專利名稱：一種風(fēng)力靜電防風(fēng)固沙的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種防風(fēng)固沙裝置，具體的說，它涉及一種可以利用風(fēng)力產(chǎn)生的靜電來起到 防風(fēng)固沙作用的樹形靜電裝置。
背景技術(shù)：
目前我國北方地區(qū)沙塵暴的年變化特點(diǎn)是春季最多，約占全年總數(shù)的1/2，夏季次之， 秋季最少；按月份來看，四月份發(fā)生的頻率最高，3月和5月份次之，秋季的9月份最低。 內(nèi)蒙古中西部地區(qū)4月份沙塵暴出現(xiàn)頻率最高，春季(3 5月)占全年的73%。
由上述分析可以看出我國沙塵暴大多發(fā)生在春季，這主要原因是春季北方地區(qū)氣溫回 升，大地解凍，同時植被(特別是短命植物)覆蓋率低。北方西部春季干旱少雨，地表干燥 松軟，結(jié)構(gòu)性差。不論是耕地還是荒漠草原，均無植被覆蓋，是含塵量豐富的沙塵源。加之 春季常有實(shí)力強(qiáng)大的冷空氣入侵。由此導(dǎo)致了沙塵暴多集中爆發(fā)于春季。
由上我們可以總結(jié)出沙塵暴的形成有三個基本條件
1. 大風(fēng)，這是形成沙塵暴的動力條件
2. 地面上的沙塵，這是形成沙塵暴的物質(zhì)基礎(chǔ)
3. 不穩(wěn)定的大氣層結(jié)狀態(tài)，這是重要的局地?zé)崃l件。
人類對于遏制大風(fēng)或空氣不穩(wěn)定狀態(tài)方面，迄今還是無能為力。沙塵暴的防治，可著眼 于遏制沙塵源，減弱大風(fēng)風(fēng)速。
我國的八大沙漠、四大沙地以及廣袤的戈壁全部分布在三北地區(qū)，對于當(dāng)前我國沙塵暴 防治技術(shù)現(xiàn)狀，從啟動30年的三北防護(hù)林工程可以看出如果按每年造林面積計算的話，那 么三北地區(qū)應(yīng)該已經(jīng)被全部綠化，但實(shí)際上并非如此，林學(xué)上有句話，叫 〃三分造、七分管〃， 它通俗易懂地說明了保護(hù)在營造林生產(chǎn)中的極端重要性。大部分是沙化土地，沙化草場，進(jìn) 行植樹造林。而在風(fēng)沙起源地的核心地帶， 一望無際的沙漠戈壁和極其惡劣的生態(tài)環(huán)境，使 樹木根本無法存活。
對于表面封蓋的工程(化學(xué))固沙技術(shù)也也存在諸多缺陷。表面封蓋分為脆性封蓋(如 水泥混凝土等)和塑性封蓋(瀝青，高聚塑膠膜等)，使得其在沙地表面形成一層有一定強(qiáng)度 的防護(hù)殼。這種方法收效快，但大面積封蓋成本過高，不能大面積使用。同時由于受沙漠西 北地區(qū)晝夜季節(jié)溫差大，白天日照強(qiáng)烈，易變性老化風(fēng)化嚴(yán)重。物理風(fēng)化作用強(qiáng)烈的影響。 表面封蓋材料在不起風(fēng)沙的時候仍被腐蝕風(fēng)化，且對沙地永久性破壞地表的生態(tài)環(huán)境，所消 耗材料不能二次利用。這些都成為限制其應(yīng)用發(fā)展的主要因素。
由上述可知，我們迫切需要能開發(fā)一種夠能自適應(yīng)風(fēng)沙變化，對環(huán)境土壤無污染破壞 作用。易于維護(hù)的沙塵暴有效防治技術(shù)。到目前為止，尚未見到防塵固沙效果十分理想又環(huán) 境友好易于生產(chǎn)的防風(fēng)固沙裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是提出了一種全新的利用靜電除塵原理的風(fēng)力靜電防風(fēng)固沙，提出一種結(jié)構(gòu)簡單， 使用可靠，防風(fēng)固沙效果十分理想的方法及裝置。
