專(zhuān)利名稱(chēng)：風(fēng)洞式擴(kuò)壓引射風(fēng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于風(fēng)力機(jī)械領(lǐng)域。是采用一種通過(guò)擴(kuò)壓引射方法，實(shí)現(xiàn)提高氣流速度并 在同一流體通道內(nèi)，同一軸向多級(jí)葉輪梯級(jí)捕獲動(dòng)能，提高能效比，減少軸向動(dòng)能流失損失 的效果的風(fēng)洞式擴(kuò)壓引射風(fēng)機(jī)。
背景技術(shù)：
人類(lèi)利用風(fēng)能的歷史已有數(shù)千年。在風(fēng)能利用領(lǐng)域已從早期的農(nóng)業(yè)加工、抽水灌 溉發(fā)展到今天的熱能轉(zhuǎn)換、發(fā)電等方面。由于古代東方的垂直軸阻力型風(fēng)機(jī)功率系數(shù)太低， 在當(dāng)今已幾乎無(wú)應(yīng)用價(jià)值。而近代歐洲的垂直軸升力型風(fēng)機(jī)因其振動(dòng)大、地面負(fù)面影響大 等缺點(diǎn)突出而不宜使用。因而現(xiàn)代風(fēng)力機(jī)械領(lǐng)域基本都采用水平軸升力型風(fēng)機(jī)。(請(qǐng)參閱 《風(fēng)力發(fā)電技術(shù)》西北工業(yè)大學(xué)出版社、2009. 9重印第四章第33、34頁(yè))。由上可知水平軸 風(fēng)機(jī)(現(xiàn)代主流技術(shù))對(duì)人類(lèi)的風(fēng)能利用作出了積極貢獻(xiàn)。但在多年的運(yùn)用實(shí)踐中也顯露 出了諸多缺陷和不足，以及尚需完善之處。例如(一 )、動(dòng)能利用率低、風(fēng)能資源流失量大由于水平軸升力型風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)思想中，葉輪處于開(kāi)放的大氣自然流場(chǎng)，葉輪只能對(duì) 軸向流經(jīng)的空氣動(dòng)能進(jìn)行一次性捕獲，而不能對(duì)其進(jìn)行多次捕獲，因而軸向流經(jīng)葉輪的動(dòng) 能便會(huì)流失，從而出現(xiàn)無(wú)法充分高效利用風(fēng)能資源導(dǎo)致風(fēng)能使用成本高和資源流量大的技 術(shù)經(jīng)濟(jì)缺陷。(二)葉輪體量過(guò)大，成本比重高，制造、運(yùn)輸、安裝、維護(hù)、使用不經(jīng)濟(jì)又不方便由于現(xiàn)代風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)是僅靠葉輪在開(kāi)放的大氣流場(chǎng)截獲轉(zhuǎn)換動(dòng)能，葉輪面積決定了 動(dòng)能的捕獲量。因此，葉輪體量必然龐大，特別是近年來(lái)隨著風(fēng)機(jī)功率的不斷增大，風(fēng)機(jī)葉 輪的直徑也越來(lái)越大。因此，對(duì)風(fēng)機(jī)葉輪的制造工藝和材質(zhì)以及安全性要求也越來(lái)越高，從 而造成葉輪在風(fēng)機(jī)整個(gè)系統(tǒng)成本的占比越來(lái)越大(占比已近25，見(jiàn)《風(fēng)力發(fā)電技術(shù)》西北工 業(yè)大學(xué)出版社2009. 9重印第15章第300頁(yè))。同時(shí)還因其葉輪體量太大造成葉輪的制造、 運(yùn)輸、安裝、維護(hù)諸多不便，費(fèi)用增大，從而降低了整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。(三)、塔架體量太大，成本占比過(guò)高，制造、運(yùn)輸、安裝、維護(hù)不便由于現(xiàn)行水平軸風(fēng)機(jī)是僅靠塔架作為支撐，塔架必須承受各種載荷，特別是來(lái)自 于水平方向的巨大力矩，塔架載荷很大。因此，對(duì)塔架的質(zhì)量和安全性要求很高，其體量必 然龐大，材質(zhì)成本高。由于現(xiàn)行主流技術(shù)中，葉輪是垂直于塔架方向旋轉(zhuǎn)，葉輪直徑和塔架 輪轂高度的比值在0. 7 1. 0之間(《風(fēng)力發(fā)電技術(shù)》西北工業(yè)大學(xué)出版社2009. 9重印第 15章第304頁(yè))，造成無(wú)法用全方位高位斜拉索方式來(lái)分擔(dān)其水平方向的應(yīng)力，因而無(wú)法大 幅度降低塔架的建造成本。特別是近年來(lái)隨著風(fēng)機(jī)功率的不斷增大，塔架在整個(gè)系統(tǒng)成本 中占比也越來(lái)越大(占比已近25%《風(fēng)力發(fā)電技術(shù)》西北工業(yè)大學(xué)出版社2009. 9重印第 15章第300頁(yè))，由此，不僅造成塔架建設(shè)成本過(guò)高，系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性差，還存在制造、運(yùn)輸、安 裝、維護(hù)過(guò)程難度大，費(fèi)用大的問(wèn)題。(四)、對(duì)風(fēng)向角要求高，偏航系統(tǒng)成本大，偏航啟動(dòng)前15°以?xún)?nèi)的風(fēng)向角變化對(duì)功率損失大由于現(xiàn)代水平軸風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)，對(duì)風(fēng)向角要求很高，其風(fēng)向角對(duì)裝置輸出功率影響 很大，因而導(dǎo)致其偏航系統(tǒng)構(gòu)造復(fù)雜、質(zhì)量要求高，啟動(dòng)頻繁、成本增大，再加之，再行風(fēng)機(jī) 15°以上的風(fēng)向角變化才啟動(dòng)偏航(《風(fēng)工程與工業(yè)空氣動(dòng)力學(xué)》國(guó)防工業(yè)出版社2006. 