專利名稱：?jiǎn)♀徥斤L(fēng)洞增壓風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
啞鈴式風(fēng)洞增壓風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)本發(fā)明涉及一種風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)，尤其是采用啞鈴狀集風(fēng)式風(fēng)洞，具有提高風(fēng)速、控 制氣流、增強(qiáng)風(fēng)壓，利用采能葉輪獲得大規(guī)模風(fēng)能的風(fēng)力發(fā)電裝置。能源是人類生存發(fā)展的重要基礎(chǔ)資料。近百年來(lái)，隨著人類生活需求的不斷提高 和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，對(duì)能源的需求也越來(lái)越殷切。進(jìn)入二十一世紀(jì)，能源危機(jī)正在日益制約 社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，傳統(tǒng)使用的化石能源日益匱乏，價(jià)格不斷攀升，成為引起世界經(jīng)濟(jì)動(dòng)蕩和影 響和平的重要因素。而且，化石能源的大量使用，Co2、So2等溫室氣體大量排放，導(dǎo)致氣候變 暖，生態(tài)變遷，危及人類生存環(huán)境。為了解決日益嚴(yán)重的能源危機(jī)，緩解由于大量使用化石能源帶來(lái)的環(huán)境污染，長(zhǎng) 期以來(lái)，世界各國(guó)紛紛投入巨資尋找開(kāi)發(fā)可再生能源。目前列入重點(diǎn)研究開(kāi)發(fā)的清潔能源 有水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、潮汐能、生物質(zhì)能等。風(fēng)能的開(kāi)發(fā)利用已有很長(zhǎng)的歷史。近年來(lái)，風(fēng)力發(fā)電作為可再生的清潔能源受到 世界各國(guó)政府、能源界和環(huán)保界的高度重視。地球上風(fēng)力資源蘊(yùn)藏量大，清潔無(wú)污染，施工 周期短，投資靈活，占地少，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。風(fēng)能利用在一些歐洲國(guó)家已初具規(guī)模，歐洲風(fēng)力發(fā)電設(shè)備生產(chǎn)也已進(jìn)入快速增長(zhǎng) 時(shí)期。德國(guó)是發(fā)展和利用風(fēng)能較早的國(guó)家，自上世紀(jì)90年代以來(lái)，德國(guó)總共建立了 6600座 風(fēng)力電站。德國(guó)政府計(jì)劃，今后每年都將以30%的速度增長(zhǎng)，每年增長(zhǎng)的風(fēng)力發(fā)電量超過(guò) 100萬(wàn)千瓦。丹麥靠近北海，是多風(fēng)之國(guó)，也是最早發(fā)展風(fēng)力發(fā)電站的國(guó)家。20多年來(lái)，丹 麥在利用風(fēng)能方面一直處于領(lǐng)先地位。20世紀(jì)90年代以來(lái)，特別是近10年，丹麥風(fēng)力發(fā)電 量的增長(zhǎng)率均在30%以上。除德國(guó)和丹麥外，荷蘭、瑞典、法國(guó)、挪威、芬蘭、意大利和西班牙 等國(guó)家也出臺(tái)了 5年、10年風(fēng)力發(fā)電普及計(jì)劃。我國(guó)風(fēng)能資源豐富。據(jù)中國(guó)氣象科學(xué)研究院的初步測(cè)算，我國(guó)陸地10米高度處實(shí) 際可開(kāi)發(fā)風(fēng)能儲(chǔ)量為2. 53億千瓦，海上實(shí)際可開(kāi)發(fā)風(fēng)能儲(chǔ)量為7. 5億千瓦，總計(jì)約10億千 瓦，風(fēng)能利用潛力巨大。中國(guó)風(fēng)能資源豐富的地區(qū)主要在華北、西北和東北的草原、新疆、內(nèi) 蒙和甘肅走廊、青藏高原以及東部、東南部的沿海地帶及附近島嶼上。