[发明专利]自主可持续风力机组、网状多叶转子、蓄能器和能量转换器及其应用

摘要

一种水平轴风力机，带有转子和调节动力及风推力的弹簧，转子由网格状焊接支撑的方形中空棒形成的径向网状桁架形成，方形中空棒的末端带有气动叶。斜拉支柱放置于基础平台上，经由埋设在保持物(诸如蓄热器和稳固于地面的支座、或者漂浮系统)内的另一个筒体内的筒体进行旋转。根据需求，基础平台上转子的周边结点和接收设备的滑轮之间的吊带式转子转矩传递带，在压力下通过蒸汽水管网使用蓄能器和热能分配在闭合线路中经由多片摩擦变换器直接使用或者产生加热的水蒸汽，或者经由吸热汽轮机将所述热能转换为机械能。所有型号皆相似，并且所需材料为传统材料。

主权项

1.自主可持续风力机组、网状多叶片转子、蓄能器和能量转换器及其应用，包括存储、权利要求和附图，如权利要求所述的“一个组合套”的“自主能量机组”，用作发电源、蓄能器、转换器、热能和动能蓄能器和分配器，由风力机在风场中连续组合而成，带有水平轴转子，转子由网格状焊接支撑的方形金属中空棒形成的径向网状桁架形成，在方形中空棒的两个末端段内支撑简易自调节双气动叶片等，气动叶进行特定偏心铰接以便叶片根据风速沿着带有最大表面的侧边方向以角度(a)趋向旋转，与此同时，位于每个叶片内的弹簧形变反作用力阻碍叶片旋转直至叶片达到风推力的标称分量、垂直分量和切向分量作用力前的平衡，以便能够预先确定风力机的作用力和功率。风力机由位于旋转基础平台上的支座或斜拉塔支撑，通过圆柱形枢轴的下面沿着便利风向进行自定向，所述圆柱形枢轴在埋设在基础内部的另一个圆柱形外壳管内部旋转；风力机包括接收设备，所述接收设备通过直接线性传递带从转子向滑轮、设备轴和变换器传递转矩，所述变换器在闭合线路中通过基础的蓄热器将动能转换为加热的水汽，所述基础同时用作陆地上的固定基础和海上的漂浮基础，并且在这两种情况中，用作固定蓄热器或者移动蓄热器，在陆地上为箱型或者在海上为船型，用于独立地或者持续地通过压力下的水蒸汽管网分配水汽的热能并且使用吸热汽轮机通过转换机械能为热量来分配热能，所述热能任何情况和地点都用于全球能源供应。漂浮基础平台能够锚定在海床上的任一固定点，通过风推力的正确方向进行自定向，以便所述漂浮基础平台能够在锚定高度上进行导航、位移和选址操纵，并且根据需求用作带有热荷载或淡化水的“水箱机组”等，用于沿岸热荷载或淡化水分配；因为所述“水箱机组”能够像常规船舶一样运转，所以“水箱机组”能够整个在造船厂或泊位进行建造。所述支座支撑风车水平轴，风车由带有径向网状桁架和焊接支撑的方形金属中空棒的转子组成，能够经受单个简易自调节双气动叶片末端的作用力等，所述气动叶进行上述偏心铰接。一方面，叶片上的空气偏心压力与它的速度的平方成正比(p＝0.06V²)；并且另一方面，偏心压力作用其上的叶片有效表面为沿着风向的垂直投影，在带有转子平面的叶片角度(a)增加的作用下垂直投影减小，并且叶片上产生的压力也因此而减小，所述压力与角度(a)的余弦平方成反比。角度(a)余弦和风速(V)之间的关系是恒定的，以便每个速度下，对应一个角度(a)，在叶片上施加一定偏心作用力；通过所述弹簧形变的对应作用力能够稳定叶片，从而导致每个状态下的平衡具有一个角度(a)和一个速率(V)，以便风的作用力(施加在所述支座上和转子转矩)等于对应弹簧的反作用力。另一方面，通过变换器圆片之间的压力能够控制所述作用力，从而确定项目中固定的标称功率和旋转。平衡的速度(V)和角度(a)等于并优于由叶片旋转挡块确定的标称风速(V)和角度(a)。因此，针对低于标称值的风速，通过提供的挡块确定叶片入射角(a)，并且产生的功率将会对应于所述公式W＝kR2V3，并低于所述标称值，其中k是取决于所述风力机设计的效率系数。通过摩擦和传递带反作用力从同一平面上的桁架周边系列结点向一条直线上的一系列滑轮传递产生的转矩，所述滑轮位于基础平台上，充当“原地”实际应用的各种机构发动机的轴，所述实际应用能够是机械的、电气的、液压的和气动的，其中多片摩擦热变换器和蒸汽发生器脱颖而出，所述蒸汽发生器使用对应的蓄热器在闭合线路中在低环境压力和高温下加热水，叶片上产生的压力减少，所述压力与角度(a)的余弦平方成反比。