聚风式风力发电法及其大功率发电机组 本发明涉及的聚风式风力发电法及其大功率发电机组属于风力发电设备和方法技术领域。
风力发电是风能利用最广泛、最重要的形式。风力发电具有无污染、资源广泛、永无枯竭的显著优势。中国是世界上最大的季风区，在西部和东南沿海地区，风能更是随时随地可开发利用、具有巨大商业开发价值和长久开发潜力的能源来源。如能实现更高效益方式的开发利用，就可有效地改变能源供应结构，尤其是西北地区在冬春季节对能源供应的巨大需求，而在冬春季也正是风能最强大、也最持续稳定的时期。
应该说，要实现更高效益，更具投资吸引力，更大规模的风力发电的开发利用的方式是采用单机大功率的风力发电机组。因为只有机组的风动力设备实现了单机大功率，其才能带动大功率的发电设备，使机组设备在总体投资相对小、相对少的情况下产生出更大比例的投资效益，也才能适合大规模的应用开发，也才能更有效地促进风力发电产业地快速增长。
实现单机大功率是各种风力发电技术方法的共同目标和共同追求。目前广泛采用的叶桨迎风旋转形式的风力发电方法也试图向着大功率的方向发展。据近期出版的权威图书资料报导，国外最大的叶桨迎风旋转式风力发电机上安装的叶桨长度已达到了59米、重量数吨的水平。因而对其的选材、设计、加工、安装、调节、控制、成本等一系列的应用难题也相继伴随而生。
风能如同太阳能，分散而广泛；风能更像水能，通过设施的建设，可使其能量在渐进变化形成的狭窄通道内获得聚集加强，使能量倍增。因而实现机组设计能力和投资效益最大化的前提就是要使在相同设备投入下形成的发电机组整体所能承接、聚集的自然风面积和将其转化利用的能力两方面均实现“最大化”。
在相同设备投入下，发电机组能够承接的自然风面积越大、机组具有的风能总量也就越多；机组的风动力机械采用的出力方式能量转化效率越高，机组产生的动力也就越强，机组发出的电力也就越多，投资人在单位投资额下产出的经济效益也就越显著，这是符合自然规律和经济规律的。
从而可见，风力发电设备的设计准则就是要通过尽可能节省的机械设备、设施的投入，实现其对风能“最大程度的承接、聚集与充分的转化利用”，而实现这一设计目标的最佳方式就是通过采用“一物多用、一体多效”的机组结构的设计方案，并使其结构在多种功效的实现过程中实现整体的协调统一。
从现在最常采用的“叶桨迎风旋转”形式的风力发电设备的产业发展现状分析，阻碍其实现更大规模、更快速度、更广范围推广应用的一个最重要的原因就是其建设成本过高，相比之下能够产出的效益过低。因此难于产生更为理想的投资吸引力，而其出力方式和整体结构难于实现对风能“承接、聚集和转化三方面能力的最大化”应该是问题形成的根源。
因此，如继续在“叶桨迎风旋转”形式的风力发电方法的基础上，以单纯扩大叶桨规格尺寸的方式来实现单机大功率目标是难于真正达到理想效果的。可见，要从真正意义上实现单机大功率风力发电的目标，就需要进行全面的变革与创新。
本发明的目的就是要提供一种采用“一物多用、一体多效”的全新种类的单机大功率风力发电方法和全新种类的大功率风力发电机组，即——聚风式风力发电法及其大功率发电机组的结构和方法设计方案，并可使其实现多种功能结构的整体协调统一，使其能够真正实现对自然界风能“最大程度的承接、聚集与转化利用”的设计目标；其还可同时实现对机组风力与风向的调节与控制，并以多种动力传递、风力调控的结构和方式理想地实现风力发电需要的诸多设计要求。
本发明的目的是通过平置X形的聚风机架①和在其中部并列设置的立式双桨轮风动机②组合构成的风动力功能部分，和将其以多种方式连接配合的发电机③组合实现的。对其结构与功能的具体描述如下：
①聚风机架部分——从机架横剖面俯视角度上看(见图)，聚风机架就如同一个平置X形的结构体，其上有四个斜置框架(1)，在其迎风面上设置有可起到聚风作用的挡风板(8)，在X形框架两侧非迎风面的斜置框架之间还可设置起加固作用的连接杆(7)，(或设置与地面支撑加固方式的支撑杆，特大型的机组结构体在其迎风面间也可少量设置固定、加固连接杆或支撑杆)，在X形框架的顶上和底下(大型的包括中部)设有可将四个斜置框架连接固定，并同时起到固定桨轮轮轴作用的顶底面机架体(2)，封闭的顶底面机架体同时还可起到为机组安装的风动力设备和在其下面安装的发电设备挡雨的作用；
