一種利用柱體繞流旋渦的風力發(fā)電裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用柱體繞流旋渦的風力發(fā)電裝置及方法，裝置由塔架系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、電機和葉輪組成，垂直安放于風場中，并使葉輪處于背風側，風吹過支撐架主筒時會在其兩側邊壁形成邊界層，并于主筒后部發(fā)生邊界層分離，泄放出周期性交替脫落的尾流旋渦，主筒兩側的尾流旋渦旋轉方向相反，分別推動兩側葉輪以相反的方向旋轉。葉輪旋轉后帶動主動齒輪旋轉，主動齒輪再帶動傳動齒輪旋轉，傳動齒輪帶動被動齒輪旋轉，被動齒輪旋轉后帶動被動軸旋轉，并將轉動能傳送給電機發(fā)電，實現(xiàn)柱體繞流旋渦的風力發(fā)電。本發(fā)明適用風速范圍廣，成本低廉。
【專利說明】
一種利用柱體繞流旋渦的風力發(fā)電裝置及方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于新能源開發(fā)利用技術領域，具體涉及一種利用柱體繞流旋渦的風力發(fā)電裝置及方法。
【背景技術】
[0002]我國是能源消費大國，隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，能源生產(chǎn)增速相對落后于能源消費的增長，成為了制約國民經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸。傳統(tǒng)能源的過度開發(fā)和利用，是造成環(huán)境污染和氣候變化的主要原因。正確處理好能源開發(fā)利用與環(huán)境保護的關系，是當前迫切需要解決的實際問題。
[0003]風能是極具發(fā)展前景的新型綠色能源之一，由氣壓梯度力產(chǎn)生，只要地表存在氣壓差，即會產(chǎn)生氣流運動，因此相比常規(guī)能源，風能幾乎取之不盡用之不竭。風力發(fā)電是指把風的動能轉化為機械能，再把機械能轉化為電能的發(fā)電方式。在我國海洋島嶼、東南沿海、草原牧區(qū)、高原開闊地區(qū)擁有豐富的風能資源，可開發(fā)利用的風能儲量約10億kW，其中，陸上風能儲量約2.53億kW(以陸上離地1m高度的統(tǒng)計數(shù)據(jù)估算)，海上風能儲量約7.5億kW。因此，發(fā)展風力發(fā)電是緩解我國能源危機的重要舉措之一。
[0004]現(xiàn)有的風力發(fā)電裝置主要借鑒水力發(fā)電的原理，利用風力帶動風車葉片旋轉，再透過增速機將旋轉速度提升來進行發(fā)電。為了更好的收集風能，風車葉片往往尺寸較大，造價較高，且在低風速下幾乎難以運轉，影響了風力發(fā)電的連續(xù)穩(wěn)定性，造成風能產(chǎn)生的電流難以進國家電網(wǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的問題是針對現(xiàn)有風力發(fā)電裝置及方法存在的不足，提供一種結構簡單、性能可靠的利用柱體繞流旋渦的風力發(fā)電裝置及方法。