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CN107461301A - 气流冲击加速式旋转动能输出与发电机驱动装置 - Google Patents

气流冲击加速式旋转动能输出与发电机驱动装置 Download PDF

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CN107461301A CN201710855592.9A CN201710855592A CN107461301A CN 107461301 A CN107461301 A CN 107461301A CN 201710855592 A CN201710855592 A CN 201710855592A CN 107461301 A CN107461301 A CN 107461301A
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Abstract

本发明涉及动力机技术，属于风力输出设备，特别是气流冲击加速式旋转动能输出与发电机驱动装置，在支承轴上安装着围绕支承轴平行于自身所在直线的中心轴线环向均布的风力叶片，风力叶片以公转的方式传动连接支承轴，机壳首端壳壁设置有沿机壳外部厚度方向穿透其壁体连通机壳内部腔室并呈直线段状沿机壳内部腔室径向延伸的进气口，机壳尾端壳壁设置有沿机壳外部厚度方向穿透其壁体的出气口；气流导入加速筒尾端设有的尾端筒口连通进气口，气流导入加速筒垂直于自身长度方向的横截面内筒径相应从首端筒口至尾端筒口朝着气流导入加速筒长度方向连续减小。本发明结构更加完善，明显提高动力输出效能，进一步充分提取风力所蕴藏的空气动能。

