[发明专利]风速增速器以及带有风速增速器的风力机

说明书

技术领域：

本发明涉及一种属风速增速器以及带有风速增速器的风力机，特别涉及一种能提高风速，增加风力机械功率和使用效率的装置，属新能源技术领域。

背景技术：

能源问题是人类社会发展面临的最大问题之一，目前使用得最多的矿物能源如石油、煤和天然气，不仅造成严重的环境污染，而且正日渐枯竭。从人类社会的长远可持续发展的角度考虑，开发无污染的绿色能源是一项迫不容缓的任务。风能便是一种可再生，无污染的绿色能源。

人类利用风能作为动力，至少已有数百年历史，但至今风能的使用总量仍然很低，这与风能的特点有关。首先，风能的能量密度很低，要取得有一定实用价值的风能，需要相当庞大的风力机械；其次，风能不稳定，风力大小及方向可能随时改变，难以与能量需求相互匹配：第三，我国大部分地区平均风速较低，现有的风力机械难以工作或只能工作很短的时间。曾经有不少专利发明试图用各种方法来“浓集”风能，其中比较典型的有：“负压集能式风力发电方法及装置”(专利申请号89104348)，它是利用引射器或旋流器产生负压，用管道与风力透平的出口相联，以此来增大流过风力透平的风力；“浓缩流体型发电装置”(专利号ZL94244155.9)则用一个其流通截面先收缩后扩张、并具有夹层结构的“外罩”来“浓缩”风的能量；“集风式风力发电装置”(专利号ZL94230570.1)、“喇叭强力型风力发电机”(专利申请号91221168.7)和“一种能加大风力的风力发电装置”(专利申请号89105725.0)都是用一个喇叭形的装置聚集风力，空气从喇叭大口进入，从喇叭小口流出并推动发电装置。上述发明的共同问题是：都需要比风力发电机叶轮尺寸大得多的装置来聚集风力，装置的构造也比较复杂。    

发明内容：

本发明的目的是设计一种风速增速器以及带有风速增速器的风力机，以提高风的能量密度，在相同功率输出下减小风力机械的迎风面积；在相同的尺寸下，提高风力机械的功率，以及增加风力机械年平均工作时间。装有风速增速器的风力机能在相当低的自然风速下工作，使目前尚无法利用风能的广大低风速地区使用风力机械。本发明风速增速器还能够利用风自身的力量始终自动地对准来风方向，以获得最大的风能。

本发明设计的风速增速器，包括主体和转轴，主体为一圆锥形、喇叭口形或方锥形的筒体，其中喇叭口形的型线为曲线，圆锥形、喇叭口形筒体的小端直径为d，大端直径为1.4-2d，长为1-4d；方锥形的小端边长为d，大端边长为1.4-2d，长度为1-4d，转轴置于靠近小端一侧、筒体长度的1/3处，转轴轴线与筒体轴线垂直。

上述风速增速器，还可以包括一个直段，直段长度为0.5-1.5d，直段与所述的筒体的小端相接，转轴置于直段下侧、直段和筒体总长的1/3处，转轴轴线与直段轴线垂直。

本发明设计的带有风速增速器的风力发电机，包括风速增速器、发电机、叶片和塔架，其中的风速增速器如上所述，风速增速器通过转轴安装在塔架上，发电机置于风速增速器内靠近小端的安装架上，叶片位于风速增速器的小端，并与发电机轴相连，

本发明设计的带有风速增速器的风力驱动器，包括风速增速器、一对伞齿轮、叶片和塔架，其中的风速增速器如上所述，风速增速器置于塔架上，一对伞齿轮置于风速增速器的靠近小端一侧，叶片位于风速增速器小端并与一对齿轮中的一根转轴相连，一对伞齿轮中的另一根转轴伸出风速增速器。

本发明设计的带有风速增速器的风力驱动器的另一种结构是，包括带有直段的风速增速器、S型叶轮和叶片转动轴，其中的风速增速器包括主体、转轴和直段，直段主体和筒体的小端相接，转轴置于直段下侧、直段和筒体总长的1/3处，转轴轴线与直段轴线垂直。S型叶轮置于风速增速器的矩形直段内，S型叶轮的转轴伸出风速增速器。

本发明设计的风速增速器及其风力机，风从筒体的小头进入筒体，而从大头排出。当筒体出口面积为进口面积的二倍时，筒体入口的风速可增加30-50％左右，而进入筒体的风的功率可增加到2.1-3.3倍。因此筒体起到给自然风增速的作用。同时筒体能绕垂直轴旋转，使它在风力作用下始终自动对准风向。本发明可使风力机械减小尺寸、增加功率、延长年平均工作时间和使低风速地区有效利用风力资源。