專利名稱：聚能增速型積木式風力發(fā)電裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種風力發(fā)電裝置，特別是一種聚能增速的積木式風力發(fā)電裝置。
背景技術：
風能是可再生能源中發(fā)展最快的清潔能源，也是最具有大規(guī)模開發(fā)和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式。1993年到2003年的10年間，世界風力發(fā)電的年增長率達到29.7％。到2003年末，全球風電裝機容量達到4,030萬千瓦，風力發(fā)電量占到世界總電量的0.5％。其中歐洲總裝機容量為2,871萬千瓦，占世界風電裝機容量的73％。2003年德國風力發(fā)電累計裝機容量達到1,461萬千瓦，占全世界的1/3以上。2003年印度累計風力發(fā)電裝機容量也已達到213萬千瓦，排世界第5位，居發(fā)展中國家的首位。歐洲風能協(xié)會在近期的一份報告中，用詳實的數(shù)據(jù)和精辟的分析描述了未來世界風力發(fā)電的情景，并預計到2020年風力發(fā)電將占世界電力總量的12％。風能作為未來能源供應重要組成部分的戰(zhàn)略地位受到世界各國的普遍重視。
我國風能資源儲量豐富，據(jù)初步估算，我國陸上離地面10米高度層的風能資源可開發(fā)量為2.53億千瓦；近海區(qū)域離海面10米高度層的風能儲量約為7.5億千瓦。從宏觀上看，我國具備大規(guī)模發(fā)展風力發(fā)電的資源條件。到2004年底，我國風力發(fā)電累計裝機容量達到76.4萬千瓦，國家發(fā)改委規(guī)劃2005年并網(wǎng)風電裝機將達到100萬千瓦，2010年達到300萬千瓦，2020年達到2,000萬千瓦。
當代MW級主流風力機轉子直徑和塔高已超過百米、葉片重量已超過10噸、塔頂重量已超過百噸，材料強度、制造安裝能力幾乎已近極限。無論如何優(yōu)化設計葉片與自適應變漿距控制，都無法保證這種風力機漿葉在不同相位角時都處于最優(yōu)工況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的針對上述根本性的問題而提供一種聚能增速型積木式風力機裝置，通過縮放噴管，收集較大范圍內(nèi)的風能，在噴管內(nèi)加速，使得較小尺寸的風力機實現(xiàn)較大功率輸出。同時，采用積木式結構，可以采用小尺寸風力機組，大規(guī)模利用風電，并提高風力發(fā)電機組的運行可靠性。
為達到上述目的，本發(fā)明采用下述技術方案
一種聚能增速積木式風力發(fā)電裝置，包括風力透平及其驅動的發(fā)電機，其特征在于每個風力透平及其驅動的發(fā)電機安裝在一個縮放噴管內(nèi)的喉部構成一個聚能增速型風力發(fā)電單元；一個塔體結構的每一層安置兩個所述的聚能增速型風力發(fā)電單元，同層的兩個聚能增速型風力發(fā)電單元平行并聯(lián)成一體。
上述的風力透平為僅由動葉構成的風力透平級，或由導葉和動葉構成的風力透平級。
上述的同層兩個縮放噴管是由一個兼作塔層體的縮放噴管內(nèi)半側體及其兩側的兩個縮放噴管外半側體構成。
上述的相鄰的上下兩層的兼作塔層體的縮放噴管內(nèi)半側體的相連接的端面，通過一個滾動支撐機構轉動連接，從而每層塔體能夠自由獨立水平旋轉，實現(xiàn)自動對風。
上述的滾動支撐機構是單向推力球軸承、或雙向推力球軸承、或推力向心對稱球面滾動軸承等。
上述的滾動支撐機構的軸承外套上固定連接2～6個拉桿，拉桿周向均勻布置，該拉桿上連接斜拉索以固定塔體。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比較，具有如下顯而易見的實質性突出特點和顯著的優(yōu)點(1)本發(fā)明采用縮放噴管；風力發(fā)電機的基本原理告訴我們風力發(fā)電機的功率與速度的三次方成正比。通過縮放噴管聚集風能，速度的增大，不但可以減小風力機的直徑，降低制造成本，還可以顯著增大風力發(fā)電機的功率。
(2)本發(fā)明采用塔體結構；風場中的物體，總是趨向于流動阻力最小的狀態(tài)。當噴管口正對著來風時，流動阻力最小。滾動支撐機構使得各層之間可以相對獨立旋轉，當塔體很高，沿著高度方向，方向變化很大時，這種裝置特別有效。
