專利名稱：導(dǎo)風(fēng)板型風(fēng)能裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種與能源有關(guān)的設(shè)備，即風(fēng)能利用的設(shè)備，這里稱之為風(fēng)能裝置。
所謂風(fēng)能的利用，也就是利用風(fēng)力吹在物體表面上所產(chǎn)生的風(fēng)壓，根據(jù)氣象萬千書中介紹，當(dāng)風(fēng)速達9-10米/秒的5級風(fēng)力時，吹到物體表面上每平方米受力約10公斤，目前風(fēng)能利用通常為旋轉(zhuǎn)的葉輪或風(fēng)帆，風(fēng)力作用在輪葉上的壓力與風(fēng)的壓力角和風(fēng)速與輪葉的速度差也時刻變化著，葉片外周的線速度大于其內(nèi)周的線速度，外周的單位面積風(fēng)壓就較內(nèi)周小，不同類型風(fēng)能利用裝置，風(fēng)能利用效率是不同的，就同一種類型風(fēng)能利用裝置，葉輪的葉片面積越大，能產(chǎn)生的功率也就越大。
眾所周知的巨型風(fēng)力發(fā)電機雖然發(fā)電能力較強，但是它僅利用風(fēng)力對螺旋槳的切線方向上的分力，而且螺旋槳本身的面積與它轉(zhuǎn)動過程中所形成的圓面積相比，僅為十幾分之一，其風(fēng)能利用率不高，由于它占用巨大的空間及需要高聳的支架，以建造于空曠地區(qū)為宜，還同時要求風(fēng)向較為穩(wěn)定的地區(qū)。而風(fēng)速儀和轉(zhuǎn)塔式風(fēng)力發(fā)動機是利用物體的幾何形狀因素，使正面與背面所受風(fēng)壓有差異，在轉(zhuǎn)軸左右兩側(cè)產(chǎn)生風(fēng)壓差，使其旋轉(zhuǎn)起來。但是要從旋轉(zhuǎn)中取得巨大能量幾乎不可能。有一種利用導(dǎo)風(fēng)板和葉輪組合的籠形風(fēng)能裝置(申請?zhí)?00410093118.X)，是由一組與半徑方向有適當(dāng)交角的豎立導(dǎo)風(fēng)板圍成的中空圓柱體將一豎立的可以旋轉(zhuǎn)的葉輪圍在中間，雖然結(jié)構(gòu)緊湊，風(fēng)能利用率高，但僅提出導(dǎo)風(fēng)板的一種較為理想的排列方式，尚有多種其它方式均未提及。
眾所周知，風(fēng)向變動有不確定性，而風(fēng)力大小有陣性，高度越高風(fēng)力就越大。本發(fā)明的任務(wù)在于設(shè)計出利用導(dǎo)風(fēng)板的多種排列方式與葉輪相配合，無論風(fēng)向變化如何，只要有一定風(fēng)力，凡進入本發(fā)明風(fēng)能裝置的風(fēng)就立刻轉(zhuǎn)變成一股旋轉(zhuǎn)氣流，驅(qū)動葉輪旋轉(zhuǎn)，輸出能量。風(fēng)能利用率高，結(jié)構(gòu)緊湊，使用壽命長，安全可靠，制造、維護、保養(yǎng)都很方便，適合于城市、鄉(xiāng)村、山區(qū)、海島等任何地方使用。
為了解決上述任務(wù)，使原本吹向葉輪軸左右兩側(cè)相同風(fēng)力的氣流轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗蛐D(zhuǎn)氣流來驅(qū)動葉輪，本發(fā)明實現(xiàn)此轉(zhuǎn)變方法的重要部件是由一組與半徑方向有適當(dāng)交角的導(dǎo)風(fēng)板圍成豎立的中空多邊形柱體，無論風(fēng)向如何變動，只要有風(fēng)力，在中空多邊形柱體內(nèi)都會產(chǎn)生的單向旋轉(zhuǎn)氣流，僅僅只有風(fēng)向進入的方位不同而已，導(dǎo)風(fēng)板能夠使本發(fā)明裝置吸納比原吹向葉輪時更多的風(fēng)能，在中空多邊形柱體內(nèi)的可轉(zhuǎn)動的葉輪是風(fēng)能轉(zhuǎn)換成動能的部件。導(dǎo)風(fēng)板是本發(fā)明將外界自然風(fēng)轉(zhuǎn)變成中空多邊形柱體內(nèi)旋轉(zhuǎn)氣流的重要部件，故稱為導(dǎo)風(fēng)板型風(fēng)能裝置。同時另有一類僅在旋轉(zhuǎn)葉輪的受風(fēng)那側(cè)設(shè)置導(dǎo)風(fēng)板。