且風(fēng)能資源豐富區(qū)每 年風(fēng)速在3m/s以上的時(shí)間近4000小時(shí)，一些地區(qū)年平均風(fēng)速可達(dá)7m/s以上，具有很大的 開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。風(fēng)電項(xiàng)目通常要求年利用小時(shí)數(shù)高過(guò)2000小時(shí)，目前中國(guó)已經(jīng)建成的風(fēng) 電場(chǎng)平均利用小時(shí)約2300小時(shí)，主要位于“三北”地區(qū)(西北、東北和華北)及東南沿海。 我國(guó)并網(wǎng)風(fēng)電建設(shè)規(guī)模較大的省份為新疆、內(nèi)蒙古、河北、廣東、遼寧、浙江、江蘇、寧夏、甘 肅、福建等。目前風(fēng)力發(fā)電的普遍方式是采用架空式三葉風(fēng)輪。輪軸通過(guò)變速裝置驅(qū)動(dòng)發(fā)電 機(jī)。單機(jī)發(fā)電功率普遍為2MW以下。國(guó)際上最大的海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)為5MW。本發(fā)明采用風(fēng)洞增壓原理，使自然界氣流在風(fēng)洞結(jié)構(gòu)裝置中加壓，聚集能量，經(jīng)適 當(dāng)導(dǎo)流后到達(dá)采能風(fēng)輪，獲得大規(guī)模電能。
本發(fā)明采用的啞鈴狀風(fēng)洞，通過(guò)設(shè)置漸開(kāi)形的尾流段，擴(kuò)大尾流空間，使尾流區(qū)的 流場(chǎng)條件處于比來(lái)風(fēng)段低的氣壓狀態(tài)，減少湍流干擾，有利于降低風(fēng)洞內(nèi)高壓氣流出口的 氣體壅塞。對(duì)提高風(fēng)洞內(nèi)氣體通量起到重要作用。本發(fā)明內(nèi)容有風(fēng)洞裝置、采能葉輪、測(cè)速和調(diào)速裝置、動(dòng)力輸出裝置和安全減災(zāi)裝 置構(gòu)成，按以下步驟說(shuō)明1.風(fēng)洞裝置(1)風(fēng)洞外形本裝置外形為啞鈴狀對(duì)稱的喇叭形風(fēng)洞結(jié)構(gòu)。順置地面。入風(fēng)口 朝向來(lái)風(fēng)方向。入風(fēng)口為喇叭大頭端(入口端)，出風(fēng)口為倒置喇叭端(出口端)。風(fēng)洞總 長(zhǎng)度約為入風(fēng)口周長(zhǎng)的0. 25-5倍。(2)風(fēng)洞分段全程分為入口段、穩(wěn)定段、收縮段、采能段、尾流段、出口段。入口段為圓形、方形或其它依地形而建造的形狀，面積按照擬發(fā)電規(guī)模需求折算 而得(參考公式s = 0. 495W.L，式中S為入風(fēng)口面積M2，W為擬發(fā)電規(guī)模kw，L為當(dāng)?shù)仫L(fēng) 能單位面積蘊(yùn)藏量kw/M2)。長(zhǎng)度為總體長(zhǎng)度的1/10。輕微收縮；穩(wěn)定段的外形為入口段向圓形的過(guò)渡。長(zhǎng)度為總體長(zhǎng)度的1/10。收縮比(入口段 與該段出口的面積比)為10 7，收縮角(入口面垂線與該段聯(lián)線的外夾角)為15°。此 段安裝安全防護(hù)網(wǎng)、防凍防雪裝置；收縮段的外形為圓錐形。長(zhǎng)度為總體長(zhǎng)度的3/10。收縮比為5 1，收縮角為 45°。此段安裝減壓口、導(dǎo)流裝置；采能段的外形為圓筒形。長(zhǎng)度為總體長(zhǎng)度的1/10。此段安裝風(fēng)輪、輪軸和動(dòng)能輸
出裝置。尾流段為和入口段對(duì)稱的導(dǎo)致喇叭形圓筒，長(zhǎng)度為總體的3/10。出口段的外形為圓筒形。長(zhǎng)度為總體長(zhǎng)度的1/10。此段不安裝器械。(3)材質(zhì)風(fēng)洞裝置采用鋼筋混凝土、鋼材或其他材料。可以按照不同分段的風(fēng)壓 選取不同材料構(gòu)建。原則上應(yīng)采用堅(jiān)固、耐用、經(jīng)濟(jì)的材料。(4)導(dǎo)流裝置為更好地控制氣流，減少湍流紊流，風(fēng)洞裝置內(nèi)需要安裝導(dǎo)流裝 置。該裝置由導(dǎo)流板、導(dǎo)流槽或?qū)Я鞴軜?gòu)成，材質(zhì)為鋼材或其他硬質(zhì)材料。