專利名稱：氣液發(fā)電設(shè)備的制作方法
氣液發(fā)電設(shè)備
背景技術(shù)：
風(fēng)能是不能耗盡的能源。而且，它是世界各處都能獲得的能源。本發(fā)明的主要目 的在于利用風(fēng)能。因此，現(xiàn)在將對目前投入運(yùn)轉(zhuǎn)中的風(fēng)力渦輪機(jī)進(jìn)行論述。風(fēng)力渦輪機(jī)的類型水平軸水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)(HAWT)現(xiàn)今所使用的大部分風(fēng)力機(jī)為水平軸型。水平軸風(fēng)力機(jī)具有像飛機(jī)螺旋槳一樣的 葉片。典型的水平風(fēng)力機(jī)立起有如20個樓層的建筑那么高，并且此時(shí)具有橫跨200英尺寬 的葉片。世界上最大的風(fēng)力機(jī)具有比足球場長的葉片。風(fēng)力機(jī)高而寬地立起，以便捕獲更 多的風(fēng)。如

圖1所示。HAWT的優(yōu)勢葉片位于渦輪機(jī)(turbine)重心的旁邊，有助于穩(wěn)固?？勺兊娜~片節(jié)距為渦輪機(jī)葉片提供了最佳的攻角。允許攻角被遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)以提供更 大的控制，由此渦輪機(jī)時(shí)刻與時(shí)令季節(jié)地收集最大量的風(fēng)能。在暴風(fēng)雨中使轉(zhuǎn)子葉片順槳(feather)的能力，將損害減到最少。高塔允許在具有風(fēng)切變的位置接近更強(qiáng)烈的風(fēng)。在某些風(fēng)切變位置，每升高10 米，風(fēng)速能夠提高20%并且功率輸出能夠提高34%。HAWT的弊端HAWT在近地面、湍流風(fēng)中難于運(yùn)轉(zhuǎn)。高塔與多達(dá)90米長的長葉片難于在海上和陸地上運(yùn)輸。目前運(yùn)輸能夠花費(fèi)掉 20%的設(shè)備費(fèi)用。所有的HAWT都難于安裝，需要非常高且價(jià)格昂貴的起重機(jī)以及熟練的操作員。FAA已經(jīng)提出了關(guān)于高HAWT對臨近空軍基地的雷達(dá)的影響的憂慮。它們的高度能夠產(chǎn)生局部阻力，該局部阻力是基于對觀察梭口(viewsheds)的影 響。順風(fēng)變形(downwind variants)遭受疲勞和由湍流引起的結(jié)構(gòu)破壞。垂直軸垂直軸風(fēng)力渦輪機(jī)(VAWT)垂直軸風(fēng)力機(jī)具有從上至下延伸的葉片，最普通型(達(dá)里厄型風(fēng)力機(jī))看上去像 是巨大的雙葉片的打蛋器(eggbeater)。垂直型的風(fēng)力機(jī)通常立起100英尺高和50英尺 (fee)寬。垂直軸風(fēng)力機(jī)僅構(gòu)成現(xiàn)今所使用的風(fēng)力機(jī)的一非常小的部分。如圖2所示。風(fēng) 力增強(qiáng)的轉(zhuǎn)子平臺(wind amplified rotor platform,WARP)是一種不同的風(fēng)力系統(tǒng)(wind system)，該風(fēng)力系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成比現(xiàn)今所使用的風(fēng)力機(jī)的效率高且占地小。WARP未使用大葉 片；反而，它看上去像是一堆凸緣。每個模塊具有一對小型的、大生產(chǎn)力的渦輪機(jī)，該對渦輪 機(jī)安裝在模塊的凹型風(fēng)力增強(qiáng)的模塊通道表面二者上。凹型表面將風(fēng)引向渦輪機(jī)，使風(fēng)速 擴(kuò)大50%或者更多。設(shè)計(jì)WARP的Eneco公司計(jì)劃出售技術(shù)，為海上石油平臺和無線通訊系 統(tǒng)提供動力。VAWT 的優(yōu)勢如果移動部分位于近地面，能易于維護(hù)。
