推力型漂浮式集風發(fā)電裝置制造方法
【專利摘要】一種推力型漂浮式集風發(fā)電裝置，該裝置由漂浮系統(tǒng)、風輪及其支架系統(tǒng)、集風系統(tǒng)、自動對風系統(tǒng)和對風糾偏裝置、調速系統(tǒng)、以及發(fā)電系統(tǒng)組成，三只浮箱之間由鋼桁架(15)連成整體，兩只主浮箱底部設有穩(wěn)浪板(14)，兩只主浮箱的中部樹立風輪支架(35)，上面架立一根臥式風輪軸(5)，風輪(6)由兩端圓盤和圓盤之間的七片弧形葉片組成，風輪前、后設前、后下部導風板(7、12)，兩側設有左、右側向導風板(11)，豎軸頂上固結有一個絕緣圓盤(19)，風向標頭部下面裝有一只滑動電極(21)，電極被彈簧緊緊壓在絕緣圓盤上，風輪的一端裝有傘齒輪組，通過一根豎向傳動軸(36)，帶動安裝在主浮箱里的發(fā)電機(37)發(fā)電，前導風板下面設有一只弧形的調速板(13)。本實用新型采用漂浮方式，可設置在更深的廣大海域上，主浮箱下裝有穩(wěn)浪板，抗傾覆、抗風浪穩(wěn)定性強，可對風輪進行精細調速，提高并網(wǎng)精度。
【專利說明】推力型漂浮式集風發(fā)電裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型屬于清潔能源設備【技術領域】，確切的說是一種利用風力發(fā)電的創(chuàng)新設備。

【背景技術】
[0002]海面遼闊，海面平坦，摩阻力小，是開發(fā)風力發(fā)電事業(yè)的理想去處，但是到目前為止，已經(jīng)建立的海上風力發(fā)電站都是在海底打樁建成一個龐大的高樁承臺，上面再豎起一根塔桅，頂上安裝的是旋漿式風機，這種機型由于風葉的面積只有風輪面積的幾十分之一，而且風輪上所受的推力又只是葉片上所受到的風力的垂直分力，所以風輪所受到的推力更小，以至于風能的利用率很低，尤其是水深以后基礎施工更困難、造價更高，所以這種機型只能安裝在距離海岸不遠的海水深度小于40米的淺海上，再深一些的廣大海域卻無法利用，而這一海域正是漁業(yè)、海水養(yǎng)殖和航運的繁忙地域，因此能供給建設風力發(fā)電廠的區(qū)域受到一定的限制，本實用新型采用漂浮方式可以安裝在海水更深一些的廣大海域上，而推力式風輪又能以更大的受風面積全面而且直接接受風力，效益更高。


【發(fā)明內容】

[0003]本實用新型由漂浮系統(tǒng)、風輪及其支架系統(tǒng)、集風系統(tǒng)、自動對風系統(tǒng)和對風糾偏裝置、調速系統(tǒng)、以及發(fā)電系統(tǒng)組成，漂浮系統(tǒng)由平面上呈“品”字形排列的三只浮箱組成，中心線左、右兩只為主浮箱、中心線上后側一只為尾浮箱，兩主浮箱之間，底部設有穩(wěn)浪板，兩只主浮箱的中部樹立風輪支架，上面架立一根臥式風輪軸，風輪軸兩端設有兩個圓盤，圓盤之間裝有七片弧形葉片，葉片與圓盤共同組成一只推力式風輪，風輪的底部離開海面的距離足以在颶風來臨時，海浪打不到風輪上，風輪前、后設前、后下部導風板，兩塊下部導風板接近風輪處均處在風輪軸的同一高度上，而向前、向后都降到主浮箱面上，兩側設有左、右側向導風板，風輪頂部設有上部導風板，兩只主浮箱前部有錨鏈把整個漂浮系統(tǒng)系在打入海底的錨樁上，尾浮箱上裝有一根豎軸，豎軸上裝有一個可以轉動的平面形狀為銳三角形的尾翼，豎軸頂上固結著一個絕緣圓盤，圓盤上貼有左、右兩塊半圓環(huán)形的銅片，絕緣圓盤中心軸上面裝有一只可以自由隨風旋轉的風向標，風向標頭部下面裝有一只滑動電極，電極被彈簧緊緊壓在絕緣圓盤上，風輪的一端裝有傘齒輪，通過一根豎向傳動軸，帶動安裝在主浮箱里的發(fā)電機發(fā)電，前導向板下面設有一只弧形的調速板，
