專利名稱：氣液發(fā)電設備的制作方法
氣液發(fā)電設備
背景技術：
風能是不能耗盡的能源。而且，它是世界各處都能獲得的能源。本發(fā)明的主要目 的在于利用風能。因此，現在將對目前投入運轉中的風力渦輪機進行論述。風力渦輪機的類型水平軸水平軸風力渦輪機(HAWT)現今所使用的大部分風力機為水平軸型。水平軸風力機具有像飛機螺旋槳一樣的 葉片。典型的水平風力機立起有如20個樓層的建筑那么高，并且此時具有橫跨200英尺寬 的葉片。世界上最大的風力機具有比足球場長的葉片。風力機高而寬地立起，以便捕獲更 多的風。如

圖1所示。HAWT的優(yōu)勢葉片位于渦輪機(turbine)重心的旁邊，有助于穩(wěn)固?？勺兊娜~片節(jié)距為渦輪機葉片提供了最佳的攻角。允許攻角被遠程調節(jié)以提供更 大的控制，由此渦輪機時刻與時令季節(jié)地收集最大量的風能。在暴風雨中使轉子葉片順槳(feather)的能力，將損害減到最少。高塔允許在具有風切變的位置接近更強烈的風。在某些風切變位置，每升高10 米，風速能夠提高20%并且功率輸出能夠提高34%。HAWT的弊端HAWT在近地面、湍流風中難于運轉。高塔與多達90米長的長葉片難于在海上和陸地上運輸。目前運輸能夠花費掉 20%的設備費用。所有的HAWT都難于安裝，需要非常高且價格昂貴的起重機以及熟練的操作員。FAA已經提出了關于高HAWT對臨近空軍基地的雷達的影響的憂慮。它們的高度能夠產生局部阻力，該局部阻力是基于對觀察梭口(viewsheds)的影 響。順風變形(downwind variants)遭受疲勞和由湍流引起的結構破壞。垂直軸垂直軸風力渦輪機(VAWT)垂直軸風力機具有從上至下延伸的葉片，最普通型(達里厄型風力機)看上去像 是巨大的雙葉片的打蛋器(eggbeater)。垂直型的風力機通常立起100英尺高和50英尺 (fee)寬。垂直軸風力機僅構成現今所使用的風力機的一非常小的部分。如圖2所示。風 力增強的轉子平臺(wind amplified rotor platform,WARP)是一種不同的風力系統(tǒng)(wind system)，該風力系統(tǒng)被設計成比現今所使用的風力機的效率高且占地小。WARP未使用大葉 片；反而，它看上去像是一堆凸緣。每個模塊具有一對小型的、大生產力的渦輪機，該對渦輪 機安裝在模塊的凹型風力增強的模塊通道表面二者上。凹型表面將風引向渦輪機，使風速 擴大50%或者更多。設計WARP的Eneco公司計劃出售技術，為海上石油平臺和無線通訊系 統(tǒng)提供動力。VAWT 的優(yōu)勢如果移動部分位于近地面，能易于維護。
因轉子葉片是垂直的，所以不需要偏轉裝置(yaw device)，減小了費用。VAWT具有較大的翼型節(jié)距角(pitch angle)，當減小低壓與高壓下的拖曳時，提供 了改善的空氣動力學。對于給定的半徑，具有方形或矩形橫截面的直葉片式VAWT設計的掃掠面積比 HAffT的圓形掃掠面積大。臺地、山頂、山脊與山口(pass)能夠在近地面處具有較快速的風，這是因為風被 強制上升一斜坡或者被灌入山口并進入位于地面附近的VAWT的路徑。低8有用的(IoW eight useful)，這里法律不允許結構被高處安裝。不需要獨立式塔，因此費用較少，并且在地面附近的疾風中更堅固。通常具有較低的葉尖速比，因此在疾風中斷裂的可能性較小。如果風向改變則不必轉向面對風，使他們在湍流風的狀態(tài)中是理想的。他們能夠被潛在地建造成遠遠大于HAWT的尺寸的尺寸，例如浮動的VAWT的數百 米的直徑，整個容器(vessel)旋轉的地方，能夠消除對大型且昂貴的軸承的需求。對于垂直型風力渦輪機能夠被建造得多高和其能夠具有多少掃掠面積，可能存在 高度分層(height lamination)。