专利名称：非常规聚风增速型风力发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及新能源利用.这类非常规风力发电机包括两种聚风增速型风力发电机， 一种
是带抽气装置的聚风增速型风力发电机，原理是利用空气的温差能发电，它由风力机、气缸、 渐縮喷管或拉伐尔喷管、抽气装置等组成；另一种是带旋风塔的聚风增速型风力发电机，原 理是利用空气的压差能发电，它由风力机、旋风塔等组成。
背景技术：
现有技术的风力机在地表没什么大风的地区不能使用。另外，现有技术的风力发电还存 在发电成本高、设备安装困难、输出电能不稳定等问题。本发明也是对本发明人已有发明(中 国专利申请号200810198515.1和200810198657. 8)的进一步改进，目的是解决自然条件下 外界反压过高，渐縮喷管或拉伐尔喷管风速增速不理想的问题。
发明内容
为了克服现有技术的上述不足，在本发明人已有发明(中国专利申请号200810198515. 1 和200810198657.8)的基础上，本发明提供一种能大大地增加风力机功率并输出稳定电能的 发电装置。
1，对于带抽气装置的聚风增速型风力发电机
本发明包含多种循环过程。空气依次在主渐縮喷管或主拉伐尔喷管内、抽气装置内、副 渐缩喷管或副拉伐尔喷管内流动，并对安装在各喷管出风口的风力机做功发电。空气在主渐 缩喷管或主拉伐尔喷管内的流动是绝热膨胀过程、等温膨胀过程、多变膨胀过程中的一种； 空气在抽气装置内的流动是绝热压縮过程、等温压縮过程、多变压縮过程中的一种；空气在 副渐縮喷管或副拉伐尔喷管内的流动是绝热膨胀过程、等温膨胀过程、多变膨胀过程中的一 种。
一台或多台垂直轴主风力机1安装在一个有主渐缩喷管或主拉伐尔喷管出风口 8和抽气 装置2的抽气出口 6的气缸9内。气缸9可绕主风力机1的主轴转动。主渐縮喷管或主拉伐 尔喷管可绕气缸9转动。
气缸9有两种构造，相应地对应不同的工况
一， 气缸9由传热性能好的材料制成，可在气缸9内安装如风扇等的能加强换热的设 备，也可在气缸壁开孔，把外界空气引入气缸9内，目的是加快气缸9内外的热平衡，使抽 气装置2抽气入口的气体温度与外界温度大致相等。这是一个等压升温过程，气缸9内空气 吸收外界的热量。通过充分换热，控制抽气装置2抽气入口的气体温度与外界温度大致相等； 控制抽气装置2抽出来的气体的速度约等于零或远低于主渐縮喷管或主拉伐尔喷管入风口 7 的来风速度；控制抽气装置2抽出来的气体的压强等于或稍大于抽气装置2抽气出口的大气 压强。
二， 气缸9由隔热性能好的材料制成，目的是使气缸9内在工作时保持低温低压，以 适应不同循环的需要。
主拉伐尔喷管出风口8亦可安装在气缸9的顶部或底部，相应地，主拉伐尔喷管入风口7 向上或向下，主风力机1可选用水平轴风力机，主风力机1的主轴或与主拉伐尔喷管入风口 7成一定角度，以对应主拉伐尔喷管出风口8的气流方向。主风力机1的叶片可深入到主拉 伐尔喷管3的扩张部分。
调速电机控制抽气装置2的抽气量，以达到降低并控制主渐縮喷管或主拉伐尔喷管的出 风口反压、获得理想的出风口高风速的目的；因而解决了自然条件下渐縮喷管或拉伐尔喷管 出风口 8的外界反压高、渐縮喷管或拉伐尔喷管3风速增速不理想的问题。调速电机并有控制发电机10以额定转速转动的作用，发电机10转速恒定将输出稳定的电能。
渐縮喷管或拉伐尔喷管入风口有一个类似于文丘里管入口圆筒段的入口稳定段11，这个
入口稳定段11的形状与长度视渐縮喷管或拉伐尔喷管入风口 7的参数而定，作用是使气流保持均匀稳定。
渐缩喷管或拉伐尔喷管的出风口正对着风力机的顺风叶片。2，对于带旋风塔的聚风增速型风力发电机
