專利名稱：：風筒式風力發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實用新型涉及一種發(fā)電裝置，具體為一種風力發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
：風是我們?nèi)粘Ｉ钪凶钍煜さ淖匀滑F(xiàn)象，地球上的風是太陽輻射造成地球表面大氣層受熱不均，引起大氣壓力分布不均。在不均壓力作用下，空氣沿水平方向運動就形成風，空氣流動所產(chǎn)生的動能，就是風能。風能是一種最具活力的可再生能源，因此也可以說風能是一種取之不盡，用之不竭的能源。而石油、煤、天然氣等礦物燃料能源，在運用過程中，會排放出二氧化碳，二氧化硫，氮氧化物，一氧化碳，粉塵等等，造成溫室效應(yīng)，酸雨等現(xiàn)象，嚴重污染環(huán)境和破壞生態(tài)平衡，這使得南北二極地的冰蓋面積縮小，西藏高原的雪山融雪地域增大，極地上空臭氧層被破壞的面積在擴大，這些都給我們敲響了警鐘，人們必須盡快地利用可再生的風能、太陽能、海浪能量等，減少使用石油、煤、天然氣等不可再生的化石能源，而且化石能源的可開采數(shù)量已很有限，對人類的生存、發(fā)展和能源需求提出了嚴重的危機警告。經(jīng)過實地調(diào)查和技術(shù)資料的探究，了解到，我們國家的風能資源很豐富，可開發(fā)的裝機容量約2.5億千瓦，居世界首位，但我們國家實際風力發(fā)電裝機容量僅占全國電力裝機的0.11%，風力發(fā)電發(fā)展?jié)摿薮?。目前?yīng)用比較廣泛的風能發(fā)電裝置，為三葉式的采風形式居多，但隨著發(fā)電裝置的發(fā)電容量不斷增加，三葉式風機的葉片直徑必須做得很大，以擴大采風面積，來增加發(fā)電量，據(jù)資料測算，如果要做3兆瓦的風能發(fā)電機，則它的風葉直徑要達100米，目的是增大葉尖周速，連風機安裝支承塔架，其高度已相近于"美國華盛頓紀念塔"的高度，即總高度150米。這顯然是不能實施的方案。目前的風能發(fā)電裝置，如三葉式，雙葉式，單葉式在特別強的大風情況下，葉片容易被折斷，在風速特別弱的微風時，由于風葉的自重量和傳動系統(tǒng)的摩擦系數(shù)阻力，葉片就轉(zhuǎn)不動，處于靜止狀態(tài)，在氣溫-20Gc時，會有葉片脆化，斷裂等故障發(fā)生。目前的風能發(fā)電裝置，對風向的跟蹤技術(shù)較復(fù)雜，但是風的方向是多變的，有時是旋轉(zhuǎn)的。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種風筒式風力發(fā)電裝置，可以很好地收集很弱的風中之能量，自動跟蹤風向的裝置簡單，耗能少，甚至不耗能。本實用新型所提供的風筒式風力發(fā)電裝置，可以采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn).-風筒式風力發(fā)電裝置具有集風裝置、轉(zhuǎn)輪、發(fā)電機、轉(zhuǎn)向裝置、蓄電池，轉(zhuǎn)向裝置具有轉(zhuǎn)盤，其特征在于，集風裝置為大喇叭形的集流式風筒，集流式風筒固定在轉(zhuǎn)盤上；集流式風筒的小口端裝有用于驅(qū)動集流式風筒轉(zhuǎn)動的風向標。轉(zhuǎn)盤的下方裝有桁架，轉(zhuǎn)盤和桁架間通過轉(zhuǎn)軸連接，桁架的一側(cè)焊接有金屬的檢修平臺，所述檢修平臺上方是金屬板，周圍焊接有金屬護欄。集流式風筒的出風口，為矩形。轉(zhuǎn)輪為橫向的多葉片葉輪。風向標是尾舵式，其有效面積大于風筒進風口面積。風向標固定安裝在集流式風筒出風口尾部，向后延伸，并可方便拆裝。在上下轉(zhuǎn)盤間設(shè)置梯形撞塊，限制偏轉(zhuǎn)角不大于345度。第一，風筒式風力發(fā)電裝置的集流式風筒，是采用一個大喇叭樣式的圓筒，擴大進風口對風的收集面積，大幅提高出風口處的風速，不僅能解決風弱時不能發(fā)電的問題，而且在多種情況下都能應(yīng)用。本風力發(fā)電裝置的設(shè)計容量為500瓦，經(jīng)過計算可見，本實用新型的風筒式發(fā)電機，己把風速提高11.29倍。