CN101106320A - 非能源环保双包式旋风发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明属机电类“非能源顺柳环保双包式旋风发电装置”，结合电工学、力学、管理学等学科原理，由多台发电机和多部件组成，它有自己的管理模式，优点是发电不用原料，结构简单，环保无污染，不受地理和气候限制。用电地方就地发电，无须高电压远距离输电，克服了火电厂用煤或油作燃料，核电站用核燃料的弊端，而这些燃料地球储量力有限，不能无限开发；水电站造价高，受河流数量和落差限制；风能太阳能廉价环保，但受地理和季节影响且容量有限；本装置有较多优势。

Description

非能源环保双包式旋风发电装置

(一)技术领域

本发明是一种不用能源的新型发电装置，更具体地说，本发明是运用多种学科原理组合的机电类产品成套发电装置。

(二)背景技术

目前国内外的发电设备，除水力、风力、太阳能外，都必须用煤、石油、核燃料作原料，它们的缺点是投资巨大、设备复杂、破坏生态、污染环境，原料须长距离运输，更严重的是上述能源地球储量有限而且分布不均。水力发电站虽好、但受河流数量落差、生态等诸多因素限制。风能和太阳能电站廉价环保，但受地理季节限制，且容量有限。能源短缺是各国普遍存在的问题，本发明有利于缓解能源紧张。

(三)发明内容

本发明的目的是克服上述不足，提供一种结构简单，安全环保，不用任何原料的发电装置，为此目的本装置运用下列技术方案：(1)发电的电工学原理是发电机的右手定则，即：有磁场、有力使转子旋转，便产生感应电流，本装置也同理；不同的是本发电机转子力矩的产生，不是靠消耗能源，而是由多台大功率电动机，经过皮带轮或蜗轮蜗杆调速，使本装置横向主轴旋转，由它带动两端的多角旋转支架顶部每台发电机转子上的两个组合胶轮与凹形固定金属大圆环内表面磨擦产生类似于汽车在公路上跑，车轮与路面的磨擦推动力，使发电机转子轴高速旋转，切割磁力线，产生感应电流。在转速、体积、功能等因素相同的条件下，让发电机有较大容量，发电机的金属构件应全部采用质轻、坚固耐用的钛铝合金制作；发电机转子上的两个组合胶轮须采用最耐磨的飞机轮胎型号橡胶制作。应说明的是，每台发电机的两个组合胶轮只要有一个在正常运转，便可发电。(2)第二技术方案是利用“飞轮效应原理”，力学家指出为了使飞轮转动，一开始必须用很大力气一圈又一圈地反复推动，每转一圈都很费力；但每一圈的努力都不会白费，飞轮会越转越快，到达一定临界值后，飞轮的重量和冲力都会成为推动力的一部份，这时无须再用更大力气，飞轮依旧会快速转动，而且会不停地转动。本装置的多台电动机，凭着它们有强大转动力矩作为发电机转子在凹形固定金属大圆环内高速旋转的推动力，当转速到达临界值后，它的转动力矩只是用来克服发电机转子上的两个组合胶轮与凹形固定金属大圆环内面的摩擦力和空气阻力。本装置横向主轴两瑞旋转支架顶的多台发电机位置已考虑了错位，便于减少“飞轮效应中”高低位死点阻力。当横向主轴转速到达设计的临界值后，只用一台电动机运转来克服摩擦力和空气阻力，其余电动机作为备用。(3)本装置的第三技术方案是充分运用剩余原理：横向主轴两端旋转支架顶部的多台发电机同时同速并联发电，只须用总发电量20％左右的发电量来运转维持正常发电流程，加上发电厂内其它用电，厂用电率不会起过30％，仍有70％的发电量可输出供用户使用。现在的火电厂，热电厂，核电厂，厂用电率也是20％左右，而这些厂用电率是靠大量原料消耗而来，哪怕它们厂用电率接近0，也不及本装置30％的厂用电率经济。

