CN101879868A

CN101879868A - 列车车顶上的环保风力发电设备的设计

Info

Publication number: CN101879868A
Application number: CN2010101882097A
Authority: CN
Inventors: 李坚
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2010-11-10

Abstract

一种列车车顶上的风力发电装置，它以长条型布置，它的头尾各安装一个三相交流发电机，它们的转子轴是通过花键和花键套筒与风扇的轴连在一起的；由多个轴承固定，中间一个为正转或反转的单向运转轴承，它每隔一定距离就安装一个共轴小风扇，一条风力发电装置安装有若干个共轴小风扇；多条风力发电装置在车顶排列，所有发电机所发出的电并联集中到一个升压稳压器上，再分别输送到蓄电池或负载上，它可使铁路企业节能降耗、增收节支，又可以使人们享受低碳的生活，同时，当列车遇到意外时能保证电力的供应，为抢险救灾、防损防灾、稳定人心提供一定的物质基础。

Description

列车车顶上的环保风力发电设备的设计

所属技术领域

本发明涉及列车车顶上的环保风力发电设备的设计。且本发明仅适合普通列车和快速列车，而不适合用于动车组等高速列车。

背景技术

目前，公知的列车多种多样，有普通列车、快速列车和包括动车组在内的高速列车，它们的动力是由内燃机带动或由外电网通过受电弓向电力机车提供动能；而其用电则是由内燃机带动发电机组发电；或通过受电弓和变压整流设备把电网上的高压电变为列车上的各种各样电流，提供给各用电器使用，能耗较大；或者是采用小型柴油机发电机组供电，耗费大量柴油；再有就是通过车轴上的万向轴传动装置带动三相感应发电机发电，但当列车没有运行时那发电工作就马上停止了。

列车上原有的各种所需电能受外界因素影响较大，电网或发电车故障可能使全列车断电，车轴发电机在列车没有运行时没法提供电能，独立柴油发电机组耗费大量燃油，蓄电池等包括应急电源在内有一定的时间性等等。

由于在世界范围内能源短缺日益加剧，燃油价格飞涨，我国的各项各业的成本都因燃油价格的上升而大幅增加，目前，节能环保的列车已提上议事日程，在额定的牵引功率下，尽可能降低能耗以实现列车运行的高运能和低成本，应该是铁路企业的一个永恒的追求目标。

我国幅员辽阔、铁路的非电气化的区段还有很多，西部地广人稀、大风日子较多。万一列车运行到荒无人烟的地方或深山峡谷的附近发生故障，无法动弹，甚至机车没有电力输送；或因自然灾害而被迫滞留当地，进退两难，而等待救援需时，蓄电池电量或将耗尽，独立柴油发电机组的燃油支持不了多久。在这种情况下，无论是列车员还是乘客，在白天也许会没有那么难受，而在寒风凛列、周围漆黑一片的荒凉之夜就会觉得十分难熬了。但是，正是在这种情况下，如果列车的各列车厢都装有本发明装置，则只要有风就有电，有电就有灯的光明，有光明人心就稳定，并能满足基本的生活需要，各车厢还可互相支援电力，人们可安心地等待救援了。不但这样，由于有了灯光，也能减小许多不必要的次生灾害的发生。

而本发明则是通过列车车顶上的风力环保的发电设备发电，无论在何时何地，不但在列车运行的时候可以发电，减小列车的能耗，而且在列车停止运行时，只要有风，就可以发电，并将电能储存起来，在需要时使用，且减小了列车在停站或停止运行时对市电的需要，既可以使铁路企业节能降耗，增收节支，又可以使人们享受低碳的生活，一举数得。

虽然本发明装置在列车运行时多少会产生一些与列车运行方向相反的阻力，但这种阻力相对较少，耗能不多。相对于加装本发明装置而产生的巨大效益，它是可以忽略不计的，而且由于基本上是每个车厢顶上都可以安装本发明装置，而它却是日夜运行的。所以，一列火车所产生的电能是非常可观的，全国这么多普通和快速列车如果都安装了本发明装置，那它所产生的效益是非常巨大的。

另外，需说明一点是，目前，当空调客运列车在电气化区段运行时，一般采用25kV电网和电力机车直流600V集中供电、客车分散变流供电方式；在非电气化区段运行时，一般采用大功率发电车三相交流电供电方式。

1、电气化区段机车600V直流供电

在电气化区段，电力机车将受电弓接受的25kV单相高压交流电，经降压、整流、滤波成600V直流电后，分两路向空调客车供电，空调客车通过配电柜进行集中供电、分散变流。

所谓集中供电是指机车提供DC600V的列车供电母线电压，在列车上设2路互相独立的DC600V供电母线。

所谓分散变流的指各车厢上的逆变器将DC600V电压逆变成三相380V、单相220V交流电源后向各车厢用电设备供电。

为保证控制及照明不间断，列车上还要设置DC110V供电母线，各车厢设DC110V电源。机车上的供电钥匙、列车集中控制设备和各车厢内的供电设备三方之间构成列车供电集中控制电路，只需司机操作供电钥匙就可自动启动或停止各车厢的供电设备。

通过各车厢上的电选择开关，可将一路600V直流电送入空调逆变电源装置及DC110V电源装置。空调逆变电源可将600V直流电逆变成三相50Hz交流电，向空调装置、电开水炉等三相交流用电负载供电；DC110V电源装置可将600V直流电变换成110V直流电，给蓄电池组充电并向照明、供电控制等负载供电。

