专利名称：自制风、风洞、风轮、风力发电机组合的制作方法
技术领域：
现在的世界已变成能源的世界，如果没有能源，在我们现代的生活中简直无法想像，但是现在的能源已变得越来越少，常规能源以煤、石油、天然气为主，经过人类的开发和利用，不但给环境造成许多的污染，而且对人类的长远发展带来不利的影响，所以现在人们在迫不急待地开发可再生能源，比如太阳能、水能、风能等清洁能源。
人类在发展自己的能源时，最先想到的是风能，在三千年前，我国的古代劳动人民就用帆来行船，在十六世纪，荷兰人用风车来取水灌溉土地，十九世纪后叶，人们发明了风力发电机，用风来产生电能，近20年，发达国家在风力发电技术领域已取得巨大的成就。并网运行的风力发电机组单机容量从最初的数十千瓦已经发展到兆瓦级，现在已发展到智能型风力发电机组；运行可靠性从20世纪80年代初的50％提高到98％以上，并且在风电场运行的风力发电机全部实现集中控制和远程控制。
风力发电，首先要有的资源是风，没有风你的技术再先进也没有用，风力的不确定性很多，有时大，有时小，有时南，有时北，给风力发电带来很大阻力，我们怎样才能克服这些阻力呢？我所发明的《自制风、风洞、风轮风力发电机组合》可以完全解决风力发电的难点，风力可达6-8级，风向不变，又有非常合适的发电机风轮，风力变化不大，持久性好，要发出电来，那就比较容易了。
背景技术：
现在的风力发电机组采用的是水平轴、三叶片风轮(风轮材质轻质塑料板加碳纤维)来受风力推动，该叶片有一定的柔韧性，转动起来有噪声。再接增速器，一般就是结构紧凑的行星齿轮箱，然后再接三相异步双速发电机，制动采用液压传动型的可控叶尖扰流器，进行空气动力刹车，转速减慢后用低速轴盘或制动器来进行停车。
近几年来，风力发电主流机型主要有三种(1)定桨距失速型机组，典型代表是NEG MICON 600/700/750KW机组。(2)变桨距风力发电机组。(3)变速风力发电机组容量从600KW到1500KW。
下面将着重介绍V47-660/200KW变桨距风力发电机组。
起动风速3.5m/s 额定风速16m/s切出风速25m/s风轮水平轴、三桨叶、上风向布置、全桨叶变距直径47m 转速20-26r/min 叶片数了3功率调节变桨距/转速调节变距机构液压驱的曲柄连杆机构发 电 机主发电机异步发电机十最佳转差率控制额定功率660KW转转速1515-1650r/min小发电机异步发电机额定功率200KW 转速1500-1516r/min增速齿轮箱结构行星齿轮+平行轴齿轮增速比1∶75控制系统基于微处理器的控制系统+OPTLSLIP(转速调节)+OPTITIP(变距调节)这几种风力发电机均需用立柱升入40-50米的高空进行发电风力在百可并网发电，风力低于起风速可脱网，并安全停机。
发明内容
风洞、风的产生在日常生活中，有许多的风被人类所利用，也被人类所忽视，比如烟囱，它能使锅炉(非机械锅炉)产生风压，使炉火更加旺盛，使更多的氧气与煤碳结合，而产生热能，再往大的方面考虑，就是发电厂的冷却水塔，直径40-50米，高度大约在50-70米，如果你是在一个风和日丽的好天气，进入塔内，外面平静无风，但塔内却有非常强烈的风，会把你的帽子或直径较小的砂粒从你的头上和你的手中卷起，这里为什么会有风呢？这样的风可以利用吗？风是什么呢？大气有压力，而大气的压力在各个地方是不同的(因为地形的高低阳光吸收程度等)。不同的空气就会从气压高的地方流向气压低的地方这种空气的流动就产生了风，那么为什么风洞能产生风呢？经过我的仔细观察，发现尽管空气能够流动，但风从甲地到乙地是有着很大的阻力的，其中的阻力就是空气自己，假想人们用的吹风机，当风吹到一定的距离，就会感觉不到或微微能感觉到风的存在呢？它所有限的风力被空气所阻挡，风就散开了。所以要产生较大的风，就要有一定或者较大规模的力，才能产生风。再比如我们骑上自行车或摩托车，就会在无风的日子也会感到很大的迎面风吹来，车速越快，风力越大。这种风就是空气的阻力。