专利名称：一种改进型提高风机或风力发电机效率的装置的制作方法
技术领域：
本发明属于风能利用技术领域，尤其是适用于风力机械及风力发电技术领域。
二背景技术：
世界经济的快速发展和激烈的竞争，新能源发电尤其是风力发电技术日趋受到世 界各国的普遍重视。目前全世界风电装机容量达到490万千瓦，而且还在以年均60 %的速 度增长，反映了当今国际电力发展的一个新动向。我国有丰富的风能资源，又有国外成熟的 技术可以借鉴，大规模开发风电的条件已经具备，应该积极发展。然而，目前，风电的成本 较高，阻碍了风电事业的进一步发展，因此，提高效率，降低成本，是目前风电发展的重中之 重。与本发明相近的专利，有本人在先申请的中国专利公告号是CN100549428C，公告 日是2009年10月14日，发明名称“一种增加风量提高风机或风力发电机效率的装置”，该 申请案公开了“一种增加风量提高风机或风力发电机效率的装置，其构成是，本发明为聚风 面的至少一个边低于于另一个边，当风从低面的方向吹向高面的方向时，所述聚风面将使 通过风机叶片下方的风聚集过来，增加风量，从而提高风机或风力发电机的效率。，，其不足 之处是在实际应用当中，此实施例所述聚风面，是有单一方向性的，是不随风向转动而转 动的，因此，其不足之处在于如果风不是从低面的方向吹向高面的方向时，而是从两个侧面 的方向吹过来时，则此发明毫无作用，不能够达到提高风机或风力发电机效率的目的，事实 上是几乎没有实用性的；再有，即使当风从低面的方向吹向高面的方向时，由于所述聚风面 完全位于风机叶片的下方，虽能将通过风机叶片下方的风聚集过来，但聚风效率低下，只能 使很少的一部分风能达到有效的风扇做功部位，吹向风叶的尖部，而很大一部分风则从风 扇的下面吹过而浪费掉。本发明通过提高聚风面的位置，使风能够聚集到效率最高的位置， 从而，提高发电效率；经大量的实验研究数据证实，可提高10%以上。本发明人在实施上述专利时，遇到了很多不得不解决的问题，为了解决这些问题， 也曾改动设计过许多其他方案，在此过程中同时还对其中的两项方案提出了专利申请，但 均不太理想，经过半年多的思考和实验，请教了多位专家朋友，尤其是引进了传感器和控制 器的概念，由于学科跨度较大，难以理解，付出了大量艰辛的劳动；本发明主要应用在大型 风机上，在这样的领域，哪怕是很微小的一点点技术改动，都会引起一系列的问题，比如说 对整个风场的影响，对配套的发电机的影响，对负载的影响，因此，看上去似乎是很微小的 一点点改进，在实际工作当中，都是付出了很多创造性劳动的。本发明就是针对这两个问题，通过增加传感器和控制器或导风舵，使聚风面与风 扇的迎风面保持同步转动，无论风从任意方向吹过来，都能够达到提高风机或风力发电机 效率的目的；本发明还通过调整聚风面与风扇之间的位置，使所聚风能够最大量的达到风 扇的有效做功部位，从而提高效率；本发明还采用了完全不同的聚风面的形状，使聚风效果 更强。本发明的另一个难点是在聚风面的重量上，由于在实际应用中，聚风面的尺寸较大，往往达到几百平米，因此，重量问题是非常重要的，涉及到许多工程力学的许多问题，最 终，在经过长时间研究及实验的基础上，采用了轨道支撑加导风舵的方案。本发明虽和前述 发明“一种增加风量提高风机或风力发电机效率的装置”看似略有相似，但是，却是做了大 量创造性劳动得到的结果，从理论及实验数据来讲，也是产生了意料不到的效果的，是具有 实质性技术进步的一项发明。
