防风治沙风力发电机组 技术领域 本发明是一种能防风治沙的新型风力发电机组， 涉及防风治沙和风力发电两项技 术， 兼具防风治沙和风力发电两种功能。
背景技术
目前已有的风力发电风车， 都是耸立在高空， 用三个桨叶， 在风中利用风力差压使 风叶转动， 带动发电机发电。虽然灵活方便， 安装简易， 造价低廉， 但发电功率都很小， 且只 能实现单一发电功能， 对我国西北沙漠地区防风治沙不起任何作用， 无法阻止荒漠化的趋 势。发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述缺点， 提出一种具有以防风治 沙为主， 兼具风力发电为辅、 能自动调控并增强风力、 提高风速、 发电量大的风力发电机组。 为实现上述目的， 采用的技术方案是冲击式能量转换方法， 而不是用风力差压式 升力技术。
本发明的目的是这样实现的 ： 它包括风轮壳、 风道、 聚风斗、 风轮、 调控导流板、 环 形及弧形调向轨道和发电机等部分， 另有钢筋混凝土结构的基建配套部分。所述风电机组 前端的聚风斗设计成喇叭状， 便于扩大收集风力的面积， 加强风力。 所述风电机组的风道一 端与聚风斗连接， 中间顶部开有一个导流口， 在导流口处设置导流板用于调控风力的大小， 或风电机组的某个部位发生故障时， 导流板可封堵风道， 使风电机组安全停止运行。 所述风 电机组的风轮壳顶部沿水平方向延长与风道的另一端连接， 在连接处左右两侧各开有一个 排风口， 两边排风口的后下方各设置一块拦风板， 风轮壳被固定在座架上。 所述风电机组的 风轮被安装在风轮壳内， 风叶被均匀地固定在风轮上， 风轮的主轴两端各安装一个轴承， 轴 承被安装在轴承座架上。 风轮的主轴一端安装一主动轮， 与发电机传动轮齿合， 发电机安装 在平台上。所述风电机组整体被安装在轨道上， 当风向改变时， 机组沿轨道运行， 使机组的 外进风口对准风向。
由于采用上述技术方案， 外部风力进入风电机组的聚风斗加强后进入风道， 利用 窄管效应， 将风力提速， 增强并提速后的风力从风道的出风口吹出直接冲击风轮的外围风 叶， 根据杠杆原理， 力臂越长越省力， 可以使风轮加快转动， 带动发电机发电。
风力冲击风轮后， 风能已大部分转化为机械能， 尾风的能量已经很弱， 尾风从风轮 壳左右两侧的排风口排出， 排出的尾风又被排风口后下方设置的拦风板拦截， 又消耗掉尾 风的大部分能量， 并改变尾风的方向， 朝左右两边吹去， 与相邻两边风电机组排出的尾风相 互对冲， 这时风能已消耗殆尽， 风力被全部化解， 这样便达到既能防风治沙又能发电的技术 要求。
本风电机组的优点在于结构简单， 加工容易， 安装方便， 具有防风治沙和风力发电 两种功能， 社会效益和经济效益显著。
附图说明 图 1 为本发明整体外形侧视图
图 2 为本发明整体结构侧视图
图 3 为本发明整体结构俯视图
图 4 为本发明风轮结构剖面示意图
图 5 为本发明风叶结构示意图
图 6 为本发明整体结构剖面后视图
图 7 为本发明整体结构后视图
图 8 为本发明导流板结构正视图
图 9 为本发明导流板剖面侧视图
图 10 为本发明导流板固定轴套剖面示意图
图 11 为本发明导流板转动轴套剖面示意图
图 12 为本发明环形轨道剖面侧视图
图 13 为本发明调向结构放大侧视图
图 14 为本发明弧形轨道调向分解俯视图
图 15 为本发明稳向制动闸后视图
图 16 为本发明稳向制动闸侧视图
图 17 为本发明调控导流板制动闸分解侧视图
