本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種鐵路貨車專用離心式垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置及應(yīng)用該發(fā)電裝置的鐵路貨車車廂。
背景技術(shù)：
：貨物運(yùn)輸是鐵路運(yùn)輸?shù)闹匾M成部分，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，鐵路貨物運(yùn)量的要求也逐年提高。為了實(shí)現(xiàn)我國(guó)鐵路列車，尤其是鐵路貨車重載快跑的目標(biāo)，鐵路部門做了大量的工作，這也對(duì)車輛在線時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提出了更高的要求。目前，我國(guó)大力推行的鐵路車輛運(yùn)行安全監(jiān)控體系簡(jiǎn)稱“5t”系統(tǒng)，均是在軌道邊建立監(jiān)測(cè)平臺(tái)，對(duì)過(guò)往車輛進(jìn)行監(jiān)測(cè)。但是對(duì)長(zhǎng)線路以及路況復(fù)雜、供電困難的鐵路線難以建立監(jiān)測(cè)平臺(tái)，也無(wú)法達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的效果?？瓦\(yùn)列車車體上自帶安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，而對(duì)于貨運(yùn)列車，現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)實(shí)際上只能在地面對(duì)過(guò)往貨車的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)監(jiān)測(cè)，不能完整呈現(xiàn)貨車過(guò)橋隧、彎道、上下坡、加速、制動(dòng)等特殊工況以及雨雪、大風(fēng)等極端天氣下的運(yùn)行參數(shù)，導(dǎo)致貨運(yùn)列車的脫軌事故比客運(yùn)列車多。若能將監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝在貨車上，可以有效解決該問(wèn)題。然而我國(guó)的貨運(yùn)列車上沒(méi)有電源供應(yīng)，現(xiàn)在高科技的電子技術(shù)無(wú)法在貨運(yùn)上得到應(yīng)用，限制了運(yùn)輸效率、安全裕量的提高。上述系統(tǒng)實(shí)際上需要的電量很小，且貨車轉(zhuǎn)向架的特殊構(gòu)造說(shuō)明不可能在轉(zhuǎn)向架上安裝大功率的發(fā)電機(jī)。而車輛在線路上具有高速運(yùn)行的特點(diǎn)，在空氣黏性作用下，列車運(yùn)行時(shí)將帶動(dòng)車體周圍流場(chǎng)隨之運(yùn)動(dòng)，形成一種特殊的非定常流動(dòng)，產(chǎn)生走行風(fēng)，同時(shí)，走行風(fēng)速與車速成正比，且在列車在通過(guò)隧道、會(huì)車等工況下風(fēng)速更大，所以可利用走行風(fēng)能來(lái)發(fā)電，并將電能儲(chǔ)存起來(lái)，供給車輛上的用電器使用。在有電力的基礎(chǔ)上，可以利用互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車輛信息及貨物信息的遠(yuǎn)程監(jiān)控以及車輛的安全監(jiān)測(cè)。中國(guó)專利cn201110052165公開(kāi)了名稱為“適用于鐵路貨車車輛的風(fēng)電轉(zhuǎn)換裝置”的發(fā)明，通過(guò)在鐵路貨車上裝設(shè)風(fēng)電轉(zhuǎn)換裝置實(shí)現(xiàn)鐵路貨車雙向運(yùn)行的發(fā)電。但是該種風(fēng)電轉(zhuǎn)換裝置由于葉輪部的全封閉的設(shè)置，從而導(dǎo)致其葉輪產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩較小，進(jìn)一步導(dǎo)致風(fēng)電轉(zhuǎn)換效率低。