專利名稱：定向風(fēng)多層式風(fēng)輪及其風(fēng)電場的佈局的制作方法
風(fēng)能是綠色可再生能源，其巨大的潛力可用于發(fā)電事業(yè)。我國幅員遼闊，地理和氣象環(huán)境千姿百態(tài)，因而風(fēng)能資源表現(xiàn)為多樣性。我國西北部以及浩瀚的大北方地區(qū)，有大片的沙漠和沙化平原，有連綿千里的山脈，造成這些地區(qū)風(fēng)能資源的定向性。本專利申請?zhí)岢龆ㄏ蝻L(fēng)風(fēng)輪的設(shè)計，和以這種風(fēng)輪為主體，提出形式多樣化的風(fēng)電場佈局。
多層式風(fēng)輪(

圖1)是本專利申請的主體設(shè)備，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是以輪轂(中心軸，件1)為中心，以等距離佈置若干個同心風(fēng)輪圈(件2)，在風(fēng)輪圈之間佈置若干個翼片(件3)，其最外層則以風(fēng)輪箍(件4)圈定，形成一個完整的風(fēng)輪。風(fēng)輪軸兩端用風(fēng)輪托架(件5)托住，牢固地固定在地基上。輪軸之一端以機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)(件6)與發(fā)電機(jī)(件7)相連接(見圖2)，合成一套(風(fēng)輪+發(fā)電機(jī))單元機(jī)組。圖2顯示，風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)的連接有落地式連接與高架式連接兩種方式。
定向風(fēng)風(fēng)輪采用多層式高捕捉率設(shè)計。采用多層式，使大型、特大型單元高捕捉率風(fēng)輪成為可能。翼片(件3)在層與層之間有序排列，翼片與風(fēng)輪中心軸(件1)線成一穩(wěn)定的傾斜角α(見圖3)。每層的翼片形狀完全相同，而各層的翼片則基本相似，只是每層按輪圈直徑的差異，佈置不同數(shù)量的翼片，因此整個風(fēng)輪迎面望去類似于魚類身披井然有序的鱗片。翼片群基本上覆蓋了整個迎風(fēng)面，故稱之為高捕捉率。當(dāng)風(fēng)能接觸到風(fēng)輪時，由于翼片有一個傾角α，使風(fēng)能流經(jīng)風(fēng)輪時發(fā)生一個轉(zhuǎn)向運(yùn)動，其結(jié)果是產(chǎn)生了一個沿風(fēng)輪切向的分力，它推動了風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。這個旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過風(fēng)輪軸和發(fā)電機(jī)之間的機(jī)械傳動，(件6)帶動了發(fā)電機(jī)(件7)產(chǎn)生電能。
在定向風(fēng)地區(qū)，往往有定時性反向風(fēng)的特點(diǎn)。本專利申請?zhí)岢龅娘L(fēng)輪設(shè)計完全適應(yīng)于這項定時性反向風(fēng)的特點(diǎn)，只是風(fēng)輪在反向風(fēng)時作反向旋轉(zhuǎn)。本專利申請為此，提出在風(fēng)輪軸和發(fā)電機(jī)軸之間佈置一個反轉(zhuǎn)切換排檔(見圖4)，無論風(fēng)輪是正轉(zhuǎn)抑或是反轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)始終作同一方向的旋轉(zhuǎn)，使其發(fā)電功能較為穩(wěn)定。
采用定向風(fēng)風(fēng)輪后，風(fēng)電場的佈局隨地理和氣象條件的差異，有豐富多彩的形式。本專利申請?zhí)岢鋈箢悂丫值谝活? 棋盤式佈局(圖5A型) 如果定向風(fēng)地區(qū)有成片的平原，可采用棋盤式佈局，使每個風(fēng)輪都能承接到較為穩(wěn)定、均衡的風(fēng)能。