導(dǎo)風(fēng)板與半徑方向的交角可在15°至90°之間選擇，這里將對俯視下的交角在半徑逆時針方向展開的定為α角，而交角在半徑順時針方向展開的定為-α角，導(dǎo)風(fēng)板與半徑方向以α角相交時必在中空多邊形柱體內(nèi)形成順時針方向旋轉(zhuǎn)氣流，若交角為-α則必形成逆時針方向旋轉(zhuǎn)氣流，兩者僅在氣流旋轉(zhuǎn)方向上有所差別，其它基本相同，在以后的敘述里以α角為主，而-α可類推，不再提及。而葉輪的轉(zhuǎn)動全靠旋轉(zhuǎn)氣流的推動，同時葉輪總是做圓周運動，當(dāng)然導(dǎo)風(fēng)板所組成的中空多邊形柱體上的每一結(jié)點即為導(dǎo)風(fēng)板在中空多邊形柱體內(nèi)的端點，如果所有的端點都與葉輪的運動圓周具有相同的距離，那就使中空多邊形柱體的多邊形處在與葉輪運動圓周的一個同心圓的圓周上，有種種原因，使多邊形各結(jié)點不能處在一個圓周上，如加工和安裝誤差會造成各結(jié)點不能處在一個圓周上。另外如因設(shè)計原因，使各結(jié)點不能處在一個圓周上如在導(dǎo)風(fēng)板的間距設(shè)計上，由于兩導(dǎo)風(fēng)板之間間距外周大于內(nèi)周，而導(dǎo)風(fēng)板的導(dǎo)向功能又以間距較小為宜，同時導(dǎo)風(fēng)板本身都具有一定厚度，占有一定空間，而內(nèi)周的空間最狹窄，若在外周設(shè)有較多的導(dǎo)風(fēng)板，使導(dǎo)風(fēng)板間有較小的間距以滿足有良好的風(fēng)的導(dǎo)向功能，同時在中空多邊形柱體中有一部分導(dǎo)風(fēng)板的端點比另一部分導(dǎo)風(fēng)板端點更遠(yuǎn)離葉輪運動圓周一些，當(dāng)然也可以有第三或第三以上部分導(dǎo)風(fēng)板安排成與葉輪運動圓周不同距離的導(dǎo)風(fēng)板端點，一部分導(dǎo)風(fēng)板與另一部分導(dǎo)風(fēng)板在葉輪周圍排列上是相間隔的，此相間隔可以是一片與一片相間隔，也可以是一片與二片相間隔或一片與幾片相間隔或幾片與幾片相間隔，要視設(shè)計者而定，總的目的是為了使導(dǎo)風(fēng)板既要導(dǎo)風(fēng)性能好，又要少占用近葉輪運動附近的空間，不同位置的導(dǎo)風(fēng)板端點與葉輪運動圓周的一個同心圓的圓周距離不一致，也就是有一部分導(dǎo)風(fēng)板在完成對風(fēng)導(dǎo)向功能后就不再去占用導(dǎo)風(fēng)板最內(nèi)周的空間，可以減少導(dǎo)風(fēng)板內(nèi)周的空氣阻力，此時導(dǎo)風(fēng)板在近葉輪一端的端點就分布葉輪運動圓周到附近的一個區(qū)間上，此區(qū)間是兩個多邊形所組成的區(qū)間內(nèi)。另外一種設(shè)計是為了加工安裝方便等因素，將環(huán)圍葉輪一周的導(dǎo)風(fēng)板內(nèi)周做成多邊形，可以是等邊多邊形，也可以是不等邊多邊形，也能使外界的自然風(fēng)轉(zhuǎn)變成與半徑有一交角的氣流來驅(qū)動葉輪旋轉(zhuǎn)，此類排列的導(dǎo)風(fēng)板寬度可以全部從外周到內(nèi)周，也可以像上述那樣不同寬度的導(dǎo)風(fēng)板相間隔配置。在導(dǎo)風(fēng)板型風(fēng)能裝置設(shè)計時，有時導(dǎo)風(fēng)板和葉輪的總占地面積受到限制，如建造在高樓的頂部，導(dǎo)風(fēng)板在達到將自然界的風(fēng)轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)氣流前提下，僅可能有較大的葉輪直徑，而在空曠地區(qū)，在考慮葉輪直徑后，導(dǎo)風(fēng)板的寬度可以適當(dāng)寬些，不僅有利于穩(wěn)定導(dǎo)入的氣流，也有利于吸納更多風(fēng)量。
