聚風增速風力發電裝置的製作方法

2023-11-12 06:26:12 2

專利名稱：聚風增速風力發電裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種發電裝置，特別涉及一種聚風增速風力發電裝置。
背景技術：
新能源和生命科學是21世紀人類最關注的兩件革命性大事。在能源領域裡真正革命性的技術創新十分罕見，無論電力能量來源是煤炭、天然氣，抑或核能，目前發電仍然依靠蒸汽渦輪機的變體，而蒸汽渦輪機自19世紀80年代就誕生了。現代世界大力發展的風力渦輪機於1887年由美國首創，現在使用的三葉片螺旋漿水平軸風機早在1927年就誕生了。但是直到目前，利用風能所發出的電能仍然微不足道，世界電能依然大量依賴石化燃料，現有的新技術難以取代燃煤發電。水平軸風力發電被世界公認為技術最成熟的清潔能源。以我國目前最先進的上海東海大橋102麗海上風電為例34臺3麗風電機，總投資M億元，有效發電時間沈00小時，是常規煤電投資的2. 4倍，如按發電量達到煤電5500小時計算，其投資是煤電的5倍。 世界最先進的丹麥5MW深海風電，螺旋槳直徑達1 米，安裝採用現代海上石油開採技術和設備，連開發商自己也承認投資成本太高，難以推廣。目前太陽能的投資成本更高於海上風電，如上海虹橋高鐵站剛投產的6688kw的太陽能發電裝置，投資1. 6億元，裝機容量投資為 23923/kw，是煤電投資的4. 8倍，而有效發電時間僅為943小時，按相同發電時間計算，投資是煤電的2. 8倍。在市場經濟情況下，高成本的風電、太陽能發電目前仍能迅速發展，主要依賴世界各國都提供了優惠政策。如我國煤電併網收購價通常為0. 28 0. 33元/KW，而上海風電併網收購價為0. 679元/KW，通常併網收購價比煤電高0. 3元/KW，太陽能發電併網收購價更高。一旦世界有某種新能源突破，發電併網條件、收購價一視同仁，重新回歸市場經濟時，現有水平軸風電如無技術突破，必將被淘汰。能源是任何一個國家可持續發展的關鍵。我國近幾年每年新增裝機容量近1億 KW，直接促進了國民經濟的迅速發展。但我國人均能源的使用量僅佔美國人均量的八分之一，尚有4億人口將進入城市，需電量更大。又如印度有11億人口，裝機容量是我國的十分之一，尚有50%的家庭未能使用國家電網的電能，所以目前電力高速發展是必然的。我國發電量目前77%仍然是煤電，不僅影響人類健康，還汙染環境，使用清潔能源是必然趨勢。我國現已成為石油、煤炭的淨進口國，今年已成為世界最大的煤電進口國，預計到2020年石油需求約90%依賴進口。世界各國的政治和軍事鬥爭主要是為了控制能源和原料。發達國家依賴世界能源發展成現代化國家的道路，對後發達的我國是走不通的，發展新能源是我們的出路之一。世界人口最稠密，工業最發達的沿海地區，既是能源最缺乏的地區，又是風能最豐富的地區，有取之不盡、用之不竭，一年四季、晝夜不斷的風能。但人類對風力發電從未很好的認識和使用，到目前為止，人們只會被動的使用自然風能，對世界廣泛使用的水平軸風電機，也只能不斷的增長螺旋漿長度來增加裝機容量，這種思路和技術是無法取代燃煤發電。只有當人類對風力發電所使用的自然風能完全被控制，能主動掌握自然風的風能、風速、風壓、風量、風向和風密度時，自然風就能滿足人類清潔能源的需求，實現低成本、 大裝機容量的風力發電，將徹底取代燃煤發電，世界將進入清潔能源時代。本發明是在原聚風式風力發電裝置(申請號為200910195607. 9)基礎的改進上， 在聚風塔、拔風筒和聚風裝置上有了重大的技術突破和實質性的提高。

