CN206487590U - 一种无桨风力发电设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无桨风力发电设备，所述设备包括集风面罩、支杆、转向开关、水力发电机和水槽。所述集风面罩安装在竖直的支杆顶部，可以支杆为转轴旋转，支杆竖直状态时，集风面罩迎风设置；所述支杆的中部通过铰链安装在一支座上，可以所述支座为支点在横向方向上俯仰转动；所述水槽呈“凹”型，包括左右两个水箱和从底部连接两个水箱的导流管，所述导流管内设有活塞，活塞两侧分别设有水力发电机的涡轮，所述活塞与支杆底部连接，支杆转动时可带动活塞在导流管内移动。本实用新型提出的无桨风力发电设备占地面积小，结构简易，安装操作方便，制造成本低，易于实现，且风能利用率高，非常适合广泛推广和应用。

Description

一种无桨风力发电设备

技术领域

本实用新型涉及新能源技术领域，具体涉及一种无桨风力发电设备。

背景技术

能源与环境是人类赖以生存和发展的基础，随着传统能源的日益枯竭和环境污染问题的日益严重，开发可再生能源成为国内乃至世界可持续发展能源基本战略的重要组成部分。以风能为动力驱动的风力发电设备，利用风力吹动桨叶转动，然后在转换成便于使用的电能，是目前利用风能发电的主要方式。但是目前现有的装置存在结构复杂，设备投资成本高，维护困难等缺点，严重阻碍着该项技术的发展与推广。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种造价低、易于维护的无桨风力发电设备，其技术方案为：

一种无桨风力发电设备，其特征在于，包括集风面罩、支杆、压力转向开关、水力发电机和水槽：

所述集风面罩安装在竖直的支杆顶部，可以支杆为转轴旋转，支杆竖直状态时，集风面罩纵向摆放，迎风设置；

所述支杆的中部通过铰链安装在一支座上，支杆可以所述支座为支点在横向方向上俯仰转动；

所述水槽呈“凹”型，包括左右两个水箱和从底部连接两个水箱的导流管，所述导流管内设有可在导流管内左右移动的活塞，在活塞两侧分别设有一水力发电机的涡轮，所述活塞与支杆底部连接，支杆转动时可带动活塞在导流管内移动；

所述转向开关包括机械开关和直接或间接地测量支杆转动角度的传感器，传感器与所述机械开关连接，所述机械开关设有可约束集风面罩保持或恢复迎风状态的阻挡件和驱动所述阻挡件动作的驱动机构。

在上述方案的基础上，进一步改进或优选的方案还包括：

所述传感器为电子压力传感器,安装在所述支座上，用于测量支杆后仰时对其施加的挤压力。

所述支座设置在支杆中间偏下的位置，使驱动支杆转动的力矩变大。

所述阻挡件的一端通过转轴安装在支杆上，当阻挡件释放对集风面罩的约束时，与支杆保持平行；阻挡件控制集风面罩转到迎风状态或阻挡集风面罩转到顺风状态时，阻挡件转动，使其另一端移到集风面罩的非中轴位置。

所述压力转向开关设有在集风面罩相对支杆转动后，驱动集风面罩恢复初始迎风状态的复位弹簧，以辅助电子开关。

所述导流管内设有左右两个活塞，两活塞之间通过横向的连杆连接，连杆中部设有一竖直固定在连杆上的U型杆，所述导流管的上部设有导向槽开口， U型杆上部从所述导向槽开口中穿过，支杆底部设有沿水平纵向设置的轴销，所述轴销卡在所述U型杆的槽口中，在支杆的带动下推动U型杆在导向槽开口中横向移动。

所述导向槽开口的口沿通过隔膜与两活塞的上端密封连接，两活塞的下端同样通过隔膜密封连接，所述隔膜由柔性材料或弹性材料制成，留有容活塞移动的拉伸余量。或者，在所述导向槽开口内设置由柔性材料或弹性材料制成的密封口袋，所述密封口袋的开口与导向槽开口的口沿密封连接，防止水体渗出，两活塞及连杆设置在所述密封口袋内，且密封口袋留有容活塞移动的拉伸余量。

