风能动力机
技术领域
一种风能动力机属于利用风能产生、输出动力的技术与设备领域。
背景技术
国际上众多已知习用机种风力涡轮机多为三浆叶组装于叶轮、主轴并直驱发电机型式,此类风力涡轮机为获得较大功率输出的需求,它的叶片、叶轮直径愈大,材料强度和制造技术难度与瓶颈也愈大;由于直驱发电机它起始扭矩就要足够大,它构成的风电场大多数情况都必需设立在沿海有强大风力地带才能取得必要的运转条件,此为风力发电不能普遍实施的主要因素之一。
这类风机一般可正常运转发电所需求的风速是15m/s,偏低或偏高的风速发电的效率也就偏低,而风速在25m/s时风机必需切出不作功,否则将损坏发电机组,是以它可利用的风速范围较窄;它还需耗能的风向跟踪导航装置,从而降低风机的效率;另外,这类风力发电机构成的风力发电场占用土地广大,浪费土地资源;为获取较大的风力一部风机一个独立的较高塔柱成为一种高成本的浪费,且维修保养困难,成本高;
再者,当前已知各式各样风机都是单体的、单独的应用层次,因此,其构造之局限性致使仅能单体风机带动一部小容量发电机,成本高,它难以大型化、大规模化,也只能一个个地布设在地面上,占地广大,严峻制约发展。
本项发明:风能动力机是在先申请申请号:2005100979215,发明名称:风能动力机及其风能动力系统与风能发电系统的分案申请,风能动力机是其重要、关键要素,彼此紧密合成一体,密不可分。该项发明主要目的是要解决当前风力发电机组及其构成的风力发电场之三项关键技术瓶颈、缺陷与不足的问题:a.年发电时数少;b.占地广袤;c.发电效率和发电效益太低。
发明内容
提供一种创造性技术内涵与构成要素的风能动力机及结合在先申请的发明:风能动力系统与风能发电系统以解决上述风力发电机组、风力发电场问题,追求一种动力与发电完美技术系统和设备以缓解矿物能源愈为稀缺价昂的严峻形势及逐渐取代火力发电厂进而作为主要电能供应方式;同时减轻甚或消除地球生态环境污染、破坏,促使风能发电的普及化实施,促进人类经济与社会文明可持续良性健康发展的理想目标是实现本发明的目的。
为实现上述目的,本发明是通过下述技术方案实现的:
一种风能动力机,包含:一竖立设置的中心旋转体1周围等份分布设置一 个单元的数组机架部2,或沿其长度方向纵向连设至少二个单元的数组机架部2,每组机架部2设置至少一套在设定范围内可转动的动力生成部3。
所述动力生成部3形框3a在左右两边框体纵向高度的大致二分之一部位各具有同一水平中心线的支撑轴3c,它配以轴承3d安装在相对应的机架部2左右两立柱2c、2d上,构成能依循支撑轴为中心随风向变化,在处于逆风行程过程时自动翻转成使其整个面与气流方向呈近乎水平的无气流阻力的状态,而当处于顺风行程过程时自动归位成封闭的对气流形成垂直向承受推压力的状态,从而驱动机体总体的旋转构成一部风能动力机AP。
于所有各组机架部2立柱2c、2d一侧各设有安装在一个合并组合架2i的可控制风能动力机运转或停止的动力生成部制动器8与限定动力生成部掀起角度的开启幅度调整定位器7;该制动器以导电体或电缆和设置在中心旋转体1下端轴部1e或上端轴部1f的配电器21电气连接,可通过配电器21的通电开关22控制电路的接通或断开而令制动器释放或限制动力生成部翻转。
所述中心旋转体1上端具有装设轴承4的轴部1b和装设离合器5或联轴器6的轴部1d或还具有装设配电器的轴部1f;而下端具有装设轴承4的轴部1a和装设离合器或联轴器或齿轮的轴部1c,或还具有装设配电器的轴部1e;中心旋转体主体为型钢管或方型钢管做成,其周围纵向适当的多部位具有安装机架部2的螺丝孔或通孔,机架部以螺栓或扣件组合其上或组合后再加以焊接;两端轴部1a、1b分别镶坎焊接于主体型钢管两头并经机械同心精加工构成。
每组机架部2由立柱2c、2d、上横梁2a、下横梁2b、斜拉杆2e和固定安装板2f及合并组合支架2i整体焊接组合构成,或以扣件组合并于总装时再加以焊接而成;在连设二个单元或二个单元以上的复数组机架部的构成情况,上横梁与下横梁之间的中间横梁或各横梁则为共用横梁2g;立柱、横梁和共用横梁可以是钢管或方型钢管做成;于上横梁顶面和下横梁底面近外周围各设有一个固定、保持机架部稳固的加固环2h;于下单元的各组机架部之下横梁2b底部大致居中部位设有轻量化的支撑滑轮21。