在旋风塔的外壁加装等分旋风塔外壁圆周的可绕旋风塔转动的隔板，构成多个可绕旋风塔转动的水平渐縮喷管，可起到增大风速的作用，或整个旋风塔和旋风塔外壁的渐縮喷管都可以绕一根垂直轴转动。该增速装置装有风速风向传感器和调向调速机构。
图1是本发明非常规聚风增速型风力发电机示意图一。
图中1、主风力机；2、抽气装置；3，主渐縮喷管或主拉伐尔喷管；4，垂直固定安装的副渐缩喷管或副拉伐尔喷管；5、副风力发电机；6、抽气出口； 7、主渐縮喷管或主拉伐尔喷管入风口； 8、主渐缩喷管或主拉伐尔喷管出风口； 9、气缸；10、发电机；11、入口稳定段。
具体实施例方式
本发明提供一种能大大地增加风力机功率并输出稳定电能的发电装置。请参照图1。
该增速装置装有风速风向传感器和调向调速机构，风速风向传感器可以测量入风口前面的风速和风向并把信号传递给调向调速机构；当入风口前面的风速处于正常值范围内时，调向调速机构可以使入风口始终正对着来风方向；当入风口前面的风速低于正常值时，调向调速机构可以使隔板的长度伸长以增大入风口截面积；当入风口前面的风速过大时，调向调速机构也可以通过调整入风口与来风方向的夹角或縮短隔板的长度以减少入风截面积来调低出风口的风速，使风力机和电力设备不会因风速过高而损坏。
1，对于带抽气装置的聚风增速型风力发电机，下面介绍一具体实施例，但具体实施方式
不局
限于此一例。请参照图l。
一台或多台垂直轴主风力机1安装在一个有主渐縮喷管或主拉伐尔喷管出风口 8和抽气装置2的抽气出口 6的气缸9内。气缸9可绕主风力机1的主轴转动。或主渐縮喷管或主拉伐尔喷管可绕气缸9转动。
先关闭气缸9的所有主渐縮喷管或主拉伐尔喷管出风口 8，接着抽气装置2对气缸9抽气，当气缸9的气压达到一定真空度时，也就是主渐缩喷管或主拉伐尔喷管出风口8的外界反压降低到一定真空度时，打开一个正对着来风方向的主渐缩喷管或主拉伐尔喷管出风口 8，并继续关闭气缸9的其它主渐縮喷管或主拉伐尔喷管出风口 8。在抽气装置2不断抽气的同时，调向调速机构始终使一入风口 7正对着来风方向。
由于抽气装置的不断抽气降低了主渐縮喷管或主拉伐尔喷管出风口 8的外界反压，加大了气流在主渐縮喷管或主拉伐尔喷管3内的加速流动，因此将在出风口获得高风速。因而解决了自然条件下主渐縮喷管或主拉伐尔喷管出风口 8的外界反压高、渐缩喷管或拉伐尔喷管3风速增速不理想的问题。
当出风口风速达到启动风速时，风力机将带动发电机发电。
从抽气装置2抽出来的气体对垂直固定安装的副渐縮喷管或副拉伐尔喷管4出口的副风力发电机5做功发电。
调速电机并有控制风力机1带动发电机10以恒定转速发电的作用。当发电机10的转速低于额定转速时，调速电机将增大抽气装置2的抽气量，降低主渐縮喷管或主拉伐尔喷管出风口 8的外界反压，加大气流在主渐缩喷管或主拉伐尔喷管3内的加 速流动，进一步增大主渐縮喷管或主拉伐尔喷管出风口 8的风速，并直接增大发电机10的转 速使其达到额定转速。
当发电机10的转速高于于额定转速时，调速电机将减少抽气装置2的抽气量，增大主渐 縮喷管或主拉伐尔喷管出风口 8的外界反压，降低气流在主渐縮喷管或主拉伐尔喷管3内的 加速流动，降低主渐縮喷管或主拉伐尔喷管出风口8的风速，并直接抑制发电机10的转速使 其下降到额定转速。通过与风速风向传感器和调向调速机构配合，发电机10将获得恒定转速 并输出稳定的电能。
抽气装置2包括抽风机、冷凝泵和真空泵等。
另外，亦可在气缸9内安装冷却器，降低出风口温度也可以降低主渐縮喷管或主拉伐尔 喷管出风口 8的外界反压，控制出风口温度可以控制主渐縮喷管或主拉伐尔喷管出风口 8的 外界反压，从而达到控制出风口风速的目的。
渐縮喷管或拉伐尔喷管入风口有一个类似于文丘里管入口圆筒段的入口稳定段11，这个 入口稳定段11的形状与长度视渐縮喷管或拉伐尔喷管入风口 7的参数而定，作用是使气流保 持均匀稳定。