在图 1 至图 17 中， 1、 风轮壳， 2、 风道， 3、 聚风斗， 4、 风轮， 5、 风叶， 6、 叶柄， 7、 风叶支 架， 8、 风轮滚桶， 9、 10 滚桶支撑架， 11、 12 轴承， 13、 主轴， 14、 主动轮， 15、 16 排风口， 17、 18 拦 风板， 19、 安装检修门， 20、 排渣口， 21、 22 座架， 23 承重底盘、 24 钢筋混凝土交叉轨道平台， 25、 钢筋混凝土拦风坝， 26、 27 加固梁， 28、 导流板， 29、 30、 31 导流板转动轴套， 32、 导流板转 动轴， 33、 34、 35 导流板固定轴套， 36、 37、 38 导流板系缆环， 39、 40、 41 滑轮， 42、 43、 44 钢缆， 45、 46、 47 滑轮座架， 48、 滑轮轴， 49、 50、 51 绞盘， 52、 53、 54 绞盘座架， 55、 绞盘轴， 56、 绞盘 传动轮， 57、 电动机， 58、 电动机主动轮， 59、 带齿闸轮， 60、 电磁铁， 61、 带齿闸皮， 62、 导流口， 63、 发电机， 64、 发电机传动轮， 65、 离合器， 66、 平台， 67、 平台斜支撑架， 68、 环形轨道， 69、 轨 道轮架， 70、 圆锥体状轨道轮， 71、 防偏转围板， 72、 防偏转滑轮， 73、 本机组弧形轨道， 74、 轨 道轮架， 75、 圆锥体状轨道轮， 76、 左邻机组弧形轨道， 77、 右邻机组弧形轨道， 78、 弧形牙盘， 79、 传动齿轮， 80、 电动机， 81、 联动拉杆， 82、 稳向制动闸杆， 83、 闸舌， 84、 电磁铁， 85、 支架， 86、 拉簧。
具体实施方式
现结合附图， 对本发明的防风治沙风力发电机组的设计原理、 机组构造及运行机 制进行详细说明。
提出的本发明风电机组如图 1、 图 2、 图 3、 图 4、 图 6、 图 7、 图 12、 图 13、 图 14 所示， 主要包括风轮壳 1、 风道 2、 聚风斗 3、 风轮 4、 导流板 28、 环形轨道 68、 弧形轨道 73 和发电机 63 等部分， 另有钢筋混凝土拦风坝 25、 钢筋混凝土交叉轨道平台 24 等基建配套部分。
如图 1、 图 2 所示， 风轮壳 1 顶部沿圆的切线水平向风道 2 方向延伸， 与风道 2 的出风口相连接， 风道 2 的进风口与聚风斗 3 的内出风口相连接。将聚风斗 3 设计成喇叭状， 就 是要将风力收拢聚集起来， 增强风力。
如图 1、 图 2 所示， 风力被聚风斗 3 加强后， 进入风道 2， 风立即被提速， 风道 2 的 设计原理是利用窄管效应， 在相等时间内， 通过相等的流量， 横截面积大， 风速小， 横截面积 小， 风速大。提速后的风力通过风道 2 的出风口进入风轮壳 1， 直接冲击风轮 4， 使风轮 4 转 动起来， 此时已完成风能向机械能转化的过程。
如图 2、 图 4、 图 5、 图 6 所示， 设在风轮壳 1 内的风轮 4， 包括主轴 13， 滚桶 8， 滚桶支 撑架 9、 10， 风叶 5， 叶柄 6， 支撑风叶 5 和叶柄 6 的支架 7 及主轴 13 两端的轴承 11、 12。如 图 6 所示， 主轴 13 上固定的滚桶 8 与主轴 13 为同心圆， 滚桶 8 被两边的支撑架 9、 10 所固 定。滚桶 8 的作用有三 ： 一是可以增加主轴 13 的强度， 使主轴 13 不易弯曲变形 ； 二是可以 缩短叶柄 6 的长度， 增加风叶 5 和叶柄 6 的支撑面， 使其更稳固， 不易被强风吹毁 ； 三是可以 减少尾风在风轮 4 内的滞留， 及时从滚桶 8 的表面排出。风叶 5、 叶柄 6 与支架 7 相连接， 并 被牢固地焊接在滚桶 8 上。风轮 4 的主轴 13 两端安装有轴承 11、 12， 轴承 11、 12 又被安装 在座架 21、 22 上。座架 21、 22 被安装在承重底盘 23 上。
如图 2 所示， 被增强风速后的风力从风道 2 的出风口高速向风叶 5 吹去， 强大的冲 击力使风轮 4 快速转动。由于风力带有强大的冲击力， 因此风轮 4 应选择高强度的轻质材 料制作， 抗风能力强。 如图 6 所示， 主轴 13 上的主动轮 14 带动传动轮 64， 传动轮 64 和发电机 63 由离合 器 65 连接， 使发电机 63 转动并发电， 主动轮 14 的直径大于传动轮 64 的直径， 使发电机增 速。此时已完成由机械能向电能转化的过程。
