[發(fā)明專利]耦合式聚風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310083115.7
• 申請日: 2013-03-15
• 公開（公告）號: CN103133258A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李勇強;謝玉琪;張紅旭;楊偉濤;陳志剛
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇中蘊風(fēng)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(wù)所(普通合伙) 32248
• 代理人: 郭豐海

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。具體說，是具有對氣體進行聚集、收儲、增速、轉(zhuǎn)換功能的大功率耦合式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)

眾所周知，為減少對自然資源的過度開發(fā)、利用，目前世界各國都比較重視利用風(fēng)力來進行發(fā)電。傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機都是利用空氣在大尺度范圍內(nèi)不同地點之間壓強差形成的勢能引起的宏觀流動進行發(fā)電，這種方式對于風(fēng)能的應(yīng)用幾乎已經(jīng)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(fēng)力發(fā)電機的功率，就只能一味增加掃風(fēng)面積，結(jié)果是必須配備巨大的風(fēng)葉，從而導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機的體形巨大。目前最大的風(fēng)力發(fā)電機的單機功率不超過7兆瓦，但其直徑已經(jīng)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(fēng)塔豎直高度120米范圍內(nèi)以平均風(fēng)速7米每秒的風(fēng)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(nèi)也就能布置9-12臺兆瓦級水平軸風(fēng)力發(fā)電機，且單機的風(fēng)能利用率不到5%，在7米每秒的風(fēng)速下每臺機的發(fā)電功率不會超過1兆瓦，在這個范圍內(nèi)由于風(fēng)機對風(fēng)的影響，總發(fā)電量不會超過9兆瓦，對風(fēng)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(fēng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用一端到另一端口徑由大逐漸變小的管道來進行聚風(fēng)，將自然風(fēng)的風(fēng)速提高了10倍以上后送給風(fēng)力發(fā)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(fēng)口面積的傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機相比，風(fēng)的動能提高到100倍，相當(dāng)于將單機的風(fēng)能利用率提高到了500%。但這種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)仍存在以下問題：一是為保證進風(fēng)口與風(fēng)向的一致，聚風(fēng)管道的進風(fēng)口到風(fēng)力發(fā)電機的進風(fēng)口之間需要設(shè)置多個彎頭，使得風(fēng)能經(jīng)多次轉(zhuǎn)向后損耗較大，難以對其充分利用；二是為了適應(yīng)聚風(fēng)管道出口較小的需要，風(fēng)力發(fā)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(fēng)速雖然最高，卻由于力臂極短而無法產(chǎn)生力矩，因此，這種發(fā)電系統(tǒng)的力矩仍舊較小，中心處的風(fēng)幾乎不產(chǎn)生作用，在管道橫截面內(nèi)能夠利用的風(fēng)的動能不足50%；三是由于上述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)所用聚風(fēng)管道自進風(fēng)口一端到出風(fēng)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(shè)置時呈上大下小的狀態(tài)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較低；四是由風(fēng)能轉(zhuǎn)化的機械能，需要經(jīng)過多級傳動軸、變速箱才能傳遞到發(fā)電機，而且需要設(shè)置降溫設(shè)備，不但增加了設(shè)備成本，而且運行降溫設(shè)備還需額外支付電力費用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的問題是提供一種耦合式聚風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)，采用這種發(fā)電系統(tǒng)，能夠提高風(fēng)能的利用率，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高，而且不需額外設(shè)置降溫設(shè)備，可降低成本。

為解決上述問題，采取以下方案：

本發(fā)明的耦合式聚風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)包括集風(fēng)筒和基座，集風(fēng)筒的內(nèi)徑大于基座上端的外徑，集風(fēng)筒呈豎向罩于基座上方，且集風(fēng)筒與基座間呈同心固定配合。所述集風(fēng)筒上端有集風(fēng)頭，該集風(fēng)頭為彎頭，其兩端的軸向中心線相垂直，其一端與集風(fēng)筒上端間呈可旋轉(zhuǎn)狀活動配合。其特點是所述集風(fēng)筒內(nèi)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(zhuǎn)動狀配合。所述輪轂內(nèi)側(cè)固定有發(fā)電機轉(zhuǎn)子，在輪轂內(nèi)的那段支撐軸或基座外壁上固定有發(fā)電機定子，發(fā)電機轉(zhuǎn)子和發(fā)電機定子的位置對應(yīng)，且發(fā)電機轉(zhuǎn)子的內(nèi)徑大于發(fā)電機定子的外徑。所述集風(fēng)筒內(nèi)在輪轂的上方設(shè)置有導(dǎo)風(fēng)罩，該導(dǎo)風(fēng)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(dǎo)風(fēng)罩下端的外徑與所述輪轂的外徑相等。

本發(fā)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(yīng)的集風(fēng)筒內(nèi)壁上固定有沿周向均布的第一導(dǎo)流板，第一導(dǎo)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(lián)，并在相鄰的上下級渦輪葉片之間設(shè)置第一導(dǎo)流板來調(diào)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(fēng)能進行充分的利用。

本發(fā)明的進一步改進方案是所述導(dǎo)風(fēng)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(dǎo)流板。這樣，可以在氣流沖擊渦輪葉片前，利用第二導(dǎo)流板對其進行規(guī)整，避免亂流和渦流的出現(xiàn)，使氣流沿著第二導(dǎo)流板的表面沖擊渦輪葉片，從而減少風(fēng)能的損耗。