專利名稱：一種高效風(fēng)力發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種能在低空、弱風(fēng)狀態(tài)下，低成本高效率發(fā)電的設(shè)備，特別涉及一種通過集風(fēng)來增加風(fēng)速，提高發(fā)電效率的高效風(fēng)力發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
在全球倡導(dǎo)低碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)發(fā)展以及化石能源資源日益枯竭的今天，可再生能源的開發(fā)利用在各國(guó)家受到了高度重視。在再生能源中水利發(fā)電需建水電站，缺點(diǎn)是破壞生態(tài)環(huán)境、受地域限制；太陽能光伏發(fā)電的缺點(diǎn)是電池板價(jià)格昂貴、提煉單晶硅和多晶硅需消耗大量能源。而風(fēng)能發(fā)電則是最清潔的，成本也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于太陽能發(fā)電。人類研究風(fēng)力發(fā)電已有百年歷史，到目前為止主要有二種形式水平軸和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中水平軸風(fēng)力機(jī)主要用于大型機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，也有部分小型機(jī)離網(wǎng)發(fā)電。而垂直軸風(fēng)力機(jī)一直以來被認(rèn)為效率低于水平軸風(fēng)力機(jī)，因此發(fā)展的比較慢，但近年來世界各國(guó)又重新開始認(rèn)識(shí)垂直軸風(fēng)力機(jī)，展開了大規(guī)模的研發(fā)，各種機(jī)型乘出不窮，主流機(jī)型有達(dá)里厄型和薩渥紐斯型兩種，全球裝機(jī)容量逐年增加。上述兩種風(fēng)力發(fā)電機(jī)各有優(yōu)缺點(diǎn)。水平軸使用高空中的高風(fēng)速，因而要架在近百米的塔座上，整體設(shè)備龐大、槳葉長(zhǎng)達(dá)60m以上；結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)艙近百噸重、需大噸位吊車、安裝難度大、安裝地點(diǎn)范圍窄、在高山和遠(yuǎn)離國(guó)家電網(wǎng)等處無法安裝; 造價(jià)昂貴，每千瓦裝機(jī)容量投資超過1萬元人民幣，發(fā)電成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于火電、水電、核電，投資回收期長(zhǎng)等缺陷，在一定程度上限制了發(fā)展。垂直軸風(fēng)力機(jī)雖然已研制出多種新機(jī)型，但還沒有從根本上解決效率低的問題，目前尚未大范圍推廣。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型克服了上述發(fā)電裝置存在的缺陷，目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、維護(hù)方便的高效風(fēng)力發(fā)電裝置。本實(shí)用新型高效風(fēng)力發(fā)電裝置內(nèi)容簡(jiǎn)述本實(shí)用新型高效風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于是由集風(fēng)筒、中心筒、擴(kuò)散筒、葉輪、 發(fā)電機(jī)、加固鋼帶、凹形架、小支架、楔形墊塊、偏航平臺(tái)、大齒輪圈、小齒輪、減速機(jī)、偏航電機(jī)、風(fēng)向檢測(cè)器、滾輪、中心軸、大平臺(tái)、大支架、控制箱組成，大平臺(tái)通過大支架固定在地面上，偏航平臺(tái)的底部設(shè)有滾輪及大齒輪圈，在大平臺(tái)上面設(shè)有風(fēng)向檢測(cè)器、偏航電機(jī)和減速機(jī)、小齒輪，偏航電機(jī)和減速機(jī)、大齒輪圈、小齒輪傳動(dòng)連接，偏航平臺(tái)在偏航電機(jī)、減速機(jī)、 大齒輪圈、小齒輪的驅(qū)動(dòng)下繞中心軸在大平臺(tái)上轉(zhuǎn)動(dòng)，集風(fēng)筒、中心筒、擴(kuò)散筒連為一體，構(gòu)成集風(fēng)裝置，通過加固鋼帶、凹形架、小支架、楔形墊塊固定在偏航平臺(tái)上。