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Patent Searching and Data


Title:
IMPACT TYPE WIND-DRIVEN POWER GENERATING DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/088740
Kind Code:
A1
Abstract:
An impact type wind-driven power generating device is classified into a vertical shaft impact type wind-driven power generating device and a horizontal shaft impact type wind-driven power generating device. The two types of the impact type wind-driven power generating device adopt a power rotor mechanism (10) of a multi-stage impulse blade to utilize the energy of in-coming wind to the maximum extent, thereby improving the utilization of the wind energy. The energy of the in-coming wind is increased due to the height difference and the lateral exhaust of a high-altitude exhaust duct (8), so that the power rotor (10) can generate electric power at a low load even in a sunny windless day. The power generating device can be manufactured into a power generator set with large power and small volume per unit, being convenient to transport, install and maintain, thereby greatly reducing the investment cost of unit power generation amount. The power generating device can receive in-coming wind from any direction without a complicated variable propeller pitch system. A transmission system and a power generator may be arranged on the ground, which is convenient to operate and maintain. The power generating device overcomes the disadvantages of low utilization of the wind energy and the power rotor being difficult to be activated.

Inventors:
GUO WENLI (CN)
Application Number:
PCT/CN2011/001240
Publication Date:
July 05, 2012
Filing Date:
July 28, 2011
Export Citation:
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Assignee:
BEIJING HENGJU CHEMICAL GROUP CORP (CN)
GUO WENLI (CN)
International Classes:
F03D9/00; F03D1/04; F03D3/04; F03D7/06
Foreign References:
CN102052255A2011-05-11
CN101103198A2008-01-09
US20090280008A12009-11-12
BRPI9002505A
SU1134771A11985-01-15
CN2165251Y1994-05-18
CN2864146Y2007-01-31
Other References:
See also references of EP 2660466A4
Attorney, Agent or Firm:
CN-KNOWHOW INTELLECTUAL PROPERTY AGENT LIMITED (CN)
北京路浩知识产权代理有限公司 (CN)
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Claims:
权 利 要 求 书

1、 一种冲击式风力发电装置, 其特征在于, 包括:

风力机, 其中心轴竖直设置;

排风管, 与所述风力机同轴设置, 所述排风管下端与所述风力机 上壳体连通, 所述排风管上端的排风口为水平方向设置;

动力转子, 与所述风力机同轴设置且位于所述风力机底部; 叶片,设置在所述风力机内,且安装在所述风力机中心轴的外围; 排风集气腔, 与所述风力机同轴, 所述排风集气腔由所述叶片环 绕形成且与所述排风管连通;

传动轴, 与所述风力机同轴设置, 所述传动轴上端与所述动力转 子中心轴连接, 所述传动轴下端连接发电装置。

2、 如杈利要求 1所述的冲击式风力发电装置, 其特征在于, 所 述风力机侧壁上设置有进风口, 所述进风口处设置有集风器, 所述集 风器包括由进风口朝向风力机中心轴渐缩的风道;所述风道纵向上间 隔设置有若干块导流筋板, 用于梳理进入风力机的气流。

3、 如权利要求 2所述的冲击式风力发电装置, 其特征在于, 所 述风道末端设置有气流加速喷嘴, 所述气流加速喷嘴靠近所述叶片, 用以过滤来风中夹带的沙尘和雨水并对所述来风进行加速;所述气流 加速喷嘴通过转轴与所述风力机上壳体转动连接,所述转轴上设置有 调节齿轮总承,所述调节齿轮总承带动所述气流加速喷嘴绕所述转轴 转动, 以控制由所述气流加速喷嘴进入风力机的进风量。

4、 如权利要求 1所述的冲击式风力发电装置, 其特征在于, 所 述叶片包括若干级交替设置的冲动叶片和气流导向叶片,所述冲动叶 片安装在所述动力转子上,所述气流导向叶片安装在所述风力机上壳 体上。

5、 如权利要求 1所述的冲击式风力发电装置, 其特征在于, 所 述排风集气腔底部设置有排风导流堆,用于将气流沿所述排风集气腔 中心轴竖直向上导出。

6、 如权利要求 1所述的冲击式风力发电装置, 其特征在于, 所 述排风管与所述风力机的连接处设置有偏航系统,所述偏航系统调节 所述排风管使其排风口背向来风的方向。