(5)風(fēng)壓調(diào)節(jié)裝置為更好地獲得穩(wěn)定的風(fēng)能，避免災(zāi)害氣候?qū)ο到y(tǒng)設(shè)備的損害， 風(fēng)洞裝置需要安裝風(fēng)壓調(diào)節(jié)裝置，通過(guò)改變氣道大小控制氣流流量。該設(shè)備為多層網(wǎng)柵結(jié) 構(gòu)，橫向或豎向?yàn)榫哂幸欢▽挾鹊陌逍尾牧?，通過(guò)調(diào)節(jié)重疊面控制氣流量。(6)移動(dòng)裝置為更好地適應(yīng)風(fēng)電場(chǎng)的有所變化的風(fēng)向，最大限度地采集風(fēng)能，風(fēng) 洞裝置需要安裝方向移動(dòng)設(shè)備。該移動(dòng)設(shè)備保證風(fēng)洞以采能段為軸心，入風(fēng)口作小幅度 (<90° )的繞軸移動(dòng)。應(yīng)在風(fēng)洞下構(gòu)建堅(jiān)固的基礎(chǔ)，安裝移動(dòng)動(dòng)力裝置。2.采能葉輪葉輪由輪軸、輪轂、輻條、內(nèi)外雙輪環(huán)、葉片、攻角調(diào)節(jié)裝置、制動(dòng)裝置等組成；(1)輪軸為輪轂支持部分。鋼材或其他高強(qiáng)度材質(zhì)構(gòu)造。橫置在風(fēng)輪支架上。安 裝有動(dòng)力輸出齒輪；(2)輪轂為葉輪支持部分，前后兩組按輪軸徑向排列。鋼材或其他高強(qiáng)度材質(zhì)構(gòu)造。環(huán)形結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)與輪軸嚙合?？梢哉{(diào)節(jié)后輪轂與輪軸的嚙合角度。外側(cè)連接輻條；(3)輻條為葉片支持部分，前后兩組按輪軸徑向排列。鋼材、碳鋼或其他高強(qiáng)度 材質(zhì)構(gòu)造。內(nèi)端連接輪轂，外端連接輪環(huán)。數(shù)量滿足構(gòu)建密集風(fēng)障需要，放射狀均勻排列；(4)內(nèi)外雙輪環(huán)輪環(huán)是葉輪的外周支持和輪轂固定裝置，前后兩組按輪軸徑向 排列。鋼材、碳鋼或其他高強(qiáng)度材質(zhì)構(gòu)造；(5)葉片為內(nèi)凹形拋物面結(jié)構(gòu)，高度略低于輪環(huán)半徑，前后長(zhǎng)度以5 20米為 宜，應(yīng)在軸線上充分覆蓋后片葉輪。葉片前緣由前輻條固定，后緣開(kāi)槽，連接后輻條。后輻 條可以沿槽前后滑動(dòng)，以改變?nèi)~片攻角。葉片沿氣流方向設(shè)置導(dǎo)流槽，深5 10厘米；(6)攻角調(diào)節(jié)裝置是調(diào)節(jié)葉片迎風(fēng)面角度的裝置，風(fēng)電機(jī)組可以通過(guò)調(diào)節(jié)來(lái)風(fēng) 攻角獲得相對(duì)穩(wěn)定的風(fēng)能。攻角調(diào)節(jié)裝置通過(guò)調(diào)節(jié)后輪轂在輪軸上的位置實(shí)現(xiàn)。在前輪轂 位置不變的情況下，后輪轂的相對(duì)徑向位置改變，葉片的迎風(fēng)角就發(fā)生改變；(7)制動(dòng)裝置葉輪需要制動(dòng)裝置，以便隨時(shí)需要停止葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)。葉輪制動(dòng)裝置采 用卸載后輪轂載荷、在輪軸上安裝制動(dòng)剎，或在輪環(huán)上裝備制動(dòng)剎實(shí)現(xiàn)。3.測(cè)速和調(diào)速裝置風(fēng)電機(jī)組要保持相對(duì)恒定的輸出扭力和轉(zhuǎn)速，就需要安裝測(cè) 速和調(diào)速裝置。測(cè)速裝置安裝在葉輪或輪軸上，測(cè)定葉輪或輪軸轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速高于設(shè)定值 時(shí)，調(diào)速裝置通過(guò)調(diào)節(jié)輪轂嚙合角度減小葉片攻角。當(dāng)轉(zhuǎn)速低于設(shè)定值時(shí)，調(diào)速裝置通過(guò)調(diào) 節(jié)輪轂嚙合角度增大葉片攻角。