第二類 擋風(fēng)墻式佈局(圖5B型) 采用多臺風(fēng)輪排成直線的，或某種弧線的長蛇陣般的擋風(fēng)墻，擋住風(fēng)的去路，迫使它給出動能。這種風(fēng)墻般的電場，正面面對風(fēng)的方向，一方面產(chǎn)生電能，另一方面也產(chǎn)生迫使風(fēng)所攜帶沙塵產(chǎn)生沉降的作用。如果這種擋風(fēng)墻般的風(fēng)電場，沿由西向東的萬里疆土上，每隔一個距離佈設(shè)一堵，有阻止沙化向東擴(kuò)展的作用。如果在東部地區(qū)的特大城市的上風(fēng)面，佈設(shè)若干道這種面對來風(fēng)的擋風(fēng)墻型風(fēng)電場，可有效地防止沙塵暴的侵襲和沙化的東漸。
第三類 風(fēng)洞式佈局(圖5 C型)在多山地區(qū)選擇適當(dāng)山體，開鑿前后貫通的巖洞，其中佈設(shè)一套風(fēng)輪發(fā)電機(jī)組。山體面對定向風(fēng)，因而風(fēng)洞有明顯的聚風(fēng)效果。風(fēng)洞中的風(fēng)速往往大于山前的風(fēng)速，更有利于風(fēng)輪發(fā)電機(jī)組的發(fā)電功能。本專利申請?zhí)岢鏊姆N風(fēng)洞的造型，即直筒型風(fēng)洞、束腰型風(fēng)洞、前喇叭型風(fēng)洞和后喇叭型風(fēng)洞，為實施者提供更多的選擇。當(dāng)今，機(jī)械化的隧道鑿巖機(jī)國內(nèi)已有能力進(jìn)行批量生產(chǎn)，為風(fēng)洞式風(fēng)電場的建設(shè)提供了有效的技術(shù)支持。
特別提示①多層式高捕捉率風(fēng)輪在本專利申請人的前一宗專利申請(申2006 10067799.1)中已經(jīng)有過詳細(xì)的介紹。該專利申請是專門為非定向風(fēng)的風(fēng)能利用而提出來的。本專利申請為定向風(fēng)的風(fēng)能利用再次提出了同一設(shè)計原理和基本結(jié)構(gòu)的多層式風(fēng)輪，清楚地說明了這項風(fēng)輪的設(shè)計，可廣泛應(yīng)用于定向風(fēng)和非定向風(fēng)，因此本專利申請人認(rèn)為這項風(fēng)輪的設(shè)計有能力完全替代目前國內(nèi)、外通用的各式風(fēng)輪。
②多層式高捕捉率風(fēng)輪是本專利申請(以及上述專利申請2006 10067799.1)的創(chuàng)新性設(shè)計，根本區(qū)別于目前常用的各式設(shè)計。因此，在實施時，比之于單純的采用引進(jìn)設(shè)備，或基于國外技術(shù)進(jìn)行的“國內(nèi)創(chuàng)造”，肯定會有各種困難和不確定因素。以本專利申請人個人的觀察，目前國內(nèi)標(biāo)榜“開發(fā)風(fēng)電技術(shù)”的單位不少，但是有足夠技術(shù)力量獨(dú)立開發(fā)創(chuàng)新技術(shù)的風(fēng)電成套設(shè)備的單位可謂鳳毛麟角。因此，本專利申請人殷切地盼望這項事業(yè)有國家的政策扶持，籌組一個強(qiáng)有力的領(lǐng)導(dǎo)班子，組建一個高水平的技術(shù)核心隊伍，指定主要生產(chǎn)單位，併力攻關(guān)，才能尅日奏效。
③本專利的說明書中，關(guān)于翼片的介紹只用了短短的一句話，說“有一個固定的傾斜角α……”這并不意味本專利技術(shù)將翼片限定于有一個有傾斜角α的平面。翼片的實際型線不可能用一句話來界定，也不可能用一個簡單的理論計算來確定。翼片的型線關(guān)系到風(fēng)輪的阻力和風(fēng)能的有效吸收。當(dāng)今世界科技界對此類課題都必需采用模型的流體力學(xué)測試來求解。本專利技術(shù)的實施者應(yīng)該做的基礎(chǔ)性工作之一，就是對各種風(fēng)輪和各種翼片型線作技術(shù)測試和比較。這種測試為爭取時間和減低費(fèi)用計，建議以定性的、或至多是半定量的試驗為目標(biāo)。
