一种风力发电进风装置的制作方法

本发明涉及风力发电装置领域，更具体地，涉及一种风力发电进风装置。

背景技术：

风力发电是指把风的动能转为电能，其原理为是利用风力带动风车叶片旋转，使得与风叶连接的感应线圈切割磁体的磁场，利用电磁感应的原理来促使发电机发电，实现将风能转化为电能。风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，风能市场也得到迅速发展。

经过多年发展，风力发电机已经具有多种型式，但归纳起来可根据发电机的承轴分为风轮旋转轴与风向平行的水平轴风力发电机和风轮旋转轴垂直于地面或者气流方向的垂直轴风力发电机两类。水平轴风力发电机具有风能转换效率高、转轴较短，可以集中气流，增加气流速度，因此水平轴风力发电机一般会应用于大型风电机组上，而由于水平轴风力发电机的风轮尺寸较大，对风速要求高，受风时噪音较大，不适合于家用；垂直轴风力发电机因具有构造简单、无方向性及低噪音等优点，可适用于人口稠密的地区，然而，由于垂直轴风力发电机起动性能和风动效率差，大多属于小型辅助式的发电系统，其受风收到诸多限制，不能很好利用风能进行发电。

中国实用新型“一种高效风力发电机”(申请公布号：cn101886609a，申请公开日2010.11.17)公开了一种高效风力发电机，包括立柱、风轮、转子和下端与立柱连接的定子，所述定子套接在转子下部，定子与转子上均固连有风轮，所述风轮包括连接轴和风叶，所述定子的风轮和转子上的风轮外围均设有导风机构，所述的导风机构包括固定设置的若干块连成一体或者分离的导风板，各块导风板之间具有供风通过的导风间隙，并通过导风板的导向使风带动定子和转子沿着相反的方向转动，其具有使用寿命长、发电速度快和风能利用率高的优点，但由于定子紧挨在动子下面，可以说是零距离，上层风会吹到下面定子的风轮上，下层风也会吹到上面动子的风轮上，导风板不能起到分层导风的作用，且导风板只是作为简单对风导向的作用，这种风轮还是具有起动性能和风动效率差的缺点。

中国实用新型“风力发电机组的导风装置”(授权公告号：cn2750072，授权公告日：2006.01.04)主要在风力驱动单元中的风扇叶片组设一导风装置，该导风装置提供多个具有相同角度的栅板，并由各个栅板相间所界定的栅孔，提供各方向的来风形成驱动导风叶轮的单元叶片的“旋转风力”的效果，能够加速旋转推动导风叶轮，强力带动发电机运转，达到发电效益，但是该导风装置的单元栅板较短，无法形成有效大量集风的导风通道，且单元栅板只是简单按照一定角度围绕在导风叶轮四周，其没有考虑到单元栅板与单元叶片之间的配合，即使可通过该导风装置形成强力风推动导风叶轮，也因单元叶片两侧的风压差较小而无法进一步提高起动性能和风动效率。

技术实现要素：

本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供了一种风力发电进风装置，通过集风导风增大进风量、进风速度和风叶所受的风压差，大大提高了叶轮的转动动力，提高了垂直轴风力发电机的进风装置的起动性能和风动效率。

本发明采取的技术方案是，

一种风力发电进风装置，包括：风轮结构，包括：竖直转轴；叶轮，套设于所述竖直转轴上，以带动所述竖直转轴转动；以及竖直布置的若干风叶，其一端与所述叶轮连接，所述风叶受风力推动的一面为受风面，另一面为背风面，通过风力推动所述风叶以驱动所述叶轮转动，还包括：导风结构，设于所述风轮结构外围，包括：若干导风片，环绕所述风轮结构竖直布置，形成多条入口宽出口窄的导风通道。

