涡盘式集风风力发电装置的制作方法

本发明涉及风力发电，具体涉及一种涡盘式集风风力发电装置。

背景技术：

1、现有的风力发电装置主要围绕提高“风能-转矩能-电能”整体转化效率，从叶轮被动适应风场和风场的主动调整两个技术方向进行了持续的攻关改进。

2、被动式适应风场的发电装置，分为水平轴式和垂直轴式两种。围绕提高风能利用效率，业界从叶轮适应风场的角度进行了大量研发改进，如以色列的郁金香型垂直轴叶轮等等。但由于基本原理的限制，尤其是叶轮逆风回转阻力的存在，这些改进在提高自然风“动能-电能”转换效率上遇到明显的瓶颈。另外，现有的被动式风力发电装置一般采用单套装置固定功率的设计，不宜实现模块化，难以实现发电功率的串组调整。

3、风场主动调整的风力发电装置，在风场调整上均依据了流体力学的伯努利原理，通过一定的结构物(人工或半人工)获得风速的增加和风向的集中。根据流体场调整结构物是否随风向变化而运动，分为固定式集风装置和随动式集风装置。

4、固定式集风装置，一般体积规模较大，借助楼房等大型人工建筑对风场进行调整，称作“狭管效应型”，如浙江某公司研发的三面体人工建筑结构的集风风力发电装置；其次，按照伯努利喷管和拉瓦尔喷管结构，实现集风、换向、扩压、增速的功能分段式集风装置，称作“风洞型”，如英美国家率先研发的塔式人工风洞型发电装置。

5、随动式的集风装置，一般体积较小，将风洞结构的外壳与水平轴发电装置相结合，随风向变化而同步运动。虽然效率有所改善，但结构复杂、维护成本高，难以大型化发展。

6、上述被动式风力发电装置，以及主动式风力发电装置中的“狭管效应型”风力发电装置，均属于叶片裸露型，对迁徙鸟类存在叶片伤害的风险，在湿地保护和国家公园建设区域一般受到严格限制。

7、综上所述，现有的垂直轴风力发电机，局限于被动适应自然风场的技术路线，由于受基本原理的限制，效率损失较大。叶轮在周向旋转过程中，能够收集风力的叶片只有顺风的小部分(小于1/3的叶片)，大部分叶片在逆风做回转运动，即使采用了流线降阻措施，也不可避免地造成旋转动能的大量损耗。

8、调整风场的主动式风力发电装置中，现有的“风洞型”、“狭管效应型”集风装置，共性的问题是：体积规模大、选址要求苛刻、应用空间受到很大制约。而且，“风洞型”集风发电装置，实现风场调整的过程偏于复杂，造成相当大的风阻损耗；“狭管效应型”集风发电装置，受制于建设成本或建筑物使用功能限制，集风、导风的效果不够理想。如公开号为cn102052255b的冲击式风力发电装置的喇叭形集风结构。再如公开号为cn207647683u的聚风风力发电装置。

9、部分已有发明专利，在思路上有盘式集风的粗略框架，但均未采用流体力学的渐变流道和圆周顺风倾角的涡盘布局，集风效率低。如公开号为cn202914248u的综合风力发电系统的等分垂直导风板式集风盘。再如公开号为cn102562467a的聚风增速发电装置，聚风筒内的电机部分扰乱了风场，降低了集风效率。再如，公开号为cn102953937a的综合风力发电系统，其发电机布局为水平轴风力发电机圆周对称多机布局，任一方向的自然风吹入都会导致与风向相逆面的风力发电机反向转动，发电困难。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述缺陷，本发明跳出垂直轴风力发电装置叶轮对风场被动适应的技术思路，采用涡盘集风装置实现风场调整，提供一种涡盘式集风风力发电装置，实现近地风能的高效利用，并实现防止鸟类伤害的生态和谐性。

2、为实现上述目的，本发明采用以下独有的技术方案：涡盘式集风风力发电装置包括发电机、叶轮以及设置在二者之间的转速超标刹车装置，所述叶轮外侧设置有涡盘集风装置；

3、所述涡盘集风装置包括分别设置在叶轮上下两端的顶部涡盘和底部涡盘，所述顶部涡盘与底部涡盘之间设置有流道隔板模块。

4、进一步地，所述流道隔板模块包括若干均匀分布且间隔设置的固定隔板和滑动隔板，所述固定隔板与滑动隔板结构相同且均采用向叶轮方向间隔逐渐缩小的流线型，进而形成渐缩流道；

