一种自适应聚风卸风两用模块增容型风力发电系统的制作方法

本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种自适应聚风卸风两用模块增容型风力发电系统。

背景技术：

风力发电是指把风的动能转为电能。风是一种没有公害的能源，利用风力发电非常环保，且能够产生的电能非常巨大，因此越来越多的国家更加重视风力发电，风力发电是极为环保的发电技术之一，已经被大范围进行推广，相关技术已经逐步走向成熟。

风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。这种风力发电机组，大体上可分风力叶片、发电机和塔筒三部分。目前风电以开放式的三叶片风力发电系统为主。然而存在以下问题：

（1）发电效率不稳定：由于实际发电过程中风速和风向是不断变化的，一旦发生变化发电效率会大幅降低，并且有时候会出现风力不足而无法发电的情况，造成在微风状态下不能发电和因风速变化而造成电压不稳；频率忽高忽低、噪音大、弃风等不利因素，进而影响这个风力发电机组的发电的性价比；

（2）叶片易损坏：风力发电机的风力叶片在遭受切出风速25m/s以上的大风时，风机通过自锁停机来避免因超速而自毁风险，但是风力叶片因为其根部所能承受的弯矩、转矩、剪切强度、挤压强度有限而受损，严重时可导致整个风力叶片飞出；

（3）噪声危害：当巨长的风力叶片转动时，它的噪声是不可避免的。风力叶片的噪声可大致分为三类：（a）厚度噪声，这是由空气和风力叶片挤压产生的；（b）载荷噪声，由于风力叶片承受较大的载荷所产生的；（c）脉冲噪声，即当马赫数接近1的时候所产生的。因此，噪声对环境的影响也是不可忽视的；

（4）空气污染：运转中的风力叶片周边一定范围易形成旋涡，导致烟尘聚集，pm2.5超标，严重影响周边环境；

（5）应用受限：随着优质风力资源的渐渐被开发殆尽，风力发电机不得不布置在风力资源条件越来越差的地区，为了获得投资的经济效益，塔筒不断地增高，风电单机容量不断增大，从而安装区域严重受限。

技术实现要素：

针对现有技术中的不足之处，本发明提供一种自适应聚风卸风两用模块增容型风力发电系统。在风力资源优良的环境下，发电容量可做成超大型独立供电单元，就近为城镇、工厂、医院、通讯等系统就近供电，从而降低输变电成本和避免因远距离的供电枢纽故障后的大面积停电事故而发生社会秩序混乱。本技术适应安装小到企事业屋顶，以及空旷地带，满足被安装企事业本身或整个园区的用电需求。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种自适应聚风卸风两用模块增容型风力发电系统，包括聚风罩、集风机构和聚卸转换机构；

所述聚风罩为为侧面镂空的圆柱体状，其上下两个端面分别设有风罩端板；

所述集风机构设置在聚风罩中央位置，集风机构包括从外至内分布的支撑筒、挡风转筒和风叶筒；所述支撑筒侧面均匀设有多个进风口；所述挡风转筒侧面均匀设有多个调风口，且通过上下两端的挡风筒轴承座绕着自身中轴线转动，挡风转筒传动时，调风口相对于进风口形成不断变化的集风口；所述风叶筒的上下两端分别设有风筒上轴承座和风筒下轴承座，风叶筒包括风叶轴和风叶，风叶轴的下端位于风筒下轴承座，上端穿过风筒上轴承座与外部的发电机连接；风叶以风叶轴为中心沿着圆周均匀环绕设置；

所述聚卸转换机构共计三组，沿着聚风罩水平直径方向上均匀设置在集风机构外部，聚卸转换机构两两之间形成120°的迎风口；单组聚卸转换机构位于集风机构非开口外侧与聚风罩最外端之间空间；单个聚卸转换机构包括直线导轨、隔板组件以及风斗挡风板，直线导轨共两个，相对设置在聚风罩的两个风罩端板、内侧面上，

隔板组件共两组，在直线导轨沿着聚风罩水平直径方向的左右二侧各设一组，每组隔板组件包括外沿隔板和内端隔板，外沿隔板固定设于聚风罩外侧，内端隔板设于聚风罩内侧，外沿隔板和内端隔板呈平行设置，且内端隔板相对位于外沿隔板与直线导轨之间；两个组之间的内端隔板、通过连接板连接；

