风力机用旋风塔
专利汇可以提供风力机用旋风塔专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且二种能增大 风 速、形成旋风或龙卷风的集风装置。适用于 风 力 机械，尤其适用于小型风力发 电机 。旋风塔由塔体、塔帽、 负压 室、抽气室、集风板等组成。微风就能打开集风板，它与喉口构成文氏管产生效应，切向引入塔内的风形成旋风，在抽气、排气的作用下形成龙卷风从而 加速 风力机的转速。风速大于20m/s后，集风板会自动关闭，停止风机工作，本装置可 自动调节 、控制风速， 风能 利用系数可达3，抗大风性能好、用料省、成本低。，下面是风力机用旋风塔专利的具体信息内容。
1、一种由若干开口的塔体(21)和集风板(19)组成的集风塔，其特征是在塔体(6、21)的外壁开有若干进风喉口(20)，在喉口处安有与塔体外壁相切的集风板。
2、根据权利要求1所述的旋风塔，其特征是若干喉口（20）等分塔体（6、21）的外壁圆周，每个喉口的张角都与塔体的圆心成10°～70°的圆心角，集风板与喉口共同构成文氏管，集风口宽度与喉口的宽度之比为10：1。
3、根据权利要求1或2所述的旋风塔，其特征是集风板由固定导风板（9）、活页导风板（11）、启动板（14）、框架（16）构成。每块活页导风板又分为若干块小活页板，并都用双管弹簧铰链（12）分别固定在框架的一侧，启动板和固定导风板用铰链（10）固定在与活页导风板同侧的框架上。
4、根据权利要求3所述的旋风塔，其特征是框架（16）上安装活页导风板的另一侧有若干碰珠（13）。
5、根据权利要求1或2所述的旋风塔，其特征是塔帽（1）由若干焊在负压室（5）上的塔帽支柱（2）支撑，负压室内有排气风扇（4）塔体（6）中间的主风道内装有旋转轴（18）和工作风轮，抽气室（7）内有抽气风扇（8），排气风扇、工作风轮和抽气风扇绕同一旋转轴（18）转动。
6、根据权利要求3所述的旋风塔，其特征是塔帽（1）由若干焊在负压室（5）上的塔帽支柱（2）支撑，负压室内有排气风扇（4），塔体（6）中间的主风道内装有旋转轴（18）和工作风轮（17），抽气室（7）内有抽气风扇（8），排气风扇、工作风轮和抽气风扇绕同一旋转轴转动。
7、根据权利要求1或2所述的旋风塔，其特征是与喉口（20）相切的平板或弧形集风板（19）的一侧用双管弹簧铰链固定在支柱（22）上，集风板的另一侧有弹簧碰珠（23），支柱框（24）用轴承焊接在旋转轴（18）上。
8、根据权利要求1或2所述的旋风塔，其特征是塔体（6、21）用一定强度的金属或塑料、木材制成，框架（16）、集风板、排气风扇（4）、抽气风扇（8）、工作风轮（17）、启动板（14）都用轻金属或合金铝制成。
本发明涉及了一种能提高风速的风力机用旋风塔，可用于以风为原动力的风力机械，尤其适用于小型风力发电机。
现有的集风装置，一般是一个上下等直径的圆筒或方形筒，筒外侧安有4～8块等分筒体的，与筒体成射线状的，平板形或弧形的集风板构成。这种装置不能构成可增大风速的文氏管，也不能形成有旋转力的“旋风”，仅起了收集风量的作用，减小风轮面积而不减少风力机输出功率的作用不明显，而且重心不够稳定，抗大风性能也不太好。例如日本昭和58年13173号专利就是这种形式的装置。风力机输出功率的大小直接与捕捉风能的风轮面积成正比，即与风轮直径的平方成正比，又与风速的三次方成正比，因此为了提高风力机的输出功率，仅靠增大风轮面积是不理想的，这样机组笨重，体积庞大，耗费原材料，风力机的成本也相应提高很多，给安装和推广应用带来一定的困难。
本发明的任务就是要提供一种装置，它可以不增大风轮面积，仅增大风速和风的旋转力来提高风力机的输出功率。
本发明的任务是以如下二种方式完成的：
方式一：是适用于600W功率以下的小型风力发电机的圆筒状旋风塔。若干块平板形集风板等分塔体外壁圆周并与之相切，集风板用铰链固定在支柱上，可随风速大小转动。支柱埋于地底固定，支柱框用轴承焊牢在旋转轴上。集风板与塔体相切处有很小的喉口，一般与旋转轴成10～70的圆心角，在它们的相连处，喉口边上有弹簧碰珠。这样，窄小的喉口与宽阔的集风口共同构成文氏管。当气流通过文氏管进入塔内时就产生了文丘里管效应，使风速大大增加。风进入塔体内后，便沿着 塔壁作圆周运动，但因为这种装置的喉口都是不可关闭的，所以总有一部分气流从开着的喉口处漏出去，所以这种装置的风能旋转但不很强，可以增大风对风轮的推力，增加风轮的转速，对600W以下的小型风力机效果还是显著的。当自然风速大于15m／s后，风对集风板的推力克服弹簧碰珠对集风板的约束力，使它离开塔壁，绕支柱打开，使大风沿塔壁直吹而过，仅有少部分进入风塔，维持风轮的正常工作。因此，此塔的抗大风性能较好，并可以自动控制风轮的转速。