7、 如权利要求 1所述的冲击式风力发电装置, 其特征在于, 所 述传动轴上安装有承重推力轴承, 所述称重推力轴承支撑在支架塔 上, 所述支架塔顶部安装有定子, 所述定子与所述动力转子之间设置 滚珠定位轴承, 以将所述动力转子限定在所述定子内部转动。

8、 如权利要求 1所述的冲击式风力发电装置, 其特征在于, 所 述发电装置为卧式发电机组或立式发电机组,所述发电装置包括顺次 相连的变速箱、制动装置和发电机;所述发电装置为卧式发电机组时, 所述变速箱、 制动装置和发电机水平设置, 所述变速箱的中心轴通过 伞齿轮变向传动系统与所述传动轴下端连接;所述发电装置为立式发 电机组时, 所述变速箱、 制动装置和发电机竖直设置, 所述变速箱的 中心轴与所述传动轴下端连接。

9、 一种冲击式风力发电装置, 其特征在于, 包括:

风力机, 其中心轴水平设置, 其进风口侧向设置; 其中, 沿所述 风力机中心轴方向, 将来风方向界定为前, 相反的一侧界定为后; 排风管, 其中心轴垂直于所述风力机的中心轴, 所述排风管下端 与所述风力机上壳体连通,所述排风管上端的排风口为水平方向设置 且与所述风力机的进风口方向相反;

动力转子, 与所述风力机同轴设置在所述风力机内;

叶片, 设置在所述风力机内, 所述叶片安装在所述动力转子的外 围;

排风集气腔,与所述风力机同轴且位于所述动力转子和叶片的后 部, 所述排风集气腔由所述动力转子、 叶片和所述风力机的后部壳体 围绕形成; 所述排风集气腔上部与所述排风管连通; 传动轴, 顺次穿过所述动力转子和排风集气腔, 并与发电装置连 接。

10、 如权利要求 9所述的冲击式风力发电装置, 其特征在于, 所 述风力机前部设置有进风口, 所述进风口处设置有集风器, 所述集风 器包括由进风口朝向风力机后部渐缩的风道,所述风道内间隔设置有 若干块导流筋板,所述若干块导流筋板由所述风道的中心轴向四周呈 放射状设置, 用以梳理进入风力机的气流。

11、 如权利要求 9所述的冲击式风力发电装置, 其特征在于, 所 述风道后部设置有气流加速喷嘴, 所述气流加速喷嘴靠近所述叶片, 用以过滤来风中夹带的沙尘和雨水并对所述来风进行加速;所述气流 加速喷嘴通过转轴与所述风力机上壳体和下壳体转动连接,所述转轴 上设置有调节齿轮总承,所述调节齿轮总承带动所述气流加速喷嘴绕 所述转轴转动, 以控制由所述气流加速喷嘴进入风力机的进风量。

12、 如权利要求 9所述的冲击式风力发电装置, 其特征在于, 所 述叶片包括若干级交替设置的冲动叶片和气流导向叶片,所述冲动叶 片安装在所述动力转子上,所述气流导向叶片安装在所述风力机上壳 体和下壳体上。

13、 如权利要求 10所述的冲击式风力发电装置, 其特征在于, 所述风力机进风口处设置有进风导流堆,用于将气流导入所述风力机 内; 所述进风导流堆位于所述风道内, 所述进风导流堆的侧壁上安装 所述导流筋板。

14、 如权利要求 9所述的冲击式风力发电装置, 其特征在于, 所 述传动轴前端设置有滚动轴承, 该滚动轴承安装在固定壳体内; 所述 传动轴后部设置有滚动轴承,该滚动轴承安装在所述风力机的后部壳 体内; 所述风力机后部壳体设置为靠近所述传动轴位置向前凸起, 靠 近风力机上壳体和下壳体的位置分别为凹弧形,用于将所述叶片排至 所述排风集气腔内的气流导出。 15、 如权利要求 9所述的冲击式风力发电装置, 其特征在于, 所 述发电装置设置在空中机舱内, 所述发电装置为卧式发电机组, 所述 发电装置包括顺次相连的变速箱、 制动装置和发电机; 所述变速箱的 中心轴与所述传动轴后端连接。

16、 如权利要求 15所述的冲击式风力发电装置, 其特征在于, 还包括: 支架塔, 其上设置有机组底盘, 所述风力机和空中机舱安装 在所述机组底盘上; 所述支架塔上设置有偏航系统, 所述偏航系统用 以调整所述机组底盘转动, 使所述风力机的进风口朝向来风的方向。

