CN102777062B - 一种自启动式狭管聚风风力发电*** - Google Patents

Abstract

本发明一种自启动式狭管聚风风力发电***涉及的是一种聚风结构、风洞特性、流体变迁、狭管效应、基础架构材料、空气动力、结构力学、涡轮效应、电能转换等重大综合性核心技术，属于一种狭管聚风风力发电***技术领。由圆顶礼帽式聚风装置组件、规避***偏转闭合装置组件、多级逐扩空气涡轮发电机装置组件、狭管式工质增速装置组件、壮筋骨抗震构件装置组件、智能控制人机一体组件及附件组成。将上述组合好的圆顶礼帽式聚风装置、规避***偏转闭合装置、多级逐扩空气涡轮发电机装置、狭管式工质增速装置、壮筋骨抗震构件装置，按先后顺序就位安装，并将智能控制***和附件部分按各自位置定位安装后，形成一套完整的自启动式狭管聚风风力发电***。

Description

一种自启动式狭管聚风风力发电***

技术领域

本发明一种自启动式狭管聚风风力发电***涉及的是一种聚风结构、风洞特性、流体变迁、狭管效应、基础架构材料、空气动力、结构力学、涡轮效应、电能转换等重大综合性核心技术，属于一种狭管聚风风力发电***技术领域。

背景技术

人类利用绿色可再生风能为社会生产、生活提供服务已经有几百年的历史了，从古代的利用帆式风轮提水到利用风帆远航，以及世界著名的荷兰风车，再到近代的水平轴/垂直轴风力发电。随着时代的变迁，风力应用技术不断升级、变革、完善、创新，创造出了一个有一个的技术提升，为人类生产、生活提供服务。就现有传统风力发电***，从应用角度看，似乎已经达到了风能应用极限。由于风机叶片捕获的风能正比于风机的扫风面积和通过风机风速的三次方，而风速是由气候条件确定的人类无法改变。然而，提高风能利用率和发电效率的有效途径是提高风力叶片的捕风能力，为此，目前常规方法就只有通过不断增加风机叶片尺寸来加大扫风面积，从而捕获更多风能来提升单机有效风电转换量。但结果却是牺牲了发电稳的定性和***的安全性。纵观现有国内外市场各类风力发电***的特性，不难看出存在的几大问题：1、发电效率低；2、叶片过大过长；3、整机重量大，运输、安装、维护困难；4、投资回报率低；5、安全性差；6、噪声污染严重。

各国专家、科技人员、行业精英对这些问题进行不懈努力深入研究，以求争取突破，寻找解决这些难题的替代方法和机型，希望能够为社会可持续发展作出贡献。但是，真正能够推广应用，适应大规模布场，用电口建站又可轻便运输、灵活安装、集约化发电的另类新型专款机型，无论是专业制造技术，专有安装设备，还是专职工程技术人员都寥寥无几。在传统风力发电机领域，我国和世界先进国家相比，制造技术还有一定的差距，很多核心技术还掌握在少数发达国家手中。突破技术瓶颈，创造我国自有的独创技术，参与国际大市场竞争，增强在风电核心技术领域的知名度和占有率，这是我国“十二五”计划中的重要内容之一，也完全适合我国可再生能源利用的大计方针和战略决策。

到目前为止，在狭管聚风涡轮式风力发电领域中，无论是在进风罩选型及制作技术、规避恶劣天气突袭保障性技术、还是狭管进口与出口比例匹配技术、骨架抗震和***建筑一体技术、高效率空气涡轮制造技术和***控制人机一体技术等，均未见有可参考的基础资料和应用实例。虽然现有少数发达国家，如：英国、丹麦等国的狭管式风力发电，也只是利用自然或者是建筑物间形成的狭管，所提升的风速非常有限，完全不同于本发明。

经检索及市场调查，未见与本发明完全一致或相似的专家文献及专利报告。

发明内容

本发明的目的是针对国内外已知风力发电市场中，各种风力发电机型及少量的专家文献和专利报告，特别针对上述所列出的众多难题和技术缺陷，提供一种自启动式狭管聚风风力发电***。该***由特点之一是：独特的圆顶礼帽式聚风装置耦合坚固耐用的狭管式工质增速装置，充分利用大开口，可调控等特有构造，随时随地主动瞄准风向目标，可极大地将开口周围的漫散风能聚集在进口中。狭管内置螺旋形引导板，迫使工质流进行螺旋状固相结构规范，形成***工质流态势。高速前进的***在产生旋转的同时把窗外的游离散漫风能吮吸进旋流之中，从而增大能量，填实了***风柱。加强旋转力同时又产生了强大的扭力，提高有效动能转化；特点之二是：多组圆形外观设计耦合壮筋骨龙骨架构，增强***整体结构，采用积极主动规避***风阻力面小的圆形设计；并配以圆柱面龙骨和扁圆形层板作为连接件，使整个***建筑从地面到空中混然一体，解决了采风在空中，发电在地面的重大课题，极大地提高了整个大***的安全性和稳定性，延长了使用寿命；特点之三是：多级逐扩空气涡轮发动机优化耦合多组分流空气引导板，加上新型的龟板式桨叶叶片，能迅速高效地把风能转换成机械能输出，输出功率大，风能聚集率超过100%以上，而风能到机械能的转换效率高达70%以上。并具有强大的后拽力，工作稳定性好，耐久性佳，填补了国内外在狭管风力发动机领域的空白。多组合分流空气引导板运用航空空气动力学理论设计，在消除涡流，归正分割，量化风量分配上起到了举足轻重的作用，解决了大功率风力发电不需要采用增加重量、增大叶片尺寸来捕获能量的重大课题。

