CN204610145U - 一种堆型风力风洞发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种堆型风力风洞发电装置，该堆型风力风洞发电装置在多组立式风洞中安装各自独立的立式风洞发电装置，出口排放由垂直设置在中心轴上的排风管统一来完成；所述的每一组立式风洞发电装置均为独立的管路系统，其风动能进口是独立的；该立式风洞发电装置包括：导风装置，用于将地面风整流后引入风洞；追风装置，用于控制导风装置的进风口随机朝着来风的方向；旋风增压装置，用于使进入风洞中气流产生旋转并增压；发电机组件，安装于风洞上部的收缩室，经旋风增压装置产生的高速旋压风带动立式发电机发电；所述的收缩室用于增压推动叶轮旋转，并且利于风经过收缩室后扩散流动；所述的排风管利用高度差产生的压力降，增大排放速度。

Description

一种堆型风力风洞发电装置

技术领域

本实用新型涉及风力发电装备，特别涉及一种堆型风力风洞发电装置。

背景技术

风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行，我国也在西部地区大力提倡。因为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染，是一种洁净的发电方式。

风力发电的原理是将风能转换为机械能的动力机械，又称风车，是利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提高到额定转速，来带动发电机发电。依据目前的风电技术，大约达3米/秒的微风速度(微风的程度)，便可以开始发电。

小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含量的小系统：风力发电机+充电器+数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。

风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13～25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。

目前，国内外常见的风力发电装置多为传统的螺旋浆式机组，该装置最大的特点是结构简单，最大的不足是效率低。我们统称这种发电装置为第一代风电产品。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种堆型风力风洞发电装置，作为新一代自主创新开发的风力发电装备改变目前这种落后的状况。

这里所论述的是一种称为堆型风力风洞发电装置，该装置的主要特征是在多组立式风洞中安装各自独立发电系统，在风力及空气动力作用下，推动发电机组发电。该装置的总体结构设计应用反应堆的设计理念，故把该装置称之堆型风力风洞发电 装置。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种堆型风力风洞发电装置，其特征在于，该堆型风力风洞发电装置在多组立式风洞中安装各自独立的立式风洞发电装置，出口排放由垂直设置在中心轴上的排风管统一来完成；

所述的每一组立式风洞发电装置均为独立的管路系统，其风动能进口是独立的；该立式风洞发电装置包括：

导风装置，用于将地面风整流后引入风洞；

追风装置，用于控制导风装置的进风口随机朝着来风的方向；

旋风增压装置，用于使进入风洞中气流产生旋转并增压；

发电机组件，安装于风洞上部的收缩室，经旋风增压装置产生的高速旋压风带动立式发电机发电；所述的收缩室用于增压推动叶轮旋转，并且利于风经过收缩室工作后进入扩散室向排风管流动；

所述的排风管利用高度差产生的压力降，增大排放速度；所述的排风管顶部采用喷射排放的技术，设计安装数组大口径喷射排放装置，利用高空自然风速流动进入喷射装置形成负压抽吸排放管内空气，加速排放。

作为上述技术方案的一种改进，所述的导风装置的导向管中心内装有大功率可变速轴流风机，用于将导风管口外风流吸引并推进风洞，起着导向和增压的作用；所述的导风装置内还设有强风保护装置，用于强风情况下调节风压，保证发电机组安全和正常工作。

外风场进来的动力风，由于外部环境和管道结构的影响，风束往往是紊乱不定的。既有直流风，同时也有紊流风，导风装置起着整流和吸引的作用。导风装置导向管中心内装有大功率可变速轴流风机，当风机所产生的风流进入风洞的同时，把导风管口外风流吸引并推进风洞，起着导向和增压的作用。导风装置所产生的可变量风压，由外部风力大小来决定，当风速小于5级风(20—25米/秒)时，增压风机保持正常转速，以保证足够的风压和风量；同时，假如来风超过强风(8级以上)，为了保护发电机不因过速而烧坏，在导风装置内设计有强风保护装置，保证发电机组安全发电。