1 第二章第127頁(yè))。由于其15°以?xún)?nèi)的風(fēng)向角變化很頻繁，因而功率損失也大。(五)、設(shè)計(jì)風(fēng)速以外的風(fēng)能流失損失量大，抗過(guò)載氣流方式的經(jīng)濟(jì)和安全性差由于現(xiàn)行風(fēng)機(jī)一般只是對(duì)風(fēng)速4m/s 25m/s之間的動(dòng)能進(jìn)行捕獲轉(zhuǎn)換(《風(fēng)力發(fā) 電機(jī)組原理與應(yīng)用》機(jī)械工業(yè)出版社2009. 6第六章第125頁(yè))，因而造成4m/s以下25m/ s以上的動(dòng)能無(wú)法充分利用而流失，另外，現(xiàn)行風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)是靠加強(qiáng)葉片和塔架強(qiáng)度或變漿方 式來(lái)對(duì)過(guò)載氣流抗阻或泄流，因而其抗過(guò)載氣流方式的經(jīng)濟(jì)性和安全性差。(六)、機(jī)艙的定位對(duì)系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性負(fù)面影響大由于現(xiàn)代水平軸風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)，是將整個(gè)傳動(dòng)、制動(dòng)、偏航、控制、發(fā)電或制熱抽水系統(tǒng) 集成于機(jī)艙，迎風(fēng)放置于塔頂流場(chǎng)的中心位置。極大的影響了系統(tǒng)的氣動(dòng)性能，不但直接造 成動(dòng)能損失，降低了系統(tǒng)效能，還增大了塔架的橫向載荷，既影響風(fēng)機(jī)安全性能，又導(dǎo)致塔 架設(shè)計(jì)、制造成本過(guò)高的負(fù)面效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服以上不足，提供一種動(dòng)能利用率高，減少成本，制造、運(yùn) 輸、安裝、維護(hù)方便，安全的風(fēng)洞式擴(kuò)壓引射風(fēng)機(jī)。本發(fā)明的目的是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明風(fēng)洞式擴(kuò)壓引射風(fēng)機(jī)，包括塔架、裝于塔架頂部的工作平臺(tái)、裝于工作平臺(tái) 上的下承力盤(pán)、位于下承力盤(pán)上的上承力盤(pán)、裝于上承力盤(pán)上的機(jī)艙、裝于上承力盤(pán)上的偏 航裝置中的偏航電機(jī)輸出軸上的與下承力盤(pán)上的偏航齒圈嚙合從而能帶動(dòng)機(jī)艙和上承力 盤(pán)繞偏航齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)的主動(dòng)齒輪，上承力盤(pán)上裝有支撐托架，支撐托架上裝有截面形狀為圓 形的風(fēng)洞式擴(kuò)壓引射流體通道，風(fēng)洞式擴(kuò)壓引射流通道體中有擴(kuò)壓器，擴(kuò)壓器中有帶有擴(kuò) 開(kāi)角的前部擴(kuò)壓增速段三維流體通道及后部帶有擴(kuò)開(kāi)角的后部功后氣流三維流體通道、位 于前部擴(kuò)壓增速段氣流三維流體通道和后部功后氣流三維流體通道間且與二者連通的三 維流體作功通道，三維流體作功通道的最小直徑小于前部擴(kuò)壓增速段氣流三維流體通道以 及后部功后氣流三維流體通道的直徑，在三維流體作功通道沿風(fēng)機(jī)軸向上裝有至少二個(gè)葉 輪，位于機(jī)艙內(nèi)的工作機(jī)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與葉輪連接。葉輪數(shù)量的多少視需要而定，工作機(jī)可 為發(fā)電機(jī)或抽水機(jī)等，采用風(fēng)洞式擴(kuò)壓引射流體通道，改善了大氣流場(chǎng)，使進(jìn)入通道的氣流 擴(kuò)壓增速，由于氣流在周向封閉的流體通道中運(yùn)行，風(fēng)機(jī)的高速平均出力時(shí)間增加，更重要 的是，可在通道內(nèi)沿流體方向增設(shè)葉輪的級(jí)數(shù)，多次對(duì)上一級(jí)葉輪軸向流失的動(dòng)能進(jìn)行充 分捕獲，從而達(dá)到了提高動(dòng)能利用率，減少大氣動(dòng)能資源流失的目的，由此解決和彌補(bǔ)了現(xiàn) 行技術(shù)中，動(dòng)能利用率低，資源流失量大的問(wèn)題和不足，由于本發(fā)明采用風(fēng)洞式擴(kuò)壓引射流 體通道，可將葉輪安裝在流體通道中直徑最小的圓形三捕獲動(dòng)能，由此，其葉輪直徑大幅縮 小，從而彌補(bǔ)了現(xiàn)行風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中葉輪體積過(guò)大，成本比重過(guò)高，制造、運(yùn)輸、安裝維護(hù)不便且 費(fèi)用大的缺陷和不足。由于本發(fā)明采用風(fēng)洞式擴(kuò)壓引射流體通道，將其葉輪沿風(fēng)機(jī)軸向配 置于流體通道中段的維流體作功通道內(nèi)，周向氣流對(duì)葉輪做功已無(wú)影響，而軸向來(lái)流由于擴(kuò)壓段迎風(fēng)口呈擴(kuò)開(kāi)角引導(dǎo)氣流通過(guò)流場(chǎng)，因而本發(fā)明在一定風(fēng)向角變化范圍內(nèi)對(duì)風(fēng)機(jī)輸 出功率影響較小，無(wú)需啟動(dòng)偏航系統(tǒng)，從而改善了現(xiàn)行風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中對(duì)偏航系統(tǒng)的依賴(lài)程度， 降低了風(fēng)機(jī)對(duì)偏航系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要求和啟動(dòng)頻率。