一种用喷水或喷气来加速的并排联合竖轴式风力发电装置的制作方法

1.本实用新型涉及风力发电技术领域，具体涉及一种用喷水或喷气来加速的并排联合竖轴式风力发电装置。


背景技术：

2.事实证明陀螺转动竖轴式风力发电机一但通过瞬时电流启动旋转起来，其转动轴底端钢球与底板、转动轴与圆柱形滚动轴承的摩阻力非常小，具体请参见专利公告号为cn213392495u的一种陀螺转动竖轴式风力发电机以及公开号为cn114412701a的一种具有上下双发电机的陀螺式风力发电装置；同时，由于采用了并排联合的圆弧形挡导风板，其叶片和转饼与空气的阻力及转子的电磁感应产生的负力矩也是非常小的，具体请参见专利公告号为cn211692709u的多层圆弧形遮挡竖轴式风力发电机。而本技术的发明人经过研究发现，现有陀螺转动竖轴式风力发电机虽然转速越快，摩阻力越小，但是空气对叶片的阻力及转子的电磁感应力产生的负转矩会增大，因此在风速较小(ⅰ～ⅲ级)时，启动后的风力发电机会慢慢地减速，随之摩阻力也会慢慢地增大，且当风力不足以维持转动所需力矩时，风力发电机甚至会停止转动，因而亟需对这一问题进行解决。


