[發明專利]耦合式聚風發電系統

有效

• 申請號: 201310083115.7
• 申請日: 2013-03-15
• 公開（公告）號: CN103133258A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 李勇強;謝玉琪;張紅旭;楊偉濤;陳志剛
• 申請（專利權）人: 江蘇中蘊風電科技有限公司
• 主分類號: F03D9/00
• 分類號: F03D9/00;F03D1/04;F03D1/06
• 代理公司: 無錫大揚專利事務所(普通合伙) 32248
• 代理人: 郭豐海

技術領域

本發明涉及一種風力發電系統。具體說，是具有對氣體進行聚集、收儲、增速、轉換功能的大功率耦合式風力發電系統。

背景技術

眾所周知，為減少對自然資源的過度開發、利用，目前世界各國都比較重視利用風力來進行發電。傳統風力發電系統的發電機都是利用空氣在大尺度范圍內不同地點之間壓強差形成的勢能引起的宏觀流動進行發電，這種方式對于風能的應用幾乎已經達到極限，而對于空氣本身所攜帶的靜壓力勢能則無法被利用。為了提升這類風力發電機的功率，就只能一味增加掃風面積，結果是必須配備巨大的風葉，從而導致風力發電機的體形巨大。目前最大的風力發電機的單機功率不超過7兆瓦，但其直徑已經超過120米，不僅制造、安裝、維護起來比較麻煩，而且制造成本較高。另外如在1平方公里的土地上布場建站，風塔豎直高度120米范圍內以平均風速7米每秒的風來說，攜帶的動能約有20兆瓦，按照通常布局，在這樣的面積內也就能布置9-12臺兆瓦級水平軸風力發電機，且單機的風能利用率不到5%，在7米每秒的風速下每臺機的發電功率不會超過1兆瓦，在這個范圍內由于風機對風的影響，總發電量不會超過9兆瓦，對風的動能利用率較小。

為解決以上問題，中國201210282851.0號專利公開了一種自啟動式狹管聚風風力發電系統，該系統利用一端到另一端口徑由大逐漸變小的管道來進行聚風，將自然風的風速提高了10倍以上后送給風力發電機，充分利用空氣中蘊含的巨大靜壓力勢能，使得與相同進風口面積的傳統風力發電機相比，風的動能提高到100倍，相當于將單機的風能利用率提高到了500%。但這種風力發電系統仍存在以下問題：一是為保證進風口與風向的一致，聚風管道的進風口到風力發電機的進風口之間需要設置多個彎頭，使得風能經多次轉向后損耗較大，難以對其充分利用；二是為了適應聚風管道出口較小的需要，風力發電機的葉片也較小，而葉片一小，其力臂就短，并且往往在管道中心風速雖然最高，卻由于力臂極短而無法產生力矩，因此，這種發電系統的力矩仍舊較小，中心處的風幾乎不產生作用，在管道橫截面內能夠利用的風的動能不足50%；三是由于上述風力發電系統所用聚風管道自進風口一端到出風口一端由大到小逐漸變小，體積大、重量較重、不僅不易制造、不易運輸、不易施工，而且設置時呈上大下小的狀態，結構穩定性較低；四是由風能轉化的機械能，需要經過多級傳動軸、變速箱才能傳遞到發電機，而且需要設置降溫設備，不但增加了設備成本，而且運行降溫設備還需額外支付電力費用。

發明內容

本發明要解決的問題是提供一種耦合式聚風發電系統，采用這種發電系統，能夠提高風能的利用率，結構穩定性高，而且不需額外設置降溫設備，可降低成本。

為解決上述問題，采取以下方案：

本發明的耦合式聚風發電系統包括集風筒和基座，集風筒的內徑大于基座上端的外徑，集風筒呈豎向罩于基座上方，且集風筒與基座間呈同心固定配合。所述集風筒上端有集風頭，該集風頭為彎頭，其兩端的軸向中心線相垂直，其一端與集風筒上端間呈可旋轉狀活動配合。其特點是所述集風筒內基座上端面的中心位置處有支撐軸，該支撐軸上套有輪轂，輪轂的外表面沿周向均布有渦輪葉片，輪轂與支撐軸間呈可轉動狀配合。所述輪轂內側固定有發電機轉子，在輪轂內的那段支撐軸或基座外壁上固定有發電機定子，發電機轉子和發電機定子的位置對應，且發電機轉子的內徑大于發電機定子的外徑。所述集風筒內在輪轂的上方設置有導風罩，該導風罩為圓錐形，其下端與所述支撐軸的頂端間呈固定連接，且導風罩下端的外徑與所述輪轂的外徑相等。

本發明的進一步改進方案是所述輪轂的四周外表面軸向有不少于兩組渦輪葉片，每組渦輪葉片均沿輪轂外表面周向均勻布置，且渦輪葉片的傾斜方向均相同。相鄰的兩組渦輪葉片之間對應的集風筒內壁上固定有沿周向均布的第一導流板，第一導流板的傾斜方向與渦輪葉片的傾斜方向相反。即在輪轂的外表面自上而下采用多級渦輪葉片串聯，并在相鄰的上下級渦輪葉片之間設置第一導流板來調整氣流方向，使得氣流與多級渦輪葉片撞擊后才能排出，從而對風能進行充分的利用。

本發明的進一步改進方案是所述導風罩的底部連接有短直筒，短直筒的外壁上沿周向均布有第二導流板。這樣，可以在氣流沖擊渦輪葉片前，利用第二導流板對其進行規整，避免亂流和渦流的出現，使氣流沿著第二導流板的表面沖擊渦輪葉片，從而減少風能的損耗。