在水汽压力增加前，通过将一个“盘管”安装和插入到所述蓄能器内部的方式，使用吸热汽轮机经由水汽闭合线路进行在力学上提取积累的热能的下一个阶段，并且根据需求，在任何情况和地点，在压力下通过水蒸汽管网能够“原地”或远程进行分配用作持续供应。正如规定和描述的那样，分配用的“组合装置”的特征在于，因为它遵守必要特性和充足特性以成为本专利客体，诸如自主风力机组，为到达这一个目的进行计数，使用必要部件和充足部件，随后描述了所述必要部件和充足部件。A)支座，带有根据风向的竖直管状支柱和斜支撑，所述竖直管状支柱和斜支撑支撑风力机旋转平面上的推力，所述支座安装在支撑的旋转底座的平台上；如果所述支座通过牢固基础借助圆柱形枢轴设置于陆地上，使得它沿着便利风向进行旋转并且自行定向，所述圆柱形枢轴位于在具有或不具有木栓的情况下埋设于所述基础内的另一个筒体内；并且如果所述支座通过海床上单个锚具设置于漂浮平台上用作常规船，还使得它沿着便利风向进行自行定向；在这两种情况下，选择低压塔汽轮机，所述低压塔汽轮机的转子位于地面或水面较小高度上，由于支座的较低颠覆力矩产生较小作用力，所有机构的组装、搬运和维护更加容易，风险减小，并且安全性增加。简而言之，如果与常规风车相比，风力机组的转子高度较高，风速较低，那么通过转子半径的微小增加以及支座和基础的较低翻转力矩进行补偿。在这两种情况下，其余的作用力都与所需的标称功率成正比，在这种情况下，标称功率是所提供的控制系统所允许的最大功率。B)风力转子，由焊接支撑的方形金属棒形成的径向网状桁架形成，在垂直表面上带有较大屈曲荷载，支撑位于其末端段内的叶片施加在转子平面上的垂直推力和水平推力，以便在网格和支架中提供三角形结构；其嵌入件的较大边位于所述转子轴内，以便较长棒做功进行牵引，并且较小棒通过屈曲做功进行压缩，从而产生一个简易抗性构造，所述构造的同一平面上的周边结点用作位于桁架末端段内的叶片上的风的切向推力的支撑和曳力，构成所述转子转矩能量传递的相干机构，随着线性元件的插入(传递带类型)，重新传递采集和更换的动力，具有明显的优势。这是因为转子和滑轮直径的相对值是如此高和可变的，所以能够在自由设置在基础平台(诸如变换器、压缩机、液压泵、发电机等)上的应用机构中直接获得任何选择速度。C)多个叶片，包括质轻抗性材料制作而成的气动板，被构造成铰接至带有偏心轴的桁架末端段中的梯形扇形件以便轴的每一个侧边上的风推力不同，使得叶片趋向转向较大风推力方向，以便在常规弹簧的插入下，控制叶片角度，从而达到平衡状态，考虑到风推力越大(0.06V²)，角度就越大，但是受影响的表面就越小，并且通过经校准弹簧的反作用力控制推力的垂直方向和切向，直至风力机功率的标称量级以及垂直推力和切向推力的标称量级被固定并且在转子平面上保持固定，而不受风速和叶片角度的影响，使得通过作用在变换器圆片上的压力控制和固定转子的转矩和旋转，称为“制动”。这种特性，以及其他风外环境，意味着风力机组的所有部件上的旋转和推力最大作用力，都是标称的、预先设定的中等强度，不受极端风的影响。所有部件的机械力的值将对应于气动和机械计算得到的值的导数，而不是声称的值，对应于作为标称风速和最大风速的固定值。D)先前提及的转子电机转矩的线性传递，包括线性柔性和抗性元件，所述线性柔性和抗性元件由一系列扁平转子周边棒支撑和拖曳，构成了作用在桁架末端段的叶片对上的风的横向推力的传递带，根据转子周边曳力直径和接收设备的滑轮直径之间的关系以及根据转子周边曳力直径和设置于基础平台上的接收设备的滑轮直径之间的关系构成了将转子转速传递至另一个较快转速的转子的变送器，使用伸张器控制转子周边点拖曳粘结的最小张力和滑轮最小张力，出于此目的，根据机组功率，使用柔性和抗性材料、芳纶或类似材料、起重机吊具等等，甚至是金属链。