三、发明内容本发明所要解决的技术问题是，提供一种改进型提高风机或风力发电机效率的装置。本发明包括风机或风力发电机，以及一个或一个以上聚风面以及支撑这个聚风面 并使所述聚风面稳固的一个或一个以上支撑架所构成；在所述支撑架上还安装有对风装置，所述对风装置是使聚风面与风机或风力发电 机机舱保持同步旋转的设备；包括风向传感器、同步控制器、助力器；所述风向传感器联接 同步控制器，所述同步控制器联接助力器；所述助力器是可以推动支撑架和聚风面运动的 设备；所述风向传感器与风机或风力发电机相联；所述风向传感器是可以感知风向或 感知风机或风力发电机机舱在水平面旋转的方向和幅度，并将信息传递给同步控制器的设 备；所述同步控制器是可以接收来自传感器的信息，并将接收来的信息转化为控制信 号，控制助力器推动支撑架和聚风面并使支撑架和聚风面与风机或风力发电机机舱保持同 步旋转的设备；对采用电动对风装置的风力机来说，所述风向传感器、同步控制器、助力器部分设 备可以与风机共用；助力器可以是伺服电动机。所述同步控制器、助力器可以安装在地面。所述对风装置，还可以是尾舵，在所述支撑架上安装有尾舵，尾舵可根据风向来控 制聚风面的方向，并使聚风面的迎风面始终迎向主风向，所述尾舵还可以起到助力的作用； 所述尾舵可以是风力发电机尾舵的形状；所述对风装置，还可以是舵轮；所述支撑架还联接有支撑筒轴，所述支撑筒轴是套在风机或风力发电机塔杆外 面，并使支撑架和聚风面可以绕支撑筒轴为轴转动的设备；所述支撑架通过回转体安装在 支撑筒轴上；所述回转体可以是轴承或公知设备；所述支撑架上安装有滚轮，所述滚轮与轨道联接，所述轨道是以风机或风力发电 机塔干为中心的圆形轨道；当风向改变时，所述支撑架带动聚风面沿轨道移动，并使聚风面 的迎风面迎向主风向；所述轨道可以固定安装在地面，也可以有支柱固定支撑；所述轨道 是一个或一个以上；所述支撑架或滚轮与轨道之间，可以采用公知的磁悬浮技术设备支撑，这样可以 使得摩擦力很小或为零；所述公知的磁悬浮技术设备在国家知识产权局网站上有多个方 案；由于有了磁悬浮技术，解决了在工程上如此巨大重量的物体进行移动的难题；所述支撑架可以设计成活动的，当风力过强时，可以使聚风面与地面的倾角变小。所述助力器是可以产生推力并推动支撑架和聚风面运动的公知设备，如电动设备。所述风向传感器或同步控制器或助力器是可以采用公知设备的。所述聚风面可以是平面或曲面的。所述聚风面是可以将从低面的方向吹来的风，向风机叶片上聚集的公知的曲面。为了风的流畅，所述聚风面的边缘可以设计成流线型的。所述聚风面是与地面有一倾角，所述高边与底边始终平行于风轮扫掠面的。本发明所述聚风面是平行于地平面放置的。本发明所述聚风面是本发明
中所述凸凹面或凸凸面或缓陡面或平面或 左半喇叭面或右半喇叭面或左右双半喇叭面。本发明所述聚风面也可以是整喇叭状的，所述整喇叭筒接近风机叶片的一端口 小，远离风机叶片的一端口大，风从大口的一端吹进，将风聚集后从小口一端吹出，吹向风 机叶片。本发明说明书如有描述不清晰时，可以附图表示为准。本发明适用于各种风机及风力发电设备。本发明的有益效果是本发明可在现有风电场的基础上，略增加很少的一点投入，就可以大大的提高风 力发电的效率，特别是对于大功率单机来说，每提高一点点功率，都意味着成本和技术难度 的大幅度提升，大功率风力发电机的叶片往往在几十米甚至上百米，到目前为止，世界上还 没有什么聚能型方案能够真正应用到这样的大型风力机上，目前已有的集风式或扩散式风 力机都是集风或扩散设备与风力机一体的，风力机安装在集风或扩散设备之内，将几十甚 至上百米高的叶片套在一个集风或扩散设备之内，就目前的科技发展状况来说，是根本不 可能做到的，退一万步来讲，即使工程技术上可以做到，其成本之高昂，也是无法真正应用 到实际工作之中去的；本发明采用了分离式和剖析式的思维方法，将集风或扩散设备与风 力机分解剖开，只针对效率最高的部位进行集能，无论风力机本身设备本身有多大，而集能 设备都可以根据需要可大可小，使不可能变为了可能，使效率达到最优化，既解决了工程技 术上不可能做到的难题，又使得成本达到了最优化，成功的解决了世界上无这种超大型风 力机聚能设备的难题。
