聚风式大功率风力提水机、机组.pdf

一种聚风式大功率风力提水机、机组，其是通过X型聚风机架的聚风作用，使立式双桨轮风动机获得大功率的动力，带动与其配合的链箱提水机具的各个提水水箱形成环绕于风力机卸水平台之上到低位取水点水面之下的来回转动，实现从低位取水到高位卸水平台之上倾斜泻出，通过输水管路输送到应用地点，X型聚风机架的不同位置同时可充当提水需要的输水平台；当自然界风力强度变化的时候，还可随时方便地进行提水水箱安装数量的增减操作调节，从而实现在大风力条件下多提水，在小风力条件下持续少量提水的大功率和多能力变化的风力提水机设计目的；其还可形成往复泵或螺旋泵式聚风式大功率风力提水机的机械形式。

1、  一种聚风式大功率风力提水机、机组的工作原理与方法，其特征在于：其是通过聚风式大功率风力机上聚风机架的大面积聚风作用，使在其中部设置的立式双桨轮风动机获得足够的能量形成大功率动力负荷的转动，从而带动与其配合的链箱提水机具形成环绕于大功率风力机卸水平台之上到其与取水点水面之下的整体水平(或上下)来回转动运行的机械运动形态，聚风机架同时可起到支撑与托举卸水平台的作用，当链箱提水机具上的各个提水水箱运动到取水点水面以下时，排列的水箱相继入水使水箱水满，当运行到在大功率风力机上设置的卸水平台之上时，通过在其上设置的翻卸水箱装置使水箱倾斜，使提升的水泻于卸水平台之上，通过与卸水平台连接的输水管路输送到应用地点，从而形成大功率风力提水；如风向相反则可反方向旋转；
当自然界风力强度变化的时候，还可随时方便地进行提水水箱安装数量的增减调节，从而实现使其在大风力的条件下多提水，又可在小风力条件下持续运行少量提水的大功率与多能力变化的风力提水目的；其也可采用与一个或相继与多个往复活塞泵或螺旋泵进行配合，从而也可实现在不同风力条件下的不同提水能力及时转换和设备形式。

2、  一种聚风式大功率风力提水机，其特征在于：其是由“聚风式大功率风力机”和“链箱提水机具”两大功能部分相互结合构成；
聚风式大功率风力机主要结构包括：
①X形聚风机架——X形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，在其迎风面上设置有可起到聚风作用的挡风板；在聚风机架的两侧中部设置可各遮挡半个，更大功率型则是遮挡多半个立式双桨轮风动机的结构体；在X形框架两侧可设加固连接杆，在斜置框架或在双桨轮风动机上可设若干个风压调控门；平置X形聚风机架需要的不同安装位置设置卸水平台；
②立式双桨轮风动机——“大功率”立式双桨轮风动机是由立式并排设立的两个翻转桨轮构成，在翻转桨轮的中部设有桨轮轮轴，在桨轮轮轴上以纵向间隔角度均匀地分布设有3-6个(常用的是3-5个)面积与规格完全相同的“丫”、“×”字形态的翻转桨轮板构成，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；而“更大功率”型立式双桨轮风动机的设计结构是：其中部为大直径圆柱形的辊面设计，在圆柱形辊面的周边设有超过4个至更多个翻转桨轮板。
在两个桨轮风动机上设置的翻转桨轮板的数量、形状相同，在风动机的桨轮轴上一般设有两个传动齿轮，或由多齿轮构成的传动齿轮组；在翻转桨轮板的外旋转轮廓线上及外旋转轮廓线以内可设置若干个起固定连接与相互支撑作用的圆环，或在各个翻转桨轮板之间设置固定支撑板或形成圆环板；还可在其上设置机械制动装置。
聚风式大功率风力提水机的链箱提水机具功能部分包括：
其主要是由链箱提水机具的机架、传动链条或钢丝绳、传动链轮或传动圆轮、各个提水水箱、弯曲连接杆、运行防倒退卡结构、翻卸水箱装置、卸水平台、输水管路等主要功能结构构成；链箱提水机具的驱动轮与“聚风式大功率风力机”上形成合力的一个传动齿轮连接配合，(或使之成为一体化结构体的齿轮)，也可采用分别安装于两个旋转桨轮上的方式，其多数更适合在其上用弯曲连接杆将水箱与链条(或传动钢丝绳)进行连接；在链箱提水机具的机架上一般还设有运行防倒退结构，其可在风动机上的不同位置设置与链箱提水机具配合的传动连接位置点。

