專利名稱：風力發電系統的制作方法
技術領域：
本發明有關于風能利用領域，具體地講，有關于一種風力發電系統。
背景技術：
風力發電是世界獲取能源最重要的方式之一。隨著煤炭、石油化石能源甚至核燃 料的逐漸減少，甚至枯竭，人們獲取能源的成本也越來越高。隨著二氧化碳排放的增加，地 球的相應災害也日益加重。地球的資源枯竭，首先是能源資源的枯竭，尤其是化石能源的枯 竭。但是，風是太陽照射地球使空氣流動自然產生的產物，風能嚴格來說是太陽能的一種產 物，只要太陽照射地球一天，風能就會存在一天。風能安全，清潔，資源豐富，取之不竭。最重 要的是風能是一種永久性的大量存在的本地資源，可以為我們提供長期穩定的能源供應， 它沒有原料風險，更沒有燃料價格風險，也不會產生碳排量。盡管風力發電的優點很多，但 是，由于發電設備的局限，使得風力發電不能得到廣泛的應用，尤其是由于設備的種種缺陷 造成的滯后影響很大。目前，傳統的風力發電設備主要存在如下問題1、電壓不穩定由于風能是自然能源，風力的強弱變化不定，使得風力發電具有不 穩定性，其發電量隨著風力的變化，時有時無，時強時弱。傳統的風力發電設備發出的電流， 也會隨著風力大小的變化而變化。當風電強度超過電網承受強度3倍以內時，電網還可以 承受，而超過5倍時，電網就難以承受。依靠簡單的機械裝置產生的嚴重的機械滯后性，來 控制風的瞬息萬變是幾乎不可能的。難以保證精準和穩定的50Hz (或3000/分鐘)的高質 量電流，即風力不穩定，導致電壓不穩定，風電的電流和電壓質量不穩定。這個也是很多電 網不愿意收購風電的最重要原因之一。2、電流質量低風電發出的電會因風力的大小變化不定，很難穩定地控制在 50Hz (即3000轉/分鐘)，這樣發出的電流并網后，會因為和電網中原有的電流頻率難以產 生同頻，所以會削弱電網中的電流能量，甚至產生其他的破壞作用。3、發電功率小目前，風力發電方式大部分局限于傳統的三葉槳葉式風力發電方 式，驅動效率很小，它的缺點是功率低，難以和火電、水電相比。4、風速要求高對風速的要求高，風速太小發不出電，太大容易損壞不能發電。很 多風電場在風能強時所發出的電量會超出電網負荷，而在風能弱時，所發電量十分少，甚至 是零，這樣又會對電網帶來浪費。5、推進效率低、利用效率差風力在很小的時候，難以產生巨大的能量。并且風力 推進裝置由于設計的推進原理不同，其做功效率不同。最終聚集的能量的轉化必須由高效 的推進裝置來實現，但現有的推進裝置的推動效率比較低，一般只能達到30%左右。鑒于現有風力發電系統存在的上述種種缺失，有必要提供一種新的風力發電系 統，來替代現有的風力發電系統。
發明內容
本發明的目的在于，提供一種風力發電系統，能夠穩定地向發電機輸出動力，從而使發電機發出的電量相對穩定，提高輸出電壓的穩定性，提高發電機發電的電流質量。本發明的目的還在于，提供一種風力發電系統，其風力推進裝置的能夠多方向進 風和聚風，從而有效提高風能的利用效率，提高發電機的發電功率。本發明的目的還在于，提供一種風力發電系統，其氣流推進裝置能夠從多個方向 推動葉片做功，有效提高氣流的做功效率。本發明的上述目的可采用如下技術方案來解決，一種風力發電系統，其包括有發 電機和兩個以上的風力推進動力單元，每一個風力推進動力單元的動力輸出端均連接于發 電機的動力輸入端，其中，每個風力推進動力單元包括一個以上的風力推進裝置，每一個風力推進裝置均由風力驅動而輸出轉動動力；一個以上空氣壓縮裝置，每一個空氣壓縮裝置均連接于一個風力推進裝置的動力 輸出端，由風力推進裝置輸出的動力驅動而通過一氣流輸出通道輸出氣流；儲氣罐，具有氣流出口和一個以上的氣流入口，其中每一個氣流入口連接于一個 空氣壓縮裝置的氣流輸出通道；氣流推進裝置，具有連接于所述儲氣罐氣流出口上的氣流流入通道，通過氣流流 入通道流入的氣流驅動而輸出轉動動力，其動力輸出端形成為所述風力推進動力單元的動 力輸出端。采用本發明的上述風力發電系統，由于本發明采用兩個以上的風力推進動力單元 為發電機提供驅動動力，并且每個風力推進動力單元均先通過多個風力推進裝置將風力轉 換為轉動動力后，再通過空氣壓縮裝置將空氣氣流提供給儲氣罐，在儲氣罐內形成高壓氣 流，從而能夠通過該儲氣罐向氣流推進裝置提供相對穩定的高壓氣流，來驅動氣流推進裝 置輸出穩定的轉動動力給發電機，因此，不但有效保證了驅動發電機的動力穩定性，使得發 電機能夠根據需要提供穩定的電壓和高質量的電流，而且可以根據發電機的功率要求，設 定該風力推進動力單元的個數，提高發電機的驅動動力和發電功率，從根本上解決了傳統 風力發電局限于驅動力小、發電機功率小、造價高的弊病。