一种风力发电装置.pdf

一种利用于风能来进行发电的装置，它可以由多个基本风力接收器组成，其中每个基本风力接收器都是由一个具有一定直径与长度的风筒和一个可以在风筒内旋转的转子组成，且该转子之中心轴的中间部位都有一个具有一定高度的圆锥台形心毂；而在该心毂的外侧又都有于其圆周均布的数个螺旋形叶片；心轴的末端又都均有一个输出链轮，且由一根链条通过蛇样穿行的配合形式将各链轮联动并输出发电；而该装置又可以随时地、自动地迎接来风。

权利要求书
1.  一种风力发电装置，它是在一个具有一定高度与足夠强度的平台(2)的上面水平地固定着一个圆形道轨(5)，在该圆形道轨(5)的轴心处牢靠地固定着一个具有一定高度与足夠强度的心管轴(3)，在圆形道轨(5)的上面通过滚轮(6)支承着一个矩形钢板底盘(34)，在该底盘(34)的回转中心处有一个圆形通孔正是该圆形通孔以第二种动配合的形式套装在芯管轴(3)的外面，并通过垫圈(9)和锁紧螺母(10)限制着底盘(34)的轴窜动；在底盘(34)的上面通过定位角铁(32)紧固着一个由数个基本风力接收器组成的集成风力接收器；在该集成风力接收器的上面固焊着一个上台板(16)，在该上台板(16)之对应于心管轴(3)的部位有一个较大的圆形通孔心管轴(3)中的导线管(1)的上端穿过此圆形通孔而与一个电极滑环之定环(18)连接，而电极滑环之动环(19)则是通过支架(17)固定在上台板(16)的上面；在上台板(16)的上面还固装着一个发电机组(20)和一个变速箱(23)；由链条(29)通过“蛇样穿行的形式”联动集成风力接收器中之各基本风力接收器中心轴(55)末端的链轮(31)以及变速箱(23)之输入轴(25)上的链轮(26)，将风能传递给变速箱(23)，继而带动发电机组(20)发电。发电机组的输出电缆(19.5)分别与电极滑环之动环(19)中的两个电极连接，地面接收电缆则是穿过导线管(1)之后与电极滑环之定环(18)中的两个电极分别连接。在集成风力接收器的前端配有一个广集风源的集风罩(8)和用于切断风源的卷帘门(15)；在集成风力接收器的后端又配有一个 可以使集风罩(8)随时都能迎接来风的尾翼板(27)。其中，各基本风力接收器的构成如下：在一个具有一定长度与刚性的风筒(51)的两端，通过与之相对固定的支架(52)、(57)和轴承(56)、(59)支承着一个中心轴(55)，在中心轴(55)的中间部位有一个具有一定轴向长度的同轴圆锥台形心毂(63)，在圆锥台形心毂(63)的侧表面又有数个于其圆周均布的具有一定螺旋角度的螺旋叶片(53)，在中心轴(55)的末端固装着一个链轮(31)。其特征在于：在各基本风力接收器之中心轴(55)的中间部位有一个具有一定轴向长度的同轴圆锥台形心毂(63)，而在该圆锥台形心毂(63)的侧表面又有数个于其圆周均布的、具有一定轴向长度又有适当螺旋角度的螺旋形叶片(53)。

2.  如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于：其集成风力接收器是由数个基本风力接收器组成的。