本发明一种自启动式狭管聚风风力发电***是采用以下技术方案实现的：一种自启动式狭管聚风风力发电***由圆顶礼帽式聚风装置组件、规避***偏转闭合装置组件、多级逐扩空气涡轮发电机装置组件、狭管式工质增速装置组件、壮筋骨抗震构件装置组件、智能控制人机一体组件及附件组成。

其中，所述的圆顶礼帽式聚风装置组件由圆顶礼帽龙骨、外弧面蒙皮、内弧面蒙皮、圆环形环筒、中心限位轴筒、轮式护环B 、刹车环、环形摩擦圈、防护栅、支撑筋、齿环、聚风口、填料组成。圆顶礼帽龙骨设置成上圆下敞口的圆形球状体；外弧面蒙皮设置在圆顶礼帽龙骨外侧；内弧面蒙皮设置在圆顶礼帽龙骨内侧；填料填充在外弧面蒙皮和内弧面蒙皮之间，以辅助增强抗风强度，提高圆顶礼帽的整件防护等级，由此形成一个圆顶礼帽本体。轮式护环B 设置在圆顶礼帽本体内，以提高抗压强度，防吸瘪；圆环形环筒铆接在圆顶礼帽龙骨下方敞开处；环形摩擦圈设置在圆环形环筒周向一侧下部；刹车环设置在圆环形环筒周向一侧上部；而齿环设置在环形摩擦圈与刹车环中间并固定在圆环形环筒上；聚风口设置在圆顶礼帽本体一侧；在聚风口上设置有防护栅和支撑筋，以防鸟类及大件杂物进入；圆顶礼帽本体上部居中设置有中心限位轴筒，使圆顶礼帽本体工作时能始终居中。从而形成一套完整的圆顶礼帽式聚风装置。

其中，规避***偏转闭合装置组件由变速箱、刹车基台、刹车元件、液压制动装置、液压制动装置基台、泄风启闭门、传动齿轮、滚针轴承B 组成。变速箱、刹车基台设置在环形平台上；刹车基台上设置有刹车元件；变速箱向心一侧设置有传动齿轮，有利于与齿环紧密咬合；液压制动装置设置在液压制动装置基台上；而液压制动装置基台设置在地面上；泄风启闭门设置在泄风通道的出风口，可以在需要时随时关闭和开启；滚针轴承B 设置在管筒圈壁向心一侧壁面上。从而形成一套完整的规避***偏转闭合装置。

其中，多级逐扩空气涡轮发电机装置组件由发电机、电器控制箱、多级逐扩涡轮发动机主体台、导风规整板A 、导风规整板B、导风规整板C 、固定环A、固定环B、固定环C、向心环A、向心环B、向心环C、递级动力轴、轴承A、轴承B、龟背形叶片A 、龟背形叶片B、龟背形叶片C 、连接法兰、壳体、泄风通道、动力输出齿轮、主体台基柱、支撑件A、支撑件B、前置法兰、后置法兰组成。发电机设置固定在机械房靠墙一侧；多级逐扩涡轮发动机主体台设置在主体台基柱上；而主体台基柱设置在地基上，可以和地基融为一体，提高安全性、抗震性；固定环A、向心环A之间设置有导风规整板A ；固定环B、向心环B之间设置有导风规整板B ；固定环C、向心环C之间设置有导风规整板C ；固定环A、固定环B、固定环C设置在壳体内壁周向壁面上；递级动力轴穿过向心环A、向心环B、向心环C设置在支撑件A与支撑件B上；支撑件A设置在导风规整板A 与龟背形叶片A 之间；而支撑件B则设置在后置法兰和泄风通道之间；轴承A、轴承B则设置在递级动力轴的前端和后端，并固定在支撑件A和支撑件B向心位置上；龟背形叶片A 、龟背形叶片B 、龟背形叶片C 则按逐级扩大原则设置在递级动力轴上，成环向均衡逐段布置并固定；连接法兰设置在逐段扩大的壳体两端，有利于螺钉连接；泄风通道前端设置在后置法兰上；而后置法兰则与泄风启闭门框固定连接；递级动力轴动力输出端设置有动力输出齿轮带动发电机发电，可及时将机械能转换成电能输出。从而形成一套完整的多级逐扩空气涡轮发电装置。

其中，狭管式工质增速装置组件由狭管本体、狭管基台、环形平台、安全墙、轮式护环A 、滚针轴承A 、管筒壁体、螺旋形引导板、吮吸窗、狭管内饰组成。狭管本体设置在狭管基台上，并分段与环形圈梁连接加固；而狭管基台则设置在地基上，可增强整体的稳定性和抗震性；管筒壁体设置在狭管本体的上部，有利于和圆环形环筒活动对接；管筒壁体周向设置有滚针轴承A ；轮式护环A 设置在狭管本体内，可增强整体抗压强度；吮吸窗设置在狭管本体适当位置，有利于当管内流速加快时顺利从窗外吮吸增补空气流；螺旋形引导板设置在狭管环向内壁，通过固相结构强迫工质流形成旋转状，形成***；狭管内饰设置在狭管内壁面上，有利于提高光洁度，消除乱流、涡流；环形平台设置在狭管本体上端，有利于安装及设置各类器材；安全墙则设置在环形平台外侧周向。从而形成一套完整的狭管式工质增速装置。