在本發明的一個可選實施方式中，所述的風力推進裝置包括多個聚風桶，每個聚風桶具有進口和出口，其中進口面積大于出口面積；中空罩體，該中空罩體具有柱狀周面和兩個端面，其中在柱狀周面上開設有多個 進風口，每個進風口與所述聚風桶的出口連接；并在至少其中一個端面上設有多個泄風 Π ；轉軸，該轉軸穿過所述中空罩體，并可轉動地支撐在所述中空罩體的兩個端面 上；轉輪，該轉輪設置在所述中空罩體內，并連接在所述轉軸上，在該轉輪的周向設置 有多個葉片。在本發明的風力推進裝置的一個可選例子中，所述中空罩體上的進風口與泄風口 的數目相等，且在周向上交錯設置。在本發明的風力推進裝置的一個可選例子中，所述聚風桶的進口面積與出口面積之間的比例為200-500 1。在本發明的風力推進裝置的一個可選例子中，所述的中空罩體為圓柱形，所述聚 風桶的中心軸線與該圓柱形中空罩體的外柱面相切。
在本發明的風力推進裝置的一個可選例子中，所述葉片在連接到所述轉輪上后形 成為兩面開口而其它面封閉的斗室狀，所述中空罩體的泄風口設置在中空罩體的一個端面 上，其中所述斗室狀葉片的一面開口朝向中空罩體的進風口方向，另一面開口朝向所述中 空罩體的泄風口方向。在本發明的風力推進裝置的一個可選例子中，所述的聚風桶均布在中空罩體的周 向。在本發明的風力推進裝置的一個可選例子中，所述的聚風桶的橫截面為方形。在本發明的風力推進裝置的一個可選例子中，所述中空罩體周向的多個聚風桶的 進口的側邊緣鄰接在一起。在本發明的風力推進裝置的一個可選例子中，所述聚風桶的進口的上邊緣和下邊 緣形成為圓弧形，并且該相鄰聚風桶的進口的側邊緣鄰接在一起，所述中空罩體周向的多 個鄰接在一起的聚風桶的上邊緣、下邊緣分別形成為圓形。在本發明的風力推進裝置的一個可選例子中，該風力推進裝置還包括有將聚風桶 和中空罩體支撐在空中的支撐裝置。在本發明的風力推進裝置的一個可選例子中，在該風力推進裝置的頂端設置有風 速測量儀。在本發明的一個具體例子中，所述的空氣壓縮裝置為空氣壓縮機。在本發明的一個可選實施方式中，所述的氣流推進裝置包括有環形進氣罩，該環 形進氣罩具有環形進氣腔室，在該進氣罩外側連接有連通于該進氣腔室的進氣通道，在該 環形進氣罩內側套設有中空罩體，該中空罩體具有柱狀周面和兩個端面，其中在柱狀周面 上開設有多個進氣口，其中每一個進氣口與進氣腔室之間連接有一導流通道；并在該中空 罩體的至少其中一個端面上設有多個泄氣口 ；在所述中空罩體上穿設有轉動支撐于中空罩 體上的轉軸，在該中空罩體內的轉軸上連接有轉輪，在該轉輪的周向設置有多個葉片。在本發明的氣流推進裝置的一個可選實施例中，所述的中空罩體可為圓柱形，所 述導流通道的中心軸線與該圓柱形中空罩體的柱狀周面相切。這樣，從導流通道進入到中 空罩體內的氣流與葉片基本形成為直角，在力矩相等的情況下能夠形成最大的推動力，從 而進一步提高了高壓氣流的做功效率。在本發明的氣流推進裝置的一個具體例子中，所述多個導流通道在中空罩體的周 向均布，從而進入到進氣腔室內的高壓氣體能夠從多個導流通道中均勻進入到中空罩體 內，推動中空罩體內的葉片而使轉軸轉動。在本發明的氣流推進裝置的一個可選例子中，所述中空罩體的多個泄氣口設置在 該中空罩體的一個端面上。在本發明的氣流推進裝置的一個可選例子中，所述中空罩體上的進氣口和泄氣口 的數目相等，且在中空罩體的周向上交錯設置。在本發明的氣流推進裝置的一個可選例子中，所述葉片在連接到轉輪上后形成為 兩面開口而其它面封閉的斗室狀，其中一面開口朝向中空罩體的進氣口，另一面開口朝向 所述中空罩體的泄氣口方向。該種斗室狀的葉片結構能夠對高壓氣流最大程度地形成阻 力，防止氣流在做功過程中旁泄，延長了存續氣體的滯留，從而極大提高了高壓氣流的做功 效率。
在本發明中，所述氣流推進裝置與所述發電機之間設置有傳動裝置，以將氣流推 進裝置輸出的動力傳遞給發電機，從而驅動發電機發電。本發明的風力發電系統還可包括有控制裝置，該控制裝置用于根據風速情況，控 制空氣壓縮裝置的開啟數目、控制空氣壓縮裝置對儲氣罐23氣流輸送量以及控制儲氣罐 輸出的高壓氣流的壓力。在本發明的一個具體例子中，在所述的風力推進裝置與空氣壓縮裝置之間設置有 離合裝置。該離合裝置可具體采用連接于控制裝置的電子自動控制離合器。在本發明中，在該風力推進裝置的頂端設置有風速測量儀，該風速測量儀連接于 控制裝置，隨時測定風速并將風速信號傳輸至控制裝置，從而該控制裝置可以根據實時的 風速，以及儲氣罐的氣壓和流量，來調整空氣壓縮裝置的開啟和關閉數量，以保證對儲氣罐 充分地輸送高壓空氣。在本發明中，在所述空氣壓縮裝置的氣流輸出通道上設置有壓力/流量檢測元 件，該壓力/流量檢測元件連接于所述控制裝置，用于檢測輸往儲氣罐的氣體壓力和流量， 并將測得的壓力/流量信號傳輸給控制裝置。在本發明中，所述氣流推進裝置的氣流流入通道上可設置有連接于控制裝置的壓 力/流量檢測元件，用于檢測從儲氣罐輸入到氣流推進裝置的高壓氣流的壓力和流量，并 將檢測到的信號傳輸給控制裝置。在本發明中，在氣流推進裝置的氣流流入通道上可設置有控制閥，該控制閥連接 于控制裝置，根據該控制裝置的控制信號，受控處于關閉狀態或處于不同開啟位置。在本發明中，在所述空氣壓縮裝置的氣流輸出通道上可設置有連接于控制裝置的 控制閥，用于根據控制裝置的控制信號調節從空氣壓縮裝置輸送到儲氣罐的氣流壓力和流量。
