WO2012159226A1 - 流体能量提升和转换装置 - Google Patents

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施建勇
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • This invention relates to a fluid energy boosting and converting device, and more particularly to a double horn flow tube structure having an energy conversion device for increasing fluid flow rate, enhancing fluid pressure, and utilizing a harvesting impeller to obtain large-scale mechanical energy.
  • a fluid energy lifting and converting device including a flow tube device, a yaw seat and a tower tube,
  • the flow tube device is fixed at the top of the tower by a yaw seat, the flow tube device comprising an inflow section, a constricted section and a wake section, the inflow section being disposed toward a flow direction of the fluid, the constricted section being disposed at Between the incoming flow section and the wake section, an air tank is disposed in the contraction section, and the engine compartment is provided with a transmission shaft, a transmission gear fixed on the transmission shaft, and a target power consumption unit driven by the transmission gear, the transmission A set of impellers or array impellers are fixed at both ends of the shaft.
  • the invention can gather a large amount of natural wind energy or water energy, form high-power mechanical energy, provide a large amount of various forms of energy for people's production and life, and alleviate the increasingly serious energy crisis on the earth;
  • the fluid energy lifting and converting device provided by the invention is completely environmentally friendly and does not bring any pollution to the environment;
  • Figure 1 is a schematic view of the overall structure of the present invention.
  • Figure 2 is a schematic view showing the structure of the fluid of the present invention when it is a wind.
  • Fig. 3 is a schematic view showing the structure of the fluid of the present invention when it is water.
  • Figure 4 is a schematic view of the structure of the impeller of the present invention.
  • a fluid energy lifting and converting device comprises a flow tube device 1, a yaw base 2 and a tower 3, and the flow tube device 1 is fixed on the top of the tower 3 through a yaw seat 2, and the flow tube device 1 includes an inflow section 4, a constricted section 5 and a wake section 6, the flow section 4 is disposed toward the flow direction of the fluid, and the constriction section 5 is disposed between the inflow section 4 and the wake section 6, and the constricted section 5 is disposed.
  • the organic cabin 7, the nacelle 7 is provided with a transmission shaft 8, a transmission gear 9 fixed on the transmission shaft 8, and a target power consumption unit 10 driven by the transmission gear 9, and a set or array of impellers 11 are respectively fixed at both ends of the transmission shaft 8.
  • a brake c32 is further disposed on the transmission shaft 8.
  • the invention can collect natural wind energy or water energy to form high-power mechanical energy.
  • the inflow section 4 adopts an open structure in which the diameter gradually shrinks into a flare shape
  • the constricted section 5 adopts a tubular structure
  • the wake section 6 adopts an open structure in which the diameter gradually expands into a trumpet shape.
  • the double horn flow tube device 1 thus adopted expands the wake space by providing the gradually expanding wake portion 6, so that the flow field of the wake portion 6 is lower than the pressure of the incoming flow portion 4, reducing turbulence interference, which is advantageous for reducing
  • the fluid clogging in the flow tube device 1 plays an important role in increasing the fluid flux in the flow tube device 1.
  • a plurality of centripetal baffles 27 with a spiral direction are disposed along the axial direction, and the material is made of steel or other hard material.
  • the baffle 27 can also be replaced by a draft tube or a guide groove.
  • a plurality of openable and depressible pressure relief ports 28 are provided on the incoming flow section 4, and an automatic measuring device 29 and a controlled decompression device are provided at the pressure reducing port 28.
  • an automatic measuring device 29 and a controlled decompression device are provided at the pressure reducing port 28.
  • a grid-shaped protective net 31 is provided in both the incoming flow section 4 and the wake flow section 6, which is steel or Made of other materials.
  • the yaw 2 includes a support bearing 14, a rotating gear 15 fixed to the support bearing 14, a drive motor a6 that drives the rotary gear 15 to rotate, and
  • the brake a1 is provided in cooperation with the rotating gear 15.
  • the support bearing 14 includes a fixed portion 12 and a rotating portion 13.
  • the fixed portion 12 is fixedly connected to the top of the tower 3, and the rotating portion 13 is fixedly connected with the bottom of the contracting portion 5, so that The flow direction of the fluid controls the driving motor a6 to drive the rotating gear 15, and adjusts the rotation of the rotating portion 13.
  • the brake a 17 acts to lock the direction of the flow tube device 1 to maximize the position. Collect energy.
  • the impeller 11 includes a hub 18, spokes 19, a wheel 20, a plurality of blades 21 and a blade turning device 22, and the hub 18 is fixedly sleeved.
  • the transmission shaft 8 On the transmission shaft 8, one end of the spoke 19 is fixed to the hub 18, and the other end is fixedly connected to the wheel 20, and a plurality of blades 21 pass.
  • the leaf shaft 38 is evenly distributed on the wheel 20, and the shape of the blade 21 can be designed according to the fluid type and flow rate.
  • the blade turning device 22 includes a link 23, a rotating ring 24, a drive motor b25 that drives the rotation of the rotating ring 24, and a pitch gauge 26, and the rotating ring 24 is fixed to the hub 18.
  • the leaf shaft 38 is fixed to the rotating ring 24 via a connecting rod 23
  • the driving motor b25 is disposed on the spoke 19
  • the pitch measuring instrument 26 is fixed on the wheel 20 so as to be according to the flow direction or size of the fluid.
  • an anti-freeze snow-proof net 33 is disposed on the inner side of the protective net 31, and the anti-freeze and anti-snow 33 net is an electric heating net.
  • a lightning protection device 34 is disposed above the flow tube device 1.
  • the target power consumption unit 10 is a permanent magnet wind power generator 37 having a power of 3000 kW, and the transmission gear 9 drives the permanent magnet wind power generator 39 through the gearbox 35.
  • the impeller 11 is a turbine impeller
  • the target power unit 10 is an air compressor unit 36
  • the transmission gear 9 drives the air compressor 36 through the transmission 35.