本发明与火电、水电、核电等技术比较有下列有益效果

(1)不耗原料，结构简单，环保清洁，虽有噪音污染，但建隔音房，建设半地下式或全埋式厂房，可将噪音降到最低。

(2)本装置不受地理，气候等限制，凡需要用电的地方，如北极，南极均可设置，就地按需建本装置，可减少大量高压或超高压输电线路及设备，电价可大为降低。

(3)需要说明的是：本装置有利于防治地球的沙漠扩大化、增强生态保护。我国华北及西北的沙漠地区，沙漠扩大化的因素很多，但人类活动是重要原因，人类为了生存必须砍伐生态本来脆弱的沙漠边缘树草，用以煮饭，取暖，本装置就近生产廉价电力供煮饭取暖，人们不必靠砍树割草，解决生存之需。

(四)附图说明

(1)图号

图1、发电工艺流程图                图2、发电装置立体图

图3、图2的15#换线部件放大图        图4、图3的boob剖面图

图5、图3的C-C剖面缩小图            图6、图4的电流换线构件图

图7、图6的侧视图                   图8、电动机及皮带轮组合平面图

图9、图8的D-D正面图                图10、图9的M部放大图

图11、发电机正面图                 图12、发电机平面图

图13、图11的H-H剖面图              图14、图2的a-a断面放大图

图15、图2的旋转支架正面图          图16、图15的N部侧视放大图

图17、图15的86#承力管管内支架图    图18、图2的21#放大图

图19、图2的e、f支承点结构图        图20、图2的G支承点结构图

(2)符号说明

1、本图尺寸除说明者外，一律以MM计。

2、图中()数字，表示重复前编号。

3、未标明的连接方式，一律为焊接；未标明的皮带轮与钢轴间均用钢键连接。

4、一二次电气结线图，选用国标图订货。

5、发电机的各部尺寸仅为参改，具体由生产厂定。

6、A、B、C表示三组电缆，Ω表示接地电阻，U电压，I电流，KW功率，M表示螺栓。

7、下列各编号的尺寸均为实施例1的参改尺寸。

(3)部件编号

1#、工字型钢柱         2#、钢板20×20M，厚30

3#、基础螺栓带帽M30    4#、重复接地，接地电阻20Ω以下

5#、钢筋混凝土基础                    6#、方钢板12×12M，厚30

7#、螺栓带帽M30                       8#、焊缝钢管φ外500

9#、自砺磁式三相同步交流发电机        10#、绝缘胶管φ外200，2套

11#、凹形固定金属大圆环，内径10M      12#、钢绞线组合拉线

13#、钢绞线组合拉线、同12#            14#、钢绞线组合拉线，同12#

15#、换线部件位置图                   16#、钢法兰带螺栓

17#、降温用喷水咀                     18#、三角皮带轮，φ外600，φ内500

19#、桁架承力钢管φ50                 20#、桁架承力钢管，同19#

21#、汽车钢丝绳牵引盘                 22#、桁架承力钢管φ50

23#、横向主轴，φ外500，φ内300       24#、降温用喷水咀，同17#

25#、钢筋混凝土支墩与23#连接点        26#、钢法兰带螺栓，同16#

27#、圆钢支架，φ10                   28#、扁钢抱箍带螺栓2套

29#、圆钢支架，同27#                  30#、+4.2M钢筋混凝土屋顶平台

31#、+1.6M钢筋混凝土平台              32#、法兰用螺栓带帽，M16

33#、发电机1号引来的三相电缆          34#、发电机2号来的三相电缆

35#、发电机3号引来的三相电缆          36#、发电机3号输出的A相电缆

37#、发电机3号输出的B相电缆           38#、发电机3号输出C相电缆

39#、发电机3号换线后的三相电缆        40#、发电机2号换线后的三相电缆

41#、发电机1号换线后的三相电缆        42#、轴承φ外400，φ内200

43#、换线铜滑环，φ内200，φ外220     44#、发电机2号换线三根分割电缆

45#、换线铜滑环，同43#                46#、发电机1号换线三根分割电缆

47#、换线铜滑环，同43#                48#、轴承，同42#

49#、铜铆钉                           50#、方轴孔

51#、弓形扁铜片                       52#、铜铆钉

53#、橡胶绝缘套管                     54#、碳刷片

55#、三相电动机(一)，转速1440转/分    56#、多槽三角皮带轮，φ外150

57#、多槽三角皮带轮，同56#            58#、三相电动机(二)，同55#

59#、轴承φ外160，φ内100             60#、多槽三角皮带轮φ150，φ内100

61#、钢轴φ100                        62#、多槽三角皮带转φ外600，φ内100

63#、多槽三角带轮，同62#              64#、轴承，同59#