發明內容
本發明的目的，就是為了提供一種發電功率大、並且能實現全方位發電的聚風增速風力發電裝置。本發明的技術方案是一種聚風增速風力發電裝置，其包括基座；拔風筒，安裝在基座上的中心位置，在拔風筒下部設有聚風進風口 ；聚風塔，包括環形聚風通道和多個聚風牆，環形聚風通道安裝在基座上並圍繞在拔風筒的外圍，多個聚風牆安裝在基座上並呈散射狀圍繞在環形聚風通道的外圍；各聚風牆結構相同，整體呈外窄內寬、上窄下寬的錐形框架夾層結構，並在聚風牆的左右側面和外側面形成多個框架形進風口，進風口內設有聚風門，聚風牆的內側設有出風口與環形聚風通道連通，所述拔風筒下部的聚風進風口與環形聚風通道連通；風力渦輪機，通過渦輪機框架安裝在拔風筒內的下部，為垂直軸貫通式螺旋渦輪機，上部為出風口，垂直軸下部連接有慣性輪；聚風增速導向機構，環設在風力渦輪機與拔風筒之間，其外側通過拔風筒的聚風進風口與聚風塔的環形聚風通道連通，內側與風力渦輪機連通，中間設有一圈呈螺旋狀分布的聚風板；垂直發電機，安裝在拔風筒內的底部並位於風力渦輪機的下方，其驅動軸向上伸出並與風力渦輪機的垂直軸連成一體；磁平衡磁浮機構，包括兩個軸向磁平衡磁浮機構和兩個徑向磁平衡磁浮機構；其中一個軸向磁平衡磁浮機構設置在垂直發電機的下方並固定在主軸和基座上，另一個軸向磁平衡磁浮機構設置在風力渦輪機的慣性輪下方並固定在渦輪機的慣性輪和渦輪機框架上；兩個徑向磁平衡磁浮機構分別設置在風力渦輪機的上下兩端並固定在拔風筒內壁和渦輪機框架上；各磁平衡磁浮機構分別包括兩組對應設置的磁浮組件，兩組對應的磁浮組件非接觸相互插入，並按磁平衡原則排列。所述的拔風筒為上大下小的喇叭形結構，其高度高於聚風塔的高度，其高出聚風塔的部分環設有多個拔風口，拔風口外側上部安裝有水平軸，水平軸上安裝有擋風門，擋風門可沿水平軸轉動，擋風門處於迎風面時關閉拔風口，處於背風面時由拔風筒內的上升氣流吹開。所述的聚風塔包括多個聚風牆，各聚風牆的兩側牆面均呈平面，多個聚風牆均勻分布圍繞在環形聚風通道的外圍，形成多角星形結構，相鄰聚風牆的上部外端之間連接有拉緊鋼繩。所述的聚風塔包括多個聚風牆，各聚風牆的兩側牆面均呈弧形面並且彎曲方向相同，多個聚風牆均勻分布圍繞在環形聚風通道的外圍，形成多角星形結構，相鄰聚風牆的上部外端之間連接有拉緊鋼繩。
所述的聚風牆在出風口處設有自平衡風量調節機構，該自平衡風量調節機構包括軌道、調節風門和控制裝置，軌道垂直安裝在拔風筒上，調節風門架設在軌道上，調節風門可沿軌道上下移動並可將出風口的一部分或全部封閉，控制裝置安裝在聚風牆內控制調節風門的移動。所述的聚風門包括水平固定軸、調節門和調節機構，水平固定軸水平安裝在所述進風口的上部，調節機構安裝在所述進風口的下部並可前後移動調節，調節門的上端與水平固定軸活動相連，調節門的下端抵靠在調節機構上。所述的聚風門包括垂直固定軸、調節門和調節機構，垂直固定軸垂直安裝在所述進風口的一側，調節機構安裝在所述進風口的另一側並可左右移動調節，調節門的一側與垂直固定軸活動相連，調節門的另一側抵靠在調節機構上。所述的聚風牆底部設有洩風調節機構，該洩風調節機構包括洩風口、導軌和洩風門，導軌安裝在洩風口的兩側，洩風門安裝在導軌上可上下移動。本發明的聚風增速風力發電裝置能實施大裝機容量，當聚風塔上的自然風經聚風增速裝置增速後，風速提高數倍。風的功率與風速的三次方成正比，聚風塔和撥風筒組成的聚風通道，能全方位驅動貫通式渦輪機的每一片葉片，使渦輪機受風力的面積大增，能顯著提高功率。