圖1為本發明的風力發電系統的總體結構示意圖；圖2為本發明的風力推進裝置的立體結構示意圖；圖3為本發明的風力推進裝置的主視結構示意圖；圖4為本發明的風力推進裝置的立體分解圖；圖5為本發明的風力推進裝置的橫截面結構示意圖；圖6為本發明的風力推進裝置的聚風桶與中空罩體的連接結構示意圖；圖7為本發明的離合裝置與空氣壓縮裝置的連接結構示意圖；圖8為本發明的儲氣罐與氣流推進裝置的結構示意圖；圖9為本發明的氣流推進裝置的立體結構示意圖；圖10為本發明的氣流推進裝置的立體分解結構示意圖；圖11為本發明的氣流推進裝置的橫截面結構示意圖；圖12為本發明的風力發電系統的控制系統示意圖；圖13為本發明的儲氣罐的控制系統示意圖；圖14為本發明的氣流推進裝置的控制系統示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發明提供了一種風力發電系統，該風力發電系統包括有發電機1和 兩個以上的風力推進動力單元2，每一個風力推進動力單元2的動力輸出端均連接于發電 機1的動力輸入端，其中，每個風力推進動力單元2包括有一個以上的風力推進裝置21、一 個以上空氣壓縮裝置22、儲氣罐23和氣流推進裝置24。其中，每一個風力推進裝置21均 由風力驅動而輸出轉動動力；每一個空氣壓縮裝置22均連接于一個風力推進裝置21的動 力輸出端，由風力推進裝置21輸出的動力驅動而通過一氣流輸出通道221輸出氣流；所述 儲氣罐23具有氣流出口 231和一個以上的氣流入口 232，其中每一個氣流入口 232連接于 一個空氣壓縮裝置22的氣流輸出通道221 ；氣流推進裝置24具有連接于所述儲氣罐23氣 流出口 231上的氣流流入通道2411，通過氣流流入通道241流入的氣流驅動而輸出轉動動 力，其動力輸出端形成為所述風力推進動力單元2的動力輸出端。本發明的上述風力發電系統在工作時，如圖1所示，風力驅動兩個以上的風力推 進動力單元2的多個風力推進裝置21，使多個風力推進裝置21輸出動力而驅動空氣壓縮 裝置22工作，該多個空氣壓縮裝置22輸出氣流儲氣罐23，由該儲氣罐23提供相對穩定的 高壓氣流驅動氣流推進裝置24轉動而輸出轉動動力，從而帶動發電機1發電。在上述工作 過程中，由于本發明采用兩個以上的風力推進動力單元2為發電機1提供驅動動力，并且每 個風力推進動力單元2均先通過多個風力推進裝置21將風力轉換為轉動動力后，再通過空 氣壓縮裝置22將空氣氣流提供給儲氣罐23，在儲氣罐23內形成高壓氣流，從而能夠通過 該儲氣罐23向氣流推進裝置24提供相對穩定的高壓氣流，來驅動氣流推進裝置24輸出穩 定的轉動動力給發電機1，因此，不但有效保證了驅動發電機1的動力穩定性，使得發電機 1能夠根據需要提供穩定的電壓和高質量的電流，而且可以根據發電機1的功率要求，設定 該風力推進動力單元2的個數，提高發電機1的驅動動力和發電功率，從根本上解決了傳統 風力發電局限于驅動力小、發電機功率小、造價高的弊病。根據需要，該風力推進動力單元2的動力驅動范圍可以是30MP到120個MP的任 意值或其任意倍數，比如某超大型發電機要求的推動力是240MP，則可以設置6個40MP的 風力推進動力單元2，該6個風力推進動力單元2可以設置在發電機1兩側延伸出的主軸 11上，每側設置3個，并分別設置在主軸11的兩側，如圖1所示。在本發明的一個可選實施方式中，如圖2至圖6所示，本發明的風力推進裝置21 可包括多個聚風桶211、中空罩體212、轉軸213和轉輪214，其中每個聚風桶211具有進 口 2111和出口 2112，其進口 2111的面積大于出口 2112面積；中空罩體212具有柱狀周面 2121和兩個端面2122，在柱狀周面2121上開設有多個進風口 2123，每個進風口 2123與一 個聚風桶2111的出口 2112連接；并在至少其中一個端面2122上設有多個泄風口 2124 ；轉 軸213穿過中空罩體212，并可轉動地支撐在所述中空罩體212的兩個端面2122上，轉輪 214連接在中空罩體212內的轉軸213上，在該轉輪214的周向設置有多個葉片2141。