在少數(shù)地區(qū)，其風(fēng)向有的常年一個風(fēng)向，有的只有兩個風(fēng)向，如海陸風(fēng)，那時導(dǎo)風(fēng)板也可以用來提高風(fēng)能利用效率，但不一定將葉輪環(huán)繞一周，只要在受風(fēng)側(cè)配置即可，此時各導(dǎo)風(fēng)板的形狀和寬度可以不必相同，若常年只有一個風(fēng)向，只要在受風(fēng)一側(cè)配置，若常年只有兩個風(fēng)向，只要在兩個受風(fēng)方向配置。下列為幾個類型的導(dǎo)風(fēng)板與葉輪配置實施例。


圖1為一組與半徑有適當(dāng)交角的并有不同寬度相間隔的所圍成的中空多邊形柱體的豎立的導(dǎo)風(fēng)板，2為可轉(zhuǎn)動的葉輪，3為葉輪上軸承，4為葉輪下軸承，5為固定導(dǎo)風(fēng)板和軸承的構(gòu)件。圖中僅為兩部分導(dǎo)風(fēng)板的內(nèi)側(cè)端點與葉輪運動圓周有不同距離相間配置所組成的一種方式，而實際上可由一部分一片導(dǎo)風(fēng)板與另一部分二片或二片以上相間配置，也可混合配置，也可三部分或三部分以上的導(dǎo)風(fēng)板的內(nèi)側(cè)端點與葉輪運動圓周有不同距離相配置，或混合配置，不一一作圖并說明。
圖2為圖1的橫截面示圖，導(dǎo)風(fēng)板1和葉輪2的相對位置以及工作時葉輪的旋轉(zhuǎn)方向以箭頭所指方向來表示。
圖3為一組與半徑有適當(dāng)交角的所圍成的中空多邊形柱體的豎立的導(dǎo)風(fēng)板和葉輪的橫截面示圖，1為導(dǎo)風(fēng)板，2為葉輪，圖中箭頭方向為葉輪旋轉(zhuǎn)方向。圖中所示的為八邊形，可以是等邊八邊形或不等邊八邊形，而實際上可以是可以做不同邊數(shù)的等邊或不等邊多邊形，也不一一作圖并說明。
圖4為只有一個風(fēng)向地區(qū)上，導(dǎo)風(fēng)板設(shè)置在旋轉(zhuǎn)葉輪的一個受風(fēng)側(cè)面，1為導(dǎo)風(fēng)板，2為葉輪，圖中箭頭為葉輪的旋轉(zhuǎn)方向。
圖5為具有二個相反風(fēng)向地區(qū)上，導(dǎo)風(fēng)板可以設(shè)置在旋轉(zhuǎn)葉輪左右輪流受風(fēng)的左右兩個受風(fēng)側(cè)面，1為導(dǎo)風(fēng)板，2為葉輪，圖中箭頭為葉輪的旋轉(zhuǎn)方向。
本發(fā)明中由一組與半徑方向有適當(dāng)交角的導(dǎo)風(fēng)板圍成豎立的中空多邊形柱體，是將自然界的風(fēng)轉(zhuǎn)變成中空圓柱體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)氣流的重要部件，該部件中的導(dǎo)風(fēng)板設(shè)計安裝由三個重要因素值得注意，第一是導(dǎo)風(fēng)板與半徑方向的適當(dāng)交角，第二是導(dǎo)風(fēng)板的寬度，第三是相鄰兩導(dǎo)風(fēng)板之間的間距，此三個因素必須結(jié)合在一起綜合考慮，才能達到使自然界的風(fēng)轉(zhuǎn)變成中空多邊形柱體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)氣流。導(dǎo)風(fēng)板需要有足夠的寬度，不僅能在改變風(fēng)向時形成穩(wěn)定的氣流按交角導(dǎo)入中空多邊形柱體內(nèi)，而且可以阻止沿著其它方向吹來的風(fēng)進入中空多邊形柱體內(nèi)，導(dǎo)風(fēng)板致少有一個最狹寬度，相鄰兩導(dǎo)風(fēng)板內(nèi)側(cè)處在中空多邊形柱體，而外側(cè)在相鄰導(dǎo)風(fēng)板內(nèi)側(cè)的半徑方向延長線上，可以避免其它方向風(fēng)力吹入而干擾交角方向進入的氣流，當(dāng)然導(dǎo)風(fēng)板可適當(dāng)加寬些，能吸納較多的風(fēng)量，不過會占用較多的空間和耗用較多的材料，有時也能考慮。