然而，可以通過以三角型式將多個渦輪機連接在一起同 時支撐裝置(bracing)橫跨結構的頂部來克服。從而減小了對這種強力的垂直支撐件的需 求，并允許渦輪機葉片被制得更長。VAWT 的弊端大部分VAWT以HAWT的效率的僅僅50%產生能量，很大程度上是因為VAWT的葉片 在風中轉動時，VAWT受到額外的阻力(drag)。可以通過使用結構以灌進更多并調整風進入 轉子(例如早期的Windstar渦輪機上的“定子”)或者將直葉片式VAWT緊密地放置在一起 的“Vorex”效應(例如專利#6784566)來克服這一弊端。大部分VAWT需要被安裝在陸地上相對較平坦的地方，某些位置對VAWT來說可能 太陡峭，但仍可被HAWT所使用。大部分VAWT具有較低的起動扭矩，并且可能需要能量來啟動旋轉。由于轉子的全部重量都在軸承上，因此使用牽索以使其保持在適當位置的VAWT 將應力施加在底部的軸承上。附接至頂部軸承的牽索在陣風中增大向下的推力。解決這一 問題，需要上部結構，以使頂部軸承保持在適當位置，從而在牽索模式中消除陣風情況下的 向下推力。當VAWT部件位于地面上時，VAWT部件也位于其上的結構的重力作用下，這使得如 果設計得不合理，在不拆卸結構的情況下改變我們的部件幾乎是不可能的。本方案，也就是Bhuma型氣液發(fā)電設備(Bhuma Aero-Hydro powerplant)，能夠克 服以上所述兩種類型風力渦輪機的大部分弊端。本發(fā)明通過運用以下方法能夠解決大部分 上述問題1、本發(fā)明使用兩種類型的圓盤，一種為固定的葉片組件，另一種為旋轉部件。葉片 帶有角度，從而使得從入射風獲取大部分的能量。間隙制得較小，以使能耗減到最小。由此， 允許葉片從風捕獲到最大的能量。2、本發(fā)明使用一種名為漏斗型儲水箱儲器(funnel shaped water storingtank reservoir)的新型裝置。已有的水獲得速度和壓力，該壓力在轉子的周圍成切線地沖擊轉子葉片。壓力的影響可以在向上和向下0 50度的角度之間起作用，該角度從旋轉圓盤的 整個直徑和貫穿直徑測量。向下降落的水的動力增大了旋轉圓盤的速度。在本發(fā)明中，可以使用A/C或者D/ C電源。電源本身應當為可再充電的，這能夠從產品獲取少量的電流，并給予旋轉圓盤連續(xù) 的運動，這樣通過使用天然可再生的資源一風力和水資源的幫助，有助于產生更多的電流。

發(fā)明內容
假設風以2米/秒或更大的最小速度吹刮。風的流動(wind flowing)直接入射 在導流葉片或者固定圓盤上。于是入射在導流葉片上的風在利于使風入射在轉子葉片組件 上的方向被偏斜。導流葉片使風以85度的角度轉向。風入射在旋轉圓盤或者轉子上，風迫 使轉子旋轉。入射風與離開轉子葉片處的風之間的角度為近似80-85度。這樣的角度給予 轉子最大可能的推力?，F在為克服風以相對較低速度流動的問題，這里使用了一項新技術。引入儲存有 水的漏斗。水儲存在漏斗箱儲器中。箱內的水自箱下落，并到達漏斗的上橫截面區(qū)域，再到 漏斗的下橫截面區(qū)域。漏斗的下橫截面區(qū)域在尺寸上比漏斗的上橫截面區(qū)域小得多，由此 流出的水的速度和壓力比上部的那些大得多。漏斗的水以近似90度的角度直接入射在旋轉圓盤的外邊緣上，由此增大轉子旋 轉的速度。撞擊轉子葉片的水壓的影響在向上或者向下0 50度的角度之間起作用，該角 度從中心沿旋轉圓盤的直徑測量。此方法允許轉子產生額外量的能量。轉子被固定在高速軸上，該高速軸通過聯軸器(coupling)與發(fā)電機(dynamo)的 電樞連接。當轉子開始旋轉時，其同樣旋轉發(fā)電機的電樞。該發(fā)電機將軸的機械能轉換成 電能。通過這種技術，一部分動力被用于將水儲存在箱中，而所提取動力的大部分被用作電 能供應。