因轉(zhuǎn)子葉片是垂直的，所以不需要偏轉(zhuǎn)裝置(yaw device)，減小了費(fèi)用。VAWT具有較大的翼型節(jié)距角(pitch angle)，當(dāng)減小低壓與高壓下的拖曳時(shí)，提供 了改善的空氣動力學(xué)。對于給定的半徑，具有方形或矩形橫截面的直葉片式VAWT設(shè)計(jì)的掃掠面積比 HAffT的圓形掃掠面積大。臺地、山頂、山脊與山口(pass)能夠在近地面處具有較快速的風(fēng)，這是因?yàn)轱L(fēng)被 強(qiáng)制上升一斜坡或者被灌入山口并進(jìn)入位于地面附近的VAWT的路徑。低8有用的(IoW eight useful)，這里法律不允許結(jié)構(gòu)被高處安裝。不需要獨(dú)立式塔，因此費(fèi)用較少，并且在地面附近的疾風(fēng)中更堅(jiān)固。通常具有較低的葉尖速比，因此在疾風(fēng)中斷裂的可能性較小。如果風(fēng)向改變則不必轉(zhuǎn)向面對風(fēng)，使他們在湍流風(fēng)的狀態(tài)中是理想的。他們能夠被潛在地建造成遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于HAWT的尺寸的尺寸，例如浮動的VAWT的數(shù)百 米的直徑，整個容器(vessel)旋轉(zhuǎn)的地方，能夠消除對大型且昂貴的軸承的需求。對于垂直型風(fēng)力渦輪機(jī)能夠被建造得多高和其能夠具有多少掃掠面積，可能存在 高度分層(height lamination)。然而，可以通過以三角型式將多個渦輪機(jī)連接在一起同 時(shí)支撐裝置(bracing)橫跨結(jié)構(gòu)的頂部來克服。從而減小了對這種強(qiáng)力的垂直支撐件的需 求，并允許渦輪機(jī)葉片被制得更長。VAWT 的弊端大部分VAWT以HAWT的效率的僅僅50%產(chǎn)生能量，很大程度上是因?yàn)閂AWT的葉片 在風(fēng)中轉(zhuǎn)動時(shí)，VAWT受到額外的阻力(drag)。可以通過使用結(jié)構(gòu)以灌進(jìn)更多并調(diào)整風(fēng)進(jìn)入 轉(zhuǎn)子(例如早期的Windstar渦輪機(jī)上的“定子”)或者將直葉片式VAWT緊密地放置在一起 的“Vorex”效應(yīng)(例如專利#6784566)來克服這一弊端。大部分VAWT需要被安裝在陸地上相對較平坦的地方，某些位置對VAWT來說可能 太陡峭，但仍可被HAWT所使用。大部分VAWT具有較低的起動扭矩，并且可能需要能量來啟動旋轉(zhuǎn)。由于轉(zhuǎn)子的全部重量都在軸承上，因此使用牽索以使其保持在適當(dāng)位置的VAWT 將應(yīng)力施加在底部的軸承上。附接至頂部軸承的牽索在陣風(fēng)中增大向下的推力。解決這一 問題，需要上部結(jié)構(gòu)，以使頂部軸承保持在適當(dāng)位置，從而在牽索模式中消除陣風(fēng)情況下的 向下推力。當(dāng)VAWT部件位于地面上時(shí)，VAWT部件也位于其上的結(jié)構(gòu)的重力作用下，這使得如 果設(shè)計(jì)得不合理，在不拆卸結(jié)構(gòu)的情況下改變我們的部件幾乎是不可能的。本方案，也就是Bhuma型氣液發(fā)電設(shè)備(Bhuma Aero-Hydro powerplant)，能夠克 服以上所述兩種類型風(fēng)力渦輪機(jī)的大部分弊端。本發(fā)明通過運(yùn)用以下方法能夠解決大部分 上述問題1、本發(fā)明使用兩種類型的圓盤，一種為固定的葉片組件，另一種為旋轉(zhuǎn)部件。葉片 帶有角度，從而使得從入射風(fēng)獲取大部分的能量。間隙制得較小，以使能耗減到最小。由此， 允許葉片從風(fēng)捕獲到最大的能量。2、本發(fā)明使用一種名為漏斗型儲水箱儲器(funnel shaped water storingtank reservoir)的新型裝置。已有的水獲得速度和壓力，該壓力在轉(zhuǎn)子的周圍成切線地沖擊轉(zhuǎn)子葉片。壓力的影響可以在向上和向下0 50度的角度之間起作用，該角度從旋轉(zhuǎn)圓盤的 整個直徑和貫穿直徑測量。向下降落的水的動力增大了旋轉(zhuǎn)圓盤的速度。在本發(fā)明中，可以使用A/C或者D/ C電源。電源本身應(yīng)當(dāng)為可再充電的，這能夠從產(chǎn)品獲取少量的電流，并給予旋轉(zhuǎn)圓盤連續(xù) 的運(yùn)動，這樣通過使用天然可再生的資源一風(fēng)力和水資源的幫助，有助于產(chǎn)生更多的電流。

發(fā)明內(nèi)容