合并组合支架2i为有一定长度的方形钢管分别焊接于立柱2c、2d一个侧边即背风的一边的设定部位,其靠近末端位置各分别安装一组动力生成部制动器8和开启幅度调整定位器7,此两位置接近定位挡块3f且各自对应型框3a两侧边下部位。
机架部2通过固定安装板2f的通孔2j以螺栓组合在相对应的中心旋转体1上,或组合后加以适当焊接。
所述动力生成部3具有一个以型钢管或方型钢管焊接构成的型框3a,其中一面作为封闭的承受风力的底面以薄板3b不透风与型框周围封闭焊接,型框正面内部区域形成一定深度的凹形容器状,其纵向和横向各具有数条大致分隔成 区的隔片3e,型框两边框下端具有定位挡块3f,型框左右两边框高度的大体二分之一位置各具有同一水平中心轴线的支撑轴3c,它配以轴承3d以螺栓通过螺栓通孔2k将动力生成部安装在机架部2上。
上述配电器21及其通电开关22的构成是:配电器具有一绝缘体环21a,沿其外圆周分布有两条隔开适当间距的沟槽,两沟槽内各设置导电轨21b,导电轨电连接导电线21e并电连接动力生成部制动器之激磁线圈的导电线8f;绝缘体环以中心孔21c套装在轴部1e或1f以键槽21d与键和螺钉固定在轴部上。
通电开关22具有两只分开对应配电器沟槽可操作进入触压导电轨21b的导电碳刷22a,两导电碳刷分别和接通电源的导电线22i电连接;两导电碳刷各装设在绝缘的套具22b的托架22c中,托架两端各设有支撑滑动的导杆22d并分别装有压缩弹簧22h,导杆可滑动地插装在固定在支架22f的滑动轴承22e与通孔22j中,托架居中部位装设操纵杆22k,它外端穿过支架通孔并设有球形把手221,操纵杆上分隔一定距离间的上定位点与下定位点各具有一互为90°位置的定位销22m、22n。
通电开关若以自动方式操作,则球形把手改为连接一个小气压缸并以气压管接通副蓄压气筒槽及电连接自动控制系统E。
所述动力生成部制动器8具有一根螺杆8a,此螺杆可滑动配合插装于合并组合架2i,藉由上下两个螺母8b固定,螺杆下端为一外壳8c,它内部中空空间设置产生磁场力的铁心与激磁线圈组8e,以铁片8d加以固定,激磁线圈导电线8f电连接配电器21之导电线21e。
动力生成部开启幅度调整定位器7具有一根螺杆7a,它可旋转上下移位调节地丝接于固定在合并组合架内的螺母套7b中以螺母7c固定,螺杆下端轴部7e装设一可吸收冲击力的弹性物体或缓冲器7d,它可以丝接和插销固定。
本发明的有益效果在于:
1.本发明风能动力机可以大面积、高效率迎接各方向风力以产生更佳最大化旋转能量;材料与构造强度极佳且易于加工制造;其无耗能的方向导航装置,亦不直接驱动发电机运转,是以起动转矩、切入运转所需风速低许多;
2.透过本发明风能动力机通过结合在先申请所述的风能动力系统与风能发电系统之特殊高层框架结构B能够向高空垂直集成技术特征,运用组合集成手段方法构成大规模动力,从而可采用更大发电容量的发电机,减少发电机需要数量,大量节省资源与成本,比如单机3兆瓦容量,组合集成上二层与下二层各2部风能动力机就能构成为一个单元12兆瓦的风能动力机发电机组,这样一个单元就能节省3台发电机,而一座高层框架结构B可以有数个单元至数十个单元;同时,风能动力机、发电机和所有设备都设置于自然气流流通无阻的框架结构自由开放空间,散热良好寿命长,维修保养容易,降低资源消耗和成本; 还由于受到框架结构顶层遮蔽保护作用,免受雨雪侵蚀,设备使厨寿命长;
3.本发明风能动力机运用空压储能或水能储能等技术方法,将风力强大时的能量储存,同时利用储能作用控制风能动力机保持转速稳定,于无风时提供储存的能量以发电,提高发电机可发电时数,维持发电机正常运转与发电质量;
4.运用空压储能技术系统控制风能动力机和发电机在强大风力时或无风时也能正常稳定地运转作功,不需像一般风机强风时必需切出而导致降低风机风能的利用率和发电率,以及微风无风时长时停机不能发电的困难问题;
5.创造高度利用高空有利环境的高空垂直集成方法技术,一方面大量节约使用土地面积,另方面向高度空间发展建设,充分利用高层空间更强的气流资源,从而获取更多大量的电能;
附图说明
图1是本发明具有二个单元8组机架部2,8套动力生成部的风能动力机AP主要构成要素主视图;
图2是图1风能动力机的俯视图;
