高速公路消旋裝置的製作方法
2023-10-29 20:23:32 2
專利名稱：高速公路消旋裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬高速公路附加裝置，涉及到高速公路消除旋風的裝置；並且涉及風力發電裝置，包括一種垂直軸的風力發電裝置。
背景技術：
高速公路是產自然災害龍捲風的主要成因。據統計在高速公路發達的美國，約70％的龍捲風是由高速公路引起的。主要是高速公路的汽車雙向高速流動，帶動空氣形成氣旋，從而引發龍捲風。預防的方法是在高速公路的隔離欄上加裝擾流板，但是沒有消耗能量，所以消旋的效果有限。當然用風力裝置可以消耗能量，從而達到減弱旋風，消除龍捲風的起因的目的。但是不是簡單地用風力裝置就可以達到目的，以下本發明就本案的關鍵技術風力發電裝置介紹相關的背景技術。
風動力裝置，基本上用於風動力船，如帆船；風動力機械，如荷蘭的風動力水車或麵粉磨；以及風力發電。目前風動力裝置主要用於風力發電。
在具體的風力發電裝置中，發電機的類型和結構往往與風動力裝置有很大的關聯性。常見的風動力裝置帆式如帆船；荷蘭風車，不在本案中展開討論，本案所述風動力裝置為旋轉式，分為水平軸和垂直軸兩種，且和風力發電裝置密切相關。
水平軸的風力裝置，往往需要架設在一個高架上，發電時需要輕型的高效率的發電機，並且有免維護等特殊要求，因此造價昂貴。同時需要指出的是了得到較好的抗強風性能，風葉(也稱風翼)為細而狹長翼面，有效的受風面積僅為整個旋轉面的5-10％。因此小的效率使裝置得不到合適的工業價值和商業利益，於是水平軸風力發電設備向高空和大型化發展以求工業價值和商業利益，往往需在50-100米的高空架設十幾噸到數十噸的兆瓦級的發電機和風葉，於是建設成本極其昂貴。甚至還需要建設專用的道路來使重型的高空吊裝機械到位。昂貴的投資使其僅次於核電站，這樣就限制了它的發展。
垂直軸的風力發電裝置，與水平軸比較主要有以下優點發電機可以安裝在地面，使用傳統的發電機和變速機構造價很低，性價比就很高，維修成本也很低，笨重的發電機不必架在空中，就免去了高架立柱和地基道路等昂貴的建設成本，便於大規模發展投資額很小的風電項目，即使是小風電項目也有適當的工業價值和商業利益。此外還有一個優點垂直軸的風力發電裝置任何風向的風都一樣轉動，不需要水平軸裝置必需的對準風向定位系統和增加的電動機轉向機組。
國際風力發電專家認為，垂直軸風機幾乎肯定能夠保留它目前的一個特徵簡單。這種類型的風機的成功之處的一個訣竅就是經濟性良好的製造技巧。(主要是葉片的製造)，這種技巧能夠製造出每單位長度成本非常便宜的葉片。從而降低了成本。而且垂直軸風機的固有的優點是將所有的驅動裝置和發電機置於地面，可以使用重量更大和物理尺寸更大的部件。目前對於這種考慮的主要是直接或者線性驅動的發電機，從而減少了齒輪箱的必要性並且提供了非常具有競爭力價格的變速操作的優點。