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0007]—種利用柱體繞流旋渦的風力發(fā)電裝置由塔架系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、電機和葉輪組成。塔架系統(tǒng)包括塔柱、支撐架、管帽。塔柱為一空心直立圓柱體，頂端外壁加工有公螺紋，底端連接電機。支撐架主筒為一直立圓筒，頂端封閉，底端內(nèi)壁加工有母螺紋，支撐架主筒底端母螺紋與塔柱頂端公螺紋銜接固定。支撐架主筒上、下兩端分別無縫焊接有兩根呈八字形放置的水平圓管，且上、下水平圓管兩兩對齊，每對上、下水平圓管處于同一垂直平面且相互平行。上端每根水平圓管沿軸向開有兩個開口向下的圓孔，且兩根水平圓管的開孔在水平面上呈交錯布置。下端每根水平圓管沿軸向開有兩個開口向上的圓孔，且兩根水平圓管的開孔在水平面上呈交錯布置，同時上、下對齊的水平圓管的開孔也一一對齊，其圓心處于同一垂線上。水平圓管遠離主筒的端部外壁加工有螺紋，并通過螺紋安裝端部管帽，實現(xiàn)水平圓管的端部封堵。
[0008]葉輪為母線垂直的三葉片柱體，其頂端與底端端面中心加工有內(nèi)凹的母螺紋，支撐架上、下水平圓管的每對開孔間安設一個葉輪。
[0009]傳動系統(tǒng)由主動軸、傳動軸、被動軸、主動齒輪、傳動齒輪、被動齒輪組成。主動軸一端外壁加工有公螺紋，與葉輪端部的母螺紋銜接固定，主動軸另一端設主動齒輪，且主動齒輪所在平面與主動軸垂直，主動軸穿過主動齒輪圓心。主動齒輪與傳動齒輪嚙合，且主動齒輪所在平面與傳動齒輪所在平面垂直。傳動齒輪安裝于傳動軸上，傳動軸位于支撐架水平圓管軸線，且傳動軸穿過傳動齒輪圓心。一根傳動軸上安裝有三個傳動齒輪，除了與同側兩個葉輪端部主動齒輪嚙合的兩個傳動齒輪外，還有一個傳動齒輪安裝于傳動軸伸入支撐架主筒的端部。每兩根呈八字形放置的支撐架水平圓筒中傳動軸上的傳動齒輪與主動齒輪嚙合方位呈水平鏡像。被動軸位于支撐架主筒軸線，被動軸上安裝有兩個被動齒輪，被動軸穿過被動齒輪圓心，且與被動齒輪所在平面垂直。兩個被動齒輪分別與上、下水平圓管內(nèi)的傳動軸端部傳動齒輪嚙合，且被動齒輪所在平面與傳動齒輪所在平面垂直。被動軸下端穿過塔柱與電機相連。
[0010]所述的支撐架八字形放置的水平圓筒之間的夾角為50°?90°。所述的主動齒輪、傳動齒輪、被動齒輪均位于支撐架內(nèi)部。
[0011]利用所述的利用柱體繞流旋渦的風力發(fā)電裝置可以提供一種利用柱體繞流旋渦的風力發(fā)電方法，將本發(fā)明裝置垂直安放于風場中，使葉輪處于背風側，風吹過支撐架主筒時會在其兩側邊壁形成邊界層，并于主筒后部發(fā)生邊界層分離，泄放出周期性交替脫落的尾流旋渦，主筒兩側的尾流旋渦旋轉方向相反，分別推動兩側葉輪以相反的方向旋轉。葉輪旋轉后帶動主動齒輪旋轉，主動齒輪再帶動傳動齒輪旋轉，由于每兩根呈八字形放置的水平圓筒中傳動軸上的傳動齒輪與主動齒輪嚙合方位呈水平鏡像，使得兩根傳動軸上傳動齒輪旋轉方向相同。傳動齒輪帶動被動齒輪旋轉，被動齒輪旋轉后帶動被動軸旋轉，并將轉動能傳送給電機發(fā)電，實現(xiàn)柱體繞流旋渦的風力發(fā)電。
[0012]本發(fā)明專利由于采取以上技術方案，其具有以下優(yōu)點:
[0013]1、本發(fā)明利用氣流經(jīng)過圓柱的繞流旋渦推動葉輪旋轉，有效利用了尾流動能，適用的風速范圍更廣，且葉輪尺寸較小，節(jié)約了成本。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明裝置整體結構示意圖
[0015]圖2為本發(fā)明裝置支撐架示意圖
[0016]圖3為本發(fā)明裝置齒輪銜接示意圖
[0017]圖4為本發(fā)明裝置葉輪與主動軸拆裝示意圖
[0018]圖5為本發(fā)明裝置電機、被動軸與被動齒輪示意圖
[0019]圖6為本發(fā)明裝置葉輪工作示意圖
[0020]其中:1、塔柱;2、支撐架;3、電機;4、葉輪;5、管帽;6、主動軸;7、傳動軸;8、被動軸；9、主動齒輪;10、傳動齒輪;11、被動齒輪。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做進一步描述。
[0022]如圖1所示，一種利用柱體繞流旋渦的風力發(fā)電裝置由塔架系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、電機3和葉輪4組成。塔架系統(tǒng)包括塔柱1、支撐架2、管帽5。塔柱I為一空心直立圓柱體，頂端外壁加工有公螺紋，底端連接電機3。支撐架2主筒為一直立圓筒，頂端封閉，底端內(nèi)壁加工有母螺紋，支撐架2主筒底端母螺紋與塔柱I頂端公螺紋銜接固定。支撐架2主筒上、下兩端分別無縫焊接有兩根呈八字形放置的水平圓管，且上、下水平圓管兩兩對齊，每對上、下水平圓管處于同一垂直平面且相互平行。上端每根水平圓管沿軸向開有兩個開口向下的圓孔，且兩根水平圓管的開孔在水平面上呈交錯布置。下端每根水平圓管沿軸向開有兩個開口向上的圓孔，且兩根水平圓管的開孔在水平面上呈交錯布置，同時上、下對齊的水平圓管的開孔也一一對齊，其圓心處于同一垂線上。水平圓管遠離主筒的端部外壁加工有螺紋，并通過螺紋安裝端部管帽5，實現(xiàn)水平圓管的端部封堵。
[0023]葉輪4為母線垂直的三葉片柱體，其頂端與底端端面中心加工有內(nèi)凹的母螺紋，支撐架2上、下水平圓管的每對開孔間安設一個葉輪4。
[0024]傳動系統(tǒng)由主動軸6、傳動軸7、被動軸8、主動齒輪9、傳動齒輪10、被動齒輪11組成。主動軸6—端外壁加工有公螺紋，與葉輪4端部的母螺紋銜接固定，主動軸6另一端設主動齒輪9，且主動齒輪9所在平面與主動軸6垂直，主動軸6穿過主動齒輪9圓心。主動齒輪9與傳動齒輪10嚙合，且主動齒輪9所在平面與傳動齒輪10所在平面垂直。傳動齒輪10安裝于傳動軸7上，傳動軸7位于支撐架2水平圓管軸線，且傳動軸7穿過傳動齒輪10圓心。一根傳動軸7上安裝有三個傳動齒輪10，除了與同側兩個葉輪4端部主動齒輪9嚙合的兩個傳動齒輪10夕卜，還有一個傳動齒輪10安裝于傳動軸7伸入支撐架2主筒的端部。每兩根呈八字形放置的支撐架2水平圓筒中傳動軸7上的傳動齒輪10與主動齒輪9嚙合方位呈水平鏡像。被動軸8位于支撐架2主筒軸線，被動軸8上安裝有兩個被動齒輪11，被動軸8穿過被動齒輪11圓心，且與被動齒輪11所在平面垂直。兩個被動齒輪11分別與上、下水平圓管內(nèi)的傳動軸7端部傳動齒輪10嚙合，且被動齒輪11所在平面與傳動齒輪10所在平面垂直。被動軸8下端穿過塔柱I與電機3相連。
[0025]所述的支撐架2八字形放置的水平圓筒之間的夾角為50°?90°。所述的主動齒輪