另外，由于本發(fā)明葉輪配置于三維流體作 功通道內(nèi)，輕度風(fēng)向角變化對(duì)葉輪功率影響不大，而現(xiàn)行風(fēng)機(jī)葉輪對(duì)風(fēng)向角較為敏感，(現(xiàn) 行風(fēng)機(jī)在15°以?xún)?nèi)風(fēng)向角變化卻不會(huì)啟動(dòng)偏航(《風(fēng)工程與工業(yè)空氣動(dòng)力學(xué)》國(guó)防工業(yè)出 版社2006. 1第二章第127頁(yè))，因而現(xiàn)行風(fēng)機(jī)中，在偏航啟動(dòng)前15°以?xún)?nèi)，風(fēng)向角變化對(duì)葉 輪功率負(fù)面影響大的缺陷，在本發(fā)明中也得以彌補(bǔ)和完善。同時(shí)，已有的現(xiàn)行風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中對(duì) 風(fēng)向角要求很高，偏航系統(tǒng)投資大、使用成本高的問(wèn)題也一并得到了解決和彌補(bǔ)。由于本發(fā) 明采用了擴(kuò)壓引射流體通道，改善了擴(kuò)壓段流場(chǎng)，使來(lái)流平均速度大幅度提高，而由于平均 風(fēng)速越大，風(fēng)功率密度越大，風(fēng)能可利用小時(shí)數(shù)就越多(《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組原理與應(yīng)用》機(jī)械 工業(yè)出版社2009. 6第一章第16頁(yè))，因此，在現(xiàn)行風(fēng)機(jī)中流失的4m/s以下的無(wú)效動(dòng)能在 本發(fā)明中便能基本轉(zhuǎn)化為有效動(dòng)能而被充分利用。本發(fā)明整體提高了風(fēng)速，因而平均風(fēng)速 提高、能效提高。由于本發(fā)明采用了風(fēng)洞式擴(kuò)壓引射流體通道，通過(guò)擴(kuò)開(kāi)角將氣流導(dǎo)入其葉 輪做功段，集中多級(jí)捕獲動(dòng)能，在其流體通道內(nèi)，只設(shè)置了捕獲動(dòng)能的葉輪，將具有較大體 積的機(jī)艙置于通道下方緊鄰葉輪接引動(dòng)能，因而保障了流場(chǎng)的通暢，從而達(dá)到了最大化的 減少流場(chǎng)動(dòng)能損失，充分利用動(dòng)能的目的。也因此彌補(bǔ)和完善了現(xiàn)行風(fēng)機(jī)中將機(jī)艙定位與 流體通道中心，正面迎風(fēng)所導(dǎo)致的機(jī)艙部分對(duì)系統(tǒng)氣動(dòng)性和經(jīng)濟(jì)性負(fù)面影響大的缺陷和不 足。上述的擴(kuò)壓器殼體周邊上與位于前部擴(kuò)壓增速段氣流三維流體通道和三維流體 機(jī)功通道相鄰處有多個(gè)恒壓艙口，每個(gè)恒壓艙口上鉸接有恒壓艙門(mén)，位于恒壓艙門(mén)外的復(fù) 位彈簧一端連接在擴(kuò)壓器殼體上而另一端緊頂在恒壓艙門(mén)上，本發(fā)明在流體通道內(nèi)葉輪前 方設(shè)置數(shù)扇自動(dòng)恒壓艙門(mén)，便可將流向葉輪的過(guò)載風(fēng)能適時(shí)排出通道，以使風(fēng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)工 作點(diǎn)盡可能靠近風(fēng)機(jī)的最佳風(fēng)能利用系數(shù)曲線，從而充分獲取經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，也是對(duì)風(fēng)機(jī) 過(guò)載風(fēng)速下的安全保護(hù)裝置。因此，本發(fā)明通過(guò)上述設(shè)計(jì)，和措施完善和彌爾了現(xiàn)行風(fēng)機(jī) 中，設(shè)計(jì)風(fēng)速以外的風(fēng)能流失損失大的問(wèn)題。同時(shí)還用很經(jīng)濟(jì)、安全的方式和措施解決了過(guò) 載風(fēng)能的泄流問(wèn)題。上述的三維流體作功通道上裝有至少二個(gè)葉輪支架，轉(zhuǎn)軸支撐在葉輪支架上，葉 輪裝在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸上裝有外齒圈，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中有與轉(zhuǎn)軸上的外齒圈嚙合的傳動(dòng)齒輪。上述的塔架周邊分布有多根兩端分別與塔架頂部工作平臺(tái)和相應(yīng)斜拉索基礎(chǔ)連 接的斜拉鋼索，由于本發(fā)明采用了風(fēng)洞式擴(kuò)壓引射流體通道設(shè)計(jì)，其動(dòng)能捕獲轉(zhuǎn)換裝置配 置于塔架上方的流體通道上，因而避免了現(xiàn)行風(fēng)機(jī)中葉片與塔架垂直同向旋轉(zhuǎn)的問(wèn)題，由 此，便可對(duì)塔架采用全方位高位斜拉索方式分擔(dān)來(lái)自于水平方向的各種力矩，從而大幅度 減小了塔架設(shè)計(jì)的載荷要求和體量，因此相應(yīng)在減少塔架載荷的同時(shí)也減少了塔架建造成 本，再加之本發(fā)明將流體通道配置于塔架上方，其流場(chǎng)中心上移，因此便可以直接降低塔架 高度要求。由此彌補(bǔ)和解決了現(xiàn)行機(jī)設(shè)計(jì)中，塔架體量過(guò)大、成本比重高，制造、運(yùn)輸、安裝、 維護(hù)費(fèi)用大且不便的問(wèn)題和不足。 上述的塔架由多個(gè)桁架通過(guò)連接件組合而成，拆裝、運(yùn)輸方便。 上述的風(fēng)洞式擴(kuò)壓引射流體通過(guò)中有套裝于擴(kuò)壓器殼體后部功后氣流三維流體
通道上的引射器。