當有風吹過時，風通過聚風桶211的較大的進口 2111進入到聚風桶211內，將聚 風桶211匯聚加壓后通過連接在聚風桶211出口 2112上的中空罩體212的進風口 2123進 入中空罩體212內，推動中空罩體212內葉片2141而使得轉輪214帶動轉軸213轉動，然后 氣流經中空罩體212端面2122上的泄風口 2124排出，從而將風能轉換為轉軸213的轉動 機械能。在上述工作過程中，由于在中空罩體212的周向的多個進風口 2123上對應連接有多個進口面積大于出口面積的聚風桶211，并且將泄風口 2124設置在中空罩體212的端面 2122上，使得從多個方向吹來的風都能夠通過聚風桶211的匯聚而形成高壓氣流進入到中 空罩體212中，使葉片2141帶動轉軸213轉動，從而將風能轉換為轉軸213的轉動機械能， 不但通過聚風桶211的設置解決的小風力利用問題，而且通過簡單結構有效解決了風向問 題，提高了風能的利用效率，并降低了設備的制造成本。在本發明風力推進裝置21中，聚風桶211和葉片2141的數目可以根據需要進行 設置，對于大型裝置可以設置的設置的多一些，而對于一些小型裝置就可以相應的設置的 少一些，一般采用4 一 12個。在本發明的附圖中作為示意，給出了聚風桶211和葉片2141 為6個的具體例子。如圖2所示，在發明的風力推進裝置21的一個具體例子中，該風力推進裝置21還 可包括有將聚風桶211和中空罩體213支撐在空中的支撐裝置215，該支撐裝置215例如可 以是支架、支撐座等。如2、圖3所示，作為示例，該支撐裝置215為約50 — 100米高的多腳 支架。通過支撐裝置215的支撐，可以使風力推進裝置21的聚風桶211位于高空中，而高 空的風速比地面的要高，從而可以獲得更大的風速，提高風能的利用效率。為了增加裝置的 穩定性和避免特大風的破壞力，還可進一步在不同方向用若干鋼絲繩216斜拉固定，鋼絲 繩的末端可以連接在深埋于地下的水泥樁上，這樣該風力推進可以抗擊12級以上大風。在發明的風力推進裝置21 —個可選實施方式中，如圖4、圖6所示，所述中空罩體 212上的進風口 2123與泄風口 2124的數目相等，且在周向上交錯設置。這樣，從聚風桶211 進入到中空罩體212的進風口 2123的高壓氣流在推動葉片2141有效做功后，能夠從泄風 口 2124排出，以免影響后續高壓氣流的進入。如圖4所示，沿轉軸213的轉動方向，每一個 泄風口 2124都在下一個進風口 2123的后方，以保證前一個進風口 2123的高壓氣流能夠在 高壓狀態下有效做功完畢，然后推進到泄風口 2124后再從泄風口 2124排出中空罩體212 外。其中在圖4、圖6中作為示意，僅示出了部分聚風桶211，而實質上，在中空罩體212的 每一個進風口 2123都連接有聚風桶211。在本發明的風力推進裝置21中，聚風桶211的比例尺寸可以根據當地常年平均風 速來確定，如果當地平均風速較高，則可以將聚風桶211的進口 2111和出口 2112之間的距 離設置的較短，平均風速較低，則將它們的距離設置的較長。該進口 2111和出口 2112的距 離與風速成反比關系。通常進口 2111與出口 2112的距離為10米一 100米的范圍。在本 實用新型的一個例子中，所述聚風桶211的進口 2111的面積與出口 2112的面積之間的比 例可為200-500 1，例如可以為200 1,300 1,500 1等。假如風速為0.1米/秒， 進口 2111的面積為400平方米，進出口面積比例為200 1則出口 2112的面積為2平方 米，從進口 2111進入的氣流經過200倍壓縮后的空氣，會形成巨大的聚能動力。這樣，利用 該具有增壓聚風功能的聚風桶211，即使是很小的風速，也能在經聚風桶211后形成巨大的 聚能空氣(高壓氣流)，來推動葉片2141做功，有效提高了風能的利用效率。在本發明的風力推進裝置21—個較佳實施例中，如圖4、圖5所示，所述的中空罩 體212可為圓柱形，所述聚風桶211的中心軸線與該圓柱形中空罩體212的外柱面相切。這 樣，如圖5所示，由聚風桶211進入到進風口 2123的高壓氣流與徑向葉片2141基本形成為 直角，在力矩相等的情況下能夠形成最大的推動力，從而進一步提高了風能的利用效率。如圖4所示，在本發明的風力推進裝置21 —個具體例子中，在該葉片2141連接到轉輪4上后，該葉片2141形成為兩面開口而其它面封閉的斗室狀。在該例子中，所述中空 罩體212的多個泄風口 2124均設置在中空罩體212的一個端面2122上，其中斗室狀葉片 2141的一面開口 21411朝向中空罩體212的進風口 2123的方向，另一面開口 21412朝向所 述中空罩體212的泄風口 2124的方向，從而由進風口 2123進入到中空罩體212的高壓氣 流從葉片2141的開口 21411進入到斗室內，推動葉片2141使轉軸213轉動，當該斗室狀葉 片2141被推進到其另一個開口 21412對應于泄風口 2124時，斗室內的氣流經泄風口 2124 排出。