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>上式中，W是進風口半徑0.75米的(m2)B—為出風口矩形的長邊0.5mC一為出風口矩形的寬邊0.25mn—利用系數(shù)為80%設(shè)計進風口的風速為4m/s，g卩V產(chǎn)4m/s出風口的風速等于進風口的風速乘以提高風速倍數(shù)，即出風口的風速V2=4m/sX11.29=45.19m/s在單位時間內(nèi)流過垂直于風速截面積A(m、的風能風能o^l/2pV3A上式中p-為空氣密度kg/m3V-為風速m/sA-為截面積單位m2"-風能單位為kg、m2、s—3(即W)從上述風能公式W=l/2pv3A可以看出，增加風輪掃掠面積A和提高來流風速V都可增大所獲的風能。把上式風能公式，除以相應(yīng)的面積A，便得到風能密度公式，它是氣流在單位時間內(nèi)垂直通過單位截面積的風能。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>空氣密度p是氣壓，氣溫和溫度的函數(shù)，不同地區(qū)的空氣密度都不相同，可查表得知p的數(shù)值。海拔高度與大氣壓、大氣密度關(guān)系[大氣溫度15QC=288k]<table>complextableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>本項目風筒出風口的風能為:W=l/2pV3A=1/2x1.224x45.19、3.14x(0.52—0.452)xl/5=1685.59W上式中p——以上海為例，大氣密度取1.224V——為經(jīng)風筒集流提速后，出風口風速A——為風輪掃掠面積，本項目采用橫流式多葉片葉輪，風輪掃掠面積為圓環(huán)，外圓半徑0.5m，內(nèi)圓半徑O.45m，風吹在風輪上的面積為整個圓環(huán)的1/5無論從上述風能計算公式W=l/2pV3A還是風能密度，計算公式W=l/2pV3中可看到，因VS的緣故，即在風速上有少量的增加會導(dǎo)致在風能上有大量的增加，本項目設(shè)計的風筒集風的方法增大風筒進風口面積，縮小出風口面積，從而加大風速提高倍數(shù)，也就是提高了出風口風速，即達到了放大風速的關(guān)鍵目的。第二，采用喇叭形式的集流式風筒，它的出風口，做成矩形并縮小出風口的有效面積，以便出風口的風速提高，及風能的充分利用，去吹動橫流式多葉片葉輪。該葉輪的摩擦系數(shù)小，自重量輕，使用壽命長，以此設(shè)計來克服三葉式風能機葉片易被強風折斷而不能發(fā)電的問題，本實甩新型的橫流式多葉片葉輪，這也決定了風筒出風口為矩形，以達到完全匹配從而使風能充分利用的目的，此風力機的旋轉(zhuǎn)軸與風向垂直。由于出風口面積的縮小，通過計算可知，風能密度是評定風能發(fā)電機做功能力的關(guān)鍵參數(shù)，風速V2越高，風能發(fā)電機可能提取的風能越大，且成三次方的關(guān)系。為了在風速較低時進一步增大風流密度，在集流式風筒中后部設(shè)置可以改變出風口大小的導(dǎo)流裝置。本實用新型能有效地提高橫流式多葉片葉輪的轉(zhuǎn)速，以此提高發(fā)電量，提高經(jīng)濟效顯。第三，采用風向標自動導(dǎo)向的方法，風向標固定安裝在集流式風筒出風口尾部向后延伸的尾舵，尾舵有效面積大于風筒進風口面積。風向標由尾部向后延伸鋼管，并在機架平臺上豎立一根高1.5m的方鋼，該方鋼頂部由鋼絲繩牽引在延伸鋼管的五分之四的位置。更有利于可轉(zhuǎn)動盤被風向標帶動，使進風口始終都能跟蹤、對準進風方向，從而提高風能發(fā)電裝置的風能利用率和提高發(fā)電效率，以此替代目前風力發(fā)電機復(fù)雜的跟風裝置，節(jié)省風能發(fā)電設(shè)備的成本和維修費用。第四，采用集流式風筒的轉(zhuǎn)向裝置偏轉(zhuǎn)角在345度的范圍內(nèi)自由偏轉(zhuǎn)的限裝置，以此解決風力發(fā)電裝置存在的發(fā)電機的連接電線被多次同一方向轉(zhuǎn)動而繞斷電線的問題。如此，可大大減少對風力發(fā)電機的維修工作量，降低了風力發(fā)電系統(tǒng)的運行成本。