其中，壮筋骨抗震构件装置组件由主撑柱、环形圈梁、圆拱形防护柱、机械房、压盖、环形圈座组成。主撑柱一端设置在地基上，另一端与环形平台牢固连接；主撑柱分段间隔设置有环形圈梁，将多根主撑柱连成一体，加强抗震性；圆拱形防护柱设置在圆顶礼帽环向外侧，并与环形平台连接固定；机械房设置在地面上，机械房和狭管基台连成一体以提高整体抗震能力；环形圈座设置在圆拱形防护柱顶部交会处，可有利于中心限位轴筒定位安装；压盖设置在环形圈座上；从而形成一套完整的壮筋骨抗震构件装置。

其中，智能控制***采用DCS智能控制***，由多组传感器和PLC合力控制配合，以达到对***的精准、及时、实时各类数据的采集和传输。

其中，附件有避雷装置、航标灯、螺钉、铆钉及粘胶。避雷装置设置在压盖上部居中位置；航标灯设置在压盖环向位置；压盖设置在环形圈座上；螺钉设置在压盖及连接法兰、后置法兰、前置法兰上；铆钉设置在圆顶礼帽龙骨与外弧面蒙皮、内弧面蒙皮的固定位置上；粘胶设置在圆顶礼帽龙骨与外弧面蒙皮、内弧面蒙皮结合处。

将上述组合好的圆顶礼帽式聚风装置、规避***偏转闭合装置、多级逐扩空气涡轮发电机装置、狭管式工质增速装置、壮筋骨抗震构件装置，按先后顺序就位安装，并将智能控制***和附件部分按各自位置定位安装后，形成一套完整的一种自启动式狭管聚风风力发电***。

所述的圆顶礼帽本体特征为：圆顶礼帽本体居中外弧面设置有直径500-5000毫米的中心限位轴筒，并在中心限位轴筒环向设置有凸圈。在圆顶礼帽本体环向迎风面设置聚风口，聚风口根据需要开一个2-150米直径不等的孔；或在正下方开4-146米直径的聚风出口，向下延伸时设置有筒圈，而筒圈直径与正下方开口尺寸相当。同时在开孔处安装有防护栅。

所述的圆顶礼帽本体采用大规格单组应用，也可以采用中、小规格多组间隔相应一段间距设2-5组联合应用。无论采用几组方式，最后均需对接在同一个狭管式工质增速装置组件上。

所述的圆顶礼帽本体可采用圆形、蛋形、椭圆形、异形，当然选用其他固相结构形态的圆顶礼帽本体也是合理的选择。

所述的狭管本体其特征是大敞口2-144米朝上成L形设置，往下逐步狭窄，最小缩口处为0.3-18米。在缩口平直段狭管本体内增设有螺旋形或者平直型引导板，有利创造人类***工质流或消除涡流、乱流。

所述的发电机采用市售的同步发电机、异步发电机、永磁直驱发电机、永磁直流发电机或其他与之相配的新型发电机。不管采用任何一种发电机，使用时，可采用大功率的单***立使用，也可以中、小功率多台组合使用。

所述的支撑柱采用钢筋混凝土，或采用钢板弯制成管筒状体。由多个管筒状体叠压，再焊接成支撑柱。采用钢筋混凝土时，可制成实心体，也可根据抗风、抗震强度制成空心体。无论采用何种材料制作支撑柱，都必须在支撑柱与相邻的支撑柱之间采用环形圈梁固定连接，以提高整体牢度及抗风、抗震等级。

工作原理：

无论风从任何方向吹来，风向传感器、风压传感器、风速传感器均会在第一时间将实时采集到的数据传导至DCS智能控制中心，DCS智能控制中心将信息数据汇总后，向设置在环形平台上的变速箱发出指令，变速箱接获指令后即刻启动传动机构，使传动机构中的传动齿轮带动齿环向指定方向转动，正确对准来风方向，刹车启动咬合定位。如遇强风暴或台风来袭时，圆顶礼帽式聚风装置在DCS智能控制中心的统一指令下，作扭头避让动作，在最安全的位置停止，同时关闭泄风启闭门，使整个***始终处在安全状态。

根据伯努利定律，流速快的流体压强小，附近流速慢的流体就会被压强差吸过来，所以当风从聚风口进入时，同时会带动路经聚风口周围的漫散游离风量一起进入。由于低速空气近似不可压缩，所以受逐缩的狭管作用，流速不断加快，由原来三级风速的5米/秒左右增加到狭管出口处风速的70-80米/秒。此时，工质流会产生较多湍流和乱流，在强大的工质流进入螺旋形引导板时，所有工质流进行了一次螺旋状固相结构规范，逐步形成另一种风姿，***由此成形。高速前进的***在产生旋转的同时把吮吸窗外的游离散漫风能吮吸进旋流之中，从而增大能量，填实了***风柱，加强旋转力同时又产生了强大的扭力。根据贝茨理论，理想情况下，一级风机最多能够将风能的16/27，也就是约为59.3%转换为机械能，为此设计多级风机，可以将超过70%的风能转换成机械能。具体过程是，在风速强大又风量饱满的风压作用下，经过设置在龟背叶片前导风规整板时，由于导风规整板的螺旋状造型，使风由原来的互相挤压的乱流喷射状变换成有规则的多旋流***状，冲撞龟背叶片带动递级动力轴转动，经过第一级能量转换后，携带剩余能量的风又在第二级螺旋状导风规整板的引导下，冲撞第二级龟背叶片，使递级动力轴得到能量的加强，再次部分能量转换后剩余能量的风经过第三级导风规整板冲撞第三级龟背叶时，形成的旋转***能量又一次带动递级动力轴运转，递级动力轴的运转同时带动设置在轴头上的动力输出齿轮连同发电机中心轴头齿轮转动，带动发电机运转，将机械能转换成电能。从而完成风能高效转换到机械能，机械能转换成电能的全过程，而余风则从逐扩的泄风通道内向敞开的泄风启闭门方向排出，回归大自然。