但是垂直軸的風力發電裝置也有自己的問題，由於高度有限，利用的是風速小些的地面風，風電領域中一般認為離地表20米以下為地面風，也稱地表風。因此要提高風能的利用率。為了充分理解本案申請，有兩種背景技術需要介紹戴瑞斯風力機法國人G.J.M.Darrieus發明的立軸式風力機，安裝在加拿大馬格達輪島的200KW發電裝置，是目前世界上最大的戴瑞斯風能發電裝置。在水平的旋轉面上均勻分布的三個弓形窄葉片，葉片的兩端分別固定連接於垂直轉軸的上下端點並且無相對運動，相當於弓弦的部分重合於轉軸。優點是傳動機構、發電機等可以安裝在地面，風力機塔架非常簡單，也帶來操作和維修的方便。風力機工作不完全受風向約束，無需迎風裝置，大大簡化結構。葉片容易製造，加上上述的一些優點，使得它的造價很低，為水平軸式的1/6左右。風能利用率高。缺點是沒有輔助裝置時，自己不能起動。一般要在風速超過5m/s以上，才可發出功率。
我們常見的風速儀是一種勺型翼，也是一種典型的風動力裝置。工作原理是凹形曲面受風時風阻較大，產生較大的動力力距；凸形曲面受風時風阻較小，產生較小的阻力力距；兩者之差為動力力距使風動力裝置轉動。
現有的公開技術中風葉主要工作區域是力臂教長的遠離圓心(垂直轉軸)的近圓周處，也因為近圓心的力臂很小，力距也幾乎為零，通常靠近垂直轉軸處不設置風葉，透空以便於透風減小阻力。這樣一來風動力裝置的體積和效率之比就較低，不利於在較小風力下工作。
同時現有的公開技術中風葉的作用是獨立的，各自單獨地作用於風動力裝置，僅在幾個風葉的力距合成作用下使風動力裝置工作。幾個風葉之間沒有互相直接的作用，作動力的風葉起的是純粹的動力，迴轉的風葉起的是純粹的阻力，因此風能的利用率不高。
特別強調的是一般的垂直轉軸風力發電裝置在靠近垂直轉軸處不設置風葉，透空以便於透風減小阻力，對於高速公路消旋應用來說除了效果不佳之外，它的透光性也是不容許的，將造成對面車道的燈光晃眼。
發明內容
本發明的技術問題在於消除龍捲風的起因的目的，需要消除高速公路汽車雙向高速流動形成氣旋，在高速公路的隔離欄上加裝可以消耗氣流能量吸收裝置，一種特殊的風力發電裝置，同時要求高效率的特殊風翼和相互作用的構造在較小風力下也能工作，充分提高風動力裝置的體積和效率之比，實現風力發電裝置提高風能利用率，能抗強風，也不容許透光性，避免造成對面車道的燈光晃眼。
特別聲明，為了清楚地描述本申請案中所提及的各種技術方案和權利要求，在使用角度描述時，其含義不僅僅是簡單的幾何概念，而是機械工程的力學概念。如垂直與地面是指垂直軸或垂直方向基本上平行於重力方向，水平指平行於地面，也泛指風的方向，需要指出的是風的方向不是絕對水平地平行於地面，而是對地有一個小小的傾角，但是兩者力學特徵幾乎相同，用一個幾何角度來描述。
本發明的技術方案是帶有氣旋隔離吸收帶的高速公路，包括雙向車道、中間隔離帶、在中間隔離帶上裝有形成帶狀的氣旋隔離吸收帶，所述氣旋隔離吸收帶由鏈狀的多個垂直轉軸風力發電裝置組成，所述垂直轉軸風力發電裝置具有曲面翼的垂直轉軸風動力裝置，包括剛性的垂直轉軸1、固定地安裝於所述垂直轉軸上下兩個同軸同徑與軸垂直的平行圓盤3、所述圓盤3之間至少固定地裝有兩片以上的片狀曲面風翼2、所述圓盤3與曲面風翼2垂直、所述曲面風翼2彎曲面為弧形且平行於垂直轉軸1、在水平剖面上所述曲面風翼2投影線具有第一端點205、第二端點206、變流內曲