3、  一种聚风式大功率风力提水机组，其特征在于：其是由在设计提水线路上由两个及以上的“聚风式大功率风力机”间接安装设置形式的、并与一个或两个“链箱提水机具”结合联合构成的相互串联运行形态的提水机设备形式。

4、  一种聚风式大功率风力提水、发电机，其特征在于：其是由将具有提水功能设置和风电功能设置一体化的聚风式大功率风力机与链箱提水机具或风力发电设备配合于一体的机组形式，其可利用发电或提水的间隙时间进行其中的另一项作业。

5、  一种往复活塞泵式聚风式大功率风力提水机，其特征在于：其是由聚风式大功率风力机与往复活塞泵式提水机具配合形成的大功率风力提水机组，其也可采用与一个或相继与多个往复活塞式压力水泵进行配合，从而也可实现不同风力条件下的不同提水能力的及时转换。

6、  一种螺旋泵式聚风式大功率风力提水机，其特征在于：其是由聚风式大功率风力机与螺旋泵式提水机具配合形成的大功率风力提水机组，其也可采用与一个或相继与多个螺旋泵进行配合，从而也可实现不同风力条件下的不同提水能力的及时转换。

7、  一种气举式聚风式大功率风力提水机，其特征在于：其是由聚风式大功率风力机与气举式提水机具配合形成的大功率风力提水机组。

8、  根据权利要求1-4所述的聚风式大功率风力提水机、机组，其特征在于：其可采用多种不同的机械配合方式进行传动配合，可有不同的链条排列方式与规格；可有不同的、并可变化的提水水箱数量、容积、规格的设置，以及水箱与链条的不同连接与配合方式，提水机风力机的设计可有不同的高度、长度、宽度等，其可在提水机具的外面设置防冻防护罩，提水机具机架下部取水点的位置可形成可上下活动运行的结构。