同時(shí)，由于貨車車廂外側(cè)的風(fēng)速并非均勻布置，現(xiàn)有的風(fēng)電轉(zhuǎn)換裝置安裝位置方式不一，沒(méi)有針對(duì)貨車車廂周圍的最大風(fēng)速區(qū)域進(jìn)行設(shè)計(jì)，導(dǎo)致風(fēng)電轉(zhuǎn)換裝置不能捕捉車廂周圍的最大風(fēng)能區(qū)域。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明目的在于提供一種鐵路貨車專用離心式垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置及應(yīng)用該發(fā)電裝置的鐵路貨車車廂，以解決上述問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明首先公開(kāi)了一種鐵路貨車離心式垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置，包括葉輪部和位于所述葉輪部?jī)蓚?cè)的第一導(dǎo)流部和第二導(dǎo)流部，所述第一導(dǎo)流部包括第一入口和第一出口，所述第一入口通過(guò)第一出口與所述葉輪部連通；所述第二導(dǎo)流部包括第二入口和第二出口，所述第二入口通過(guò)第二出口與所述葉輪部連通；所述第一出口與第二出口的開(kāi)口方向相反，其特征在于，所述葉輪部與所述第一出口相對(duì)的側(cè)面上設(shè)有第一開(kāi)口，所述葉輪部與所述第二出口相對(duì)的側(cè)面上設(shè)有第二開(kāi)口。進(jìn)一步的，所述第一導(dǎo)流部包括第一傾斜導(dǎo)流板、第一平行導(dǎo)流板和第一平行腹板，所述第一平行腹板的數(shù)量為兩個(gè)且相對(duì)設(shè)置，所述第一傾斜導(dǎo)流板、第一平行導(dǎo)流板相對(duì)設(shè)置且形成一楔角；所述第二導(dǎo)流部包括第二傾斜導(dǎo)流板、第二平行導(dǎo)流板和第二平行腹板，所述第二平行腹板的數(shù)量為兩個(gè)且相對(duì)設(shè)置；所述第一出口和第二出口均與所述葉輪部的葉輪葉片相對(duì)。進(jìn)一步的，所述第一導(dǎo)流部與所述第二導(dǎo)流部結(jié)構(gòu)相同，所述第一平行導(dǎo)流板水平設(shè)置且與所述葉輪部的下邊緣連接，所述第二平行導(dǎo)流板水平設(shè)置且與所述葉輪部的上邊緣連接，所述第一開(kāi)口從所述第一平行導(dǎo)流板與所述葉輪部的相交處延伸至所述第二傾斜導(dǎo)流板與所述葉輪部的相交處，所述第二開(kāi)口從所述第二平行導(dǎo)流板與所述葉輪部的相交處延伸至所述第一傾斜導(dǎo)流板與所述葉輪部的相交處。進(jìn)一步的，第一傾斜導(dǎo)流板與所述第一平行導(dǎo)流板之間的楔角為42°-48°，所述第二傾斜導(dǎo)流板與所述第二平行導(dǎo)流板之間的楔角為42°-48°。進(jìn)一步的，所述第一傾斜導(dǎo)流板在豎直方向的投影覆蓋所述第一開(kāi)口，所述第二傾斜導(dǎo)流板在豎直方向的投影覆蓋所述第二開(kāi)口。進(jìn)一步的，所述葉輪葉片通過(guò)兩個(gè)加強(qiáng)筋板夾持固接。然后，本發(fā)明公開(kāi)了一種鐵路貨車車廂，包括上述任一方案所述的鐵路貨車離心式垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，所述發(fā)電裝置設(shè)置于距離鐵軌1.5m-2m處的鐵路貨車車廂的側(cè)面上，所述第一平行導(dǎo)流板和所述第二平行導(dǎo)流板平行所述鐵路貨車的行駛方向。進(jìn)一步的，所述第一導(dǎo)流部和第二導(dǎo)流部沿所述車廂寬度方向的尺寸為0.1m-0.3m，所述第一導(dǎo)流部和第二導(dǎo)流部沿所述車廂高度方向的尺寸為0.6m-1.0m。進(jìn)一步的，所述第一導(dǎo)流部和第二導(dǎo)流部沿所述車廂寬度方向的尺寸為0.2m，所述第一導(dǎo)流部和第二導(dǎo)流部沿所述車廂高度方向的尺寸為0.8m。進(jìn)一步的，其特征在于，所述發(fā)電裝置設(shè)置于距離鐵軌上1.8m處。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：1、通過(guò)該種優(yōu)化設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)楔形風(fēng)道形成的高壓高速的風(fēng)能快速?gòu)牡谝婚_(kāi)口或者第二開(kāi)口釋放到風(fēng)力發(fā)電裝置的外部，即在葉輪葉片兩側(cè)可最大程度地形成壓力或能量差，從而連續(xù)不斷地、幾乎無(wú)其他能損耗的作用在葉輪葉片上。