Description:
冲击式风力发电装置

技术领域

本发明涉及风电技术领域, 特别是涉及一种冲击式风力发电装 置。 背景技术

经济、 能源和环境协调发展是实现国家现代化的必要 条件, 为了 解决石化能源(石油、 煤等)不断消耗而无法再生, 以及环境影响的 问题, 我国和一些发达国家在未来的发展规划中, 将可再生能源的开 发作为发展的具体目标。其中风能是一种重要 的清洁无环境影响的可 再生能源。 而风力发电是目前发展最快, 且具有规模化发展和利用的 技术形式。 现在风电已形成一个规模化的产业链。

风力发电的基本构成包括:一次能源转换单元 ——机械能传递单 元——发电单元。 风能是风力发电的一次能源, 一次能源转换单元的 主要功能是将风能转换为旋转机械能 (转矩), 再通过风轮和风轮轴 驱动与之连接的机械能传递单元和发电单元而 构成一个完整的风力 发电机组。 所以, 一次能源转换单元是风力发电机组的核心部分 。

一次能源转换单元包括风轮, 功率控制(调速)等部件组成, 而 风轮是由具有良好的空气动力学外形的叶片、 轮毂组成。 而现行的水 平轴风力发电机组最常见的是三叶片风轮,这 种风轮经过上百年的研 究和改进, 使其能提供一定的效率, 机组运行平稳, 基本上消除了系 统和周期载荷, 可输出稳定的转矩。但是存在风能利用率实际 远离贝 兹极限, 很多权威人士和单位认定, 这种风轮对风能的利用率只有

25%左右。另外,这种风轮为了使其转速能维 持在发电机的额定转速, 需釆用具有复杂结构的可变桨距的调速装置或 定桨矩叶片失速控制 装置。 这种装置制造成本非常高, 这种风轮存在另一个大问题就是为 了提高单机组的功率, 使风轮的直径越来越大, 一个 6MW的风力机 叶轮的直径已超过 120米。这样大的直径给叶片的制造、运输、安 装、 维护都带来极大的困难, 大大提高了设备制造成本。 由于风轮直径加 大, 必然大大提高了塔架的高度, 同样给塔架的制造、 运输、 安装都 带来了极大的困难, 同样也大大提高了设备制造成本。 另外, 现行的 垂直轴风力发电机组存在更大的缺陷。此类风 电机组的主要特征是风 轮围绕铅垂轴线旋转, 这种垂直轴风电机组可以接受任意方向的来 风, 因此不需要设置结构复杂的对风的偏航装置。 传动链和发电机可 安装在地面, 这样维护方便。 因此这种结构设备制造成本低。 但目前 的垂直轴风电机组的最大缺点是风能利用系数 低,为了缩短传动轴的 尺寸, 这种机组安装离地面比较近, 可利用风能资源有限, 风轮启动 困难;垂直轴和水平轴两风力发电机组就目前 出现形式在气动力学和 结构上差别比较大, 就基础研究和技术成熟度垂直轴远不及水平轴 。 所以, 尽管垂直轴有它的很多优点, 但它的发展因此受到了局限。 发明内容

(一) 要解决的技术问题

本发明要解决的第一个技术问题是:提高垂直 轴风力发电装置的 风能利用率, 降低垂直风力发电机组的风轮启动难度, 并使风力发电 装置受风力大小的影响较小, 能够持续稳定发电;

本发明要解决的第二个技术问题是:提高水平 轴风力发电装置的 风能利用率,降低水平风力发电机组的制造、 运输、安装和维护成本, 并使风力发电装置受风力大小的影响较小, 能够持续稳定发电。

(二)技术方案

为了解决上述第一技术问题,本发明提供了一 种冲击式风力发电 装置, 其包括:

风力机, 其中心轴竖直设置;

排风管, 与所述风力机同轴设置, 所述排风管下端与所述风力机 上壳体连通, 所述排风管上端的排风口为水平方向设置;

动力转子, 与所述风力机同轴设置且位于所述风力机底部 ; 叶片 ,设置在所述风力机内,且安装在所述风力机 心轴的外围; 排风集气腔, 与所述风力机同轴, 所述排风集气腔由所述叶片环 绕形成且与所述排风管连通;