[0004]三個浮箱之間由鋼桁架連成一體，以保證整個裝置不會被任何方向的強風吹翻、傾倒，穩(wěn)浪板上的水重對主浮箱的升、降能起到一定的阻尼作用，防止整個漂浮系統(tǒng)在大風大浪中大起大落或搖擺不定，前、后導風板正好遮住風輪的下半部，上、下、左、右導風板則在風輪前后共同組成一個前后都呈喇叭形的集風系統(tǒng)，把比風輪面積大數(shù)倍的風力集中吹向風輪的上半部，提高風輪前部風壓，保證風輪后部負壓區(qū)的穩(wěn)定性，提高風輪出力，上部導風板中段，是一段包角為52°的弧形板，緊緊包圍在風輪外圍，和七片葉片的風輪配合，使得前一葉片還未轉出弧形板，后一葉片又已進入弧形板的包圍范圍，保證了風輪得到持續(xù)加力的作用，主浮箱前面的錨樁、錨鏈，和尾浮箱上面的三角形尾翼，共同組成整個裝置的自動對風系統(tǒng)，在風力的推動下會自然的把風輪前部對準來風方向，但是如果海流的方向與風力的方向不一致時，風輪的中心線還會與來風方向產(chǎn)生一定的角度偏差，尾浮箱中軸頂上的風向標、絕緣圓盤和其附屬電路所組成的對風糾偏裝置，通過蝸輪-蝸桿機構驅使三角形尾翼轉動，使其一側的受風面積增大，抵消海流對三個浮箱的沖力，使整個裝置的中心線重新回到與來風一致的方向上來，發(fā)電機是一種多極對數(shù)的發(fā)電機，微電腦根據(jù)發(fā)電機所發(fā)電流的頻率、相位與系統(tǒng)電網(wǎng)的頻率、相位的差距進行比對，調整發(fā)電機的極對數(shù)，然后再啟動調速板的電機正轉或反轉，調整位于前導風板內的弧形調速板向上旋轉，把風輪上半部的受風面積遮擋一部分，調整風輪的受風面積，適當?shù)慕档惋L輪轉速，使發(fā)電機發(fā)出的電流與系統(tǒng)電網(wǎng)的頻率、相位完全吻合，以提高并網(wǎng)精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]圖1.推力型漂浮式集風發(fā)電裝置縱剖面示意圖
[0006]圖2.推力型漂浮式集風發(fā)電裝置平剖面示意圖
[0007]圖3.推力型漂浮式集風發(fā)電裝置橫剖面示意圖
[0008]圖4.絕緣圓盤與風向標平面圖
[0009]圖5.對風糾偏裝置電路原理圖
[0010]圖6.自動對風系統(tǒng)和對風糾偏裝置工作原理圖
[0011]6-0風力與海流一致或不一致時整個裝置的漂流位置圖
[0012]6-1風力方向FX與海流方向hX —致時尾翼與尾浮筒形態(tài)圖
[0013]6-2風力方向FX與海流方向hX不一致時尾翼與尾浮箱態(tài)圖
[0014]6-3對風糾偏裝置開始動作，尾翼17旋轉后形態(tài)圖
[0015]6-4風力推動尾浮筒轉到與風力一致的方向后尾翼與尾浮筒形態(tài)圖
[0016]圖7.不同方向的海流作用下整個裝置在糾偏前、后漂流狀況變化圖
[0017]7-1海流hL從風力FL的右側沖來，且與風向夾角< 90°時，整個裝置在糾偏前、后漂流狀況變化圖
[0018]7-2海流hL從風力FL的右側沖來，且與風向夾角>90°時，整個裝置在糾偏前、后漂流狀況變化圖
[0019]7-3海流hL從風力FL的左側沖來，且與風向夾角<90°時，整個裝置在糾偏前、后漂流狀況變化圖
[0020]7-4海流hL從風力FL的左側沖來，且與風向夾角> 90°時，整個裝置在糾偏前、后漂流狀況變化圖
[0021]具體實現(xiàn)方案