方式二：是适用于600W以上至5KW风力机用的旋风塔。圆台状旋风塔由塔帽、与塔体上方相连的负压室、下方相连的抽气室及集风板构成成。塔体外壁开有若干喉口，集风板安装在喉口处。集风板关闭时，固定导风板、活页导风板都成为塔体外壁圆周的一部分，而启动板则恢复到它的起始状态，集风板开启时与塔体外壁相切。每块集风板都由启动板、固定导风板、活页导风板、框架构成。每块活页导风板又分成若干块小活页板，集风板的框架的一侧用弹簧铰链固定在塔体外壁的喉口处，活页导风板用双管弹簧铰链固定导风板、启动板用铰链固定在框架的另一侧，集风板框架靠塔体的一侧有若干碰珠，以保证在一定风力的作用下，活页导风板能被风吹离塔壁上的框架绕框架的另一边打开。整个集风板可以随着风速的大小以塔壁上的框架为轴打开、关闭。达到风塔的开启风速时，迎风面的启动板在风压的作用下自动打开集风板，使其与喉口共同构成文氏管，并随着风速的增大而逐渐张大到最佳状态。此时整个集风板已达最大开启态，不再随着风速的增大而开大，此时，自然风通过文氏管进入塔内时便会增大，这股增大了的风是切向引入塔内的，加上只有进风处的集风板、喉口和排气口打开，塔体成密闭状，因此风在塔内形成旋风，再加上抽气室抽入的自下而上的空气流和负压室内排气风扇造成的负压，在这多重作用下塔内就形成一股有强大旋转推动力的龙卷风，从而推动工作风轮迅速旋转，这样就达到了我们预期 的效果。
当自然风速大于15m／s后，迎风面的活页导风板就在风力的作用下克服了碰珠的约束力而脱开塔壁上集风板的框架绕框架的另一边打开，让大风从喉口处沿塔体外壁直吹而过，仅有一小部分自然风沿喉口进入塔内维持工作叶轮转动。当风继续增大，超过20m／s后，迎风面的启动板会被大风压得向外张开到最大位置。在风压分力和被大风吹开的活页导风板及启动板的重力作用下，将固定导风板压向塔壁，整个集风板都向塔壁靠拢关闭，工作风轮停止工作。整个塔体的阻力系数很小，又由于塔体采用圆台状重心较稳定，因此旋风塔的抗大风性能较好。
采用本发明的装置后，推动工作风轮旋转的风速比平流、对流空气速度大得多，一般进入塔体内的风速要比塔外的自然风速大三倍以上，大大提高了风力机械的风能利用系数，一般可达到3，采用本发明的装置后，只要微风风速达到2.5m／s工作风轮就可以启动，并带动发电机发电。不仅如此本装置还可以自动调节，控制风速的大小，使工作机在最佳状态下工作，还可以自动停机，改变了过去人工停机的状态。
以下结合附图对发明作进一步详细描述，
图1是本发明600W以上风力机用旋风塔关闭状的侧视图；
图2是本发明图1的剖面图；
图3是本发明600W以上风力机用旋风塔集风板全部打开时的侧面图；
图4是本发明图1的平面图；
图5是本发明600W以下风力机用旋风塔的侧视图；
图6是本发明图5的平面图。
图中塔帽（1）、塔帽支柱（2）、排气口（3）、排气风扇（4）、负压室（5）、塔体（6）、抽气室（7）、抽气风扇（8）、固定导风板（9）、铰链（10）、活页导风板（11）、双管弹簧铰链（12）、碰珠（13）、启动板（14）、框架（16）、工作风轮（17）、旋转轴（18）、集风板（19）、喉口（20）、圆筒状塔体（21）、支柱（22）、弹簧碰珠（23）、支 柱框（24）。
本发明的实施例：
方式一参照图5：用镀锌铁皮制成的圆筒状旋风塔（21），在其圆心处安有无缝钢管或合金铝制作的旋转轴（18），工作风轮（17）装于旋转轴（18）上。塔体（21）外壁安有4块等分塔壁圆周的，并和塔壁相切的集风板（19）。集风板（19）用镀锌铁皮制作，它的一侧用双管弹簧铰链（12）固定在支柱（22）上，它的另一侧安有弹簧碰珠（23），支柱框（24）用轴承焊牢在旋转轴（18）上，支柱（22）埋于地底固定，用以稳定四块集风板。塔体（21）的高度为其直径的二倍。