假設(shè)風(fēng)以2米/秒或更大的最小速度吹刮。風(fēng)的流動(wind flowing)直接入射 在導(dǎo)流葉片或者固定圓盤上。于是入射在導(dǎo)流葉片上的風(fēng)在利于使風(fēng)入射在轉(zhuǎn)子葉片組件 上的方向被偏斜。導(dǎo)流葉片使風(fēng)以85度的角度轉(zhuǎn)向。風(fēng)入射在旋轉(zhuǎn)圓盤或者轉(zhuǎn)子上，風(fēng)迫 使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。入射風(fēng)與離開轉(zhuǎn)子葉片處的風(fēng)之間的角度為近似80-85度。這樣的角度給予 轉(zhuǎn)子最大可能的推力?，F(xiàn)在為克服風(fēng)以相對較低速度流動的問題，這里使用了一項(xiàng)新技術(shù)。引入儲存有 水的漏斗。水儲存在漏斗箱儲器中。箱內(nèi)的水自箱下落，并到達(dá)漏斗的上橫截面區(qū)域，再到 漏斗的下橫截面區(qū)域。漏斗的下橫截面區(qū)域在尺寸上比漏斗的上橫截面區(qū)域小得多，由此 流出的水的速度和壓力比上部的那些大得多。漏斗的水以近似90度的角度直接入射在旋轉(zhuǎn)圓盤的外邊緣上，由此增大轉(zhuǎn)子旋 轉(zhuǎn)的速度。撞擊轉(zhuǎn)子葉片的水壓的影響在向上或者向下0 50度的角度之間起作用，該角 度從中心沿旋轉(zhuǎn)圓盤的直徑測量。此方法允許轉(zhuǎn)子產(chǎn)生額外量的能量。轉(zhuǎn)子被固定在高速軸上，該高速軸通過聯(lián)軸器(coupling)與發(fā)電機(jī)(dynamo)的 電樞連接。當(dāng)轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)時(shí)，其同樣旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)的電樞。該發(fā)電機(jī)將軸的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成 電能。通過這種技術(shù)，一部分動力被用于將水儲存在箱中，而所提取動力的大部分被用作電 能供應(yīng)。這種技術(shù)能夠利用在風(fēng)中流動的能量的90% 95%，而且當(dāng)空氣不在流動時(shí)，儲 存在箱中的水會幫助使風(fēng)力發(fā)動機(jī)(windmill)運(yùn)轉(zhuǎn)。該技術(shù)能夠用于連續(xù)M小時(shí)提取動 力。無論是風(fēng)吹或者不吹，都不會影響轉(zhuǎn)子圓盤的旋轉(zhuǎn)，因此有助于產(chǎn)生越來越多的電。附圖簡述圖1示出可獲得的現(xiàn)有技術(shù)的水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)(HAWT)。圖2示出可獲得的現(xiàn)有技術(shù)的垂直軸風(fēng)力渦輪機(jī)(VAWT)。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的氣液發(fā)電設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡圖。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的氣液發(fā)電設(shè)備的壓力角。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的漏斗(儲水箱)和旋轉(zhuǎn)圓盤裝置的示意圖。圖6示出根據(jù)本發(fā)明的氣液發(fā)電設(shè)備的主視圖。圖7示出根據(jù)本發(fā)明的氣液發(fā)電設(shè)備的后視圖。圖8示出根據(jù)本發(fā)明的氣液發(fā)電設(shè)備的右視圖。圖9示出根據(jù)本發(fā)明的氣液發(fā)電設(shè)備的左視圖。BHUMA型氣液發(fā)電設(shè)備的部件1.固定圓盤裝置(set offixed disc)2.旋轉(zhuǎn)圓盤裝置(set offixed disc)3.球軸承