這種技術能夠利用在風中流動的能量的90% 95%，而且當空氣不在流動時，儲 存在箱中的水會幫助使風力發(fā)動機(windmill)運轉。該技術能夠用于連續(xù)M小時提取動 力。無論是風吹或者不吹，都不會影響轉子圓盤的旋轉，因此有助于產生越來越多的電。附圖簡述圖1示出可獲得的現有技術的水平軸風力渦輪機(HAWT)。圖2示出可獲得的現有技術的垂直軸風力渦輪機(VAWT)。圖3示出根據本發(fā)明的氣液發(fā)電設備的結構簡圖。圖4示出根據本發(fā)明的氣液發(fā)電設備的壓力角。圖5示出根據本發(fā)明的漏斗(儲水箱)和旋轉圓盤裝置的示意圖。圖6示出根據本發(fā)明的氣液發(fā)電設備的主視圖。圖7示出根據本發(fā)明的氣液發(fā)電設備的后視圖。圖8示出根據本發(fā)明的氣液發(fā)電設備的右視圖。圖9示出根據本發(fā)明的氣液發(fā)電設備的左視圖。BHUMA型氣液發(fā)電設備的部件1.固定圓盤裝置(set offixed disc)2.旋轉圓盤裝置(set offixed disc)3.球軸承
4.軸5.傳動裝置(gear)6.制動器7.聯軸器8.發(fā)電機9.漏斗(儲水箱)10.整個結構的基座11.旋轉圓盤的葉片結構12.保持儲器箱漏斗(water reservoir tank funnel)的支架(stand)(圖 4)各 種部件的描述和操作1.固定圓盤裝置全部組件被分成所需要數量的同心的固定葉片裝置。同心的固定圓盤裝置的數量 和尺寸是不同的。同心的固定葉片裝置被設計成在特定的設計速度下在同心部件上獲得相 同的扭矩。2.旋轉圓盤裝置盡管旋轉葉片裝置的直徑和劃分與固定葉片的組件的直徑和劃分相似，但不同于 固定圓盤，其被設計成用于最大的動量改變。旋轉葉片的組件被安置在固定圓盤系統(tǒng)的后 部，并且直接與軸連接，該軸依次通過傳動箱(gearbox)借助于聯軸器連接到發(fā)電機。旋轉 圓盤的系統(tǒng)利用被固定葉片聚集的風。3.球軸承球軸承用于將運動的軸支撐在固定圓盤架上。該技術一般是用于減小摩擦。由 于空氣中存在灰塵和濕氣，所有部件(除前葉片之外)在其上平穩(wěn)旋轉的球軸承應該由雙 “Z” (double “Ζ”)和橡膠密封保護進行罩蓋。4.軸軸的基本功能是將由旋轉葉片獲得的角速度傳遞給發(fā)電機。發(fā)電機的不同部件在 使用球軸承或不使用球軸承的情況下沿著軸的長度連接。5.傳動裝置傳動裝置實現將轉子葉片的高扭矩轉換成需要的轉數(RPM)。傳動裝置布置在軸 和聯軸器之間。這里應提供的傳動裝置為加速型(s印-up-type)。6.制動器制動器被設置在低速軸上以控制軸的轉速。制動器有助于控制軸的輸出RPM07.聯軸器 聯軸器將軸與發(fā)電機相連接。8.發(fā)電機這種發(fā)電機部件被用來將通過旋轉葉片獲得的機械能(角速度)轉換成電能。9.漏斗在該組件中，漏斗儲箱被設置在兩個支柱上，稍后支柱的數量或者形狀可以根據 箱的重量(第3張)進行增加或者改變。漏斗的水以近似90度的角度直接射入在旋轉圓 盤外邊，并在向上或向下0 50度的角度之間撞擊轉子圓盤，這為轉子圓盤提供額外的扭
6矩。10.整個結構的基座整個結構的基座制造得非常堅固，以使基座不但能承受發(fā)電機的靜重，還能承受 因風吹所帶來的巨大的力矩(moment)和儲存在箱中的水的巨大重量。11.旋轉葉片的葉片結構旋轉葉片利用來自固定葉片的入射空氣的最大能量。入射空氣經歷動量改變，這 種動量改變會對葉片施加壓力，其結果導致葉片產生圓周運動。有兩種類型的葉片被使用。 一種類型的葉片是自中心徑向安裝，其利用了從固定圓盤入射的風的能量的大部分。葉片 近似為半圓柱的形狀。下圖的圖片對它進行了全面闡述。另一種類型的葉片被布置在周圍上。儲存在漏斗中的水帶動圓盤以高速進行圓周 運動。這個過程能夠提高旋轉圓盤的速度。