附图说明图1是本发明一种结构原理正视图示意图，聚风面为两个光滑曲面的连接，A-B段 为凸面向上，B-C段为凹面向上，聚风面的最高部位高于叶片扫风面的最底部位，这样就可 以使得A-B段聚集的风，能够最有效的到达风机叶片的最有效部位；所述聚风面是横放在 风轮扫风面的前下方，凸面的最高部位高于叶片扫风面的最底部位，若是下风式风力机，则 横放在风轮扫风面的后下方，本发明中定义所述聚风面为凸凹面。优点是聚风位置和聚风 方向准确，效果佳。图2是本发明结构原理左视图示意图图3是本发明结构原理俯视图示意图图4是本发明一种结构原理示意图图5是本发明一种结构原理正视图示意图，聚风面为光滑凸面曲面或半桶状曲面，凸面向上，横放在风轮扫风面的前下方，若是下风式风力机，则横放在风轮扫风面的后 下方，凸面的最高部位高于叶片扫风面的最底部位，本发明中定义所述聚风面为凸凸面。图6是本发明一种结构原理示意图图7是本发明一种结构原理正视图示意图，聚风面为流线型曲面，D-E段为缓慢上 升段，E-F段为陡峭下降段，凸面向上，横放在风轮扫封面的前下方，若是下风式风力机，则 横放在风轮扫风面的后下方，凸面的最高部位高于叶片扫风面的最底部位，本发明中定义 所述聚风面为缓陡面。优点是聚风位置准确。图8是本发明一种结构原理示意图图9是本发明一种结构原理正视图示意图，聚风面为一平面，所述聚风面的一个 边高于另一个边，使风力发电机叶片位于高边位置，当风从低边的方向吹向高边的方向时， 所述聚风面将使通过风机叶片下方的风聚集到风机叶片上，增加有效做功风量，从而提高 风机的效率。本发明中定义所述聚风面为平面。图10是本发明一种结构原理示意图图11是本发明再一种结构原理正视图示意图，聚风面为半喇叭状或1/N喇叭状， 喇叭的对称轴呈水平放置或垂直于叶片扫风面，去掉对称轴以上的水平部分或去掉喇叭状 的(N-l)/N部分，使喇叭的小口置于叶片扫风面的最底部位以下，喇叭的大口面向风吹过 来的方向，使叶片扫风面的下部置于半喇叭或1/N喇叭的小口内，当风从喇叭的大口吹向 叶片时，可以将风聚集起来，提高风速，本发明中定义所述聚风面为左半喇叭面。半喇叭面 的优点是聚风效率高，与半锥形筒面或半漏斗面相比，从正视图或俯视图可以看出来，半喇 叭面的底面投影线为曲线，而半锥形筒面或半漏斗面的底面投影线为直线，半锥形筒面或 半漏斗面可产生轻微的湍流，从而降低效率，而半喇叭面克服了这一缺陷，因此，可以提高 效率；经大量的实验研究数据证实，半喇叭面与半锥形筒面或半漏斗面相比，可提高效率达 16.9%，有把握的说，至少提高5%以上。图12是本发明结构原理左视图示意图。图13是本发明聚风面的俯视图示意图。图14是本发明一种结构原理示意图。图15是本发明再一种结构原理正视图示意图，右半部位为半喇叭状或1/N喇叭 状，喇叭的对称轴呈水平放置或垂直于叶片扫风面，去掉对称轴以上的水平部分或去掉喇 叭状的(N-l)/N部分，使喇叭的小口置于叶片扫封面的最底部位以下，喇叭的小口面向风 吹过来的方向，使叶片扫风面的下部置于半喇叭或1/N喇叭的小口内，由物理学原理知道， 当风从喇叭的小口吹向叶片时，风向喇叭的大口部位扩散，从而提高喇叭的小口部分的风 速；本发明中定义所述聚风面为右半喇叭面。图16是本发明结构原理左视图示意图。图17是本发明聚风面的俯视图示意图。图18是本发明一种结构原理示意图。图19是本发明再一种结构原理正视图示意图，左或右半部位均为半喇叭状或1/ N喇叭状，喇叭的对称轴呈水平放置或垂直于叶片扫风面，去掉对称轴以上的水平部分或 去掉喇叭状的(N-l)/N部分，使喇叭的小口置于叶片扫风面的最底部位以下，左和右半部 位的两个半喇叭状在小口处光滑对接，使叶片扫风面的下部置于半喇叭或1/N喇叭的小口内，叶片的最佳位置在右半喇叭面的小口风扩散段的位置，使两个半喇叭状面的小口光滑 对接处的最底部为，高于叶片扫封面的最底部位；当风从喇叭的大口吹向叶片时，可以将风 聚集起来，提高风速，当风吹过叶片后，通过扩散，还可以再一次提高喇叭的小口处的风速。 本发明中定义所述聚风面为左右双半喇叭面。优点是聚风位置和聚风方向准确，聚风量 大。本发明左或右半部位的半喇叭可以是相同大小，也可以是不同大小的，可以是左半喇叭 小，右半喇叭大，也可以是左半喇叭大，右半喇叭小。