[发明专利]冲击式风力发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及风电技术领域，特别是涉及一种冲击式风力发电装置。

背景技术

经济、能源和环境协调发展是实现国家现代化的必要条件，为了解决石化能源(石油、煤等)不断消耗而无法再生，以及环境影响的问题，我国和一些发达国家在未来的发展规划中，将可再生能源的开发作为发展的具体目标。其中风能是一种重要的清洁无环境影响的可再生能源。而风力发电是目前发展最快，且具有规模化发展和利用的技术形式。现在风电已形成一个规模化的产业链。

风力发电的基本构成包括：一次能源转换单元——机械能传递单元——发电单元。风能是风力发电的一次能源，一次能源转换单元的主要功能是将风能转换为旋转机械能(转矩)，再通过风轮和风轮轴驱动与之连接的机械能传递单元和发电单元而构成一个完整的风力发电机组。所以，一次能源转换单元是风力发电机组的核心部分。

一次能源转换单元包括风轮，功率控制(调速)等部件组成，而风轮是由具有良好的空气动力学外形的叶片、轮毂组成。而现行的水平轴风力发电机组最常见的是三叶片风轮，这种风轮经过上百年的研究和改进，使其能提供一定的效率，机组运行平稳，基本上消除了系统和周期载荷，可输出稳定的转矩。但是存在风能利用率实际远离贝兹极限，很多权威人士和单位认定，这种风轮对风能的利用率只有25％左右。另外，这种风轮为了使其转速能维持在发电机的额定转速，需采用具有复杂结构的可变桨距的调速装置或定桨矩叶片失速控制装置。这种装置制造成本非常高，这种风轮存在另一个大问题就是为了提高单机组的功率，使风轮的直径越来越大，一个6MW的风力机叶轮的直径已超过120米。这样大的直径给叶片的制造、运输、安装、维护都带来极大的困难，大大提高了设备制造成本。由于风轮直径加大，必然大大提高了塔架的高度，同样给塔架的制造、运输、安装都带来了极大的困难，同样也大大提高了设备制造成本。另外，现行的垂直轴风力发电机组存在更大的缺陷。此类风电机组的主要特征是风轮围绕铅垂轴线旋转，这种垂直轴风电机组可以接受任意方向的来风，因此不需要设置结构复杂的对风的偏航装置。传动链和发电机可安装在地面，这样维护方便。因此这种结构设备制造成本低。但目前的垂直轴风电机组的最大缺点是风能利用系数低，为了缩短传动轴的尺寸，这种机组安装离地面比较近，可利用风能资源有限，风轮启动困难；垂直轴和水平轴两风力发电机组就目前出现形式在气动力学和结构上差别比较大，就基础研究和技术成熟度垂直轴远不及水平轴。所以，尽管垂直轴有它的很多优点，但它的发展因此受到了局限。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的第一个技术问题是：提高垂直轴风力发电装置的风能利用率，降低垂直风力发电机组的风轮启动难度，并使风力发电装置受风力大小的影响较小，能够持续稳定发电；

本发明要解决的第二个技术问题是：提高水平轴风力发电装置的风能利用率，降低水平风力发电机组的制造、运输、安装和维护成本，并使风力发电装置受风力大小的影响较小，能够持续稳定发电。

(二)技术方案

为了解决上述第一技术问题，本发明提供了一种冲击式风力发电装置，其包括：

风力机，其中心轴竖直设置；

排风管，与所述风力机同轴设置，所述排风管下端与所述风力机上壳体连通，所述排风管上端的排风口为水平方向设置；

动力转子，与所述风力机同轴设置且位于所述风力机底部；

叶片，设置在所述风力机内，且安装在所述风力机中心轴的外围；

排风集气腔，与所述风力机同轴，所述排风集气腔由所述叶片环绕形成且与所述排风管连通；

传动轴，与所述风力机同轴设置，所述传动轴上端与所述动力转子中心轴连接，所述传动轴下端连接发电装置。

上述冲击式风力发电装置中，所述风力机侧壁上设置有进风口，所述进风口处设置有集风器，所述集风器包括由进风口朝向风力机中心轴渐缩的风道；所述风道纵向上间隔设置有若干块导流筋板，用于梳理进入风力机的气流。

上述冲击式风力发电装置中，所述风道末端设置有气流加速喷嘴，所述气流加速喷嘴靠近所述叶片，用以过滤来风中夹带的沙尘和雨水并对所述来风进行加速；所述气流加速喷嘴通过转轴与所述风力机上壳体转动连接，所述转轴上设置有调节齿轮总承，所述调节齿轮总承带动所述气流加速喷嘴绕所述转轴转动，以控制由所述气流加速喷嘴进入风力机的进风量。

上述冲击式风力发电装置中，所述叶片包括若干级交替设置的冲动叶片和气流导向叶片，所述冲动叶片安装在所述动力转子上，所述气流导向叶片安装在所述风力机上壳体上。