相對(duì)于其他的結(jié)構(gòu)的風(fēng)只能從另一個(gè)導(dǎo)流部輸出，減少了風(fēng)能在葉輪部?jī)?nèi)部的沖擊變向而帶來(lái)的能量損耗，實(shí)現(xiàn)葉輪扭轉(zhuǎn)扭矩呈10倍左右的增加。2、風(fēng)電轉(zhuǎn)化裝置設(shè)置在車廂側(cè)壁的最大風(fēng)能區(qū)域，不僅滿足車輛限界要求，還能最有效的捕捉車廂側(cè)壁的最大風(fēng)能，同時(shí)可以利用貨車會(huì)車時(shí)風(fēng)能的急劇增加，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電的高效轉(zhuǎn)化。下面將參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。附圖說(shuō)明構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例公開(kāi)的鐵路貨車離心式垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置的主視示意圖；圖2是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例公開(kāi)的鐵路貨車離心式垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置的第一軸測(cè)示意圖；圖3是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例公開(kāi)的鐵路貨車離心式垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例公開(kāi)的鐵路貨車離心式垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置的第二軸測(cè)示意圖；圖5是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例公開(kāi)的鐵路貨車離心式垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置的發(fā)電示意圖；圖6是三種鐵路貨車離心式垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置的對(duì)比結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是圖6的三種鐵路貨車離心式垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置的葉輪產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩對(duì)比圖。圖例說(shuō)明：1、葉輪部；12、第一開(kāi)口；13、第二開(kāi)口；14、葉輪葉片；15、加強(qiáng)筋板；2、第一導(dǎo)流部；21、第一入口；22、第一出口；23、第一傾斜導(dǎo)流板；24、第一平行導(dǎo)流板；25、第一平行腹板；3、第二導(dǎo)流部；31、第二入口；32、第二出口；33、第二傾斜導(dǎo)流板；34、第二平行導(dǎo)流板；35、第二平行腹板。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。如圖1-圖5所示，本發(fā)明首先公開(kāi)了一種鐵路貨車離心式垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置，該裝置為扁平的盒體式結(jié)構(gòu)，包括葉輪部1和位于葉輪部1兩側(cè)的第一導(dǎo)流部2和第二導(dǎo)流部3，鐵路貨車行駛時(shí)，風(fēng)能從第一導(dǎo)流部2或第二導(dǎo)流部3進(jìn)入葉輪部1，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)葉輪部1內(nèi)的葉輪葉片14轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電。