图20是本发明聚风面的俯视图示意图。图21是本发明一种整体结构原理示意图。图22是本发明一种结构原理正视图示意图，聚风面为一整喇叭状，筒的一端口 大，另一端口小，口小的一端面向叶片扫风面的下部或所需位置。本发明中定义所述聚风面 为整喇叭筒面。叶片在整喇叭筒面的小口外面。图23是本发明聚风面的左视图示意图。图24是本发明聚风面的俯视图示意图。图25是本发明一种结构原理示意图。附图标志1聚风面2叶片3风4风机塔杆5支撑架6尾舵7回转体8风向传感 器9同步控制器10助力器11轨道12支撑筒轴13支撑架14滚轮15联接线
五具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作详细说明实施例一如图1、图2、图3、图4所示，图1是本发明一种结构原理正视图示意图，图2是本 发明结构原理左视图示意图，图3是本发明结构原理俯视图示意图，图4是本发明一种结构 原理整体示意图。当风从聚风面1的A-B段吹过来时，风向顶部聚集，到达B-C段时，开始 扩散，使风机叶片位于开始扩散的初始阶段，根据物理学知识，此时的风向、风力处于做功 的较佳阶段，这样就可以使A-B段吹过来风，收集到叶片扫风面的位置，从而提高风机或风 力发电机效率；当风向改变时，风向传感器8可以感知风向或感知风机或风力发电机机舱 在水平面旋转的方向和幅度，并将信息传递给同步控制器，同步控制器9通过助力器10推 动支撑架5，使聚风面保持与风机扫风面同步旋转，在支撑架5的尾部，还安装有尾舵6，尾 舵6的作用也是使聚风面与风机扫风面或与风力发电机机舱保持同步旋转。同时，尾舵6 也可以起到助力的作用，尾舵可以是多个；一般情况下，尾舵是配合同步控制器9和助力器 10使用的，很少情况下，单独使用尾舵，因为在单独使用尾舵或自动对风向的装置中，很难 保持与机舱在水平面旋转的准确同步，因此，一般情况下，同步控制器9和助力器10是必须 的。在支撑架5的下面通过滚轮14与轨道11联接，轨道11可以用支撑架13固定支撑。本 发明可以通过提高风速或增加到达风机扫风面风量的方法提高发电效率。本聚风面的优点 是可以使风力集中到风叶的所需任意部位，使风叶更接近风力做功的最佳位置。实施例二 同理，如图5、图2、图3、图6所示，图5是本发明一种结构原理正视图示意图，图2 是本发明结构原理左视图示意图，图3是本发明结构原理俯视图示意图，图6是本发明一种结构原理整体示意图。实施例三同理，如图7、图2、图3、图8所示，图7是本发明一种结构原理正视图示意图，图2 是本发明结构原理左视图示意图，图3是本发明结构原理俯视图示意图，图8是本发明一种 结构原理整体示意图。实施例四同理，如图9、图2、图10所示，图9是本发明一种结构原理正视图示意图，图2是 本发明结构原理左视图示意图，图10是本发明一种结构原理整体示意图。实施例五如图11、图12、图13、图14所示，图11是本发明一种结构原理正视图示意图，图 12是本发明结构原理左视图示意图，图13是本发明结构原理俯视图示意图，图14是本发明 一种结构原理整体示意图。本实施例中，我们采用了一种叶片长度33. 95米，塔杆高68米，叶尖与塔杆的垂直 距离9。8米，叶轮直径70米，扫掠面积3848平方米，切入风速3M/S，额定功率1500KW，工 程总造价约1000万元；我们设计采用了半喇叭面的小口直径为71米，大口直径128米，高 28. 5米，半喇叭面外缘与塔杆的垂直距离39米，聚风面采用建筑级玻璃钢面，支撑架采用 轻质刚体管，轨道采用钢轨，工程总造价在100-120万元，不超过200万元。效益分析由简单的计算我们就可以看出半喇叭面的大口直径为128米，面积为 3. 