9、傳動齒輪10、被動齒輪11均位于支撐架2內(nèi)部。
[0026]利用所述的利用柱體繞流旋渦的風力發(fā)電裝置可以提供一種利用柱體繞流旋渦的風力發(fā)電方法，將本發(fā)明裝置垂直安放于風場中，使葉輪4處于背風側，風吹過支撐架2主筒時會在其兩側邊壁形成邊界層，并于主筒后部發(fā)生邊界層分離，泄放出周期性交替脫落的尾流旋渦，主筒兩側的尾流旋渦旋轉方向相反，分別推動兩側葉輪4以相反的方向旋轉。葉輪4旋轉后帶動主動齒輪9旋轉，主動齒輪9再帶動傳動齒輪10旋轉，由于每兩根呈八字形放置的水平圓筒中傳動軸7上的傳動齒輪10與主動齒輪9嚙合方位呈水平鏡像，使得兩根傳動軸7上傳動齒輪10旋轉方向相同。傳動齒輪10帶動被動齒輪11旋轉，被動齒輪11旋轉后帶動被動軸8旋轉，并將轉動能傳送給電機3發(fā)電，實現(xiàn)柱體繞流旋渦的風力發(fā)電。
[0027]實施例:
[0028]本發(fā)明裝置安裝時，首先將塔柱I與電機3連接，垂直放置。將安設有兩個被動齒輪11的被動軸8安裝于塔柱I軸線，并使被動軸8下端與電機3連接。然后，將支撐架2安裝于塔柱I上端，使支撐架2主筒底端母螺紋與塔柱I頂端公螺紋銜接固定。接著，在葉輪4兩端安裝主動軸6，主動軸6另一端安設主動齒輪9，在支撐架2上、下水平圓管的每對開孔間安設一個葉輪4，并使主動齒輪9安設于支撐架2的水平圓管內(nèi)。將安有傳動齒輪10的傳動軸7伸入支撐架2的水平圓管，使得其端部的傳動齒輪10伸入支撐架2主筒，并與支撐架2主筒內(nèi)的被動齒輪11嚙合，另外兩個傳動齒輪10與主動齒輪9嚙合。安裝時，每兩根呈八字形放置的水平圓筒中傳動軸7上的傳動齒輪10與主動齒輪9嚙合方位呈水平鏡像。安放完傳動軸7后，在水平圓管端部用管帽5封堵。
[0029]裝置安裝完后，放置于風場，并使葉輪4處于背風側。風吹過支撐架2主筒時會在其兩側邊壁形成邊界層，并于主筒后部發(fā)生邊界層分離，泄放出周期性交替脫落的尾流旋渦，主筒兩側的尾流旋渦旋轉方向相反，分別推動兩側葉輪4以相反的方向旋轉。葉輪4旋轉后帶動主動齒輪9旋轉，主動齒輪9再帶動傳動齒輪10旋轉，由于每兩根呈八字形放置的水平圓筒中傳動軸7上的傳動齒輪10與主動齒輪9嚙合方位呈水平鏡像，使得兩根傳動軸7上傳動齒輪10旋轉方向相同。傳動齒輪10帶動被動齒輪11旋轉，被動齒輪11旋轉后帶動被動軸8旋轉，并將轉動能傳送給電機3發(fā)電，實現(xiàn)柱體繞流旋渦的風力發(fā)電。
【主權項】
1.一種利用柱體繞流旋渦的風力發(fā)電裝置，其特征在于:由塔架系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、電機(3)和葉輪(4)組成;塔架系統(tǒng)包括塔柱(I)、支撐架(2)、管帽(5);塔柱(I)為一空心直立圓柱體，頂端外壁加工有公螺紋，底端連接電機(3);支撐架(2)主筒為一直立圓筒，頂端封閉，底端內(nèi)壁加工有母螺紋，支撐架(2)主筒底端母螺紋與塔柱(I)頂端公螺紋銜接固定;支撐架(2)主筒上、下兩端分別無縫焊接有兩根呈八字形放置的水平圓管，且上、下水平圓管兩兩對齊，每對上、下水平圓管處于同一垂直平面且相互平行;上端每根水平圓管沿軸向開有兩個開口向下的圓孔，且兩根水平圓管的開孔在水平面上呈交錯布置;下端每根水平圓管沿軸向開有兩個開口向上的圓