[0022]圖1、2、3、示出:左、右兩只主浮箱I的底部設有穩(wěn)浪板14，兩只主浮箱之間及與后部尾浮箱2之間通過鋼桁架15連接整體，兩個主浮箱甲板上各架立一個鋼架35，鋼架上安裝一根臥式風輪軸5，風輪軸兩端設有兩個圓盤，圓盤之間裝有七片弧形葉片，圓盤與葉片共同組成風輪6，風輪前、后設前、后下部導風板7和12，兩側設有左、右側面導風板11，風輪頂部的上部導風板由8、9、10三段板連接而成，其中中段9是一塊包在風輪外圍僅有1-2厘米間隙的弧形板，包角為52°，兩只主浮箱前部有錨鏈3把整個漂浮系統(tǒng)的三只浮箱系在打入海底的錨樁4上，尾浮箱上
[0023]裝有一根豎軸16，豎軸上裝有一個可以轉動的平面形狀為銳三角形的尾翼17，豎軸16頂上固結著一個絕緣圓盤19，圓盤上貼有左、右兩塊半圓環(huán)形的銅片20、22，絕緣圓盤上裝有一只可以自由隨風旋轉的風向標18，風向標頭部下面裝有一只滑動電極21，電極被彈簧緊緊壓在絕緣圓盤上，風輪軸的一端裝有傘齒輪，通過一根豎向傳動軸36，帶動安裝在主浮箱里的發(fā)電機37發(fā)電，前導向板下面設有一只弧形的調速板13，調速板包在風輪外圍，二者之間的間隙很小。
[0024]圖4為絕緣圓盤與風向標平面圖，絕緣圓盤19上貼有左、右銅片20、22，風向標18頭部下面裝有滑動電極21，風向標18應該是始終對準來風方向的，絕緣圓盤19是固結在尾浮箱2的豎軸16上的，所以絕緣圓盤19的中心線始終應與整個裝置中心線，也就是尾浮箱2的中心線一致。
[0025]圖5為對風糾偏裝置電路原理圖，絕緣圓盤19上所貼的左、右銅片20、22分別通過兩個滑環(huán)23和碳刷24與直流系統(tǒng)的正、反轉電路25、26接通，風向標18頭部下面的滑動電極21也有導線與直流系統(tǒng)的另一極接通，直流系統(tǒng)的正、反轉電路通過正、反轉繼電器27、28，可以分別啟動交流電路上的正、反轉電路29、30，使對風糾偏電機31正轉或反轉，通過蝸輪-蝸桿機構帶動尾翼17順時針或反時針轉動一個角度。
[0026]圖6為自動對風系統(tǒng)和對風糾偏裝置工作原理圖，
[0027]圖6-0為風力與海流方向一致或不一致時，整個裝置的漂流位置圖:當風力FL與海流hL方向一致時整個裝置漂浮在錨樁4下游順風方向的Z線上，當風力方向FL與海流hL方向不一致成一個夾角α時，整個裝置漂浮在合力HL作用的方向P線上；
[0028]圖6-1為當風力FL與海流hL方向一致時，尾翼17、絕緣圓盤19、風向標18的中心線均與尾浮箱2的中心線一致，整個裝置漂浮在錨樁4下游順風方向的Z線上，圖6-2是當風向改變后的的情況，當海流的沖力來自風力方向FX的右側時，海流沖力hL與風力FL形成合力HL使整個裝置以錨樁4為中心反時針向左偏轉了一個角度α °，整個裝置漂浮在合力方向P線上，此時尾浮箱2、絕緣圓盤19的中心線也隨之與合力方向P線重合,但風向標仍舊保持在風力FL的方向上未動，于是在絕緣圓盤上的左銅片20轉到了滑動電極21的下面，導致糾偏電路的反轉電路接通，糾偏電機31帶動尾翼17反時針旋轉呈圖6-3的形態(tài)，致使尾翼的左側受風面積更加增大，待風力在尾翼上推動的糾偏力矩大于海流的作用力矩時，整個裝置又從圖6-3的狀態(tài)、即從P線上轉到圖6-4的Z線上，這時絕緣圓盤上的左、右銅片之間的間隙又滑動到電極21的下面，糾偏電路斷開，糾偏電機停轉，但這時蝸輪-蝸桿機構仍舊把尾翼17停留在原傾斜狀態(tài)，以維持風力在尾翼左斜面上的糾偏推力。如果風力再有所變化，尾翼上的推力與海流的沖力力矩又產(chǎn)生差距，整個裝置中心線又發(fā)生變化，滑動電極又會滑動到左銅片或右銅片上，電路再一次接通，進行另一次糾偏動作。
