具有分流窗口的風筒式風力發電裝置的製作方法

2023-06-03 02:46:21

專利名稱：：具有分流窗口的風筒式風力發電裝置的製作方法
技術領域：
：本實用新型涉及一種發電裝置，具體為一種風力發電裝置。
背景技術：
：風是我們日常生活中最熟悉的自然現象，地球上的風是太陽輻射造成地球表面大氣層受熱不均，引起大氣壓力分布不均。在不均壓力作用下，空氣沿水平方向運動就形成風，空氣流動所產生的動能，就是風能。風能是一種最具活力的可再生能源，因此也可以說風能是一種取之不盡，用之不竭的能源。而石油、煤、天燃氣等礦物燃料能源，在運用過程中，會排放出二氧化碳C02，二氧化硫S02，氮氧化物NOx，一氧化碳CO，粉塵等等，造成溫室效應，酸雨等現象，嚴重汙染環境和破壞生態平衡，這使得南北二極地的冰蓋面積縮小，西藏高原的雪山融雪地域增大，極地上空臭氧層被破壞的面積在擴大，這些都給我們敲響了警鐘，人們必須儘快地利用可再生的風能、太陽能、海浪能量等，減少使用石油、煤、天燃氣等不可再生的化石能源，而且化石能源的可開採數量已很有限，對人類的生存、發展和能源需求提出了嚴重的危機警告。經過實地調查和技術資料的探究，了解到，我們國家的風能資源很豐富，可開發的裝機容量約2.5億千瓦，居世界首位，但我們國家實際風力發電裝機容量僅佔全國電力裝機的0.11%，風力發電發展潛力巨大。目前應用比較廣泛的風能發電裝置，為三葉式的採風形式居多，但隨著發電裝置的發電容量不斷增加，三葉式風機的葉片直徑必須做得很大，以擴大採風面積，來增加發電量，據資料測算，如果要做3兆瓦的風能發電機，則它的風葉直徑要達100米，目的是增大葉尖周速，連風機安裝支承塔架，其高度已相近於"美國華盛頓紀念塔"的高度，即總高度150米。這顯然是不能實施的方案。目前的風能發電裝置，如三葉式，雙葉式，單葉式在特別強的大風情況下，葉片容易被折斷，在風速特別弱的微風時，由於風葉的自重量和傳動系統的摩擦係數阻力，葉片就轉不動，處於靜止狀態，在氣溫-2(^C時，會有葉片脆化，斷裂等故障發生。目前的風能發電裝置，對風向的跟蹤技術較複雜，但是風的方向是多變的，有時是旋轉的。
實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種具有分流窗口的風筒式風力發電裝置，可以很好地收集很弱的風中的能量，在風力過強時具有自我保護功能。本實用新型所提供的具有分流窗口的風筒式風力發電裝置，可以採用以下技術方案來實現具有分流窗口的風筒式風力發電裝置具有集風裝置、轉輪、發電機、轉向裝置、蓄電池，轉向裝置具有轉盤，其特徵在於，集風裝置為大喇叭形的集流式風筒，集流式風筒固定在轉盤上，中部具有對氣流進行分流的分流窗口；集流式風筒的小口端裝有驅動集流式風筒轉動的風向標。集流式風筒的出風口，為矩形。轉輪為橫向的多葉片葉輪。風向標是尾舵式，其有效面積大於風筒進風口面積。風向標固定安裝在集流式風筒出風口尾部，向後延伸，並可方便拆裝。在上下轉盤間設置梯形撞塊，限制偏轉角不大於345度。在集流式風筒中後部開有分流窗口，分流窗口裝有分流移門，分流移門內側裝有壓力傳感器，壓力傳感器連接分流移門控制電路，分流移門控制電路與移門電動機間電連接，移門電動機通過傳動裝置連接分流移門。在7級風以上時壓力傳感器產生電信號，並傳遞給分流移門控制電路，使其控制移門電動機打開分流移門，使氣流從分流窗口流出，減小對葉輪的壓力。