本發(fā)明涉及風力發(fā)電領域，具體說一種聚風塔和一種聚風式風力發(fā)電機組。

背景技術：

從目前的風力發(fā)電領域來看，占據市場主要份額的是水平軸風力發(fā)電機。上述風力發(fā)電機的結構主要包括基礎環(huán)、底座、塔筒、輪轂、機艙、水平軸風力發(fā)電機和三個葉片，在工作時，自然風力帶動葉片轉動，葉片通過齒輪箱或直接驅動發(fā)電機旋轉，從而實現(xiàn)風力發(fā)電。上述風機結構較為簡單，制造工藝相對較為成熟。若想提高上述風機的發(fā)電量，擴大風機葉片的掃風面積是首當其沖的辦法。以5兆瓦風力發(fā)電機為例，風機葉片的長度便達到62.5米左右，單片重量一般為22噸左右。因此，只有在風速達到12米每秒左右的條件下，上述風機才能實現(xiàn)滿功率運行。自然而然，為保證發(fā)電量，市場上類似主流風機的風場建設對選址也有著嚴格的要求，風速必須達到3米每秒，才能滿足葉片啟動的條件；8米每秒才能滿足風場建設的要求；并且，由于上述風機塔筒較高，葉片較重，運輸、裝機、維護的成本均居高難下。并且在面對冰凍、強暴風突然襲擊等惡劣氣候環(huán)境下，風機葉片很難迅速做出反應，容易造成風機嚴重的損害。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種聚風塔和一種聚風式風力發(fā)電機組。

本發(fā)明的技術方案是：一種聚風塔，包括依次密封固定連接的集風裝置、導風管、工作管，所述工作管包括送風管、擴散器、排風口，所述集風裝置設置在所述聚風塔的最頂端，用于收集風能，所述集風裝置的下方設有出風口，所述導風管的進風端與所述集風裝置出風口相連，所述導風管的出風口與所述送風管的進風口相連，所述送風管的另一端出風口與所述擴散器的進風口相連，所述擴散器的出風口與所述排風口相連，其中：

所述集風裝置由兩個或兩個以上的，旋轉方向相同的渦旋聚風通道組成，所述渦旋聚風通道沿圓周方向排列，所述渦旋聚風通道的進風口為喇叭口狀，所述渦旋聚風通道的出風口朝向所述圓周的中心。

所述擴散器可以分為收縮段、喉道、擴散段；氣流從收縮段進入，通過喉道流入擴散段；所述擴散器的內徑從進風口到出風口先逐漸縮小再逐漸擴大，即從收縮段到擴散段先逐漸縮小再逐漸擴大，喉道處內徑最小。

所述導風管為上大下小的錐形管；所述送風管為彎管，用于將風的流向從豎直向下流動轉換為水平流動。

進一步的，所述渦旋聚風通道由渦旋導風板和上導風板組成；所述渦旋導風板設有兩個或兩個以上，并沿圓周方向排列；所述渦旋導風板與圓周中軸線的傾角為10°至45°；所述上導風板位于渦旋導風板沿圓周方向排列形成的柱體中心處，所述上導風板的中心向下方收縮，形成開口向上的喇叭口狀；所述上導風板外壁與所述渦旋導風板的內側壁密封連接；氣流通過渦旋聚風通道后，將從水平氣流轉換為渦旋氣流。

進一步的，所述集風裝置還包括喇叭口豎直風道；所述喇叭口豎直風道由中心向下方收縮上導風板形成；所述上導風板是開口向上的喇叭口狀；所述上導風板內徑最大處設有進風口，所述上導風板內徑小處設有出風口。換言之，所述上導風板的內徑最小處可選擇做密封處理，或選擇設置一個出風口；或直接在出風口設置一個風門裝置，用于開啟或關閉喇叭口豎直風道。若將上導風板的內徑最小處密封，整個集風裝置則僅設有渦旋聚風通道；若設置出風口，則上導風板還能形成喇叭口豎直風道。氣流通過渦旋聚風通道后形成漩渦氣流，漩渦氣流將會對處于中心處的喇叭口豎直風道內的氣流形成吸力，增大集風裝置的集風能力。