传动轴, 与所述风力机同轴设置, 所述传动轴上端与所述动力转 子中心轴连接, 所述传动轴下端连接发电装置。

上述冲击式风力发电装置中, 所述风力机侧壁上设置有进风口, 所述进风口处设置有集风器,所述集风器包括 由进风口朝向风力机中 心轴渐缩的风道; 所述风道纵向上间隔设置有若干块导流筋板, 用于 梳理进入风力机的气流。

上述冲击式风力发电装置中, 所述风道末端设置有气流加速喷 嘴, 所述气流加速喷嘴靠近所述叶片, 用以过滤来风中夹带的沙尘和 雨水并对所述来风进行加速;所述气流加速喷 嘴通过转轴与所述风力 机上壳体转动连接, 所述转轴上设置有调节齿轮总承, 所述调节齿轮 总承带动所述气流加速喷嘴绕所述转轴转动, 以控制由所述气流加速 喷嘴进入风力机的进风量。

上述冲击式风力发电装置中,所述叶片包括若 干级交替设置的冲 动叶片和气流导向叶片, 所述冲动叶片安装在所述动力转子上, 所述 气流导向叶片安装在所述风力机上壳体上。

上述冲击式风力发电装置中,所述排风集气腔 底部设置有排风导 流堆, 用于将气流沿所述排风集气腔中心轴竖直向上 导出。

上述冲击式风力发电装置中,所述排风管与所 述风力机的连接处 设置有偏航系统,所述偏航系统调节所述排风 管使其排风口背向来风 的方向。

上述冲击式风力发电装置中, 所述传动轴上安装有承重推力轴 承,所述称重推力轴承支撑在支架塔上,所述 架塔顶部安装有定子, 所述定子与所述动力转子之间设置滚珠定位轴 承, 以将所述动力转子 限定在所述定子内部转动。 上述冲击式风力发电装置中,所述发电装置为 卧式发电机组或立 式发电机组, 所述发电装置包括顺次相连的变速箱、 制动装置和发电 机; 所述发电装置为卧式发电机组时, 所述变速箱、 制动装置和发电 机水平设置,所述变速箱的中心轴通过伞齿轮 变向传动系统与所述传 动轴下端连接; 所述发电装置为立式发电机组时, 所述变速箱、 制动 装置和发电机竖直设置, 所述变速箱的中心轴与所述传动轴下端连 接。

为了解决上述第二技术问题,本发明还提供了 一种冲击式风力发 电装置, 其包括:

风力机, 其中心轴水平设置, 其进风口侧向设置; 其中, 沿所述 风力机中心轴方向, 将来风方向界定为前, 相反的一侧界定为后; 排风管, 其中心轴垂直于所述风力机的中心轴, 所述排风管下端 与所述风力机上壳体连通,所述排风管上端的 排风口为水平方向设置 且与所述风力机的进风口方向相反;

动力转子, 与所述风力机同轴设置在所述风力机内;

叶片, 设置在所述风力机内, 所述叶片安装在所述动力转子的外 围;

排风集气腔,与所述风力机同轴且位于所述动 力转子和叶片的后 部, 所述排风集气腔由所述动力转子、 叶片和所述风力机的后部壳体 围绕形成; 所述排风集气腔上部与所述排风管连通;

传动轴, 顺次穿过所述动力转子和排风集气腔, 并与发电装置连 接。

上述冲击式风力发电装置中, 所述风力机前部设置有进风口, 所 述进风口处设置有集风器,所述集风器包括由 进风口朝向风力机后部 渐缩的风道, 所述风道内间隔设置有若干块导流筋板, 所述若干块导 流筋板由所述风道的中心轴向四周呈放射状设 置,用以梳理进入风力 机的气流。 上述冲击式风力发电装置中, 所述风道后部设置有气流加速喷 嘴, 所述气流加速喷嘴靠近所述叶片, 用以过滤来风中夹带的沙尘和 雨水并对所述来风进行加速;所述气流加速喷 嘴通过转轴与所述风力 机上壳体和下壳体转动连接, 所述转轴上设置有调节齿轮总承, 所述 调节齿轮总承带动所述气流加速喷嘴绕所述转 轴转动,以控制由所述 气流加速喷嘴进入风力机的进风量。

上述冲击式风力发电装置中,所述叶片包括若 干级交替设置的冲 动叶片和气流导向叶片, 所述冲动叶片安装在所述动力转子上, 所述 气流导向叶片安装在所述风力机上壳体和下壳 体上。