3.  如权利要求1、2所述的风力发电装置，其特征在于：链条(29)是以蛇样穿行的形式与各个链轮配合并联动的。

4.  如权利要求1、2所述的风力发电装置，其特征在于：水平圆形道轨(5)以上的部分可以围绕着心管轴(3)自由地旋转。

5.  如权利要求1、2所述的风力发电装置，其特征在于：在集成风力接收器的前端有一个开口较大的集风罩(8)。

6.  如权利要求1、2所述的风力发电装置，其特征在于：在集成风力接收器的后端有一个随时都可以导引集风罩(8)迎接来风的尾翼(27)。

7.  如权利要求1、2所述的风力发电装置，其特征在于：在集成风力接收器的前端有一个可以切断风源的卷帘门(15)。

说明书一种风力发电装置
(一)技术領域
一种风力发电装置，特别是利用风力——即利用于地表空间流动之气体的动能来进行发电的装置，它可以为人类提供大量的、廉价的、“绿色”电力能源。
(二)背景技术
目前的风力发电装置，主要的是塔杆与桨叶式风力发电机。该种风力发电机的造价较高，另外，由于它对气流的任一断层气体能量的利用仅仅地是靠三个浆叶的狭窄表面来采收和桨叶厚度范囲内的一过性地利用，故而，它对风能的采收和利用的效率很低。另外，由于塔杆高度以及桨叶根部强度等因素的限制，桨叶的长度不可能无限制地伸长(现有桨叶的长度一般为20米左右)，故而也就限制了它的装机容量。
本发明的目的在于：是要提供一种造价低廉然而却能夠较大面积地采收风能、并能将每一个断层里气体的动能都尽量地“吃干榨净”的风力发电装置，以更有效地利用风能来为人类提供更多的电力。
(三)发明内容
本发明的基本内容是一个风力接收器。该风力接收器是在一个具有一定直径、一定刚性和适当长度的钢制圆筒(以下简称之为风筒)的二端，通过与风筒二端相对固定的支架和轴承支撑着一个可以在风筒内囲绕着风筒的轴心线旋转的转子。该转子之中心轴的中间部位是 一个具有一定轴向长度的同轴圆锥台形心毂。该圆锥台形心毂的底径又应适当地小于风筒的内径；而在圆锥台的侧表面又有数个于其圆周上均布的、具有适当的螺旋角的螺旋形叶片，且该每一个螺旋叶片都是从圆锥台的頂端一直延伸至圆锥台的底端；而各螺旋形叶片外沿的迴转直径又都应车削得略小于风筒的内径。如此，便可以形成了一个“基本的风力接收器”。如果让风从该风力接收器的前端——即其转子心毂的小头端进入，則转子便可以被风吹动旋转并通过其中心轴输出机械能做功。在该风力接收器中，由于其各螺旋叶片的轴向投影几乎可以封闭整个风筒的内腔，故而，该风力接收器对进入风筒内腔的气体能量的采收就不仅仅的是传统三个桨叶宽度的狭窄表面，而是在以转子叶片外沿的逥转直径为直径的整圆范囲内都可以采收风能。又由于各螺旋形叶片沿着风吹的方向都具有一定的纵深长度，故而它对气流中的任一个断层内气体能量的利用就不是传统桨叶厚度范围内的一过性利用，而是在叶片的整个轴向长度范囲内都可以对风能进行采收并利用之。当然，先期进入风筒的气体由于叶片的阻挡其能量的密度会有所降低，从而会影响到它对叶片的推动速度，然而，随着气流的继续前进，由于转子之圆锥台形心毂外表面的不断扩撑作用，会不断地将气体的体积压缩，亦即不断地提高了它们的能量密度，从而使得它们与后续进入风筒的气体对叶片的推动速度尽量地取得一致。当然，由于加工条件的限制或者为了安装的方便，一个风筒的直径做得不可能很大，但是，可以将数个基本的风力接收器水平地并排在一起——此可称之为一排风力接收器；或者再在其垂直的方向上配置数排风力接收器，如此便形成了“一组风力接收器”，之后，用前后二个矩形框架 分别将该组风力接收器中的每一个风筒的前端和后端装固起来，便形成了一个“集成风力接收器”。通过装配在每一个转子中心轴末端的链轮用一条链条将各基本风力接收器的能量都联动起来，便可以扩大整个装置的采风面积，从而可以大大地提高其装机容量。