上述的支撐托架上裝有上斜拉索固定架，多根上斜拉索的兩端分別固定在擴(kuò)壓器 殼體和上斜拉索固定架上、或固定在引射器殼體和上斜拉索固定架上。上述的引射器中有前后帶有擴(kuò)開(kāi)角的前部擴(kuò)壓增速段圓形三維流體通道和后部 引射段圓形三維流體通道。上述的引射器引射段三維流體通道擴(kuò)開(kāi)角為15° 70°。上述的機(jī)艙設(shè)置于風(fēng)洞式擴(kuò)壓引射流體通道外部。本發(fā)明工作時(shí)，自然風(fēng)通過(guò)擴(kuò)壓器進(jìn)入三維流體作功通道，推動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)。已被利 用的風(fēng)再經(jīng)過(guò)引射器使已逐漸降速的風(fēng)能再次被提速；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)與轉(zhuǎn)軸外齒圈嚙合的 傳動(dòng)齒輪將動(dòng)能傳輸給機(jī)艙內(nèi)的工作機(jī)供發(fā)電或抽水等作用。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)(一 )、本發(fā)明采用了風(fēng)洞式復(fù)合擴(kuò)壓引射流體通道，對(duì)其高速通過(guò)的風(fēng)能進(jìn)行多 級(jí)捕獲，既提高了風(fēng)能的平均流速，又能多次對(duì)前軸向流失的動(dòng)能進(jìn)行捕獲。從而較好的實(shí) 現(xiàn)了提高其功能利用率、減少動(dòng)能資源流失的有益效果，提高了風(fēng)機(jī)的系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。(二)、由于本發(fā)明中，葉輪對(duì)動(dòng)能的捕獲過(guò)程是在較小直徑，周向封閉的流體通 道內(nèi)實(shí)現(xiàn)。從而克服了現(xiàn)行風(fēng)機(jī)中葉輪體積過(guò)大，投資比重過(guò)高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)缺陷。并達(dá)到 了降低葉輪投資比重，減小葉輪體積，便于制造、運(yùn)輸、安裝、維護(hù)和減少期間費(fèi)用，縮短建 設(shè)周期。(三)、由于本發(fā)明中動(dòng)能捕獲系統(tǒng)置于塔架頂部，壓縮了塔架高度，并采用了全 方位高位斜拉索方式分擔(dān)了塔架的橫向載荷，從而達(dá)到了大幅度壓縮塔架規(guī)模，縮短建設(shè) 周期，降低塔架成本，便于制造、運(yùn)輸、安裝、維護(hù)，節(jié)省期間費(fèi)用的有益效果。(四)、由于本發(fā)明采用了擴(kuò)壓引射流體通道設(shè)計(jì)，其擴(kuò)壓段呈擴(kuò)開(kāi)角，加之采用 了葉輪內(nèi)置方式，因而，本發(fā)明在一定風(fēng)向角變化范圍內(nèi)，對(duì)葉輪功率輸出影響較小，解決 了現(xiàn)行主流風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中對(duì)風(fēng)向角要求較高，偏航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高的問(wèn)題和不足，取得 了積極有益的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果。(五)、由于本發(fā)明采用了擴(kuò)壓引射流體通道，改善了大氣流場(chǎng)和風(fēng)機(jī)做功流程， 使設(shè)計(jì)風(fēng)速以外的低速風(fēng)能得以提速利用，過(guò)載風(fēng)能得以簡(jiǎn)便泄流，因此完善和彌補(bǔ)了現(xiàn) 行風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)風(fēng)速以外的風(fēng)能流失損失大的問(wèn)題。同時(shí)還用很經(jīng)濟(jì)和安全的方式解決了過(guò)載 風(fēng)能的泄流問(wèn)題。(六)、由于本發(fā)明采用了擴(kuò)壓引射流體通道，將機(jī)艙外置，從而達(dá)到了最大化減 少流場(chǎng)阻力和動(dòng)能損失，充分利用動(dòng)能的目的，也因此彌補(bǔ)和完善了現(xiàn)行風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中機(jī)艙 定位對(duì)系統(tǒng)氣動(dòng)性和經(jīng)濟(jì)性負(fù)面存在的缺陷和不足。(七)、由于本發(fā)明提高了風(fēng)機(jī)能效，減少了投資成本和建設(shè)周期，從而達(dá)到了減 少投資壓力，降低投資風(fēng)險(xiǎn)，縮短投資周期的有益效果。(八)、由于本發(fā)明提高了風(fēng)機(jī)能量利用率并減少了投資成本，因而必須會(huì)降低風(fēng) 能轉(zhuǎn)換成本，因此本發(fā)明在推進(jìn)風(fēng)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，普及低成本風(fēng)能發(fā)電以及農(nóng)林、農(nóng)業(yè)、農(nóng)民 低價(jià)使用風(fēng)能方面將作出積極貢獻(xiàn)，取得有益效果。(九)、若實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，本發(fā)明將對(duì)加快風(fēng)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)低碳經(jīng)濟(jì)以及 環(huán)保事業(yè)作出積極貢獻(xiàn)，取得有益效果。