渐縮喷管或拉伐尔喷管的出风口正对着风力机的顺风叶片。
下面介绍一循环过程以证明该带抽气装置的聚风增速型风力发电机符合能量守恒定律并 对外做正功。循环过程不局限于此一例。
当空气依次在主渐縮喷管或主拉伐尔喷管内的流动是绝热膨胀过程、在抽气装置内的流 动是多变压縮过程、在副渐縮喷管或副拉伐尔喷管内的流动是等温膨胀过程时，从P-V图可 知空气对外做正功。
另外，主拉伐尔喷管出风口8亦可安装在气缸9的顶部或底部，相应地，主拉伐尔喷管 入风口7向上或向下，主风力机1选用水平轴风力机，主风力机1的主轴或与主拉伐尔喷管 入风口7成一定角度，以对应主拉伐尔喷管出风口8的气流方向。
2，对于带旋风塔的聚风增速型风力发电机
在旋风型风能装置的核心部分旋风塔的外壁加装等分旋风塔外壁圆周的可绕旋风塔转动 的隔板，构成多个可绕旋风塔转动的渐縮喷管，可起到增大风速的作用，或整个旋风塔和旋 风塔外壁的渐縮喷管都可以绕一根垂直轴转动。该增速装置装有风速风向传感器和调向调速 机构。
旋风型风能装置(Tornado Type Wind Energy System)的概念是由YEN J T.提出的。 在旋风塔的四周装有可调垂直叶片，迎风方向叶片打开，背风方向叶片关闭。根据角动量守 恒定律，风进入塔后即开始旋转，在塔中形成一个低压核心，与外界形成很大压差，人工地 造成一股垂直向上的旋风，这个低压核心区为风力机提供了作功的低反压条件。风力机安装 在低压核心区和高压底部进气口之间，风力机两侧的压差产生很大的流速，使风力机旋转， 带动发电机发电。
由于在塔中形成一个低压核心及有一股垂直向上的旋风，将会使可绕旋风塔转动的渐縮 喷管出风口的反压降低，导致渐縮喷管出风口的风速增大，因为风速越大，低压核心区的压 力越低，于是形成连锁反应，使到风力机两侧的压差越来越大，通过风力机的气流流速越来 越高，大大地提髙了风力机的功率输出。
作为另一实施例，可在渐縮喷管出风口和旋风塔内安装风力机。
权利要求
1一种非常规聚风增速型风力发电机，其特征在于包括一种是带抽气装置的聚风增速型风力发电机和一种是带旋风塔的聚风增速型风力发电机。
2 根据权利要求1所述的非常规聚风增速型风力发电机，其特征在于所述的带抽气装 置的聚风增速型风力发电机包括主风力机l、抽气装置2、 一个或多个可绕气缸9转动的主渐 縮喷管或主拉伐尔喷管3、 一个或多个垂直固定安装的副渐缩喷管或副拉伐尔喷管4、可绕主 风力机l的主轴转动的气缸9、发电机10等。
3 根据权利要求2所述的非常规聚风增速型风力发电机，其特征在于所述的带抽气装 置的聚风增速型风力发电机包含多种循环过程。空气依次在主渐縮喷管或主拉伐尔喷管内、 抽气装置内、副渐縮喷管或副拉伐尔喷管内流动，并对安装在各喷管出风口的风力机做功发 电。空气在主渐縮喷管或主拉伐尔喷管内的流动是绝热膨胀过程、等温膨胀过程、多变膨胀 过程中的一种；空气在抽气装置内的流动是绝热压縮过程、等温压縮过程、多变压縮过程中 的一种；空气在副渐縮喷管或副拉伐尔喷管内的流动是绝热膨胀过程、等温膨胀过程、多变 膨胀过程中的一种。
4 根据权利要求2所述的非常规聚风增速型风力发电机，其特征在于所述的主风力机 1安装在一个有主渐缩喷管或主拉伐尔喷管出风口 8和抽气装置2的抽气出口 6的气缸9内；主拉伐尔喷管出风口 8亦可安装在气缸9的顶部或底部，相应地，主拉伐尔喷管入风口 7向 上或向下，主风力机1可选用水平轴风力机，主风力机1的主轴或与主拉伐尔喷管入风口 7 成一定角度，以对应主拉伐尔喷管出风口8的气流方向。