該種斗室狀的葉片2141的結構能夠對高壓氣流最大程度地形成阻力，防止氣流在做 功過程中旁泄，延長了存續氣體的滯留，從而極大提高了高壓氣流的做功效率。在本發明的風力推進裝置21中，如圖2 —圖4所示，所述的聚風桶211最好均布 在中空罩體212的周向，以利于各個方向的風經聚風桶211進入到中空罩體212內，進而推 動葉片2141做功。如圖4、圖6所示，在本發明的風力推進裝置21的一個具體例子中，所述的聚風桶 211的橫截面可為方形。進一步，如圖2、圖3所示，該位于中空罩體212周向的相鄰聚風桶 211的進口 2111的側邊緣可鄰接在一起。這樣，該多個聚風桶211在整個周向上連接在一 起，從任意方向來的風，都能夠通過其中的一個或幾個聚風桶211進入到中空罩體2內推動 葉片41做功。在該例子中，如圖2所示，所述聚風桶211的進口 2111的上邊緣和下邊緣可 形成為圓弧形，并且該相鄰聚風桶211的進口 2111的側邊緣鄰接在一起，所述中空罩體212 周向的多個鄰接在一起的聚風桶211的上邊緣、下邊緣分別形成為圓形。這樣，該裝置的外 側多個連接在一起聚風桶211整體形成為圓柱形，可以有效減少風阻，提高整個裝置的穩 定性。在本發明的一個具體例子中，空氣壓縮裝置22可具體為空氣壓縮機。該空氣壓縮 機可選用大容量、高壓力、結構緊湊、能耗少、噪聲低、效率高、可塑性好、排氣凈化能力強的 大型或超大型空氣壓縮機，每個空氣壓縮機的排出壓力最好不小于3MP。該空氣壓縮機的使 用個數可依據常年風速和最低風速統計數據而定，但至少保證在風速最小時，最多臺數的 空氣壓縮機仍然能有效供應一個風力推進動力單元2的儲氣罐23所需的額定壓力和流量。如圖8-圖11所示，在本發明的一個可選實施方式中，本發明的氣流推進裝置24 包括有環形進氣罩241、中空罩體242、導流通道243、多個葉片244、轉輪245以及轉軸246 等部件。其中，該環形進氣罩241具有環形進氣腔室2410，在該環形進氣罩241外側連接有 連通于進氣腔室2410的進氣通道2411，所述中空罩體242設置在該進氣腔室2410內，該中 空罩體242具有柱狀周面2421和兩個端面2422，其中在柱狀周面2421上開設有多個進氣 口 2423，在每一進氣口 2423與環形進氣腔室2410之間連接有一導流通道243，從而該導流 通道243的一端連通于進氣腔室2410，另一端連通于進氣口 2423，以將進氣腔室2410內的 高壓氣流導入中空罩體242內。并且，在該中空罩體242的至少其中一個端面2422上設有 多個泄氣口 2424，以便于排出做功后的氣流。轉軸246穿過中空罩體242并轉動支撐于中 空罩體242上，所述轉輪245連接在該中空罩體242內的轉軸246上，在該轉輪245的周向 設置所述的多個葉片244。本發明的上述氣流推進裝置24工作時，儲氣罐22中的高壓氣流(如圖8所示)， 通過進氣罩241的進氣通道2411進入到進氣腔室2410內，然后經由周向分布的多個導流 通道2431，通過中空罩體242柱狀周面2421上的多個進氣口 2423進入到中空罩體242內，從而從多個方向同時推動葉片244使轉軸246轉動做功。這樣，采用該氣流推進裝置24，由 于高壓氣流能夠從多個方向推動葉片244同時做功，極大地提高了高壓氣流的做功效率。在本發明的氣流推進裝置24的一個可選實施方式中，所述的中空罩體242可為圓 柱形，多個導流通道243的中心軸線可與該圓柱形中空罩體242的柱狀周面2421相切。這 樣，從導流通道243進入到中空罩體242內的高壓氣流與徑向葉片244基本形成為直角，在 力矩相等的情況下能夠形成最大的推動力，從而進一步提高了高壓氣流的做功效率。在本發明的氣流推進裝置24的一個具體例子中，如圖10、圖11所示，多個導流通 道243在中空罩體242的周向均布，從而從多個導流通道243進入到中空罩體242內的高 壓氣流，能夠對葉片244均勻地施加推進力，提高了氣流推進裝置24的受力穩定性。如圖10所示，在本發明的氣流推進裝置24的一個可選例子中，所述中空罩體242 上的進氣口 2423和泄氣口 2424的數目相等，且在中空罩體242的周向上交錯設置。這樣， 從導流通道243進入到中空罩體242的進氣口 2423的高壓氣流在推動葉片244有效做功 后，能夠從泄氣口 2424排出，以免影響后續高壓氣流的進入。如圖10所示，由于在周向上 進氣口 2423與泄氣口 2424交錯設置，從而在沿轉軸246的轉動方向，每一個泄氣口 2424 都在下一個進氣口 2423的后方，以保證前一個進氣口 2423的高壓氣流能夠在高壓狀態下 有效做功完畢，然后推進到泄氣口 2424后再從泄氣口 2424排出中空罩體242外。