本發(fā)明的原理是這樣的利用風(fēng)力產(chǎn)生的直流電不斷累積高壓正電荷，根據(jù)沙塵揚(yáng)起過 程中的不對稱摩擦導(dǎo)致沙塵帶負(fù)電，利用靜電除塵的原理達(dá)到風(fēng)力靜電防風(fēng)固沙。整個裝置 通過沙塵暴中的風(fēng)力產(chǎn)生直流靜電，且風(fēng)速越大電流越大。直流靜電導(dǎo)致正電荷不斷累積加強(qiáng)，由于同種電荷相斥使靜電樹上的碳纖維互斥伸張。同時在沙塵暴產(chǎn)生過程中，由于不對 稱摩擦作用使揚(yáng)起形成的沙塵帶負(fù)電。這更有利于高壓靜電吸附帶負(fù)電荷的沙塵，靜電樹伸 張的同時也增大了對風(fēng)的阻力。對于風(fēng)力產(chǎn)生直流電的負(fù)電荷則導(dǎo)入大地，同樣通過靜電吸 附，減弱帶正電的大顆粒沙塵的表面移動，從而整體起到防風(fēng)固沙的作用。
由于本設(shè)備直接利用風(fēng)力產(chǎn)生的直流電作為除塵的靜電源，且本身就希望電流能隨風(fēng)沙 的強(qiáng)度的變化而變化。因此，本發(fā)明所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備要比常規(guī)風(fēng)力發(fā)電設(shè)施簡單的多， 同時也就表明其成本和維護(hù)管理費(fèi)用要相對便宜的多。
這主要是因?yàn)槭紫蕊L(fēng)力發(fā)電是供工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電，有時還需要與電網(wǎng)連接，因此，必須 盡量保證風(fēng)輪機(jī)組保持高速穩(wěn)定的產(chǎn)生動力，這就需要增速齒輪箱、離心制動器、液壓系統(tǒng) 等裝置。其次，由于風(fēng)能產(chǎn)生的電能不穩(wěn)定，因此需要儲能設(shè)備，且風(fēng)能發(fā)電要與電網(wǎng)相連 的話必須對電流進(jìn)行輸出轉(zhuǎn)換。這些裝置的安裝維護(hù)也是風(fēng)力發(fā)電價格較高的重要原因。而 本裝置發(fā)電主要是用于對沙塵暴的控制，風(fēng)力產(chǎn)電隨風(fēng)速變化而變化正是所需要的優(yōu)點(diǎn)。因 此也就不需要這些增速穩(wěn)定裝置。同時本裝置的產(chǎn)電直接用于沙塵暴的吸附，不需要儲存及 電流轉(zhuǎn)換。因此，這也是成本和維護(hù)管理費(fèi)用要相對低很多的原因。
主要應(yīng)用領(lǐng)域
1. 戈壁沙漠區(qū)鐵路公路交通，減少風(fēng)蝕，防止沙埋。
2. 沙漠化治理的排頭兵，特別是在綠洲外緣的新墾沙地，沙質(zhì)耕地。植物覆蓋度不足的 半固定沙堆和草場。隨植樹造林而不斷向前推進(jìn)。
3. 吸附固定土壤里細(xì)膩的黏土礦物質(zhì)和有機(jī)物質(zhì)，防止細(xì)沙堆積在土壤表層，起到固化 土壤，保持肥力，保證農(nóng)作物及畜牧也生產(chǎn)。
目前主要的沙塵暴源地治理措施是從治理生態(tài)環(huán)境入手，但是由于沙源地主要集中在西 北，由于西北地區(qū)氣候干旱，沙化嚴(yán)重，植被難以生長，進(jìn)行生態(tài)治理效果差，管理維護(hù)成 本高。而且更重要的是長達(dá)幾十年的植樹治沙由于植物修復(fù)本身難以定量化，加上沙塵暴多 發(fā)生在植被少的春季，效果難以得到準(zhǔn)確的衡量和認(rèn)同。
此外，沙塵暴防治還有表面封蓋固沙。但由于其覆蓋面積大， 一次性投入成本巨大，限 制了實(shí)際應(yīng)用。且大部分時間表面封蓋在遭受晝夜溫差、日曬等西北地區(qū)強(qiáng)烈的風(fēng)化剝蝕作 用。真正防沙時效并不多。且對沙化地產(chǎn)生了難以逆轉(zhuǎn)的污染，之后很難在進(jìn)行植物生態(tài)修 復(fù)跟進(jìn)。
本論文提出的風(fēng)力靜電固沙設(shè)備，技術(shù)難度低，設(shè)備簡單成本低，克服了沙塵暴塵源區(qū) 無法植樹種草，成活率低，管理維護(hù)成本高，更重要的是對沙地地表環(huán)境沒有影響，可以后 續(xù)進(jìn)行植被化。靜電除沙效果可以定量化，易于獲得國際認(rèn)證及相關(guān)支持。