權利要求
1.一種氣液發(fā)電設備，其是改善的風力發(fā)動機設備，該風力發(fā)動機設備包括風力發(fā) 動機起動增進設備，其主要包括(a)固定葉片裝置、(b)旋轉圓盤裝置、(c)球軸承、(d)軸、 (e)含有齒輪驅動的傳動箱、(f)制動器、(g)聯軸器、(h)發(fā)電機、⑴用于儲存水的漏斗、 (j)基座架。
2.如權利要求1所述的氣液發(fā)電設備，被詳細描述為基座架(10)能夠支撐整個設 備，即固定渦輪裝置和旋轉渦輪裝置以及如第1張中所提到的所有小器具。
3.如權利要求1所述的氣液發(fā)電設備，其中，通過所述固定葉片的進來的空氣會進入 同心的固定圓盤裝置，以在同心部件上獲得相等的扭矩，并且進入旋轉葉片的專門設計以 獲得最大的空氣動量。
4.如權利要求1所述的氣液發(fā)電設備，其中，漏斗形箱儲器設置在活動的圓盤組件的 上方，所述漏斗形箱儲器支撐在兩個支柱上，儲存的水會通過所述漏斗形箱儲器下落到如 第3張所示的特殊設計的凸緣上。
5.如權利要求1所述的氣液發(fā)電設備，其中，高壓的水在上面的位置以90度下落，并且 水在向下的位置中以0 50度之間飛濺，如第6張所示。
6.如權利要求1所述的氣液發(fā)電設備，其中，所述增進設備包括與風力發(fā)動機數量相 同的葉片，所述增進設備的葉片圓周尺寸等于或大于所述風力發(fā)動機的葉片圓周尺寸。
7.如權利要求1所述的氣液發(fā)電設備，其中，所述增進設備與所述風力發(fā)動機的葉片 保持在最小優(yōu)選0. 5mm左右，以將最大量的風能傳遞到葉片上。
8.如權利要求1所述的氣液發(fā)電設備，還包括一組球軸承，所述球軸承將所述旋轉葉 片的運動傳遞到所述傳動箱，所述傳動箱以線裝配方式裝配在葉片裝置之后(傳動箱用來 增加從活動的葉片獲得的每分鐘轉數)。
9.如權利要求1所述的氣液發(fā)電設備，還包括制動器，所述制動器裝配在所述傳動箱 之后，以控制從所述傳動箱獲得的通過聯軸器裝置到所述發(fā)電機的每分鐘轉數。
10.如權利要求1所述的氣液發(fā)電設備，優(yōu)勢在于，即使在空氣不吹時，也能借助于儲 存在高處的在自然空氣充分流動的時間期間由水泵抽送的水來運轉傳統(tǒng)的風力發(fā)動機。
11.如權利要求1所述的氣液發(fā)電設備，我們強烈地聲明，在圖4中，所有類型的旋轉圓 盤的外邊中的陰影部分不能被復制或修整，正如專利的每一個權利要求。
12.如權利要求1所述的氣液發(fā)電設備，其能夠被進一步描述成一種節(jié)能設備，因為即 使在水被用泵抽送到高處時，也不需要電能，這是因為借助于安裝在所述傳動箱上的另外 的傳動裝置能夠用泵抽送水(未在任何圖中提及，但能在審查過程中后續(xù)聲明)。
全文摘要
氣液發(fā)電設備由一組固定的活動的圓盤構成。進來的氣體直向地進入固定圓盤(01)，然后經專門設計的固定圓盤(01)轉向85度。從而風以高速度被進一步地引向旋轉圓盤(02)，然后以給予最大推力的大約80～85度離開旋轉圓盤(02)。此后，旋轉運動在2號球軸承(03)的幫助下被傳輸入傳動箱(05)。傳動箱(05)被設置以提高每分鐘轉數。制動器(06)設置在聯軸器(07)和傳動箱(05)之間，以控制從傳動箱(05)提取的每分鐘轉數。進一步地，聯軸器(07)連接至產生電力的直流發(fā)電機/交流發(fā)電機(03)。當空氣正常流動時，水泵用于填充漏斗形水箱儲器(09)，隨后以最大的力向下排放。
文檔編號F03D1/04GK102099567SQ200980128136
公開日2011年6月15日 申請日期2009年7月8日 優(yōu)先權日2008年7月18日
發(fā)明者布爾納·巴哈杜爾·卡爾卡瑟基 申請人:布爾納·巴哈杜爾·卡爾卡瑟基