4.軸5.傳動裝置(gear)6.制動器7.聯(lián)軸器8.發(fā)電機(jī)9.漏斗(儲水箱)10.整個結(jié)構(gòu)的基座11.旋轉(zhuǎn)圓盤的葉片結(jié)構(gòu)12.保持儲器箱漏斗(water reservoir tank funnel)的支架(stand)(圖 4)各 種部件的描述和操作1.固定圓盤裝置全部組件被分成所需要數(shù)量的同心的固定葉片裝置。同心的固定圓盤裝置的數(shù)量 和尺寸是不同的。同心的固定葉片裝置被設(shè)計(jì)成在特定的設(shè)計(jì)速度下在同心部件上獲得相 同的扭矩。2.旋轉(zhuǎn)圓盤裝置盡管旋轉(zhuǎn)葉片裝置的直徑和劃分與固定葉片的組件的直徑和劃分相似，但不同于 固定圓盤，其被設(shè)計(jì)成用于最大的動量改變。旋轉(zhuǎn)葉片的組件被安置在固定圓盤系統(tǒng)的后 部，并且直接與軸連接，該軸依次通過傳動箱(gearbox)借助于聯(lián)軸器連接到發(fā)電機(jī)。旋轉(zhuǎn) 圓盤的系統(tǒng)利用被固定葉片聚集的風(fēng)。3.球軸承球軸承用于將運(yùn)動的軸支撐在固定圓盤架上。該技術(shù)一般是用于減小摩擦。由 于空氣中存在灰塵和濕氣，所有部件(除前葉片之外)在其上平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)的球軸承應(yīng)該由雙 “Z” (double “Ζ”)和橡膠密封保護(hù)進(jìn)行罩蓋。4.軸軸的基本功能是將由旋轉(zhuǎn)葉片獲得的角速度傳遞給發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)的不同部件在 使用球軸承或不使用球軸承的情況下沿著軸的長度連接。5.傳動裝置傳動裝置實(shí)現(xiàn)將轉(zhuǎn)子葉片的高扭矩轉(zhuǎn)換成需要的轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)。傳動裝置布置在軸 和聯(lián)軸器之間。這里應(yīng)提供的傳動裝置為加速型(s印-up-type)。6.制動器制動器被設(shè)置在低速軸上以控制軸的轉(zhuǎn)速。制動器有助于控制軸的輸出RPM07.聯(lián)軸器 聯(lián)軸器將軸與發(fā)電機(jī)相連接。8.發(fā)電機(jī)這種發(fā)電機(jī)部件被用來將通過旋轉(zhuǎn)葉片獲得的機(jī)械能(角速度)轉(zhuǎn)換成電能。9.漏斗在該組件中，漏斗儲箱被設(shè)置在兩個支柱上，稍后支柱的數(shù)量或者形狀可以根據(jù) 箱的重量(第3張)進(jìn)行增加或者改變。漏斗的水以近似90度的角度直接射入在旋轉(zhuǎn)圓 盤外邊，并在向上或向下0 50度的角度之間撞擊轉(zhuǎn)子圓盤，這為轉(zhuǎn)子圓盤提供額外的扭
6矩。10.整個結(jié)構(gòu)的基座整個結(jié)構(gòu)的基座制造得非常堅(jiān)固，以使基座不但能承受發(fā)電機(jī)的靜重，還能承受 因風(fēng)吹所帶來的巨大的力矩(moment)和儲存在箱中的水的巨大重量。11.旋轉(zhuǎn)葉片的葉片結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)葉片利用來自固定葉片的入射空氣的最大能量。入射空氣經(jīng)歷動量改變，這 種動量改變會對葉片施加壓力，其結(jié)果導(dǎo)致葉片產(chǎn)生圓周運(yùn)動。有兩種類型的葉片被使用。 一種類型的葉片是自中心徑向安裝，其利用了從固定圓盤入射的風(fēng)的能量的大部分。葉片 近似為半圓柱的形狀。下圖的圖片對它進(jìn)行了全面闡述。另一種類型的葉片被布置在周圍上。儲存在漏斗中的水帶動圓盤以高速進(jìn)行圓周 運(yùn)動。這個過程能夠提高旋轉(zhuǎn)圓盤的速度。
權(quán)利要求
1.一種氣液發(fā)電設(shè)備，其是改善的風(fēng)力發(fā)動機(jī)設(shè)備，該風(fēng)力發(fā)動機(jī)設(shè)備包括風(fēng)力發(fā) 動機(jī)起動增進(jìn)設(shè)備，其主要包括(a)固定葉片裝置、(b)旋轉(zhuǎn)圓盤裝置、(c)球軸承、(d)軸、 (e)含有齒輪驅(qū)動的傳動箱、(f)制動器、(g)聯(lián)軸器、(h)發(fā)電機(jī)、⑴用于儲存水的漏斗、 (j)基座架。
2.如權(quán)利要求1所述的氣液發(fā)電設(shè)備，被詳細(xì)描述為基座架(10)能夠支撐整個設(shè) 備，即固定渦輪裝置和旋轉(zhuǎn)渦輪裝置以及如第1張中所提到的所有小器具。
3.如權(quán)利要求1所述的氣液發(fā)電設(shè)備，其中，通過所述固定葉片的進(jìn)來的空氣會進(jìn)入 同心的固定圓盤裝置，以在同心部件上獲得相等的扭矩，并且進(jìn)入旋轉(zhuǎn)葉片的專門設(shè)計(jì)以 獲得最大的空氣動量。