在本技术方案中，多块导风片环绕风轮结构布置，形成多条入口宽出口窄形如喇叭口的导风通道，所述导风通道的入口较宽可加大进风的面积，以加大进风量，当风吹过所述风力发电进风装置时，风会通过导风通道的入口收集起来，进入导风通道，因导风通道是不断收窄的，其截面面积变小，风在导风通道中会迅速提高风速，使风叶的受风面能受到更大的风力推动，从而提高了进风装置的起动性能和风动效率，不需放在野外的高处(如桅杆顶端、高塔、高耸建筑物等)也可实现高效发电，且进风装置的结构简便，相比起传统的水平轴风力发电机制作成本更低，且便于运输、安装及维修。

进一步地，所述导风片均匀竖直布置，各所述导风片内端形成环绕所述风轮结构的内圈圆形轨迹，各所述导风片内端与所述内圈圆形轨迹相交处的切线与所述导风片所成的夹角均相同。

再进一步地，所述导风片在所述导风结构正面投影方向上均遮挡或部分遮挡所述风叶的背风面，所述导风通道的出口正对所述风叶的受风面，将风导向至所述风叶的受风面以驱动所述叶轮转动。

再进一步地，所述导风片与所述内圈圆形轨迹相交处的切线与所述导风片之间所成的夹角为25°～45°。

优选地，所述导风片与所述内圈圆形轨迹相交处的切线与所述导风片之间所成的夹角为25°。

在本技术方案中，所述导风片内端与所述风轮结构的内圈圆形轨迹相交处的切线与所述导风片所成的夹角均相同，从而形成多条入口和出口截面面积都相同的导风通道，且使各导风通道的出口均匀布置于风轮结构外，使任何方向的风经过导风通道后，都形成方向固定的风推动风叶，令叶轮只朝单一方向转动不会反转，同时，当所述夹角成一定角度时，因导向片具有一定长度，可以挡住风叶背风面，使来风仅经过导风通道吹动风叶受风面，避免风直接吹动风叶令背风面也受到风力作用，降低风叶受风面和背风面之间的风压差。

进一步地，所述受风面为弧面凹面，和/或，所述背风面为弧面凸面。

再进一步地，所述风叶受风面的风载荷计算构件形状影响系数为1.5，和/或，所述风叶背风面的风载荷计算构件形状影响系数为0.5。

转轴转动的动力是靠各风叶受风面和背风面两面的风力差提供的，而受风力与受风构件的风载荷计算构件形状影响系数、风压和垂直于受风构件的投影面积之间的关系为：f＝cs·p·a(其中，f-受风力,n；cs-风载荷计算构件形状影响系数；p-风压，kg/m²；a-垂直于受风构件的投影面积，m²)，又因风压与风速的关系为：p＝v²/16(其中，p-风压，kg/m²；v-风速，m/s)，一般的风叶采用平板的形状，其两面的风载荷计算构件形状影响系数相差不大，两面受风产生的风力差较小，无法提高风轮结构转动动力，由此，在本技术方案中，通过将受风面设为弧面凹面，背风面设为弧面凸面，以提高风叶两面的风力差，当受风面的风载荷计算构件形状影响系数为1.5，风叶背风面的风载荷计算构件形状影响系数为0.5时，风叶为圆弧面，由上述公式可知，此时受风面的受风力为背风面的3倍，使叶轮获得更大的转动动力，进而提升了进风装置的风动效率。