E)基础平台，构成塔的支座或机械设备的支座和位置，所述机械设备接收风力转子、辅助设备和控制工具的能量，并且沿着风向通过下底座中的圆柱形枢轴对所述基础平台进行支撑、铰接和定向；所述圆柱形枢轴在埋在地下的另一个筒体内旋转，或者直接在海上的漂浮平台甲板上旋转，其中，在地面上，在方便意义上能够根据风向进行风力转子定向，并且在海上，所述定向是底部锚固，比如锚固船。F)地面上的固定基础和海上的漂浮平台，用作所有可能装置和多个共用功能的支座，用作其大质量和大尺寸的基础；并且外壳用作蓄能器，优选地，因其较低密度由陶瓷材料制作而成，并且所述外壳在任一港口或泊位被建造成拖船或船舶，并作为自主风力机组进行航行和选址，补充用作诸如储存箱和分配器以及海水淡化操作、所需海运服务安装操作等的底座；并且在这陆地和海上两种情况下，采用低压汽轮机，其转子位于最接近底座的高度处，塔的翻转力矩较小，并且组装、搬运和维护更加容易。这些相同考虑适用于海水淡化项目的理想组装，建设有“反渗透”膜机组，如果风管海洋外部和内部之间的压力差为80大气压数量级，那么可以简单地通过中央淡化水收集导管将“反渗透”膜机组连接起来；能够以反循环模式通过油轮或硬壳船在岸上喷射和分配自身产生的水汽来向海用表面泵送“反渗透”膜机组的淡化水。G)变换器，用作接收设备，用于根据风的间歇性对风力转子产生的转矩进行能量变换以进行直接使用或者用于蓄热，通过搅拌器或多摩擦板用于使用两个系列交替的圆片以摩擦方式通过受控接触和压力将接收器的动能变换为热量，一些圆片固定在外滚筒或室上，并且其它圆片固定在内旋转轴上，所以，当使用流经每对圆片之间的自由表面的水汽作为变换器元素时，水汽采集动态摩擦的热量并且直接将所述热量在闭合线路中传递至蓄热器。对摩擦产生的动力的吸收直接取决于圆片对之间的压力，构成了机组的自控制点。它是一种制动，相当于叶片产生的功率。提供两个变量，即旋转速度和圆片之间的压力，使得等于功率的乘积，由简单的数学计算所确定。并且最后，发电机能够耦合成不连续的常规风力机，能够对所述常规风力机进行改造，并且提高热蓄能器的性能，但是所述常规风力机失去了自主性，除了与蓄能器互补外，还保留了其它优点。H)蓄热器，由闭合的外壳构成，具有相应的外部绝热性能，从而在其内部有丰富的保温材料和高比热(诸如陶瓷材料)，具有以下技术特点，诸如比热、支持高温、低密度质地和高渗透性，有助于用作陆地上的固定基础和海上航海漂浮构造，根据水汽式吸热汽轮机，通过所述蓄热器能够使用水汽在高温下用于蓄热和热能提取，预先安装的盘管需要必要的高压，与此同时，对于漂浮式，所述蓄热器用于所有海事用途(包括定位，运输和移动)，比如常规船，所述常规船能够用于多种航行自主服务，从自身机组获取能量，如果实际进行深度脱盐时，所述机组，诸如储热箱，用以向岸边和淡化水提供采集的热能，尤其适用于一系列小岛、沙漠沿岸、甚至无法接近的区域，当然还有大型的内部分配网络，用蒸汽水管来加压，用作自来水、加热和环境调节、家用和工业用冷藏库、冷冻库和温室、农业和畜牧业劳动、以及任何公共或私人服务。I)低压、高温吸热蒸汽轮机，带有两个共轴的相反方向的螺旋径向段状元件，以此种方式布置，第一，使得在同一旋转方向上，一个元件在收缩下做功，另一个元件在膨胀下做功，即，两个必要功能，因此，在快速旋转中，环境压力下通过蓄能器在闭合线路中循环加热的水蒸汽在所述元件的第一个中收缩，保持温度和压力不变，并且当水蒸汽经过内管共轴经受第二元件膨胀时，水蒸汽的温度和压力受到损失，损失的温度和压力的能量进行转换以增加施加在汽轮机的壁上的切向压力或机械功，并且这个切向压力或机械功在转矩上用作共轴，从而使得汽轮机两个基础元件的电机对之间的差值是工艺的能量效率；并且，第二，如果压力盘管被放置在蓄能器内，那么能够在高压和高温下提取水汽，从而减小吸热汽轮机和装置的尺寸，作为具有较大功率和较小尺寸的紧凑汽轮机的替代物，当所述压力盘管处理简化工艺和提高效率和性能的高密度水汽时，尤其适用于常规蒸汽轮机的改进和更换以及新装置。