[发明专利]耦合式聚风发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电系统。具体说，是具有对气体进行聚集、收储、增速、转换功能的大功率耦合式风力发电系统。

背景技术

众所周知，为减少对自然资源的过度开发、利用，目前世界各国都比较重视利用风力来进行发电。传统风力发电系统的发电机都是利用空气在大尺度范围内不同地点之间压强差形成的势能引起的宏观流动进行发电，这种方式对于风能的应用几乎已经达到极限，而对于空气本身所携带的静压力势能则无法被利用。为了提升这类风力发电机的功率，就只能一味增加扫风面积，结果是必须配备巨大的风叶，从而导致风力发电机的体形巨大。目前最大的风力发电机的单机功率不超过7兆瓦，但其直径已经超过120米，不仅制造、安装、维护起来比较麻烦，而且制造成本较高。另外如在1平方公里的土地上布场建站，风塔竖直高度120米范围内以平均风速7米每秒的风来说，携带的动能约有20兆瓦，按照通常布局，在这样的面积内也就能布置9-12台兆瓦级水平轴风力发电机，且单机的风能利用率不到5%，在7米每秒的风速下每台机的发电功率不会超过1兆瓦，在这个范围内由于风机对风的影响，总发电量不会超过9兆瓦，对风的动能利用率较小。

为解决以上问题，中国201210282851.0号专利公开了一种自启动式狭管聚风风力发电系统，该系统利用一端到另一端口径由大逐渐变小的管道来进行聚风，将自然风的风速提高了10倍以上后送给风力发电机，充分利用空气中蕴含的巨大静压力势能，使得与相同进风口面积的传统风力发电机相比，风的动能提高到100倍，相当于将单机的风能利用率提高到了500%。但这种风力发电系统仍存在以下问题：一是为保证进风口与风向的一致，聚风管道的进风口到风力发电机的进风口之间需要设置多个弯头，使得风能经多次转向后损耗较大，难以对其充分利用；二是为了适应聚风管道出口较小的需要，风力发电机的叶片也较小，而叶片一小，其力臂就短，并且往往在管道中心风速虽然最高，却由于力臂极短而无法产生力矩，因此，这种发电系统的力矩仍旧较小，中心处的风几乎不产生作用，在管道横截面内能够利用的风的动能不足50%；三是由于上述风力发电系统所用聚风管道自进风口一端到出风口一端由大到小逐渐变小，体积大、重量较重、不仅不易制造、不易运输、不易施工，而且设置时呈上大下小的状态，结构稳定性较低；四是由风能转化的机械能，需要经过多级传动轴、变速箱才能传递到发电机，而且需要设置降温设备，不但增加了设备成本，而且运行降温设备还需额外支付电力费用。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种耦合式聚风发电系统，采用这种发电系统，能够提高风能的利用率，结构稳定性高，而且不需额外设置降温设备，可降低成本。

为解决上述问题，采取以下方案：

本发明的耦合式聚风发电系统包括集风筒和基座，集风筒的内径大于基座上端的外径，集风筒呈竖向罩于基座上方，且集风筒与基座间呈同心固定配合。所述集风筒上端有集风头，该集风头为弯头，其两端的轴向中心线相垂直，其一端与集风筒上端间呈可旋转状活动配合。其特点是所述集风筒内基座上端面的中心位置处有支撑轴，该支撑轴上套有轮毂，轮毂的外表面沿周向均布有涡轮叶片，轮毂与支撑轴间呈可转动状配合。所述轮毂内侧固定有发电机转子，在轮毂内的那段支撑轴或基座外壁上固定有发电机定子，发电机转子和发电机定子的位置对应，且发电机转子的内径大于发电机定子的外径。所述集风筒内在轮毂的上方设置有导风罩，该导风罩为圆锥形，其下端与所述支撑轴的顶端间呈固定连接，且导风罩下端的外径与所述轮毂的外径相等。

本发明的进一步改进方案是所述轮毂的四周外表面轴向有不少于两组涡轮叶片，每组涡轮叶片均沿轮毂外表面周向均匀布置，且涡轮叶片的倾斜方向均相同。相邻的两组涡轮叶片之间对应的集风筒内壁上固定有沿周向均布的第一导流板，第一导流板的倾斜方向与涡轮叶片的倾斜方向相反。即在轮毂的外表面自上而下采用多级涡轮叶片串联，并在相邻的上下级涡轮叶片之间设置第一导流板来调整气流方向，使得气流与多级涡轮叶片撞击后才能排出，从而对风能进行充分的利用。

本发明的进一步改进方案是所述导风罩的底部连接有短直筒，短直筒的外壁上沿周向均布有第二导流板。这样，可以在气流冲击涡轮叶片前，利用第二导流板对其进行规整，避免乱流和涡流的出现，使气流沿着第二导流板的表面冲击涡轮叶片，从而减少风能的损耗。