圖1是本發(fā)明風(fēng)力靜電裝置的組成原理示意圖 圖2、圖3是本發(fā)明風(fēng)力靜電樹的原理示意圖 圖4是本發(fā)明的靜電樹布局示意圖 圖5風(fēng)機(jī)的布局示意圖
附圖中各部分組件1小型直流風(fēng)力發(fā)電機(jī)、2風(fēng)機(jī)支架、3地下陰極、4靜電樹支桿、 5靜電樹碳纖維絲、6蒲公英式接頭、7風(fēng)跡線。
具體實(shí)施例方式
如附圖1所示防風(fēng)固沙風(fēng)力靜電樹由靜電樹支桿(4)、碳纖維絲(5)和蒲公英式接
頭(6)組成。小型直流風(fēng)力發(fā)電機(jī)(1)采用的是最常用的交流永磁發(fā)電機(jī)經(jīng)整流器后輸出直流電，機(jī)位高度為10m，其通過導(dǎo)線向靜電樹供電。產(chǎn)生的正電荷通過蒲公英式接頭(6) 向靜電樹碳纖維絲(5)靜電累積，負(fù)電荷通過地下陰極(3)向大地釋放。地下陰極由不銹 鋼板制成，靜電樹支桿(4)由鋼管或混凝土桿或木質(zhì)電桿制成，高度2m。靜電樹碳纖維絲 (5)采用的是碳化2200度的高強(qiáng)度碳纖維絲制成，具有極強(qiáng)的耐高溫，耐磨，抗腐蝕性能， 且導(dǎo)電性能高。蒲公英式接頭(6)材質(zhì)為環(huán)氧樹脂，作用是將靜電均布傳導(dǎo)給各碳纖維絲。 平常狀態(tài)下未起風(fēng)時，如附圖3所示，靜電樹碳纖維(5)由于重力作用自然下垂，表面對沙 塵無吸附作用。碳纖維自然下垂收縮表面積，可以起到減少太陽輻射等對纖維的老化作用。 當(dāng)沙塵暴起風(fēng)時，如附圖2所示，由于正電荷的負(fù)載增多，靜電相斥作用增強(qiáng)，靜電纖維開 始呈四射狀張開，本身表面帶正電荷通過靜電吸附沙塵。同時張開的樹狀纖維對削弱風(fēng)力造 成的湍流也有很強(qiáng)作用。
為了增強(qiáng)靜電樹的表面電荷場強(qiáng)，增大對灰塵的吸附力。如附圖4所示，本發(fā)明也可以 采取小型直流風(fēng)力發(fā)電機(jī)(1)串聯(lián)，增大電源電壓，靜電除塵網(wǎng)并聯(lián)，提高負(fù)載電壓的作用 模式。對于多臺小型直流風(fēng)力發(fā)電機(jī)(1)的布局，如附圖5所示，有關(guān)兩風(fēng)力機(jī)間的最短間 隔距離，可從風(fēng)跡線(7)即氣流流過風(fēng)力機(jī)群后所形成的尾流干擾情況做出估計。其數(shù)值為 風(fēng)輪直徑的5 20倍，最好取8 12倍，以防止風(fēng)車田尾流的干擾。
在上述圖示中，雖然列舉了本發(fā)明較佳實(shí)施例進(jìn)行了說明，但眾所周之，不應(yīng)由該實(shí)施 例反而限制了本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，亦即，任何熟悉發(fā)明創(chuàng)新點(diǎn)的工程技術(shù)科學(xué)研究人員， 若應(yīng)用本發(fā)明主要之特征，進(jìn)行若干細(xì)節(jié)的變動，皆仍屬于本發(fā)明的專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力靜電防風(fēng)固沙方法，其特征在于利用風(fēng)力產(chǎn)生的直流電而不斷累積高壓正電荷，利用靜電除塵原理的達(dá)到風(fēng)力靜電防風(fēng)固沙的方法。
2. —種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力靜電防風(fēng)固沙方法的裝置，其特征 為包括小型直流風(fēng)力發(fā)電機(jī)，靜電樹和地下負(fù)極。整個裝置通過沙 塵暴中的風(fēng)力產(chǎn)生直流靜電，風(fēng)速越大電流越大。直流靜電導(dǎo)致正電 荷不斷累積，同種電荷由于相斥使靜電樹上的碳纖維互斥伸張。而同 時不對稱摩擦使揚(yáng)起形成的沙塵帶負(fù)電，這帶負(fù)電沙塵更有利于高壓 靜電吸附。靜電樹伸張開的同時也增大對風(fēng)的阻力。風(fēng)力產(chǎn)生直流電 的負(fù)電則導(dǎo)入大地，地表通過靜電吸附減弱帶正電的大顆粒沙塵的表 面移動，從而整體起到防風(fēng)固沙的作用。