如图 4 所示， 风叶 5 被设置在风轮 4 的外围， 这样设置的目的就是利用杠杆原理， 力臂越长越省力， 因此， 同样的风力可以使风轮 4 的转速增加。风道 2 靠近风轮 4 的外围设 置， 如图 2 所示， 从风道 2 的出风口吹出的强风集中对准风轮 4 的外围冲击。
如图 2、 图 3 所示， 风道 2 中间顶部开设一导流口 62， 内侧设置一块导流板 28， 面积 大于导流口 62。如图 8 所示， 导流板 28 上焊接有系缆环 36、 37、 38。如图 9、 图 11 所示， 导 流板 28 上部边沿焊接转动轴套 29、 30、 31。如图 10 所示， 风道 2 上壁内侧设置有固定轴套 33、 34、 35， 导流板 28 的转动轴 32， 将转动轴套 29、 30、 31 和固定轴套 33、 34、 35 穿通起来。 如图 2、 图 3 所示， 若风力过大， 风轮将超速运转， 可启动导流板 28。 导流板 28 可以由人工启 动， 也可以通过安装的风力传感器由电脑控制启动。首先启动电动机 57， 转动绞盘 49、 50、 51， 放松钢缆 42、 43、 44， 经过滑轮 39、 40、 41， 将导流板 28 的一端下降， 悬停在一定高度， 风 道 2 内的一部分风力从导流口 62 向外释放出去， 风道 2 内的风力减小， 避免风叶 5 被强风吹 毁， 保护风轮 4 的正常运转。如果风力减弱， 重启电动机 57， 转动绞盘 49、 50、 51， 回卷钢缆 42、 43、 44， 经过滑轮 39、 40、 41， 将导流板 28 的一端提升， 封堵导流口 62， 风轮 4 正常运转。 如果风电机组出现故障或需要检修时， 都可以启动导流板 28， 使之下降并封堵风道 2， 风道 2 中的风力全部由导流口 62 排出， 即可安全进行维修。如图 3、 图 17 所示， 在绞盘轴 55 中 部安装一带齿闸轮 59， 在带齿闸轮 59 的上方安装一带齿闸皮 61， 带齿闸皮 61 平压在带齿 闸轮 59 上， 两齿相合， 带齿闸皮 61 的一端安装在固定于绞盘座架 53 一侧上的一个转动轴 上， 靠近另一端的上方安装一电磁铁 60， 在启动电动机 57 的同时电磁铁 60 的磁力将带齿 闸皮 61 的一端吸住， 带齿闸皮 61 与带齿闸轮 59 分离， 绞盘轴 55 转动， 电动机 57 停止工作
时， 电磁铁 60 的磁力消失， 带齿闸皮 61 自由下落卡住带齿闸轮 59， 绞盘轴 55 不容易松动。
如图 1、 图 2、 图 6、 图 7 所示， 本发明风电机组的风轮壳 1 是一个扁平圆柱体型， 两 端固定在座架 21、 22 上， 座架 21、 22 牢固地固定在承重底盘 23 上， 风轮壳 1 顶部两边朝风 道 2 的方向开有两个扇形排风口 15、 16， 从风道 2 的出风口吹出的强风冲击风叶 5 后， 瞬间 从排风口 15、 16 排出， 在排风口 15、 16 后下方各设置一块拦风板 17、 18， 从排风口 15、 16 排 出的尾风吹向风轮壳 1 的左右后下方， 这时拦风板 17、 18 将尾风拦截， 改变尾风的方向， 朝 左右两边吹去， 与相邻两边风电机组排出的尾风相互对冲， 风力基本耗尽， 在风轮壳 1 的底 部开有一个排渣口 20， 除用于排出吹入风轮 4 内的沙石杂物之外， 另有一部分少量尾风沿 着风轮壳 1 的内壁流动到底部， 从排渣口 20 排出， 这样风轮壳 1 就把风力全部化解掉， 风电 机组的后方形成无风区， 完全达到防风治沙的目的。如图 7 所示， 在风轮壳 1 的后部偏下方 设置一扇安装检修门 19， 便于在安装或检修风轮 4 时使用， 平时此门关闭， 使用时打开， 在 地面操作， 不用搭梯爬高， 操作方便。