面201、受風凹面202、分流內凸面203、分流外凸面204、所述曲面風翼2的第一端點205與所述圓盤3的圓周相接或位於所述圓盤3的近圓周內外處、以經過所述曲面風翼2的第一端點205為頂點，以經過該頂點205的所述曲面風翼2的弦即第一端點205和第二端點206為兩端點的直線，和經過第一端點205所述圓盤3的半徑為角4的兩條邊形成一個大於0度小於45度內的銳角φ，風力裝置垂直軸的位置在這個銳角φ之外；從旋轉方向上看為均布多個曲面風翼2；其特徵在於所述曲面風翼2的第二端點206處的切線指向另一即從旋轉方向上看為下一個曲面風翼2的受風凹面202內。
在所述曲面風翼2的受風凹面202受風時，風在為推動垂直軸1轉動提供第一推動力距的為第一作用，同時，在所述曲面風翼2曲面的反作用力的作用下，風沿著所述曲面風翼2的變流內曲面201拐彎前進並從所述曲面風翼2的第二端點206的切線方向直線吹出到達另一曲面風翼2的受風凹面202並推動該曲面風翼2，從而形成推動垂直軸1轉動提供第二推動力距為第二作用，提高了效率。另外當所述曲面風翼2的受風凹面202受風時，另一曲面風翼2的分流凸面203對風的分流作用，加強了吹向所述曲面風翼2的受風凹面的風力，進一步提高了風力裝置的效率。
所述氣旋隔離吸收帶由鏈狀的多個垂直轉軸風力發電裝置組成，可以在車道外綠化隔離帶上成多排鏈使用。
因此在介紹時為節約篇幅，所有的技術方案均包括帶有氣旋隔離吸收帶的高速公路，包括雙向車道、中間隔離帶、在中間隔離帶上裝有形成帶狀的氣旋隔離吸收帶，所述氣旋隔離吸收帶由鏈狀的多個垂直轉軸風力發電裝置組成，發電機及其變速勻速裝置，和所述垂直轉軸風力發電裝置具有曲面翼的垂直轉軸風動力裝置的整體技術方案。但是具體介紹主要的關鍵技術曲面風翼風力裝置。
依照本發明的一個實施例及其變例本發明的技術方案的可以及一步改進為如圖2、圖5，其特徵在於所述曲面翼曲面投影為漸開線型的弧線。需要指出的目的是漸開線型的弧線旋風效果更好。
它的變化實施例是採用一種具有4個漸開線型曲面翼的垂直軸風力裝置；將圖5曲面翼2改為曲面投影為漸開線型的弧線。
依照本發明的一個實施例及其變例本發明的技術方案的可以及一步改進為如圖3、圖5，其特徵在於所述曲面翼的受風凹面202水平剖面線為圓弧型或漸開線型的弧線，變流內曲面201則變化為水平剖面線是直線，即平面。需要指出的目的是使變流風的損耗更小。機加工的難度和成本也進一步下降。
它的變化實施例是採用一種具有4個弧線加直線型曲面翼的垂直軸風力裝置；將圖5曲面翼2改為曲面投影為弧線加直線型。
依照本發明的一個實施例及其變例本發明的技術方案的可以及一步改進為如圖4、圖5，其特徵在於所述曲面翼2為平面折成，曲面投影為折線。同時將平行圓盤3簡化為三組輻射條，對摺面形的曲面翼按兩點決定一條直線的規則進行三點固定兩平面。需要指出的目的是機加工的難度和成本也進一步大幅下降。
它的變化實施例是採用一種具有4個折線型曲面翼的垂直軸風力裝置；將圖5曲面翼2改為曲面投影為折線型。