假定没有空气阻力，那么我们骑自行车只有一点轮胎和地面的摩擦力，那该是多么轻松，多么飞快呀！为什么风洞会产生向上的风呢？就这和空气的阻力有关系了，我们用圆形的风洞，挡住了四周很大的空气阻力，使它处在一个相对的空气阻力很小的空间，那么风洞外面的大气密度就会相对变高，风洞内的大气密度就会相对变小。如果我们在风洞的底部开许多个进风口，空气就会从大气密度高的外面流向大气密度低的风洞内部，又因为风洞内部空气阻力小和低处的大气压比高处的大气压力大，在以上的几个力的作用下，风就会从风洞底部进入，而从顶部涌出，于是风就在人为的风洞中产生了。而且(风洞的面积越大，风洞的高度越高，产生的风力也就越大)(有待实验证明)注风洞的大和高是有比例的，在有效比较内，才出现上述情况。
一、风洞设计方案风洞可分为三种规格，可根据风洞的直径和高度来确定小型风洞风洞直径10-20米(内径)风洞高度60-80米中型风洞风洞直径20-30米(内径)风洞高度80-100米大型风洞风洞直径30米以上(内径)风洞高度在100米以上下面着重介绍中型风洞(图1)风洞内直径22米 外直径23.5米 部位风洞下部风洞内直径20米 外直径21米 部外风洞的上开口处风洞总高100米，其中下部进风口高3米风洞内周长69.12米(下部)风洞外周长73.83米(下部)风洞内周长62.83米(上部)风洞外周长65.97米(上部)产生风速8-10m/s(最小值)风洞形成了，由于风洞够高(100米)够大(直径22米)所以产生的风也较大，因为没有这种成型的中型风洞，我们可以拿现在的普通的烟囱来做比较普通的烟囱 内径2米(下端) 高度35米 下端有1.5米见方的风口风速＞6m/s(在无风下测试)中型风洞是普通烟囱内径的10倍，高度是普通烟囱的3倍，所以得出的最小风速8-10m/s。这样的风速带动风轮转动和发电就变得非常理想。
二、风轮设计方案设计风轮时，我一开始就想到现有的风力发电机的风轮，但是在有限的空间内，风洞中又能安装几台这样庞大的风轮呢？这样的风轮发出的电又有多少呢？它发出的电不能和我们投资较大风洞成正比，没效益，也就没有利用它的价值。
怎样才能使风推动风轮的力加强，而风叶的负面阻力又会缩小呢？这种情况能够出现吗？这成了这项技术能否真正成功的关键，也是这个创新的难点。我想了许久，一天在纸上乱画时，突然想到为什么不给风叶安一个避风的家呢？一个风叶工作时，其它三个风叶都在家里避风，当另一个风叶出来工作时，刚好第一个风叶正到家门口，于是我就设计了四个风叶，而且还有一个它们避风的家，安装在风洞的外表面。这可以大大地节省风洞里，用来放风叶的空间。四个风叶，一对一的重量相等，四个风叶重量也相等，这就好似跷跷板的杠杆原理，微微用力，就可转动起来。两重量达到平衡，可减少自身的阻力，增大对发电机的带作用。这种风叶也可用于自然风的发电机来使用。如图4我们知道风洞中的风是向上行进的，当处在风洞中的风叶受到力往上转时，其它三个风叶所受阻力是很小的，因为风叶的家里风是很小的，可以不计，当风叶⑤转30°时风叶⑥已经开始受力了，这样就可能保证风叶可以很快地转动起来。图中①的作用①和②加上两侧的挡风板(图中没有标出)形成一个倒扣的盘子，加大对风的控制。①还有加固风叶的作用。②还可以上翻90°，液压传动杆进行传动，两侧的挡风板也有此功能，是为了能减速、刹车。③导风角的作用，用来挡住下面的风，让风更少地进入风叶的家，它还可以把风送向正在工作的风叶的叶面上，它可调节。④挡风帽，也就是前面所指“风叶的家”它的作用是用来封住风洞的叶轮口，还可以使返回家的风叶减少阻力，它安装在风洞的外表面。
注意风叶的两侧都安装有较小的挡风板，它可以在上、下九十度的转动，用液压支杆来控制。
三、风轮的数量和安装方位一个风洞可安多个风轮，这可根据风洞的内直径和高度来定。