[0029]圖7為不同方向的海流作用下整個裝置在糾偏前、后漂流狀況變化圖，圖7-1、圖7-2分別為海流hL從風力FL的右側沖來，風力和海流沖力的合力HL偏向左側，整個裝置從原來風力FL的Z線反時針漂到左側P線上，圖7-1為二力的夾角α小于90°，圖7_2為二力的夾角α大于90°時的情況。
[0030]圖7-3、圖7-4分別為海流hL從風力FL的左側沖來，風力和海流沖力的合力HL偏向右側，整個裝置從原來風力FL的Z線反時針漂到右側P線上，圖7-3為二力的夾角α小于90°，圖7-4為二力的夾角α大于90°時的情況。
[0031]根據(jù)圖7的工作原理，對風糾偏裝置最終都能把整個裝置從合力的方向轉回到與風力一致的方向上來。
【權利要求】
1.一種推力型漂浮式集風發(fā)電裝置，該裝置由漂浮系統(tǒng)、風輪及其支架系統(tǒng)、集風系統(tǒng)、自動對風系統(tǒng)和對風糾偏裝置、調速系統(tǒng)、以及發(fā)電系統(tǒng)組成，其特征為:漂浮系統(tǒng)的兩只主浮箱(I)和其中心線后側的尾浮箱(2)，在平面上呈“品”字形排列，三只浮箱之間由鋼桁架(15)連成整體，兩只主浮箱底部設有穩(wěn)浪板(14)，兩只主浮箱的中部樹立風輪支架(35)，上面架立一根臥式風輪軸(5)，風輪￠)由兩端圓盤和圓盤之間的七片弧形葉片組成，風輪前、后設前、后下部導風板(7、12)，兩側設有左、右側向導風板(11)，風輪頂部設有上部導風板(8、9、10)，兩只主浮箱前部由錨鏈(4)把整個漂浮系統(tǒng)系在打入海底的錨樁(5)上，尾浮箱上裝有一根豎軸(16)，豎軸上裝有一個可以轉動的平面形狀為銳三角形的尾翼(17)，豎軸頂上固結有一個絕緣圓盤(19)，圓盤上貼有左、右兩塊半圓環(huán)形的銅片(20、22)，絕緣圓盤上裝有一只可以自由隨風旋轉的風向標(18)，風向標頭部下面裝有一只滑動電極(21)，電極被彈簧緊緊壓在絕緣圓盤上，風輪的一端裝有傘齒輪組，通過一根豎向傳動軸(36)，帶動安裝在主浮箱里的發(fā)電機(37)發(fā)電，前導風板下面設有一只弧形的調速板(13)ο
2.根據(jù)權利要求1所述的推力型漂浮式集風發(fā)電裝置，其特征為:兩只主浮箱之間，底部設有穩(wěn)浪板(14);穩(wěn)浪板上有一定的水深。
3.根據(jù)權利要求1所述的推力型漂浮式集風發(fā)電裝置，其特征為:風輪前、后的下部導風板(7、12)，在接近風輪處均處在風輪軸的同一高度上，而向前、向后都降到主浮箱甲板面上，前、后導風板正好可以完全遮住風輪的下半部，上、下、左、右導風板(7、8、9、10、11)在風輪前后共同組成一個前、后都呈喇叭狀的集風系統(tǒng)，把大于風輪面積數(shù)倍的風力集中吹向風輪的上半部。
4.根據(jù)權利要求1所述的推力型漂浮式集風發(fā)電裝置，其特征為:上部導風板由三段板(8、9、10)連接而成，其中中段(9)是一塊包在風輪外圍僅有1-2厘米間隙的弧形板，包角為52° ,風輪所用的葉片是七片。
5.根據(jù)權利要求1所述的推力型漂浮式集風發(fā)電裝置，其特征為:前導向板下面設有一只弧形的調速板(13)，調速板在微電腦的控制下可以沿風輪外圍旋轉出一個角度，降低風輪的受風面積進行轉速微調。
【文檔編號】F03D9/00GK204041350SQ201420337757
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年6月15日 優(yōu)先權日:2014年6月15日
【發(fā)明者】邵明 申請人:邵明