如上所述无桨风力发电设备的控制方法，包括：

利用风力和迎风的集风面罩促使支杆后仰，通过支杆后仰带动活塞向一侧水箱方向移动，推动水流，使水力发电机涡轮叶片转动，此过程中，两侧水箱压差变大；

对传感器设置合适的阈值，通过传感器控制所述机械开关的启闭，使支杆后仰到预设程度时，所述阻挡件动作，释放对集风面罩的转动限制，使集风面罩在风力作用下，由迎风状态转动到顺风状态，降低作用在集风面罩上的风压，利用两水箱的压差推动活塞带动支杆复位，逆向推动水流，使水力发电机涡轮叶片再次转动，支杆复位过程中，机械开关启闭状态改变时，所述阻挡件动作，控制集风面罩转动到迎风状态。

有益效果：

本实用新型提出的无桨风力发电设备占地面积小，结构简易，安装操作方便，制造成本低，易于实现，且风能利用率高，非常适合广泛推广和应用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为压力转向开关的工作原理示意图；

图3为活塞与导流管的结构示意图。

具体实施方式

为了进一步阐明本实用新型的技术方案和技术原理，下面接合附图与具体实施例对本实用新型作进一步的介绍。

如图1、图2所示的一种无桨风力发电设备，包括集风面罩1、支杆2、压力转向开关3、水力涡轮发电机5和水槽6等组成部分。

所述集风面罩1呈锅盖状，由复合材料制成圆形或椭圆形的外支撑环，支撑环内部由不透风轻质材料覆盖，安装在竖直的支杆2顶部，可以支杆2为转轴旋转，支杆2竖直状态时，集风面罩1纵向设置，即迎风状态。

支杆2初始时竖直设置在水槽6的中间位置，所述支杆2中间偏下的部分通过铰链安装在一支座上，可以所述支座为支点在横向方向上俯仰转动。当风力大时，可将支座设置在支杆2中间偏上的位置，提升控制支杆2复位力量的力矩。

所述水槽6呈“凹”型，包括左右两个水箱和从底部连接两个水箱的导流管，所述导流管内设有可在导流管内左右移动的活塞4，在活塞4两侧分别设有一水力涡轮发电机5，所述活塞4与支杆2底部连接，支杆2后仰转动时带动活塞4在导流管内移动。

所述转向开关3由传感器7、机械开关8和复位弹簧9组成。本实施例中，所述传感器7采用电子压力传感器，所述电子压力传感器安装在所述支座上，测量支杆2后仰时对其施加的挤压力，从而间接测得支杆2转过的角度，所述传感器7也可采用其它可直接或间接测得支杆转角的传感器。所述传感器7与所述机械开关8连接，向机械开关8发送控制信号，控制机械开关的启闭。所述机械开关8设有可约束集风面罩1保持或恢复迎风状态的阻挡件和驱动所述阻挡件动作的驱动机构。

所述阻挡件的一端通过转轴安装在支杆2上，当阻挡件释放对集风面罩1的约束时，与支杆2保持平行；阻挡件控制集风面罩1转到迎风状态或阻挡集风面罩1转到顺风状态时，阻挡件转动，使其另一端移到集风面罩1的非中轴位置，迫使集风面罩转成纵向。

所述阻挡件数量和转动方向的设置与集风面罩1的旋转方向有关，阻挡件设置在集风面罩1的背风面，为了减少阻挡件的设置数量，可在支杆2上集风面罩1的一侧设置固定的挡块，使集风面罩1从迎风状态到顺风状态只能朝设置了所述阻挡件的一侧转动。

