空气运动螺旋加速压缩循环利用气动装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种空气运动螺旋加速压缩循环利用气动装置，这是一种风能开发装置，风能的特点就是方向和风速经常变化，风能转化效率很低，为克服这些不足，本发明专利技术利用活动叶片改变风向，使其产生风切变形成螺旋风，旋转风沿静止的正螺旋面体向下运行，使其加速压缩后，进入渐缩螺旋体内进一步压缩，成为高速高压气流，气流过大，将一部分输往储气罐或输气管道，气流不足可以从储气罐或输气管道输入一部分气流达到平稳运行。气流的输入和输出都用气动阀门控制，使多变的风能让空气自己进入管道而成为可控的常规能源。无论风从什么方向吹来，都能产生同一效果，并且能够突破贝兹极限的限制，使风能的转换效率达到100％。使风能的转换效率达到100％。使风能的转换效率达到100％。

【技术实现步骤摘要】
空气运动螺旋加速压缩循环利用气动装置
[0001](1)
本专利技术涉及一种流体能源开发装置，特别涉及一种空气运动螺旋加速压缩循环利用气动装置。
[0002](2)
技术介绍
。现在的能源开发技术，由于大量消耗化石能源，造成大气污染，生态环境恶化，物种灭绝速度加快，气候变暖，两极冰雪开始融化，致使海平面上升。所以社会把未来的发展希望寄托在可再生能源的开发利用上。
[0003]地球表面上的能量主要来自于太阳辐射，地球的大气把太阳能的2％转化为风能。风能的开发利用主要靠风力机把空气的动能转化为可利用的机械能。下面是宋俊编著的《风力机空气动力学》的摘录。
[0004]理想风轮模型可以将风轮看作一个平面浆盘，没有轮毂，而叶片无穷多，这个平面浆盘被称为致动盘。致动盘旋转时不受摩擦阻力的影响；气流与致动盘相互作用后，可以自由通过；致动盘前，致动盘扫掠面、致动盘后的气流都是均匀的定常流动，气流流模型可简化成流管，致动盘前未受扰动的气流静压和致动盘后远方的气流静压相等，作用在致动盘上的推力是均匀的。
[0005]致动盘前部的远方来流通过致动盘时，受致动盘阻挡被向外挤压，绕过致动盘的空气能量未被利用。只有通过致动盘截面的气流释放了所携带的部分动能。
[0006]单位时间内通过特定截面的空气质量为ρAv，其中ρ为空气密度(kg/m3)，A 为横截面面积(m2)，v为流体速度(m/s)，沿流束方向的质量流量q
m
处处相等。即 q
m
＝ρA
∞
v
∞
＝ρAr/>d
v
d
＝ρA
w
v
w
。
[0007]下角符号∞代表上游无穷远处的参数；d代表致动盘处参数；w代表尾流远端的参数。
[0008]致动盘导致气流速度发生变化，速度变化量将叠加到自由流速率上。设该诱导气流在气流方向的分量为
‑
av
∞
，其中a为轴向气流诱导因子。所以在致动盘上，气流方向的净速度为v
d
＝v
∞
(1
‑
a)。
[0009]因此在致动盘面处，轴向气流诱导因子a＝(v
∞
‑
v
d
)/v
∞
[0010]气流在经过致动盘时速度发生变化，总变化量为(v
∞
‑
v
w
)，气流所受的作用力等于动量变化率，动量变化率等于速度变化乘以质量流量，即F`＝(v
∞
‑
v
w
)q
m
， F`为气流所受的作用力。
[0011]致动盘处的气流速度等于上游未受扰动的气流速度和在气流远端气流速度的平均值。V
d
＝(v
∞
+v
w
)/2
[0012]气流的输出功率P＝F`v
d
＝2ρA
d
v
∞3
a(1
‑
a)2。
[0013]气流的输出功率也就是制动盘捕获功率。定义制动盘捕获功率与正面气流总功率之比为风能利用系数。用C
p
表示，可得
[0014]C
p
＝p/(1/2ρv
∞3
A
d
)＝4a(1
‑
a)2[0015]若要求C
p
的最大值，可以对上式求导，且设dC
p
/da＝4(1
‑
a)(1
‑
3a)＝0
[0016]由此得到a＝1/3时，C
p
的值最大。将a＝1/3代入上式方程得C
pmax
＝16/27≈0.593 这个值称为贝兹(Betz)极限。它是水平轴风力机风能利用系数的最大值。
[0017]由于致动盘上游未受扰动的正面来风气流功率为ρ
∞
＝1/2ρA
d
v
∞3
