专利名称：塔式万向气动发电站的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种塔式万向气动发电站。
背景技术：
现有的发电方式有多种、有水力发电站、火力发电站、核能发电站、太阳能发电站等。但是，上述发电站都不同程度地存在各种缺撼建水力发电站需要有丰富的水力资源，对建电站的地理位置、水力资源、水流量等要求条件较高，且投资大，工程时间长，不能随处建设，更不能按需建设；建火力发电站投资大，耗煤资源惊人，煤炭运输和对煤碳的依赖性较高，环境污染严重，运行成本高，发一度电需要消耗标准煤O. 4kg，排放二氧化碳
O.997kg，粉尘O. 272kg，硫化物O. 03kg，氮氧化合物O. 015kg ;核能发电站投资额大、工期 长，核燃烧废料处理难，未来隐患大，潜在威胁更大，一旦发生战争被敌方轰炸或遇强烈地震灾害，核电站可能给人类带来毁灭性的灾难；太阳能发电投资大，发电成本高，不适合建大型电站，受气候影响因素大，无阳光天气即不能发电。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种塔式万向气动发电站，该发电站建站投资小、工期短、发电运行成本低，无污染。为了解决现有技术存在的问题，本实用新型采用的技术方案是塔式万向气动发电站，包括有螺旋桨和助力混合机，所述的螺旋桨的数量至少为一个，螺旋桨通过塔式万向气动螺旋桨转轴与助力混合机相连，助力混合机与发电机主机相连，发电机主机固定在地面上，螺旋桨外设置有能旋转的拢风加压喇叭罩，所述的助力混合机是由轴式发电机和盘式电动机组成的，并且螺旋桨、轴式发电机组和盘式电动机组共用塔式万向气动螺旋桨转轴。所述的相邻的螺旋桨是纵向连接在一起的，整体呈塔状。本实用新型所具有的优点与效果是本实用新型塔式万向气动发电站在一个螺旋桨转轴上设计有多组万向风向螺旋桨，增加对螺旋桨转轴的扭力，增加单机的发电容量。为了使该发电站不受风力条件的限制，使其能在弱风状态下也能发电，又在塔式螺旋桨的外围，设计了能随风向转动的拢风加压喇叭罩，风从喇叭口吹进喇叭罩内时，由于喇叭口的进风面积是喇叭内出风口面积的一倍以上，出口面积变小，风的压力加大，出风口的风速被提高了一倍以上，出风口正对着螺旋桨，被加大压力的高风速吹动螺旋桨加速一倍转动。为了给螺旋桨转轴增加转动扭力，在螺旋桨的同轴上又设计了助力机。助力机由多组轴式助力发电机和多组盘式助力电动机组成。轴式发电机发生三相交流电直接输送给盘式电动机组，盘式电动机产生的转动扭矩加在螺旋桨转轴上，起到给螺旋桨加力的作用。由于盘式电动机转子半径大于轴式发电机转子半径一倍以上，因此，盘式电动机产生的转动扭矩永远大于轴式发电机转子消耗的扭矩一倍以上。因此，其助力效果显著。本实用新型建站投资小、工期短、发电运行成本低，无污染。
图I为本实用新型的主视图；图2为本实用新型的俯视图；图3为本实用新型的助力混合机的剖视图；图4为本实用新型的螺旋桨的结构示意图；图5为图4中A-A向剖视图； 