风斗挡风板的上下两端分别通过滑块设置在两个直线导轨之间并沿着直线导轨在聚风罩水平直径方向上来回移动，风斗挡风板和的内端隔板通过联动组件传动连接且设置在相反的运动方向；在风斗挡风板带动下，两个内端隔板相对于外沿隔板来回移动；在集风机构外侧与内端隔板内侧之间形成了卸风通道，或者内端隔板和外沿隔板相对封闭，从而在两组聚卸转换机构之间形成聚风通道；风斗挡风板还设有复位机构，在风力较小时风斗挡风板复位至最外侧的工作位。

进一步的，还包括基座，所述基座设置在坚固平面上，基座上部设有轴杆；所述聚风罩架通过其底部设置连接筒固定在基座上方。

进一步的，所述联动组件由同步带、两个同步轮和两个转动轴组成，一个转动轴通过两端的轴承座紧贴于集风机构非开口外侧竖直设置，另一个转动轴通过两端的轴承座竖直设置在聚风罩最外端，两个同步轮分别套固在转动轴中部，同步带传动连接在两个同步轮上；则风斗挡风板落于同步带内圈之间，其任一侧边与同步带固定，与该一侧边相对设置的内端隔板通过同步带固定块与同步带的另一侧固定；使得风斗挡风板和的内端隔板的运动方向相反；内侧的同步轮穿过支撑筒与挡风转筒相接，使得同步带的外沿挤压在挡风转筒的筒壁上，带动挡风转筒一起同步转动。

进一步的，所述风叶筒还包括风叶端板，所述风叶端板横向固套在风叶轴上，将风叶筒内部分割成上下两层空间，上层的风叶竖直设在风叶端板与风筒上轴承座之间，下层的风叶竖直设在风叶端板与风筒下轴承座之间。

进一步的，所述叶片的远端边缘经过异型加工成类波浪状，以降低噪音影响。

进一步的，所述外沿隔板上沿着同一竖直方向上设有多个卸风口，该卸风口的切口由外向内朝向设置。

进一步的，所述复位机构包括一个或一个以上的弹簧，弹簧一端设置在滑块前端或滑块后端；弹簧的另一端与直线导轨的内侧壁连接且位于直线导轨的凹槽内；或者滑块前端或滑块后端皆设有弹簧；并且风斗挡风板处于最外侧时，位于所有弹簧处于正常状态，即未受挤压或拉伸，利用弹簧的拉力或弹力实现风斗挡风板的复位，主要应用于微小型发电系统。

进一步的，所述复位机构包括重物、钢索、动滑轮和定滑轮，重物固定动滑轮上，在钢索绕过动滑轮，再通过定滑轮改变方向，最终固定在风斗挡风板处上，风斗挡风板处于最外侧时，重物未收到拉力，利用重物实现风斗挡风板复位，主要应用于大型或超大型发电系统。

进一步的，所述聚卸转换机构中，在两个内端隔板之间形成间隔位置还可以增设所述集风机构，在风力较大时，使得该卸风口卸载的风力得到二次利用，增加发电效益。

进一步的，所述聚风罩、集风机构和聚卸转换机构构成风力发电机组设有多个，沿着垂直方向叠加设置。

有益效果：本发明通过集风机构和聚卸转换机构的配合作用，风速低时聚卸转换机构风口闭合，集风机构集风发电，风速较高时移动隔板形成卸风通道，卸除过多的风力，还可以实现根据风力大小自适应调节卸风通道的大小，保证了集风机构在3~17级大风下皆能平稳运行，发电功率稳定，同时任意方向来风均可最大化做功无需寻风；还有风叶边缘经过异形加工、柔性处理后可以降低噪声。还有隐藏设置在卸风口的发电机改变风叶轮机的迎风面积实现余风发电。