在本實(shí)施例中，葉輪葉片14通過(guò)兩個(gè)加強(qiáng)筋板15夾持固接，使得風(fēng)力發(fā)電裝置運(yùn)行時(shí)葉輪葉片14不會(huì)發(fā)生震動(dòng)從而產(chǎn)生噪聲和影響發(fā)電效率。其中，第一導(dǎo)流部2和第二導(dǎo)流部3內(nèi)部含有喇叭形風(fēng)道或者楔形風(fēng)道，主要起壓縮空氣、增大其出口風(fēng)速的作用，第一導(dǎo)流部2包括第一入口21和第一出口22，第一入口21通過(guò)第一出口22與葉輪部1連通；第二導(dǎo)流部3包括第二入口31和第二出口32，第二入口31通過(guò)第二出口32與葉輪部1連通；第一出口22與第二出口32的開(kāi)口方向相反，在本實(shí)施例中，葉輪部1與第一出口22相對(duì)的側(cè)面上設(shè)有第一開(kāi)口12，葉輪部1與第二出口32相對(duì)的側(cè)面上設(shè)有第二開(kāi)口13，從而無(wú)論是正向發(fā)電還是反向發(fā)電，高壓高速的風(fēng)能在作用到葉輪葉片14后，能快速的從第一開(kāi)口12或者第二開(kāi)口13釋放到風(fēng)力發(fā)電裝置的外部，即在葉輪葉片14兩側(cè)最大地形成壓力差或能量差，從而連續(xù)不斷地、幾乎無(wú)其他能損耗地作用在葉輪葉片14上，相對(duì)于其他結(jié)構(gòu)的風(fēng)只能從另一個(gè)導(dǎo)流部輸出，減少了風(fēng)能在葉輪部1內(nèi)部的沖擊變向而帶來(lái)的能量損耗，進(jìn)而削弱了葉輪部1的輸出扭矩。在本實(shí)施例中，第一導(dǎo)流部2由第一傾斜導(dǎo)流板23、第一平行導(dǎo)流板24和第一平行腹板25圍合形成，第一平行腹板25的數(shù)量為兩個(gè)且相對(duì)平行設(shè)置，第一傾斜導(dǎo)流板23、第一平行導(dǎo)流板24相對(duì)設(shè)置且形成一楔角；在本實(shí)施例中，第一傾斜導(dǎo)流板23與第一平行導(dǎo)流板24之間的楔角為42°-48°，優(yōu)選45°，第二傾斜導(dǎo)流板33與第二平行導(dǎo)流板34之間的楔角為α為42°-48°，優(yōu)選45°，從而保證優(yōu)良的壓縮空氣效果。第二導(dǎo)流部3包括第二傾斜導(dǎo)流板33、第二平行導(dǎo)流板34和第二平行腹板35圍合形成，第二平行腹板35的數(shù)量為兩個(gè)且相對(duì)設(shè)置；第一出口22和第二出口32均與葉輪部1的呈“c”形葉輪葉片14的開(kāi)口方向相對(duì)，從而，經(jīng)過(guò)楔形風(fēng)道的高速高壓的風(fēng)直接作用到葉輪葉片14上，從而驅(qū)動(dòng)葉輪部1發(fā)電。在本實(shí)施例中，如圖5所示，為了保證來(lái)風(fēng)經(jīng)過(guò)發(fā)電裝置時(shí)，風(fēng)不會(huì)越過(guò)第一傾斜導(dǎo)流板23從第二開(kāi)口13進(jìn)入葉輪部1，從而反向作用在葉輪葉片14上，從而阻止葉輪葉片14的逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電，本發(fā)明的第一傾斜導(dǎo)流板23設(shè)置為高出葉輪部1的上邊緣，即其在在豎直方向上的投影覆蓋第一開(kāi)口12，同理，第二傾斜導(dǎo)流板33在豎直方向的投影覆蓋第二開(kāi)口13。在本實(shí)施例中，第一導(dǎo)流部2與第二導(dǎo)流部3結(jié)構(gòu)相同，具體來(lái)說(shuō)，相對(duì)于葉輪部1中心對(duì)稱，第一平行導(dǎo)流板24水平設(shè)置且與葉輪部1的下邊緣連接，即第一導(dǎo)流部2和第二導(dǎo)流部3與葉輪部1的邊緣相切，從而可實(shí)現(xiàn)壓縮的風(fēng)能平順的直接作用到“c”形葉輪葉片14上，第二平行導(dǎo)流板34水平設(shè)置且與葉輪部1的上邊緣連接，第一開(kāi)口12從第一平行導(dǎo)流板24與葉輪部1的相交處延伸至第二傾斜導(dǎo)流板33與葉輪部1的相交處，第二開(kāi)口13從第二平行導(dǎo)流板34與葉輪部1的相交處延伸至第一傾斜導(dǎo)流板23與葉輪部1的相交處。