④本專利申請的名稱雖以“定向風(fēng)”為前提，但本專利申請人必須申明“定向風(fēng)”一詞的采用，并不意味著本專利技術(shù)只局限于理論上嚴(yán)格的風(fēng)的“定向性”。在實際上，根本不可能指望有什么絕對的“定向性”，大自然的瞬息變化是萬難嚴(yán)格限定的。這里所謂的“定向風(fēng)”，只是想說明風(fēng)的走向基本上是穩(wěn)定的，而不是東、西、南、北任意變遷的。本專利申請?zhí)岢龅亩鄬邮礁卟蹲铰曙L(fēng)輪單以軸中心線而言是定向的，其軸中心線正對設(shè)定的風(fēng)向。如果在運(yùn)行中實際風(fēng)向偏離設(shè)定的風(fēng)向，在一定范圍內(nèi)風(fēng)輪仍可有效運(yùn)作。譬如實際風(fēng)向偏離設(shè)定風(fēng)向±(0～30°)，風(fēng)輪的出力可能是在90％上下波動。如果偏離±(30°～60°)，風(fēng)輪出力的波幅可能逐步擴(kuò)大到50％左右。如果風(fēng)電場場址地點(diǎn)，風(fēng)向經(jīng)常有如此大范圍的波動，風(fēng)輪則應(yīng)考慮采用非定向風(fēng)的設(shè)計，更為穩(wěn)妥。實際上在所謂的“定向風(fēng)區(qū)域”，這種經(jīng)常達(dá)到±(30°～60°)的風(fēng)向波動范圍的情況是非常罕見的，并不致于影響定向風(fēng)風(fēng)輪的采用。
權(quán)利要求
1.本專利申請?zhí)岢隽硕ㄏ蝻L(fēng)、多層式和高捕捉率三項概念，是本專利申請的核心技術(shù)和創(chuàng)新性設(shè)備設(shè)計的基礎(chǔ)。以這三項概念設(shè)計的風(fēng)輪，是本專利申請的基礎(chǔ)。
2.本專利申請?zhí)岢隽酥苯邮脚c高架式兩種風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)的連接方式。
3.本專利申請?zhí)岢鲲L(fēng)電場的棋盤式佈局、擋風(fēng)墻式佈局和風(fēng)洞式佈局三種定向風(fēng)風(fēng)電場的基本佈局。
4.本專利申請?zhí)岢龆ㄏ蝻L(fēng)風(fēng)電場風(fēng)洞式佈局的直筒型風(fēng)洞、束腰式風(fēng)洞、前喇叭型風(fēng)洞和后喇叭型風(fēng)洞四種風(fēng)洞的基本造型型式。
全文摘要
風(fēng)能是可再生綠色能源，有巨大的開發(fā)利用潛力。本發(fā)明申請定向風(fēng)多層式風(fēng)輪及其風(fēng)電場的佈局，以定向風(fēng)多層式高捕捉率風(fēng)輪(見附圖)為基本設(shè)備，提出兩種與發(fā)電機(jī)相連接的方式(直連式與高架式)。本發(fā)明申請以(風(fēng)輪+發(fā)電機(jī))為基本單元機(jī)組，提出風(fēng)電場的三種佈局(棋盤式佈局、擋風(fēng)墻式佈局和風(fēng)洞式佈局)。在風(fēng)洞式佈局中，又提出四種風(fēng)洞結(jié)構(gòu)，即直筒式風(fēng)洞、束腰式風(fēng)洞、前喇叭式風(fēng)洞和后喇叭式風(fēng)洞。本發(fā)明申請之所以提出豐富多彩的風(fēng)電場佈局創(chuàng)意，是為了適應(yīng)風(fēng)電場建場當(dāng)?shù)氐木唧w地理和氣象條件，為實施者提供寬廣的選擇余地，建成最具特色的風(fēng)電場。
文檔編號F03D3/04GK101063438SQ200710101480
公開日2007年10月31日 申請日期2007年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月23日
發(fā)明者戴克發(fā) 申請人:戴克發(fā)