Description

气流冲击加速式旋转动能输出与发电机驱动装置
技术领域
本发明涉及动力机技术，属于风力输出设备，特别是气流冲击加速式旋转动能输出与发电机驱动装置。
背景技术
当前，虽然各种风力发电技术已经相当成熟，但不够完善，其扭矩或转速明显因受制于风力强度而偏低，动力输出效能也就明显不足，还未能进一步充分提取风力所蕴藏的空气动能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种气流冲击加速式旋转动能输出与发电机驱动装置，其结构更加完善，明显提高动力输出效能，能进一步充分提取风力所蕴藏的空气动能。
本发明的目的是这样实现的：一种气流冲击加速式旋转动能输出与发电机驱动装置，机壳外部在机壳内部腔室径向上的正投影及机壳内部腔室在自身径向上的正投影均总体呈扁平状，机壳内部腔室在机壳外部厚度方向上的正投影呈正圆形，支承轴包含其尾端的尾部轴段位于机壳内部腔室在自身径向上的几何中心，支承轴包含其首端的首部轴段以经机壳首端壳壁在机壳内部腔室径向方向上的几何中心开设有的穿孔穿过机壳首端壳壁而外露在机壳之外，相应平行于机壳外部厚度方向而垂直于机壳内部腔室径向的支承轴以围绕平行于自身所在直线的中心轴线自转的方式与穿孔相互静密封或动密封配合继而以经穿孔穿过机壳首端壳壁与穿孔相互静密封或动密封配合的方式与机壳相互配装在一起，在支承轴上安装着围绕支承轴平行于自身所在直线的中心轴线环向均布且在自身迎风面受气流作用驱动时能围绕支承轴平行于自身所在直线的中心轴线公转的风力叶片，风力叶片以公转的方式传动连接支承轴，总体沿机壳内部腔室径向延伸的风力叶片公转时各自所在平面相对支承轴所在直线倾斜，机壳内部腔室在机壳外部厚度方向上的任一轴截面被支承轴分成的相互轴对称的半部轴截面在垂直于任一风力叶片与支承轴共同所在平面的方向上形成的正投影轮廓线和该任一风力叶片除自身与支承轴机械连接的根端以外的部分在垂直于自身与支承轴共同所在平面的方向上的正投影轮廓线两者之间的间距相等，机壳首端壳壁设置有沿机壳外部厚度方向穿透其壁体连通机壳内部腔室并呈直线段状沿机壳内部腔室径向延伸的进气口，进气口在机壳外部厚度方向上的直线段状正投影所在直线与支承轴在机壳外部厚度方向上的圆形正投影相重合，任一风力叶片在公转至最近接进气口的位置时在机壳外部厚度方向上的正投影与进气口在机壳外部厚度方向上的直线段状正投影至少相互部分重合，机壳尾端壳壁设置有沿机壳外部厚度方向穿透其壁体的出气口；气流导入加速筒首端设有作为高速气流进口的首端筒口无障碍敞开设置，气流导入加速筒尾端设有作为低速气流进口的尾端筒口连通进气口，首端筒口的内筒径大于尾端筒口的内筒径，气流导入加速筒固设有的管状筒腔在气流导入加速筒长度方向上的纵截面总体呈喇叭状且从首端筒口至尾端筒口逐渐缩径，气流导入加速筒垂直于自身长度方向的横截面内筒径相应从首端筒口至尾端筒口朝着气流导入加速筒长度方向不可逆地单向连续减小，气流导入加速筒内筒壁面由流线型曲面状表面单一构成或由流线型曲面状表面和平面状表面组合构成；当气流依次经首端筒口、管状筒腔、尾端筒口流至机壳内部腔室内时尾端筒口迫使引导气流喷流到在同向公转至最接近进气口的位置时开始接着继续同向公转离开该位置的每一风力叶片自身具有的朝向机壳首端壳壁的迎风面上，气流从尾端筒口喷流至机壳内部腔室内的方向与风力叶片公转时所在平面之间的夹角大于0°且小于90°，尾端筒口喷流至机壳内部腔室内的方向垂直于进气口的长度方向，尾端筒口相应指向机壳内部腔室且其朝向与所有风力叶片公转时共同所在平面之间的夹角大于0°且小于90°。
本发明被应用时可被加装在汽车、火车等交通工具上，利用空气相对交通工具运动而产生的风能驱使加装在交通工具上的发电机将风能转换为电能。本发明利用空气动力学伯努利定理和文丘里效应将进入首端筒口的具有低风速低动能的气流经过在气流导入加速筒长度方向上的纵截面总体呈喇叭状且逐渐缩径的管状筒腔充分强制加速后在尾端筒口转换为具有高风速高动能的气流，然后，该具有高风速高动能的气流高速冲击到每一风力叶片自身具有的迎风面上，风力叶片相应围绕支承轴平行于自身所在直线的中心轴线公转继而以驱动支承轴围绕平行于自身所在直线的中心轴线公转的方式输出旋转动能或扭矩，此外，受风力叶片传动而自转的支承轴再驱动发电机工作，致使发电机将源自于风力叶片公转的旋转动能转换为电能输出给供电设备，经进气口进入机壳内部腔室的气流在完成对风力叶片的冲击作用后流速大幅降低并受机壳内部腔室的导引作用经出气口流出。
综上所述，本发明结构更加完善，明显提高动力输出效能，能进一步充分提取风力所蕴藏的空气动能。
附图说明
图1为本发明第一局部的轴向剖视结构示意图；
图2为本发明第二局部的径向剖视结构示意图；
图3为本发明总体的局部剖视透视结构示意图。
具体实施方式