聚风式大功率风力提水机、机组
本发明提出的“聚风式大功率风力提水机、机组”属风力提水机械成套装备技术领域。
利用自然界的风能广泛进行大规模的提调水作业可产生巨大的经济社会效益。我国东南沿海地区风能资源较丰富，年平均风速为4m/s。这些地区乡镇工业发展迅速，用电量较大，常规能源贫乏，部分电网通达的地方缺电也较严重。用风力提水可满足农田灌溉(包括为微灌、滴灌提供需要的压力水)、水产养殖和盐场制盐等低扬程大流量提水作业的需要，也可利用风力提水排咸和育苗。另一方面，我国内陆风能资源较好的区域，如内蒙古北部、甘肃和青海等地的年平均风速为4-6m/s，3-20m/s的风速累计4000-5000h/年。这里是广大的草原特区，人口分散，难通电网。利用深井风力提水机组为牧民和牲畜提供饮水或进行小面积草场灌溉，对于改善当地牧民的生活、生产条件具有明显的社会效益。此外，甘肃、新疆北部及松花江下游也属于风能丰富区，适合发展风力提水，风力提水在世界许多国家和地区的需求市场也同样十分巨大。
但是通过实际证明，只有大量提水才有可能形成更大的规模效应和实用效果，否则为其配套的可形成更广泛应用效益与价值的输水、蓄水等辅助工程设施的投入，在少量提水的情况下就显得得不偿失。但实现大量提水还不能单纯采用无限增加小提水能力的风力提水机数量的方式来实现，否则设备投入巨大，建设占地也很大。因此可以说：实现风力提水更加经济性的前提是使风力提水机实现单机大功率能力。
风力提水在现实社会中已有小范围的应用，目前多是采用叶桨迎风旋转式的风力机作为动力源，并与之配合螺旋泵或配合往复活塞式水泵等形式的提水机具，从而形成叶桨迎风旋转式螺旋泵或往复式泵形式的风力提水机。但提水高度只能实现较高扬程的小流量，或低扬程的较大流量，小时流量还不能过大；追究本因是因为目前还没有更适合于大功率能力提水需要的大功率风力机型来提供提水动力源，风力机总体动力不足，小时提水量自然不会多，扬程也不会高；
此外，另外一个产生不多与不高的重要原因是：在叶桨迎风旋转式风力机上还难于配合安装与运行“制造成本最廉价、机械效率最高、运行稳定性最好、运行快、慢、停都可适应、装卸维护均简单方便、可适当远离水源进行长短任意距离、高低任意扬程、大小任意流量提水、还可方便地在提水机具上随时增减其运载负荷能力，实现不同风力不同能力的随时变化(即：可根据风力变化的情况随时方便进行增减安装水箱的数量)、并可形成多点多次连续传递运行方式的提水机具，即——在传动链条上间接设置串联水箱的提水机具(本发明可将其简称为：链箱提水机具)；应该说，链箱提水机具与螺旋泵或往复活塞式水泵提水机具比较，前者更加适合于大规模、高扬程、大流量、长距离、多能力变化、适应性更为广泛的提水需求。
因为风力发电与风力提水采用的风力机结构与原理是基本相似相通的，因此日前“聚风式风力发电法及其大功率风力发电机组”(中国专利申请：2003101000227)和“聚风式更大功率风力发电机组”(中国专利申请：2004100337651)发明专利提出的“大及更大功率风力机”设计结构和作用方法的创新发明，也将使风力提水机在实现大功率的技术发展进程中出现本质性的突破，而且聚风式大(更大)功率风力机的机组结构还天然适合上述“链箱提水机具”与其以多种方式进行配合安装和协调运行；其同时也适合与现有的螺旋泵或往复活塞式水泵进行配合，或带动气举式提水机具提水。
本发明的目的是：将聚风式大(更大)功率风力发电机组专利方案上应用的“大及更大功率风力机”两种机型的创新优势与根据需要设计可与其形成多种安装配合形式的“链箱提水机具”的诸多提水输水优势性能进行集成，提出一种“聚风式大功率风力提水机、机组”技术方案，其可使风力提水机形成大及更大功率的单机出力能力和形成上述诸多应用性能的优势，并可使其在大风力的条件下多提水，又可在小风力条件下持续运行少量提水，并可使其形成由多个聚风式大功率风力机与一个或同时与两(或多)个链箱提水机具结合联合构成为相互串联运行形态的“聚风式大功率风力提水机组”的设备形式；本发明提供的一些机型还可根据需要设计成为将风力提水与风电发电两种用途进行交替运行的“聚风式大功率风力提水、发电机”一体化的机组形式；如上所述，本发明提出的聚风式大功率风力机也不排斥采用螺旋泵或往复活塞式水泵与其进行配合，从而也可形成螺旋泵或往复活塞泵式聚风式大功率风力提水机及或气举式聚风式大功率风力提水机。
本发明提出的聚风式大功率风力提水机是由“聚风式大功率风力机”和“链箱提水机具”两大功能部分相互结合构成。
大功率风力机功能部分是由与“聚风式风力发电法及其大功率风力发电机组”和“聚风式更大功率风力发电机组”专利上采用的“大及更大功率风力机”两种设计机型结构与作用方法大致相似的风力机结构构成，本发明将其统称为大功率风力机，其主要结构包括：