附图说明

通过下面结合附图的详细描述，本发明前述的和其他目的、特征和优点将变得更为清晰。

图1是本发明一种自启动式狭管聚风风力发电***主视图。

图2是本发明一种自启动式狭管聚风风力发电***剖面图。

图3是本发明一种自启动式狭管聚风风力发电***A部放大图。

图4是本发明一种自启动式狭管聚风风力发电***B部放大图。

图中序号：1.狭管基台；2.狭管本体；3.主撑柱；4.环形圈梁；5.刹车基台；6.环形平台；7.防护栅；8.支撑筋；9.避雷装置；10.圆拱形防护柱；11.圆顶礼帽本体；12.变速箱；13.齿环；14.机械房；15.泄风启闭门；16.液压制动装置基台；17.液压制动装置；18.轮式护环A；19.轮式护环B；20.环形圈座；21.中心限位轴筒；22.安全墙；23.动力输出齿轮；24.泄风通道；25.后置法兰；26.发电机；27.电气控制箱；28.多级逐扩空气涡轮发动机主体台；29.滚针轴承B；30.环形摩擦圈；31.圆环形环筒；32.刹车环；33.内弧面蒙皮；34.圆顶礼帽龙骨；35.外弧面蒙皮；36.传动齿轮；37.管筒壁体；38.铆钉；39.压盖；40.滚针轴承A；41.壳体；42.龟背形叶片A；43.龟背形叶片B；44.龟背形叶片C；45.递级传动轴；46.导风规整板C；47.导风规整板B；48.导风规整板A；49.前置法兰；50.航标灯；51.聚风口；52.填料；53.螺旋形引导板；54.吮吸窗。

具体实施方式

参照图1～图4所示，本发明一种自启动式狭管聚风风力发电***是采取以下技术方案实现的：

本发明一种自启动式狭管聚风风力发电***包括：圆顶礼帽式聚风装置组件、规避***偏转闭合装置组件、多级逐扩空气涡轮发电机装置组件、狭管式工质增速装置组件、壮筋骨抗震构件装置组件、智能控制***及附件。

其中，所述的圆顶礼帽式聚风装置组件由圆顶礼帽龙骨34、外弧面蒙皮35、内弧面蒙皮33、圆环形环筒31、中心限位轴筒21、轮式护环B 19、刹车环32、环形摩擦圈30、防护栅7、支撑筋8、齿环13、聚风口51、填料52组成。圆顶礼帽龙骨34设置成上圆下敞口的圆形球状体；外弧面蒙皮35设置在圆顶礼帽龙骨34外侧；内弧面蒙皮33设置在圆顶礼帽龙骨34内侧；填料52填充在外弧面蒙皮33和内弧面蒙皮35之间，以辅助增强抗风强度，提高圆顶礼帽的整件防护等级，从而形成一个圆顶礼帽本体11。轮式护环B 19设置在圆顶礼帽本体11内，以提高抗压强度，防吸瘪；圆环形环筒31铆接在圆顶礼帽龙骨34下方敞开处；环形摩擦圈30设置在圆环形环筒31周向一侧下部；刹车环32设置在圆环形环筒31周向一侧上部；而齿环13设置在环形摩擦圈30与刹车环32中间并固定在圆环形环筒31上；聚风口51设置在圆顶礼帽本体11一侧；在聚风口51上设置有防护栅7和支撑筋8，以防鸟类及大件杂物进入；圆顶礼帽本体11上部居中设置有中心限位轴筒21，使圆顶礼帽本体11工作时能始终居中。从而形成一套完整的圆顶礼帽式聚风装置。

其中，规避***偏转闭合装置组件由变速箱12、刹车基台5、刹车元件、液压制动装置17、液压制动装置基台16、泄风启闭门15、传动齿轮36、滚针轴承B 29组成。变速箱12、刹车基台5设置在环形平台6上；刹车基台5上设置有刹车元件；变速箱12向心一侧设置有传动齿轮36，有利于与齿环13紧密咬合；液压制动装置17设置在液压制动装置基台16上；而液压制动装置基台16设置在地面上；泄风启闭门15设置在泄风通道的出风口，可以在需要时随时关闭和开启；滚针轴承B 29设置在管筒圈壁37向心一侧壁面上。从而形成一套完整的规避***偏转闭合装置。

其中，多级逐扩空气涡轮发电机装置组件由发电机26、电器控制箱27、多级逐扩涡轮发动机主体台28、导风规整板A 48、导风规整板B 47、导风规整板C 46、固定环A、固定环B、固定环C、向心环A、向心环B、向心环C、递级动力轴45、轴承A、轴承B、龟背形叶片A 42、龟背形叶片B 43、龟背形叶片C 44、连接法兰、壳体41、泄风通道24、动力输出齿轮23、主体台基柱、支撑件A、支撑件B、前置法兰49、后置法兰25组成。发电机26设置固定在机械房14靠墙一侧；多级逐扩涡轮发动机主体台28设置在主体台基柱上；而主体台基柱设置在地基上，可以和地基融为一体，提高安全性、抗震性；固定环A、向心环A之间设置有导风规整板A 48；固定环B、向心环B之间设置有导风规整板B 47；固定环C、向心环C之间设置有导风规整板C 46；固定环A、固定环B、固定环C设置在壳体内壁周向壁面上；递级动力轴45穿过向心环A、向心环B、向心环C设置在支撑件A与支撑件B上；支撑件A设置在导风规整板A 48与龟背形叶片A 42之间；而支撑件B则设置在后置法兰25和泄风通道24之间；轴承A、轴承B则设置在递级动力轴45的前端和后端，并固定在支撑件A和支撑件B向心位置上；龟背形叶片A 42、龟背形叶片B 43、龟背形叶片C 44则按逐级扩大原则设置在递级动力轴45上，成环向均衡逐段布置并固定；连接法兰设置在逐段扩大的壳体41两端，有利于螺钉连接；泄风通道24前端设置在后置法兰25上；而后置法兰25则与泄风启闭门15框固定连接；递级动力轴45动力输出端设置有动力输出齿轮23带动发电机26发电，可及时将机械能转换成电能输出。从而形成一套完整的多级逐扩空气涡轮发电装置。