作为上述技术方案的一种改进，所述的追风装置通过风向、风压和风速传感器及遥控自动伺服原理，根据场外方向标指针的转向信号，驱动导向管的电动执行机构调整导向管的方位，达到与方向标一致的方位。

风力发电所选定的风场的风向，由于其所处的地貌、地形及季节变化等因素的 影响，风向会不断变换的，为了提高进风的效率，所以要保证导风装置进风口随机朝着来风的方向。追风装置控制导风装置(导风管)，通过遥控自动伺服原理，当场外方向标指针发生转向时，其信号会输送到导向管接收器，驱动导向管的电动执行机构启动工作，调整导向管的方位，达到与方向标一致的方位。

作为上述技术方案的一种改进，所述的旋风增压装置为若干组螺旋上升风动导槽，每组导槽下部装有动力机，当从导向管进来的初级风进入螺旋形上升的风动导槽时，形成旋转风速进入风洞上部的收缩室，产生高速的风动能，推动发电机高速旋转发电。

龙卷风效应使人们触目惊心，其实，它是一股高速旋转上升的气流而已。但是，它的破坏力是不可轻视的。它产生的旋转风力可达12—14级。旋风增压装置是使进入风洞中气流产生旋转。风洞内设有六组螺旋上升风动导槽，每组导槽下部装有动力机，当从导向管进来的初级风进入风洞螺旋槽时，在风动力的推动下沿着螺旋槽向升，并形成旋转风速，进入收缩室，产生高速的风动能，推动发电机叶轮高速旋转发电。

作为上述技术方案的一种改进，所述的发电机组件包括：立式叶轮、变速机和立式永磁发电机；所述的高速旋压风直接进入叶轮工作面推动叶轮旋转，进而通过变速器增速直接带动立式发电机发电。

风力风洞发电装置的电能转换是由发电机组来完成的。它由立式叶轮、变速机、和立式永磁发电机组成。发电机组件安装在风洞收缩室上部，高速旋压风直接进入叶轮工作面，推动叶轮旋转，通过变速器增速直接带动立式发电机发电。巨大的叶轮在设计上采用多层定向叶片，保证在风压推动下，产生足够的推力带动发电机旋转发电，并满足发电机额定转速下给出足够的旋转力矩，带动发电机发电。

作为上述技术方案的一种改进，所述的立式叶轮采用多层定向叶片。

作为上述技术方案的一种改进，所述的多组立式风洞发电装置分二层堆型安装于密封厂房中；所述的立式风洞发电装置的进口风道设计为二层以上安装。

风力风洞发电装置的管道设计使风洞效应的应用得到充分的验证。发电装置需要稳定的风量和风压，不受外部系统的干绕，在工作过程中自成独立系统。因而，每一组风洞发电装置其风动能进口是独立的。同时，考虑到堆型风力风洞发电装置是由多组风洞组成，其进口风道设计分三层安装，如图1所示。出口排放由垂直排风管来完成。

作为上述技术方案的一种改进，所述的排风管用镀黑薄金属板制成。

为保证风洞发电装置的正常运行，为它设计一个通畅而又高效负压系统。风动力进入发电机组推动发电机发电，由于风动力压力降，发电机组前管道为高压区，发电机组后管道为低压区，从设计的角度考虑，出口压力降低，会从相反的方向加大进口压力，对发电机工作有利。因而，风洞发电装置的出口排放，按下面原则来设计，一是加大出口扩散容积，二是增大气流的出口速度。要实现上述要求，首先设计一个高(高100米)、大(直径10米)大排放风洞(管)，利用高度差产生的压力降，增大排放速度。同时，在巨大的排风管顶部采用喷射排放的技术，设计安装数组大口径喷射排放装置，利用高空自然风速流动进入喷射装置形成负压，抽吸排放管内空气，加速排放。