所述导流管内设有左右两个活塞4，两活塞4之间通过横向的连杆连接，连杆中部设有一竖直固定在连杆上的U型杆9，所述导流管的上部设有导向槽开口， U型杆9上部从所述导向槽开口中穿过，支杆2底部设有沿水平纵向设置的轴销11，所述轴销11卡在所述U型杆的槽口中，在支杆2的带动下推动U型杆9在导向槽开口中横向移动。支杆2转动过程中，其底端带动轴销11呈弧线摆动，U型杆9竖向设置的槽口，使轴销11在上下方向上有活动空间。

因导流管上设有开口，为防止水流从导向槽开口中渗出，可使活塞4与导流管过盈配合或设置移动盖板的密封方式。但为了减小活塞4移动时的摩擦阻力，并简化结构，所述活塞4可悬置在导流管中，设为与导流管间隙配合，导流管的密封方式具体可采用以下方案中的任一种：

（一）所述导向槽开口的口沿通过隔膜10与两活塞4的上端密封连接，两活塞4的下端同样通过隔膜10密封连接，所述隔膜由柔性材料或弹性材料制成，如橡胶或塑料等，且如上所述的两处隔膜10均留有容活塞4移动的拉伸余量，如图3所示，图中阴影部分为可连通的水体；

(二)所述导向槽开口内设有由柔性材料或弹性材料制成的密封口袋，所述密封口袋的开口与导向槽开口的口沿密封连接，防止水体渗出，两活塞4及连杆设置在所述密封口袋内，在密封口袋的袋腔中移动，密封口袋留有容活塞移动的拉伸余量。

实施例1（高频模式）：

当风力较小时，吹动集风面罩1的力度较小，不能够产生足够的力量让其产生大幅度的摇摆，而需要增加摇摆的频率，才能获取足够的电量，则可给电子压力传感器设定一个较小的压力阈值，这样可以使支杆2在一个摇摆周期内倾斜的更少，时间更短。

迎面吹来，集风面罩1在风力作用下向后仰，支杆2随之倾斜，带动活塞4向左推动。随着活塞4的推动，导流管里的水也会从右侧水箱流向左侧水箱，使得左右水箱的水平面不一致。由于水流作用，推动水力涡轮发电机5的叶片，发电机开始工作。随着支杆2倾斜角度的增大，位于支杆2底部的电子压力传感器所受的挤压力也随之增大。当超过所述阈值时，机械开关8关闭，阻挡件由A位置摆动到B位置，如图2所示（图中集风面罩1为迎风状态）。由于风力原因使得集风面罩1开始旋转，直到与风向平行，即顺风状态，此时复位弹簧9受力绷紧。由于集风面罩1受风力作用力达到最小，在左右水箱形成了巨大的水压差作用下，导流管的水开始逆向流动，推动活塞4往右运动，此时的涡轮水力发电机5同样会旋转工作，另外，支杆2也会随之恢复到垂直状态，电子压力传感器检测到受力低于预设值，即支杆2复位到预设程度时，控制机械开关8打开，在这个时候，由于复位弹簧9的作用加上阻挡件从B状态转为A状态，集风面罩1再次恢复到迎风状态。

重复上述过程，可实现支杆2一次摆动，两次发电的效果，更加高效的利用了风力。

实施例2（低频模式）：

当风力较大时，吹动集风面罩1的力度也随之增大，能够产生足够的力量让其产生大幅度的摇摆，这时只需要低频率的摇摆，就能获取足够的电量，则可给电子压力传感器7设定一个较大的压力阈值，这样可以使支杆2一个摇摆周期内倾斜的更多，左右水箱的压差也越大。

迎面吹来，集风面罩1在风力作用下向后仰，支杆2随之倾斜，带动活塞4向左侧推动。随着活塞4的推动，导流管里的水也会从右侧水箱流向左侧水箱，使得左右水箱的水平面不一致。由于水流作用，推动涡轮水力发电机5的叶片，发电机开始工作。随着支杆2倾斜角度的增大，所述电子压力传感器7所受的挤压力也随之增大。当超过所述阈值时，机械开关8打开，阻挡件由A位置摆动到B位置。由于风力原因使得集风面罩1开始旋转，直到与风向平行，复位弹簧受力绷紧。由于集风面罩1在顺风状态受风力作用最小，在左右水箱形成了巨大水压差的作用下，导流管的水开始逆向流动，推动活塞4往回运动，此时的水力发电机涡轮5同样会旋转工作，支杆2随之恢复到竖直状态，电子压力传感器检测到支杆2复位时，控制机械开关8关闭，在这个时候，由于复位弹簧的作用加上阻挡件由B状态转为A状态，集风面罩1再次恢复到与风向垂直状态。