其中，狭管式工质增速装置组件由狭管本体2、狭管基台1、环形平台6、安全墙22、轮式护环A 18、滚针轴承A 40、管筒壁体37、螺旋形引导板53、吮吸窗54、狭管内饰组成。狭管本体2设置在狭管基台1上，并分段与环形圈梁4连接加固；而狭管基台1则设置在地基上，可增强整体的稳定性和抗震性；管筒壁体37设置在狭管本体2的上部，有利于和圆环形环筒31活动对接；管筒壁体37周向设置有滚针轴承A 40；轮式护环A 18设置在狭管本体2内，可增强整体抗压强度；吮吸窗54设置在狭管本体2适当位置，有利于当管内流速加快时顺利从窗外吮吸增补空气流；螺旋形引导板53设置在狭管环向内壁，通过固相结构强迫工质流形成旋转状，形成***；狭管内饰设置在狭管内壁面上，有利于提高光洁度，消除乱流、涡流；环形平台6设置在狭管本体2上端，有利于安装及设置各类器材；安全墙22则设置在环形平台6外侧周向。从而形成一套完整的狭管式工质增速装置。

其中，壮筋骨抗震构件装置组件由主撑柱3、环形圈梁4、圆拱形防护柱10、机械房14、压盖39、环形圈座20组成。主撑柱3一端设置在地基上，另一端与环形平台6牢固连接；主撑柱3分段间隔设置有环形圈梁4，将多根主撑柱3连成一体，加强抗震性；圆拱形防护柱10设置在圆顶礼帽环向外侧，并与环形平台6连接固定；机械房14设置在地面上，机械房和狭管基台连成一体以提高整体抗震能力；环形圈座20设置在圆拱形防护柱10顶部交会处，可有利于中心限位轴筒21定位安装；压盖39设置在环形圈座20上。从而形成一套完整的壮筋骨抗震构件装置。

其中，智能控制***采用DCS智能控制***，由多组传感器和PLC合力控制配合，以达到对***的精准、及时、实时各类数据的采集和传输。

其中，附件有避雷装置9、航标灯50、螺钉、铆钉38及粘胶。避雷装置9设置在压盖39上部居中位置；航标灯50设置在压盖39环向位置；压盖39设置在环形圈座20上；螺钉设置在压盖39及连接法兰、后置法兰25、前置法兰49上；铆钉38设置在圆顶礼帽龙骨34与外弧面蒙皮35、内弧面蒙皮33的固定位置上；粘胶设置在圆顶礼帽龙骨34与外弧面蒙皮35、内弧面蒙皮33结合处。

将上述组合好的圆顶礼帽式聚风装置、规避***偏转闭合装置、多级逐扩空气涡轮发电机装置、狭管式工质增速装置、壮筋骨抗震构件装置，按先后顺序就位安装，并将智能控制***和附件部分按各自位置定位安装后，形成一套完整的一种自启动式狭管聚风风力发电***。

所述的圆顶礼帽本体11特征为：圆顶礼帽本体11居中外弧面设置有直径500-5000毫米的中心限位轴筒21，并在中心限位轴筒21环向设置有凸圈。在圆顶礼帽本体11环向迎风面设置聚风口51，聚风口51根据需要开一个2-150米直径不等的孔；或在正下方开4-146米直径的聚风出口，向下延伸时设置有筒圈，而筒圈直径与正下方开口尺寸相当。同时在开孔处安装有防护栅7。

所述的圆顶礼帽本体11采用大规格单组应用，也可以采用中、小规格多组间隔相应一段间距设2-5组联合应用。无论采用几组方式，最后均需对接在同一个狭管式工质增速装置组件上。

所述的圆顶礼帽本体11可采用圆形、蛋形、椭圆形、异形，当然选用其他固相结构形态的圆顶礼帽本体11也是合理的选择。

所述的狭管本体2其特征是大敞口2-144米朝上成L形设置，往下逐步狭窄，最小缩口处为0.3-18米。在缩口平直段狭管本体2内增设有螺旋形或者平直型引导板，有利创造人类***工质流或消除涡流、乱流。

所述的发电机26采用市售的同步发电机、异步发电机、永磁直驱发电机、永磁直流发电机或其他与之相配的新型发电机。不管采用任何一种发电机26，使用时，可采用大功率的单***立使用，也可以采用中、小功率多台组合使用。

所述的支撑柱3采用钢筋混凝土，或采用钢板弯制成管筒状体。由多个管筒状体叠压，再焊接成支撑柱3。采用钢筋混凝土时，可制成实心体，也可根据抗风、抗震强度制成空心体。无论采用何种材料制作支撑柱3，都必须在支撑柱3与相邻的支撑柱3之间采用环形圈梁4固定连接，以提高整体牢度及抗风、抗震等级。