本發明的有益效果是這種結構的一個根本的特點是曲面風翼2是成對相互作用的，具有一種旋風效果，注意這個旋風效果使風力反向，去抵消高速公路氣旋的一部分能量。此外本發明的另一特點是靠近垂直轉軸1處不再透空，曲面風翼靠近垂直軸1，甚至越過垂直軸1時效果更好，這樣一來風動力裝置的體積和效率之比就達到一個新的水平，有利於在較小風力下工作。一般的垂直軸風力裝置只依靠第一作用，而本案發明了曲面翼的相互作用增加新穎的第二作用，並且有增強風力的意想不到的效果，達到了具有突出的實質性特點和顯著的進步。
為消除龍捲風的起因的目的，需要消除高速公路汽車雙向高速流動形成氣旋，在高速公路的隔離欄上加裝本發明可以吸收氣流能量風力發電裝置，同時能抗強風，也不容許透光性，避免造成對面車道的燈光晃眼。
圖1一種曲面翼的垂直軸風力裝置的水平剖面圖，曲面投影為圓弧。
圖2一種曲面翼的垂直軸風力裝置的水平剖面圖，曲面投影為漸開線型的弧線。同時標出了第一作用和第二作用時的風向和旋風的作用路徑。
圖3一種曲面翼的垂直軸風力裝置的水平剖面圖，曲面投影為弧線連接直線。
圖4一種曲面翼的垂直軸風力裝置的水平剖面圖，曲面投影為折線。
圖5一種曲面翼的垂直軸風力裝置的水平剖面圖，曲面投影為圓弧。曲面翼為4個。
圖6一種曲面翼的垂直軸風力裝置的立體圖，曲面翼投影為圓弧。
圖7一種帶有氣旋隔離吸收帶的高速公路的立體圖，曲面翼投影為漸開線。包括雙向車道、中間隔離帶、在中間隔離帶上裝有形成帶狀的氣旋隔離吸收帶，所述氣旋隔離吸收帶由鏈狀的多個垂直轉軸風力發電裝置組成，所述垂直轉軸風力發電裝置具有曲面翼的垂直轉軸風動力裝置。
具體實施例方式
下面結合實施例來進一步說明本發明的技術方案和優點。實施例1為典型實施例，所述個部分相關連接結構的原則對其他實施例適用。因此在介紹時為節約篇幅，所有的實施例均包括帶有氣旋隔離吸收帶的高速公路，包括雙向車道、中間隔離帶、在中間隔離帶上裝有形成帶狀的氣旋隔離吸收帶，所述氣旋隔離吸收帶由鏈狀的多個垂直轉軸風力發電裝置組成，發電機及其變速勻速裝置，和所述垂直轉軸風力發電裝置具有曲面翼的垂直轉軸風動力裝置的整體實施例。但是具體介紹主要的關鍵技術曲面風翼風力裝置。
實施例1及其變例為典型實施例。採用一種具有兩個圓弧曲面翼的垂直軸風力裝置；見立體6和剖面1包括剛性的垂直轉軸1，所述垂直轉軸上裝有上下兩個同軸同徑與軸垂直的平行圓盤3來固定曲面風翼2，所述圓盤3之間至少裝有兩片以上的片狀曲面風翼2，所述圓盤3與風翼2垂直，從水平剖面來看所述曲面風翼2的第一端點205與所述圓盤3的圓周相接或位於所述圓盤3的近圓周內外處，效果相同，以經過所述曲面風翼2的第一端點205為頂點，以經過該頂點205的所述曲面風翼2的弦即第一端點205和第二端點206為兩端點的直線，和經過第一端點205所述圓盤3的半徑為角4的兩條邊形成一個0-45度內的銳角φ，風力裝置垂直軸的位置在這個銳角φ之外；在所述垂直軸1另一邊安裝有另一個曲面風翼2，兩個曲面風翼2的水平剖面關於垂直軸1所在的圓心成點對稱；曲面風翼2的第二端點206處的切線指向另一曲面風翼2的受風凹面202內，如超出第一端點205以外，將減弱第二作用，如靠近變流內曲面201則轉速高時效果好，因為有一個滯後效應，曲面風翼2是圓周運動，而切線方向的風是直線運動，吹到時已經靠近第一端點205。如靠近第一端點205小風時效果好，低速時推力大。