1、小型风洞内直径10-20米，高度60-80米，可安8台风轮。如图2①开始方位和高度风洞直径17米，高度80米，在圆形洞左、右两个直径的顶点上，以风轮轴为高度线的左边14米处安装第一台风轮，右边20米安装第二台风轮，以后依次是左26米处、38米处、50米处，右32米处、44米处、56米处，各安装一台风轮，(图中标明的是第一、二、三台安装图中①是外挡风帽的支撑立柱)可带两台650/350kw的三相异步双速发电机，8台风轮，共16台发电机(也可两两相对安装)
图2所示①风轮安装要错开进行，因为小型风洞直径较小，风的流量也较小，这样可以保持一定的风流量不变。
②风叶的阻力是暂时的，风叶通过转动把风传给下一个风叶，风洞的吸力也可把已经通过风叶的风再次加速。
③风轮与风轮之间的距离越大，风力发电的效果越好。
④控制风轮的转动次序，让风轮依次往上，开始转动。
⑤图中①是外挡风帽的支撑立柱。
中型风洞、风洞结构示意图风洞的底部，可用钢筋混凝土，在圆形的基础上升起三米高的立柱，每二米一根，然后再建圆形圆梁，在这个圆形中的内接等边三角形的三个顶点上，画出以顶点为中心，以对边为平行线的7.5米正弦线，从这个7.5米正弦线的两端，升起两道钢筋混凝土支撑墙，然后再在这个7.5米的正弦线两端的延长线上各取3米(3米距离包括第一道和第二道墙的厚度)再建二道钢筋混凝土支撑墙，在墙体升到20米处，在两边的支撑墙上各建一平台，支撑墙和平台的宽度可以超出风洞的墙体宽度，平台是安装发电机和其它附属设备的位置，在以风轮轴为中心，上下各9米处，建二道用来连接两座平台之间的水泥横梁。在没有风轮和发电机的其余部分，可用轻质粉煤灰加气的彻块来建设，可选择每十米加一弧形水泥梁，来确保风洞的整体坚固，也是风洞主体部分。
如图1 ①水泥立柱(高3米，每2米一根)；②圆形圈梁；③钢筋混凝土支撑墙；④连接两座平台之间的水泥横梁；⑤20米处平台，安装发电机和其它附属设备；⑥风洞主体部分。
20米处可安装三个顶点上的3部风轮，3部风轮可带动6台发电机，到风洞的55米处，再建同样的3部风轮，又可带动6台发电机。
到85米处，再建同样的3部风轮，可带动6台发电机。
也可从实际需要来增减发电机和风洞的高低。
中型风洞、风轮安装示意图 图3①是安装发电机和其它附属设备，有二道钢筋水泥墙支撑。
②是风轮的叶片，它由四片组成，横二片、竖两片，而且四片重量长度都相等。(以后有祥细介绍)③是风洞主体部分，用轻体的粉煤灰加气的彻块建设。
④风叶前部的控风部分，可上、中、下九十度做运动，来调控风力大小和刹车用，用液压支杆来操动。风叶两侧也有较小的挡风板，也可上、中、下九十度来控风。
⑤挡风帽、半圆形、骨架加铁皮焊制，装在风洞的外壁上，下面可以采取适当的支撑。
⑥连接风叶和发电机的主轴，外方内圆，高强度，两头接圆形管，与发电机前面的行星齿轮增速箱器相连。
因为中型风洞直径较大，可同时，同平面带动三组叶轮发电机组，进行发电，同时中型风洞高度有100米，还可以在中部(55米处)和上部(85米处)设置同样的两层风轮，但要注意保持风洞的风的流速和流量，必要时采取一定的措施。
风洞内直径22米 风叶长度8.5米(一个风叶到轴心的距离)风叶宽度8米(含两侧挡风板)窄宽时5米。
3、大型风洞，内直径30米以上，高度100米以上，可安12-16台风轮，方位和高度。例内直径40米，高度120米，在圆形风洞的内接正方形的四个顶点上，以风轮为高度的20米处，安装一层4台风轮，在45米处安装第二层4台风轮，在70米处安装第三层4台风轮，在95米处安装第四层4台风轮或2台风轮，因为高度增加可以选择减少两台风轮，每台风轮带850/400kw的三相异步双速发电机2台，14-16台风轮，32台发电机(风叶的长度应相应在增加1.5米，宽度增加1米)因为大型风洞较复杂，我们从中、小风洞进行建设和使用中得到经验，然后再进行大型风洞的建设。