该设备能够极大地提高风能的利用率，使风能利用率达到90%以上，是三叶桨式风力发电机的近15倍。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种无桨风力发电设备，其特征在于，包括集风面罩（1）、支杆（2）、转向开关（3）、水力发电机和水槽（6）：

所述集风面罩（1）安装在竖直的支杆（2）顶部，可以支杆（2）为转轴旋转，支杆（2）竖直状态时，集风面罩（1）纵向摆放，迎风设置；

所述支杆（2）的中部通过铰链安装在一支座上，支杆（2）可以所述支座为支点在横向方向上俯仰转动；

所述水槽（6)呈“凹”型，包括左右两个水箱和从底部连接两个水箱的导流管，所述导流管内设有可在导流管内左右移动的活塞（4），在活塞（4）两侧分别设有一水力发电机的涡轮（5），所述活塞（4）与支杆（2）底部连接，支杆（2）转动时可带动活塞（4）在导流管内移动；

所述转向开关（3）包括机械开关（8）和直接或间接测量支杆（2）转动角度的传感器（7），所述传感器（7）与机械开关（8）连接，所述机械开关（8）设有可约束集风面罩（1）保持或恢复迎风状态的阻挡件和驱动所述阻挡件动作的驱动机构。

2.根据权利要求1所述的一种无桨风力发电设备，其特征在于，所述传感器（7）为电子压力传感器，安装在所述支座上，用于测量支杆（2）后仰时对其施加的挤压力。

3.根据权利要求1所述的一种无桨风力发电设备，其特征在于，所述支座设置在支杆（2）中间偏下的位置。

4.根据权利要求1所述的一种无桨风力发电设备，其特征在于，所述阻挡件的一端通过转轴安装在支杆（2）上，当阻挡件释放对集风面罩（1）的约束时，与支杆（2）保持平行；阻挡件控制集风面罩（1）转到迎风状态或阻挡集风面罩（1）转到顺风状态时，阻挡件转动，使其另一端移到集风面罩（1）的非中轴位置。

5.根据权利要求1所述的一种无桨风力发电设备，其特征在于，所述转向开关（3）设有在集风面罩（1）相对支杆（2）转动后，驱动集风面罩（1）恢复初始迎风状态的复位弹簧。

6.根据权利要求1所述的一种无桨风力发电设备，其特征在于，所述导流管内设有左右两个活塞（4），两活塞（4）之间通过横向的连杆连接，连杆中部设有一竖直固定在连杆上的U型杆（9），所述导流管的上部设有导向槽开口， U型杆（9）上部从所述导向槽开口中穿过，支杆（2）底部设有沿水平纵向设置的轴销（11），所述轴销（11）卡在所述U型杆的槽口中，在支杆（2）的带动下推动U型杆（9）在导向槽开口中横向移动。

7.根据权利要求6所述的一种无桨风力发电设备，其特征在于，所述导向槽开口的口沿通过隔膜（10）与两活塞（4）的上端密封连接，两活塞（4）的下端同样通过隔膜（10）密封连接，所述隔膜（10）由柔性材料或弹性材料制成，留有容活塞（4）移动的拉伸余量。

8.根据权利要求6所述的一种无桨风力发电设备，其特征在于，所述导向槽开口内设有由柔性材料或弹性材料制成的密封口袋，所述密封口袋的开口与导向槽开口的口沿密封连接，防止水体渗出，两活塞（4）及连杆设置在所述密封口袋内，且密封口袋留有容活塞移动的拉伸余量。