①X型聚风机架——X形聚风机架就如同一个平置X形的结构体(即：使X形体平置后俯视)，其上有四个斜置框架，在其迎风面上设置有可起到聚风作用的挡风板，平置X形机架可为在其中部设置的立式双桨轮风动机双向V型敞口大面积聚风；在聚风机架的两侧中部设置可各遮挡半个，更大功率型则是遮挡多半个立式双桨轮风动机的结构体；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。
作为聚风式大功率风力提水机来讲，平置X形聚风机架的顶部或中段还可同时起到支撑与托举链箱提水机具提高水后卸水与输水的更多作用，即：在其上设置形成卸水平台，其可作为提水机具水箱运动到高点后进行卸水、储水和压力输水的平台。
在四个斜置框架上，或是在双桨轮风动机上可设置采用称重弹簧等控制方式与结构的、可通过其实现泄风作用的若干个风压调控门，其可依受自然界瞬间风压强度的不同，自动调节控制风压调控门的开闭及其开闭大小的程度，从而自动调节控制自然界瞬间巨大风力强度对机组稳定运行产生的影响；
②立式双桨轮风动机——本发明提出地立式双桨轮风动机包括“大功率”和“更大功率”两个专利中提出的两种风动机的结构形式，可根据需求情况任选其一。
“大功率”立式双桨轮风动机是由立式并排设立的两个翻转桨轮构成，在翻转桨轮的中部设有桨轮轮轴，在桨轮轮轴上以纵向间隔角度均匀地分布设有3-6个(常用的是3-5个)面积与规格完全相同的“丫”、“×”字形态的翻转桨轮板构成，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(如图1所示)；
而“更大功率”型立式双桨轮风动机的设计结构是：其中部为大直径圆柱形的辊面设计，在圆柱形辊面的周边设有超过4个至更多个翻转桨轮板(或称为：桨轮板)，该结构设计更加适合于更大直径型、更大功率的风动机上采用。
在两个桨轮风动机上设置的翻转桨轮板的数量、形状相同，在风动机的桨轮轴上一般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，且还可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，实现桨轮板的动态对接并联与对接并联后的立刻分离；(但为了适合更多需要也可采用两个桨轮风动机分别单独运行的方式，这就无须设置传动齿轮，但是这就需要同时为一个风力机提供两套链箱提水机具分别与两个双桨轮风动机配合安装，其对于长距离的提水作业来讲，采用传动齿轮固定形成合力的设计方式就显得更加经济，而且其还可与风向成任意角度的提水方向设置)。
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及外旋转轮廓线以内可设置若干个起固定连接与相互支撑作用的圆环，或在各个翻转桨轮板之间设置固定支撑板形成圆环板；还可在其上设置机械制动装置，实现对提水机的多种控制方式。
聚风式大功率风力提水机的链箱提水机具功能部分是由链箱提水机具的机架、传动链条(包括用传动钢丝绳代替传动链条的方式)、传动链轮或传动圆轮、各个提水水箱、弯曲连接杆、运行防倒退卡结构、翻卸水箱装置、卸水平台、输水管路等主要功能结构构成；
与聚风式大功率风力机最方便配合的链箱提水机具的设置运行形态是使其各个传动链轮形成水平运行的形态，形成整体水平来回旋转运行的提水输送方式；
本发明多数更适合在其上用弯曲连接杆将水箱与链条(或传动钢丝绳)进行连接，即在传动链条上间接设置弯曲连接杆，在弯曲连接杆的下断设置提水水箱(其运行方式就如同由弯曲连接杆串联于缆绳上的单人承座的攀山缆车的设计结构和运行方式相似)；用弯曲连接杆与链条、水箱进行连接可方便形成左右(或上下)来回运行的输水形式，还可在其取水与卸水过程中链条(或钢丝绳)均不会接触到水(在水面上)。
链箱提水机具的驱动动力轮是与“聚风式大功率风力机”上形成合力的一个传动齿轮连接配合或使之成为一体化结构体的齿轮，从而带动链箱提水机具实现整体转动运行，如自然界风向相反，则链箱提水机具则反向运行，同样可达到来回旋转运行的输水提水目的。当然根据特殊需要也可设计成为上下运行的链箱提水机具的运动形态(即：传动链轮轮轴与地面平行)。