出于性能和自主性考虑，通过相似工艺，所述低压、高温吸热蒸汽轮机适用于航空学中的涡轮螺桨发动机形态，使用吸热汽轮机的该替代物和紧凑蓄能器或常规燃烧的热能源激活所述涡轮螺桨发动机，在大型飞机中，所述热能源优选地并且尤其高效的是核能源。J)高压、高温吸热蒸汽轮机，当风是能量机组的基础元素和主要部分时，在闭合线路中使用任一来源的热源，也能够参考其它能源，诸如化石可燃热能、核裂变等。在大型电力设施(诸如海上风电场)的紧急、维修或更换情况下，利用一种更快和更紧凑的补充能源(诸如核能源)是方便的，有时是必要的。该工艺与反应堆集成到一个简化的紧凑外壳的设施是相同的。该结构的管，用作简易可燃棒胶囊，为最小反应活性的颗粒，从而使得如果它们非常短并与等短中性元件的内棒交替放置，那么相对于另一个装置，活性装置以厘米计进行简单垂直平移，激活或熄灭整个系统。所述管是一种分段或分割的可燃棒，以便通过颗粒长度的转移，进行棒的所有分量或每一个分量的转移，这假定了套管几乎所有减少都在自身反应堆外部进行。通过简易高压(125k/cm²)和高温(425℃)室，能够获得若干MW甚至更高数量级的模块，它们在一定程度上能够通过专门处理来更换当前复杂的反应堆，并且在针对这些低反应活性反应堆的项目中，由被认作放射性废弃物的那些反应堆专门提供，这很成问题。所有这些都将比限制和控制废弃物更经济。因为常规电厂的正常性能不超过85％，所以适当处理小比例的废物是非常有利可图的。由此可以推断，对于采用低反应性材料的吸热汽轮机，燃料成本只占项目预算的很小一部分。这种模式允许建造非常紧凑的吸热汽轮机，使得它们能够应用于所有类型的装置，固定的或移动的，陆上的或海上的，地下的或海底的，航海的或航空的等。你只需应用所建议的全球应用机构。这些最小尺寸的装置可以在短期内取代和更新目前各种各样的移动公园，诸如未来无法预测的陆地公园、海洋公园和航空公园，包括海底公园。并且在航空方面，在高压和高温下使用水蒸汽作为驱动气体，以“射流”形式能够与常规反应堆竞争。K)环保吸热汽轮机，是该专利申请的优先目的衍生的另一种替代形态，使用自主风能，然而，另一个目的是在任何情况和地点提供自主能，并且因为这是相互依赖的自然环节的链过程，这些自然环节中的每一个对于组成所谓自主机组是必要的、充足的，所以提及了紧急、维修或更换的其它来源。另一个问题是，对服务保障或地方特征的自主需求，这导致了紧急、维护或更换的异常情况，由于所需要能源类型，所以必须采用其他能源或形态(诸如静态转换器、动态转换器、机械转换器或化学转换器)，通过脱盐作用和水解作用获得氢燃料等等，在此情况中，还包括这些特殊情况的替代物。从自主性的角度出发，假设能够通过全球配电网供应任何点，包括那些缺少最小风力的那些点，但是该替代物由于诸如不可接近性、距离等的若干原因而具有其限制，在这种情况下，如前一节“J”所述，必须通过或多或少简化和性能来采取可持续的紧急类型。另一种替代物是吸热汽轮机的具体案例，所述吸热汽轮机仅包括两个反螺旋，通过共轴和牵引机彼此内部连通，其观点是，通过第一螺旋中的旋转收缩从高温环境中产生的水汽，通过水汽收缩吸收较少能量，并且同时，加热空气，增加压力，从而使得水汽经过轴的共室接入膨胀下的第二螺旋，造成水汽的热量和压力损失，被排放至环境中，正是如此，在膨胀过程中，回收第一个螺旋的气压的能量，并且通过水汽含量造成温度转换能量损失，由于轴的共室中的水汽压缩，在其环境温度下，必须增加通过温度升高经由空气传递的水汽，以便一旦已扣除第一次收缩吸收的负能量，那么以来自牵引机共轴的转矩形式，正能量之间的差值被转换为机械功，所述牵引机共轴限定了所谓环保吸热汽轮机的性能，其中具有应用实践，其中，除了热空间的环境冷却外，能够获得特定机械能，适应任何情况。L)并且最后，吸热汽轮机具有在低压和高压下转换水汽热能的双重功能，在风力和替代紧急地区中(诸如用于所有类型空间的核能、固定电气用具和手机)占第二名，并且在露天场所中(诸如环保吸热汽轮机、用于水蒸气的涡轮喷气发动机和内燃涡轮机辅助设备)占第一名。