4.動(dòng)力輸出裝置為動(dòng)力輸出齒輪，安裝在輪軸上，位于葉輪后方。連接變速裝置 和發(fā)電機(jī)組。5.安全減災(zāi)裝置(1)安全網(wǎng)為鋼材或其他材料制成的防護(hù)網(wǎng)，位于風(fēng)洞的適當(dāng)位置。防止人、動(dòng) 物或其他物體被高速氣流卷進(jìn)風(fēng)洞，傷及生命和葉輪設(shè)施；(2)減壓裝置為適應(yīng)極端氣候條件，避免在颶風(fēng)吹襲下?lián)p壞風(fēng)洞和風(fēng)輪等設(shè)施， 需要在風(fēng)洞上設(shè)置減壓口。減壓口設(shè)置在收縮段。為混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)。每個(gè)減壓口大 小約5 10平米。減壓口設(shè)有風(fēng)壓自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，當(dāng)局部風(fēng)壓超過(guò)設(shè)定量值時(shí)，減壓口可 以自動(dòng)開(kāi)啟，開(kāi)啟程度大小根據(jù)風(fēng)壓調(diào)節(jié)。(3)防雪防凍裝置為電加熱網(wǎng)，布置在安全網(wǎng)后方和葉片上。(4)避雷裝置安裝在風(fēng)洞上方。[有益效果]本發(fā)明所提供的風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)具有以下應(yīng)用效果1.提供大規(guī)模能源。本發(fā)明可以大量聚集自然界風(fēng)能，形成大功率發(fā)電，為人們生 產(chǎn)生活提供大量電能，緩解目前地球上日益嚴(yán)重的能源危機(jī)；2.清潔環(huán)保。本發(fā)明的風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)是完全的環(huán)境友好能源，不會(huì)給環(huán)境帶來(lái)任 何的污染；3.投資省。依據(jù)本發(fā)明建造的風(fēng)能發(fā)電機(jī)組投資省，每千瓦裝機(jī)投資額遠(yuǎn)低于現(xiàn) 行的火電、核電、水電、太陽(yáng)能發(fā)電和風(fēng)電等。1.選擇風(fēng)電場(chǎng)
本發(fā)明理想的風(fēng)電場(chǎng)選址應(yīng)是場(chǎng)地開(kāi)闊、風(fēng)力均勻、常年主導(dǎo)風(fēng)向比較穩(wěn)定的區(qū) 域。2.建造風(fēng)洞(1)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。(2)尺寸總長(zhǎng)度400米；入口段(正方形)邊長(zhǎng)200米，長(zhǎng)度40米；穩(wěn)定段(漸圓形)半徑94米，長(zhǎng)度40米；收縮段(圓形)半徑36米，長(zhǎng)度120米；采能段(圓形)半徑36米，長(zhǎng)度40米；尾流段(圓形)漸開(kāi)形喇叭狀，長(zhǎng)度120米；出口段(圓形)長(zhǎng)度40米；風(fēng)壓測(cè)量裝置數(shù)量10臺(tái)；位置安裝在入口段、穩(wěn)定段、收縮段、采能段；(3)導(dǎo)流管尺寸3X3X10米；材質(zhì)不銹鋼板；數(shù)量4個(gè)；位置安裝在收縮段出口、采能段入口部分；(4)減壓口 尺寸3X3米；位置安裝在風(fēng)洞的收縮段上方，均勻排列；數(shù)量10個(gè)；(6)安全網(wǎng)為4毫米鋼筋網(wǎng)；安裝在收縮段前端；(7)風(fēng)壓調(diào)節(jié)裝置面積為50X50米。為5層橫向板柵。共四組。(8)防凍防雪網(wǎng)為電熱網(wǎng)；安裝在安全網(wǎng)后；(9)避雷裝置安裝在風(fēng)洞上方；3.建造、安裝風(fēng)輪(1)輪軸基座高度100米；材質(zhì)鋼筋混凝土 ；(2)輪軸