参照图6：集风板（19）与喉口（20）共同构成文氏管。当自然风吹向旋风塔并经过文氏管进入塔体（21），就产生了文丘里管效应，使得进入塔体（21）的风速比原来大许多，又由于喉口（20）很小，塔内的风速又较大，所以塔内基本呈封闭状，风就只能沿着塔壁旋转而形成旋风，因而加速了工作风轮（17）的旋转。当风速大于15m／s后，风压使集风板（19）克服了弹簧碰珠（23）的约束力被风吹开，让大风沿塔壁直吹而过，只有小部分风进入喉口（20），维持工作风轮（17的正常运转。这样就避免了工作机和风塔被大风损坏的情况。集风口的宽度和喉口（20）的宽度之比为10：1。
方式二参照图1：圆台状旋风塔体（6）的下方与一四周密闭的抽气室（7）相连，上方同一四周密封的负压室（5）相连。负压室（5）和抽气室（7）内各有一与塔体（6）内的工作风轮（17）共一旋转轴（18）的排气风扇（4）和抽气风扇（8），它们都用合金铝或相当于合金铝的材料制成。旋转轴（18）用合金铝或无缝钢管制作。在负压室（5）开口的上方焊接了三根角铁制作的塔帽支柱（2），它支撑着镀锌铁皮圆顶塔帽（1），并且给旋风塔留出排气口（3）。塔帽（1）可以使雨、雪不进入塔内而妨碍工作风轮（17）的运转。
负压室（5）内的排气风扇（4）旋转后，使室内气流加速排出排气口（3），这样室内的空气密度骤然下降形成“负压”，使得塔体（6）内的空气流迅速补充，这就又加速了气流的上升速度。抽气室（7）内的抽气风扇（8）的旋转不断使外界自然风由塔体底部补充进塔内，同时也阻止了从喉口进入塔内的气流向抽气室（7）倒流的情况。综上所述，风是由打开的喉口（20）和抽气室（7）进入塔体（6）内，并高速旋转着上升，最后通过负压室（5）、排气口（3）排出塔外。
当集风板关闭时，启动板（14）恢复到它的起始状态，暴露在塔壁上，关闭时的旋风塔，只有微弱的气流自下而上地从抽气室（7）经主风道、负压室（5）、排气口（3）再回到大自然，此时抽气风扇（8）、排气风扇（4）、工作风轮（17）都不转动，即风力机呈未启动状态。
参照图1和图3：塔体（6）外壁等分圆周有四个喉口（20），每个喉口（20处都安有一块集风板。集风板完全打开时与塔壁相切，关闭时除启动板（14）外，其余部分都成为塔体（6）圆周的一部分。集风板由启动板（14）、固定导风板（9）、活页导风板（11）、框架（16）组成。每块活页导风板（11）又由三块小活页板组成。固定导风板（9）、启动板（14）用铰链活页导风板（11）用双管弹簧铰链（12）固定在框架（16）的一侧，框架（16）的另一侧用铰链（10）固定在塔体（6）的外壁，活页导风板（11）被固定的另一侧安有碰珠（13）。
参照图4，当自然风达到风塔的开启风速到达2.5m／s时，迎风面的启动板（14）在风压的作用下，使得固定导风板（9）和活页导风板（11）绕塔壁框架为轴打开，并且使集风板随着风速的增大而逐渐增大到图4中（9）、（11）的虚线位置，此时为集风板的最大开启位置也即与塔壁相切的位置。这时，固定导风板（9）和活页导风板（11）与喉口（20）共同构成文氏管，风通过文氏管进入塔内时就产生了文丘里管效应，使得进入塔体（6）的风比自然风速大3倍以上。集风口的宽度与喉口（20）的宽度 比为10：1。由于只有迎风的喉口是打开的，因此塔内呈密闭状，切向进入塔内的气流只能沿塔内壁旋转而形成旋风，又由于负压室（5）和抽气室（7）的作用更增加了气流旋转、上升的速度，从而形成龙卷风，因此大大提高了工作风轮（17）的工作效率。
当自然风速大于6m／s小于15m／s时，铰链（10）将始终保持固定导风板（9）、活页导风板（11）与喉口（20）相切的位置。当自然风速大于15m／s小于20m／s时，迎风面的活页导风板（11）会在风压的作用下，克服碰珠（13）的约束力而脱离开塔壁、张开，并随着风速的增大逐渐张大。双管弹簧铰链（12）控制其只能张大到图中（11）的最大虚线位置。这时，迎风面的启动板（14）也随着风速的增大逐渐打开至图中（14）的虚线位置，这样大风就径直从塔壁而过，只有一小部分风沿喉口（20）进入塔体（6）内以维持工作风轮（17）的正常转动。
当风速超过20m／s时，位于图中虚线位置的启动板（14）在风压分力，本身的重力以及位于图中虚线处的活页导风板（11）的重力作用下，将位于虚线位置的固定导风板（9）压向塔体（6）外壁并向它靠拢。风越大，压力越大，就使得固定导风板（9）和活页导风板（11）又关闭成塔体（6）外壁圆周的一部分，而启动板（14）则回到其起始状态，从而停止了工作风轮（17）的工作，以免风机受大风影响而损坏。
圆台状旋风塔，塔高一般为其底直径的2倍。
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