图中发电机主机I、法兰盘2、塔式万向气动螺旋桨转轴3、助力混合机4、助力混合机固定支柱5、发电站外塔架6、塔架顶梁7、拢风加压喇叭罩滑动圆周轨道8、塔架上十字拉梁9、塔顶拢风加压喇叭罩滑动上圆周轨道10、螺旋桨11、螺旋桨固定拉杆12、螺旋桨拉杆轴承13、拢风加压喇叭罩旋转底梁14、旋转底梁滑轮15、旋转上梁滑轮16、拢风加压喇叭围墙17、加压罩上梁18、加压罩下梁19、螺旋桨轴固定拉杆立柱20、拢风加压喇叭罩立柱21、拢风加压喇ΒΛ罩上封板22、加压罩定位燕尾风舵23、加压罩进风窗24、转子永久磁铁25、定子电枢绕组26、定子铁芯27、转子永久磁铁28、定子电枢绕组29、助力发电机2、3定子铁芯30、转子永久磁铁31、定子电枢绕组32、转子永久磁铁33、定子电枢绕组34、定子铁芯35、盘式转子电枢36、转子铁芯37、助力电动机1、2共用盘式转子38、转子铁芯51、转子电枢39、定子电枢绕组40、定子铁芯41、定子铁芯42、定子电枢绕组43、转子电枢44、转子铁芯45、助力电动机3、4共用盘式转子46、转子铁芯47、转子电枢48、定子铁芯49、定子电枢绕组50、定子铁芯52、定子电枢绕组53、发电机与电动机电源输入线54、散热片55。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详述如图I、2所示，本实用新型塔式万向气动发电站包括有发电机外塔架6、螺旋桨11和助力混合机4，发电架外塔架6内的钢筋混凝土基座上设置有拢风加压喇叭罩滑动圆周轨道8和发电机主机1，发电机主机I是转速每分钟600转，发电频率为50赫兹，200兆瓦的三相交流发电机组。发电机主机I通过法兰盘2与塔式万向气动螺旋桨转轴3相连，塔式万向气动螺旋桨转轴3的上部设置有螺旋桨11，相邻的螺旋桨11之间设置有螺旋桨固定拉杆12，塔式万向气动螺旋桨转轴3的下部设置有助力混合机4，助力混合机4通过助力混合机固定支柱5固定住，发电架外塔架6的塔架顶梁7的下面设置有塔顶拢风加压喇叭罩滑动上圆周轨道10，塔式万向气动螺旋桨转轴3的顶端通过螺旋桨拉杆轴承13与塔架上十字拉梁9相连，塔架上十字拉梁9的上部设置有旋转上梁滑轮16，旋转上梁滑轮16能在塔顶拢风加压喇叭罩滑动上圆周轨道10上滑行。塔架上十字拉梁9的下方设置有加压罩上梁18，加压罩上梁18的下面设置有拢风加压喇叭罩，拢风加压喇叭罩由拢风加压喇叭罩上封板22、拢风加压喇叭罩立柱21、拢风加压喇叭围墙17和加压罩定位燕尾风舵23组成，两面拢风加压喇叭围墙17之间形成加压罩进风窗24，拢风加压喇叭罩进风口和出风口的空气压力比为I :2即风速在出风口被增加一倍。拢风加压喇叭罩的下端设置有拢风加压喇叭罩旋转底梁14，拢风加压喇叭罩旋转底梁14的下面安装有旋转底梁滑轮15，旋转底梁滑轮15能在拢风加压喇叭罩滑动圆周轨道8上滑行。加压罩下梁19的下方设置有螺旋桨轴固定拉杆立柱20，如图4、5所示，所述的螺旋桨11的数量至少为一个，相邻的螺旋桨11之间纵向连接在一起，整体呈塔状，相邻的螺旋桨11之间设置有螺旋桨固定拉杆12，螺旋桨固定拉杆12，通过螺旋桨拉杆轴承13与塔式万向气动螺旋桨转轴3连接在一起。如图3所示，所述的助力混合机I是由四组轴式助力发电机和四组盘式助力电动机组成的，助力发电机I是由转子永久磁铁25、定子电枢绕组26和定子铁芯27组成的，助力电动机I是由盘式转子电枢36、转子铁芯37、定子铁芯52、定子电枢绕组53、助力电动机
1、2共用盘式转子38组成的。助力发电机2是由转子永久磁铁28、定子电枢绕组29和助力发电机2、3定子铁芯30组成的；助力电动机2是由助力电动机1、2共用盘式转子38、转子铁芯51、转子电枢
