专利名称：一种风力静电防风固沙的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种防风固沙装置，具体的说，它涉及一种可以利用风力产生的静电来起到 防风固沙作用的树形静电装置。
背景技术：
目前我国北方地区沙尘暴的年变化特点是春季最多，约占全年总数的1/2，夏季次之， 秋季最少；按月份来看，四月份发生的频率最高，3月和5月份次之，秋季的9月份最低。 内蒙古中西部地区4月份沙尘暴出现频率最高，春季(3 5月)占全年的73%。
由上述分析可以看出我国沙尘暴大多发生在春季，这主要原因是春季北方地区气温回 升，大地解冻，同时植被(特别是短命植物)覆盖率低。北方西部春季干旱少雨，地表干燥 松软，结构性差。不论是耕地还是荒漠草原，均无植被覆盖，是含尘量丰富的沙尘源。加之 春季常有实力强大的冷空气入侵。由此导致了沙尘暴多集中爆发于春季。
由上我们可以总结出沙尘暴的形成有三个基本条件
1. 大风，这是形成沙尘暴的动力条件
2. 地面上的沙尘，这是形成沙尘暴的物质基础
3. 不稳定的大气层结状态，这是重要的局地热力条件。
人类对于遏制大风或空气不稳定状态方面，迄今还是无能为力。沙尘暴的防治，可着眼 于遏制沙尘源，减弱大风风速。
我国的八大沙漠、四大沙地以及广袤的戈壁全部分布在三北地区，对于当前我国沙尘暴 防治技术现状，从启动30年的三北防护林工程可以看出如果按每年造林面积计算的话，那 么三北地区应该已经被全部绿化，但实际上并非如此，林学上有句话，叫 〃三分造、七分管〃， 它通俗易懂地说明了保护在营造林生产中的极端重要性。大部分是沙化土地，沙化草场，进 行植树造林。而在风沙起源地的核心地带， 一望无际的沙漠戈壁和极其恶劣的生态环境，使 树木根本无法存活。
对于表面封盖的工程(化学)固沙技术也也存在诸多缺陷。表面封盖分为脆性封盖(如 水泥混凝土等)和塑性封盖(沥青，高聚塑胶膜等)，使得其在沙地表面形成一层有一定强度 的防护壳。这种方法收效快，但大面积封盖成本过高，不能大面积使用。同时由于受沙漠西 北地区昼夜季节温差大，白天日照强烈，易变性老化风化严重。物理风化作用强烈的影响。 表面封盖材料在不起风沙的时候仍被腐蚀风化，且对沙地永久性破坏地表的生态环境，所消 耗材料不能二次利用。这些都成为限制其应用发展的主要因素。
由上述可知，我们迫切需要能开发一种够能自适应风沙变化，对环境土壤无污染破坏 作用。易于维护的沙尘暴有效防治技术。到目前为止，尚未见到防尘固沙效果十分理想又环 境友好易于生产的防风固沙装置。
发明内容
本发明是提出了一种全新的利用静电除尘原理的风力静电防风固沙，提出一种结构简单， 使用可靠，防风固沙效果十分理想的方法及装置。
本发明的原理是这样的利用风力产生的直流电不断累积高压正电荷，根据沙尘扬起过 程中的不对称摩擦导致沙尘带负电，利用静电除尘的原理达到风力静电防风固沙。整个装置 通过沙尘暴中的风力产生直流静电，且风速越大电流越大。直流静电导致正电荷不断累积加强，由于同种电荷相斥使静电树上的碳纤维互斥伸张。同时在沙尘暴产生过程中，由于不对 称摩擦作用使扬起形成的沙尘带负电。这更有利于高压静电吸附带负电荷的沙尘，静电树伸 张的同时也增大了对风的阻力。对于风力产生直流电的负电荷则导入大地，同样通过静电吸 附，减弱带正电的大颗粒沙尘的表面移动，从而整体起到防风固沙的作用。
由于本设备直接利用风力产生的直流电作为除尘的静电源，且本身就希望电流能随风沙 的强度的变化而变化。因此，本发明所述的风力发电设备要比常规风力发电设施简单的多， 同时也就表明其成本和维护管理费用要相对便宜的多。