第一，具有分流窗口的風筒式風力發電裝置的集流式風筒，是採用一個大喇叭樣式的圓筒，擴大進風口對風的收集面積，大幅提高出風口處的風速，不僅能解決風弱時不能發電的問題，而且在多種情況下都能應用。本風力發電裝置的設計容量為500瓦，經過計算可見，本實用新型的風筒式發電機，已把風速提高11.29倍。formulaseeoriginaldocumentpage5上式中，W是進風口半徑0.75米的(m2).B—為出風口矩形的長邊0.5mC—為出風口矩形的寬邊0.25mn—利用係數為80°/。設計進風口的風速為4m/s，即V產4m/s出風口的風速等於進風口的風速乘以提高風速倍數，即出風口的風速V2=4m/sX11.29=45.19m/s在單位時間內流過垂直於風速截面積A(rr^)的風能風能"4/2pV3A上式中p-為空氣密度kg/m3V-為風速m/sA-為截面積單位m2"-風能單位為kg、m2、s—3(即W)從上述風能公式W=l/2pv3A可以看出，增加風輪掃掠面積A和提高來流風速V都可增大所獲的風能。把上式風能公式，除以相應的面積A，便得到風能密度公式，它是氣流在單位時間內垂直通過單位截面積的風能。formulaseeoriginaldocumentpage5空氣密度p是氣壓，氣溫和溫度的函數，不同地區的空氣密度都不相同，可查表得知p的數值。海拔高度與大氣壓、大氣密度關係[大氣溫度15GC=288k]complextableseeoriginaldocumentpage5tableseeoriginaldocumentpage6本項目風筒出風口的風能為W=l/2pV3A=1/2x1.224x45,193x3.14x(0.52—0.452)xl/5'=1685.59W上式中p——以上海為例，大氣密度取1.224V—為經風筒集流提速後，出風口風速A——為風輪掃掠面積，本項目採用橫流式多葉片葉輪，風輪掃掠面積為圓環，外圓半徑0.5m，內圓半徑O.45m，風吹在風輪上的面積為整個圓環的1/5無論從上述風能計算公式W=l/2pV3A還是風能密度，計算公式W=l/2pV3中可看到，因W的緣故，即在風速上有少量的增加會導致在風能上有大量的增加，本項目設計的風筒集風的方法增大風筒進風口面積，縮小出風口面積，從而加大風速提高倍數，也就是提高了出風口風速，即達到了放大風速的關鍵目的、。第二，採用喇叭形式的集流式風筒，它的出風口，做成矩形並縮小出風口的有效面積，以便出風口的風速提高，及風能的充分利用，去吹動橫流式多葉片葉輪。該葉輪的摩擦係數小，自重量輕，使用壽命長，以此設計來克服三葉式風能機葉片易被強風折斷而不能發電的問題，本實用新型的橫流式多葉片葉輪，這也決定了風筒出風口為矩形，以達到完全匹配從而使風能充分利用的目的，此風力機的旋轉軸與風向垂直。由於出風口面積的縮小，通過計算可知，風能密度是評定風能發電機做功能力的關鍵參數，風速V2越高，風能發電機可能提取的風能越大，且成三次方的關係。為了在風速較低時進一步增大風流密度，在集流式風筒中後部設置可以改變出風口大小的導流裝置。本實用新型能有效地提高橫流式多葉片葉輪的轉速，以此提高發電量，提高經濟效益。第三，採用風向標自動導向的方法，風向標固定安裝在集流式風筒出風口尾部向後延伸的尾舵，尾舵有效面積大於風筒進風口面積。風向標由尾部向後延伸鋼管，並在機架平臺上豎立一根高1.5m的方鋼，該方鋼頂部由鋼絲繩牽引在延伸鋼管的五分之四的位置。