图3是本发明风能动力机机架部2的正视图;图4是侧视图;
图5是本发明风能动力机动力生成部3正视图;
图6、7、8分别是图5动力生成部3的仰视图、侧视图、剖视图;
图9是本发明风能动力机AP机架部2的合并组合架2i及安装在其上的开启幅度调整定位器7和动力生成部制动器8组合状态的正视图;图10是图9的侧视图;
图11是本发明风能动力机装设在中心旋转体1轴部1e或1f的配电器21的正视图;
图12、13是图11配电器21的剖视图与俯视图;
图14图15是配电器21的通电开关22的俯视图、正视图;
图16是本发明风能动力机的示意图及其实际应用于一种风能发电系统之构成示意图。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本发明进一步描述:
本发明风能动力机创新思维在于使风能动力机AP能够结合高层框架结构B应用积层组合方法向高空集成拓展;不仅干此,还因为能获取高空中强大持续的气流而提高年有效动力输出时数或年有效发电时数,使之在一定的小面积用地上即能建造一座大规模发电容量的大型发电厂或大规模动力输出厂,典型的方案是一个0.07平方公里面积用地能够建设二座发电容量各五万千瓦以上的风能发电厂;而目前10万千瓦发电容量的风力发电场一般占地需10多平方公里。因之,风能动力机AP具有其特定、特殊特征。
首先请参看图1所示,表示权利要求1所述的风能动力机AP的主要构成,图2是图1的俯视图。风能动力机AP依据不同功率需求有多种大小规格,本实施例较大型风能动力机AP单机功率具有数千千瓦。
风能动力机AP的构成包含:中心旋转体1,其周围等份分布安装数组机架部2,每组机架部安装至少1套动力生成部3;图中实施例示出具有连设2个单元的8组机架部2,每组机架部安装1套动力生成部3。
中心旋转体1以型钢管或方形钢管做成,两端各嵌入轴部并焊接经同心度精机加工形成各段轴部1a、1b、1c、1d、1e、1f;轴部1a、1b装配轴承4将中心旋转体竖立地安装在下安装架5和上安装架6;轴部1f或1e装有配电器21;轴部1c用以和下方集成的风能动力机的上端轴部1d以离合器5或连轴器6联结。
8组机架部是以上部4组下部4组连设成二个单元的方式组合形成,机架部可以是一个单元或是连设2个单元或以上的组合。上单元机架部项面和下单元机架部底面分别装设有使呈十字形构成的机架部稳固的加固环2h;动力生成部3藉由支撑轴3c以轴承3d能在设定范围圆滑转动地安装在机架部立柱2c与立柱2d大致中间的对应位置。图右边示出动力生成部3处于逆风时可轻易地被气流掀起构成与气流呈近乎水平的无气流阻力的形态,其掀起的幅度受开启幅度调整定位器7控制,其形成的姿态使动力生成部旋转至顺风区时能迅速归位封闭;图左边示出动力生成部处于顺风区域时能轻盈地顺势归位封闭与气流呈垂直向的状态,定位挡块3f靠压在共用横梁2g和下横梁2b定位承受风压。
机架部合并组合架2i设有动力生成部制动器8,并电连接配电器21;要停止运转中的动力机的操作方法是:按下配电器的通电开关22,制动器8接通电流激磁产生磁力吸住动力生成部3,所有动力生成部在处于逆风区掀起开启并顶住定位于开启幅度调整定位器7同时被制动器8吸住,且在顺风区时也不能下翻归位,由是气流无法对动力生成部施加推压力作用,风能动力机即停止运转;只要断开通电开关22电流,制动器消磁,于是任一动力生成部处于顺风区过程时都会自行下翻归位定位,风能动力机便可继续旋转输出动力;风能动力机还可以通过框架结构B各楼层的封隔板或卷门之启闭操作来控制运转或停止。
以下进一步详细说明机架部2的构造,图3为主视图,图4为侧视图,图中示出的是具有两个单元的机架部2,由上横梁2a、下横梁2b、立柱2c和2d、斜拉杆2e和固定安装板2f整体焊接组合构成,也可以螺栓组合并安装于中心旋转体后再加以焊接加固构成,机架部以2个单元形成两层共8组四对互成90度以各组固定安装板通孔2j用螺栓安装在中心旋转体1所设定的相对应位置上;各组机架部立柱2c、2d中间部位具有安装轴承的通孔2k,动力生成部支撑轴3c装配的轴承3d以螺栓安装在此,构成可在设定的转动范围内可控制地掀 起转动。另外,在由2个单元10组框架部构成之情形,中心旋转体1可采用圆形或五边形型钢管构成。于下单元的各组机架部之下横梁2b底部大致居中部位设有轻量化的支撑滑轮21,在支撑滑轮运行轨迹相对应的楼板设置有润滑油浸润的供支撑滑轮滚行的圆环轨道,这一支撑作用可以让风能动力机更大型化。