5 根据权利要求2所述的非常规聚风增速型风力发电机，其特征在于所述的气缸9由 传热性能好的材料制成，可在气缸9内安装如风扇等的能加强换热的设备，也可在气缸壁开 孔，把外界空气引入气缸9内，目的是加快气缸9内外的热平衡，使抽气装置2抽气入口的 气体温度与外界温度大致相等，气流对气缸9内的主风力机1做功并经充分换热后被导向抽 气装置2的抽气入口，这是一个等压升温过程，气缸9内空气吸收外界的热量。气缸9可绕 主风力机1的主轴转动或固定不动。气缸9亦可由隔热性能好的材料制成，目的是使气缸9 内在工作时保持低温低压，以适应不同循环的需要。
6 根据权利要求2所述的非常规聚风增速型风力发电机，其特征在于所述的抽气装置 2由调速电机控制，先关闭气缸9的所有喷管出风口8，接着抽气装置2对气缸9抽气，当气 缸9的气压达到一定真空度时，也就是主渐縮喷管或拉伐尔喷管出口 8的外界反压降低到一 定真空度时，打开一个正对着来风方向的主渐縮喷管或拉伐尔喷管出风口 8，并继续关闭气 缸9的其它喷管出风口 8;在抽气装置2不断抽气的同时，调向调速机构始终使一入风口 7 正对着来风方向；抽气量视所需要的主渐縮喷管或拉伐尔喷管出风口8的外界反压而定；抽 气装置2抽出来的气体的速度约等于零或远低于主渐縮喷管或拉伐尔喷管入口7的来风速度， 抽出来的气体的压强等于或稍大于抽气装置2抽气出口 6的大气压强；抽气装置2抽出来的 气体对垂直固定安装的副渐缩喷管或拉伐尔喷管4出风口的副风力发电机5做功发电。
7 根据权利要求2所述的非常规聚风增速型风力发电机，其特征在于所述的发电机由 调速电机控制转速。当发电机10的转速低于额定转速时，调速电机将通过增大抽气装置2的 抽气量，降低主渐縮喷管或拉伐尔喷管出风口 8的外界反压，加大气流在主渐縮喷管或拉伐 尔喷管3内的加速流动，进一步增大主渐縮喷管或拉伐尔喷管出风口8的风速，并直接增大 发电机10的转速使其达到额定转速；当发电机10的转速高于于额定转速时，调速电机将减 少抽气装置2的抽气量，增大主渐縮喷管或拉伐尔喷管出风口 8的外界反压，降低气流在主 渐縮喷管或拉伐尔喷管3内的加速流动，降低主渐縮喷管或拉^>尔喷管出风口8的风速，并 直接抑制发电机10的转速使其下降到额定转速。通过与风速风向传感器和调向调速机构配 合，发电机10将获得恒定转速并输出稳定的电能。在气缸9内安装冷却器，降低出风口温度 也可以降低主渐縮喷管或拉伐尔喷管出风口 8的外界反压，控制出风口温度可以控制主渐縮 喷管或拉伐尔喷管出风口 8的外界反压，从而达到控制出风口风速的目的。
8.根据权利要求1所述的非常规聚风增速型风力发电机，其特征在于所述的带旋风塔 的聚风增速型风力发电机包括发电机、渐縮喷管、旋风塔、风力机、风速风向传感器和调向 调速机构等。
9.根据权利要求8所述的非常规聚风增速型风力发电机，其特征在于所述的渐縮喷管 由等分旋风塔外壁圆周的可绕旋风塔转动的隔板构成，渐縮喷管可绕旋风塔转动；风速风向 传感器和调向调速机构可以使入风口始终正对着来风方向并调节入风口风速；可在渐縮喷管 出风口和旋风塔内安装风力机。
10.根据权利要求8所述的非常规聚风增速型风力发电机，其特征在于所述的旋风塔可 以绕一根垂直轴转动或固定不动。
全文摘要
本发明涉及新能源利用.这类非常规风力发电机包括两种聚风增速型风力发电机，一种是带抽气装置的聚风增速型风力发电机，原理是利用空气的温差能发电，它由风力机、气缸、渐缩喷管或拉伐尔喷管、抽气装置等组成；另一种是带旋风塔的聚风增速型风力发电机，原理是利用空气的压差能发电，它由风力机、旋风塔等组成。
文档编号F03D7/04GK101672251SQ20091004113
公开日2010年3月17日 申请日期2009年7月15日 优先权日2009年7月15日
发明者龚炳新 申请人:龚炳新