限制偏轉(zhuǎn)角不大于345度的撞塊、設(shè)計為梯形，取其幾何結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的特性，在固定的轉(zhuǎn)盤上設(shè)置的梯形撞塊兩側(cè)的被撞擊面上設(shè)置20mm厚的緩沖橡膠，在可轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤的梯形兩側(cè)撞擊面，就不再設(shè)置緩沖橡膠。轉(zhuǎn)向裝置設(shè)有固定機構(gòu)，固定機構(gòu)由轉(zhuǎn)盤上以轉(zhuǎn)盤的圓心為中心，相互間呈45度角的圓孔和鋼肖組成。只要插入鋼肖，可確保轉(zhuǎn)盤不再轉(zhuǎn)動。有益效果-本實用新型的特點在于，運用風筒提高風能發(fā)電的效率；運用風向標及橫流式多葉片葉輪提高風能的利用率；縮小風能發(fā)電裝置的體積；尾舵容易拆卸及安裝方便整臺風筒式發(fā)電裝置搬遷和組裝，減小風能發(fā)電裝置的，維護工作量；降低風能發(fā)電裝置的造價。具有為檢修人員的安全操作而設(shè)置的檢修平臺和金屬護欄。圖1為本實用新型整體結(jié)構(gòu)側(cè)視示意圖。具體實施方式為了使本實用新型實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進一步闡述本實用新型。風筒式風力發(fā)電裝置具有集風裝置、轉(zhuǎn)輪、發(fā)電機、轉(zhuǎn)向裝置、蓄電池，集風裝置為大喇叭形的集流式風筒l,集流式風筒l固定在轉(zhuǎn)盤5上；集流式風筒1的小口端裝有風向標2。集流式風筒1的出風口3，為矩形。轉(zhuǎn)輪為橫向的多葉片葉輪4。風向標2固定安裝在集流式風筒出風口，尾部后的延伸處。轉(zhuǎn)盤5的下方裝有桁架6，轉(zhuǎn)盤5和桁架6間通過轉(zhuǎn)軸連接，桁架6的一側(cè)焊接有金屬的檢修平臺7，所述檢修平臺上方是金屬板，周圍焊接有金屬護欄8。一、喇叭式集流式風筒l,用鋁合金材料制造，取其密度小，價格低廉的特性，并在風筒內(nèi)外涂上防腐蝕涂料，以提高使用壽命。二、為匹配橫流式多葉片葉輪4，風力機的出風口3做成矩形，以使出風口3的風能得以充分利用。又因為幾何圖形中，圓的面積最大，所以進風口做成圓形，以擴大進風口對風能的收集面積。用縮小出風口3的面積，來提高風速，即提高了風能發(fā)電裝置的發(fā)電效率，提高電能的輸出量。此舉尤如水輪發(fā)電機，利用水庫蓄水，提高水位差，從而提高了水對水輪發(fā)電機的驅(qū)動力，又尤如晶體三極管，利用在基極輸入一個小的電信號，就能在發(fā)射極至集電極之間產(chǎn)生一個大于基極輸入信號的幾十倍至幾百倍的電信號，達到信號的放大作用，本實用新型的集流式風筒也是基于以上思路，集流式風筒對風速有放大作用。眾所周知，如果喇叭式集流式風筒的進風口收集進的風力動能全部被轉(zhuǎn)動的風葉輪葉片所吸收，那么橫流式風輪后面的空氣就不動了，然而空氣不可能完全停止，所以風力機的效率總是小于l的。橫流式風輪從風筒中吸收的功率可以用下面的公式計算P=l/2CpApV3上式中p—為風輪輸出的功率Cp—為風輪的功率系數(shù)Cp.max=0.593A—為風輪掃掠面積R—為風輪半徑V—為風速p—為空氣密度上式可見風輪的輸出功率和風速的立方成正比和空氣密度及風輪掃掠面積成正比，因此橫流式多葉片葉輪4的直徑設(shè)計為50cm。三、采用橫流式多葉片葉輪4能減輕葉輪的自重量和減小葉輪轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的摩擦系數(shù)，且橫流式多葉片葉輪4堅固，不易被折斷。葉輪采用不銹鋼薄板制造，轉(zhuǎn)軸部分用軸承軸瓦封閉式潤滑，出軸通過聯(lián)軸器，連接升速變速箱及永磁直流發(fā)電機，由于橫流式多葉片葉輪4本身轉(zhuǎn)速已很高，所以升速變速箱的升速范圍會較小，減少了齒輪傳動的級數(shù)，從而降低了系統(tǒng)的摩擦系數(shù)，降低了升速變速箱的體積、重量和制造成本。四、參照圖l，采用風向標自動導(dǎo)向的方法，風向標2固定安裝在集流式風筒出風口尾部。風向標2的延伸尾舵長為2.8米，平均寬為0.95米，尾舵有效面積大于進風口面積。