39、定子电枢绕组40和定子铁芯41组成的。 助力发电机3是由转子永久磁铁31、定子电枢绕组32和助力发电机2、3定子铁芯30组成的；助力电动机3是由定子铁芯42、定子电枢绕组43、转子电枢44、转子铁芯45、助力电动机3、4共用盘式转子46。助力发电机4是由转子永久磁铁33、定子电枢绕组34和定子铁芯35组成的；助力电动机4是由助力电动机3、4共用盘式转子46、转子铁芯47、转子电枢48、定子铁芯49、定子电枢绕组50组成的。助力机内四台发电机转子永久磁铁25、28、31、33，均使用钕铁硼永磁铁，磁铁外径尺寸为长500mm,宽86mm,厚度80mm,沿80mm厚度方向充成N、S极性。共制作48块，复合发电机组12块，即每个发电机组6对磁极。两端的发电机组磁铁距机壳内壁分别距离为IOOmm的间距，把永久磁铁以NS极相邻的排列，用铸铝浇铸到螺旋桨转轴上。中间两台发电机组的永久磁铁在机壳中心段向两侧分别以IOOmm的距离，以NS极相邻的间距用铸铝浇铸到螺旋桨转轴上。四台发电机的定子铁芯27、30、35，用厚度O . 3mm的硒钢片叠压成内孔圆668mm,外圆直径908mm，铁芯长600mm的四个圆筒铁芯，并在内孔冲压出240个8. 7mm宽，深80mm的放射性线槽，铁芯叠压成型后，分别套到机壳内发电机定子位置。四个发电机组的定子电枢绕组26、29、32、34分别用直径2mm的钢漆包线绕制。每组发电机绕制60个线圈，即每个线圈每层绕制40圈，共绕成4层，每个线圈共绕制160匝，线圈外形尺寸分别为有效边长520mm,高80mm,厚度8mm,宽度174mm,绕制好的线圈用绝缘漆浸蚀后烘干。把烘干后的线圈沿顺时针方向，把每个线圈的始端有效边相挨，依次下到铁芯槽内，并做好绝缘处理。把线圈下好以后，仍按顺时针方向，把相邻的20个线圈分为一组,共把线圈分为三组,三组线圈的中心线均呈120度角度，然后，把三组线圈的20个线圈的前一个线圈的尾端线头和后一个线圈的首端线头相连接，最后形成首、尾6个线头，再把每组线圈剩下的首尾两个端头共6个线头再沿顺时针方向把前一组线圈的尾端线头与后一组线圈的首端线头相连接(三相交流电的三角形接线法)，把最后形成的三个线头用导线连接到各自电动机的电枢上。四台三相异步电动机分别两机共用的转子盘38、46，用招合金铸成外径I. 98米，内孔直径50厘米，内筒长50厘米，筒厚10厘米，圆盘厚度300mm，用螺丝固到螺旋桨转轴上。[0028]盘式电动机的四个定子铁芯53、41、42、49和4个转子铁芯37、51、45、46，全部用
O.3mm厚度的硒钢片卷成高120mm,外径圆I. 92米，内径圆孔直径930mm的圆盘,并在8个圆盘上分别铣出深度80mm，240个槽宽度为12. Imm的等间距放射形下线槽，用绝缘漆浸蚀，烘干后用螺丝分别固定到机壳内壁和转子盘两侧。电动机定子电枢用直径2. 2mm铜漆包线绕制，每个电动机组绕制60个线圈，线圈均绕制成扇形，外径尺寸分别为有效边长510mm,高度80mm，厚度10mm,扇形弧长510mm,扇底弧长250mm,即每个线圈每层绕制30圈,共绕制6层,每个线圈为180阻。线圈绕制好以后，用绝缘漆浸蚀、烘干。把绕制好的线圈按顺时针方向，首端有效边挨有效边依次把线圈下到铁芯扇形线槽内，并把相邻的20个线圈分为一组，共分为3组，每组中心距均呈120度角度，把分组后的三组线圈仍按顺时针方向，把前一个线圈的尾端线头与后一个线圈的首端线头连接到一起。把最后形成的6个线头再按顺时针方向，把前一组线圈的尾端线头与后一个线圈的首端线头相连接(三相交流电的三角形接线法)，最后把三根线头与发电机的三相交流线头依顺时针次序分别连接到一起。 三相异步电动机的转子电枢36、39、44、48，均用厚度10mm，宽度80mm的铜板裁成长500mm的板条,每个转子240片，并用厚IOmm,宽80mm的铜板围焊成每个转子两个圆环，分别为外圆直径920mm,外圆直径1930mm,并把240个铜板条立焊到两个圆环内，铜板条焊接时的中心距离为内圆侧中心距离为12mm，外圆侧的中心距离为25mm。