進一步的，為實現(xiàn)對風能利用的靈活控制，提高風流加速效果，提升風能利用效率，所述工作管為多工作支路結構；所述各工作支路的送風管進風口共同與所述導風管的出風口密封固定連接；所述工作支路優(yōu)選2至6條。所述各工作支路中送風管的出風口處設有風門裝置，所述風門裝置用于開啟或關閉任意一個或多個工作支路。

進一步的，為提高風速，提升發(fā)電效率，所述集風裝置的迎風面積是所述每條工作支路中擴散器內徑最小處的截面積之和的5~15倍，優(yōu)選8~10倍。所述集風裝置的迎風面積是指集風裝置進風口的迎風面積，即是集風裝置進風口迎風面的高度和集風裝置的直徑之積；所述擴散器內徑最小處截面積是指喉道處截面積；所述每條工作支路中擴散器內徑最小處的截面積之和是指：喉道處截面積乘以工作支路的條數(shù)。因此可用公式表達為：(集風裝置進風口迎風面積) / (喉道截面積*工作支路條數(shù)) 約等于5至15。

進一步的，為防止自然風倒灌入擴散器中，在所述排風口處設有擋風板，所述擋風板正對所述擴散器的出口，用于防止自然風從所述排風口吹入所述擴散器內。

一種聚風式風力發(fā)電機組，包括聚風塔和風機，所述聚風塔具體為上述所述的聚風塔，所述風機設置在所述擴散器的內徑最小處，所述風機為水平軸風機或豎直軸風機。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的聚風塔，集風裝置在上方，空氣收集后在風壓作用下形成渦旋流被加速推入工作管道，葉輪安置在工作管道中驅動發(fā)電機，將風能轉換成電能。并且，集風裝置設有渦旋聚風通道和喇叭形豎直風道；渦旋聚風通道形成的漩渦風能形成負壓對喇叭形豎直風道中的空氣產生吸力，形成豎直風，加大集風裝置的集風量。集風裝置的迎風面積是所述每條工作支路中擴散器內徑最小處的截面積之和的8～10倍時，風流加速效果能得到明顯提升。工作管道為多支路均布式，當工作管道有2～6條支路時，風流加速效果顯著提升。該裝置能將風流收集后進行加速，適用范圍廣，特別適合微風發(fā)電；可擴大風資源的利用，對現(xiàn)有傳統(tǒng)風力發(fā)電系統(tǒng)有替代性進步。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結構示意圖。

圖2是本發(fā)明結構分解示意圖。

圖3是本發(fā)明集風裝置結構正視圖。

圖4是本發(fā)明集風裝置仰視圖。

圖中：1是集風裝置、2是導風管、3是送風管、4是擴散器、11是渦旋聚風通道、12是喇叭形豎直風道、13是渦旋導風板、14是上導風板、41是擴散器的收縮段、42是擴散器的喉道、43是擴散器的擴散段，圖中未標記的箭頭表示氣流方向。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不作為對本發(fā)明的限定。

實施例1

如圖1和圖2所示，一種聚風塔，包括依次密封固定連接的集風裝置1、導風管2、工作管，所述工作管包括送風管3、擴散器4和排風口，所述集風裝置1設置在所述聚風塔的最頂端，用于收集風能，所述集風裝置1的下方設有出風口，所述導風管2的進風口與所述集風裝置1出風口相連，所述導風管2的出風口與所述送風管3的進風口相連，所述送風管3的出風口與所述擴散器4的進風口相連，所述擴散器4的出風口與所述排風口相連。