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Abstract

流体能量提升和转换装置包括流管装置（1）、偏航座（2）和塔筒（3），流管装置（1）通过偏航座（2）固定在塔筒（3）的顶部，所述流管装置（1）包括来流段（4）、收缩段（5）和尾流段（6），所述来流段（4）朝向流体的来流方向设置，所述收缩段（5）设置在来流段（4）与尾流段（6）之间，所述收缩段（5）内设置有机舱（7），所述机舱（7）内设置有传动轴（8）、固定在传动轴（8）上的传动齿轮（9）和由传动齿轮（9）驱动的目标耗功机组（10），所述传动轴（8）的两端分别固定有一组叶轮或数组叶轮（11）。该流体能量提升和转换装置能提供大规模能源，清洁环保且投资省。

Description

说明书
流体能量提升和转换装置 技术领域
本发明涉及一种流体能量提升和转换装置，尤其是采用双喇叭形 流管结构， 具有提高流体流速、增强流体压力， 利用采能叶轮获得大 规模机械能的能量转换装置。
背景技术
能源是人类生存发展的重要基础资料。近百年来， 随着人类生活 需求的不断提高和生产规模的扩大，对能源的需求也越来越殷切。进 入二十一世纪， 能源危机正在日益制约社会经济活动，传统使用的化 石能源日益匮乏， 价格不断攀升， 成为引起世界经济动荡和影响和平 的重要因素。 而且化石能源的大量使用， Co2、 So2等温室气体大量排 放， 导致气候变暖， 生态变迁， 危及人类生存环境。
为了解决日益严重的能源危机，缓解由于大量使用化石能源带来 的环境污染，长期以来，世界各国纷纷投入巨资寻找开发可再生能源。 目前列入重点研究开发的清洁能源有水能、 风能、 太阳能、 潮汐能、 生物质能等。
因此， 如何使得水能、风能等流体能得到高效地利用是目前急需 解决的问题。
发明内容
本发明采用的为解决上述技术问题采用的技术方案是： 一种流体能量提升和转换装置， 包括流管装置、 偏航座和塔筒， 流管装置通过偏航座固定在塔筒的顶部， 所述流管装置包括来流段、 收縮段和尾流段， 所述来流段朝向流体的来流方向设置， 所述收缩段 设置在来流段与尾流段之间， 所述收縮段内设置有机舱， 所述机舱内 设置有传动轴、固定在传动轴上的传动齿轮和由传动齿轮驱动的目标 耗功机组， 所述传动轴的两端分别固定有一组叶轮或数组叶轮。
本发明的优点是：
( 1 )提供大规模能源。本发明可以大量聚集自然界风能或水能， 形成大功率机械能， 为人们生产生活提供大量的、 多种形式的能源， 缓解目前地球上日益严重的能源危机；
(2) 清洁环保。 本发明提供的流体能量提升和转换装置是完全 环保的， 不会给环境带来任何的污染；
(3 )投资省。 依据本发明建造的风能、 潮汐能发电机组投资省， 每千瓦装机投资额远低于现行的火电、 核电、 水电、太阳能发电和风 电等。
附图说明
图 1为本发明的整体结构示意图。
图 2为本发明的流体为风时的结构示意图。
图 3为本发明的流体为水时的结构示意图。
图 4为本发明的叶轮结构示意图。
其中： 1、 流管装置， 2、 偏航座， 3、 塔筒， 4、 来流段， 5、 收 缩段， 6、 尾流段， 7、 机舱， 8、 传动轴， 9、 传动齿轮， 10、 目标耗 功机组， 11、 叶轮， 12、 固定部分， 13、 转动部分， 14、 支承轴承， 15、 转动齿轮， 16、 驱动电机 a， 17、 刹车 a， 18、 轮毂， 19、 辐条， 20、 轮盘， 21、 叶片， 22、 叶片转动装置， 23、 连杆， 24、 转动环， 25、 驱动电机 b， 26、 桨距测量仪， 27、 导流片， 28、 减压口， 29、 自动测量装置， 30、 控制装置， 31、 防护网， 32、 刹车 c， 33、 防冻 防雪网， 34、 避雷装置， 35、 变速箱， 36、 空气压缩机， 37、 永磁风 力发电机， 38、 叶轴。
具体实施方式