在四个斜置框架上一般都设有采用称重弹簧或重量牵引滑轮或其它受力变化的控制结构和方式控制的若干个风压调节门，其可依受力强度的不同自动控制风压调节门的开闭及其开闭程度的大小，其作用目的是：调节控制自然界风力强度的瞬间巨大变化对机组稳定运行产生的影响，通过风压调节门受到过大风压后的开启过程，可将瞬间巨大风能通过风压调节门泄出；
对于自然界提供的，在一个大的时间阶段出现的稳定风力强度的大、小程度的整体调节方式，除了采用风压调节门的被动方式外，还可采用对机组增加与减少其配合安装带动的发电机的数量及不同功率增加与减小的主动方式对其进行整体化的调整(即增加机组的重复容量)。其可在自然界提供的大风力的时间段内使机组发出更大的电力，也使机组适应的风力范围大大提高，使经济效益更显著，也使机组的发电供应情况与用户的实际需求情况更相协调，这也是聚风式发电机组的另一大功能优势。但增加机组的重复容量，机组的成本会有少量增加。
上述描述的是聚风式发电机组的主要功能部分，在X形机架之下及其地下(包括埋设)还设有可根据实际需要设定不同机组安装高度的机架支撑结构或基座，其可使机组底座整体抬高，脱离地面。X形机架可采用钢材加多种材料制造，也可采用水泥板、墙体建筑物的方式实现。
在聚风机架平置X形结构体的中部，聚风机架与两个立式并列设置的桨轮风动机为紧密相互配合的结构，即：聚风机架中心部位的结构是与立式双桨轮风动机的“翻转桨轮板的外边旋转弧线体”完全相同且相互紧密配合的结构。
从迎风方向看，在平置X形聚风机架前后两个迎风面上，聚风机架体左侧的斜置框架遮挡了与其配合的左侧翻转桨轮以轴线划分的左半部分的翻转桨轮板外边的旋转弧线体；相同情况，聚风机架体右侧的斜置框架遮挡了与其配合的右侧翻转桨轮以轴线划分的右半部分的翻转桨轮板外边的旋转弧线体。
在风向经常变化角度很大(45度)的地区安装的聚风机架，还可通过平置X形聚风机架下部设置的固定轨道或其它移动方式，并通过风力、风向的自动监控装置的控制，实现对机组受风角度的整体自动转移与调节，使其实现对风向大角度变化的自动化跟踪与自动调节的设计。
②立式双桨轮风动机部分——所述的立式双桨轮风动机是由两个立式并排设立的翻转桨轮构成；在翻转桨轮的中部设有桨轮轮轴(4)，桨轮轴可以是一般形态的轴体，也可以将其制造成为较粗大的轴体；在桨轮轴上以纵向间隔角度均匀分布设有3-6个(常用的是3-4个)面积与规格完全相同的“丫”、“×”字形态的翻转桨轮板(5)构成，翻转桨轮板的形状可为平板形状，也可制造成为弧面形、L、T等形状；
在两个桨轮风动机上设置的翻转桨轮板的数量、形状相同，且在一般情况下通过传动齿轮的固定，可使两个翻转桨轮板在相向(反向)旋转过程中，在双轮轴的连线位置上，实现动态的对接并联与对接并联后的立刻分离；
为了加强各个桨轮的强度，在翻转桨轮板的外旋转轮廓线上可设置若干个起固定连接与支撑作用的圆环，或在各个翻转桨轮板之间设置固定支撑板(3)；
在桨轮轴的下部设有可使两个并排设立的桨轮上产生的动力进行相互传递并使之形成合力的两个传动齿轮或是由多个齿轮构成的传动齿轮组，通过其作用还可使立式双桨轮以同速转动，其还可起到使转动出力更加平稳的作用；桨轮轮轴的两端与上述设置的顶底架体配合连接固定。(大型的桨轮在中部也可设置与桨轮轮轴配合固定的结构。)
③以多种方式连接配合的发电机部分——发电机可采用与桨轮轮轴直接连接的方式，但是多数情况是采用与其传动齿轮或传动齿轮组通过齿轮咬合配合的传动方式将动力输出，带动一个或几个发电机转动发电。
桨轮风动机采用的出力方式自身对风向没有要求，但是因对其附加了聚风机架，虽然赋予了其风向的要求，但风向只要是在聚风机架正面面对直线的0-25度(左右合计为50度)的范围内进行小范围的变化即可正常工作，出力情况不受任何影响。