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中的的A-A剖視圖。圖3為圖1中的的B-B剖視圖。圖4為圖1中的的G-G剖視圖。圖5為圖1的左視圖。圖6為圖1中的C-C剖視圖。圖7為圖6中的F-F剖視圖。圖8為圖1的俯視圖。圖9為圖8的D-D剖視圖。圖10為圖8中的E-E剖視圖。圖11為本發(fā)明另一結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 圖1 圖10給了本實(shí)施例1圖。參見(jiàn)圖1 圖10，本實(shí)施例風(fēng)洞式擴(kuò)壓引射風(fēng) 機(jī)，包括塔架1、裝于塔架頂部的圓形工作平臺(tái)2、裝于圓形工作平臺(tái)上的下承力盤(pán)3、位于 下承力盤(pán)上的上承力盤(pán)4、裝于上承力盤(pán)上的機(jī)艙5、裝于上承力盤(pán)上的偏航裝置6中的四 部偏航電機(jī)輸出軸上的與下承力盤(pán)上的偏航齒圈7嚙合從而能帶動(dòng)機(jī)艙和上承力盤(pán)繞偏 航齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)的主動(dòng)齒輪8，在上、下承力盤(pán)上設(shè)置了多個(gè)偏航制動(dòng)器9 (參見(jiàn)圖9、圖10)。上 承力盤(pán)上裝有支撐托架10。支撐托架為兩側(cè)帶翼11的長(zhǎng)方形架(參見(jiàn)圖8)。支撐托架上 裝有截面形狀為圓形的風(fēng)洞式擴(kuò)壓引射流體通道體12。風(fēng)洞式擴(kuò)壓引射流體通道體中有擴(kuò) 壓器13、引射器14。擴(kuò)壓器13中有帶有擴(kuò)開(kāi)角的前部擴(kuò)壓增速段三維流體通道13-1及后 部帶有擴(kuò)開(kāi)角的后部功后氣流三維流體通道13-2，位于前部擴(kuò)壓增速段氣流三維流體通道 和后部功后氣流三維流體通道間且與二者連通的三維流體作功通道13-3。三維流體作功通 道的直徑小于前部擴(kuò)壓增速段三維流體通道、后部功后氣流三維流體通道、引射器殼體的 最小直徑。三維流體體功通道上等距離裝有三個(gè)葉輪支架15，轉(zhuǎn)軸16支撐在葉輪支架上， 三個(gè)葉輪17裝在轉(zhuǎn)軸上。中間轉(zhuǎn)軸上裝有外齒圈18，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)19中有與葉輪外齒圈嚙合 的傳動(dòng)齒輪20。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將葉輪動(dòng)能傳輸與位于機(jī)艙內(nèi)的工作機(jī)(如發(fā)電機(jī))21(參見(jiàn)圖 6、圖 7)。參見(jiàn)圖1、圖4，擴(kuò)壓器殼體周邊上均勻分布有與三維流體作功通道相鄰的八個(gè)恒 壓艙口 22。每個(gè)恒壓艙口上鉸接有恒壓艙門(mén)23。位于恒壓艙門(mén)外的復(fù)位彈簧28連接在擴(kuò) 壓器殼體上而另一端緊頂在恒壓艙門(mén)上。參見(jiàn)圖1，塔架由多個(gè)桁架1-1通過(guò)連接件組合而成。塔架周邊分布有多根兩端分 別與塔架頂部工作平臺(tái)和相應(yīng)斜拉索基礎(chǔ)1-2連接的斜拉鋼索24。參見(jiàn)圖1、圖2、圖3、圖5、圖8，支撐托架兩側(cè)翼上裝有上斜拉索固定架25，多根上 斜拉索26的兩端分別固定在擴(kuò)壓器殼體和上斜拉索固定架上，分別固定在引射器殼體和 上斜拉索固定架上。參見(jiàn)圖6，引射器中有前后帶有擴(kuò)開(kāi)角的圓形三維流體通道，包括前部擴(kuò)壓增速段三維流體通道14-1和后部引射段三維流體通道14-2。引射器引射段三維流體通道擴(kuò)開(kāi)角 α 為 40°。本發(fā)明安裝過(guò)程如下1.用鋼筋水泥現(xiàn)澆塔架基礎(chǔ)及其斜拉索基礎(chǔ)；2.加工組裝、安裝塔架。為保證塔頂有足夠的工作面積并控制成本，本發(fā)明一般采 用正多邊截錐形桁架，在現(xiàn)場(chǎng)組裝為數(shù)層(一般用鋼管和角鋼結(jié)合)然后吊裝連接固定在 塔基上。塔架高度與風(fēng)機(jī)功率和風(fēng)能密度及能量需求匹配，一般應(yīng)低于現(xiàn)行同等功率風(fēng)機(jī) 塔架高度。其頂部應(yīng)考慮工作平臺(tái)的支撐托架和穩(wěn)固設(shè)施，并保證其塔頂直徑不小于機(jī)艙 長(zhǎng)度，且平整度高。3.加工安裝圓形塔頂工作平臺(tái)。其基本要求是，大型特大型風(fēng)機(jī)工作平臺(tái)，直徑約 為塔頂直徑的4倍。中小型風(fēng)機(jī)塔頂工作平臺(tái)一般無(wú)需考慮檢修環(huán)道，其直徑可按塔頂2. 5 倍左右安排，其平臺(tái)龍骨架及板面材料和安全性能按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。平臺(tái)整體吊裝并調(diào)校 平整后，固定在塔頂及其托架上。平臺(tái)按水平面架設(shè)，表現(xiàn)平整度要高，承力盤(pán)以外的面積 為檢修環(huán)道，周邊設(shè)防護(hù)欄和斜拉索安裝位。平臺(tái)還應(yīng)考慮檢修及物件上下升降機(jī)安裝位。4.加工安裝下承力盤(pán)。大型、特大型風(fēng)機(jī)，下承力盤(pán)直徑約為塔頂工作平臺(tái)的3. 5 倍。其材質(zhì)和其它按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。偏航齒圈安裝在下承力盤(pán)外側(cè)，下承力盤(pán)按現(xiàn)行大型 風(fēng)機(jī)承力底盤(pán)緊固方法，固定在塔頂工作平臺(tái)中心。5.上承力盤(pán)的加工安裝。