附图说明

图1为本发明的的结构透视示意图；

图2为本发明的集风机构的分解图；

图3为本发明的整体结构侧视图；

图4为本发明的聚卸转换机构的局部结构示意图。

图中，1-基座，2-聚风罩，3-集风机构，4-聚卸转换机构，5-发电机；

11-轴杆；

21-风罩端板，22-连接筒；

31-支撑筒，32-挡风转筒，33-风叶筒，

311-支撑圆弧板，312-加强圆弧片，313-进风口；321-挡风筒底板，322-圆弧挡风板，323-连接圆弧片，324-调风口；331风叶轴，332-风叶，333-风叶端板；

41-直线导轨，42-隔板组件，43-联动组件，44-风斗挡风板，

420-卸风口，421-外沿隔板，422-内端隔板，423-连接板，424-外隔板框架，425-内隔板框架；430-轴承座，431-同步带、432-同步轮，433-转动轴，434-同步带固定块；441-滑块。

具体实施方式

以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。

一种自适应聚风卸风两用模块增容型风力发电系统，如图1至图4所示，包括基座1、聚风罩2、集风机构3、聚卸转换机构4和发电机5；本实施中，发电机5设置在聚风罩2上方；

基座1设置在坚固平面上，基座1上部中央设有轴杆11；

聚风罩2为侧面镂空的圆柱体状，其上下两个端面分别设有风罩端板21a、21b；底部的风罩端板21a下方中央设有连接筒22，聚风罩2通过该连接筒22与轴杆11连接设置在基座1上方；

集风机构3设置在聚风罩2中央位置，集风机构3包括从外至内分布的支撑筒31、挡风转筒32和风叶筒33；支撑筒31的上下两端分别固定在聚风罩2的两个风罩端板21上，其侧面沿着圆周等距分布着三个支撑圆弧板311，支撑圆弧板311两两之间中部横向设有加强圆弧片312，一根加强圆弧片312将两个支撑圆弧板311之间的开口分成上下两个进风口313，整个支撑筒31侧面共计六个进风口313；

挡风转筒32的上下两端设有挡风筒底板321，该两个挡风筒底板321分别位于设置在聚风罩2的两个风罩端板21上的挡风筒轴承座（未示出）内，使得挡风转筒32绕着自身中轴线转动；挡风转筒32侧面沿着圆周等距分布着三个圆弧挡风板322，圆弧挡风板322两两之间中部横向设有连接圆弧片323，一根连接圆弧片323将两个圆弧挡风板322之间的开口分成上下两个调风口324，整个挡风转筒32侧面共计六个调风口324；挡风转筒32传动时，调风口324相对于进风口313形成不断变化的集风口；

风叶筒33包括风叶轴331、风叶332、风叶端板333、风筒上轴承座（未示出）和风筒下轴承座（未示出），风筒上轴承座和风筒下轴承座分别设置在挡风筒底板321上，风叶轴331的下端位于风筒下轴承座，上端穿过风筒上轴承座并依次贯穿挡风筒底板321、风罩端板21b与发电机5连接；三个风叶端板333横向固套在风叶轴331上，将风叶筒33内部分割成上下两层空间，风叶332以风叶轴331为中心沿着圆周均匀环绕设置，上层的风叶332a竖直设在中间的风叶端板333与风筒上轴承座334之间，下层的风叶332b竖直设在中间的风叶端板333与风筒下轴承座335之间；

聚卸转换机构4共计三组，沿着聚风罩2水平直径方向上均匀设置在集风机构3外部，聚卸转换机构4两两之间形成120°的迎风口；单组聚卸转换机构4位于支撑圆弧板311与聚风罩2最外端之间空间；

单个聚卸转换机构4包括直线导轨41、隔板组件42、联动组件43以及风斗挡风板44，直线导轨41共两个，相对设置在聚风罩2的两个风罩端板21a、21b内侧面上，

隔板组件42共两组，在直线导轨41沿着聚风罩2水平直径方向的左右二侧各设一组，每组隔板组件42包括外沿隔板421和内端隔板422，定义图1靠近集风机构3为内侧，远离集风机构3为外侧，外沿隔板421通过外隔板框架424固定设于聚风罩2外侧，内端隔板422通过内隔板框架425设于聚风罩2内侧，外沿隔板421和内端隔板422呈平行设置，且内端隔板422相对位于外沿隔板421与直线导轨41之间；两个组之间的内端隔板422a、422b通过连接板423连接；