65#、轴承，同59#                      66#、多槽三角皮带轮，同62#

67#、多槽三角皮带轮，同62#            68#、轴承，同59#

69#、钢轴，φ100                      70#、钢制轴键

71#、三角皮带                         72#、镙栓带帽M30

73#、钢板，厚30                       74#、钢筋混凝土墩

75#、钢法兰                           76#、螺栓带帽M16

77#、单头调节螺栓带帽M16              78#、钢板，厚10

79#、弹簧，                           80#、倒山字形钢筋架，φ8

81#、发电机专用轴承                            82#、发电机锭子上壳

83#、发电机锭子下壳                            84#、螺栓带帽

85#、沉头镙钉M12×50 8套                       86#、钛铝合金管，φ300

87#、角钢制圆形抱箍，φ300                     88#、螺栓带帽

89#、发电机接线端子                            90#、螺帽，配80#

91#、发电机锭子                                92#、发电机转子

93#、组合胶轮，φ外600                         94#、组合胶轮钛铝合金内盘

95#、钢键                                      96#、钢销钉

97#、十字沉头螺钉                              98#、检查孔

99#、双头调接螺栓                              100#、双矩形铜板环，内径10M

101#、承力钢管                                 102#、短钢管

103#、电缆固定卡箍                             104#、多电缆标示编号

105#、螺栓带帽                                 106#、中间扁形的螺栓带帽

107#、厚20的双圆环钢架，φ外800，φ内500       108#、十字沉头螺钉

109#、孔，φ20                                 110#、带上半圆轴承的抱箍，φ内500

111#、螺栓带帽                                 112#、钢筋混凝土支墩

113#、钢筋                                     114#、带下半圆轴承的抱箍，φ内500

115#、油杯

(五)具体实施方式，结合实施例1，对本装置作进一步描述。

图1表示本发明的发电工艺流程：I和II号电源分别进入机械联锁柜IV后，人工操作一组电源进入电气联锁柜V，也称双电路三相电源自投柜，自动输入一路电源至两台电动机的联锁“控制柜”VI，使电动机一，或电动机二运转，即两台电动机互为备用。IV、V、VI和XII的各型配电柜均有国家标准图和成套产品。任何一台电动机运转后，都通过VII、VIII两级皮带轮进行调速。图8的两级转速计算如下：电动机55#及58#转均为1440转/分，都通过皮带轮组合56#至62#，或另一组皮带轮组合57#至63#进行调速。它们的调速比按直径150∶600＝1∶4，即轴61#转速为1440÷4＝360转/分。皮带轮60#和67#间的调速比，也选用1∶4，轴69#的转速为360÷4＝90转/分。而66#与18#外径同，故带动左右飞轮的IX，即横向主轴23#的转速也为90转/分。IX两端左右两飞轮，即凹形固定金属大圆环11#的内径为10M，与它内径接触的六台发电机双组合胶轮直径均为0.6M，它们的固定增速也为10M∶0.6M＝16.7，故每台自砺磁式三相同步交流发电机转子的额定转速为90×16.7＝1503转/分。根据额定转速，参照图11、12、13可到专业生产厂定购发电机，它的技术指标如下：三相线电压1KV，额定功率100至200KW，周波50赫芝，重量200kg。结构尺寸：外壳直径0.5M，外壳长1M，轴长1.3M。订货注意事项：(1)、全部采用钛铝合金。(2)、组合胶轮93#用最耐磨的飞机轮胎型号橡胶制作。当没有I和II号电源时，本装置初始发电可开动汽车用钢丝绳牵引21#盘，带动横向主轴IX，即轴23#旋转，从而完成IX至XII的工艺流程，须注意的是正对21#盘方向应建300M  的厂外直线公路。停电应将I和II电源同时断开。

从位置相差120度，弧线距离约11M的两边各3台旋转发电机的三相交流电经过图3、图4、图5、图6、图7的换线设施，将随着发电机旋转的动态电缆33#、34#、35#经过各自的铜铆钉49#、弓形扁铜片57#、铜铆钉52#及碳刷片54#等将电流传至九组换线铜滑环43#、45#、47#等，而它们又分别与绝缘胶管10#内的固定电栏39#、40#、41#相连，使得发电机的电流顺利传输到31#和30#间，即+1.6M至+4.2M间钢筋混凝土电气控制中心里的XII配电柜内。从XII配电柜输出的电流70％供用户，30％经XIII线路返馈至V柜内，组成对V柜的双路电源供电。