技术实现要素：

3.针对现有陀螺转动竖轴式风力发电机存在空气对叶片的阻力及转子的电磁感应力产生的负转矩会增大，在风速较小时启动后的风力发电机会慢慢地减速，随之摩阻力也会慢慢地增大，且当风力不足以维持转动所需力矩时，风力发电机甚至会停止转动的技术问题，本实用新型提供一种用喷水或喷气来加速的并排联合竖轴式风力发电装置，该装置针对风速较小情况下发电机组启动旋转起来后，适时地通过安装在圆环形钢构架上带有喷水或喷气功能的立柱钢管喷头及时地喷出高速水流或气流，以适当的角度冲击作用在转动叶片上，推动叶片加速旋转，维持陀螺转动竖轴式风力发电机转速不低于预设的临界值(vc)，从而避免启动后的风力发电机停止转动。
4.为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：
5.一种用喷水或喷气来加速的并排联合竖轴式风力发电装置，包括风力发电机组及具有挡导风板和喷水或喷气功能的圆环形钢构架，所述风力发电机组包括多台并排设置的陀螺转动竖轴式风力发电机，每台陀螺转动竖轴式风力发电机包括固定设置于地面的发电机支柱，所述发电机支柱顶部固定有发电机底座，所述发电机底座上固定安装有发电机，所述发电机的转动轴上固定连接有陀螺转饼，所述陀螺转饼的周边均匀固定连接有多个叶片；所述圆环形钢构架设置在每台陀螺转动竖轴式风力发电机的外围，所述圆环形钢构架包括竖直均匀固定于地面呈圆形分布的多根立柱钢管，所述多根立柱钢管的顶端封闭，所述多根立柱钢管的管壁上固定连接有上圆环形导轨和下圆环形导轨，所述上圆环形导轨和下圆环形导轨上设有槽口相对的导槽，所述上圆环形导轨和下圆环形导轨的导槽内设有可移动的弧形挡风板，所述弧形挡风板尾端延伸形成有背离上下圆环形导轨的曲面导风板，
所述立柱钢管包括带喷头立柱钢管和无喷头立柱钢管，所述带喷头立柱钢管和无喷头立柱钢管间隔交替布置，每个所述带喷头立柱钢管上的喷头与该立柱钢管内部连通，并朝向发电机叶片旋转经过的前方第一个叶片的切线方向，所述喷头的出口端设有水压或气压自动开关门，所述带喷头立柱钢管的底部连接有给水或给气管道，所述给水或给气管道的进口与外部水源或气源连接。
6.与现有技术相比，本实用新型提供的用喷水或喷气来加速的并排联合竖轴式风力发电装置，一是采用带有弧形挡板和曲面导风板的并排联合的陀螺转动竖轴式风力发电机组方式，由此可以充分地获取风能，最大限度地减小风的反向负力矩作用，也便于给水或给气管道同时与多台圆环形钢架构的带有喷水或喷气功能的立柱钢管并联连接，由此不仅节约了给水或给气管道成本，而且能使对称的一对喷头的水压或气压和冲击力大小相等方向相反，形成转动力矩，减小冲击产生的风机抖动和损伤叶片；二是并排联合发电机组方式可以充分提高风能和陀螺进动性的利用效率，降低单位发电量成本即度电成本，增加年均总发电量；三是喷出的水流通过预设的地面排水沟和汇水池可重复使用；四是喷出的水流或气流有利于发电机的散热降温；五是带喷头的立柱钢管既是喷水或喷气管道，又是钢构架立柱，上下圆环形导轨既是弧形挡风板的导轨，又是钢构架的水平连接构件，因而减少了制造成本；六是便于建造安装和运维管理；七是有利于使用寿命周期(发电机30年，钢构架80年)后的回收利用。
7.进一步，所述陀螺转饼的周边均匀固定连接有3～5个叶片，对应所述立柱钢管包括四根带喷头立柱钢管和四根无喷头立柱钢管。
8.进一步，所述喷头包括锥形喷体和圆管形喷嘴，所述锥形喷体的一端与带喷头立柱钢管连接，所述锥形喷体的另一端与圆管形喷嘴一体成型连接，所述锥形喷体的锥面角为10～45
°
，所述圆管形喷嘴的水平仰角为5～20
°
。
9.进一步，所述圆管形喷嘴的管径为1～10cm，长度为3～15cm，所述圆形喷嘴与叶片的间距为5～20cm。
10.进一步，所述水压或气压自动开关门为铰接合页板。
11.进一步，所述带喷头立柱钢管的下部设有开关阀，可用人工智能进行程序化自动控制。
12.进一步，所述给水或给气管道的进口处设有给水增压的加压泵或增压器，或者设有给气增压的空压机或鼓风机。
附图说明
13.图1是本实用新型提供的用喷水或喷气来加速的并排联合竖轴式风力发电装置平剖结构示意图。
14.图2是本实用新型提供的用喷水或喷气来加速的并排联合竖轴式风力发电机立体结构示意图。
15.图3是本实用新型提供的带喷头立柱钢管的立剖结构示意图。
16.图中，10、发电机支柱；11、发电机底座；12、发电机；13、陀螺转饼；14、叶片；20、立柱钢管；201、带喷头立柱钢管；202、无喷头立柱钢管；21、上圆环形导轨；22、下圆环形导轨；23、弧形挡风板；24、曲面导风板；25、喷头；251、锥形喷体；252、圆管形喷嘴；26、水压或气压
自动开关门；27、给水或给气管道；28、开关阀；29、加压泵或增压器或空压机或鼓风机。
具体实施方式
17.为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