机组交流式发电机可以通过改变其项连接的方式，实现调节风向180度变化(即风向以完全相反方式的转向)对电流产生方式的影响。
根据气候、地理经验，因为在绝大多数地区、或是在绝大多数地区的绝大部分时刻，自然界的风向基本上是以相对固定的、采用来回180度变化的直线运动的方式运动，(如：中国西部常常出现的西北风与东南风的直线来回相互转换的运动方式。)又因聚风式发电机组可承接一个较宽泛的风向小范围角度变化的范围，因而可以说：聚风式风力发电机组可在机架完全固定不动的情况下，即可适应绝大多数时间及绝大多数地区任何时间产生的风力及其风向的常规变化，即可设计成为固定结构的聚风机架。
当然，在风向经常长时间出现45-90度大方向改变的地区，还可采用安装机组转动轨道的方式对机组进行整体的、自动的旋转调节对风，但成本要增加。
本发明聚风式风力发电方法的具体描述是：将聚风式风力发电机组的两个迎风口对准安装所在地自然风向在全年绝大多数时间内经常来回、来往方向的直线途径，确定机组设备的安装角度；
当自然风以广泛的方式正面冲击机组，通过聚风机架的作用使机组收集的广泛自然风在机架中获得加强，并大大超过乃至成倍超过自然界提供的风力强度(超过的程度由聚风机架设计的规格尺寸和聚风角度所决定)，自然风的力量倍增后正面冲击(垂直冲压)处于迎风面的立式双桨轮风动机上的翻转桨轮，使正处于迎风处的桨轮板沿风力推动方向旋转；
通过传动齿轮或传动齿轮组的传动，使立式双桨轮风动机以相同转速、相向(相互反向)旋转的方式转动并使之形成合力；多数采用与传动齿轮或传动齿轮组配合的传动方式(或采用与桨轮轴连接的方式)，使立式双桨轮风动机带动一个(包括一个情况下的多种功率变化)或多个发电机转动发电；交流发电机可以通过改变其项连接的方式，实现调节风向的反方向整体大变化(即在风向以180度改变的时候)。
在风向变化频繁，尤其是经常长时间出现较大角度变化的地区，可采用设置风向变换自动测定装置和与其配合的自动调节控制装置的结合方式实现机组对风向角度变换的自动跟踪与调整控制(即：实现机组整体的自动转动对风)。
在风力出现瞬间强度变化时，通过在斜置框架上设置的，可根据受压情况实现自动控制开闭程度大小的若干个风压调节门进行调节。
在出现长时间风力强度整体性变化时，除可采用风压调节门的调节方式外，还可采用增加与减少机组配合安装的发电机的数量和功率的方式，对机组进行整体出力强度变化的大调整；
在需要停机的时候，可采用将风压调节门完全开启或将斜置框架两侧的等距离位置上的风压调节门向内完全闭合的方式实现削减风力对风动力机的作用。
由上述结构可看出，双桨轮风动机与旋转叶桨式风力发电机比较，其可将大面积聚集的风能全部以垂直方式作用在翻转桨轮板上，其消除了叶桨迎风旋转形式的风力发电方法在出力时产生的与风向垂直方向的横向搅动，消除了旋转运动中产生的能量损失和因旋转形成的气流变化产生的影响。
本发明机组充分利用了单位设备投资下形成的有限机械结构，充分综合地利用了机组自身必要的、必需的多种功能设置结构之间的巧妙组合设计，实现了聚风、挡风、固定、调节、支撑稳固……等多重工效的一体化的协调统一，并使风能获得最充分的转化利用，从而以理想方式实现了单机大功率发电的目的，也一同实现了投入少、产出大、效益比高、投资吸引力强的设计目的，完美地实现了前面发明目的所确定的诸多实现目标。
下面结合示意图说明聚风式风力发电法及其大功率发电机组的功能结构和其应用方式。
图示是：机组中部横剖面俯视结构示意图。
图示中：1.斜置框架；2.顶底面机架体；3.固定支撑板；4.桨轮轴；5.翻转桨轮板；6.聚集的强风力；7.连接杆；8.挡风板；9.自然界的广泛风力。
通过图示可以看出：自然界提供的广泛稀疏风力，通过冲击聚风机架获得大大加强后冲击翻转桨轮，使其产生相同转动速度的合力，带动在其下设置的发电机发电。