所述擴散器4的內徑從進風口到出風口先逐漸縮小再逐漸擴大；所述擴散器可以分為收縮段41、喉道42、擴散段43；氣流從收縮段進入，通過喉道流入擴散段；所述擴散器的內徑從進風口到出風口先逐漸縮小再逐漸擴大，即從收縮段到擴散段先逐漸縮小再逐漸擴大，喉道處內徑最小。所述擴散器喉道42的外壁設有加強筋。

所述導風管2為上大下小的錐形管；所述送風管3為彎管，用于將風的流向從豎直向下流動轉換為水平流動。

所述聚風塔的工作管為三支路工作管；所述各工作支路的送風管3進風口共同與所述導風管2的出風口密封固定連接。在所述三條工作支路中，每個送風管3工作支路的出風口處設有風門裝置，所述風門裝置可根據風速大小情況而開啟或關閉任意一個或多個工作支路。每條工作支路的排風口處設有擋風板，所述擋風板正對所述擴散器4的出口，用于防止自然風從所述排風口吹入所述擴散器內。

所述集風裝置1的迎風面積S₁是指集風裝置1進風口迎風面的高度h與集風裝置的直徑Φd之積，即S₁₌h*Φd；擴散器內徑最小處即喉道42的截面積為S₂；S₁和S₂的關系是：S₁是(3*S₂)的8倍左右。所述工作管的外壁底部設有支撐裝置，保證聚風塔能平穩(wěn)的安放。

所述集風裝置1由六個旋轉方向相同的渦旋聚風通道11組成。所述每個渦旋聚風通道11均沿圓周方向排列，所述渦旋聚風通道11的進風口為喇叭口狀，所述渦旋聚風通道11的出風口朝向所述圓周方向的中心。通過集風裝置1后，氣流將從水平氣流變成渦旋氣流，從集風裝置的仰視視角觀察，通過集風裝置的氣流將形成逆時鐘方向的渦旋氣流。

所述六個渦旋聚風通道11由六個渦旋導風板13和1個上導風板14組成；所述六個渦旋導風板13沿圓周方向排列，所述渦旋導風板與圓周中軸線的傾角為10°至45°；所述上導風板14位于渦旋導風板13沿圓周線方向排列形成的圓柱體中心，所述上導風板的中心向下方收縮，形成開口向上的喇叭口狀；所述上導風板14外壁與所述渦旋導風板13的內側壁密封連接；所述喇叭口狀的上導風板在內徑最小處是密封的，并不會形成風道。

實施例2

如圖3和圖4所示，在實施例1的基礎上，所述集風裝置1除包括渦旋聚風通道11外，還進一步的包括喇叭形豎直風道12。

進一步的，所述集風裝置還包括喇叭口豎直風道；所述喇叭口豎直風道由中心向下方收縮的上導風板形成；所述上導風板是開口向上的喇叭口狀。所述喇叭口狀的上導風板沿收縮方向設有喇叭口豎直風道，上導風板內徑最大處設有進風口，內徑小處設有出風口；即喇叭口上下均不密封。集風裝置1在渦旋聚風通道11的基礎上，再添加喇叭形豎直風道12；渦旋聚風通道11形成的漩渦氣流能形成負壓，從而對喇叭形豎直風道12中的空氣產生吸力，形成向下的豎直氣流，大大提升了集風裝置的集風量。

實施例2中的其他結構均與實施例1相同，在此不再贅述。

實施例3

在實施例1和實施例2的基礎上，實施例3是關于一種聚風式風力發(fā)電機組。所述聚風式風力發(fā)電機組包括聚風塔和風機，所述聚風塔具體為實施例1和實施例2所述的聚風塔，所述風機設置在所述擴散器的內徑最小處42，所述風機可以為水平軸風機或豎直軸風機。

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化，如工作支路的數(shù)量、渦旋導風板和上導風板的數(shù)量可以根據設計調整，其形狀還可以為其他形狀，只要其最終形成一個渦旋氣流或者渦旋氣流和豎直氣流的結合都屬于本專利所要求的權利保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的排列變化、修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。