在該本發明的氣流推進裝置24中，葉片244可以采用現有的任何一種葉片，例如 弧形徑向葉片、螺旋漿葉片等；所述中空罩體242的多個泄氣口 2424可設置在該中空罩體 242的一個端面2422上，例如圖1所示的上端面上，或者下端面上(圖中未示出)，當然也 可以同時設置在上端面和下端面上，在此不做限制。如圖10所示，在該氣流推進裝置24的 一個較佳實施例中，葉片244在連接到轉輪245上后可形成為兩面開口而其它面封閉的斗 室狀。在該例子中，中空罩體242的泄氣口 2424僅設置在其中一個端面2422上，該斗室狀 葉片244的一面開口 2441朝向中空罩體242的進氣口 2423的進氣方向，另一面開口 2442 朝向所述中空罩體242的泄氣口 2424的方向。這樣，經導流通道243而由進氣口 2423進 入到中空罩體242的高壓氣流從葉片244的開口 2441進入到斗室內，推動葉片244使轉軸 243轉動做功，當該斗室狀葉片244被推進到其另一個開口 2442對應于泄氣口 2424時，斗 室內的氣流經泄氣口 2424排出。該種斗室狀的葉片結構能夠對高壓氣流最大程度地形成 阻力，防止氣流在做功過程中旁泄，延長了存續氣體的滯留，從而極大提高了高壓氣流的做 功效率。實驗證明，采用本發明的上述氣流推進裝置24，該氣流推進裝置24的做功效率是 相當可觀的，做功的利用率可以達到95%以上，是目前汽輪機的兩倍以上。在本發明中，氣流推進裝置24與發電機1之間可設置有傳動裝置(圖中未示出)， 例如齒輪傳動裝置等，以將氣流推進裝置24輸出的動力傳遞給發電機1，從而驅動發電機1 發電。如圖12-圖14所示，本發明的風力發電系統還包括有控制裝置3，該控制裝置3用 于根據風速情況，控制空氣壓縮裝置22的開啟數目、控制空氣壓縮裝置22對儲氣罐23的 氣流輸送量以及控制儲氣罐3輸出的高壓氣流的壓力。該控制裝置3可具體采用計算機控 制系統。如圖2、圖7、圖12所示，在本發明的一個具體例子中，在所述的風力推進裝置21與空氣壓縮裝置22之間設置有離合裝置25。該離合裝置25可具體采用電子自動控制離 合器，是連接風力推進裝置21和空氣壓縮機22的裝置。該離合裝置25可連接于控制裝置 3，從而根據控制裝置3的控制信號連接或斷開或調節到不同的檔位。該離合裝置25可具 有三個功能，一是連接，二是當風速變化引起力矩變化時，可以調配到最佳力矩狀態下的轉 速，三是如果需要開啟或關閉空氣壓縮機時，該離合裝置25可以連接或切斷它們之間的狀 態。當風速很低時或初始啟動時，該離合裝置25檔位可受控處于低檔位，以便加大力矩增 加推動力。當風速逐漸變高時，該離合裝置25的檔位可受控自動變到高檔位，保持有效推 動。當風速達到要求的數值時，控制裝置3發出控制信號使該離合裝置24分離，停止對一 定數量空氣壓縮裝置22的推動，同時，保持最小數量空氣壓縮裝置22工作。當風速低于要 求的數值時，控制裝置3發出控制信號使離合裝置25自動連接，開啟對一定數量空氣壓縮 裝置22的推動，同時，保持最佳數量空氣壓縮裝置22工作，保證總體壓縮空氣的需求量。在本發明中，如圖1、圖12所示在該風力推進裝置21的頂端設置有風速測量儀 31，該風速測量儀31連接于控制裝置3，隨時測定風速并將風速信號傳輸至控制裝置3，從 而該控制裝置3可以根據實時的風速，以及儲氣罐23的氣壓和流量，來調整空氣壓縮裝置 22的開啟和關閉數量，以保證對儲氣罐23充分地輸送高壓空氣。在本發明中，如圖13、圖14所示，在所述空氣壓縮裝置22的氣流輸出通道221上 設置有壓力/流量檢測元件32，該壓力/流量檢測元件32連接于控制裝置3，用于檢測輸 往儲氣罐23的氣體壓力和流量，并將測得的壓力/流量信號傳輸給控制裝置3。該壓力/ 流量檢測元件32可具體設置在該氣流輸出通道221與儲氣罐23的氣流入口 232的連接位 置處，以準確測量向儲氣罐23輸入的氣流壓力/流量。如圖14所示，氣流推進裝置24的氣流流入通道2411上可設置有連接于控制裝置 3的壓力/流量檢測元件33，用于檢測從儲氣罐23輸入到氣流推進裝置24的高壓氣流的 壓力和流量，并將檢測到的信號傳輸給控制裝置3。該壓力/流量檢測元件33可具體設置 在儲氣罐23的氣流出口 231與氣流推進裝置24的氣流流入通道2411的連接位置，以準確 測量向儲氣罐23輸出的氣流壓力和流量。在本發明中，如圖13所示，在氣流推進裝置24的氣流流入通道2411上可設置有 控制閥34，該控制閥34連接于控制裝置3，根據該控制裝置3的控制信號，受控處于關閉狀 態或處于不同開啟位置。該控制閥34可具體設置在該氣流推進裝置24的氣流流入通道 2411與所述儲氣罐23的氣流出口 231的連接位置，以根據控制信號控制從儲氣罐23輸入 至氣流推進裝置24的氣流流量和壓力。