導(dǎo)風(fēng)板在改變自然風(fēng)的過程中會產(chǎn)生風(fēng)與導(dǎo)風(fēng)板之間的摩擦阻力及風(fēng)內(nèi)部的內(nèi)摩擦，以致產(chǎn)生渦流，在導(dǎo)風(fēng)板的間距較小時，風(fēng)內(nèi)部的內(nèi)摩擦?xí)档?，但是對于某一具體的風(fēng)能裝置來說，必然會有較多的導(dǎo)風(fēng)板數(shù)量，勢必增加總的導(dǎo)風(fēng)板與風(fēng)的摩擦阻力，同時導(dǎo)風(fēng)板本身都具有一定厚度，就會減少總的進風(fēng)量，導(dǎo)風(fēng)板的間距過大，不僅會增加風(fēng)的內(nèi)摩擦及渦流，還會降低導(dǎo)風(fēng)板的導(dǎo)向功能，因而導(dǎo)風(fēng)板的間距要適當(dāng)外，也可以像圖1那種導(dǎo)風(fēng)板配置方式。實際上間距大小與導(dǎo)風(fēng)板寬度和導(dǎo)風(fēng)板與半徑方向交角三者必須綜合考慮，首先保證能在中空多邊形柱體內(nèi)產(chǎn)生單向旋轉(zhuǎn)氣流，其次是盡可能減少對風(fēng)形成的阻力，再次為盡可能節(jié)省材料和保證結(jié)構(gòu)的強度和剛度。由于某些原因會造成導(dǎo)風(fēng)板間距和寬度不同以及交角也有差異。如果某些地區(qū)偶爾有強風(fēng)等會損壞葉輪的天氣，則需考慮部份導(dǎo)風(fēng)板間風(fēng)道能予以關(guān)閉。至于導(dǎo)風(fēng)板圍成的中空多邊形柱體頂部多邊形和底部多邊形可以相同，也可以不同。中空多邊形柱體兩端可以是封閉的，能避免外界氣流從端部來干擾旋轉(zhuǎn)氣流，但也可以是不封閉。導(dǎo)風(fēng)板型風(fēng)能裝置可以單獨安裝使用，也可以多個疊加在一起，裝在塔形建筑內(nèi)。至于導(dǎo)風(fēng)板外周形狀，一般為圓柱形，但是如果建造在別的建筑物上，為協(xié)調(diào)其外形，則外周可以是方形、長方形、橢圓形或其它形狀。導(dǎo)風(fēng)板本身的形狀可以平面或曲面或平面與曲面的結(jié)合，比較理想的是橫截面做成流線形，既可減少風(fēng)阻，也可減少噪聲，但造價稍貴，要由設(shè)計者決定。
在中空多邊形柱體的進風(fēng)區(qū)域的旋轉(zhuǎn)氣流推動下，需要一定數(shù)量的葉片，但是每片葉片在旋轉(zhuǎn)過程中都會受到空氣阻力，因此葉片數(shù)量要適當(dāng)，圖中僅畫了六片葉片，實際裝置中的葉片數(shù)量要視設(shè)計而定。
本發(fā)明導(dǎo)風(fēng)板型風(fēng)能裝置結(jié)構(gòu)多樣，科學(xué)合理，結(jié)構(gòu)緊湊，風(fēng)能利用率高，安全可靠，制造，安裝，維護保養(yǎng)都很方便，如將發(fā)電機與葉輪輪軸相連結(jié)，以電能形式向外界輸出電力，可適合多種場合使用。
本發(fā)明導(dǎo)風(fēng)板型風(fēng)能裝置可以建造在偏僻地區(qū)、山區(qū)、海島上用來發(fā)電，省卻漫長的輸變電設(shè)備。如在燈塔中結(jié)合塔身結(jié)構(gòu)建造，可終年供給燈塔所需之能源。如果在城市高樓頂部建造，可確保本樓部份電源，如果有足夠的裝機容量，可解決本樓全部電源，不受外界電網(wǎng)影響。結(jié)合巨型風(fēng)力發(fā)電機建造在其塔身內(nèi)，更能提高其發(fā)電總量。