如图 1、 图 2 所示， 由于风电机组的风道 2 和聚风斗 3 跨度较大， 为防止下垂， 在风 道 2 和聚风斗 3 的下方， 焊接加固梁 26、 27， 起到加固风道 2 和聚风斗 3 的作用。在聚风斗 3 的外进风口下方设置一道钢筋混凝土结构的拦风坝 25， 作用有三 ： 一是安装调向弧形轨 道 73 ； 二是能拦截地面与坝等高内的风力 ； 三是阻止人畜攀爬到聚风斗 3 和风道 2 内， 以免 发生意外。 如图 1、 图 2、 图 3、 图 6、 图 7、 图 12 所示， 风轮壳 1 及座架 21、 22 都被安装在承重底 盘 23 上， 在承重底盘 23 的底部固定安装有多个轨道轮架 69， 成环形分布， 轨道轮架 69 的下 端安装有圆锥体状轨道轮 70， 轨道轮 70 都被安放在环形轨道 68 里， 轨道轮 70 可在环形轨 道 68 里运动。在环形轨道 68 的外沿焊接一圈防偏转围板 71， 在轨道轮架 69 的外侧焊接有 防偏转滑轮 72， 在风电机组调向转动时起转动轴的作用， 可防止因发生偏转而导致轨道轮 70 与环形轨道 68 摩擦阻碍机组转动。整体风电机组以环形轨道 68 为圆心进行旋转， 便于 风向改变时调整风电机组的外进风口对准风向。
如图 1、 图 2、 图 3、 图 13、 图 14 所示， 为了在风向改变时调整风电机组的朝向， 又在 聚风斗 3 的前端底部安装多个轨道轮架 74， 轨道轮架 74 的下端安装有圆锥体状轨道轮 75， 轨道轮 75 安放在本风电机组的弧形轨道 73 里， 这样轨道轮 75 就可以在弧形轨道 73 里运 动。弧形轨道 73 与环形轨道 68 为同一个圆心， 弧形轨道 73 的中间部位铺设在拦风坝 25 上， 弧形轨道 73 的两端铺设在左右相邻风电机组下方设置的轨道平台上 ( 注 ： 每台风电机 组的聚风斗的下方都构筑有一座和轨道平台 24 同样的轨道平台， 这里图中只画出本风电 机组聚风斗 3 下方的轨道平台 24 即可， 其它不再画出 )。弧形牙盘 78 焊接在轨道轮架 74 的内侧上， 电动机 80 固定安装在拦风坝 25 上， 在聚风斗 3 的前端底部还安装有联动拉杆 81， 这样的结构设计， 就是为了在风向改变时转动风电机组， 使聚风斗 3 的外进风口对准风 向。该装置既可人工操作， 也可以通过安装的风向仪由电脑控制启动。当风向改变时， 首先 启动电动机 80， 传动齿轮 79 带动弧形牙盘 78 转动， 聚风斗 3 的前端便沿着本风电机组的弧 形轨道 73 转动， 一旦聚风斗 3 的外进风口对准风向， 电动机 80 停止工作。风电机组可并排 安装多台， 并用联动拉杆 81 连接起来， 各风电机组都有各自的弧形轨道。左邻风电机组沿 弧形轨道 76 运行， 右邻风电机组沿弧形轨道 77 运行， 并与本风电机组弧形轨道 73 在拦风 坝 25 上交叉安装， 左右相邻风电机组的弧形轨道 76、 77 的各一端交叉安装在钢筋混凝土轨
道平台 24 上。调整风向时， 多台风电机组沿着各自的弧形轨道同步转动， 互不影响， 用一部 电动机 80 就可带动多台风电机组。
如图 14、 图 15、 图 16 所示， 当电动机 80 启动的同时， 电磁铁 84 立刻产生强大的磁 力， 将稳向制动闸杆 82 的下端吸住， 闸舌 83 从弧形牙盘 78 里脱离， 弧形牙盘 78 转动， 将聚 风斗 3 的外进风口对准风向， 一旦聚风斗 3 的外进风口对准风向， 电动机 80 停止工作， 电磁 铁 84 磁力立刻消失， 稳向制动闸杆 82 的下端脱离电磁铁 84， 闸舌 83 被拉簧 86 拉回， 重新 嵌入弧形牙盘 78 里， 卡住弧形牙盘 78， 聚风斗 3 就不易被突如其来的乱气旋干扰而左右摆 动。
本发明风电机组的特点 ：
属防风治沙专用机组， 针对新疆、 甘肃、 内蒙古等地区风向相对单一的特点而设计 的。本风电机组设计新颖、 结构合理、 符合科学、 实用性强， 既能防风治沙， 又能生产清洁能 源。 多台风电机组并齐一字排开， 组成拦风带， 能够阻挡一定区域内的风力， 防止沙土流动。
本风电机组虽然能拦截风电机组高度内的低空风力， 却不能拦截风电机组高度以 上的风力， 高空的强风继续向前吹去， 并向地面下降， 可建造多排风电机组， 直至彻底控制 住风力为止。
采用这种风电机组， 可以从风的源头对风进行有效拦截， 主动对风进行控制疏导， 听从人的指挥， 变害为利。