在本發明中，如圖13所示，在所述空氣壓縮裝置22的氣流輸出通道221上可設置 有連接于控制裝置3的控制閥35，用于根據控制裝置3的控制信號調節從空氣壓縮裝置22 輸送到儲氣罐23的氣流壓力和流量。該控制閥35可具體設置在空氣壓縮裝置22的氣流輸 出通道221與儲氣罐23的氣流入口 232的連接位置，該位置是氣流輸送到儲氣罐23的必 由之路。該控制閥35可以根據控制裝置3的控制信號，實時增加或減小閥門的開啟程度， 以保證儲氣罐23中的氣壓和流量是恒壓和恒流。利用本發明的上述控制裝置3，本發明的風力發電系統在運行時，控制裝置3通過 風速測量儀31測得的當時實際風速，發出控制信號給離合裝置25，自動啟動或關閉空氣壓 縮裝置22的個數。該空氣壓縮裝置22的開啟數目與風速成反比，當風速較大時，則開啟較少空氣壓縮裝置22 ；風速較小時，則開啟較多空氣壓縮裝置22；當風速達到設計風速最低 時，控制裝置3則自動開啟所有單元的空氣壓縮裝置22。當風速變大或變小時，控制裝置3 則根據當時的風速，自動開啟每一個風力推進動力單元2的適當空氣壓縮裝置22的數目， 以保證瞬間產生最佳的壓縮空氣產能的匹配，保證對每個儲氣罐23的氣體輸送達到相對 穩定狀態，從而保證對發電機1的恒定推動力。本發明的風力發電系統的設計是有效風速 從0. 2米/秒至12米/秒，即只要風速達到0. 2米/秒，則可以正常發電。從這一風速范 圍可以滿足幾乎所有風速環境。同時，每個儲氣罐23根據它的恒定壓力值和恒定流量值來調整多個空氣壓縮裝 置22的氣流輸出通道221上控制閥35，匹配每個控制閥35的開啟或關閉大小，保證儲氣 罐23輸入空氣的恒壓和恒流。同時，每個風力推進動力單元2的儲氣罐23，可根據控制裝 置3的控制信號，及時調整控制閥34的大小，保證儲氣罐23的恒壓和恒流，從而保證穩定 的推動力，發出穩定的電力。采用本發明的上述風力發電系統，能夠在任意風速、任意風向的情況下，進行發 電，并且發電功率大，電壓穩定，發電效率高，發電成本低，從而有效解決了現有風力發電設 備存在的缺陷。本發明的上述描述僅為示例性的屬性，因此沒有偏離本發明要旨的各種變形理應 在本發明的范圍之內。這些變形不應被視為偏離本發明的精神和范圍。
權利要求
一種風力發電系統，其特征在于，該系統包括有發電機和兩個以上的風力推進動力單元，每一個風力推進動力單元的動力輸出端均連接于發電機的動力輸入端，其中，每個風力推進動力單元包括一個以上的風力推進裝置，每一個風力推進裝置均由風力驅動而輸出轉動動力；一個以上空氣壓縮裝置，每一個空氣壓縮裝置均連接于一個風力推進裝置的動力輸出端，由風力推進裝置輸出的動力驅動而通過一氣流輸出通道輸出氣流；儲氣罐，具有氣流出口和一個以上的氣流入口，其中每一個氣流入口連接于一個空氣壓縮裝置的氣流輸出通道；氣流推進裝置，具有連接于所述儲氣罐氣流出口上的氣流流入通道，通過氣流流入通道流入的氣流驅動而輸出轉動動力，其動力輸出端形成為所述風力推進動力單元的動力輸出端。
2.如權利要求1所述的風力發電系統，其特征在于，所述的風力推進裝置包括多個聚風桶，每個聚風桶具有進口和出口，其中進口面積大于出口面積；中空罩體，該中空罩體具有柱狀周面和兩個端面，其中在柱狀周面上開設有多個進風 口，每個進風口與所述聚風桶的出口連接；并在至少其中一個端面上設有多個泄風口 ；轉軸，該轉軸穿過所述中空罩體，并可轉動地支撐在所述中空罩體的兩個端面上；轉輪，該轉輪設置在所述中空罩體內，并連接在所述轉軸上，在該轉輪的周向設置有多 個葉片。
3.如權利要求2所述的風力發電系統，其特征在于，所述風力推進裝置的中空罩體上 的進風口與泄風口的數目相等，且在周向上交錯設置。
4.如權利要求2所述的風力發電系統，其特征在于，所述的風力推進裝置的所述聚風 桶的進口面積與出口面積之間的比例為200-500 1。
5.如權利要求2所述的風力發電系統，其特征在于，所述的風力推進裝置的所述中空 罩體為圓柱形，所述聚風桶的中心軸線與該圓柱形中空罩體的外柱面相切。
6.如權利要求2所述的風力發電系統，其特征在于，所述風力推進裝置的所述葉片在 連接到所述轉輪上后形成為兩面開口而其它面封閉的斗室狀，所述中空罩體的泄風口設置 在中空罩體的一個端面上，其中所述斗室狀葉片的一面開口朝向中空罩體的進風口方向， 另一面開口朝向所述中空罩體的泄風口方向。
7.如權利要求2所述的風力發電系統，其特征在于，所述風力推進裝置的所述聚風桶 均布在中空罩體的周向。
8.如權利要求2所述的風力發電系統，其特征在于，所述風力推進裝置的所述聚風桶 的橫截面為方形。
9.如權利要求2所述的風力發電系統，其特征在于，所述中空罩體周向的多個聚風桶 的進口的側邊緣鄰接在一起。