巨大的排风管用镀黑薄金属板制成，白天时，吸收太阳热量，使排风管内气温升高，空气变轻，流速增大，进而提高风洞系统热效应，激活空气活性，提高整体排放效率。

作为上述技术方案的一种改进，所述的堆型风力风洞发电装置的外侧面安装有柔性光伏薄膜电板。

堆型风力风洞发电装置巨大的厂房外侧面安装柔性光伏薄膜电板，铜銦镓硒(CIGS)光伏薄膜为世界第三代产品，其光电转换率达18％，处于世界领先水平。所有的装置光伏联网就组成一个大型光伏发电场。光伏发电可以并网输出，也可以作为自供电源，提高项目的综合效益。

作为上述技术方案的一种改进，所述的排风管塔顶还安装有垂直轴风力发电装置，用作辅助发电装置。

排风管塔顶处于高位风能区，为整体提高项目的综合效益，安装一台垂直轴风力发电机组作为辅助发电装置，其发电可并网输出，也可作为自供电源。

本实用新型的堆型风力风洞发电装置的动力组成主要来自下面三个方面：

一是利用立式风洞自然风负压排风效应，生活中所采用烟囱也是应用这原理。因为大气压在海平面压力最大，而随着高度的增加，大气压将逐減小，高度越高大气压会越低。所以，在密闭风洞管道中，风动力自动向上流动。

二是风动力，在风资源丰富区，3、4级风达300天以上，有时达6～7级风。该装置在5～7级风时，风能利用率可达80～98％(螺旋浆式风力发电机风能利用率仅20％)。所以，和目前在用的其它风力发电装置相比，充分有效利用风资源发电，是本装置最大的优势。

三是科学合理、充分发挥空气动力的作用，如上所述，本装置采用的提高空气动力效应的主要装置：1)追风装置、2)导风装置、3)螺旋风发生装置、4)喷射排放装置、5)热风效应装置、6)发电机强风调节和过载保护装置等。各效应装置组合成一个整体系统，使风动力得到了充分的利用，并能保证微风时能发电，强风时保证系统安全和正常发电。如图1和2所示。

本实用新型的优点在于：本实用新型的堆型风力风洞发电装置是一种全新理念、全新结构、全新功效的堆型风力风洞发电装置。其结构特点如下：

1)外部结构设计特点：堆型风力风洞发电装置远看像一个带烟囱的蒙古包，近看其实像一座反应堆，故有堆型风力风洞发电装置之称。

2)内部结构设计特点：在穹顶圆型密封厂房内安装全部的发电设备和电器、仪表等设备。发电机组的布置和安装如图1～4示，可以要求机组大部件的联接均要按快速捡修结构设计，以便尽快排除设备故障，保证所有机组正常高效的运行。为安装和捡修塔顶风力发电机组，还可在总排风管内安有工作电梯。

3)系统结构特点：堆型风力风洞发电装置所有各功能系统都可要求按自动化、智能化设计，实现及时、可靠地保证生产的正常运行。

总之，本实用新型的堆型风力风洞发电装置是采用最新的设计理念，新一代结构设计创新出的风力发电产品。它综合利用自然风力组合新生空气动力，使风资源的利用率达到最高效率，创造最经济的风电技术。并且，实现“风力发电在家里”的独特设计，由于风电装备安装在封闭厂房内，避免装备长期外露，风吹日晒、风沙侵蚀的损坏，大大延长设备的使用寿命，保证了装备的运行安全。该风电装备科学分布、合理安排，安装和捡修快速、方便，实现近地巡视，保证装备运行安全；结构设计紧凑、合理，占地面积小，在抗灾害方面尤其突出，在抗地震破坏具有无可比拟的优势。

而现有的风力发电装备的设计和运行过程，传统的风机发电的风能利用率仅为20％，风力小时转不起来，风强时烧毁发电机。而且，传统的风力发电装置，安装在百米高的立柱上，安装和维修都十分不便。