进一步地，所述导风片的数量为6～8片。

优选地，所述导风片的数量为6片。

进一步地，所述风叶的数量为4～5片。

优选地，所述风叶的数量为4片。

在本技术方案中，四片风叶均匀设于叶轮上，环绕所述风轮结构竖直布置6片导风片，当叶轮转动时，导风片总可在所述导风结构正面投影方向上均遮挡或部分遮挡所述风叶的背风面，且导风通道的出口正对风叶的受风面，以实现相互配合的最佳风力增减互补；进风时，多条导风通道将风导入，风经过入口宽出口窄形如喇叭口的结构后风速提高，并从导风通道的出口吹入风轮结构推动风叶，同时，形成导风通道的导风片总会遮挡或部分遮挡背风面，使风叶的背风面不受风，以提高风轮结构转动区域内的风压差，使叶轮获得更大的转动动力，具体为：当一导风通道与风向平行，其出口与风叶的受风面相对，则将风导向至所述风叶的受风面以驱动所述叶轮转动，同时，所述导风通道的导风片完全遮挡背风面与风向相对的风叶，使所述风叶的背风面不受风，从而使风叶两面形成较大的风压差，在叶轮旋转的过程中，导向片始终对背风面朝向风向的风叶进行遮挡，所述导风通道的出口始终与风叶的受风面相对；当同一风向的风被上述导风通道相邻的其他导风通道收集时，会被这些导风通道改变进风方向导入风轮结构中，而同样地，这些导风通道也会对背风面与进风方向相对的风叶进行遮挡，使所述风叶的背风面不受风，并将风导向到受风面与进风方向相对的其余风叶，从而同样形成较大风压差，以提高驱动叶轮转动的动力。

进一步地，各所述导风片外端的相同位置形成外圈圆形轨迹，所述外圈圆形轨迹的直径为400～1000mm，和/或，所述风力发电进风装置高度为400～1000mm。

通过设置导风片形成了导风通道，且与风叶配合，大大提高了进风装置的受风效率，克服了传统垂直轴风力发电机起动性能和风动效率较差的缺陷，因此，在本技术方案中，可根据不同用户及不同场景的实际需求设置进风装置的尺寸，当这种进风装置设置的尺寸较小时，可以放置于居民楼顶、天台或阳台等当风处，作为民用发电产品，当其应用于工业时，可相应大幅增大其尺寸，这种进风装置可节约使用空间，同时，还能提高风力发电的发电功率，具有较高的社会效益及经济效益。

进一步地，所述导风结构还包括两块挡板，分别设于所述导风板上方及下方，用于固定连接所述导风板。

优选地，所述风轮结构、导风片及挡板的材料为304不锈钢。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)多块导风片环绕风轮结构布置，形成多条入口宽出口窄形如喇叭口的导风通道，加大进风量及提供了进风风速，从而提高了进风装置的起动性能和风动效率；

(2)将风叶设为圆弧面，使风叶受风面的受风力为背风面的3倍，大大提高了叶轮转动的动力，进而提高进风装置的风动效率；

(3)风叶及导风片相互配合，实现风力的增减互补，来风仅通过导风通道的出口吹入推动风叶，且导风片总会遮挡或部分遮挡背风面，使风叶的背风面不受风，进一步提高风叶受风面和背风面之间的风压差；

(4)进风装置不需放在野外的高处也可实现高效发电，其结构简便，制作成本更低，便于运输、安装及维修，且节约使用空间，通过选择尺寸大小，可适应家用或工业等不同应用场景的需求。

附图说明

图1为本发明风力发电进风装置的剖面结构图。

图2为本发明风力发电进风装置的沿投影方向a的侧视图。

附图中标记为：竖直转轴110；叶轮120；风叶130；受风面131；背风面132；导风片210；导风通道211；夹角θ。

具体实施方式

本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例提供了一种风力发电进风装置，包括风轮结构和导风结构。