風向標2的伸展尾舵安裝在機架平臺上，更有利于可轉(zhuǎn)動上盤被風向標2帶動，使進風口始終都能跟蹤、對準進風方向，從而提高風能發(fā)電裝置的風能利用率和提高發(fā)電效率，以此替代目前風力發(fā)電機復(fù)雜的跟風裝置節(jié)省風能發(fā)電設(shè)備的成本和維修費用。風向標2簡單而實用，風向標2采用鋁合金材料制造，并可方便地拆卸和安裝。五、設(shè)計限制集流式風筒偏轉(zhuǎn)角度不大于345度的裝置。固定轉(zhuǎn)盤上的，梯形撞塊兩側(cè)設(shè)置有20mm緩沖橡膠，在可轉(zhuǎn)動盤的梯形撞塊則不設(shè)置緩沖橡膠。限位裝置的設(shè)立，避免了發(fā)電機連接電線，由于多次同一方向轉(zhuǎn)動而繞斷線的事故，大大減少了發(fā)電裝置的故障和維修、維護的工作量，降低了風力發(fā)電系統(tǒng)的運行成本。六、由于風筒式集流方法，對風速有放大作用所以本設(shè)計的風力發(fā)電裝置，可降低風力發(fā)電裝置塔架的安裝高度，節(jié)省安裝材料和費用。七、所設(shè)計的風力發(fā)電裝置，已考慮到維修和維護時的操作技術(shù)人員的安全，在出風口3附近有兩塊可移動的閘門，移出時(即平常不維修時)和風向標2共同導(dǎo)向，移進時起到隔絕從進風口到閘門的風量，也就是隔絕了進風口對出風口3的風量影響。在固定轉(zhuǎn)盤和可轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤上各有8個直徑為20mm的相同的圓孔，每個圓孔間距為450，孔中心離園盤邊緣25mm，只要上下圓孔對準，將插梢插入，就能鎖定住上轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動，確保檢修人員安全。在升速變速箱與橫流式風葉輪的連軸器處，設(shè)置一個剎車SC，檢修時可剎定橫流式風葉輪的轉(zhuǎn)動。為方便檢修人員的工作，在固定平臺上，延伸一個鋼結(jié)構(gòu)的檢修平臺，其平臺高度設(shè)計，以滿足1.65米身高的檢修人員，站在平臺上，伸出雙手能方便接觸到所需維修的任何部件。檢修人員的工作平臺要設(shè)計有安全欄桿。以上為檢修人員的安全操作而設(shè)置。以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特征和本實用新型的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改迸都落入要求保護的本實用新型范圍內(nèi)。本實用新型要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。權(quán)利要求1、風筒式風力發(fā)電裝置具有集風裝置、轉(zhuǎn)輪、發(fā)電機、轉(zhuǎn)向裝置、蓄電池，轉(zhuǎn)向裝置具有轉(zhuǎn)盤，其特征在于，集風裝置為大喇叭形的集流式風筒，集流式風筒固定在轉(zhuǎn)盤上；集流式風筒的小口端裝有用于驅(qū)動集流式風筒轉(zhuǎn)動的風向標。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的風筒式風力發(fā)電裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)盤的下方裝有桁架，轉(zhuǎn)盤和桁架間通過轉(zhuǎn)軸連接，桁架的一側(cè)焊接有金屬的檢修平臺，所述檢修平臺上方是金屬板，周圍焊接有金屬護欄。專利摘要風筒式風力發(fā)電裝置涉及一種發(fā)電裝置，具體為一種風力發(fā)電裝置。本實用新型的特點在于，運用風筒提高風能發(fā)電的效率；運用風向標及橫流式多葉片葉輪提高風能的利用率；縮小風能發(fā)電裝置的體積；尾舵容易拆卸及安裝方便整臺風筒式發(fā)電裝置搬遷和組裝，減小風能發(fā)電裝置的維護工作量；降低風能發(fā)電裝置的造價。具有為檢修人員的安全操作而設(shè)置的檢修平臺和金屬護欄。文檔編號F03D3/04GK201184276SQ200820057218公開日2009年1月21日申請日期2008年4月14日優(yōu)先權(quán)日2008年4月14日發(fā)明者鄧蓓佳申請人:上海市格致中學