附图说明

图1是本实用新型的一种堆型风力风洞发电装置的结构示意图；

图2是本实用新型的一种堆型风力风洞发电装置的局部结构示意图；

图3是本实用新型的一种堆型风力风洞发电装置的外部结构示意图；

图4是本实用新型的一种堆型风力风洞发电装置按六角方位分二层安装发电机 组的实施例的俯视图。

附图标识：

1、导风装置         2、追风装置          3、螺旋风装置

4、发电机组         5、光伏薄膜          6、穹顶

7、排风总管         8、喷射排放装置      9、垂直轴风力发电机

10、封闭厂房 

具体实施方式

现结合附图对本实用新型作进一步的描述。

本实施例的堆型风力风洞发电装置技术参数如下：

1)单机风力风洞发电装置装机容量：500KW/h，安装12台。

2)塔顶垂直轴风力发电机装机容量：1000KW/h，1台。

3)堆型风力风洞发电装置，内装单机12台，装机容量共6000KW/h。

4)整体堆型风力风洞发电装置(含塔顶风力发电机)装机总容量共7000KW/h。

如图1～4所示，本实用新型实施例的发电机组的布置和安装中心是总排风管，其周围按六角方位分二层安装发电机组，共12台风力风洞发电机组，单台风力风洞发电机组功率为500KW/h，分别安装在上下二层设备层上。每一层安装六台。如图4所示，1SB-1表示安装的第一层楼的第1号发电机组；2SB—1表示安装在第二层的第1号发电机组。厂房每一层设计有环形吊车，以供发电机组安装和设备捡修用。要求机组大部件的联接均要按快速捡修结构设计，以便尽快排除设备故障，保证所有机组正常高效的运行。为安装和捡修塔顶风力发电机组，在总排风管内安有工作电梯。

如图4所示安装工位图，本实施例的堆型风力风洞发电装置，机组共12台，按机组代号布置，安装在上、下设备层。机组出口直通排风总管7。其中，

1)设备一层安装：1SB—1(机组代号，下同)，1SB—2，1SB—3，1SB—4，1SB—5，1SB--6；

2)设备二层安装：2SB—1，2SB—2，2SB—3，2SB—4，2SB—5，2SB—6；

3)上下设备层分别安装环型吊车。

如图1和2所示，本实用新型实施例的堆型风力风洞发电装置，在多组立式风洞中安装各自独立的立式风洞发电装置4，出口排放由垂直设置在中心轴上的排风管7穿过穹顶6统一来完成；

所述的每一组立式风洞发电装置均为独立的管路系统，其风动能进口是独立的； 该立式风洞发电装置包括：导风装置1、追风装置2、旋风增压装置3、发电机组件4和喷射排放装置8。

本例中，堆型风力风洞发电装置在封闭厂房10的外侧面安装有柔性光伏薄膜电板5。光伏发电可以并网输出，也可以作为自供电源，提高项目的综合效益。

所述的排风管塔顶还安装有垂直轴风力发电装置9，用作辅助发电装置，其发电可并网输出，也可作为自供电源。

该装置堆型风力风洞发电装置共有12台发电机组，因每台发电机组的工况各不相同，因而发电机的输出功率、频率、电压都不相同。本装置的立式排风风洞其高度达100米以上，起着拔风作用，增加整个系统的动力效应，风能利用率达95％以上。

本装置系统结构特点：堆型风力风洞发电装置所有各功能系统都要求按自动化、智能化设计。生产控制系统分三段管理，总控制台监管全风电场发电机组的运行状况；分控制台控制每座堆型风力风洞发电厂房内机组的运行状况；单元控制(现场巡视)。分控制台所得到的运行参数：如风向、风力等级、发电机转数、发电量及各功能系统参数随机上传总控制台。从而，及时、可靠地保证生产的正常运行。安全保障系统包括：火灾系统、装备故障显示系统、强风保护系统、以及其它防灾、抗灾(火灾、地震)等由分控制台管理。