把焊好后呈放射状闭合回路的圆盘下到转子盘铁芯放射形线槽内，用铸铝浇铸固定即可。发电机组的转子与定子间的气隙和电动机组转子与定子间气隙间距为4_。助力混合机内的发电机、电动机制作完成以后，分别检验电动机的旋转扭矩方向是否与螺旋桨转动方向一致。检验方法是，先接通一组发电机与电动机的电源连接导线，并做好记号，转动螺旋桨转轴，如转轴旋转，说明电动机转动方向与转轴方向一致，如发现转不动，说明方向相反，需调换线头的接线方式，直到两个转矩方向一致为止，依次检验四个机组，检验完成以后，接通全部四个机组的电源连接导线，发电机即可工作。每组轴式助力发电机均是由转子永久磁铁同步同速转动并对各自的定子电枢切割磁力线，四组助力发电机定子电枢绕组同步同速被切割磁力线，并在各自的电枢绕组26、29、32、34中产生感应电动势，由于四组发电机组设计的均为三相交流发电机，因此，发电机发出的三相交流电各自经发电机与电动机电源输入线54输送给电动机定子电枢绕组53、
40、43、50，并在上述四个电枢中产生同步同速旋转电磁场。当螺旋桨转动时，同轴上的四组发电机转子永久磁铁25、28、31、33和四组电动机的两个转子盘也共同转动，电动机的两个转子盘成为转轴的惯性轮。在螺旋桨转动时，四组发电机的永久磁铁转子同步同速转动并对各自的定子电枢切割磁力线，四组发电机定子电枢绕组同步同速被切割磁力线，并在各自的电枢绕组26、29、32、34中产生感应电动势，由于四组发电机组设计的均为三相交流发电机，因此，发电机发出的三相交流电各自经输电导线54、输送给电动机定子电枢绕组53、40、43、50，并在上述四个电枢中产生同步同速旋转电磁场，四组电动机定子产生的旋转电磁场分别对各自对应的转子电枢36、39、44、48切割磁力线，分别在上述电枢中产生感应电动势。由于电枢36、39、44、48分别为闭合回路，因此，电能瞬间转化成磁能，并在定子电枢53、40、43、50旋转电磁场的带动下产生旋转扭矩，四台电动机的旋转据扭矩均同步同速加在螺旋桨的转轴3上，给螺旋桨增加了转动扭力。四台发电机组均为轴式结构设计，四台电动机组均为盘式结构设计，并且均设计为三相交流电机，发电机转子的力臂小于电动机转子力臂一倍以上，盘式电动机的转子盘即是转子又具有惯动轮作用。当四台发电机组和四台电动机组设计功率相同时，由于电动机转子为盘式，转子旋转半径大于发电机转子半径一倍以上，根据杠杆原理，电动机产生的转动扭矩均大于发电机所消耗的转动扭矩一倍以上。又由于助力机内的四台发电机组和四台电动机组设计的磁极对数完全相等，因此，螺旋桨转轴和发电机的发电频率、电动机的转动速度永远同步、同速，螺旋桨转轴的旋转速度决定发电机的发电频率，发电机的发电频率决定电动机的转速。螺旋桨转轴转动越快，发电机发电频率越高，电动机的旋转速度也越快。当螺旋桨转轴达到最快旋转速度时，助力机便会与转轴保持持久的匀速转动，即使风力变小，助力机的动力也可维持主发电机高速转动发电。 本实用新型工作原理如下只要室外空气流动，即有一级以上风力时，加压罩定位燕尾风舵23，便会在风的吹动下，通过拢风加压喇叭罩滑动圆周轨道8和10，加压罩旋转上、下滑轮15、16，转动到与风吹方向一致的顺风位置停止，此时，与其一体化设计的拢风加压喇叭罩的方向正好与其相反，喇叭罩的开口进风窗24，处于逆风正面，风从喇叭罩进风窗24吹进喇叭罩内，在两侧拢风加压喇叭围墙17的阻挡下出风口变小，风的压力增加，风速加快。