本发明一种自启动式狭管聚风风力发电***具有多项卓越的核心技术和优异的性价优势，具体如下：

一、            圆顶礼帽式聚风技术，杰出的聚风能力，是狭管式风力发电的不二选择。

    采用合金材料作为主筋，同时耦合新型复合材料作为圆顶礼帽的内、外蒙皮。主材料以球状体正面开口和下部敞口的特殊造型制作，而球状体更具有物体承压能力强、工质流动阻力系数小、聚风导流及时、不易产生乱流和涡流现象、可调控范围广等特性。圆顶礼帽聚风口根据伯努利定律完全可以把正面及周围漫散游离的风能收入口中，提高聚风能力是原聚风口的100%以上。同时具有重量轻，抗风能力强，使用寿命长，运输安全方便，所需材料易购，制造容易，免维护等重大优点。

二、            规避***偏转闭合技术，使风力发电自我保护意识有了实质性的提升。

    众所周知，现有风力发电无论是水平轴还是垂直轴风力机，在规避突然袭来的风暴、台风时，很难作出快速反应，叶片断裂，主机扭不动更是家常便饭。因此几年下来损坏严重，维修也难，令投资者叫苦不迭。而本发明核心之一的规避***偏转闭合技术，采用遇***、台风时主动应对办法，自动扭头至最安全位置，实施规避凶险，同时启动泄风启闭门进行闭合封堵，打出一组上扭头偏转、下闭合关门的组合拳。解决了传统风力发电难以完成的高难度动作，大大提高了整个风电***的安全性，也为未来狭管风力发电在安全领域作出了典范。

三、            多级逐扩空气涡轮发动机技术，使更多风能转换成机械能，也就有更多的机械能可以转换成电能。

    试想一下，圆顶礼帽聚风口按正常聚风，采用30米直径圆孔，四级风速，而空气涡轮发动机第一级直径5米，第二级5.5米，第三级6米的规格尺寸来承受进口四级风的状况。根据风速提高一倍，风能提高到8倍的理论为计算依据，那么从聚风口到涡轮发动机第一级的倍率是36倍。经科学计算，风速将由原来的6-7米/秒提高至70-80米/秒以上，第一级转换40%的能量，第二级又转换22%能量，第三级又转换13%能量，剩余排除时还剩余20%左右能量，在此种状况下不难看出其巨大的发电能力及其尾流利用价值。本发明关键核心技术之一的多级逐扩空气涡轮发动机，虽然每级能量转换都不可能超过贝茨理论极限值的59.3%，但是采用多级技术使得总能量转换可超过70%。采用优异的复合材料精心制作，其特殊的龟背式叶片造型和根据航空动力研究制成的旋风形规整板，极大地提升了专职空气涡轮发动机的核心价值观，充分体现了其耐冲击强度高、耐摩擦、抗拉损、多级串联、逐级扩大、转动灵活、拽力凸显、工作效率高等“前无古人”的创举之处，彻底解决了未来狭管风力发电无专职发动机的“后顾之忧”。为“后来者”提供了一款极具参考价值的“样品”，同时填补了国内外空白。

四、            壮筋骨抗震构件一体技术，彻底解决传统风电机“单打独斗”的架构。

    无论是行业专业人员，还是社会科技技术人员都知道，现有水平轴风力机和垂直轴风力机无法具备空中采风，地面发电的能力，就算是垂直轴似乎是此类型，但往往也是功率小，阻力大，传输距离长而“长不大”。更无法避免***，台风，地震等自然灾害。本发明核心技术之一的壮筋骨抗震构件一体化技术，采用科学合理的圆形外观设计，无论是主撑柱、环形圈梁到圆拱形防护柱、环形圈座、机械房，严密组合，精心施工，浑然一体。采用钢筋混凝土、钢架结构或新型复合材料作为***整体用材，具有易采购、易运输、易施工、免维护、使用寿命长达50年等显著优点。极大地消除了自然灾害可能会带来的不必要经济损失，抗震可达八级以上。提升了投资者信心和投资回报率，为充分发挥空中自由采风，地面稳态发电打下了坚固基础。

五、            狭管式工质增速技术，开创新颖风力发电新模式。

    根据风速低于0.3马赫时空气近似不可压缩的原理，本发明又一核心技术：狭管式工质增速技术是继圆顶礼帽聚风装置后的又一重大技术，也是一种技术的两个方面。采用优异的圆顶礼帽式聚风装置耦合逐缩式狭管工质增速装置优优组合，并在上、下内腔中设置有轮式防吸瘪装置和采用复合材料作为狭管内饰，不但提高了腔内安全等级，也提高了内腔光洁度。同时，通过狭管内置螺旋形引导板，迫使乱流、涡流工质流进行螺旋状固相结构规范，形成***工质流态势。高速前进的工质流在产生旋转的同时把窗外的游离散漫风能吮吸进旋流之中，填实了***风柱，加强旋转力同时又产生了强大的扭力，从而解决了在高倍工质流侵袭情况下，避免产生更多的乱流，涡流，影响涡轮发动机的能量转换效率。同时可利用进入涡轮发动机的风能来对涡轮发动机降温，带走热量，又可使涡轮发动机叶片制得更轻，更小。由于采用高倍率狭管增速技术，甚至在低风速情况下也能启动发电，也是现有风力机无法比拟的重大优点之处，必然会对整个大***起到事半功倍的卓越贡献。

六、            卓越的工作效率，优异的绿能创造能力，是一项具有极大投资价值的高质量项目。

    本发明不但具有上述众多的核心技术优势，而且具有卓越的性价比和可观的经济效益，在维护地球环境、改造高污染、高能耗发电行业、创建高效发电零排放新颖产业、保障人类社会可持续发展具有重大意义。