集風(fēng)裝置由流線形喇叭狀的集風(fēng)筒與中心筒及擴(kuò)散筒組成，流線形喇叭狀的集風(fēng)筒與中心筒及擴(kuò)散筒呈連為一體式的結(jié)構(gòu)，集風(fēng)裝置通過設(shè)置在偏航平臺(tái)上的凹形架及小支架，及加固鋼帶、楔形墊塊將集風(fēng)裝置固定在偏航平臺(tái)上，偏航平臺(tái)在大平臺(tái)上轉(zhuǎn)動(dòng)。大平臺(tái)上設(shè)有風(fēng)向檢測(cè)器，風(fēng)向檢測(cè)器隨風(fēng)向轉(zhuǎn)動(dòng)，其角度變化的數(shù)據(jù)和發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)經(jīng)過控制芯片處理后傳給偏航電機(jī)，帶動(dòng)減速機(jī)、小齒輪、大齒輪圈，使偏航平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。集風(fēng)裝置隨時(shí)跟蹤風(fēng)向變化，朝向最佳的對(duì)風(fēng)方向，當(dāng)風(fēng)速較低、發(fā)電機(jī)低于額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，集風(fēng)筒追隨主風(fēng)向；當(dāng)風(fēng)速較高，發(fā)電機(jī)高于額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，集風(fēng)筒避開主風(fēng)向，減少進(jìn)風(fēng)量。高效風(fēng)力發(fā)電裝置內(nèi)配置水平軸或垂直軸兩種風(fēng)力發(fā)電機(jī)；配置水平軸發(fā)電機(jī)組時(shí)，采用立柱將螺旋槳葉和發(fā)電機(jī)直接架在圓柱形中心筒中，立柱固定在偏航平臺(tái)上；配置垂直軸發(fā)電機(jī)組時(shí)，發(fā)電機(jī)直接安裝在偏航平臺(tái)上，葉輪的轉(zhuǎn)軸則安裝在長(zhǎng)方形中心筒一側(cè)的立壁上，葉輪的迎風(fēng)面進(jìn)入到中心筒中，逆風(fēng)面在中心筒外，并被集風(fēng)筒遮擋。本實(shí)用新型高效風(fēng)力發(fā)電裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小、靈活機(jī)動(dòng)，可以隨意拆卸和重新組裝，便于搬遷，維修方便，易于管理，可大、可?。豢蓡误w，可組合。通過集風(fēng)裝置使地表較弱的風(fēng)加速，使風(fēng)的能量幾十倍的增加，可以建在低空，因而大幅降低機(jī)組成本，投資小見效快，可根據(jù)用戶的需求單獨(dú)或成組設(shè)置。發(fā)電企業(yè)使用投資回收期短，還能夠在大型風(fēng)機(jī)下面使用，提高風(fēng)電場(chǎng)空間的利用效率，起到上下互補(bǔ)的作用。本裝置可拆卸成小部件，便于運(yùn)輸、組裝，適合于高山、高樓、平地、海面、偏遠(yuǎn)山區(qū)、離岸海島、邊防哨所、草原牧區(qū)、沙漠等遠(yuǎn)離國(guó)家電網(wǎng)的區(qū)域，尤其適合于大噸位吊車無法到達(dá)的山區(qū)，更適合于在靠近負(fù)載的電力電網(wǎng)中接入，實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電。該裝置填補(bǔ)了低空、低風(fēng)速、低成本風(fēng)力發(fā)電的國(guó)內(nèi)、外空白，市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊，利國(guó)、利民，順應(yīng)時(shí)代要求，符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策和國(guó)際低碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)。

圖1是采用水平軸風(fēng)力機(jī)的高效發(fā)電裝置主視圖圖2是采用水平軸風(fēng)力機(jī)的高效發(fā)電裝置左視圖圖3是采用垂直軸風(fēng)力機(jī)的高效發(fā)電裝置主視圖圖4是采用垂直軸風(fēng)力機(jī)的高效發(fā)電裝置俯視圖圖5是采用垂直軸風(fēng)力機(jī)的高效發(fā)電裝置左視圖圖中1是集風(fēng)筒、2是中心筒、3是擴(kuò)散筒、4是葉輪、5是發(fā)電機(jī)、6是加固鋼帶、7是凹形架、8是小支架、9楔形墊塊、10是偏航平臺(tái)、11是大齒輪圈、12是小齒輪、13是減速機(jī)、 14是偏航電機(jī)、15是風(fēng)檢測(cè)器、16是滾輪、17是中心軸、18是大平臺(tái)、19是大支架、20是控制箱。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型高效風(fēng)力發(fā)電裝置是這樣實(shí)現(xiàn)的，