被加压、提速的风力吹到塔式螺旋桨上，塔式组合螺旋桨11的多组风斗旋叶产生兜风阻力，螺旋桨在被加速的风力吹动下旋转，塔式螺旋桨转轴3带动主发电组发电。无论风向从何方吹来，燕尾风舵始终会把喇叭罩的开口对向正向逆风侧，风会从加压喇叭开口正面吹进拢风罩内，推动塔式螺旋桨转动，塔式螺旋桨为万向螺旋设计，无论什么风向，它都会永远朝一个方向旋转。当螺旋桨转动时，同轴上的四组发电机转子永久磁铁25、28、31、33和四组电动机的两个转子盘也共同转动，电动机的两个转子盘成为转轴的惯性轮。在螺旋桨转动时，四组发电机的永久磁铁转子同步同速转动并对各自的定子电枢切割磁力线，四组发电机定子电枢绕组同步同速被切割磁力线，并在各自的电枢绕组26、29、32、34中产生感应电动势，由于四组发电机组设计的均为三相交流发电机，因此，发电机发出的三相交流电各自经输电导线54、输送给电动机定子电枢绕组52、40、43、50，并在上述四个电枢中产生同步同速旋转电磁场，四组电动机定子产生的旋转电磁场分别对各自对应的转子电枢36、39、44、48切割磁力线，分别在上述电枢中产生感应电动势。由于电枢36、39、44、48分别为闭合回路，因此，电能瞬间转化成磁能，并在定子电枢52、40、43、50旋转电磁场的带动下产生旋转扭矩，四台电动机的旋转据扭矩均同步同速加在螺旋桨的转轴3上，给螺旋桨增加了转动扭力。四台发电机组均为轴式结构设计，四台电动机组均为盘式结构设计，并且均设计为三相交流电机，发电机转子的力臂小于电动机转子力臂一倍以上，盘式电动机的转子盘即是转子又具有惯动轮作用。当四台发电机组和四台电动机组设计功率相同时，由于电动机转子为盘式，转子旋转半径大于发电机转子半径一倍以上，根据杠杆原理，电动机产生的转动扭矩均大于发电机所消耗的转动扭矩一倍以上。又由于助力机内的四台发电机组和四台电动机组设计的磁极对数完全相等，因此，螺旋桨转轴和发电机的发电频率、电动机的转动速度永远同步、同速，螺旋桨转轴的旋转速度决定发电机的发电频率，发电机的发电频率决定电动机的转速。螺旋桨转轴转动越快，发电机发电频率越高，电动机的旋转速度也越快。当螺旋桨转轴达到最快旋转速度时， 助力机便会与转轴保持持久的匀速转动，即使风力变小，助力机的动力也可维持主发电机高速转动发电。
权利要求1.塔式万向气动发电站，其特征在于包括有螺旋桨和助力混合机，所述的螺旋桨的数量至少为一个，螺旋桨通过塔式万向气动螺旋桨转轴与助力混合机相连，助力混合机与发电机主机相连，发电机主机固定在地面上，螺旋桨外设置有能旋转的拢风加压喇叭罩，所述的助力混合机是由轴式发电机和盘式电动机组成的，并且螺旋桨、轴式发电机组和盘式电动机组共用塔式万向气动螺旋桨转轴。
2.根据权利要求I所述的塔式万向气动发电站，其特征在于所述的螺旋桨是纵向连接在一起的，整体呈塔状。
专利摘要本实用新型涉及一种塔式万向气动发电站，它包括有螺旋桨和助力混合机，螺旋桨通过塔式万向气动螺旋桨转轴与助力混合机相连，助力混合机与发电机主机相连，发电机主机固定在地面上，螺旋桨外设置有能旋转的拢风加压喇叭罩，所述的助力混合机是由轴式发电机和盘式电动机组成的，并且螺旋桨、轴式发电机组和盘式电动机组共用塔式万向气动螺旋桨转轴。本实用新型本实用新型建站投资小、工期短、发电运行成本低，无污染。
文档编号F03D9/00GK202596986SQ20122015779
公开日2012年12月12日 申请日期2012年4月16日 优先权日2012年4月16日
发明者牟玉昌 申请人:牟玉昌