由于上承力盤(pán)是直徑承載和安裝風(fēng)機(jī)機(jī)艙總成和流體通 道及其支架的工作平臺(tái)，因此承力盤(pán)圈內(nèi)，加工成以盤(pán)圈中心向外輻射狀的承重龍骨架，整 體吊裝，進(jìn)行上下承力盤(pán)契合，調(diào)校平整后鋪設(shè)鋼板，具體材料和制作，按行業(yè)要求執(zhí)行。對(duì) 于放置和固定機(jī)艙及穩(wěn)固方法，與現(xiàn)行大型風(fēng)機(jī)相似。6.風(fēng)機(jī)機(jī)艙總成的加工安裝。該機(jī)艙總成系統(tǒng)仍采用現(xiàn)代大型風(fēng)機(jī)常規(guī)配置。只 是本發(fā)明增加了葉輪傳動(dòng)軸和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以及偏航電機(jī)。因此，本發(fā)明機(jī)艙系統(tǒng)基本仍沿 用現(xiàn)行主流風(fēng)機(jī)機(jī)艙總成結(jié)構(gòu)集成方式，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)整體吊裝調(diào)試。其中四部偏航電機(jī)對(duì)稱(chēng) 定位安裝于機(jī)艙四邊，偏航電機(jī)上的主動(dòng)齒輪與下承力盤(pán)偏航齒圈嚙合。機(jī)艙固定于上承 力盤(pán)中心位置，其側(cè)面需開(kāi)設(shè)檢修艙門(mén)，艙門(mén)配吊起裝置和滑軌，并與平臺(tái)檢修升降機(jī)位接7.流體通道支撐托架、上斜拉索固定架的加工安裝。支撐托架為兩側(cè)帶翼的長(zhǎng)方 形狀，其上面長(zhǎng)度與上承力盤(pán)直徑一致，下面長(zhǎng)度與上面端頭向下50°外傾角，以支架下平 行線交匯點(diǎn)為準(zhǔn)。支架主體最寬度約為上承力盤(pán)直徑50%，其兩側(cè)翼型部分向左右兩端順 延至承力盤(pán)邊緣，高度與主體支架一致，寬度約為支架寬度的50% (兩翼對(duì)支架主體承受 的橫向力矩起支撐穩(wěn)定作用，同時(shí)也是架設(shè)上斜拉索架的基礎(chǔ))。支架主體內(nèi)凈高度以高于 機(jī)艙頂部15%為宜。支架按行業(yè)要求加工，其主體和兩翼運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)合成，吊裝至上承力盤(pán)安 裝調(diào)校，仍以塔架穩(wěn)固方式固定。然后再安裝附著于上的穩(wěn)固和支撐流體通道的小型支撐 或月牙型托架。安裝于支撐托架兩翼之上的上斜拉索固定架，及橫向斜拉支架的加工和安 裝與現(xiàn)行斜拉工程方式一致。8.風(fēng)洞式擴(kuò)壓引射流體通道的加工安裝。它是由擴(kuò)壓器、引射器、葉輪、傳動(dòng)動(dòng)軸、 恒壓艙門(mén)等組合而成的橫截面為圓形的復(fù)合流體通道。其中擴(kuò)壓器因具有將動(dòng)能擴(kuò)壓增速 并通過(guò)多級(jí)葉輪實(shí)現(xiàn)梯級(jí)捕獲動(dòng)能，減少動(dòng)能軸向流出損失的功能。因而，在其擴(kuò)壓引射系統(tǒng)當(dāng)中起著主要的作用。而引射器是通過(guò)引入外部氣流通過(guò)擴(kuò)壓形成高速氣流，并導(dǎo)引擴(kuò) 壓器尾流高速通過(guò)其引射器流場(chǎng)的氣流引射裝置。其功能是，減少擴(kuò)壓段流場(chǎng)末端氣流速 度的衰減，從而達(dá)到擴(kuò)壓段的多級(jí)葉輪充分做功，提高其能量利用率的作用。安裝于擴(kuò)壓器 流體通道內(nèi)的多級(jí)葉輪，是整個(gè)風(fēng)機(jī)截獲轉(zhuǎn)換動(dòng)能的核心裝置。它是通過(guò)下一級(jí)葉輪做功， 對(duì)上一級(jí)葉輪軸向流失的動(dòng)能再一次進(jìn)行截獲轉(zhuǎn)換，并通過(guò)其中軸齒輪變向，將動(dòng)能傳遞 給機(jī)艙主軸。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)軸向動(dòng)能充分捕獲利用的功能(其做功通道內(nèi)，梯級(jí)葉輪軸 向間距的葉輪做功后，氣流旋轉(zhuǎn)變向問(wèn)題可采用安裝靜葉輪或參照現(xiàn)行熱力發(fā)電，同向連 軸或多軸葉輪做功的處理方式解決)。設(shè)置于擴(kuò)壓器擴(kuò)開(kāi)角始點(diǎn)位置的恒壓艙門(mén)，是通過(guò)其 適時(shí)排放過(guò)載風(fēng)能，以使風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定態(tài)工作點(diǎn)，盡可以靠近風(fēng)機(jī)的最佳風(fēng)能利用曲線，從而 獲取良好經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也是風(fēng)機(jī)過(guò)載風(fēng)速下的安全保護(hù)裝置。9.擴(kuò)壓器的加工安裝。擴(kuò)壓器的迎風(fēng)面積，由風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)功率及及氣流能量密度和 擬建塔架高度綜合決定。其通道擴(kuò)開(kāi)角段的擴(kuò)開(kāi)角度，根據(jù)不同風(fēng)況、地形、塔架高度等掌 握匹配。大型風(fēng)機(jī)的擴(kuò)開(kāi)角龍骨架，一般采用剛性較好的輕型材料制作。擴(kuò)開(kāi)角段內(nèi)，上下 設(shè)多級(jí)支撐架，其支撐材料要求氣動(dòng)性能要好，其他方向按行業(yè)要求實(shí)施。其擴(kuò)開(kāi)角迎風(fēng)板 面材料一般用玻璃鋼或其他有一定剛性和性料的材料制作。其擴(kuò)開(kāi)角段與風(fēng)機(jī)做功段接口 處應(yīng)盡量減少氣動(dòng)損失，在其接口處外邊對(duì)稱(chēng)安裝8個(gè)恒壓艙門(mén)(用壓力彈簧或其他自動(dòng) 控制方式)。