本发明与现有新能源电力***及传统火电***价格比

本发明与现有新能源电力***及传统火电***综合性能比

类型	综合性能比较
		火力发电	火力发电需要大量燃煤、燃油，造成环境污染；热效率低下，导致发电效率低；后期成本较高。
核电	投资成本大；发电热效率较低，热污染较严重；会产生高低阶放射性废料；不适宜做尖峰、离峰的随载运转；核电厂的反应器内有大量的放射性物质，如果在事故中释放到外界环境，会对生态及民众造成巨大危害 。
		水电	需筑坝移民等，基础建设投资大；建厂期间长；因设于天然河川或湖沼地带，易受风水的灾害，并且影响其他水利事业；电力输出易受天候旱雨的影响；对大坝以下水流侵蚀加剧，河流的变化及对动植物生长都带来影响；后期水中杂物清理工程大。
风电	实际发电效率低；造价昂贵；技术有待改进；维护不放便；运行时有噪声；占用大片土地；成本较高。
		太阳能光伏发电（单晶硅）	前期硅棒提炼及硅片制作能耗及污染大；发电效率受气候及峰值功率温度系数影响，并随着使用年限的增长，光电转换率逐年下降；选址要求较高，需常年有日照的地区，发电力很小，很难稳定性的大规模持续供电。
太阳能塔式发电	项目前期投入高；发电效率低，而且受气候影响，电力供应不稳定；需占用大量土地资源；技术不成熟，现有太阳能塔式发电项目也仅是实验项目。
		太阳能槽式热发电	导热油传热工质的使用限制了运行温度只能达到400 °C，只停留在中温阶段；汽轮机发电效率低；发电量不稳定；占用土地面积大。
太阳能塔热气流发电***	项目造价高；发电效率低，电力不能持续供应；集热棚采用塑料、玻璃或PC材质制成，集热效果差，抗冻、抗风暴、抗冰雹能力差，一般使用3-5年就需更换；运营成本高。
		本发明	增进低速风能应用，极大的提高了***的输出功率，投资回报率高；叶片与风力发电机组分隔安装，安装简易，维护方便、抗自然灾害性能强；应用面宽，可应用于近海、远海风力***建设及山顶、陆地风电场安装，同时，本发明还可与建筑物匹配应用。

由此表可知：相较于传统新能源电力***，本发明具有高效稳定电力输出、运营成本低、占地面积少，可用电口大规模布场等综合性竞争优势。特别是对于传统风力发电技术，本发明有着跨越性的技术改革，大大增进了风能的有效利用，使中国风力发电技术实现跨越式的发展。

Claims (7)

1.一种自启动式狭管聚风风力发电***，其特征在于：由圆顶礼帽式聚风装置组件、规避***偏转闭合装置组件、多级逐扩空气涡轮发电机装置组件、狭管式工质增速装置组件、壮筋骨抗震构件装置组件、智能控制人机一体组件及附件组成；

所述的圆顶礼帽式聚风装置组件由圆顶礼帽龙骨、外弧面蒙皮、内弧面蒙皮、圆环形环筒、中心限位轴筒、轮式护环B 、刹车环、环形摩擦圈、防护栅、支撑筋、齿环、聚风口和填料组成；圆顶礼帽龙骨设置成上圆下敞口的圆形球状体；外弧面蒙皮设置在圆顶礼帽龙骨外侧；内弧面蒙皮设置在圆顶礼帽龙骨内侧；填料填充在外弧面蒙皮和内弧面蒙皮之间，以辅助增强抗风强度，提高圆顶礼帽的整件防护等级，由此形成一个圆顶礼帽本体；轮式护环B 设置在圆顶礼帽本体内，以提高抗压强度，防吸瘪；圆环形环筒铆接在圆顶礼帽龙骨下方敞开处；环形摩擦圈设置在圆环形环筒周向一侧下部；刹车环设置在圆环形环筒周向一侧上部；而齿环设置在环形摩擦圈与刹车环中间并固定在圆环形环筒上；聚风口设置在圆顶礼帽本体一侧；在聚风口上设置有防护栅和支撑筋；圆顶礼帽本体上部居中设置有中心限位轴筒，使圆顶礼帽本体工作时能始终居中；

所述的规避***偏转闭合装置组件由变速箱、刹车基台、刹车元件、液压制动装置、液压制动装置基台、泄风启闭门、传动齿轮和滚针轴承B 组成；变速箱、刹车基台设置在环形平台上；刹车基台上设置有刹车元件；变速箱向心一侧设置有传动齿轮，有利于与齿环紧密咬合；液压制动装置设置在液压制动装置基台上；而液压制动装置基台设置在地面上；泄风启闭门设置在泄风通道的出风口，在需要时随时关闭和开启；滚针轴承B 设置在管筒圈壁向心一侧壁面上；