螺旋渦輪機安裝在磁平衡磁浮慣性輪上，並在全磁浮狀態下運行，不僅提高了渦輪機效率，慣性輪使輸出功率更穩定。本方法採用增加聚風面積，配合洩風裝置能有效增加發電時間。垂直發電機採用空氣冷卻，氣體所帶出的熱量，以及聚風增速時的能量損失所產生熱量都能使撥風管的龍捲風抽撥力增加，都能填補因風能不足所增加的能量，維持發電機的恆速運行。本發明的聚風增速風力發電裝置使氣流經蝸輪導向裝置全方位推動貫通式螺旋蝸輪機，在拔風筒形成強烈上旋氣流，即形成人造龍捲風，並在中心產生低氣壓，對蝸輪機產生巨大的抽拔力。在聚風增速的推力和龍捲風增速的抽拔力的共同作用下，實現了大裝機容量。


圖1是本發明聚風增速風力發電裝置的縱向剖視結構示意圖；圖2、圖3是本發明兩個實施例的立體結構示意圖；圖4、圖5是本發明兩個實施例的橫向剖視結構示意圖；圖6、圖7是本發明中的聚風門的結構示意圖。
具體實施例方式附圖給出了本發明的一個較佳實施例，下面結合附圖的實施例對本發明作進一步說明。參見圖1，配合參見圖2、圖3、圖4、圖5，本發明的聚風增速風力發電裝置，包括基座1、拔風筒2、聚風塔3、風力渦輪機4、聚風增速機構5、垂直發電機6和磁平衡磁浮機構。拔風筒2安裝在基座1上的中心位置，在拔風筒下部設有聚風進風口 21，拔風筒 2為上大下小的喇叭形結構，其高度高於聚風塔3的高度，其高出聚風塔的部分環設有多個拔風口 22，拔風口 22外側上部安裝有水平軸23，拔風口 22周圍設有防振條25，水平軸23 上安裝有擋風門24，擋風門M可沿水平軸23轉動，擋風門處於迎風面時關閉拔風口，處於背風面時由拔風筒內的上升氣流吹開。聚風塔3包括環形聚風通道31和多個聚風牆32，聚風塔3的上端設有上頂層33， 下部設有下底層34。環形聚風通道31安裝在基座上並圍繞在拔風筒2的外圍，多個聚風牆32安裝在基座上並呈散射狀圍繞在環形聚風通道31的外圍；各聚風牆32結構相同，整體呈外窄內寬、上窄下寬的錐形框架夾層結構，並在聚風牆的左右側面和外側面形成多個框架形進風口 321，進風口內設有聚風門322，聚風牆的內側設有出風口與環形聚風通道31 連通，上述拔風筒2下部的聚風進風口與環形聚風通道31連通。聚風牆底部設有洩風調節機構9，該洩風調節機構9包括洩風口 91、導軌92和洩風門93，導軌92安裝在洩風口 91的兩側，洩風門93安裝在導軌上可上下移動。風力渦輪機4通過渦輪機框架41安裝在拔風筒2內的下部，為垂直軸貫通式螺旋渦輪機，上部為出風口並與拔風筒2連通，垂直軸42下部連接有慣性輪43。聚風增速導向機構5環設在風力渦輪機4與拔風筒2之間，其外側通過拔風筒的聚風進風口與聚風塔的環形聚風通道連通，內側與風力渦輪機連通，中間設有一圈呈螺旋狀分布的聚風板51。垂直發電機6安裝在拔風筒2內的底部並位於風力渦輪機4的下方，其驅動軸61 向上伸出並與風力渦輪機的垂直軸42連成一體。磁平衡磁浮機構包括兩個軸向磁平衡磁浮機構71、72和兩個徑向磁平衡磁浮機構73 ；其中軸向磁平衡磁浮機構71設置在垂直發電機的下方並固定在驅動軸61和基座1 上，軸向磁平衡磁浮機構72設置在風力渦輪機4的下方並固定在渦輪機的慣性輪43和螺旋渦輪機框架41上；兩個徑向磁平衡磁浮機構73分別設置在風力渦輪機4的上下兩端並固定在拔風筒2內壁和渦輪機框架41上；各磁平衡磁浮機構分別包括兩組對應設置的磁浮組件，兩組對應的磁浮組件非接觸相互插入，並按磁平衡原則排列。