图2的0米以下钢筋混凝土基础5#，尺寸20×20M，深6至10M；0至+1.6M钢筋混凝土平台尺寸12×16M；+1.6M至+4.2M间的配电室尺寸6×10M；+4.2M配电室房顶为承重型钢筋混凝土平台，上面设置2台电动机55#、58#及附属的两套调速设备，以及图19中e和f两个钢筋混凝士支墩及构件。焊逢钢管8#除按图20的G结构支承23#轴外，在+4.2M横向焊接多条钢梁，可增强加固配电室屋顶的承力

图2.中的17和24#为冷却水咀，两边的凹形固定金属大圆环最低点设多个水孔，接至地面排水沟.

图11，图12，图13为发电机的结构图，其发电原理与普通自砺磁式三相同步交流发电机同，其中的75#至99#另部件尺寸及说明仅供发电机制造厂参改。

图14中，的双矩形钢板环100#，断面尺寸250X200，钢板厚30，它上面的凹形固定金属大圆环11#，厚20，宽1.4M，内经10Ｍ，凹槽宽0.8M，深200。

图15表示连接在23#轴两端，内呈120度的三角支架及承力钢管101#结构图。应注意的是两套三角支架互错位60度，以利克服发电机旋转过程中的上下死点阻力。

图17为图15中的Y形三角支架管86#内电缆的固定支架结构，其中电缆标示编号104#，它分别代表三条电线33#，34#或35#。

实施例2：将11#直径换成50M，它的周长155M，按每两台发电机间隔15M计，可装发电20台，每台线电压1KV，容量300至400KW，它们的双组合胶轮直径  为0.8M，额定转速1800转。两台电动机的调速比定为30∶1，共可发电6千KW至8千KW，扣30％厂用电，可输出每4千KW至6千KW电力，注意的是各部件尺寸相应增大增多，厂用电率会随11#直径增大而减少。

实施例3：将11#直径换成100M，周长314M，按每两台发电机间隔30M计，共可装发电机20台，每台线电压1KV，容量600至800KW，它们的组合胶轮93#直径为1.0M，额定转速1900转/分。两台电动机的调速比为28∶1；可用皮带轮也可用蜗轮蜗杆调速，可同时发电1.2万至1.6万KW，扣25％厂用电可输出1万至1.5万KW电力。

实施例4：将11#直径换成500M，全部构件参考实施例1重新设计和试验，预计可生产5万KW电力。

实施例5：将11#直径换成1千米及以上，全部构件参考实施例1重新设计和试验，预计可生产10万KW电力。

Claims (6)

1.本权利要求的第一技术特征是“非能源顺柳环保双包式旋风发电装置”，它有一个大而厚埋入地下的钢筋混凝土基础5#，内埋数百条地脚螺栓3#与钢板2#连接，钢板2#左右两边各焊接多条工字型钢柱1#，支承着凹形固定金属大圆环11#；钢板2#中心有一块方钢板6#及螺栓7#，用焊接加螺栓方式连接着垂直钢管柱8#，钢管柱顶通过带着上下两个半圆型轴瓦的抱箍将8#固定在横向主轴23#中心；钢板2#上部填1.6m厚钢筋混凝土作为房基，在+1.6至+4.2m建电气控制中心，装各型配电柜XII，负责本装置电力负荷的集中与分配；+4.2m房顶平台，除装设数台电动机及调速的皮带轮或蜗轮蜗杆设备外，还装设着两套由钢筋混凝土支墩支承的半圆形轴瓦和抱箍将轴23#固定；本装置的所有金属构件均应与重复接地装置4#焊连并防腐，重复接地与室外避雷***相连；在横向主轴23#两端可安装内径为10m或50m、100m、500m、1000m、及以上的固定金属大圆环11#系列产品；横向主轴23#两端有钢管及法兰螺栓连接的多角旋转支架，支架顶部各自连接着相应数目的自励磁式三相同步交流发电机9#，每台发电机转子轴上的两个组合胶轮93#与11#内壁保持着有弹性的紧密接触；为增加稳定性，在11#环上部装有若干套纵横钢管组成的桁架管19#、20#、22#等，且桁架两边各有多条大号钢绞线12#、13#、14#与厂房墙柱或与地椿相连；为了降温，在两套固定金属大圆坏11#的顶部各装数个喷水咀17#、24#等，大圆环最低点各设若干个漏水孔与地面排水沟相连；为防噪音，本装置须建一个大型隔音房或将本装置建成半埋式或全埋在山中。