这主要是因为首先风力发电是供工农业生产用电，有时还需要与电网连接，因此，必须 尽量保证风轮机组保持高速稳定的产生动力，这就需要增速齿轮箱、离心制动器、液压系统 等装置。其次，由于风能产生的电能不稳定，因此需要储能设备，且风能发电要与电网相连 的话必须对电流进行输出转换。这些装置的安装维护也是风力发电价格较高的重要原因。而 本装置发电主要是用于对沙尘暴的控制，风力产电随风速变化而变化正是所需要的优点。因 此也就不需要这些增速稳定装置。同时本装置的产电直接用于沙尘暴的吸附，不需要储存及 电流转换。因此，这也是成本和维护管理费用要相对低很多的原因。
主要应用领域
1. 戈壁沙漠区铁路公路交通，减少风蚀，防止沙埋。
2. 沙漠化治理的排头兵，特别是在绿洲外缘的新垦沙地，沙质耕地。植物覆盖度不足的 半固定沙堆和草场。随植树造林而不断向前推进。
3. 吸附固定土壤里细腻的黏土矿物质和有机物质，防止细沙堆积在土壤表层，起到固化 土壤，保持肥力，保证农作物及畜牧也生产。
目前主要的沙尘暴源地治理措施是从治理生态环境入手，但是由于沙源地主要集中在西 北，由于西北地区气候干旱，沙化严重，植被难以生长，进行生态治理效果差，管理维护成 本高。而且更重要的是长达几十年的植树治沙由于植物修复本身难以定量化，加上沙尘暴多 发生在植被少的春季，效果难以得到准确的衡量和认同。
此外，沙尘暴防治还有表面封盖固沙。但由于其覆盖面积大， 一次性投入成本巨大，限 制了实际应用。且大部分时间表面封盖在遭受昼夜温差、日晒等西北地区强烈的风化剥蚀作 用。真正防沙时效并不多。且对沙化地产生了难以逆转的污染，之后很难在进行植物生态修 复跟进。
本论文提出的风力静电固沙设备，技术难度低，设备简单成本低，克服了沙尘暴尘源区 无法植树种草，成活率低，管理维护成本高，更重要的是对沙地地表环境没有影响，可以后 续进行植被化。静电除沙效果可以定量化，易于获得国际认证及相关支持。
图1是本发明风力静电装置的组成原理示意图 图2、图3是本发明风力静电树的原理示意图 图4是本发明的静电树布局示意图 图5风机的布局示意图
附图中各部分组件1小型直流风力发电机、2风机支架、3地下阴极、4静电树支杆、 5静电树碳纤维丝、6蒲公英式接头、7风迹线。
具体实施例方式
如附图1所示防风固沙风力静电树由静电树支杆(4)、碳纤维丝(5)和蒲公英式接
头(6)组成。小型直流风力发电机(1)采用的是最常用的交流永磁发电机经整流器后输出直流电，机位高度为10m，其通过导线向静电树供电。产生的正电荷通过蒲公英式接头(6) 向静电树碳纤维丝(5)静电累积，负电荷通过地下阴极(3)向大地释放。地下阴极由不锈 钢板制成，静电树支杆(4)由钢管或混凝土杆或木质电杆制成，高度2m。静电树碳纤维丝 (5)采用的是碳化2200度的高强度碳纤维丝制成，具有极强的耐高温，耐磨，抗腐蚀性能， 且导电性能高。蒲公英式接头(6)材质为环氧树脂，作用是将静电均布传导给各碳纤维丝。 平常状态下未起风时，如附图3所示，静电树碳纤维(5)由于重力作用自然下垂，表面对沙 尘无吸附作用。碳纤维自然下垂收縮表面积，可以起到减少太阳辐射等对纤维的老化作用。 当沙尘暴起风时，如附图2所示，由于正电荷的负载增多，静电相斥作用增强，静电纤维开 始呈四射状张开，本身表面带正电荷通过静电吸附沙尘。同时张开的树状纤维对削弱风力造 成的湍流也有很强作用。
为了增强静电树的表面电荷场强，增大对灰尘的吸附力。如附图4所示，本发明也可以 采取小型直流风力发电机(1)串联，增大电源电压，静电除尘网并联，提高负载电压的作用 模式。对于多台小型直流风力发电机(1)的布局，如附图5所示，有关两风力机间的最短间 隔距离，可从风迹线(7)即气流流过风力机群后所形成的尾流干扰情况做出估计。其数值为 风轮直径的5 20倍，最好取8 12倍，以防止风车田尾流的干扰。