5、通过流线型的固定隔板和滑动隔板完成对自然风场的调整，将风力作用于顺风叶片部分，彻底消除回转叶片的逆向风场作用，提高风能-旋转扭矩能-电能转化效率，风力发电机的启动风速大大降低；

6、还包括用以调节固定隔板与滑动隔板末端开口大小的流道开合组件，所述流道开合组件包括驱动电机、设置在驱动电机输出轴上的主动齿轮以及转动连接在底部涡盘底部正中且与主动齿轮啮合的从动齿环，所述从动齿环上设置有与固定隔板数量相同且均匀分布的密封板，所述滑动隔板下端开设有连杆槽，所述连杆槽正中与密封板底面正中均设置有转动销，且滑动隔板上的转动销与密封板上的转动销通过连杆连接；

7、所述流道开合组件还包括风速传感器。

8、根据不同的应用场景采用对应的渐缩流道设计，可将自然风速增大2～6倍，使垂直轴风力发电装置的启动自然风速降低到1.2米/秒，达到微风发电的目的。

9、作为优化，所述固定隔板与滑动隔板之间的角度为120°或90°或60°或45°或30°。也可以采用非整数任意角度的等分形式。对于任一风向的来风，渐缩流道都有不小于60°的圆周角(≥1/6的流道)进风。

10、作为优化，所述叶轮的叶片数量与渐缩流道的数量相等。

11、叶轮与涡盘集风装置的直径比例决定着渐缩流道的风速变比，需要根据叶轮的转矩功率和叶轮旋转半径而定，并且叶轮片数一般与渐缩流道数目相等。

12、根据应用场景需要，涡盘集风装置与叶轮在纵向方向设置有若干组，或直接增大底部涡盘与顶部涡盘的间隔并增大叶片高度。可以将装机功率提高到基本单元的5～20倍，通过规模化的建筑结构设计可以达到兆瓦级发电功率(注：当两组涡盘集风装置上下串联叠加时，下面顶部涡盘的上行逸风对上层叶轮驱动有助力作用)，当多组涡盘集风装置上下串联叠加时，可舍弃上层的底部涡盘。

13、作为优化，所述顶部涡盘上设置有若干位于叶轮正上方的逸风口，所述底部涡盘上设置有若干与滑动隔板相匹配的滑轨。

14、自然风通过进入固定隔板与滑动隔板形成的渐缩流道，完成对风场的调整，达到预定的风速和作用角度；自然风经渐缩流道到达内部的叶轮，驱动叶轮受力产生旋转扭矩，进而带动叶轮下方的发电机旋转产生电能，在涡盘集风装置内动能得到释放后的风场，经渐缩流道或顶部涡盘上方的逸风口溢散。

15、作为优化，所述转速超标刹车装置为离心式超速离合器。

16、作为优化，所述顶部涡盘顶面以及固定隔板和滑动隔板的向阳面均设置有光伏发电板。光伏发电板与发电机配合实现风光组合发电。

17、作为优化，所述发电机为普通风力发电机或永磁风力发电机或磁悬浮风力发电机。

18、作为优化，所述顶部涡盘的逸风口处设置有遮挡斜檐，所述底部涡盘的外缘设置栅格漏雪结构，防止冰雪对流道的堆积堵塞。

19、渐缩流道以及固定隔板和滑动隔板的排列密度，自然形成了与外界的隔离，从而使鸟类不易接触到旋转叶片，从而大大降低了对迁徙鸟类的伤害风险。特殊情况下，所述涡盘集风装置外缘设置栅格网，对内部空间加以隔离，防止鸟类等进入渐缩流道。

20、本发明的有益效果是：本发明提供的一种涡盘式集风风力发电装置，通过流线型的固定隔板和滑动隔板完成对自然风场的调整，将风力作用于顺风叶片部分，消除了叶轮回转中的逆风阻力损失，将整体的风能-电能转化效率提高了20％以上；在极端大风天气该风力发电装置的自锁保护方面，采用了组合式保护方法，大大提高了保护效果：一方面采用离心式超速离合器使发电机轴锁定刹车，另一方面采用流道开合组件封闭流道末端的方式。