更有利於可轉動盤被風向標帶動，使進風口始終都能跟蹤、對準進風方向，從而提高風能發電裝置的風能利用率和提高發電效率，以此替代目前風力發電機複雜的跟風裝置，節省風能發電設備的成本和維修費用。第四，採用集流式風筒的轉向裝置偏轉角在345度的範圍內自由偏轉的限位裝置，以此解決風力發電裝置存在的發電機的連接電線被多次同一方向轉動而繞斷電線的問題。如此，可大大減少對風力發電機的維修工作量，降低了風力發電系統的運行成本。限制偏轉角不大於345度的撞塊、設計為梯形，取其幾何結構穩定的特性，在固定的轉盤上設置的梯形撞塊兩側的被撞擊面上設置20mm厚的緩衝橡膠，在可轉動轉盤的梯形兩側撞擊面，就不再設置緩衝橡膠。轉向裝置設有固定機構，固定機構由轉盤上以轉盤的圓心為中心，相互間呈45度角的圓孔和鋼肖組成。只要插入鋼肖，可確保轉盤不再轉動。第五，在集流式風筒中後部有阻風移門，可關閉出風口，使電機停止工作。有益效果本實用新型的特點在於，運用風筒提高風能發電的效率；運用風向標及橫流式多葉片葉輪提高風能的利用率；縮小風能發電裝置的體積；運用分流窗口在風力較強時對裝置起保護作用。圖1為本實用新型整體結構俯視示意圖；圖2為本實用新型整體結構側視示意圖。具體實施方式為了使本實用新型實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本實用新型。具有分流窗口的風筒式風力發電裝置具有集風裝置、轉輪、發電機、轉向裝置、蓄電池，集風裝置為大喇叭形的集流式風筒l，集流式風筒l固定在可轉動轉盤5上；集流式風筒1的小口端裝有風向標2。集流式風筒1的出風口3，為矩形。轉輪為橫向的多葉片葉輪4。風向標2固定安裝在集流式風筒出風口，尾部後的延伸處。在集流式風筒1中後部開有分流窗口6，分流窗口6裝有分流移門7，分流移門7內側裝有壓力傳感器，壓力傳感器連接分流移門控制電路，分流移門控制電路與移門電動機8間電連接，移門電動機8通過傳動裝置連接分流移門。在7級風以上時壓力傳感器產生電信號，並傳遞給分流移門控制電路，使其控制移門電動機8打開分流移門，使氣流從分流窗口流出，減小對葉輪的壓力。一、喇叭式集流式風筒l，用鋁合金材料製造，取其密度小，價格低廉的特性，並在風筒內外塗上防腐蝕塗料，以提高使用壽命。二、為匹配橫流式多葉片葉輪4，風力機的出風口3做成矩形，以使出風口3的風能得以充分利用。又因為幾何圖形中，圓的面積最大，所以進風口做成圓形，以擴大進風口對風能的收集面積。用縮小出風口3的面積，來提高風速，即提高了風能發電裝置的發電效率，提高電能的輸出量。此舉尤如水輪發電機，利用水庫蓄水，提高水位差，從而提高了水對水輪發電機的驅動力，又尤如晶體三極體，利用在基極輸入一個小的電信號，就能在發射極至集電極之間產生一個大於基極輸入信號的幾十倍至幾百倍的電信號，達到信號的放大作用，本實用新型的集流式風筒也是基於以上思路，集流式風筒對風速有放大作用。眾所周知，如果喇叭式集流式風筒的進風口收集進的風力動能全部被轉動的風葉輪葉片所吸收，那麼橫流式風輪後面的空氣就不動了，然而空氣不可能完全停止，所以風力機的效率總是小於1的。橫流式風輪從風筒中吸收的功率可以用下面的公式計算P-l/2CpApV3上式中P—為風輪輸出的幼率Cp—為風輪的功率係數Cp.max=0.593A—為風輪掃掠面積R—為風輪半徑V—為風速p—為空氣密度上式可見風輪的輸出功率和風速的立方成正比和空氣密度及風輪掃掠面積成正比，因此橫流式多葉片葉輪4的直徑設計為50cm。三、採用橫流式多葉片葉輪4能減輕葉輪的自重量和減小葉輪轉動系統的摩'擦係數，且橫流式多葉片葉輪4堅固，不易被折斷。