如图 1所示， 一种流体能量提升和转换装置， 包括流管装置 1、 偏航座 2和塔筒 3， 流管装置 1通过偏航座 2固定在塔筒 3的顶部， 流管装置 1包括来流段 4、 收缩段 5和尾流段 6， 来流段 4朝向流体 的来流方向设置， 收缩段 5设置在来流段 4与尾流段 6之间， 收缩段 5内设置有机舱 7， 机舱 7内设置有传动轴 8、 固定在传动轴 8上的 传动齿轮 9和由传动齿轮 9驱动的目标耗功机组 10， 传动轴 8的两 端分别固定有一组或数组叶轮 11， 在传动轴 8上还设置有刹车 c32。
本发明可收集自然界的风能或水能，形成大功率的机械能。为了 加速增压，聚集能量，来流段 4采用口径逐渐收缩呈喇叭形的敞口结 构， 收縮段 5采用管状结构，尾流段 6采用口径逐渐扩张呈喇叭形的 敞口结构。 这样采用的双喇叭形流管装置 1， 通过设置逐渐扩张的尾 流段 6来扩大尾流空间， 使尾流段 6的流场比来流段 4的压力低，减 少湍流干扰， 有利于降低流管装置 1内的流体壅塞，对提高流管装置 1内的流体通量起到重要作用。
为更好地控制流体运动，减少湍流紊流， 在来流段 4的内侧壁上 沿顺轴向设置有多个带有螺旋旋向的向心型导流片 27， 材质为钢材 或其他硬质材料， 导流片 27还可以用导流管或导流槽来代替。
为适应极端流场条件下，避免高流速流体损坏内部设施， 在来流 段 4上设置有若干个可开闭的减压口 28， 减压口 28处设置有自动测 量装置 29和控制减压口 28开闭的控制装置 30， 当局部压力超过设 定量值时， 位于来流段 4上的减压口 28可以自动开启， 卸除内部过 高的压力。
为防止人、 动物或其他物体被快速流体卷进流管装置 1， 伤及生 命和叶轮 11设施， 在来流段 4和尾流段 6内均设置有网栅形防护网 31， 为钢材或其他材料制成。
由于流体的流向转动方向经常发生变化，为了达到最大限度地采 集能量的目的， 偏航座 2包括支承轴承 14、 固定在支承轴承 14上的 转动齿轮 15、带动转动齿轮 15转动的驱动电机 al6和与转动齿轮 15 相配合设置的刹车 al7，支承轴承 14包括固定部分 12和转动部分 13， 固定部分 12与塔筒 3的顶部固定连接，转动部分 13与收缩段 5的底 部固定连接，这样可根据流体来流方向来控制驱动电机 al6驱动转动 齿轮 15动作，调节转动部分 13转动，在流管装置 1达到预设位置时， 刹车 a17动作，锁定流管装置 1的方向，以达到最大限度地采集能量。
为了使得叶轮 11最大限度地将风能或水能转换成机械能， 如图 4所示， 叶轮 11包括轮毂 18、 辐条 19、 轮盘 20、 若干个叶片 21和 叶片转动装置 22， 轮毂 18固定套接在传动轴 8上， 辐条 19的一端 固定在轮毂 18上、 另一端与轮盘 20固定连接， 若干个叶片 21通过 叶轴 38均匀分布在轮盘 20上， 可根据流体类别和流速来设计叶片 21的形状。
为了使得叶片 21获得稳定的或尽量大的流体能， 叶片转动装置 22包括连杆 23、 转动环 24、 带动转动环 24转动的驱动电机 b25和 桨距测量仪 26， 转动环 24固定在轮毂 18与轮盘 20之间， 叶轴 38 通过连杆 23固定在转动环 24上， 驱动电机 b25设置在辐条 19上， 桨距测量仪 26固定在轮盘 20上，这样可根据流体的流向或大小来调 节叶片 21的迎角。
如图 2所示， 当流体为风时， 除了上述结构外， 在防护网 31的 内侧还设置有防冻防雪网 33， 该防冻防雪 33网采用的是电热网。 为 了防止受雷电的影响， 在流管装置 1 的上方设置有避雷装置 34。 目 标耗功机组 10为功率为 3000kw的永磁风力发电机 37， 传动齿轮 9 通过变速箱 35来驱动永磁风力发电机 39运作。
如图 3所示， 当流体为水时， 叶轮 11采用水轮机叶轮， 目标耗 功机组 10为空气压缩机组 36， 传动齿轮 9通过变速箱 35来驱动空 气压縮机 36动作。