本發明中的聚風塔3可以設計成如圖2、圖4所示的結構，包括多個(本實施例為六個)聚風牆，多個聚風牆的兩側牆面均呈平面，多個聚風牆均勻分布圍繞在環形聚風通道的外圍，形成多角星形結構，相鄰聚風牆的上部外端之間連接有拉緊鋼繩33。本發明中的聚風塔3還可以設計成如圖3、圖5所示的結構，包括多個(本實施例為五個)聚風牆，多個聚風牆的兩側牆面均呈弧形面並且彎曲方向相同，多個聚風牆均勻分布圍繞在環形聚風通道的外圍，形成多角星形結構，相鄰聚風牆的上部外端之間連接有拉緊鋼繩33。本發明中的聚風牆在出風口處設有自平衡風量調節機構8，該自平衡風量調節機構包括軌道81、調節風門82和控制裝置，軌道81垂直安裝在拔風筒2上，調節風門82 (共兩個分別設置在聚風牆出風口的上下兩端)架設在軌道81上可沿軌道上下移動並可將出風口的一部分或全部封閉，控制裝置安裝在聚風牆內控制調節風門的移動。配合參見圖6、圖7，本發明中的聚風門322可以設計成垂直軸聚風門或水平軸聚風門，水平軸聚風門的結構如圖6所示，包括水平固定軸3221、調節門3222和調節機構 3223以及密封框32M，水平固定軸3221水平安裝在進風口的上部，調節機構3223安裝在進風口的下部並可前後移動調節，調節門3222的上端與水平固定軸活動相連，調節門的下端抵靠在調節機構上。圖2、圖4所示的多角星形結構聚風塔中採用的就是這種水平軸聚風門。
垂直軸聚風門包括垂直固定軸3225、調節門3222和調節機構3223以及密封框 3224，垂直固定軸3225垂直安裝在進風口的一側，調節機構3223安裝在進風口的另一側並可左右移動調節，調節門3222的一側與垂直固定軸活動相連，調節門的另一側抵靠在調節機構上。圖3、圖5所示的多角星形結構聚風塔中採用的就是這種垂直軸聚風門。本發明的工作原理是，在自然風吹動下，向風面的聚風門打開，成為進風口。聚風增速大小由調節機構調整，而背風面的聚風門受內部風壓作用將自動關閉，並被密封框所封閉。在進風口處，風被增速數倍，並形成數千帕高氣壓區。聚風塔下部與撥風管下部進風口相通，撥風管上端排風口與大氣相通，從聚風塔進風口進來的高壓氣流必然向與大氣相通的撥風管排氣口流動，並形成高速氣流。貫通式的渦輪機位於聚風增速機構內，高風速全方位驅動渦輪機的每一葉片，渦輪機排出的旋轉高速風，在撥風管道形成人造龍捲風，對渦輪機又產生巨大的抽吸力，推力和抽吸力兩合力驅動渦輪機旋轉，帶動發電機發電。自平衡風量調節機構能自動調節進風量和洩風量，保持發電機恆速旋轉，達到50HZ的併網技術要求。
權利要求
1.一種聚風增速風力發電裝置，其特徵在於包括基座；拔風筒，安裝在基座上的中心位置，在拔風筒下部設有聚風進風口 ；聚風塔，包括環形聚風通道和多個聚風牆，環形聚風通道安裝在基座上並圍繞在拔風筒的外圍，多個聚風牆安裝在基座上並呈散射狀圍繞在環形聚風通道的外圍；各聚風牆結構相同，整體呈外窄內寬、上窄下寬的錐形框架夾層結構，並在聚風牆的左右側面和外側面形成多個框架形進風口，進風口內設有聚風門，聚風牆的內側設有出風口與環形聚風通道連通，所述拔風筒下部的聚風進風口與環形聚風通道連通；風力渦輪機，通過渦輪機框架安裝在拔風筒內的下部，為垂直軸貫通式螺旋渦輪機，上部為出風口，垂直軸下部連接有慣性輪；聚風增速導向機構，環設在風力渦輪機與拔風筒之間，其外側通過拔風筒的聚風進風口與聚風塔的環形聚風通道連通，內側與風力渦輪機連通，中間設有一圈呈螺旋狀分布的聚風板；垂直發電機，安裝在拔風筒內的底部並位於風力渦輪機的下方，其驅動軸向上伸出並與風