葉輪採用不鏽鋼薄板製造，轉軸部分用軸承軸瓦封閉式潤滑，軸通過聯軸器，連接升速變速箱及永磁直流發電機，由於橫流式多葉片葉輪4本身轉速已很高，所以升速變速箱的升速範圍會較小，減少了齒輪傳動的級數，從而降低了系統的摩擦係數，降低了升速變速箱的體積、重量和製造成本。四、參照圖1，採用風向標自動導向的方法，風向標2固定安裝在集流式風筒出風口尾部。風向標2的延伸尾舵長為2.8米，平均寬為0.95米，尾舵有效面積大於進風口面積。風向標2的伸展尾舵安裝在機架平臺上，更有利於可轉動上盤被風向標2帶動，使進風口始終都能跟蹤、對準進風方向，從而提高風能發電裝置的風能利用率和提高發電效率，以此替代目前風力發電機複雜的跟風裝置，節省風能發電設備的成本和維修費用。風向標2簡單而實用，風向標2採用鋁合金材料製造，並可方便地拆卸和安裝。五、設計限制集流式風筒偏轉角度不大於345度的裝置。固定轉盤上的，梯形撞塊兩側設置有20mm緩衝橡膠，在可轉動盤的梯形撞塊則不設置緩衝橡膠。限位裝置的設立，避免了發電機連接電線，由於多次同一方向轉動而繞斷線的事故，大大減少了發電裝置的故障和維修、維護的工作量，降低了風力發電系統的運行成本。六、由於風筒式集流方法，對風速有放大作用所以本設計的風力發電裝置，可降低風力發電裝置塔架的安裝高度，節省安裝材料和費用。以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特徵和本實用新型的優點。本行業的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和範圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型範圍內。本實用新型要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。權利要求1、具有分流窗口的風筒式風力發電裝置具有集風裝置、轉輪、發電機、轉向裝置、蓄電池，轉向裝置具有轉盤，其特徵在於，集風裝置為大喇叭形的集流式風筒，集流式風筒固定在轉盤上，中部具有分散氣流的分流窗口；集流式風筒的小口端裝有驅動集流式風筒轉動的風向標。2、根據權利要求1所述的具有分流窗口的風筒式風力發電裝置，其特徵在於，所述分流窗口裝有分流移門，分流移門內側裝有壓力傳感器，壓力傳感器連接分流移門控制電路，分流移門控制電路與移門電動機間電連接，移門電動機通過傳動裝置連接分流移門。專利摘要具有分流窗口的風筒式風力發電裝置涉及一種發電裝置，具體為一種風力發電裝置。本實用新型的特點在於，運用風筒提高風能發電的效率風筒式集流方法，對風速有放大作用，特別是在風力較弱時也能發電，在風筒內部，設計有風嚮導流裝置，形成風力流向上翹使出風口風向對準橫流式葉輪中心線以上的半徑部位，使風能的利用效率更高；運用分流窗口在風力較強時對裝置起保護作用。具有分流窗口的風筒式風力發電裝置具有集風裝置、轉輪、發電機、轉向裝置、蓄電池，轉向裝置具有轉盤，其特徵在於，集風裝置為大喇叭形的集流式風筒，集流式風筒固定在轉盤上，中部具有分散氣流的分流窗口；集流式風筒的小口端裝有驅動集流式風筒轉動的風向標。文檔編號F03D7/06GK201184272SQ20082005721公開日2009年1月21日申請日期2008年4月14日優先權日2008年4月14日發明者鄧蓓佳申請人:上海市格致中學