以下結(jié)合附圖做具體說明。見圖 1 圖5，本發(fā)明新型高效風(fēng)力發(fā)電裝置，是由集風(fēng)筒1、中心筒2、擴(kuò)散筒3、葉輪4、發(fā)電機(jī) 5、加固鋼帶6、凹形架7、小支架8、楔形墊塊9、偏航平臺(tái)10、大齒輪圈11、小齒輪12、減速機(jī)13、偏航電機(jī)14、風(fēng)向檢測(cè)器15、滾輪16、中心軸17、大平臺(tái)18、大支架19和控制箱20 組成，各部件均為螺栓連接可拆卸、組裝；大平臺(tái)18通過大支架19固定在地面上，偏航平臺(tái) 10的底部設(shè)有滾輪16及大齒輪圈11，在大平臺(tái)18的上面設(shè)有偏航電機(jī)14和減速機(jī)13、小齒輪12，偏航電機(jī)14和減速機(jī)13、大齒輪圈11、小齒輪12傳動(dòng)連接，偏航平臺(tái)10在偏航電機(jī)14、減速機(jī)13、大齒輪圈11、小齒輪12的驅(qū)動(dòng)下繞中心軸17在大平臺(tái)18上轉(zhuǎn)動(dòng)。[0018]集風(fēng)裝置由流線形喇叭狀的集風(fēng)筒1與中心筒2及擴(kuò)散筒3組成，流線形喇叭狀的集風(fēng)筒1與中心筒2及擴(kuò)散筒3呈連為一體式的結(jié)構(gòu)，通過設(shè)置在偏航平臺(tái)10上的凹形架7及小支架8，及加固鋼帶6和楔形墊塊9將集風(fēng)裝置固定在偏航平臺(tái)10上，偏航平臺(tái) 10在大平臺(tái)18上轉(zhuǎn)動(dòng)使集風(fēng)裝置達(dá)到最佳進(jìn)風(fēng)量。在大平臺(tái)18上設(shè)有風(fēng)向檢測(cè)器15，風(fēng)向檢測(cè)器15隨風(fēng)向轉(zhuǎn)動(dòng)，其角度變化的數(shù)據(jù)和發(fā)電機(jī)5額定轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)經(jīng)過控制芯片處理后傳給偏航電機(jī)14，帶動(dòng)減速機(jī)13、小齒輪 12、大齒輪圈11，使偏航平臺(tái)10轉(zhuǎn)動(dòng)，保證集風(fēng)裝置和發(fā)電機(jī)組隨時(shí)跟蹤風(fēng)向變化，朝向最佳風(fēng)向。當(dāng)風(fēng)速過高，發(fā)電機(jī)超出額定轉(zhuǎn)速時(shí)，控制系統(tǒng)調(diào)整集風(fēng)裝置的方向偏離主風(fēng)向， 減少進(jìn)風(fēng)量，保證發(fā)電機(jī)組始終處于額定轉(zhuǎn)速。本實(shí)用新型高效風(fēng)力發(fā)電裝置，配置水平軸或垂直軸兩種風(fēng)力發(fā)電機(jī)；見圖1、圖 2，配置水平軸發(fā)電機(jī)組時(shí)，中心筒2為圓柱形，采用立柱將葉輪4和發(fā)電機(jī)5直接架在圓柱形中心筒2中，立柱固定在偏航平臺(tái)10上。見圖3、圖4、圖5，配置垂直軸發(fā)電機(jī)組時(shí)，中心筒2為長(zhǎng)方形，發(fā)電機(jī)5直接安裝在偏航平臺(tái)10上，葉輪4的轉(zhuǎn)軸則安裝在長(zhǎng)方形中心筒一側(cè)的立壁上，葉輪4的迎風(fēng)面進(jìn)入到中心筒2中，逆風(fēng)面在中心筒2外，并被集風(fēng)筒1遮擋，地面低速風(fēng)經(jīng)過集風(fēng)筒1后被加速送入中心筒2，推動(dòng)迎風(fēng)面葉輪旋轉(zhuǎn)，與普通垂直軸發(fā)電機(jī)組比，正力矩大大增加；在集風(fēng)筒在遮擋下，作用在逆風(fēng)面葉輪上在風(fēng)力大大減少，使得逆風(fēng)面的負(fù)力矩減少，提高了發(fā)電效率。本實(shí)用新型可以達(dá)到小型化、大裝機(jī)容量，低投資、高效益的效果。整個(gè)機(jī)組的尺寸根據(jù)用戶需求和當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)能資源情況確定，然后配置充電控制器、蓄電池組和逆變器。實(shí)施時(shí)，首先在地面上固定好大支架19，在大支架19上固定大平臺(tái)18，然后在大平臺(tái)18的上面安裝風(fēng)向檢測(cè)器15、控制箱20、中心軸17、偏航電機(jī)14、減速機(jī)13和小齒輪15等偏航機(jī)構(gòu)。在偏航平臺(tái)10的下面則固定有大齒輪圈11和滾輪16，滾輪16在大齒輪圈11的里面。