本发明提出的链箱提水机具以多种方式与风动机配合是指：其可采用多种不同的机械配合方式进行传动配合(如：斜齿轮、直齿轮或其他形式的传动方式等)，其可在风动机上的不同位置设置与链箱提水机具配合的传动连接位置点，如：可在风力机的上部进行连接配合传动(其一般适合于将风力机设置在山坡下，其X形机架的高度可同时起到托举提升水并提供输水压力水位的作用)；可在风力机的中部进行传动连接配合(其一般适合于风力机设在山坡中段，进行部分高度的托举)；可在风力机的下部进行传动连接配合(其一般适合风力机设在山坡的顶部)，可有不同的链条排列方式与规格；有不同的、并可变化的提水水箱数量、容积、规格的设置，以及水箱与链条的不同连接与配合方式，提水机风力机的设计可有不同的高度、长度、宽度等。在链箱提水机具的机架上一般还设有运行防倒退结构，如棘刺轮等，其可防止在风力瞬间变小的情况下使提水水箱倒退。在冬季冰冻地区使用的提水机具，如果需要其提水机具的外面还可设置防冻作用的防护罩装置，其提水机具的机架在下部取水点的位置还可形成可上下活动运行的结构，可适应不同的水面高度变化。因为链箱提水机具与风动机的配合方式可衍生、延伸出多种不同的方式和结构，更可根据实际情况与需要进行确定，但是其配合与提水机具设计安装方式的样式改变属一般性的延伸设计技术，其变化均不能超出本发明发明目的范畴。
本发明提出的聚风式大功率风力提水机组是由在设计提水线路上由两个及以上的“聚风式大功率风力机”间接安装设置形式的、并与一个或两个“链箱提水机具”结合联合构成的相互串联运行形态的设备形式，其可在设计提水的线路上一同形成多点的风力动力源，形成更大、更长的提水能力，更可适应不同地形对提水机性能的适应性需求与安排。
对本发明提出的聚风式大功率风力提水机、机组工作原理和方法的描述是：通过聚风式大功率风力机上聚风机架的大面积聚风作用，使在其中部设置的立式双桨轮风动机获得足够的能量形成大功率动力负荷的转动，从而带动与其配合的链箱提水机具形成环绕于大功率风力机卸水平台之上到其与取水点水面之下的整体水平(或上下)来回转动运行的机械运动形态，聚风机架同时可起到支撑与托举卸水平台的作用，当链箱提水机具上的各个提水水箱运动到取水点(包括河流、水井、洼地积水、水库等)水面之下时，排列的各个水箱相继入水使水箱水满，当运行到大功率风力机上设置的卸水平台之上时，通过在其上设置的翻卸水箱装置使水箱倾斜，使提升的水泻于卸水平台之上，通过与卸水平台连接的输水管路输送到应用地点，从而形成大功率风力提水；如风向相反则可反方向旋转；当自然界风力强度变化的时候，还可随时方便地进行提水水箱安装数量的增减调节，从而实现使其在大风力的条件下多提水，又可在小风力条件下持续运行少量提水的大功率与多能力变化的风力提水目的；(一般情况其可用运动快慢程度自动调节，除非风力变化量变化很大时才需要进行水箱悬挂量的调节)；其也可采用与一个或相继与多个往复活塞泵或螺旋泵进行配合，从而也可实现在不同风力条件下的不同提水能力及时转换和设备形式。
本发明提出的聚风式大功率风力提水、发电机是由将具有提水功能设置和风电功能设置一体化的聚风式大功率风力机与链箱提水机具或风力发电设备配合于一体的机组形式，其可利用发电或提水的间隙时间进行其中的另一项作业。
如本发明目的所述，聚风式大功率风力机的动力提供方式也不排斥将其与目前广泛采用的螺旋泵或往复活塞式压力水泵进行配合，从而其也可形成“螺旋泵式聚风式大功率风力提水机”，或形成“往复活塞泵式聚风式大功率风力提水机”，“气举式聚风式大功率风力提水机”，从而使其实现更大的提水能力，在设计实现相同功率的螺旋泵或往复活塞泵式等提水需求情况下，采用聚风式风力机带动可大量减少原来形式风力机设备的开支，可与一个或相继与多个螺旋泵或往复活塞式压力水泵等进行配合，从而也可实现不同风力条件下的不同提水能力及时转换，提水机具的作用方式与现有的情况相同，其也均可利用与其配合的聚风机架作为提水后压力输水的平台，无须专门搭建，因为其它方式的提水机具均为现有的技术，所以其结构与性能不再表述。
下面通过示意图说明聚风式大功率风力提水机的结构和运行方式。
图1是聚风式大功率风力提水机大功率型风力机与其链箱提水机具的配合俯视图。
图2是聚风式大功率风力提水机大功率型风力机与其链箱提水机具的配合侧视图。
图1、图2中：1.斜置框架    2.立式双桨轮风动机    3.桨轮板    4.提水机具链条和钢丝绳    5.弯曲连接杆连接点    6.取水点传动轮  7.聚风式大功率风力机8.斜置框架  9.输水管路  10.坡形高地  11.卸水平台  12.链箱提水机具的机架13.提水水箱  14.水面取水处；
图示中可看出：通过自然界微风的聚集(图1中箭头表示)形成强势风能，作用于立式双桨轮风动机的迎风桨轮板上，(更大功率型风力机可以轮切向方式和位置作用于桨轮上)，使立式双桨轮风动机形成相向转动，并通过传动齿轮形成合力带动提水机具上的链条或钢丝绳形成水平来回转动运动，当各个提水水箱运动到取水点水面之下时，各个提水水箱入水后水满，当运动到上部的卸水平台上时，在其上设置的翻卸水箱装置可将各个水箱翻倾，使水卸出并通过输水管路到达应用地，实现提水目的；其可根据风力变化情况增加与减少安装数量，实现输水能力的调节控制。
该聚风式形式的风力机也可采用多种机械传动方式带动螺旋泵或往复活塞式泵、气举式提水机具实现提水目的，从而使其适应性和实用性更为广泛。