3. 根據(jù)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求2所述的一種風(fēng)力靜電防風(fēng)固沙方法的裝置，其 特征還包括靜電樹支桿可由鋼管或混凝土桿或木質(zhì)電桿制成，靜電 樹碳纖維絲為高強(qiáng)度碳纖維絲制成，具有耐高溫，耐磨，抗腐蝕性能， 且導(dǎo)電性能高。碳纖維接頭為蒲公英式，作用是將靜電均布傳導(dǎo)給各 碳纖維絲。
4. 根據(jù)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求2所述的一種風(fēng)力靜電防風(fēng)固沙方法的裝置，其 特征還包括正常狀態(tài)下未起風(fēng)時，靜電樹碳纖維由于重力作用自然 下垂，收縮表面積，可以起到減少太陽輻射等對纖維的老化作用同時 表面對沙塵無吸附作用。當(dāng)沙塵暴起風(fēng)時，由于正電荷的負(fù)載增多， 靜電相斥作用逐漸增強(qiáng)。靜電纖維開始呈四射狀張開，本身表面帶正 電荷吸附沙塵，同時張開的樹狀纖維對削弱風(fēng)力也有作用。
5. 根據(jù)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求2所述的一種風(fēng)力靜電防風(fēng)固沙方法的裝置，其特征還包括為了增強(qiáng)靜電樹的表面電荷場強(qiáng)，增大對灰塵的吸附力。 本發(fā)明也可以采取小型直流風(fēng)力發(fā)電機(jī)串聯(lián)，增大電源電壓，靜電除 塵網(wǎng)并聯(lián)，提高負(fù)載電壓的作用模式。
6. 根據(jù)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求2所述的一種風(fēng)力靜電防風(fēng)固沙方法的裝置，其特征還包括對于多臺小型直流風(fēng)力發(fā)電機(jī)的布局中兩風(fēng)力機(jī)間的最 短間隔距離，可從風(fēng)跡線即氣流流過風(fēng)力機(jī)群后所形成的尾流干擾情況做出估計。其數(shù)值為風(fēng)輪直徑的5 20倍，最好取8 12倍，以防 止風(fēng)車田尾流的干擾。
7. 根據(jù)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求2所述的一種風(fēng)力靜電防風(fēng)固沙方法的裝置，其特征還包括本發(fā)明直接利用風(fēng)力產(chǎn)生的直流電作為除塵的靜電源，且本身電流能隨風(fēng)沙的強(qiáng)度的變化而變化。
全文摘要
一種風(fēng)力靜電防風(fēng)固沙的方法及裝置，該裝置利用風(fēng)力產(chǎn)生的直流電而不斷累積高壓正電荷，通過靜電除塵原理的達(dá)到風(fēng)力靜電防風(fēng)固沙的方法。整個裝置包括小型直流風(fēng)力發(fā)電機(jī)，靜電樹和地下負(fù)極。正常狀態(tài)下未起風(fēng)時，靜電樹碳纖維由于重力作用自然下垂收縮表面積，減少太陽輻射等對纖維的老化作用。當(dāng)沙塵暴起風(fēng)時，由于正電荷的負(fù)載增多靜電相斥作用逐漸增強(qiáng)。風(fēng)速越大電流越大，同種電荷累積相斥，靜電纖維開始呈四射狀張開，使其本身表面帶正電荷吸附沙塵，同時張開的樹狀纖維增大了對風(fēng)的阻力面，起到削弱風(fēng)力的作用。對于風(fēng)力產(chǎn)生的直流負(fù)電荷則導(dǎo)入大地，減弱帶正電的大顆粒沙塵的表面移動，從而起到整體防風(fēng)固沙的作用。
文檔編號E02D3/11GK101660308SQ20081014697
公開日2010年3月3日 申請日期2008年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月29日
發(fā)明者李澤唐 申請人:李澤唐