孔，且兩根水平圓管的開孔在水平面上呈交錯布置，同時上、下對齊的水平圓管的開孔也一一對齊，其圓心處于同一垂線上;水平圓管遠離主筒的端部外壁加工有螺紋，并通過螺紋安裝端部管帽(5)，實現(xiàn)水平圓管的端部封堵;葉輪(4)為母線垂直的三葉片柱體，其頂端與底端端面中心加工有內(nèi)凹的母螺紋，支撐架(2)上、下水平圓管的每對開孔間安設一個葉輪(4);傳動系統(tǒng)由主動軸(6)、傳動軸(7)、被動軸(8)、主動齒輪(9)、傳動齒輪(10)、被動齒輪(11)組成;主動軸(6)一端外壁加工有公螺紋，與葉輪(4)端部的母螺紋銜接固定，主動軸(6)另一端設主動齒輪(9)，且主動齒輪(9)所在平面與主動軸(6)垂直，主動軸(6)穿過主動齒輪(9)圓心；主動齒輪(9)與傳動齒輪(10)嚙合，且主動齒輪(9)所在平面與傳動齒輪(10)所在平面垂直;傳動齒輪(10)安裝于傳動軸(7)上，傳動軸(7)位于支撐架(2)水平圓管軸線，且傳動軸(7)穿過傳動齒輪(10)圓心;一根傳動軸(7)上安裝有三個傳動齒輪(10)，除了與同側兩個葉輪(4)端部主動齒輪(9)嚙合的兩個傳動齒輪(10)夕卜，還有一個傳動齒輪(10)安裝于傳動軸(7)伸入支撐架(2)主筒的端部;每兩根呈八字形放置的支撐架(2)水平圓筒中傳動軸(7)上的傳動齒輪(10)與主動齒輪(9)嚙合方位呈水平鏡像;被動軸(8)位于支撐架(2)主筒軸線，被動軸(8)上安裝有兩個被動齒輪(11)，被動軸(8)穿過被動齒輪(11)圓心，且與被動齒輪(11)所在平面垂直;兩個被動齒輪(11)分別與上、下水平圓管內(nèi)的傳動軸(7)端部傳動齒輪(10)嚙合，且被動齒輪(11)所在平面與傳動齒輪(10)所在平面垂直;被動軸(8)下端穿過塔柱(I)與電機(3)相連。2.如權利要求1所述的一種利用柱體繞流旋渦的風力發(fā)電裝置，其特征在于:支撐架(2)八字形放置的水平圓筒之間的夾角為50°?90°。3.如權利要求1所述的一種利用柱體繞流旋渦的風力發(fā)電裝置，其特征在于:主動齒輪(9)、傳動齒輪(1)、被動齒輪(11)均位于支撐架(2)內(nèi)部。4.一種利用柱體繞流旋渦的風力發(fā)電方法，采用如權利要求1所述的一種利用柱體繞流旋渦的風力發(fā)電裝置，其特征在于:將裝置垂直安放于風場中，使葉輪(4)處于背風側，風吹過支撐架(2)主筒時會在其兩側邊壁形成邊界層，并于主筒后部發(fā)生邊界層分離，泄放出周期性交替脫落的尾流旋渦，主筒兩側的尾流旋渦旋轉方向相反，分別推動兩側葉輪(4)以相反的方向旋轉;葉輪(4)旋轉后帶動主動齒輪(9)旋轉，主動齒輪(9)再帶動傳動齒輪(10)旋轉，由于每兩根呈八字形放置的水平圓筒中傳動軸(7)上的傳動齒輪(10)與主動齒輪(9)嚙合方位呈水平鏡像，使得兩根傳動軸(7)上傳動齒輪(10)旋轉方向相同；傳動齒輪(10)帶動被動齒輪(11)旋轉，被動齒輪(11)旋轉后帶動被動軸(8)旋轉，并將轉動能傳送給電機(3)發(fā)電，實現(xiàn)柱體繞流旋渦的風力發(fā)電。
【文檔編號】F03D9/25GK106014855SQ201610515206
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月30日
【發(fā)明人】朱紅鈞, 唐麗爽
【申請人】西南石油大學