上述冲击式风力发电装置中,所述风力机进风 口处设置有进风导 流堆, 用于将气流导入所述风力机内; 所述进风导流堆位于所述风道 内, 所述进风导流堆的侧壁上安装所述导流筋板。

上述冲击式风力发电装置中, 所述传动轴前端设置有滚动轴承, 该滚动轴承安装在固定壳体内; 所述传动轴后部设置有滚动轴承, 该 滚动轴承安装在所述风力机的后部壳体内;所 述风力机后部壳体设置 为靠近所述传动轴位置向前凸起,靠近风力机 上壳体和下壳体的位置 分别为回弧形, 用于将所述叶片排至所述排风集气腔内的气流 导出。

上述冲击式风力发电装置中, 所述发电装置设置在空中机舱内, 所述发电装置为卧式发电机组, 所述发电装置包括顺次相连的变速 箱、制动装置和发电机;所述变速箱的中心轴 所述传动轴后端连接。

上述冲击式风力发电装置中, 还包括: 支架塔, 其上设置有机组 底盘, 所述风力机和空中机舱安装在所述机组底盘上 ; 所述支架塔上 设置有偏航系统, 所述偏航系统用以调整所述机组底盘转动, 使所述 风力机的进风口朝向来风的方向。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的垂直轴和水平轴冲击式 风力发电装置,利 用多级冲动叶片的动力转子机构, 最大限度的利用了来风的能量, 提 高了风能利用率; 利用高位排风管的高度差及侧向排风, 可以加大来 风的能量, 即使在晴朗无风的天气, 动力转子也可低负荷发电; 可以 做成单机功率大、 体积小的发电机组, 便于运输和安装, 维护, 大大 降低了风力发电装置的单位发电量的投资成本 ;垂直轴式可接受任意 方向的来风, 没有复杂的变桨距系统, 传动系统和发电机可放置在地 面,便于操作维护;克服了风能利用系数低, 动力转子难启动的缺点; 喷嘴能够调节进风量, 控制风电机组在高风速条件下的功率输出, 防 止破坏性超速比较简捷, 方便, 安全可靠; 适用于陆地、 山谷、 海滨 及海上风力发电; 动力转子的叶片封闭在集风器壳体内, 因此外传噪 音小, 特别是在接受高速气流时, 该特点更为突出, 对环境的不良影 响显著降低。 附图说明

图 1是本发明实施例的垂直轴冲击式风力发电装 的结构示意 图 2是本发明实施例的水平轴冲击式风力发电装 的结构示意 其中, 1 : 集风器; 2: 喷嘴; 3: 调节齿轮总承; 4: 一级冲动叶 片; 5: —级气流导向叶片; 6: 二级冲动叶片; 7: 排风导流堆; 7- : 进风导流堆; 8: 排风管; 9: 偏航系统; 10: 动力转子; 11 : 滚珠定 位轴承; 12: 传动轴; 13: 承重推力轴承; 14: 支架塔; 15: 定子; 16: 排风集气腔; 17: 导流筋板; 18: 支撑筋板; 19: 伞齿轮变向传 动系统; 20: 发电机; 21 : 制动装置; 22: 变速箱; 23: 主机架; 24: 蓄电池间; 25: 调频间; 26: 变压器间; 27: 地面操作间; 28: 上壳 体; 29: 下壳体; 30: 后部排风导流堆; 31 : 滚动轴承; 32: 空中机 舱; 33: 机组底盘。 具体实施方式

图 1 示出了本发明实施例的垂直轴冲击式风力发电 装置的结构 示意图, 如图所示, 其包括: 风力机, 排风管 8, 动力转子 10, 传动 轴 12, 支架塔 14, 以及发电装置。

风力机的中心轴竖直设置; 排风管 8与风力机同轴设置, 排风管 8下端与风力机上壳体连通, 排风管 8用于将风力机内的风排出; 动 力转子 10与风力机同轴设置在风力机底部, 用于将风能转化为机械 能; 传动轴 12与风力机同轴设置, 传动轴 12上端与动力转子 10中 心轴连接,传动轴 12下端连接发电装置, 传动轴 12用于将风力机产 生的能量传递给发电装置以发电;发电装置设 置在地面操作间 27内, 进行发电、蓄电和供电;整个风力机和传动轴 12均由支架塔 14支撑, 以保证风力机位于适合风力发电的空间位置。