在立柱2c、2d背风的一侧一定的高度部位具有合并组合架2i,其具有一定的长度,使所安装其上的制动器8接近动力生成部3旋转掀起近乎水平时的型框3a下端或定位挡块部位之上方,以提高吸力作用;合并组合架还装有开启幅度调整定位器7,通过调整其适当高低定位位置使动力生成部翻转开启幅度定位在能在顺风区时归位定位反应迅速。
以图5进一步描述动力生成部3的构成,图6是图5的仰视图,图7是侧视图,图8是图5剖视图。动力生成部3以轻质方型钢管焊接构成一个型框3a,它也可以用如铝合金之类型材或适当材料做成,型框一边做为底面以薄板3b不透风密封焊接,形成一个聚风的凹形的容器状型框,其内部中空区域用薄板作为隔片3e分隔成若干井区;在型框3a垂直两边框大体中间外侧同一水平中心轴线具有支撑轴3e,这个水平中心轴线的支撑位置,使动力生成部在顺风时能轻易迅速垂直归位封闭,形成最大承受风推力;而于逆风行程时,能轻盈地迅速掀起成与风向近乎呈水平形态,最大程度泄除风阻力。型框3a两边框下端正面具有定位挡块3f,这个定位挡块位置使动力生成部顺风归位时能完全平整地套入机架部内使动力生成部与气流方向垂直而承受完全的推压力。
图9显示的是合并组合架2i的结构,它以方型管材做成,前端支架安装制动器8,另一支架安装开启幅度调整定位器7。制动器8具有一根长螺杆8a,它以滑动配合插装于合并组合架的通孔中,螺杆能以上下两个螺母8b调整高低位置并加以固定,下端为一外壳8c,其内部中空空间设有产生磁场力的铁心与激磁线圈组8e并以导电线8f电连接配电器21之导电线21e,铁片8d将铁心激磁线圈组固定在外壳8c里。制动器8的高低位置取决于开启幅度调整定位器7的设定,为避免碰撞,其外壳与掀起的动力生成部保有安全裕度间隙。
开启幅度调整定位器7具有一长螺杆7a,它可以转动上下移位地丝接于固定在合并组合架里的螺母套7b中,它定位后能以螺母7c固定,其前端轴部7e套接弹性物体或缓冲器7d,它以丝接和插销7f固定。弹性物体或缓冲器之设置,在于避免动力生成部触及时产生噪音。
图11是配电器21的正视图,图12为图11的剖视图,图13为俯视图。配电器21有一个绝缘体环21a,沿其外圆周具有两条等份间隔的圆环沟,沟槽内设有铜制的圆环导电轨21b,中心通孔21c用以装配于中心旋转体1的轴部1e或1f,并以键槽21d配键、螺钉固定,两圆环导电轨分别有连接的导电线21e电连接激磁线圈的导电线8f。
图14、图15表示通电开关构成,两个彼此有间距隔开可与配电器21两个圆环导电轨21b匹配触接的导电碳刷22a分别固定在绝缘套具22b内,导电碳刷电连接接通电源的导电线22i,绝缘套具固定在托架22c,托架由两支支撑导杆22d装有压缩弹簧22h可滑动地插装在固定在支架22f的滑动轴承22e与通孔22j中,托架系以紧配合插装于支撑导杆一端且以插梢22g固定。托架居中部位装有操纵杆22k,它一端穿过支架22f通孔的杆前端装有球形把手221,还于杆身上彼此间隔一定距离间的上定位点与下定位点各具有一互为90度角位置的定位梢22m、22n。支架22f则固定在所设定位置的机体,此位置使通电开关的操作令导电碳刷能准确地插入配电器21沟槽内触压导电轨21b;弹簧22h使导电碳刷22a以柔性压力触接导电轨。
通电开关是一个常时开的继电器作用,只有风能动力机AP有必要停机时才以人工操作通电开关;通电开关若以自动控制方式操作,则球形把手换成电控的微型气压缸配以气压管路及电连接自动控制系统E。
图16显示风能动力机集成构成所述的风能动力系统与风能发电系统。这是一种运用一种特殊构造的高层框架结构体B向高空发展垂直组合集成风能动力机AP构成的风能动力机机组2AP或4AP以产生与输出更大动力驱动更大发电容量的发电机运转发电,及透过一种可以对风能动力机在处于各种不同风速情况时通过自动控制系统对储能系统进行调节平衡作用从而保持稳定正常运转,同时能够将风能储存的储能动力系,并且能够在必要时即无风或微风时接替风能动力机驱动发电机保持持续运转发电的风能动力系统。