在所述曲面風翼2的受風凹面202受風時，風在為推動垂直軸1轉動提供第一推動力距的同時，在所述曲面風翼2曲面202和201的反作用力的作用下，風沿著所述曲面風翼2的變流內曲面201拐彎前進並從所述曲面風翼2的第二端點206的切線方向直線吹出到達另一曲面風翼2的受風凹面202並推動該曲面風翼2，從而形成推動垂直軸1轉動提供第二推動力距，提高了效率。另外當所述曲面風翼2的受風凹面202受風時，另一曲面風翼2的分流凸面203對風的分流作用，加強了吹向所述曲面風翼2的受風凹面的風力，進一步提高了風力裝置的效率。
圖2同時標出了本發明第一作用和第二作用時的風向和旋風的作用路徑。其中「介」字形的風向由兩部分組成，第一直線的風向表示沿地面水平方向的風，第二彎曲的變流風時直線風沿分流凸面203改變風向後的流向，它加強了吹向受風凹面202的風力。
本實施例的變例採用一種具有4個圓弧曲面翼的垂直軸風力裝置；如圖5。與兩個風葉的裝置相比4個圓弧曲面翼2沿所述圓盤3的圓周均布；曲面風翼2的第二端點206處的切線指向另一曲面風翼2的受風凹面202內，靠近凹面201一側4個圓弧曲面翼2的曲率半徑相對小一些。
本實施例另一種形式是曲面風翼垂直軸風力發電裝置，即在各種曲面風翼風力裝置加上發電機及其變速勻速裝置，以下各實施例均類同地帶有一個風力發電裝置的實施例。
實施例2及其變例如圖2、圖5，其特徵在於所述曲面翼的，曲面投影為漸開線型的弧線。需要指出的是漸開線型的弧線旋風效果更好。
本實施例的變例採用一種具有4個漸開線型曲面翼的垂直軸風力裝置；將圖5曲面翼2改為曲面投影為漸開線型的弧線。
實施例3及其變例如圖3、圖5，其特徵在於所述曲面翼的受風凹面202水平剖面線為圓弧型或漸開線型的弧線，變流內曲面201則變化為水平剖面線是直線，即平面，使變流風的損耗更小。機加工的難度和成本也進一步下降。
本實施例的變例採用一種具有4個弧線加直線型曲面翼的垂直軸風力裝置；將圖5曲面翼2改為曲面投影為弧線加直線型。
實施例4及其變例如圖4、圖5，其特徵在於所述曲面翼2為平面折成，曲面投影為折線。同時將平行圓盤3簡化為三組輻射條，對摺面形的曲面翼按兩點決定一條直線的規則進行三點固定兩平面。機加工的難度和成本也進一步大幅下降。
本實施例的變例採用一種具有4個折線型曲面翼的垂直軸風力裝置；將圖5曲面翼2改為曲面投影為折線型。
上述實施例是提供給熟悉本領域內的人員來實現或使用本發明的，熟悉本領域的人員可在不脫離本發明的發明思想的情況下，對上述實施例做出種種修改或變化，因而本發明的保護範圍並不被上述實施例所限，而應該是符合權利要求書提到的創新性特徵的最大範圍。
權利要求
1.帶有氣旋隔離吸收帶的高速公路，包括雙向車道、中間隔離帶、在中間隔離帶上裝有形成帶狀的氣旋隔離吸收帶，所述氣旋隔離吸收帶由鏈狀的多個垂直轉軸風力發電裝置組成，其特徵在於所述垂直轉軸風力發電裝置具有過轉軸中心的曲面翼垂直轉軸風動力裝置。