14X64X64 + 2 = 6430平方米，叶片扫掠面积的一半是3848/2 = 1924平方米； 6430-1924 = 4506 平方米；(4506 + 3848) X 100% = 117%，相当于扫掠面积提高了 117%， 由于风机输出功率与扫掠面积成正比，因此，理论上说，可以提高发电效率117%，考虑到风 力的摩擦及阻力损失，发电效率也可以提高90%以上；另外，由于本发明提高了风轮下半 部位的风速，可以自然补偿自然风的上下不均勻的问题，而且，降低了启动风速，提高了风 机的有效利用天数，扩大了可以利用风力发电的区域范围。由此可以看出，在总投资提高不到20%的情况下，发电效率却可以提高90%以 上，因此，本发明的经济效益和社会效益是十分巨大的。实施例六如图15、图16、图17、图18所示，图15是本发明一种结构原理正视图示意图，图 16是本发明结构原理左视图示意图，图17是本发明结构原理俯视图示意图，图18是本发明 一种结构原理整体示意图。实施例七如图19、图12、图20、图21所示，图19是本发明一种结构原理正视图示意图，图 12是本发明结构原理左视图示意图，图20是本发明结构原理俯视图示意图，图21是本发明 一种结构原理整体示意图。实施例八如图22、图23、图24、图25所示，图22是本发明一种结构原理正视图示意图，图 23是本发明结构原理左视图示意图，图24是本发明结构原理俯视图示意图，图25是本发明 一种结构原理整体示意图。
权利要求一种改进型提高风机或风力发电机效率的装置，其特征是，所述装置由风机或风力发电机以及一个或一个以上聚风面以及支撑这个聚风面并使所述聚风面稳固的一个或一个以上支撑架所构成；在所述支撑架上还安装有对风装置，所述对风装置与风机或风力发电机相联；所述支撑架由轨道或支撑筒轴支撑。
2.根据权利要求1所述一种改进型提高风机或风力发电机效率的装置，其特征是，所 述聚风面是本发明所述凸凹面或凸凸面或缓陡面或平面或左半喇叭面或右半喇叭面或左 右双半喇叭面或整喇叭筒面。
3.根据权利要求2所述一种改进型提高风机或风力发电机效率的装置，其特征是，所 述聚风面是本发明所述凸凹面或凸凸面或缓陡面或平面，所述聚风面的最高部位高于叶片 扫风面的最底部位。
4.根据权利要求2所述一种改进型提高风机或风力发电机效率的装置，其特征是，所 述聚风面是本发明所述左右双半喇叭面，是左半喇叭小右半喇叭大或左半喇叭大右半喇叭 小；叶片的位置在右半喇叭面的小口风扩散段的位置，两个半喇叭状面的小口光滑对接处 的最底部为，高于叶片扫封面的最底部位。
5.根据权利要求2所述一种改进型提高风机或风力发电机效率的装置，其特征是，所 述聚风面是整喇叭状，筒的一端口大，另一端口小，口小的一端面向叶片扫风面的下部；叶 片在整喇叭筒面的小口外面。
6.根据权利要求1所述一种改进型提高风机或风力发电机效率的装置，其特征是，所 述对风装置包括风向传感器、同步控制器、助力器；所述风向传感器联接同步控制器，所述 同步控制器联接助力器。
7.根据权利要求6所述一种改进型提高风机或风力发电机效率的装置，其特征是，所 述同步控制器、助力器是安装在地面。
8.根据权利要求1所述一种改进型提高风机或风力发电机效率的装置，其特征是，所 述对风装置是尾舵或舵轮。
9.根据权利要求1所述一种改进型提高风机或风力发电机效率的装置，其特征是，所 述支撑架由安装在支撑筒轴上的同转体带动旋转。
10.根据权利要求1所述一种改进型提高风机或风力发电机效率的装置，其特征是，所 述支撑架或滚轮与轨道之间，是采用磁悬浮设备支撑。
专利摘要本实用新型公开了一种新型增加风量提高风机效率的装置，本发明属于风能利用技术领域，其特征是所述装置由风机或风力发电机以及一个或一个以上聚风面以及支撑这个聚风面并使所述聚风面稳同的一个或一个以上支撑架所构成；在所述支撑架上还安装有对风装置，所述对风装置与风机或风力发电机相联；所述支撑架由轨道或支撑筒轴支撑。
文档编号F03D7/04GK201696229SQ20102024522
公开日2011年1月5日 申请日期2010年6月15日 优先权日2010年6月15日
发明者孟英志 申请人:孟英志