四、风叶、风轮的制作和安装风叶的制作，材料非常关键，要采用强度高，质量轻，可塑性好的材质，我这里选用的是铝合金，如果加工条件好，可采用整铸下风叶面的办法，风叶面尽可能轻薄，可用多条小韧带和四条大韧带把下风叶面的内部进行强化，到了与总轴连接处，可进行加厚、加宽，并留有平面和螺孔，能与轴上的平面进行螺丝连接。顶杆和边框都要采用圆形中空的。如图5-3主风叶与前风叶的连接，主风叶圆杆与前风叶的圆杆相挨，在主风叶圆杆的侧上部，安装二段轴套，从前风叶的圆杆部固定一根钢制轴，延长到两轴套部中间，并与轴套里的横轴进行连接，两边的侧风叶也用这种方法进行连接，前风叶有四处连接点，侧风叶一边有二个，在连接主风叶圆杆上的轴套里可以安装制动刹车装置或三个位置的制动点，来调整前风叶和侧风叶的角度，还可以固定风叶的角度不变。图5-21、前风叶圆杆；2、主风叶圆杆；3、主风叶轴套；4、前风叶的叶面，它与前风叶圆杆一次铸成。
等风叶全部连接点和轴套里的刹车用管线，和各种接头全部固定完毕后，把后叶面的铝合金板盖好，用铝制铆钉固定在韧带上，这样一个风叶片就做好了。
如果加工铝合金的条件不好，不能整铸，还可以把各个部分，大韧、小韧带、面板等各个零件做好，再来组装，因为连接点多，此方法不很坚固。韧带横截面如图5-1风叶做好后，可以与主轴进行连接，风轮的主轴外面是正方形的，以便固定风叶，内里是圆形的，为减轻其重量，而主轴超过风叶的两端到了增速器处，外面就要是圆形的了，便于安装。如图6-1圆形轴可直接连接行星齿轮增速器内接高速轴上圆盘式刹车器，再接三相异步双带发电机额定功率(750/400)kw，安装液压操作前风叶和侧风叶的液压机。图6
五、叶轮内夹角的弧形板的制作风轮做好了，风轮的四个内夹角在我的设计中有一个小型的弧形铝合金板，它的制作方法是我们可以先在风叶的夹角间的韧带上连接一个铁制的两边145°弯的拉杆。如图7-1然后把弯过来的部分分别固定在4个韧带上，使叶轮能够更坚固，能承受更大的力，然后在上面布一层铝板，做成弧形。如图7-2六、风轮外挡风帽的设计与安装挡风帽尽可能采用轻体而结实的材料，现在我们采用中型槽钢作框，细槽钢作支撑的制作方法先拿中型槽钢作一个长方形的框。如图8-②然后将两个半圆的帽边立起进行相连，最后把铁皮固定在两个半圆和其中间的连接部分。吊装装风轮四周的水泥立柱预留许多的螺杆(螺杆深入水泥柱的内部，将底槽钢割孔，吊起后对正，用螺母进行固定，由于重量不轻，可从地底引上二根立柱进行支撑，顶在挡风帽的外下方，同时也可作成梯状，供电厂人员上下使用。
七、发电设备和其它附属设备风轮左、右两侧都有发电机，设定功率时就有许多的变化，如果以中型风洞为例采用750/400kw的三相异步双速发电机，两端就可进行切换调控，风速大时，两端全切到750kw，中风速时，一头是750kw，另一头是400kw，低风速时，两头都切到400kw，由于风洞的最小风力值，也就是带动发电机的最小值是800kw，所以两头各400kw，可进么微机自动切换，然后两头再接，增速行星齿轮箱，增速应达到或接近1∶50，两端各一套高速轴上的盘式制动器，液压调风系统，来运转前风叶和侧风叶作上、下90°的风叶转动和空气动力刹车。
一座中型风洞，可带动最少九台风轮，十八台风力发电机，总装机容量可达13500kw，预计发电量每小时9000-11000kw/h。
一座小型风洞，可两面各带四台，共八台风轮，十六台风力发电机，可带650/350kw的三相异步双速发电机，总装机容量10400kw。预计发电量每小时7000-8000kw/h。
大型风洞，可带16台风轮，三十二台发电机，总装机容量可达27200kw，预计发电量每小时20000kw/h。
具体实施例方式
风洞建好后，应该把外挡风帽先从上到下固定好，然后进行风速，风量的侧定，达到标准后＞12m/s，再进行两台发电机和行星齿轮箱的吊起和放置，然后从检修门口吊入叶轮的叶片，在风洞底部组装成一个完整的带轴风轮进行吊起安装在两个行星齿轮箱之间。(要在离地最近一个的下面，留下一个可运输风叶片的大门，现在安装和将来检修时有用)。然后固定两个齿轮箱，再安装高速轴上盘式制动器，最后安装固定发电机和液压控风系统，把它与风轮上液压管进行连接，(在风叶上的部分在安装风叶时已安装完毕)。