流體通道擴(kuò)壓器的葉輪做功段。直徑約為塔頂上承力盤(pán)直徑的40%，其做功段 通道用塑性鋼板卷制，并根據(jù)設(shè)計(jì)葉輪級(jí)數(shù)匹配葉輪及其轉(zhuǎn)軸和支架。支架于通道中心向 周向輻射，定位于通道壁，葉輪安裝于支架前方軸承上。其支架用優(yōu)質(zhì)鋼材或其他合金材料 制作，迎風(fēng)氣動(dòng)性能要好，承力和耐腐性能要弱。連軸或中軸及變向齒輪箱按常規(guī)技術(shù)和行 業(yè)高標(biāo)準(zhǔn)材料要求制作。葉輪選用碳纖維材料制作，葉形設(shè)計(jì)一般按三維流體通道通用理 論為基礎(chǔ)的三維設(shè)計(jì)方法進(jìn)行。為減少擴(kuò)壓段的壓力損失，除了保證功率輸出外，還需考慮 葉輪出口截面流場(chǎng)的均勻性，以減少葉形損失，提高工作效率，另外，由于本設(shè)計(jì)中葉片沿 徑向的扭角大小，因此也可采用簡(jiǎn)化的自由旋流流型設(shè)計(jì)方法。關(guān)于葉輪中軸可采用分級(jí) 做功，分別輸出動(dòng)能的方式。也可采用熱力發(fā)電聯(lián)軸做功集中傳輸動(dòng)能的方式，將動(dòng)能90° 變向傳至機(jī)艙中軸。葉輪之間的軸向間距可參照熱力發(fā)電中的聯(lián)軸式葉輪間距其他條件安 排。其葉輪做功后產(chǎn)生的氣流旋轉(zhuǎn)變向問(wèn)題可采用安裝靜葉輪或者仍按熱力發(fā)電聯(lián)軸式葉 輪功后變向氣流的調(diào)整方法解決。其他輔助的安全、控制、傳輸、電氣設(shè)施，等按行業(yè)常規(guī)布 置。10.引射器是前后帶有擴(kuò)開(kāi)角的圓形三維流體通道。其通道分別為前部的擴(kuò)壓增 速段和后部分的引射段，其前部分的擴(kuò)壓增速段圍繞(包圍)擴(kuò)壓器做功段至擴(kuò)壓器做功 段末端尾流處開(kāi)始，以擴(kuò)壓器擴(kuò)角開(kāi)角段的擴(kuò)開(kāi)角度向外延伸，其迎風(fēng)口直徑和長(zhǎng)度以風(fēng) 機(jī)設(shè)計(jì)功率和其能量密度，及相關(guān)條件要求決定。一般引射器風(fēng)能補(bǔ)給總量為擴(kuò)壓器來(lái)流 總量20%為宜。引射器的引射口至引射器末端后部分，是引射器引射段，引射口是接引擴(kuò)壓 器做功后的尾流，并將擴(kuò)壓器擴(kuò)壓增速后的高速氣流會(huì)同于葉輪做功后的低速尾流高速流 向大氣自然流場(chǎng)。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)擴(kuò)壓器做功后的慢速氣流提速引射，葉輪充分做功，對(duì)動(dòng)能充 分利用的效能。引射器引射段擴(kuò)開(kāi)角約為15° 70°，長(zhǎng)度與其擴(kuò)壓段一致。引射器擴(kuò)壓 段通道，包圍擴(kuò)壓器做功段的重合部分內(nèi)，用支撐支架支撐在擴(kuò)壓器做功段通道外壁上，擴(kuò) 壓器、引射器擴(kuò)開(kāi)角延伸出塔頂平臺(tái)以外的部分，下用延伸托架，擴(kuò)壓器、引射器延伸出塔頂平臺(tái)的重量可采用配重方式平衡。實(shí)施例2 圖2給出了本實(shí)施例2圖。本實(shí)施例2基本與實(shí)施例1同。不同處是無(wú)引射器。本發(fā)明擴(kuò)壓器和引射器的外形、結(jié)構(gòu)、尺寸、比例、材料要墳，在特殊情況下或者風(fēng) 機(jī)流體通道不用塔架等直接建造于峽谷、山坡、異形地貌帶或其他建筑物體上等情況均可 相應(yīng)變化調(diào)整。但只要擴(kuò)壓器或其他人工流場(chǎng)能達(dá)到對(duì)氣流擴(kuò)壓增速的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果即可。本發(fā)明在流體通道內(nèi)安裝葉輪的級(jí)數(shù)，可根據(jù)實(shí)際需要決定。只要能達(dá)到通過(guò)人 工流場(chǎng)集中捕獲動(dòng)能的效果即可。本發(fā)明擴(kuò)壓器的前部擴(kuò)壓增速段三維流體通道處恒壓艙門(mén)配置數(shù)量或方位、形式 均為根據(jù)具體情況調(diào)整。只要能達(dá)到對(duì)風(fēng)機(jī)擴(kuò)壓通道恒壓和排泄過(guò)載風(fēng)能的功效即可。本發(fā)明對(duì)塔架的高位斜拉和對(duì)流體通道的斜拉及支撐設(shè)計(jì)，在特殊情況下可對(duì)其 具體斜拉點(diǎn)、角度、數(shù)量、方式、或結(jié)構(gòu)材料均可作相應(yīng)調(diào)整。但只要能達(dá)到本設(shè)計(jì)對(duì)風(fēng)機(jī)塔 架全方位高位斜拉或?qū)λ苤狭黧w通道斜拉和支撐的功效即可。本發(fā)明對(duì)機(jī)艙置于流體通道外的設(shè)計(jì)，對(duì)機(jī)艙外置的方式、高度及其機(jī)艙形式，均 可根據(jù)具體情況調(diào)整。但只要能達(dá)到風(fēng)機(jī)將機(jī)艙置于流體通道外，減少阻力和動(dòng)能損失的 效果即可。本發(fā)明一般采用迎風(fēng)式設(shè)計(jì)，但在特殊地形、風(fēng)況或小型風(fēng)機(jī)和其他特殊情況需 要下，也可改變?yōu)橄嘛L(fēng)式風(fēng)機(jī)，從而變通為被動(dòng)偏航風(fēng)機(jī)。但只要不改變本發(fā)明的擴(kuò)壓引射 集中捕獲動(dòng)能的原理，其風(fēng)機(jī)效能基本無(wú)大變化。上述實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容作進(jìn)一步的說(shuō)明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上 述主題的范圍僅限于上述實(shí)施例。凡基于上述內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