具体地, 排风管 8上端的排风口为水平方向设置, 即排风管 8的 排风口设置在侧向;在排风管 8与风力机的连接处设置有偏航系统 9, 侧向排风的排风管 8在偏航系统 9的作用下,排风口始终背着来风的 方向。 此处, 排风管 8有两个特别的作用, 由于排风管 8有一定的高 度,在风力机进风口处气流的温度和排风管 8排风口处气流的温度有 一定的微温差, 根据气流的温差气动热力学的理论, 会产生一个低位 热气流流向排风口高位冷气流, 这种气流的产生加大了来流风的能 量。 另外, 排风口背着来风方向, 根据气动力学的理论, 高空气流的 流速都比较大, 在经过排风口处时, 在排风口处出现一个微低压区, 该微低压区会抽动着进入风力机的来风,又增 加了来风的能量。因此, 本发明中排风管 8的设计, 使得即使在晴朗的无风天气, 如果动力转 子 10设计合理, 也能使动力转子 10转动起来, 带动发电装置发电。

本实施例中, 排风管 8与风力机上壳体连通的位置处, 在风力机 上壳体上设置有支撑筋板 18, 用于加强风力机上壳体的牢固性。

风力机内在其中心轴的外围设置有叶片,叶片 包括若干级交替设 置的冲动叶片和气流导向叶片, 冲动叶片安装在动力转子 10上, 气 流导向叶片安装在风力机上壳体上; 风力机侧壁上设置有进风口, 进 风口处设置有集风器 1, 集风器 1包括由进风口朝向风力机中心轴渐 缩的风道, 风道纵向上间隔设置有若干块导流筋板 17, 导流筋板 17 将风道分割成若干个子风道,这样可以使旋风 或涡流在进入风力机之 前得到梳理, 使进入风力机的气流稳定顺畅; 另外, 导流筋板 17连 接了风力机的上壳体和下壳体,能够用于风力 机上壳体和下壳体之间 的加强固定。 风道末端设置有气流加速喷嘴 2, 气流加速喷嘴 2靠近 叶片, 用以过滤来风中夹带的沙尘和雨水并对来风进 行加速, 该气流 加速喷嘴 2通过转轴与风力机上壳体转动连接,转轴上 置有调节齿 轮总承 3 , 调节齿轮总承 3带动气流加速喷嘴 2绕转轴转动, 以控制 由气流加速喷嘴 2进入风力机的进风量。 由于来风的强弱不同, 为了 使动力转子 10的转速不出现破坏性的超速, 调节齿轮总承 3带动气 流加速喷嘴 2作 90°范围内的转动, 使风力机的进风面积改变, 也就 是调节了进风量, 从而调节了动力转子 10的转速, 从而避免动力转 子 10超速, 可以使动力转子 10的转速在一定范围内稳定。 在风力机 内, 由叶片环绕形成一个与风力机同轴的排风集气 腔 16, 排风集气 腔 16顶部与排风管 8连通,排风集气腔 16的底部设置有排风导流堆 7,排风导流堆 7用于将叶片排出的气流沿排风集气腔 16的中心轴竖 直向上导出, 避免叶片排出的气流相互冲击而难以排出风力 机。

在传动轴 12上安装有承重推力轴承 13, 承重推力轴承 13支撑 在支架塔 14上, 支架塔 14上还安装有定子 15, 动力转子 10与定子 15之间设置有滚珠定位轴承 11, 以将动力转子 10限定在定子 15内 部转动。 这样, 动力转子 10的重量和转动时产生的附加垂直力均作 用在承重推力轴承 13上, 即承重推力轴承 13承受了整个动力转子 10向下的垂直力。

发电装置为卧式发电机组或立式发电机组,均 设置在地面操作间

27 内, 发电装置包括顺次相连的变速箱 22、 制动装置 21 和发电机 20; 发电装置为卧式发电机组时, 变速箱 22、 制动装置 21和发电机 20水平设置, 变速箱 22的中心轴通过伞齿轮变向传动系统 19与传 动轴 12下端连接; 发电装置为立式发电机组时, 变速箱 22、 制动装 置 21和发电机 20竖直设置,变速箱 22的中心轴与传动轴 12下端连 接。变速箱 22、制动装置 21和发电机 20均固定安装在主机架 23上, 在地面操作间 27内, 还设置有蓄电池间 24、 调频间 25和变压器间 26, 以便于发电之后的后续变电供电。