18.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“径向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
19.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
20.请参考图1至图3所示，本实用新型提供一种用喷水或喷气来加速的并排联合竖轴式风力发电装置，包括风力发电机组及具有挡导风板和喷水或喷气功能的圆环形钢构架，所述风力发电机组包括多台并排设置的陀螺转动竖轴式风力发电机，每台陀螺转动竖轴式风力发电机包括固定设置于地面的发电机支柱10，所述发电机支柱10顶部固定有发电机底座11，所述发电机底座11上固定安装有发电机12，所述发电机12的转动轴上固定连接有陀螺转饼13，所述陀螺转饼13的周边均匀固定连接有多个叶片14，由此通过风力带动发电机叶片14驱动转动轴转动可实现风力发电；所述圆环形钢构架设置在每台陀螺转动竖轴式风力发电机的外围，所述圆环形钢构架包括竖直均匀固定于地面呈圆形分布的多根立柱钢管20，所述多根立柱钢管20的顶端封闭，具体可采用钢板焊接封闭，所述多根立柱钢管20的管壁上固定连接如焊接有上圆环形导轨21和下圆环形导轨22，所述上圆环形导轨21和下圆环形导轨22上设有槽口相对的导槽，所述上圆环形导轨21和下圆环形导轨22具体可采用现有呈圆环形的槽钢来实现，所述上圆环形导轨21和下圆环形导轨22的导槽内设有可移动的弧形挡风板23，所述弧形挡风板23尾端延伸形成有背离上下圆环形导轨的曲面导风板24，当所述弧形挡风板23移动至图1和图2所示迎风面的左侧1/4圆弧位置时，风力只对右侧范围内的发电机叶片施加逆时针方向转动的驱动力，而左侧因为弧形挡风板23的遮挡使风对该侧发电机叶片无反向的负作用，从而大大增加了垂直轴转风力发电机的功率，而所述曲面导风板24用于将弧形挡风板迎风面挡住的风引导至相邻风力发电机上未被弧形挡风板23遮挡的叶片上，由此当多个陀螺转动竖轴式风力发电机并列布置时，通过曲面导风板24可将风引导至前一个风力发电机未被弧形挡风板23遮挡的叶片上，由此增加了单台风力发电机的发电功率，所述立柱钢管20包括带喷头立柱钢管201和无喷头立柱钢管202，所述带喷头立柱钢管201和无喷头立柱钢管202间隔交替布置，每个所述带喷头立柱钢管201上的喷头25与该立柱钢管内部连通，并朝向发电机叶片旋转经过的前方第一个叶片的切线方向，所述喷头25的出口端设有水压或气压自动开关门26，由此通过该喷头25可以喷出高速水流
或气流冲击作用在转动叶片14上，推动叶片14加速旋转避免风力发电机停止转动，具体在靠近河、湖、海的地区，可用喷水的方式来做为冲击转动叶片的加速动力，而在缺水的较干旱地区则用喷气的方式来做为冲击转动叶片的加速动力，所述带喷头立柱钢管201的底部连接有给水或给气管道27，具体所述带喷头立柱钢管201底部可通过现有弯头接三通来与给水或给气管道27实现连接，所述给水或给气管道27的进口与外部水源或气源连接，由此进入到给水或给气管道27里面的水或气通过带喷头立柱钢管201后，可由带喷头立柱钢管201上的喷头25喷出。
21.与现有技术相比，本实用新型提供的用喷水或喷气来加速的并排联合竖轴式风力发电装置，一是采用带有弧形挡板和曲面导风板的并排联合的陀螺转动竖轴式风力发电机组方式，由此可以充分地获取风能，最大限度地减小风的反向负力矩作用，也便于给水或给气管道同时与多台圆环形钢架构的带有喷水或喷气功能的立柱钢管并联连接，由此不仅节约了给水或给气管道成本，而且能使对称的一对喷头的水压或气压和冲击力大小相等方向相反，形成转动力矩，减小冲击产生的风机抖动和损伤叶片；二是并排联合发电机组方式可以充分提高风能和陀螺进动性的利用效率，降低单位发电量成本即度电成本，增加年均总发电量；三是喷出的水流通过预设的地面排水沟和汇水池可重复使用；四是喷出的水流或气流有利于发电机的散热降温；五是带喷头的立柱钢管既是喷水或喷气管道，又是钢构架立柱，上下圆环形导轨既是弧形挡风板的导轨，又是钢构架的水平连接构件，因而减少了制造成本；六是便于建造安装和运维管理；七是有利于使用寿命周期(发电机30年，钢构架80年)后的回收利用。
22.作为具体实施例，请参考图1和图2所示，所述陀螺转饼13的周边均匀固定连接有3～5个叶片14，对应所述立柱钢管20包括四根带喷头立柱钢管201和四根无喷头立柱钢管202，由此四根带有喷头25的立柱钢管既是喷水或喷气的管道，又是圆环形钢构架的结构构件，对导轨具有加固支撑的作用。当然，本领域技术人员也可根据需要设置成其他数量的叶片及带喷头立柱钢管和无喷头立柱钢管。
23.作为具体实施例，请参考图3所示，所述喷头25包括锥形喷体251和圆管形喷嘴252，所述锥形喷体251的一端与带喷头立柱钢管201连接，具体可采用法兰连接或三通方式螺口连接，所述锥形喷体251的另一端与圆管形喷嘴252一体成型连接，所述锥形喷体251的锥面角α为10～45
°
，所述圆管形喷嘴252的水平仰角β为5～20
°