力渦輪機的垂直軸連成一體；磁平衡磁浮機構，包括兩個軸向磁平衡磁浮機構和兩個徑向磁平衡磁浮機構；其中一個軸向磁平衡磁浮機構設置在垂直發電機的下方並固定在主軸和基座上，另一個軸向磁平衡磁浮機構設置在風力渦輪機的慣性輪下方並固定在渦輪機的慣性輪和渦輪機框架上；兩個徑向磁平衡磁浮機構分別設置在風力渦輪機的上下兩端並固定在拔風筒內壁和渦輪機框架上；各磁平衡磁浮機構分別包括兩組對應設置的磁浮組件，兩組對應的磁浮組件非接觸相互插入，並按磁平衡原則排列。
2.根據權利要求1所述的聚風增速風力發電裝置，其特徵在於所述的拔風筒為上大下小的喇叭形結構，其高度高於聚風塔的高度，其高出聚風塔的部分環設有多個拔風口，拔風口外側上部安裝有水平軸，水平軸上安裝有擋風門，擋風門可沿水平軸轉動，擋風門處於迎風面時關閉拔風口，處於背風面時由拔風筒內的上升氣流吹開。
3.根據權利要求1所述的聚風增速風力發電裝置，其特徵在於所述的聚風塔包括多個聚風牆，各聚風牆的兩側牆面均呈平面，多個聚風牆均勻分布圍繞在環形聚風通道的外圍，形成多角星形結構，相鄰聚風牆的上部外端之間連接有拉緊鋼繩。
4.根據權利要求1所述的聚風增速風力發電裝置，其特徵在於所述的聚風塔包括多個聚風牆，各聚風牆的兩側牆面均呈弧形面並且彎曲方向相同，多個聚風牆均勻分布圍繞在環形聚風通道的外圍，形成多角星形結構，相鄰聚風牆的上部外端之間連接有拉緊鋼繩。
5.根據權利要求1所述的聚風增速風力發電裝置，其特徵在於所述的聚風牆在出風口處設有自平衡風量調節機構，該自平衡風量調節機構包括軌道、調節風門和控制裝置，軌道垂直安裝在拔風筒上，調節風門架設在軌道上，調節風門可沿軌道上下移動並可將出風口的一部分或全部封閉，控制裝置安裝在聚風牆內控制調節風門的移動。
6.根據權利要求1所述的聚風增速風力發電裝置，其特徵在於所述的聚風門包括水平固定軸、調節門和調節機構，水平固定軸水平安裝在所述進風口的上部，調節機構安裝在所述進風口的下部並可前後移動調節，調節門的上端與水平固定軸活動相連，調節門的下端抵靠在調節機構上。
7.根據權利要求1所述的聚風增速風力發電裝置，其特徵在於所述的聚風門包括垂直固定軸、調節門和調節機構，垂直固定軸垂直安裝在所述進風口的一側，調節機構安裝在所述進風口的另一側並可左右移動調節，調節門的一側與垂直固定軸活動相連，調節門的另一側抵靠在調節機構上。
8.根據權利要求1所述的聚風增速風力發電裝置，其特徵在於所述的聚風牆底部設有洩風調節機構，該洩風調節機構包括洩風口、導軌和洩風門，導軌安裝在洩風口的兩側， 洩風門安裝在導軌上可上下移動。
全文摘要
本發明提供了一種聚風增速風力發電裝置，它包括基座、拔風筒、聚風塔、風力渦輪機、聚風增速機構、垂直發電機和磁平衡磁浮機構。拔風筒安裝在基座上。聚風塔安裝在基座上並圍繞在拔風筒的外圍。風力渦輪機為垂直軸貫通式螺旋渦輪機，安裝在拔風筒內的下部。垂直發電機安裝在拔風筒內的底部並位於風力渦輪機的下方。磁平衡磁浮機構分別設置在垂直發電機的下方和風力渦輪機的周圍。本發明的聚風增速風力發電裝置不僅提高了風速，以風速三次方乘積來提高功率，同時還提高了渦輪機有效受風面積和渦輪機效率，使聚風增速風力發電裝置獲得大裝機容量。
文檔編號H02N15/00GK102562467SQ201010619068
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月29日 優先權日2010年12月29日
發明者孫立蓉 申請人:孫立蓉