所述的多级逐扩空气涡轮发电机装置组件由发电机、电器控制箱、多级逐扩涡轮发动机主体台、导风规整板A 、导风规整板B、导风规整板C 、固定环A、固定环B、固定环C、向心环A、向心环B、向心环C、递级动力轴、轴承A、轴承B、龟背形叶片A 、龟背形叶片B、龟背形叶片C 、连接法兰、壳体、泄风通道、动力输出齿轮、主体台基柱、支撑件A、支撑件B、前置法兰和后置法兰组成；发电机设置固定在机械房靠墙一侧；多级逐扩涡轮发动机主体台设置在主体台基柱上；而主体台基柱设置在地基上，和地基融为一体，提高安全性、抗震性；固定环A、向心环A之间设置有导风规整板A ；固定环B、向心环B之间设置有导风规整板B ；固定环C、向心环C之间设置有导风规整板C ；固定环A、固定环B、固定环C设置在壳体内壁周向壁面上；递级动力轴穿过向心环A、向心环B、向心环C设置在支撑件A与支撑件B上；支撑件A设置在导风规整板A 与龟背形叶片A 之间；而支撑件B则设置在后置法兰和泄风通道之间；轴承A、轴承B则设置在递级动力轴的前端和后端，并固定在支撑件A和支撑件B向心位置上；龟背形叶片A 、龟背形叶片B 、龟背形叶片C 则按逐级扩大原则设置在递级动力轴上，成环向均衡逐段布置并固定；连接法兰设置在逐段扩大的壳体两端，有利于螺钉连接；泄风通道前端设置在后置法兰上；而后置法兰则与泄风启闭门框固定连接；递级动力轴动力输出端设置有动力输出齿轮带动发电机发电，将机械能转换成电能输出；

所述的狭管式工质增速装置组件由狭管本体、狭管基台、环形平台、安全墙、轮式护环A 、滚针轴承A 、管筒壁体、螺旋形引导板、吮吸窗和狭管内饰组成；狭管本体设置在狭管基台上，并分段与环形圈梁连接加固；而狭管基台则设置在地基上，增强整体的稳定性和抗震性；管筒壁体设置在狭管本体的上部，有利于和圆环形环筒活动对接；管筒壁体周向设置有滚针轴承A ；轮式护环A 设置在狭管本体内，增强整体抗压强度；吮吸窗设置在狭管本体适当位置，有利于当管内流速加快时顺利从窗外吮吸增补空气流；螺旋形引导板设置在狭管环向内壁，通过固相结构强迫工质流形成旋转状，形成***；狭管内饰设置在狭管内壁面上，有利于提高光洁度，消除乱流、涡流；环形平台设置在狭管本体上端，有利于安装及设置各类器材；安全墙则设置在环形平台外侧周向，从而形成一套完整的狭管式工质增速装置；

所述的壮筋骨抗震构件装置组件由主撑柱、环形圈梁、圆拱形防护柱、机械房、压盖、环形圈座组成；主撑柱一端设置在地基上，另一端与环形平台牢固连接；主撑柱分段间隔设置有环形圈梁，将多根主撑柱连成一体，加强抗震性；圆拱形防护柱设置在圆顶礼帽环向外侧，并与环形平台连接固定；机械房设置在地面上，机械房和狭管基台连成一体以提高整体抗震能力；环形圈座设置在圆拱形防护柱顶部交会处，有利于中心限位轴筒定位安装；压盖设置在环形圈座上；  

所述的智能控制***采用DCS智能控制***，由多组传感器和PLC合力控制配合，以达到对***的精准、及时、实时各类数据的采集和传输；

所述的附件有避雷装置、航标灯、螺钉、铆钉及粘胶；避雷装置设置在压盖上部居中位置；航标灯设置在压盖环向位置；压盖设置在环形圈座上；螺钉设置在压盖及连接法兰、后置法兰、前置法兰上；铆钉设置在圆顶礼帽龙骨与外弧面蒙皮、内弧面蒙皮的固定位置上；粘胶设置在圆顶礼帽龙骨与外弧面蒙皮、内弧面蒙皮结合处；

将上述组合好的圆顶礼帽式聚风装置、规避***偏转闭合装置、多级逐扩空气涡轮发电机装置、狭管式工质增速装置、壮筋骨抗震构件装置，按先后顺序就位安装，并将智能控制***和附件部分按各自位置定位安装后，形成一套完整的一种自启动式狭管聚风风力发电***。

2.根据权利要求1所述的一种自启动式狭管聚风风力发电***，其特征在于：所述的圆顶礼帽本体居中外弧面设置有直径500-5000毫米的中心限位轴筒，并在中心限位轴筒环向设置有凸圈，在圆顶礼帽本体环向迎风面设置聚风口，聚风口开一个2-150米直径的孔；或在正下方开4-146米直径的聚风出口，向下延伸时设置有筒圈，而筒圈直径与正下方开口尺寸相当，同时在开孔处安装有防护栅。

3.根据权利要求1所述的一种自启动式狭管聚风风力发电***，其特征在于：所述的圆顶礼帽本体采用大规格单组应用，或采用中、小规格多组间隔相应一段间距设2-5组联合应用；无论采用几组方式，最后均需对接在同一个狭管式工质增速装置组件上。

4.根据权利要求1所述的一种自启动式狭管聚风风力发电***，其特征在于：所述的圆顶礼帽本体采用圆形、蛋形、椭圆形或异形。

5.根据权利要求1所述的一种自启动式狭管聚风风力发电***，其特征在于：所述的狭管本体是大敞口2-144米朝上成L形设置，往下逐步狭窄，最小缩口处为0.3-18米，在缩口平直段狭管本体内增设有螺旋形或者平直型引导板。

6.根据权利要求1所述的一种自启动式狭管聚风风力发电***，其特征在于：所述的发电机采用同步发电机、异步发电机、永磁直驱发电机、永磁直流发电机或其他与之相配的发电机，采用大功率的单***立使用，或采用中、小功率多台组合使用。

7.根据权利要求1所述的一种自启动式狭管聚风风力发电***，其特征在于：所述的支撑柱采用钢筋混凝土，或采用钢板弯制成管筒状体；由多个管筒状体叠压，再焊接成支撑柱；采用钢筋混凝土时，制成实心体，或根据抗风、抗震强度制成空心体；在支撑柱与相邻的支撑柱之间采用环形圈梁固定连接。

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