联动组件43由同步带431、两个同步轮432和两个转动轴433组成，一个转动轴433a通过两端的轴承座430紧贴于支撑圆弧板311外侧竖直设置，另一个转动轴433b通过两端的轴承座430竖直设置在聚风罩2最外端，两个同步轮432a、432b分别套固在转动轴433a、转动轴433b中部，同步带431传动连接在两个同步轮432a、432b上；其中，内侧的同步轮432a穿过支撑筒31与挡风转筒32相接触，使得同步带431的外沿挤压在挡风转筒32的筒壁上，带动挡风转筒32一起同步转动；

风斗挡风板44的上下两端分别通过滑块441设置在两个直线导轨41之间并沿着直线导轨41在聚风罩2水平直径方向上来回移动，且风斗挡风板44落于同步带431内圈之间，其任一侧边与同步带431固定，与该一侧边相对设置的内端隔板422通过同步带固定块434与同步带431的另一侧固定；在风斗挡风板44带动下，两个内端隔板422相对于外沿隔板421来回移动；在支撑圆弧板311外侧与内端隔板422内侧之间形成了卸风通道，或者内端隔板422和外沿隔板421相对封闭，从而在两组聚卸转换机构4之间形成聚风通道。本实施例中，滑块441的前端设有一个弹簧（未示出），该弹簧的另一端与直线导轨41的前端内侧壁连接且位于直线导轨41的凹槽内，风斗挡风板44处于最外侧时，该弹簧处于正常状态，即未受挤压或拉伸，利用弹簧的拉力或弹力实现风斗挡风板的复位，主要应用于微小型发电系统。

在一个具体实施例中，叶片332的远端边缘经过异型加工成类波浪状，以降低噪音影响。

在一个具体实施例中，聚卸转换机构4中，在两个内端隔板422a、422b之间形成间隔位置还可以增设上述的集风机构，在风力较大时，使得该卸风口卸载的风力得到二次利用，增加发电效益。

在一个具体实施例中，外沿隔板421上沿着同一竖直方向上设有五个卸风口420，该卸风口420的切口由外向内朝向设置。

在一个具体实施例中，聚风罩2、集风机构3和三组聚卸转换机构4构成风力发电机组设有多个，沿着垂直方向叠加设置。

本发明的工作原理：

（1）风力较小时，聚卸转换机构中，风斗挡风板44位于靠近聚风罩2的外侧，内端隔板422和外沿隔板421相对封闭，从而在两组聚卸转换机构4之间形成聚风通道，即120°的迎风口成形；以保证风力较小时风进入中央的集风机构3，吹动叶片转动，叶片筒33转动，将风力传送至发电机5；

（2）风力变大时，位于外侧的风斗挡风板44受到风力，向内侧移动；在同步带431的带动下，拉动内端隔板422向外侧移动，内端隔板422与集风机构之间形成卸风通道，从而多余的风力卸除；其余风力进入集风机构，从而满足集风机构的平稳运行；同时挡风转筒32的筒壁上受到三个同步带431外沿的挤压产生的摩察力，在同步带431的带动下带动挡风转筒32一起同步转动；

（3）风力达到最大工作风力（超速到17级）时，风斗挡风板44运动至内侧最大工位时停止移动，卸风通道开至最大；此时同步带431停止运转，同样地挡风转筒32停止不动，其圆弧挡风板322移位至支撑筒31上的进风口313，风叶受力面积最小，从而保护风叶筒33的内部结构；

（4）风力再次逐渐减弱时，风斗挡风板44受到的风力减小，在弹簧的拉力下风斗挡风板44慢慢复位。低风速时挡风斗挡风板44受力减小，不动。

以上内容是结合优选技术方案对本发明所做的详细说明，不能认定发明的具体实施仅限于这些，对于在不脱离本发明思想前提下做出的简单推演及替换，都应当视为本发明的保护范围。例如本发明所保护的隔板组件及联动组件以及可实现相同功能的其他形式，不局限于某几个部件，以防变形模仿。并且应用在超大型时也属于保护范围。