2.根据权利要求(1)：本装置的特征之一是用钛铝合金制作的自励磁式三相同步交流发电机9#，它的结构及原理同一般三相交流发电机；不同之处在于它的转子两端各有一个直径略大于发电机外形尺寸，由钛铝合金内盘94#和耐磨橡胶外轮构成的组合胶轮93#，它用钢键95#和钢销钉96#与发电机轴紧固；发电机与旋转支架的连接方式是通过法兰75#和螺栓76#相连；发电机的松紧度自动调节设施是通过焊在钢管上的抱箍87#及固定钢板78#、弹簧79#、螺栓77#和双头调接螺栓99#等组成；为便于检修，发电机的锭子由上壳82#及下壳83#组成，上下两半外壳通过多套螺栓84#连接；为防止锭子与轴同转，上下外壳两端用多个沉头螺钉85#将上下外壳与锭子固定；从每台发电机引出的电缆通过与它相应旋转支架钢管86#的管内支架103#、105#、106#来固定；为了加强旋转支架的整体性，每两支架间用承力钢管101#、短钢管102#、法兰75#等强化连接。

3.根据权利要求(1)：本装置的特征之二是横向主轴23#中部装有多组三角皮带轮18#，它们与多台电动机55#、58#等，通过多级三角皮带轮组合61#、69#等组成调速设备，将电动机的初始转速调到23#轴需要的“特定转速”，或由23#轴上的蜗轮螺杆组合调接成“特定转速”，此“特定转速”通过固定金属大圆环11#与发电机双组合胶轮的固定变比，将“特定转速”增大到发电机需要的“额定转速”；为便于检修，.横向主轴23#的两端各装一对法兰16#和26#。

4.根据权利要求(1)：本装置的特征之三是23#轴两端两套固定金属大圆环1 1#内的多角支架管交接处，各有一套两管间的电流交换设施；它将随着发电机转动的管内电缆33#、34#、35#，通过各自的铜铆钉49#、弓形扁铜片51#、铜铆钉52#、碳刷片54#，与换线铜滑环43#、45#、47#等滑动接触；而铜环们又分别与两边绝缘塑管10#内的多条三相电缆39#、40#、41#、分别相连，保证发电机电流能顺利地传输到电气控制中心的配电柜内；为保证绝缘塑管10#外的23#轴旋转，两管间各装有两套轴承42#和48#。

5.根据权利要求(1)：本装置的特证之四是23#轴上装有多个汽车钢丝牵引盘21#，它由双圆环钢架107#，十字沉头螺钉108#等组成，与之配套的是厂房外建设一条长300m的直线公路，当无市电源和本厂无其它电源时，用汽车牵引21#盘旋转可初始发电。

6.本权利要求的第二技术特证是此“非能源顺柳环保双包式旋风发电装置”有一套独立的发送电方式，正常时：它的电流由本厂其它电源I或市电源II两路电源供电，通过机械联锁IV，人工控制一路电源进入电气联锁柜V，该柜还有第二路电源由本装置的线路XIII反馈送来，此两路电源在柜V内自动控制后输出一组电源到控制柜VI，在VI柜内互联互控后使一台电动机旋转，另一台电动机备用，保证顺利发电；任一台电动机运转都带动多级调速设施三角皮带轮组合或蜗轮蜗杆组合运转，再带动横向主轴IX，即23#轴旋转，从而使旋转支架顶部每台发电机的双组合胶轮与凹形固定金属大圆环11#摩擦发电；每台发电机上的电缆自动传输到配电柜XII后，将30％左右的电流经XIII电缆反馈到本装置，作为V柜的另一路电流，70％左右的电流传输到用户；本装置的停电方式是人工断开I和II两路电源。

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