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)風(fēng)板型風(fēng)能裝置，有一個豎立的可以旋轉(zhuǎn)的葉輪，其特征在于由一組與半徑方向有適當(dāng)交角的豎立導(dǎo)風(fēng)板圍成的中空多邊形柱體將葉輪圍在中間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)風(fēng)板型風(fēng)能裝置，各導(dǎo)風(fēng)板近葉輪運動圓周端與此圓周的距離可以是不相同的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的導(dǎo)風(fēng)板型風(fēng)能裝置，導(dǎo)風(fēng)板可按照其與葉輪運動圓周端不同距離的而相間隔排列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)風(fēng)板型風(fēng)能裝置，結(jié)合導(dǎo)風(fēng)板與半徑方向有適當(dāng)交角的設(shè)計，相鄰兩片導(dǎo)風(fēng)板的間距也要適當(dāng)和導(dǎo)風(fēng)板的寬度也要相應(yīng)適當(dāng)，使之三者綜合考慮，能使任何風(fēng)向的風(fēng)力能直接的或經(jīng)導(dǎo)風(fēng)板導(dǎo)向后沿設(shè)計的交角方向進入中空多邊形柱體內(nèi)，使之轉(zhuǎn)變成單向旋轉(zhuǎn)氣流，而其它方向的風(fēng)不能直接吹入中空多邊形柱體內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)風(fēng)板型風(fēng)能裝置，其中空多邊形柱體上端多邊形大小與下端多邊形大小可以是相同的，也可以是不同的。
6.一種導(dǎo)風(fēng)板型風(fēng)能裝置，有一個豎立的可以旋轉(zhuǎn)的葉輪，其特征在于由一組與半徑方向有適當(dāng)交角的豎立導(dǎo)風(fēng)板設(shè)置在葉輪受風(fēng)那側(cè)的側(cè)面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的導(dǎo)風(fēng)板型風(fēng)能裝置，導(dǎo)風(fēng)板可以設(shè)置在旋轉(zhuǎn)葉輪的一個受風(fēng)側(cè)面。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的導(dǎo)風(fēng)板型風(fēng)能裝置，導(dǎo)風(fēng)板可以設(shè)置在旋轉(zhuǎn)葉輪左右輪流受風(fēng)的左右兩個受風(fēng)側(cè)面。
全文摘要
本發(fā)明導(dǎo)風(fēng)板型風(fēng)能裝置，屬于一種風(fēng)能利用設(shè)備，由一組與半徑方向有適當(dāng)交角的豎立導(dǎo)風(fēng)板圍成的中空多邊形柱體和多邊形柱體內(nèi)有一可轉(zhuǎn)動的葉輪所組成，其特點為任何風(fēng)向的風(fēng)力，經(jīng)導(dǎo)風(fēng)板作用后，將原本吹向葉輪兩側(cè)等量的天然風(fēng)轉(zhuǎn)變成在中空多邊形柱體內(nèi)的單向旋轉(zhuǎn)氣流，驅(qū)動葉輪，輸出電能，導(dǎo)風(fēng)板能夠吸納比原吹向葉輪時的更多風(fēng)能，并具有結(jié)構(gòu)多樣，風(fēng)能利用率高，安全可靠，建造方便，維護保養(yǎng)方便，適合于在各種類型的地區(qū)及不同場合中建造和使用，建造于城市高樓頂部，可解決樓內(nèi)部分或全部用電，不受外界電網(wǎng)影響，用于偏僻的山區(qū)、海島、鄉(xiāng)村等，省卻漫長的輸變電設(shè)施。
文檔編號F03D9/00GK1815013SQ20051002379
公開日2006年8月9日 申請日期2005年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月3日
發(fā)明者柳和圭 申請人:柳和圭