4.如權(quán)利要求1所述的氣液發(fā)電設(shè)備，其中，漏斗形箱儲器設(shè)置在活動的圓盤組件的 上方，所述漏斗形箱儲器支撐在兩個支柱上，儲存的水會通過所述漏斗形箱儲器下落到如 第3張所示的特殊設(shè)計(jì)的凸緣上。
5.如權(quán)利要求1所述的氣液發(fā)電設(shè)備，其中，高壓的水在上面的位置以90度下落，并且 水在向下的位置中以0 50度之間飛濺，如第6張所示。
6.如權(quán)利要求1所述的氣液發(fā)電設(shè)備，其中，所述增進(jìn)設(shè)備包括與風(fēng)力發(fā)動機(jī)數(shù)量相 同的葉片，所述增進(jìn)設(shè)備的葉片圓周尺寸等于或大于所述風(fēng)力發(fā)動機(jī)的葉片圓周尺寸。
7.如權(quán)利要求1所述的氣液發(fā)電設(shè)備，其中，所述增進(jìn)設(shè)備與所述風(fēng)力發(fā)動機(jī)的葉片 保持在最小優(yōu)選0. 5mm左右，以將最大量的風(fēng)能傳遞到葉片上。
8.如權(quán)利要求1所述的氣液發(fā)電設(shè)備，還包括一組球軸承，所述球軸承將所述旋轉(zhuǎn)葉 片的運(yùn)動傳遞到所述傳動箱，所述傳動箱以線裝配方式裝配在葉片裝置之后(傳動箱用來 增加從活動的葉片獲得的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))。
9.如權(quán)利要求1所述的氣液發(fā)電設(shè)備，還包括制動器，所述制動器裝配在所述傳動箱 之后，以控制從所述傳動箱獲得的通過聯(lián)軸器裝置到所述發(fā)電機(jī)的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)。
10.如權(quán)利要求1所述的氣液發(fā)電設(shè)備，優(yōu)勢在于，即使在空氣不吹時(shí)，也能借助于儲 存在高處的在自然空氣充分流動的時(shí)間期間由水泵抽送的水來運(yùn)轉(zhuǎn)傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)動機(jī)。
11.如權(quán)利要求1所述的氣液發(fā)電設(shè)備，我們強(qiáng)烈地聲明，在圖4中，所有類型的旋轉(zhuǎn)圓 盤的外邊中的陰影部分不能被復(fù)制或修整，正如專利的每一個權(quán)利要求。
12.如權(quán)利要求1所述的氣液發(fā)電設(shè)備，其能夠被進(jìn)一步描述成一種節(jié)能設(shè)備，因?yàn)榧?使在水被用泵抽送到高處時(shí)，也不需要電能，這是因?yàn)榻柚诎惭b在所述傳動箱上的另外 的傳動裝置能夠用泵抽送水(未在任何圖中提及，但能在審查過程中后續(xù)聲明)。
全文摘要
氣液發(fā)電設(shè)備由一組固定的活動的圓盤構(gòu)成。進(jìn)來的氣體直向地進(jìn)入固定圓盤(01)，然后經(jīng)專門設(shè)計(jì)的固定圓盤(01)轉(zhuǎn)向85度。從而風(fēng)以高速度被進(jìn)一步地引向旋轉(zhuǎn)圓盤(02)，然后以給予最大推力的大約80～85度離開旋轉(zhuǎn)圓盤(02)。此后，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動在2號球軸承(03)的幫助下被傳輸入傳動箱(05)。傳動箱(05)被設(shè)置以提高每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)。制動器(06)設(shè)置在聯(lián)軸器(07)和傳動箱(05)之間，以控制從傳動箱(05)提取的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)。進(jìn)一步地，聯(lián)軸器(07)連接至產(chǎn)生電力的直流發(fā)電機(jī)/交流發(fā)電機(jī)(03)。當(dāng)空氣正常流動時(shí)，水泵用于填充漏斗形水箱儲器(09)，隨后以最大的力向下排放。
文檔編號F03D1/04GK102099567SQ200980128136
公開日2011年6月15日 申請日期2009年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月18日
發(fā)明者布爾納·巴哈杜爾·卡爾卡瑟基 申請人:布爾納·巴哈杜爾·卡爾卡瑟基