偏航平臺(tái)10的中心孔套在大平臺(tái)18上裝有軸承的中心軸17上，可圍繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，大齒輪圈11和小齒輪12嚙合。風(fēng)向檢測(cè)器15隨風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)的數(shù)據(jù)傳到偏航控制箱20內(nèi)的控制芯片上，芯片內(nèi)置軟件，根據(jù)發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速和風(fēng)向檢測(cè)器的轉(zhuǎn)動(dòng)角度數(shù)據(jù)計(jì)算出集風(fēng)筒的最佳角度(最大限度的使發(fā)電機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn))，并將控制信號(hào)發(fā)送到偏航電機(jī)14上，帶動(dòng)減速機(jī)13、小齒輪12，進(jìn)而帶動(dòng)大齒輪圈11使偏航平臺(tái)10通過滾輪16在大平臺(tái)18上旋轉(zhuǎn)，保證集風(fēng)裝置隨時(shí)跟蹤風(fēng)向變化，朝向最佳的對(duì)風(fēng)方向。當(dāng)風(fēng)速較低、發(fā)電機(jī)5低于額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，集風(fēng)筒追隨主風(fēng)向，使進(jìn)風(fēng)量達(dá)到最大；當(dāng)風(fēng)速較高，發(fā)電機(jī)高于額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，集風(fēng)筒避開主風(fēng)向，減少進(jìn)風(fēng)量，防止機(jī)組飛車。集風(fēng)筒1、中心筒2、擴(kuò)散筒3連為一體，構(gòu)成集風(fēng)裝置，通過加固鋼帶6、凹形架7、 小支架8、楔形墊塊9固定在偏航平臺(tái)10上的。使用水平軸風(fēng)力機(jī)的集風(fēng)裝置中心筒2為圓柱形，其直徑略大于螺旋槳葉的直徑，葉輪4和發(fā)電機(jī)5均安裝在中心筒2中，并通過立柱固定在偏航平臺(tái)上。使用垂直軸風(fēng)力機(jī)的集風(fēng)裝置中心筒2為長(zhǎng)方形，葉輪4采用薩渥紐斯型，中心筒 2的長(zhǎng)度略大于風(fēng)輪4的直徑，寬度略大于風(fēng)輪4的半經(jīng)。發(fā)電機(jī)直接固定在偏航平臺(tái)10 上，葉輪4的轉(zhuǎn)軸安裝在中心筒2筒壁的一側(cè)立壁上，該側(cè)立壁不安裝壁板，葉輪4的一半即迎風(fēng)面進(jìn)入到中心筒2中，另一半即逆風(fēng)面在中心筒2的外面。地面低速風(fēng)經(jīng)過集風(fēng)筒后被加速送入中心筒2中，推動(dòng)迎風(fēng)面葉輪旋轉(zhuǎn)，與普通垂直軸發(fā)電機(jī)組比，正力矩大大增加；在集風(fēng)筒在遮擋下，作用在逆風(fēng)面葉輪上在風(fēng)力大大減少，使得逆風(fēng)面的負(fù)力矩減少， 提高了發(fā)電效率。 葉輪輸出軸與發(fā)電機(jī)5連接，然后配置充電控制器、蓄電池組和逆變器。
權(quán)利要求1.一種高效風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于是由集風(fēng)筒(1)、中心筒(2)、擴(kuò)散筒(3)、葉輪 (4)、發(fā)電機(jī)(5)、加固鋼帶(6)、凹形架(7)、小支架(8)、楔形墊塊(9)、偏航平臺(tái)(10)、大齒輪圈(11)、小齒輪(12)、減速機(jī)(13)、偏航電機(jī)(14)、風(fēng)向檢測(cè)器(15)、滾輪(16)、中心軸 (17)、大平臺(tái)(18)、大支架(19)、控制箱(20)組成，大平臺(tái)(18)通過大支架(19)固定在地面上，偏航平臺(tái)(10)的底部設(shè)有滾輪(16)及大齒輪圈(11)，在大平臺(tái)(18)上面設(shè)有風(fēng)向檢測(cè)器(15)、偏航電機(jī)(14)和減速機(jī)(13)、小齒輪(12)，偏航電機(jī)(14)和減速機(jī)(13)、大齒輪圈(11)、小齒輪(12)傳動(dòng)連接，偏航平臺(tái)(10)在偏航電機(jī)(14)、減速機(jī)(13)、大齒輪圈 (11)、小齒輪(12)的驅(qū)動(dòng)下繞中心軸(17)在大平臺(tái)(18)上轉(zhuǎn)動(dòng)，集風(fēng)筒(1)、中心筒(2)、擴(kuò)散筒(3)連為一體，構(gòu)成集風(fēng)裝置，通過加固鋼帶(6)、凹形架(7)、小支架(8)、楔形墊塊(9) 