下面结合图 1描述该垂直轴冲击式风力发电装置的发电过 。 该 发电装置可以接受任意方向的来风, 当气流进入集风器 1后, 在渐缩 的风道内被梳理和加速, 当被加速的气流经过气流加速喷嘴 2时, 由 该喷嘴 2的特珠结构可将来风夹带的砂尘和雨水除去 将比较洁净的 来风第二次在喷嘴 2出口处加速到最大值, 被加速的气流冲击到一级 冲动叶片 4上, 一级冲动叶片 4给动力转子 10—个力矩, 根据气动力学 的原理, 使之在一级冲动叶片 4的内凹弧面上产生一定的压力, 而在 一级冲动叶片 4的背面弧上, 出现一个低于内凹面压力的低压区 (甚 至是负压区), 在这种内、 外弧面存在压差的情况下, 给一级冲动叶 片 4一个强力的推动力, 由一级冲动叶片 4流出的气流还有一定的能 量, 这个气流经过一级气流导向叶 5对气流方向的整理, 并加速冲到 二级冲动叶片 6上, 二级冲动叶片 6同样给动力转子 10—个力矩, 根据 风力发电装置安装地点的风力资源的情况, 可以配置第三级、 第四 级 ... ...的导向叶片和冲动叶片, 使气流经过多次利用, 之后气流进入 排风集气腔 16, 经排风导流堆 7作用, 气流沿着排风集气腔 16通入排 风管 8, 最后排出; 同时, 各级冲动叶片给动力转子 10以力矩, 动力 转子 10将该动能通过传动轴 12传递给发电装置,以进行发电和蓄电供 电。

图 2示出了本发明实施例的水平轴冲击式风力发 装置的结构示 意图, 如图所示, 其包括: 风力机, 排风管 8, 动力转子 10, 传动轴 12, 支架塔 14, 以及发电装置。 风力机的中心轴水平设置, 进风口侧向设置; 其中, 为了便于后 续描述, 沿风力机中心轴方向, 将来风方向界定为前, 相反的一侧界 定为后; 排风管 8的中心轴垂直于风力机的中心轴设置, 排风管 8下 端与风力机上壳体连通, 排风管 8用于将风力机内的风排出; 动力转 子 10与风力机同轴设置在风力机内, 用于将风能转化为机械能; 传 动轴 12与风力机同轴设置, 传动轴 12前端部分作为风力机的主轴, 传动轴 12后端连接发电装置,传动轴 12用于将风力机产生的能量传 递给发电装置以发电; 发电装置设置在空中机舱 32内, 进行发电、 蓄电和供电; 整个风力机和空中机舱 32均由支架塔 14支撑, 以保证 风力机位于适合风力发电的空间位置。

具体地, 排风管 8上端的排风口为水平方向设置, 即排风管 8的 排风口设置在侧向, 并与风力机进风口方向相反; 在风力机内, 动力 转子 10的外围设置有叶片, 叶片包括若干级交替设置的冲动叶片和 气流导向叶片, 冲动叶片安装在动力转子 10上, 气流导向叶片分别 安装在风力机上壳体 28和下壳体 29上;风力机侧壁上设置有进风口, 进风口处设置有集风器 1 , 集风器 1包括由进风口朝向风力机后部渐 缩的风道, 风道内间隔设置有若干块导流筋板 17, 若干块导流筋板 17 由风道的中心轴向四周呈放射状设置, 用以梳理进入风力机的气 流; 风力机进风口处设置有进风导流堆 7-1, 进风导流堆 7-1位于风 道内, 使得若干个导流筋板 17分别安装在风力机上壳体 28、 下壳体 29与进风导流堆 7-1之间,进风导流堆 7-1用于将来风气流导入风力 机内部。