发电前调试1、先调试液压系统是否有漏油。②再进行前风叶和侧风叶的停车时，运转是否灵活和固定时是否有松动。③进行发电机调试，安装输电装置，行星齿轮箱加润滑油。④叶轮转动测试，把发电机功率都切换到400kw，然后，松开盘式制动器，用液压控风系统，操作前叶片和侧叶片向下进行90°角，叶轮开始缓慢转动，如果越转越快，并且无异常情况，可将一侧发电机功率缓慢切换到750kw，然后进行长时间的试运行。如三到五天内无异常情况，可试把另一侧也切换到750kw，如果一切顺利，可进行下一个风轮机组的安装、调试。可先从风洞的上部开始往下一台台的进行安装调试。
图1.是中型风洞的建筑结构图(地上部分)和风轮发电机方位示意图。
图2.是小型风洞风轮安装示意图和它的运动时的动态图。
图3.是中型风洞中三台同平面风轮发电机安装俯视图。
图4.是风轮设计剖面图和运动状态图。
图5.是风轮片的制作和内部构成图。
图5-1是韧带截面图。
图5-2是前控风板和侧挡风板与边框的连接方法。
图5-3是风轮片整体图。
图6.是四风叶风力发电机装配一体图。
图6-1是叶轮总轴图。
图7.是叶片间内夹角的制作和弧形板的安装制作图。
图8.是外挡风帽制作分体图。
权利要求
1.风洞产生风用来发电通过风洞的产生而产生了风，克服了以往风力发电完全依靠自然，靠风场发电的老传统，来人为制造风洞，而产生稳定的有一定力量的风能，将这种风能用来发电。也就是通过风洞产生用来发电的风的方法和技术。
2.四风叶风轮尽管此轮的受力面只有一叶风轮40m2大小，但也是现在所使用发电机风轮三个风叶受力面积总和的5-6倍，这种风轮的四个叶片重量相等，对等风叶重量也相等，使对等两个风叶能达到一种以轴为中心的平衡，风力要打破这种平衡非常容易，把风叶的自身阻力降到最低。
3.挡风帽和导风角以往的风力发电的风轮，完全暴露在风口下，风轮在发电转动的同时，也产生较大的阻力，影响机组的稳定运行，而有了挡风帽和导风角，使风轮一面受到风力产生转动，而返回的一面却受到挡风帽和导风角的保护而受到的阻力很小，这样风轮才能快速的转起来，这说明挡风帽和导风角的作用非常重要。
4.自制风、风洞、风轮、风力发电机组合由以上的①②③项内容组合一起的一整套的发电方法，解决了许多风力发电的难点。①风的来源问题，通过风洞产生风能，风速在8-10m/s(最小值)而且风源稳定，受外界风力变化影响小，持久性和方向性都很好。②新式风轮受力面大，返回时阻力小，带动发电机转动的力量大，速度快。③一台风轮可带动两台发电机，而且两台发电机还可互相调配。④一座中型风洞的发电装机总量达到13500kw，预计发电量可达每小时9000-11000kw/h。
5.自制风、风洞、风轮、风力发电机组合的其它用处只要将这个发明略加改动，就可以用于现在的自然风发电，其内容是①将风洞改成大嗽叭口状，平放于30-40米的空中，用来收集自然风，在风洞最末端成圆柱形，在圆柱形内设置两组或三组风轮和挡风帽、导风角、再设增速齿轮箱和异步发电机等设备。(一个风轮两台发电机)这样就变成了自然风、风洞、风轮风力发电机组合了。②也可单独放置一台风轮和挡风帽、导风角、置于高处，也可带动发电机发电。
全文摘要
自然风、风力发电已有一百多年历史了，但得不到大的发展原因是①风源的短少和不稳定性。②风叶的受力面小，风叶阻力大，对风能利用率不高。③发出的电稳定性差等。自制风、风洞、风轮、风力发电机组合，可解决许多的风力发电的难题。①风源可用自制风洞来产生风，中型风洞内直径20－30米高度80－100米，产生风速8－10m/s(最小值)。风向向上不变，风力变化很小，持久性好。②风轮四叶片单叶受力，单风叶受力面积40m
文档编号H02K7/18GK101046190SQ20061006607
公开日2007年10月3日 申请日期2006年3月29日 优先权日2006年3月29日
发明者刘磊 申请人:刘磊