。假定致动盘正面来风的总能量为1，被致动盘捕获的能量为16/27，有2/27通过了致动盘流向下游。
[0018]因为1
‑
16/27
‑
2/27＝9/27
[0019]可见，剩余的9/27的空气能量绕过致动盘未被利用。
[0020]致动盘的流动只有轴向流动，没有考虑风轮下游尾流的旋转效应。实际上风轮下游风呈现与风轮转动方向相反的旋转，这里由于风驱动风轮转动产生力矩，而叶片对气流的反转矩作用。反转矩作用的结果会使尾流中空气的微粒在旋转面的切线方向和轴向方向都获得速度分量。
[0021]由于旋转需要能量，若考虑尾流旋转的影响，风力机实际风能利用系数比理论计算值要低。
[0022]风力机产生的转矩越大，其旋转尾流动能也越大。因此，对于低转速大转矩的风力机而言，伴随其尾流损失的动能就比较大。
[0023]进入风轮的气流无任何转动，而离开风轮的气流是旋转的。
[0024]实际风力机的风能利用系数要低于理论理想风力机的风能利用系数。造成风能利用系数低于贝兹极限的原因主要有3点：1)考虑风力机尾流的实际角动量后，风轮风能利用系数为叶尖数比的函数，只有当叶尖数比变为无穷大时，风能利用系数才能接近贝兹极限。2)在风轮运行中，叶片的气动阻力进一步降低了风能利用系数。3)叶轮有限的叶片数是造成风能利用系数低于贝兹极限的又一原因。
[0025]风能利用系数所能达到的最大值就是贝兹极限。直到今天还没有能设计出超过这个极限的风力机。该极限不是由于设计的不足造成的(目前我们还没有设计出)，而是因为流管不得不在自动盘上游膨胀，使得自由流速比在圆盘处的小。
[0026]翼型水平轴旋转的风力机，具有调向装置，能随时调整方向，对准风向达到风能利用的最佳效果。贝兹极限认为风能利用系数为16∶27＝0.593，而现代风力机最高的风能转换效率为0.4，已经接近贝兹极限的2/3。为了防止尾流的影响，风力机的间距要大于风轮直径十倍的距离，这样它的开发系数就变为0.1，由于风轮安装在塔架的顶端，风轮中心离地面大约为风轮直径的距离，这样就要减去1/3的距离成为0.066。由于风轮旋转面积是风轮直径正方形面积的0.785倍，0.066
×
0.785＝0.05，风力机风轮扫掠面积仅为风能存在面积的1/20，风力机风能利用系数为0.4，0.05
×
0.4＝0.02。也就是说，用现代的风力机只能把2％的风能转化为机械能。自然界能够把2％的太阳能转化为风能，现代技术也能把2％的风能转化为对自己有用的机械能。由于风能的方向和速度经常变动，从风力机得到的机械能很难达到同步发电机的要求，只能利用异步发电机并网发电。异步发电机运行需要消耗电网无功功率激磁。这样就出现了一个技术矛盾，为了减少碳排放而开发可再生、无污染的风能。风能的开发又依赖于电网的无功功率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空气运动螺旋加速压缩循环利用气动装置，现有的气动技术由原动机、空气压缩机、储气罐、管道控制阀和风能执行机构组成，本装置用静止的设备，利用空气自己的运动，产生高速高压气流代替原动机和空气压缩机的功能，其特征为：取一根外径为a，长为b≥10a的热轧无缝钢管，在管的外围焊接外径c＝5a，导程L＝a的正螺旋面，在等距正螺旋面外围再焊接16根角钢，将正螺旋面16等分，在正螺旋面外围安装导向板，导向板一边焊接在角钢直立边缘上，另一端向内倾斜，同螺旋板相接，与前面的角钢直立边形成一缝隙，组成渐缩喷管，螺旋每旋进一个导程，就有16个渐缩喷管，在螺旋板外安装环形板，环形板内径5a，外径15a，环形板距3a，在2个环形板之间靠近边缘安装32个活动叶片，活动叶片的宽大于两叶片活动轴的间距，使叶片只能向环内摆动，不能向外摆动，在环形板外侧的东、南、西、北各固定一角钢，将环形板4等分，角钢排列的顺序相同，都按顺时针方向排列，在东面角钢的立边和南面角钢的横边各向东延伸两排横向角钢，角钢间距为2m，在横向两排角钢的外侧，从上至下每隔1m的距离再安装纵向角钢，在纵向角钢的内面，用折页安装与门窗相似的宽1m、高2m的...

【专利技术属性】
技术研发人员：石运达，张大禹，石凌哲，
申请(专利权)人：石运达，
类型：发明
国别省市：