2.權利要求1所述的帶有氣旋隔離吸收帶的高速公路，具有曲面翼的垂直轉軸風動力裝置，包括剛性的垂直轉軸〔1〕、固定地安裝於所述垂直轉軸上下兩個同軸同徑與軸垂直的平行圓盤〔3〕、所述圓盤〔3〕之間至少固定地裝有兩片以上的片狀曲面風翼〔2〕、所述圓盤〔3〕與曲面風翼〔2〕垂直、所述曲面風翼〔2〕彎曲面為弧形且平行於垂直轉軸〔1〕、在水平剖面上所述曲面風翼〔2〕投影線具有第一端點〔205〕、第二端點〔206〕、變流內曲面〔201〕、受風凹面〔202〕、分流內凸面〔203〕、分流外凸面〔204〕、所述曲面風翼〔2〕的第一端點〔205〕與所述圓盤〔3〕的圓周相接或位於所述圓盤〔3〕的近圓周內外處、以經過所述曲面風翼〔2〕的第一端點〔205〕為頂點，以經過該頂點〔205〕的所述曲面風翼〔2〕的弦即第一端點〔205〕和第二端點〔206〕為兩端點的直線，和經過第一端點〔205〕所述圓盤〔3〕的半徑為角〔4〕的兩條邊形成一個大於0度小於45度內的銳角Φ，風力裝置垂直軸的位置在這個銳角Φ之外；從旋轉方向上看為均布多個曲面風翼〔2〕；其特徵在於所述曲面風翼〔2〕的第二端點〔206〕處的切線指向另一即從旋轉方向上看為下一個曲面風翼〔2〕的受風凹面〔202〕內。
3.權利要求1所述的帶有氣旋隔離吸收帶的高速公路，具有曲面翼的垂直轉軸風動力裝置，其特徵在於所述曲面風翼〔2〕彎曲面投影為漸開線型的弧線。
4.權利要求1所述的帶有氣旋隔離吸收帶的高速公路，具有曲面翼的垂直轉軸風動力裝置，其特徵在於所述曲面風翼〔2〕彎曲面投影為弧線連接直線。
5.權利要求1所述的帶有氣旋隔離吸收帶的高速公路，具有曲面翼的垂直轉軸風動力裝置，其特徵在於所述曲面風翼〔2〕彎曲面投影為折線型
6.權利要求1所述的帶有氣旋隔離吸收帶的高速公路，具有曲面翼的垂直轉軸風動力發電裝置，除包括權利要求1所述的具有曲面翼的垂直轉軸風動力裝置外還包括發電機及其變速勻速裝置；其特徵在於所述曲面風翼〔2〕的第二端點〔206〕處的切線指向另一即從旋轉方向上看為下一個曲面風翼〔2〕的受風凹面〔202〕內。
7.權利要求5所述的具有曲面翼的垂直轉軸風動力發電裝置，其特徵在於所述曲面風翼〔2〕彎曲面投影為漸開線型的弧線。
8.權利要求1所述的帶有氣旋隔離吸收帶的高速公路，具有曲面翼的垂直轉軸風動力發電裝置，其特徵在於還包括在車道外綠化隔離帶上成多排鏈使用氣旋隔離吸收帶由鏈狀的多個垂直轉軸風力發電裝置組成。
全文摘要
本發明公開了一種帶有氣旋隔離吸收帶的高速公路，包括雙向車道、中間隔離帶、在中間隔離帶上裝有形成帶狀的氣旋隔離吸收帶，所述氣旋隔離吸收帶由鏈狀的多個垂直轉軸風力發電裝置組成，其特徵在於所述垂直轉軸風力發電裝置具有過轉軸中心的曲面翼垂直轉軸風動力裝置。具有曲面翼的垂直轉軸風動力裝置。在風的作用下曲面翼之間存在相互作用，有一種旋風結構，有加強風力的作用。本發明的另一特點是靠近垂直轉軸處不再透空，這樣一來風動力裝置的體積和效率之比就達到一個新的水平，有利於在較小風力下工作。
文檔編號F03D11/04GK1986965SQ20061014747
公開日2007年6月27日 申請日期2006年12月19日 優先權日2006年12月19日
發明者朱守雲 申請人:上海海想自動控制技術有限公司