一种气流冲击加速式旋转动能输出与发电机驱动装置，如图1所示，机壳4外部在机壳4内部腔室径向上的正投影及机壳4内部腔室在自身径向上的正投影均总体呈扁平状，机壳4内部腔室在机壳4外部厚度方向上的正投影呈正圆形，支承轴7包含其尾端的尾部轴段6位于机壳4内部腔室在自身径向上的几何中心，支承轴7包含其首端的首部轴段9以经机壳4首端壳壁在机壳4内部腔室径向方向上的几何中心开设有的穿孔8穿过机壳4首端壳壁而外露在机壳4之外，相应平行于机壳4外部厚度方向而垂直于机壳4内部腔室径向的支承轴7以围绕平行于自身所在直线的中心轴线自转的方式与穿孔8相互静密封或动密封配合继而以经穿孔8穿过机壳4首端壳壁与穿孔8相互静密封或动密封配合的方式与机壳4相互配装在一起，在支承轴7上安装着围绕支承轴7平行于自身所在直线的中心轴线环向均布且在自身迎风面5受气流作用驱动时能围绕支承轴7平行于自身所在直线的中心轴线公转的风力叶片11，风力叶片11以公转的方式传动连接支承轴7，总体沿机壳4内部腔室径向延伸的风力叶片11公转时各自所在平面相对支承轴7所在直线倾斜，机壳4内部腔室在机壳4外部厚度方向上的任一轴截面被支承轴7分成的相互轴对称的半部轴截面在垂直于任一风力叶片11与支承轴7共同所在平面的方向上形成的正投影轮廓线和该任一风力叶片11除自身与支承轴7机械连接的根端以外的部分在垂直于自身与支承轴7共同所在平面的方向上的正投影轮廓线两者之间的间距相等，如图1、图3所示，机壳4首端壳壁设置有沿机壳4外部厚度方向穿透其壁体连通机壳4内部腔室并呈直线段状沿机壳4内部腔室径向延伸的进气口10，进气口10在机壳4外部厚度方向上的直线段状正投影所在直线与支承轴7在机壳4外部厚度方向上的圆形正投影相重合，任一风力叶片11在公转至最近接进气口10的位置时在机壳4外部厚度方向上的正投影与进气口10在机壳4外部厚度方向上的直线段状正投影至少相互部分重合，机壳4尾端壳壁设置有沿机壳4外部厚度方向穿透其壁体的出气口2；如图3所示，气流导入加速筒13首端设有作为高速气流进口的首端筒口15无障碍敞开设置，气流导入加速筒13尾端设有作为低速气流进口的尾端筒口20连通进气口10，首端筒口15的内筒径大于尾端筒口20的内筒径，气流导入加速筒13固设有的管状筒腔19在气流导入加速筒长度方向上的纵截面总体呈喇叭状且从首端筒口15至尾端筒口20逐渐缩径，气流导入加速筒13垂直于自身长度方向的横截面内筒径相应从首端筒口15至尾端筒口20朝着气流导入加速筒13长度方向不可逆地单向连续减小，气流导入加速筒13内筒壁面由流线型曲面状表面12单一构成或由流线型曲面状表面12和平面状表面18组合构成；如图1至图3所示，当气流依次经首端筒口15、管状筒腔19、尾端筒口20流至机壳4内部腔室内时尾端筒口20迫使引导气流喷流到在同向公转至最接近进气口10的位置时开始接着继续同向公转离开该位置的每一风力叶片11自身具有的朝向机壳4首端壳壁的迎风面5上，气流从尾端筒口20喷流至机壳4内部腔室内的方向与风力叶片11公转时所在平面之间的夹角大于0°且小于90°，尾端筒口20喷流至机壳4内部腔室内的方向垂直于进气口10的长度方向，尾端筒口20相应指向机壳4内部腔室且其朝向与所有风力叶片11公转时共同所在平面之间的夹角大于0°且小于90°。
本发明的风力叶片11基于现有成熟风电技术，其外形不限，只要其迎风面5受气流作用驱动时能围绕支承轴7平行于自身所在直线的中心轴线公转即可。
如图1所示，在每一风力叶片11相应的同一侧固设着沿该同一侧长度方向延伸且向机壳4首端壳壁翘曲而呈流线型曲面状的气流作用承受部1，气流作用承受部1呈曲面状的第一内表面3圆滑过渡连接每一风力叶片11自身具有的迎风面5；当气流依次经首端筒口15、管状筒腔19、尾端筒口20流至机壳4内部腔室内时尾端筒口20迫使引导气流还喷流到在同向公转至最接近进气口10的位置时开始接着继续同向公转离开该位置的每一风力叶片11自身具有的迎风面5与每一风力叶片11同一侧固设有的气流作用承受部1上，气流作用承受部1设有的第一内表面3迫使气流朝着机壳4首端壳壁和/或机壳4周壁的方向流动，在尾端筒口转换为高风速高动能的气流在高速冲击到每一风力叶片自身具有的迎风面5上时，还受迎风面5导流作用冲击到气流作用承受部1设有的第一内表面3上，进一步促使风力叶片11加速公转而增加风力叶片11输出给受其驱动而工作的发电机的旋转动能，以进一步提取高速气流动能。
如图3所示，在气流导入加速筒13的首端筒口15上固设有仅与内筒壁面中的平面状表面18位于首端筒口15端部的部分固接且向首端筒口15外周侧翘曲而呈流线型曲面状的气流引导部16，气流引导部16呈流线型曲面状的第二内表面17圆滑过渡连接内筒壁面中的平面状表面18位于首端筒口15端部的部分，以至气流引导部16在气流进入首端筒口15时将气流接近气流中向首端筒口15外周侧流动的部分受第二内表面17顺畅导入管状筒腔19内。
如图1、图2所示，出气口2的在机壳4外部厚度方向上的正投影呈以支承轴7在机壳4外部厚度方向上的圆形正投影为圆心向机壳4内部腔室在机壳4外部厚度方向上的圆形正投影径向扩展的正圆形。
如图3所示，在首端筒口15上固装着隔挡首端筒口15的固体颗粒拦阻网14，固体颗粒拦阻网14能防止被风吹起的小型固体杂质颗粒经管状筒腔19进入机壳4内部腔室，确保管状筒腔19内表面、机壳4内部腔室内表面与风力叶片11主体基本无损。