固定在偏航平臺(tái)(10)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于集風(fēng)裝置由流線形喇叭狀的集風(fēng)筒(1)與中心筒(2)及擴(kuò)散筒(3)組成，流線形喇叭狀的集風(fēng)筒(1)與中心筒(2)及擴(kuò)散筒(3)呈連為一體式的結(jié)構(gòu)，集風(fēng)裝置通過設(shè)置在偏航平臺(tái)(10)上的凹形架(7)及小支架(8)，及加固鋼帶(6)、楔形墊塊(9)將集風(fēng)裝置固定在偏航平臺(tái)(10)上，偏航平臺(tái)(10) 在大平臺(tái)(18)上轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于大平臺(tái)(18)上設(shè)有風(fēng)向檢測(cè)器(15)，風(fēng)向檢測(cè)器(15)隨風(fēng)向轉(zhuǎn)動(dòng)，其角度變化的數(shù)據(jù)和發(fā)電機(jī)(5)額定轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)經(jīng)過控制芯片處理后傳給偏航電機(jī)(14)，帶動(dòng)減速機(jī)(13)、小齒輪(12)、大齒輪圈(11)，使偏航平臺(tái)(10)轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高效風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于集風(fēng)裝置隨時(shí)跟蹤風(fēng)向變化，朝向最佳的對(duì)風(fēng)方向，當(dāng)風(fēng)速較低、發(fā)電機(jī)(5)低于額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，集風(fēng)筒追隨主風(fēng)向；當(dāng)風(fēng)速較高，發(fā)電機(jī)高于額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，集風(fēng)筒避開主風(fēng)向，減少進(jìn)風(fēng)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于高效風(fēng)力發(fā)電裝置內(nèi)配置水平軸或垂直軸兩種風(fēng)力發(fā)電機(jī)；配置水平軸發(fā)電機(jī)組時(shí)，采用立柱將螺旋槳葉(4)和發(fā)電機(jī)(5)直接架在圓柱形中心筒(2)中，立柱固定在偏航平臺(tái)上；配置垂直軸發(fā)電機(jī)組時(shí)， 發(fā)電機(jī)直接安裝在偏航平臺(tái)(10)上，葉輪(4)的轉(zhuǎn)軸則安裝在長(zhǎng)方形中心筒一側(cè)的立壁上，葉輪(4)的迎風(fēng)面進(jìn)入到中心筒(2)中，逆風(fēng)面在中心筒(2)外，并被集風(fēng)筒(1)遮擋。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種高效風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于是由集風(fēng)筒、中心筒、擴(kuò)散筒、葉輪、發(fā)電機(jī)、加固鋼帶、凹形架、小支架、楔形墊塊、偏航平臺(tái)、大齒輪圈、小齒輪、減速機(jī)、偏航電機(jī)、風(fēng)向檢測(cè)器、滾輪、中心軸、大平臺(tái)、大支架、控制箱組成。本實(shí)用新型可以達(dá)到小型化、大裝機(jī)容量，低投資、高效益的效果。集風(fēng)裝置使地表較弱的風(fēng)加速，可以建在低空，因而大幅降低成本。偏航機(jī)構(gòu)使集風(fēng)裝置隨時(shí)跟蹤風(fēng)向變化，朝向最佳風(fēng)向。垂直軸風(fēng)力機(jī)葉輪的迎風(fēng)面進(jìn)入到中心筒中，逆風(fēng)面在中心筒的外面，經(jīng)集風(fēng)筒加速后的低速風(fēng)進(jìn)入中心筒中，推動(dòng)迎風(fēng)面葉輪旋轉(zhuǎn)，正力矩大大增加；在集風(fēng)筒在遮擋下風(fēng)力減少，負(fù)力矩大大降低，提高了發(fā)電效率。
文檔編號(hào)F03D7/02GK202176458SQ20112027982
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月3日
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