風(fēng)洞式擴(kuò)壓引射風(fēng)機(jī)，包括塔架、裝于塔架頂部的工作平臺(tái)、裝于工作平臺(tái)上的下承力盤(pán)、位于下承力盤(pán)上的上承力盤(pán)、裝于上承力盤(pán)上的機(jī)艙、裝于上承力盤(pán)上的偏航裝置中的偏航電機(jī)輸出軸上的與下承力盤(pán)上的偏航齒圈嚙合從而能帶動(dòng)機(jī)艙和上承力盤(pán)繞偏航齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)的主動(dòng)齒輪，上承力盤(pán)上裝有支撐托架，支撐托架上裝有截面形狀為圓形的風(fēng)洞式擴(kuò)壓引射流體通道，風(fēng)洞式擴(kuò)壓引射流通道體中有擴(kuò)壓器，擴(kuò)壓器中有帶有擴(kuò)開(kāi)角的前部擴(kuò)壓增速段三維流體通道及后部帶有擴(kuò)開(kāi)角的后部功后氣流三維流體通道、位于前部擴(kuò)壓增速段氣流三維流體通道和后部功后氣流三維流體通道間且與二者連通的三維流體作功通道，三維流體作功通道的最小直徑小于前部擴(kuò)壓增速段氣流三維流體通道以及后部功后氣流三維流體通道的直徑，在三維流體作功通道沿風(fēng)機(jī)軸向上裝有至少二個(gè)葉輪，位于機(jī)艙內(nèi)的工作機(jī)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與葉輪連接。
2.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)洞式擴(kuò)壓引射風(fēng)機(jī)，其特征在于擴(kuò)壓器殼體周邊上在前部擴(kuò) 壓增速段三維流體通道與三維流體作功通道相鄰處有多個(gè)恒壓艙口，每個(gè)恒壓艙口上鉸接 有恒壓艙門(mén)，位于恒壓艙門(mén)外的復(fù)位彈簧一端連接在擴(kuò)壓器殼體上而另一端緊頂在恒壓艙 門(mén)上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)洞式擴(kuò)壓引射風(fēng)機(jī)，其特征在于三維流體作功通道上裝 有至少二個(gè)葉輪支架，轉(zhuǎn)軸支撐在葉輪支架上，葉輪裝在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸上裝有外齒圈，傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)中有與轉(zhuǎn)軸上外齒圈嚙合的傳動(dòng)齒輪。
4.如權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)洞式擴(kuò)壓引射風(fēng)機(jī)，其特征在于塔架周邊分布有多根兩 端分別與塔架頂部工作平臺(tái)和相應(yīng)斜拉索基礎(chǔ)連接的斜拉鋼索。
5.如權(quán)利要求4所述的風(fēng)洞式擴(kuò)壓引射風(fēng)機(jī)，其特征在于塔架由多個(gè)桁架通過(guò)連接件 組合而成。
6.如權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)洞式擴(kuò)壓引射風(fēng)機(jī)，其特征在于風(fēng)洞式擴(kuò)壓引射流體通 過(guò)中有套裝于擴(kuò)壓器殼體后部功后氣流三維流體通道上的引射器。
7.如權(quán)利要求6所述的風(fēng)洞式擴(kuò)壓引射風(fēng)機(jī)，其特征在于支撐托架上裝有上斜拉索固 定架，多根上斜拉索的兩端分別固定在擴(kuò)壓器殼體和上斜拉索固定架上、或固定在引射器 殼體和上斜拉索固定架上。
8.如權(quán)利要求6所述的風(fēng)洞式擴(kuò)壓引射風(fēng)機(jī)，其特征在于引射器中有前后帶有擴(kuò)開(kāi)角 的前部擴(kuò)壓增速段三維流體通道和后部引射段三維流體通道。
9.如權(quán)利要求8所述的風(fēng)洞式擴(kuò)壓引射風(fēng)機(jī)，其特征在于引射器引射段三維流體通道 擴(kuò)開(kāi)角為15° 70°。
10.如權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)洞式擴(kuò)壓引射風(fēng)機(jī)，其特征在于機(jī)艙設(shè)置于風(fēng)洞式擴(kuò)壓 引射流體通道外部。
全文摘要
本發(fā)明風(fēng)洞式擴(kuò)壓引射風(fēng)機(jī)，包括塔架、裝于塔架頂部的工作平臺(tái)、裝于工作平臺(tái)上的下承力盤(pán)、位于下承力盤(pán)上的上承力盤(pán)、裝于上承力盤(pán)上的機(jī)艙，上承力盤(pán)上裝有支撐托架，支撐托架上裝有截面形狀為圓形的風(fēng)洞式擴(kuò)壓引射流體通道，風(fēng)洞式擴(kuò)壓引射流體通道中有擴(kuò)壓器，擴(kuò)壓器中有依次連通的前部擴(kuò)壓增速段三維流體通道、三維流體作功通道、后部功后氣流三維流體通道，三維流體作功通道沿風(fēng)機(jī)軸向上裝有至少二個(gè)葉輪，位于機(jī)艙內(nèi)的工作機(jī)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與葉輪連接。本發(fā)明動(dòng)能利用率高，減少成本，制造、運(yùn)輸、安裝、維護(hù)方便，安全。
文檔編號(hào)F03D1/06GK101949353SQ20101029946
公開(kāi)日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月8日
發(fā)明者李平 申請(qǐng)人:李平