Claims (5)

1.一种气流冲击加速式旋转动能输出与发电机驱动装置，其特征在于：机壳外部在机壳内部腔室径向上的正投影及机壳内部腔室在自身径向上的正投影均总体呈扁平状，机壳内部腔室在机壳外部厚度方向上的正投影呈正圆形，支承轴包含其尾端的尾部轴段位于机壳内部腔室在自身径向上的几何中心，支承轴包含其首端的首部轴段以经机壳首端壳壁在机壳内部腔室径向方向上的几何中心开设有的穿孔穿过机壳首端壳壁而外露在机壳之外，相应平行于机壳外部厚度方向而垂直于机壳内部腔室径向的支承轴以围绕平行于自身所在直线的中心轴线自转的方式与穿孔相互静密封或动密封配合继而以经穿孔穿过机壳首端壳壁与穿孔相互静密封或动密封配合的方式与机壳相互配装在一起，在支承轴上安装着围绕支承轴平行于自身所在直线的中心轴线环向均布且在自身迎风面受气流作用驱动时能围绕支承轴平行于自身所在直线的中心轴线公转的风力叶片，风力叶片以公转的方式传动连接支承轴，总体沿机壳内部腔室径向延伸的风力叶片公转时各自所在平面相对支承轴所在直线倾斜，机壳内部腔室在机壳外部厚度方向上的任一轴截面被支承轴分成的相互轴对称的半部轴截面在垂直于任一风力叶片与支承轴共同所在平面的方向上形成的正投影轮廓线和该任一风力叶片除自身与支承轴机械连接的根端以外的部分在垂直于自身与支承轴共同所在平面的方向上的正投影轮廓线两者之间的间距相等，机壳首端壳壁设置有沿机壳外部厚度方向穿透其壁体连通机壳内部腔室并呈直线段状沿机壳内部腔室径向延伸的进气口，进气口在机壳外部厚度方向上的直线段状正投影所在直线与支承轴在机壳外部厚度方向上的圆形正投影相重合，任一风力叶片在公转至最近接进气口的位置时在机壳外部厚度方向上的正投影与进气口在机壳外部厚度方向上的直线段状正投影至少相互部分重合，机壳尾端壳壁设置有沿机壳外部厚度方向穿透其壁体的出气口；气流导入加速筒首端设有作为高速气流进口的首端筒口无障碍敞开设置，气流导入加速筒尾端设有作为低速气流进口的尾端筒口连通进气口，首端筒口的内筒径大于尾端筒口的内筒径，气流导入加速筒固设有的管状筒腔在气流导入加速筒长度方向上的纵截面总体呈喇叭状且从首端筒口至尾端筒口逐渐缩径，气流导入加速筒垂直于自身长度方向的横截面内筒径相应从首端筒口至尾端筒口朝着气流导入加速筒长度方向不可逆地单向连续减小，气流导入加速筒内筒壁面由流线型曲面状表面单一构成或由流线型曲面状表面和平面状表面组合构成；当气流依次经首端筒口、管状筒腔、尾端筒口流至机壳内部腔室内时尾端筒口迫使引导气流喷流到在同向公转至最接近进气口的位置时开始接着继续同向公转离开该位置的每一风力叶片自身具有的朝向机壳首端壳壁的迎风面上，气流从尾端筒口喷流至机壳内部腔室内的方向与风力叶片公转时所在平面之间的夹角大于0°且小于90°，尾端筒口喷流至机壳内部腔室内的方向垂直于进气口的长度方向，尾端筒口相应指向机壳内部腔室且其朝向与所有风力叶片公转时共同所在平面之间的夹角大于0°且小于90°。
2.根据权利要求1所述的气流冲击加速式旋转动能输出与发电机驱动装置，其特征是：在每一风力叶片相应的同一侧固设着沿该同一侧长度方向延伸且向机壳首端壳壁翘曲而呈流线型曲面状的气流作用承受部，气流作用承受部呈曲面状的第一内表面圆滑过渡连接每一风力叶片自身具有的迎风面；当气流依次经首端筒口、管状筒腔、尾端筒口流至机壳内部腔室内时尾端筒口迫使引导气流还喷流到在同向公转至最接近进气口的位置时开始接着继续同向公转离开该位置的每一风力叶片自身具有的迎风面及每一风力叶片同一侧固设有的气流作用承受部上，气流作用承受部设有的第一内表面迫使气流朝着机壳首端壳壁和/或机壳周壁的方向流动。
3.根据权利要求1所述的气流冲击加速式旋转动能输出与发电机驱动装置，其特征是：在气流导入加速筒的首端筒口上固设有仅与内筒壁面中的平面状表面位于首端筒口端部的部分固接且向首端筒口外周侧翘曲而呈流线型曲面状的气流引导部，气流引导部呈流线型曲面状的第二内表面圆滑过渡连接内筒壁面中的平面状表面位于首端筒口端部的部分，以至气流引导部在气流进入首端筒口时将气流接近气流中向首端筒口外周侧流动的部分受第二内表面顺畅导入管状筒腔内。
4.根据权利要求1所述的气流冲击加速式旋转动能输出与发电机驱动装置，其特征是：出气口在机壳外部厚度方向上的正投影呈以支承轴在机壳外部厚度方向上的圆形正投影为圆心向机壳内部腔室在机壳外部厚度方向上的圆形正投影径向扩展的正圆形。
5.根据权利要求1所述的气流冲击加速式旋转动能输出与发电机驱动装置，其特征是：在首端筒口上固装着隔挡首端筒口的固体颗粒拦阻网。
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