(3)由風力透平級(導葉+動葉)組成的風力機；采用傳統(tǒng)的風力透平時，風能利用無法突破理想的風能利用率(0.593)瓶頸，本發(fā)明采用導葉+動葉的風力透平級，可以突破傳統(tǒng)的風能利用率的理論瓶頸。


圖1本發(fā)明的聚能增速型積木式風力發(fā)電裝置結構示意2圖1中一層聚能增速型風力發(fā)電單元的結構示意3圖1中A-A處剖面4兼作塔層體的縮放噴管內(nèi)半側體的立體示意圖具體實施方式
下面給出本發(fā)明的兩個實施例，結合圖1、圖2、圖3和圖4給預詳細說明實施例1本風力發(fā)電裝置是一個三層的塔架，每層高5.1m，縮放噴管進口與出口出的直徑是5.0m，喉部直徑1.0m，噴管長為10m，噴管中剖面的曲線由一條圓弧組成，該圓弧半徑為7.25m，圓心在噴管喉部外側，到噴管喉部外側7.25m。塔層體3由強度較高的復合材料制成，層塔體3中心圓洞直徑為0.8m，用于安裝人梯，縮放噴管外半側體2由復合材料制成，壁厚0.01m，風力透平級(導葉+動葉)安裝在縮放噴管的喉部。層與層之間用單向推力球軸承6，該軸承直徑為0.9m，軸承外套上固定連接一對斜拉索的拉桿4，用斜拉索5固定。只有動葉的風力透平及發(fā)電機被安裝在縮放噴管的喉部。
實施例2本風力發(fā)電裝置是一個三十層的塔架，每層高5.1m，縮放噴管進口與出口出的直徑是5.0m，喉部直徑1.0m，噴管長為10m，噴管中剖面的曲線由一條圓弧組成，該圓弧半徑為7.25m，圓心在噴管喉部外側，到噴管喉部外側7.25m。塔層體3由強度較高的復合材料制成，中心圓洞直徑為0.8m，縮放噴管外半側體2由復合材料制成，壁厚0.01m，風力透平級(導葉+動葉)安裝在縮放噴管的喉部。層與層之間用單向推力球軸承6，該軸承直徑為0.9m，軸承外套上固定連接一對斜拉索的拉桿4，用斜拉索5固定。只有風力透平級(導葉+動葉)及發(fā)電機被安裝在縮放噴管的喉部。
權利要求
1.一種聚能增速型積木式風力發(fā)電裝置，包括風力透平(1)及其驅動的發(fā)電機(7)，其特征在于每個風力透平(1)及其驅動的發(fā)電機(7)安裝在一個縮放噴管內(nèi)的喉部構成一個聚能增速型風力發(fā)電單元；一個塔體結構的每一層安置兩個所述的聚能增速型風力發(fā)電單元，同層的兩個聚能增速型風力發(fā)電單元平行并聯(lián)成一體。
2.根據(jù)權利要求1所述的聚能增速型積木式風力發(fā)電裝置，其特征在于所述的風力透平(1)為僅由動葉構成的風力透平級，或由導葉和動葉構成的風力透平級。
3.根據(jù)權利要求1所述的聚能增速型積木式風力發(fā)電裝置，其特征在于同層兩個縮放噴管是由一個兼作塔層體的縮放噴管內(nèi)半側體(3)及其兩側的兩個縮放噴管外半側體(2)構成。
4.根據(jù)權利要求3所述的聚能增速型積木式風力發(fā)電裝置，其特征在于相鄰的上下兩層的兼作塔層體的縮放噴管內(nèi)半側體(3)的相連接的端面，通過一個滾動支撐機構(6)轉動連接，從而每層塔體能夠自由獨立水平旋轉，實現(xiàn)自動對風。
5.根據(jù)權利要求4所述的聚能增速型積木式風力發(fā)電裝置，其特征在于所述的滾動支撐機構(6)是單向推力球軸承、或雙向推力球軸承、或推力向心對稱球面滾動軸承等。
6.根據(jù)權利要求5所述的聚能增速型積木式風力發(fā)電裝置，其特征在于所述的滾動支撐機構(6)的軸承外套上固定連接2～6個拉桿(4)，拉桿(6)周向均勻布置，該拉桿(4)上連接斜拉索(5)以固定塔體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚能增速型積木式風力發(fā)電裝置。它包括風力透平及其驅動的發(fā)電機，每個風力透平及其驅動的發(fā)電機安裝在一個縮放噴管內(nèi)的喉部構成一個聚能增速型風力發(fā)電單元；一個塔體結構的每一層安置兩個所述的聚能增速型風力發(fā)電單元，同層的兩個聚能增速型風力發(fā)電單元平行并聯(lián)成一體。本發(fā)明將能量密度低的風能大幅提高，提高風能利用率，同時降低風力發(fā)電成本。
文檔編號F03D1/00GK1746491SQ20051003050
公開日2006年3月15日 申請日期2005年10月14日 優(yōu)先權日2005年10月14日
發(fā)明者黃典貴, 張國賢 申請人:上海大學