风道末端设置有气流加速喷嘴 2, 气流加速喷嘴 2靠近叶片, 用 以过滤来风中夹带的沙尘和雨水并对所述来风 进行加速;气流加速喷 嘴 2分别通过转轴与风力机上壳体 28和下壳体 29连接,转轴上设置 有调节齿轮总承 3,调节齿轮总承 3带动气流加速喷嘴 2绕转轴转动, 以控制由气流加速喷嘴 2 进入风力机的进风量。 由于来风的强弱不 同, 为了使动力转子 10的转速不出现破坏性的超速, 调节齿轮总承 3带动气流加速喷嘴 2作 90°范围内的转动, 使风力机的进风面积改 变, 也就是调节了进风量, 从而调节了动力转子 10的转速, 避免动 力转子 10超速, 可以使动力转子 10的转速在一定范围内稳定。 在风 力机的后部, 位于叶片和动力转子 10的后部, 由叶片、 动力转子 10 和风力机的后部壳体围绕形成排风集气腔 16, 排风集气腔 16顶部与 排风管 8连通, 风力机后部壳体设置后部排风导流堆 30, 后部排风 导流堆 30为靠近传动轴 12 的位置向前凸起, 而靠近风力机上壳体 28和下壳体 29的位置分别为四弧形, 使得该后部排风导流堆 30起 到导流的作用, 将排风集气腔 16内的气流竖直向上导出。

传动轴 12后端连接的发电装置与上述实施例中的垂直 冲击式 风力发电装置中的发电装置相同,该发电装置 设置在空中机舱 32内, 风力机和空中机舱 32均安装固定在机组底盘 33上, 机组底盘 33用 做支撑装置并安装在支架塔 14上, 其中在支架塔 14和机组底盘 33 的连接处设置有偏航系统 9, 偏航系统 9用于调整机组底盘 33, 使得 风力机和空中机舱 32相应转动, 使集风器的进风口始终对准来风的 方向, 充分接收来风的能量; 将发电装置设置在空中机舱 32内, 是 为了配合风力机的中心轴水平设置,以便于将 风力机产生的机械能传 递给发电装置予以发电。

下面结合图 2描述该垂直轴冲击式风力发电装置的发电过 。该 发电装置由偏航系统 9调节, 以接受任意方向的来风, 当风力机的进 风口朝着来风方向时, 集风器 1的导流筋板 17将来风气流梳理, 由 进风导流堆 7-1导入集风器 1后, 在渐缩的风道内被加速, 当被加速 的气流经过气流加速喷嘴 2时,由该气流加速喷嘴 2的特殊结构可将 来风夹带的砂尘和雨水除去,将比较洁净的来 风第二次在气流加速喷 嘴 2出口处加速到最大值, 被加速的气流冲击到一级冲动叶片 4上, 一级冲动叶片 4给动力转子 10—个力矩, 根据气动力学的原理, 使 之在一级冲动叶片 4的内凹弧面上产生一定的压力,而在一级冲 叶 片 4 的背面弧上, 出现一个低于内凹面压力的低压区 (甚至是负压 区), 在这种内、 外弧面存在压差的情况下, 给一级冲动叶片 4一个 强力的推动力, 由一级冲动叶片 4流出的气流还有一定的能量, 这个 气流经过一级气流导向叶 5对气流方向的整理,并加速冲到二级冲动 叶片 6上, 二级冲动叶片 6同样给动力转子 10—个力矩, 根据风力 发电装置安装地点的风力资源的情况, 可以配置第三级、 第四级…… 的导向叶片和冲动叶片,使气流经过多次利用 , 之后由叶片排出的气 流进入排风集气腔 16, 经后部排风导流堆 30作用, 气流沿着排风集 气腔 16通入排风管 8, 最后排出; 同时, 各级冲动叶片给动力转子 10以力矩, 动力转子 10将该动能通过传动轴 12传递给发电装置, 以进行发电和蓄电供电。 工业实用性

由以上实施方式可以看出,本发明实施方式提 供的垂直轴和水平 轴冲击式风力发电机组, 利用多级冲动叶片的动力转子机构, 最大限 度的利用了来风的能量, 提高了风能利用率; 利用高位排风管的高度 差及侧向排风, 可以加大来风的能量, 即使在晴朗无风的天气, 动力 转子也可低负荷发电; 可以做成单机功率大、 体积小的发电机组, 便 于运输和安装, 维护, 大大降低了风力发电机组的单位发电量的投资 成本; 垂直轴式可接受任意方向的来风, 没有复杂的变桨距系统, 传 动系统和发电机可放置在地面, 便于操作维护; 克服了风能利用系数 低, 动力转子难启动的缺点; 喷嘴能够调节进风量, 控制风电机组在 高风速条件下的功率输出, 防止破坏性超速比较简捷, 方便, 安全可 靠; 适用于陆地、 山谷、 海滨及海上风力发电; 动力转子的叶片封闭 在集风器壳体内, 因此外传噪音小, 特别是在接受高速气流时, 该特 点更为突出, 对环境的不良影响显著降低。