在上述图示中，虽然列举了本发明较佳实施例进行了说明，但众所周之，不应由该实施 例反而限制了本发明的权利保护范围，亦即，任何熟悉发明创新点的工程技术科学研究人员， 若应用本发明主要之特征，进行若干细节的变动，皆仍属于本发明的专利保护范围。
权利要求
1.一种风力静电防风固沙方法，其特征在于利用风力产生的直流电而不断累积高压正电荷，利用静电除尘原理的达到风力静电防风固沙的方法。
2. —种实现权利要求1所述的风力静电防风固沙方法的装置，其特征 为包括小型直流风力发电机，静电树和地下负极。整个装置通过沙 尘暴中的风力产生直流静电，风速越大电流越大。直流静电导致正电 荷不断累积，同种电荷由于相斥使静电树上的碳纤维互斥伸张。而同 时不对称摩擦使扬起形成的沙尘带负电，这带负电沙尘更有利于高压 静电吸附。静电树伸张开的同时也增大对风的阻力。风力产生直流电 的负电则导入大地，地表通过静电吸附减弱带正电的大颗粒沙尘的表 面移动，从而整体起到防风固沙的作用。
3. 根据实现权利要求2所述的一种风力静电防风固沙方法的装置，其 特征还包括静电树支杆可由钢管或混凝土杆或木质电杆制成，静电 树碳纤维丝为高强度碳纤维丝制成，具有耐高温，耐磨，抗腐蚀性能， 且导电性能高。碳纤维接头为蒲公英式，作用是将静电均布传导给各 碳纤维丝。
4. 根据实现权利要求2所述的一种风力静电防风固沙方法的装置，其 特征还包括正常状态下未起风时，静电树碳纤维由于重力作用自然 下垂，收縮表面积，可以起到减少太阳辐射等对纤维的老化作用同时 表面对沙尘无吸附作用。当沙尘暴起风时，由于正电荷的负载增多， 静电相斥作用逐渐增强。静电纤维开始呈四射状张开，本身表面带正 电荷吸附沙尘，同时张开的树状纤维对削弱风力也有作用。
5. 根据实现权利要求2所述的一种风力静电防风固沙方法的装置，其特征还包括为了增强静电树的表面电荷场强，增大对灰尘的吸附力。 本发明也可以采取小型直流风力发电机串联，增大电源电压，静电除 尘网并联，提高负载电压的作用模式。
6. 根据实现权利要求2所述的一种风力静电防风固沙方法的装置，其特征还包括对于多台小型直流风力发电机的布局中两风力机间的最 短间隔距离，可从风迹线即气流流过风力机群后所形成的尾流干扰情况做出估计。其数值为风轮直径的5 20倍，最好取8 12倍，以防 止风车田尾流的干扰。
7. 根据实现权利要求2所述的一种风力静电防风固沙方法的装置，其特征还包括本发明直接利用风力产生的直流电作为除尘的静电源，且本身电流能随风沙的强度的变化而变化。
全文摘要
一种风力静电防风固沙的方法及装置，该装置利用风力产生的直流电而不断累积高压正电荷，通过静电除尘原理的达到风力静电防风固沙的方法。整个装置包括小型直流风力发电机，静电树和地下负极。正常状态下未起风时，静电树碳纤维由于重力作用自然下垂收缩表面积，减少太阳辐射等对纤维的老化作用。当沙尘暴起风时，由于正电荷的负载增多静电相斥作用逐渐增强。风速越大电流越大，同种电荷累积相斥，静电纤维开始呈四射状张开，使其本身表面带正电荷吸附沙尘，同时张开的树状纤维增大了对风的阻力面，起到削弱风力的作用。对于风力产生的直流负电荷则导入大地，减弱带正电的大颗粒沙尘的表面移动，从而起到整体防风固沙的作用。
文档编号E02D3/11GK101660308SQ20081014697
公开日2010年3月3日 申请日期2008年8月29日 优先权日2008年8月29日
发明者李泽唐 申请人:李泽唐