而为了避免因链条对链轮的包角太小而影响它们之间传动的可靠性，可以让链条在各链轮的或上、或下、或左、或右地穿行——此可称之为“链条的蛇样穿行”。而为了使得每一个风力接收器对链条的传动作用方向一致，各风力接收器之转子叶片的旋向应作好或左旋或右旋的相应配合，也就是讲：有的风力接收器的转子要做正向旋转；而与之相反方面配接链条的转子則应做与其相反方向的旋转。而为了避免集成风力接收器之正前来风的流失，可以将各风筒前端外周之间的空洞以及前矩形框之各边框与各相邻风筒的前端外周之间的空洞用平板密闭补平，或者再配上导流凸起。而为了让该集成风力接收器更大面积地采收风能，还可以在其前端配置上一个具有较大喇叭形开口的矩形集风罩。在前、后矩形框架之上边框的上面固装着一个上台板，在该上台板的上面固装着一个变速箱和一台发电机组。集成风力接收器的链条通过链轮与变速箱的输入轴相联接，而变速箱的输出轴又通过联轴节与发电机组的输入轴配接。如此，便构成了一个“基本的风力发电装置”。
为了使该风力发电装置随时都可以利用各种不同方向的风来进行发电，可以将该基本风力发电装置固装在一个可以旋转的底盘之上。该底盘是由数个滚轮支撑在一个水平的圆形的道轨之上；而该圆形道轨又是固定在一个具有一定高度与强度的砼建(混凝土建筑)或钢建的平台之上。在平台中，于圆形道轨的中心轴处牢靠地固定着一个具 有极好強度与一定高度的芯管轴。而在底盘的迴转中心处的钢板上有一个圆形通孔，正是该圆形通孔以第二种动配合的形式套装在芯管轴上的。该芯管轴的上端外周车有螺纹，并通过垫圈和锁紧螺母来限制底盘的轴向窜动，同时又可以使得底盘托着基本风力发电装置沿着圆形道轨自由地转动。而为了让该风力发电装置的前端始终能夠自动地迎接来风，可以在其后矩形框架之上边框的中间部位通过杆件加装上一个具有一定高度与长度的垂直尾翼。在芯管轴的里面尚配有一根导线管，该导线管向上穿过由风筒之间預留的空间通道并穿越上台板預留的圆孔之后与一个电极滑环的定环配接；电极滑环的动环则通过一个支架与上台板固定并与之联动，发电机组的输出电缆正是与该电极滑环之动环中的二极分别连接；在导线管内有二根独立绝缘的电缆，它们的上端分别与电极滑环之定环中的二极连接，而它们的下端則是穿出导线管、经地沟引入到地面电力接收设施内。电极滑环的主要功能在于其动环与定环能夠囲绕着它们的共同心轴相对旋转，而且其动环上的两个电极分别与定环上的两个电极在任何时候都能夠保持可靠与良好的电连接。而为了安装和检修方便，可以在该基本风力发电装置前端的上面配置一个卷帘门。该卷帘门可以穿过集风罩上侧板根部的横向狭窄开口顺着集风罩左、右两边侧板根部的垂直通道落下，封住各个风筒的进风口，切断各个转子的动力能源，从而使得各转子仃止转动。而卷帘门卷起后可以用一个插销将其定位或者是由固定在卷帘门心轴上的棘轮与铰接在上台板上的棘爪将其定位，或者是通过行程开关来控制巻帘门的升降电机。为了调整链条的松紧度和方便于链条的装卸，可以在一个适当的位置上配装一个链条张紧器。
如此，便形成了一个“完整的风力发电装置”。
而为了减少链轮与链条的磨損和延长它们的使用寿命或者为了带动较大容量的发电机组，装在每一个转子中心轴上和变速箱输入轴上的链轮可以是双联或多联链轮，而与之配套的链条亦应相应地配用双排或多排链条。
本发明的优点在于：1.可以大面积地采收风能，并能对其进行深度地开发利用，亦即对风能的采收效率高，有利于实现较大的装机容量。2.链条与链轮配合的蛇样穿行既可以使链条与链轮的传动可靠，又可以使整个装置结构紧凑、固定方便。3.适用广泛：既适用于山巔、荒滩、滨海、滩涂、礁岩、岛屿和海洋，还可以用于由缆绳锚定的船坞、浮桶或退役的船舰，甚或是装在小高层以上楼頂的平台之上。4.任何时候都不可能做成永动机。然而，在实践中如果风力确实充沛，利用本装置却可以做成纯天然动力的航船——因为利用本装置不论在船体顺风、逆风或者侧向受风的情况下都可以进行发电，并用以推动船行。当然，在实际中为了稳妥起见不会真正地舍弃传统动力；但是，本发电装置起码可以做为航船之节能与环保的补充能源，或者是在意外無油时而成为宝贵的备用动力能源。该方案尤其是对于甲板空旷的油轮来讲更为适用。