综上，本实用新型的堆型风力风洞发电装置有如下五大经济、技术优势：

1)技术上应用最新的设计理念，新一代结构设计，创新的风力发电产品。

2)自然风力组合新生空气动力综合利用，使风资源的利用率达到最高效率，创造最经济的风电技术。

3)如图3所示，实现“风力发电在家里”的独特设计。由于风电装备安装在封闭厂房内，避免装备长期外露，风吹日晒、风沙侵蚀的损坏，大大延长设备的使用寿命，保证了装备的运行安全。

4)风电装备科学分布、合理安排，安装和捡修快速、方便，实现近地巡视，保证装备运行安全。

5)结构设计紧凑、合理，占地面积小。在抗灾害方面尤其突出，在抗地震破坏具有无可比拟的优势。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的 精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种堆型风力风洞发电装置，其特征在于，该堆型风力风洞发电装置在多组立式风洞中安装各自独立的立式风洞发电装置，出口排放由垂直设置在中心轴上的排风管统一来完成；

所述的每一组立式风洞发电装置均为独立的管路系统，其风动能进口是独立的；该立式风洞发电装置包括：

导风装置，用于将地面风整流后引入风洞；

追风装置，用于控制导风装置的进风口随机朝着来风的方向；

旋风增压装置，用于使进入风洞中气流产生旋转并增压；

发电机组件，安装于风洞上部的收缩室，经旋风增压装置产生的高速旋压风带动立式发电机发电；所述的收缩室用于增压推动叶轮旋转，并且利于风经过收缩室工作后进入扩散室向排风管流动；

所述的排风管利用高度差产生的压力降，增大排放速度；所述的排风管顶部采用喷射排放的技术，设计安装数组大口径喷射排放装置，利用高空自然风速流动进入喷射装置形成负压抽吸排放管内空气，加速排放。

2.根据权利要求1所述的堆型风力风洞发电装置，其特征在于，所述的导风装置的导向管中心内装有大功率可变速轴流风机，用于将导风管口外风流吸引并推进风洞，起着导向和增压的作用；

所述的导风装置内还设有强风保护装置，用于强风情况下调节风压，保证发电机组安全和正常工作。

3.根据权利要求1所述的堆型风力风洞发电装置，其特征在于，所述的追风装置通过风向、风压和风速传感器及遥控自动伺服原理，根据场外方向标指针的转向信号，驱动导向管的电动执行机构调整导向管的方位，达到与方向标一致的方位。

4.根据权利要求1所述的堆型风力风洞发电装置，其特征在于，所述的旋风增压装置为若干组螺旋上升风动导槽，每组导槽下部装有动力机，当从导向管进来的初级风进入螺旋形上升的风动导槽时，形成旋转风速进入风洞上部的收缩室，产生高速的风动能，推动发电机高速旋转发电。

5.根据权利要求1或4所述的堆型风力风洞发电装置，其特征在于，所述的发电机组件包括：立式叶轮、变速机和立式永磁发电机；所述的高速旋压风直接进入叶轮工作面推动叶轮旋转，进而通过变速器增速直接带动立式发电机发电。

6.根据权利要求5所述的堆型风力风洞发电装置，其特征在于，所述的立式叶轮采用多层定向叶片。

7.根据权利要求1所述的堆型风力风洞发电装置，其特征在于，所述的多组立式风洞发电装置分二层堆型安装于密封厂房中；所述的立式风洞发电装置的进口风道设计为二层以上安装。

8.根据权利要求1所述的堆型风力风洞发电装置，其特征在于，所述的排风管用镀黑薄金属板制成。

9.根据权利要求1所述的堆型风力风洞发电装置，其特征在于，所述的堆型风力风洞发电装置的外侧面安装柔性光伏薄膜电板。

10.根据权利要求1所述的堆型风力风洞发电装置，其特征在于，所述的排风管塔顶还安装有垂直轴风力发电装置，用作辅助发电装置。