如圖6所示，分別對(duì)比了葉輪部1全封閉(a)、半封閉(b)和本實(shí)施例中的最大限度的全開(kāi)口(c)的三種情況下，扭轉(zhuǎn)力矩在葉輪葉片14旋轉(zhuǎn)一圈內(nèi)隨時(shí)間的變化歷程、圈內(nèi)平均扭轉(zhuǎn)力，可以看出，由于第一開(kāi)口12和第二開(kāi)口13的存在，其本實(shí)施例中的葉輪部1的葉輪產(chǎn)生了扭轉(zhuǎn)力矩的明顯變化，如表1所示：表1平均扭轉(zhuǎn)力矩全封閉半封閉全開(kāi)口平均力矩/(n·m)6.42822.24361.306進(jìn)一步，從圖7可以看到，各方案的扭轉(zhuǎn)力矩的峰值以及谷值均呈周期性的分布，且在葉輪旋轉(zhuǎn)一圈周期內(nèi)，一共存在6個(gè)周期，與葉輪一共包含6張葉輪葉片14相對(duì)應(yīng)。全封閉方案的瞬時(shí)扭轉(zhuǎn)力矩在各個(gè)峰值上明顯小于半封閉以及全封閉方案，且一直在0附近波動(dòng)，說(shuō)明當(dāng)葉輪葉片14在整個(gè)的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中可能不停的順時(shí)針逆時(shí)針交替旋轉(zhuǎn)，基本喪失了發(fā)電機(jī)的功能，因此效果較差。而對(duì)于半封閉方案來(lái)說(shuō)，其扭矩整體上處于正值，且數(shù)值相對(duì)較高，但也有部分時(shí)間處于負(fù)值，說(shuō)明當(dāng)葉片旋轉(zhuǎn)在此位置時(shí)力矩接近于0，電機(jī)有可能不能啟動(dòng)。對(duì)于全開(kāi)口方案來(lái)說(shuō)，其峰值扭矩最大，達(dá)到了200n·m，基本是其他兩種方案的兩倍，且只有較短的時(shí)間位于負(fù)值，這說(shuō)明電機(jī)的整體小路要明顯高于其他兩種方案，但是在個(gè)別的時(shí)間點(diǎn)上，電機(jī)的啟動(dòng)力矩接近為0，說(shuō)明在電機(jī)仍然有可能不能啟動(dòng)。從總體上來(lái)說(shuō)全開(kāi)口方案的扭矩的均值是半開(kāi)口的三倍，而基本上是全封閉的10倍。然后，本發(fā)明公開(kāi)了一種鐵路貨車車廂，包括上述實(shí)施例公開(kāi)的鐵路貨車離心式垂直軸風(fēng)力發(fā)電裝置，發(fā)電裝置設(shè)置于距離鐵軌1.5m-2m處的鐵路貨車車廂的側(cè)面上，第一平行導(dǎo)流板24和第二平行導(dǎo)流板34平行鐵路貨車的行駛方向。由于風(fēng)力發(fā)電裝置需要安裝在車體的外側(cè)，因此必須要考慮一個(gè)重要的制約因素，即車輛限界。參照我國(guó)制定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)矩鐵路機(jī)車車輛限界(gb146.1-83)，車體高度不得大于4.8m，而現(xiàn)有的貨車車體高度基本已到4.8m，所以不適合安裝在車頂，同時(shí)，由于車底部的氣流紊亂，且平均風(fēng)速不大，所以本實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電裝置設(shè)置在貨車車廂的側(cè)面上，而對(duì)于列車兩側(cè)區(qū)域，限界為3.4m，現(xiàn)有的貨車車廂車體實(shí)際寬度為2.96m，因此車體的單側(cè)可以在限界標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)有223mm的空間裕量，固在本實(shí)施例中，第一導(dǎo)流部2和第二導(dǎo)流部3沿車廂寬度方向的尺寸為0.1m-0.3m，優(yōu)選0.2m，第一導(dǎo)流部2和第二導(dǎo)流部3沿車廂高度方向的尺寸為0.6m-1.0m，優(yōu)選0.8，同時(shí)，發(fā)電裝置設(shè)置于距離鐵軌上1.8m處，在該區(qū)域的第一導(dǎo)流部2和第二導(dǎo)流部3形成的開(kāi)口能捕捉到最大的風(fēng)能，同時(shí)，在雙線鐵路的車輛會(huì)車時(shí)，其通過(guò)第一導(dǎo)流部2和第二導(dǎo)流部3的風(fēng)速會(huì)急速上升，更有利于實(shí)現(xiàn)高效的風(fēng)電轉(zhuǎn)換。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)12