(四)附图说明
图1是本风力发电装置的右侧面投影局部剖視示意图.
图2是图1中B-B剖面投影示意图.
图3是图1中集风罩8以内部分的A向投影示意图——其中：B、C、D、E、F、G、H、I、J各圆中的图形皆与A圆内的图案相同，所不同的 仅仅是螺旋叶片53的旋向或者与之正好相反.
图4是一个基本风力接收器在只焊装一个螺旋叶片时的纵剖示意图——其中：之所以暂只焊装一个螺旋叶片是为了避免投影线的混乱.
图5是图4中的B向投影图.
图6是图1中D向所視各链轮与链条的机动示意图.
图7是图1中D向所視各转子之后轴承支架的相位布置示意图.
(五)具体实施方式
如图1、图2所示，在一个砼建的平台2的上面通过地丁4固定着一个处于水平状态的圆形道轨5；而在平台2内于圆形道轨5的中心轴处又牢靠地固定着一根具有极好强度与一定高度的芯管轴3；在圆形道轨5的上面通过滚轮6、支架总成7(含支架、销轴、开口销)又支撑着一块具有一定刚性的矩形钢板34——可称之为底盘34；在底盘34的迴转中心处有一个与道轨5的中心轴同轴的圆形通孔正是该圆形通孔以第二种动配合的形式套装在芯管轴3的外面；该芯管轴3上端的外周车有螺纹，并通过垫圈9和锁紧螺母10来限制底盘34的轴向窜动，同时又可以使得底盘34在圆形道轨5的上面自由地转动(此时定义图中底盘34的左边为前、而其右边为后)；在底盘34的四个拐角处的适当部位各垂直地固焊着一段定位角铁32并通过前边的两个定位角铁32紧固着一个由槽钢固焊成的矩形前框11(以其右边框11代，其体的构成是：由左、右两个立式边框11与一个上边框14和一个下边框39共同组焊而成)；通过后边的两个定位角铁32紧固着一个与矩形前框11的尺寸完全相同的矩形后框33(以其右边框33代，其具体的构成是：由左、右两个立式边框33与一个上边框30和一个 下边框35共同组焊而成)；而各定位角铁32与各立式边框11或33的紧固形式如图2所示：是由螺栓37与預埋在立式边框11或33之内側板里面的垫铁螺母36共同紧固完成的；在矩形前框11和矩形后框33内分别固装着由10个基本风力接收器平行排列组成的“一组风力接收器”的前端和后尾部，从而形成了一个“集成风力接收器”。各基本风力接收器在集成风力接收器中的前端面投影如图3所示。各基本风力接收器的具体构成如下：如图4所示，在一个具有一定直径、一定刚性与适当长度的钢制圆筒——以下简称之为风筒51的前端(图面中的左端)的轴心处，通过于其前端内周均布的三个支杆52固焊着一个前轴承座54，在风筒51的后端轴心处又通过四个成“十”字交叉状态的支杆57支承着一个后轴承座58。而支杆57的远端又都是通过弹性垫圈60、螺栓61和固焊在风筒51上的螺母62与风筒51配合的。在前轴承座54和后轴承座58内通过前轴承56和后轴承59支承着一个中心轴55。在中心轴55的中间部位固焊着一个具有一定轴向长度的同轴圆锥台形心毂63。该圆锥台形心毂63前端的直径应尽量地接近于前轴承座54的外径；而其后端的直径又应适当地小于风筒51的内径。在圆锥台形心毂63的外侧表面有数个于其圆周均布的、又具有适当的螺旋角的螺旋叶片53，且该每一个螺旋叶片53又都是从圆锥台形心毂63的前端一直延伸到其后端；而各螺旋叶片53之外沿的迴转直径又都应车削得略小于风筒51的内径。如此，便形成了一个基本的风力接收器。如果让风从其前端进入，則整个转子便可以被风推动旋转，之后，通过固装在中心轴55末端的链轮31将能量输出做功或发电。该基本风力接收器前端面的投影如图5所示。