10.如權利要求2所述的風力發電系統，其特征在于，所述風力推進裝置的所述聚風桶 的進口的上邊緣和下邊緣形成為圓弧形，并且該相鄰聚風桶的進口的側邊緣鄰接在一起， 所述中空罩體周向的多個鄰接在一起的聚風桶的上邊緣、下邊緣分別形成為圓形。
11.如權利要求2所述的風力發電系統，其特征在于，所述風力推進裝置還包括有將聚 風桶和中空罩體支撐在空中的支撐裝置。
12.如權利要求1所述的風力發電系統，其特征在于，所述的空氣壓縮裝置為空氣壓縮機。
13.如權利要求1所述的風力發電系統，其特征在于，所述的氣流推進裝置包括有環形 進氣罩，該環形進氣罩具有環形進氣腔室，在該進氣罩外側連接有連通于該進氣腔室的進 氣通道，在該環形進氣罩內側套設有中空罩體，該中空罩體具有柱狀周面和兩個端面，其中 在柱狀周面上開設有多個進氣口，其中每一個進氣口與進氣腔室之間連接有一導流通道； 并在該中空罩體的至少其中一個端面上設有多個泄氣口 ；在所述中空罩體上穿設有轉動支 撐于中空罩體上的轉軸，在該中空罩體內的轉軸上連接有轉輪，在該轉輪的周向設置有多 個葉片。
14.如權利要求13所述的風力發電系統，其特征在于，所述氣流推進裝置的中空罩體 為圓柱形，所述導流通道的中心軸線與該圓柱形中空罩體的柱狀周面相切。
15.如權利要求13所述的風力發電系統，其特征在于，所述氣流推進裝置的所述多個 導流通道在中空罩體的周向均布。
16.如權利要求13所述的風力發電系統，其特征在于，所述氣流推進裝置的所述中空 罩體的多個泄氣口設置在該中空罩體的一個端面上。
17.如權利要求13所述的風力發電系統，其特征在于，所述氣流推進裝置的所述中空 罩體上的進氣口和泄氣口的數目相等，且在中空罩體的周向上交錯設置。
18.如權利要求16所述的風力發電系統，其特征在于，所述葉片在連接到轉輪上后形 成為兩面開口而其它面封閉的斗室狀，其中一面開口朝向中空罩體的進氣口，另一面開口 朝向所述中空罩體的泄氣口方向。
19.如權利要求1所述的風力發電系統，其特征在于，所述氣流推進裝置與所述發電機 之間設置有傳動裝置。
20.如權利要求1所述的風力發電系統，其特征在于，該風力發電系統還包括有控制裝 置，該控制裝置用于根據風速情況，控制空氣壓縮裝置的開啟數目、控制空氣壓縮裝置對儲 氣罐的氣流輸送量以及控制儲氣罐輸出的高壓氣流的壓力。
21.如權利要求1所述的風力發電系統，其特征在于，在所述的風力推進裝置與空氣壓 縮裝置之間設置有離合裝置。
22.如權利要求20所述的風力發電系統，其特征在于，在所述的風力推進裝置與空氣 壓縮裝置之間設置有連接于控制裝置的電子自動控制離合器。
23.如權利要求20所述的風力發電系統，其特征在于，在所述風力推進裝置的頂端設 置有風速測量儀，該風速測量儀連接于控制裝置，隨時測定風速并將風速信號傳輸至控制直ο
24.如權利要求20所述的風力發電系統，其特征在于，在所述空氣壓縮裝置的氣流輸 出通道上設置有壓力/流量檢測元件，該壓力/流量檢測元件連接于所述控制裝置，用于檢 測輸往儲氣罐的氣體壓力和流量，并將測得的壓力/流量信號傳輸給控制裝置。
25.如權利要求20所述的風力發電系統，其特征在于，所述氣流推進裝置的氣流流入 通道上設置有連接于控制裝置的壓力/流量檢測元件，用于檢測從儲氣罐輸入到氣流推進 裝置的高壓氣流的壓力和流量，并將檢測到的信號傳輸給控制裝置。
26.如權利要求20所述的風力發電系統，其特征在于，在本發明中，在氣流推進裝置的氣流流入通道上設置有控制閥，該控制閥連接于控制裝置，根據該控制裝置的控制信號，受 控處于關閉狀態或處于不同開啟位置。
27.如權利要求20所述的風力發電系統，其特征在于，在所述空氣壓縮裝置的氣流輸 出通道上設置有連接于控制裝置的控制閥，用于根據控制裝置的控制信號調節從空氣壓縮 裝置輸送到儲氣罐的氣流壓力和流量。
全文摘要
本發明提供了一種風力發電系統，該系統包括有發電機和兩個以上的風力推進動力單元，每一個風力推進動力單元的動力輸出端均連接于發電機的動力輸入端，其中，每個風力推進動力單元包括一個以上的風力推進裝置、一個以上空氣壓縮裝置、儲氣罐、氣流推進裝置，其中，每一個空氣壓縮裝置均連接于一個風力推進裝置的動力輸出端，由風力推進裝置輸出的動力驅動而通過一氣流輸出通道輸出氣流；儲氣罐的每一個氣流入口連接于一個空氣壓縮裝置的氣流輸出通道；氣流推進裝置通過氣流流入通道流入的氣流驅動而輸出轉動動力。采用本發明的風力發電系統，能夠使發電機發出的電量相對穩定，提高輸出電壓的穩定性，提高發電機發電的電流質量。
文檔編號F03D9/00GK101806288SQ200910078109
公開日2010年8月18日 申請日期2009年2月17日 優先權日2009年2月17日
發明者薛曉戶 申請人:薛曉戶