尺寸直徑3米，長(zhǎng)度15米；材質(zhì)鋼材；(3)輪轂尺寸厚度50cm，寬度30cm ；材質(zhì)鑄鋼；(4)輪環(huán)尺寸半徑35. 5米，前后輪距5米；后輪可調(diào)角度10° ；材質(zhì)不銹鋼；(5)輻條數(shù)量40；材質(zhì)碳鋼；(6)葉片尺寸高度33米，前后長(zhǎng)度8米；數(shù)量40；材質(zhì)碳鋼板；(7)風(fēng)輪測(cè)速裝置為光電結(jié)構(gòu)測(cè)速裝置，安裝在輪環(huán)上；4.動(dòng)力輸出裝置動(dòng)力輸出齒輪，固定安裝在輪軸上，連接變速齒輪；5.發(fā)電機(jī)組功率500MW。


圖1是效果圖，圖2是正視圖，圖3是風(fēng)洞左視圖，圖4是剖視圖。
權(quán)利要求
一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于將啞鈴式風(fēng)洞裝置的一端朝向來(lái)風(fēng)方向。在采能段安裝葉輪。葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)組。
2.權(quán)利要求1中的 鈴式風(fēng)洞裝置，是指進(jìn)風(fēng)段口徑逐漸收縮的敞口構(gòu)件，中間部分 為收縮為狹窄的管狀結(jié)構(gòu)，尾流段為和進(jìn)風(fēng)段對(duì)稱的敞口構(gòu)件。
3.權(quán)利要求2中的 鈴式風(fēng)洞裝置，是由鋼筋混凝土、鋼材、塑料、木材或其他材料構(gòu) 成，形狀是方形、圓形、扁形或其它形狀，可以根據(jù)來(lái)風(fēng)方向移動(dòng)朝向。
4.權(quán)利要求2中的啞鈴式風(fēng)洞裝置，可以是任意收縮比和收縮方式。人為分為入口段、 穩(wěn)定段、收縮段、采能段、尾流段、出口段。
5.權(quán)利要求2中的敞口構(gòu)件上，安裝一定數(shù)量的減壓口。減壓口可以人為控制或根據(jù) 內(nèi)部風(fēng)壓自動(dòng)開(kāi)啟。
6.權(quán)利要求1中的風(fēng)洞裝置，內(nèi)部安裝導(dǎo)流系統(tǒng)，是導(dǎo)流片、導(dǎo)流管、導(dǎo)流槽或其他形 式的氣體導(dǎo)流裝置。用以調(diào)節(jié)氣流方向。
7.權(quán)利要求1中的風(fēng)洞裝置，內(nèi)部安裝氣道調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)氣道大小。
8.權(quán)利要求1中的風(fēng)洞裝置，內(nèi)部安裝安全網(wǎng)、防凍防雪網(wǎng)、避雷裝置。
9.權(quán)利要求1中的葉輪，是指朝向來(lái)風(fēng)方向、吸收風(fēng)壓、獲得風(fēng)能的裝置。由若干葉片 組成。
10.權(quán)利要求9中的葉片，是由鋼材、塑料、尼龍、碳鋼或其他材料構(gòu)成?？梢匀藶檎{(diào)節(jié) 或根據(jù)風(fēng)壓自動(dòng)變動(dòng)迎風(fēng)傾角。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)，尤其是采用啞鈴狀集風(fēng)式風(fēng)洞，通過(guò)口徑變化對(duì)自然風(fēng)進(jìn)行收縮加壓，具有提高風(fēng)速、控制氣流、增強(qiáng)風(fēng)壓，利用采能葉輪獲得大規(guī)模風(fēng)能的風(fēng)力發(fā)電裝置。本發(fā)明選擇適宜的風(fēng)電場(chǎng)，在迎風(fēng)方向建造啞鈴狀風(fēng)洞，經(jīng)過(guò)穩(wěn)定段、收縮段，過(guò)渡到采能段，后端設(shè)置尾流段、出口段。在采能段安裝可調(diào)諧風(fēng)輪，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)組，獲得電能。本發(fā)明配置測(cè)速調(diào)速裝置、安全裝置、減壓裝置、防凍防雪防雷裝置。
文檔編號(hào)F03D1/04GK101876295SQ20091010710
公開(kāi)日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2009年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月29日
發(fā)明者施建勇 申請(qǐng)人:施建勇