在该风力接收器中，由于其各螺旋 叶片53的轴向投影几乎可以封闭整个风筒51的内腔，故而，该风力接收器对进入风筒51内的气流能量的采收就不仅仅是三个桨叶的狭窄宽度范囲，而是在以各螺旋叶片53之外沿的迴转直径为直径的整圆范囲内都可以采收风能；又由于各螺旋叶片53都具有一定的轴向长度，故而，它对气流中每一个断层内气体能量的利用就不仅仅是桨叶厚度范囲内的一过性的利用，而是在螺旋叶片53的整个轴向长度范囲内都可以对风能进行采收并利用之。当然，如图4所示：先期进入风筒51内A区的气体——(取断层为研究对象)，由于叶片53的阻挡在它离开A区时其能量密度会有所降低，从而会影响到它对螺旋叶片53的推动速度；然而当它顺序前进到B→C→D区的时候，由于圆锥台形心毂63侧表面的不断扩撑作用，气体的体积会不断地被压缩，亦即不断地提高它的能量密度，从而使得它与后序进入风筒51内的气体对螺旋叶片53的推动速度尽量地取得一致。另外，如图1所示：在芯管轴3的内部事先还配有一根导线管1。在前矩形框11之上边框14与后矩形框33之上边框30的上面还固焊着一个上台板16，该上台板16之对应于导线管1的部位开有一个较大的圆形通孔导线管1的上端正是在穿越该圆形通孔之后而与电极滑环之定环18连接的；电极滑环之动环19通过支架17固定在上台板16上并与之联动。在上台板16的适当位置配装有发电机组20和变速箱23；而发电机组20的输入轴21与变速箱23的输出轴24又是通过联轴节22联接；变速箱23的输入轴25上固装着链轮26。通过链条29将各基本风力接收器之中心轴55末端上的链轮31以及变速箱23之输入轴25上的链轮26都联动起来，便形成了一个“基本的集成风力发电装置”。其中：发电机 组20的输出电缆19.5与电极滑环之动环19中的两个电极分别连接；而地面接收电缆则可以经地沟并穿过导线管1之后与电极滑环之定环18中的两个电极分别连接。链条29与各链轮26或31之间的联动关系如图6所示。而为了调整链条的松紧度和便于链条的装卸可以在一个适当的位置上配装一个链条张紧轮71(如图6所示)。各基本风力接收器的后轴承支架57的相互相位配置如图7所示。如图1所示：为了更大面积地采集风源，可以在前矩形框11的前端固装上一个具有较大喇叭形开口的矩形集风罩8。而为了避免进入集风罩8内的风能无效地流失，可以用平板40将A、B、C、D、E、F、G、H、I、J各风筒51的前端外周之间的空洞以及它们与前矩形框11之各边框11、14、39之间的空洞密闭补平。而为了使本装置的集风罩8随时都能自动地迎接来风，可以在后矩形框33之上边框30的中间部位通过杆件28固装着一个尾翼27。而为了安装和检修方便，可以在上台板16的前端处配置一个卷帘门15，该卷帘门15可以穿过集风罩8之上侧板根部的横向狭窄开口12并顺着集风罩8左、右两侧侧板根部的垂直通道38落下，将风筒51的前口封闭——从而切断风源，达到各转子仃转的目的；卷帘门15卷起后可以用插销13将其定位。
如此，便形成了一个完整的风力发电装置：如有来风，在尾翼27的带动下，道轨5以上的部分便会囲绕着心管轴3来旋转，并使得集风罩8的开口正对着来风，气流就会冲入各风筒51内，并通过螺旋叶片53推动中心轴55转动；各中心轴55上的链轮31通过链条29以及变速箱23输入轴上的链轮26带动变速箱23，继而带动发电机组20进行发电；该电能通过发电机组20的输出电缆19.5、电极滑环之动环19与定环 18中的两个电极以及导线管1内的两根各自独立绝缘的地面接收电缆引送到地面变电站。
当然，为了减少链轮31、26与链条29的磨损和延长它们的使用寿命，或者为了带动较大容量的发电机组20，可以将装在每一个中心轴55上的链轮31和装在变速箱23之输入轴25上的链轮26配用为双联或多联链轮，而与之配套的链条29亦应相应地配用双排或多排链条。