所述风轮结构包括：竖直转轴110、叶轮120以及竖直布置的若干风叶130，所述竖直转轴110可与发电装置连接，通过所述竖直转轴110将风能转化的机械能通过所述发电装置转换成电能，所述叶轮120套设于所述竖直转轴110上，以带动所述竖直转轴110转动，所述风叶130一端与叶轮120连接，通过风力推动所述风叶130以驱动所述叶轮120转动，风叶130受风力推动的一面为受风面131，另一面则为呈背风面132，所述受风面131为弧面凹面，背风面132为弧面凸面，如图所示，本实施例中风叶130为圆弧面，即受风面131的风载荷计算构件形状影响系数为1.5，背风面132的风载荷计算构件形状影响系数为0.5，根据受风力与受风构件的风载荷计算构件形状影响系数、风压和垂直于受风构件的投影面积之间的关系：f＝cs·p·a(其中，f-受风力,n；cs-风载荷计算构件形状影响系数；p-风压，kg/m²；a-垂直于受风构件的投影面积，m²)，可知，通过对风叶130两面的形状设置，使受风面131的受风力为背风面132的3倍，提高风叶130两面之间的风力差，使叶轮120获得更大的转动动力。

所述导风结构设于所述风轮结构外围，其包括若干导风片210，所述导风片210环绕所述风轮结构竖直布置，形成多条入口宽出口窄形如喇叭口的导风通道211，其入口较宽可加大进风的面积，以加大进风量，随着导风通道211收窄，截面面积变小，使风在导风通道211中迅速提高风速，提供更大的风力推动风叶的受风面131。各所述导风片210内端形成环绕所述风轮结构的内圈圆形轨迹，各所述导风片210内端与所述内圈圆形轨迹相交处的切线与所述导风片210所成的夹角θ均相同，可为25°～45°，如图所示，所述夹角θ为25°，使导向片形成多条入口和出口截面面积都相同的导风通道211，且使各导风通道211的出口均匀布置于风轮结构外，使任何方向的风经过导风通道211后，都形成方向固定的风推动风叶130，令叶轮120只朝单一方向转动不会反转，而且，导向片具有一定长度，可挡住风叶130的背风面132，使来风仅经过导风通道211吹动风叶受风面131，避免风直接吹动风叶130令背风面132也受到风力作用，降低风叶受风面131和背风面132之间的风压差。

如图所示，环绕所述风轮结构竖直布置了6片导风片210，风叶130的数量为4片，均匀设于叶轮120上。由于6片导风片210具有一定长度且内端与所述内圈圆形轨迹相交处的切线与所述导风片210所成的夹角θ为25°，其可与4片风叶130实现相互配合的最佳风力增减互补，具体为：若风向为a方向，则有一导风通道211与导风结构正面投影方向a上平行，其出口与风叶130的受风面131相对，将风导向至所述风叶130的受风面131以驱动所述叶轮120转动，同时，同一导风通道211的导风片210完全遮挡背风面132与进风风向相对的风叶130，使所述风叶130的背风面132不受风，从而形成较大的风压差，在叶轮120旋转的过程中，导向片始终对背风面132朝向a方向的风叶130进行遮挡，所述导风通道211的出口始终与风叶130的受风面131相对；当风向为a方向的风被上述导风通道211相邻的其他导风通道211收集时，会被这些导风通道211改变进风方向导入风轮结构中，而同样地，这些导风通道211也会对背风面132与进风方向相对的风叶130进行遮挡，使所述风叶130的背风面132不受风，并将风导向到受风面131与进风方向相对的其余风叶130，从而提高风压差，以使叶轮120获得更大转动的动力。

在本实施例中，各所述导风片210外端的相同位置形成外圈圆形轨迹，所述外圈圆形轨迹的直径即为所述风力发电进风装置的外径，为400～1000mm，高度为400～1000mm，在所述导风板上方及下方还分别设置挡板，用于固定连接所述导风板，及限制所述进风装置的高度，所述风轮结构、导风片210及挡板的材料均可选用304不锈钢以使其坚固耐用；在生产时，根据不同用户及不同场景的实际需求设置进风装置的尺寸，当作为民用发电产品时，这种进风装置选择设置的尺寸较小，使其可以放置于居民楼顶、天台或阳台等当风处，当其应用于工业时，则相应设置较大的尺寸，提高发电量，这种进风装置可节约使用空间，同时，还能提高风力发电的发电功率，具有较高的社会效益及经济效益。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。