。本实施例中的喷头结构，喷头腔体进口大出口小，呈锥体，可成倍地增加水流或气流的压力和流速，从而使旋转叶片获得足够大的冲击力，加速转动，发出更多的电。
24.作为具体实施例，所述圆管形喷嘴252的管径为1～10cm，长度为3～15cm，所述圆形喷嘴252与叶片14的间距为5～20cm，由此这样喷出的水流或气流的流速、流量以及射线方向在预设的范围内，而不至于偏靶心、冲击力不足，同时使喷嘴与叶片有足够的安全距离。
25.作为具体实施例，所述水压或气压自动开关门26为铰接合页板，该铰接合页板在喷水或喷气时被冲开向上翻起，停止喷水或喷气时在重力作用下自动向下盖住圆形喷嘴出口，由此可防止灰尘、鸟虫等进入喷头内部。
26.作为具体实施例，请参考图2和图3所示，所述带喷头立柱钢管201的下部设有开关阀28，该开关阀28可对带喷头立柱钢管201内的水或气进行通断控制，由此可根据风力大小
随时确定是开启一对喷头还是两对喷头。具体地，每次喷水或喷气的持续时间为2～10秒，时间间隔为1～5分钟，当风力为
ⅳ‑ⅴ
级时，时间间隔为5～10分钟，喷水或喷气的持续时间仍为2～10秒，另外可用现有的自动化控制程序来实现精准控制，达到事半功倍、高效运转。
27.作为具体实施例，请参考图1所示，所述给水或给气管道27的进口处设有给水增压的加压泵或增压器29，或者给气增压的空压机或鼓风机29，而喷水方式需要做好发电机等电气设备的防水及地面的排水沟和循环使用水池。
28.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种用喷水或喷气来加速的并排联合竖轴式风力发电装置，其特征在于，包括风力发电机组及具有挡导风板和喷水或喷气功能的圆环形钢构架，所述风力发电机组包括多台并排设置的陀螺转动竖轴式风力发电机，每台陀螺转动竖轴式风力发电机包括固定设置于地面的发电机支柱，所述发电机支柱顶部固定有发电机底座，所述发电机底座上固定安装有发电机，所述发电机的转动轴上固定连接有陀螺转饼，所述陀螺转饼的周边均匀固定连接有多个叶片；所述圆环形钢构架设置在每台陀螺转动竖轴式风力发电机的外围，所述圆环形钢构架包括竖直均匀固定于地面呈圆形分布的多根立柱钢管，所述多根立柱钢管的顶端封闭，所述多根立柱钢管的管壁上固定连接有上圆环形导轨和下圆环形导轨，所述上圆环形导轨和下圆环形导轨上设有槽口相对的导槽，所述上圆环形导轨和下圆环形导轨的导槽内设有可移动的弧形挡风板，所述弧形挡风板尾端延伸形成有背离上下圆环形导轨的曲面导风板，所述立柱钢管包括带喷头立柱钢管和无喷头立柱钢管，所述带喷头立柱钢管和无喷头立柱钢管间隔交替布置，每个所述带喷头立柱钢管上的喷头与该立柱钢管内部连通，并朝向发电机叶片旋转经过的前方第一个叶片的切线方向，所述喷头的出口端设有水压或气压自动开关门，所述带喷头立柱钢管的底部连接有给水或给气管道，所述给水或给气管道的进口与外部水源或气源连接。2.根据权利要求1所述的用喷水或喷气来加速的并排联合竖轴式风力发电装置，其特征在于，所述陀螺转饼的周边均匀固定连接有3～5个叶片，对应所述立柱钢管包括四根带喷头立柱钢管和四根无喷头立柱钢管。3.根据权利要求1所述的用喷水或喷气来加速的并排联合竖轴式风力发电装置，其特征在于，所述喷头包括锥形喷体和圆管形喷嘴，所述锥形喷体的一端与带喷头立柱钢管连接，所述锥形喷体的另一端与圆管形喷嘴一体成型连接，所述锥形喷体的锥面角为10～45
°
，所述圆管形喷嘴的水平仰角为5～20
°
。4.根据权利要求3所述的用喷水或喷气来加速的并排联合竖轴式风力发电装置，其特征在于，所述圆管形喷嘴的管径为1～10cm，长度为3～15cm，所述圆管形喷嘴与叶片的间距为5～20cm。5.根据权利要求1所述的用喷水或喷气来加速的并排联合竖轴式风力发电装置，其特征在于，所述水压或气压自动开关门为铰接合页板。6.根据权利要求1所述的用喷水或喷气来加速的并排联合竖轴式风力发电装置，其特征在于，所述带喷头立柱钢管的下部设有开关阀。7.根据权利要求1所述的用喷水或喷气来加速的并排联合竖轴式风力发电装置，其特征在于，所述给水或给气管道的进口处设有给水增压的加压泵或增压器，或者设有给气增压的空压机或鼓风机。

技术总结
本实用新型提供一种用喷水或喷气来加速的并排联合竖轴式风力发电装置，包括风力发电机组及圆环形钢构架，发电机组构架中并排设置的每台竖轴式风力发电机包括固定于地面的发电机支柱，发电机支柱顶部依次固定有发电机底座和发电机，与发电机转动轴连接的陀螺转饼周边均匀固定有多个叶片，圆环形钢构架包括均匀固定于地面的多根立柱钢管，立柱钢管壁上连接有上下圆环形导轨，上下圆环形导轨的导槽内设有可移动挡导风板，带喷头立柱钢管上的喷头朝向发电机叶片旋转经过的切线方向，带喷头立柱钢管底部连接有给水或给气管道。本申请通过喷头间歇式瞬时喷出高速水流或气流冲击作用在转动叶片上来推动叶片加速旋转，以保持风力发电机的快速转动。电机的快速转动。电机的快速转动。


技术研发人员：袁杰
受保护的技术使用者：袁杰
技术研发日：2022.12.12
技术公布日：2023/6/3