Claims

权利要求书
1、 一种流体能量提升和转换装置， 其特征在于： 包括流管装置、 偏 航座和塔筒，流管装置通过偏航座固定在塔筒的顶部， 所述流管装置 包括来流段、收缩段和尾流段，所述来流段朝向流体的来流方向设置， 所述收缩段设置在来流段与尾流段之间， 所述收缩段内设置有机舱， 所述机舱内设置有传动轴、固定在传动轴上的传动齿轮和由传动齿轮 驱动的目标耗功机组，所述传动轴的两端分别固定有一组叶轮或数组 叶轮。
2、 根据权利要求 1所述的一种流体能量提升和转换装置， 其特征在 于- 所述偏航座包括支承轴承、 固定在支承轴承上的转动齿轮、带动 转动齿轮转动的驱动电机 a和与转动齿轮相配合设置的刹车 a， 所述 支承轴承包括固定部分和转动部分，所述固定部分与塔筒的顶部固定 连接， 所述转动部分与收缩段的底部固定连接。
3、 根据权利要求 1所述的一种流体能量提升和转换装置， 其特征在 于： 所述叶轮包括轮毂、 辐条、 轮盘、 若干个叶片和叶片转动装置， 所述轮毂固定套接在传动轴上，所述辐条的一端固定在轮毂上、另一 端与轮盘固定连接， 所述若干个叶片通过叶轴均匀分布在轮盘上。
4、 根据权利要求 3所述的一种流体能量提升和转换装置， 其特征在 于- 所述叶片转动装置包括连杆、转动环、带动转动环转动的驱动电 机 b和桨距测量仪， 所述转动环固定在轮毂与轮盘之间，所述叶轴通 过连杆固定在转动环上，所述驱动电机 b设置在辐条上，所述桨距测 量仪固定在轮盘上。
5、 根据权利要求 1所述的一种流体能量提升和转换装置， 其特征在 于： 所述来流段为口径逐渐收缩呈喇叭形的敞口结构，所述收缩段为 管状结构， 所述尾流段为口径逐渐扩张呈喇叭形的敞口结构。
6、 根据权利要求 1或 5所述的一种流体能量提升和转换装置， 其特 征在于：所述来流段的内侧壁上沿顺轴向设置有多个带有螺旋旋向的 向心型导流片、 导流管或导流槽。
7、 根据权利要求 1或 5所述的一种流体能量提升和转换装置， 其特 征在于：所述来流段上设置有若干个可开闭的减压口，所述减压口处 设置有自动测量装置和控制减压口开闭的控制装置。
8、 根据权利要求 1或 5所述的一种流体能量提升和转换装置， 其特 征在于： 所述来流段和尾流段内均设置有网栅形防护网。
9、 根据权利要求 1所述的一种流体能量提升和转换装置， 其特征在 于： 所述传动轴上还设置有刹车 c。
10、根据权利要求 1所述的一种流体能量提升和转换装置，其特征在 于： 所述目标耗功机组为发电机、 空气压缩机、 油压泵或水泵。
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