2、非电气化区段大功率发电车交流供电

在非电气化区段，内燃机车牵引的空调客车采用大功率发电车交流供电，或采用专用发电机600V直流供电。

如果发电车的输出为两路三相50Hz、380V交流电，空调客车通过配电柜供电选择开关，将其中一路三相交流电直接向空调装置、电开水炉等三相用电负载供电；通过DC110V电源装置将三厢交流电变换成110V直流电，给蓄电池组充电的同时向照明、供电控制等负载供电。

如果专用发电车输出为两路600V直流电，空调客车通过配电柜电选择开关将其中的一路600V直流电送入空调逆变电源装置及DC110V电源装置。空调逆变电源将600V直流电逆变成三相50Hz交流电，向三相用电负载供电；DC110V电源装置将600V直流电变换成110V直流电，给蓄电池充电的同时向110V直流用电负载供电。

发明内容

为使铁路企业节能降耗、增收节支，又可以使人们享受低碳的生活，同时，当列车遇到意外时能保证电力的供应，为抢险救灾、防损防灾、稳定人心提供一定的物质基础。本发明提供了一种列车车顶上的环保风力发电装置的设计，

本发明的内容是：结合列车的原有设备，在每节客运列车车厢的顶上，沿车厢长度的方向，安装8条风力发电装置22；每4条风力发电装置22一排均匀排列在列车车顶上的一边；每条风力发电装置22的头尾各安装一个三相交流发电机26相对应，它们的转子轴的前端镶有花键32，通过花键套筒31与风扇的轴27连在一起的；风扇轴27上每隔500mm安装一个小风扇28，一条风力发电装置22安装有14个共轴小风扇28；为保证发电机26的适当工作强度及电流方向的一致性，在风扇轴27的中点处，安装一个楔块式单向运转轴承(正转)21或楔块式单向运转轴承(反转)29，相邻两条轴上的楔块式单向运转轴承21和29的安装方向相反，致使相邻两条轴的旋转方向相反，但每排中间的两条轴，或旁边两条轴旋转方向相同的。

同时，由于每条风力发电装置22沿车厢长度方向安装，相对较长，加上铁路客车运行方向经常变化，运行中存在振幅为20mm、频率为1～100Hz的振动和冲击。为避免在列车运行时风扇转轴27对发电机26的冲击，发电机26转子轴的前端镶有花键32，与风扇轴27之间用花键套筒31连接，在楔块式单向运转轴承21或29与每个发电机26的中间的轴上，各安装一个支承运转轴承及轴承座30。

虽然风力发电装置的风扇28相对较小，但在一条风力发电装置上有14个小风扇，它们一起受风的吹动而产生合力，所以它们总的作用就相当于一个大风扇，能驱动发电机26以较快的速度旋转，发出较多的电能，也就是说，在设备的安装界限内安装本风力发电装置，采用小径风叶和多个风扇同时受风吹动运行的形式，一个车厢的112个风扇共带动16台发电机，同样可达到较大的发电效果。

风力发电机26所发出的交流电能，已由每个发电机的硅整流装置转换成直流电，分别将它们电流的正负极并联到升压和稳压装置4输入正负极上，升压到DC110V后分开两路输出，一路经新增的电源控制柜12输送到本车厢的蓄电池组17，供应给本车厢的有关负载使用；另一路通过车厢间的新增的电力连接器输25和DC110V供电母线5输送到机车内的大容量蓄电池组9，再供给全列车的有关负载使用。为达到上述目的，需要新增一路DC110V供电母线5，每节车厢的两边，原有电力连接器24的旁边，各新增两个电力连接器25。

需强调一点的是，所有风力发电装置都必须安装在列车的设备安装界限内。

本发明所采用的技术方案是：

一、结合列车的原有设备，在每节列车的车厢顶上，并在设备的安装界限内，沿车厢长度的方向分两排，每排4条安装本风力发电装置22；每条风力发电装置22的头尾各安装一个三相交流发电机26，它们的转子轴镶有花键32，通过花键32与花键套筒31与风扇的轴27连在一起的；风扇轴27每隔500mm安装一个小风扇28，一条风力发电装置22安装有14个共轴小风扇28；为保证发电机的适当工作强度及旋转方向的一致性，在风扇轴上27的中点处，安装一个楔块式单向运转轴承(正转)21或楔块式单向运转轴承(反转)29，相邻两条轴的旋转方向相反，但中间两条轴的旋转方向相同，旁边两条轴的旋转方向也相同；在每个发电机26与楔块式单向运转轴承21或29的中间安装一个支承轴承及支承座30。

二、在每个车厢的顶上的适当位置，安装一个升压稳压装置4，其输出电压为DC110V，将车厢顶上的所有发电机26所发出的电流通过各发电机的硅整流装置后输出直流电，分别将它们的电流的正负极并联到升压稳压装置4的输入正负极上；而在车体原有供电母线6的旁边增加一路110V直流供电母线5，并在列车原有的电源控制柜16的旁边增加一个电源控制柜12，每节车厢的两边、原有的电力连接器24旁边各新增两个电力连接器25。

三、发电机26所发出的直流电经升压稳压装置4升压到110V后分开两路输送，一路经新增的电源控制柜12后输送到本车厢的蓄电池组17，在原有电源控制柜16的配合下，供应给本车厢的有关负载使用；另一路也经升压稳压装置4后，通过新增设的车厢间的电力连接器25和新增的一路110V直流供电母线5，输送到机车内的新增的大容量蓄电池组9，再供给全列车的有关负载使用。

四、由于车辆之间通过车端电力联结器24和25沟通车内输电干线，所以车辆可以随意摘挂和编组；又因供电装置不占车内有效空间，全列车输电干线通过车端联结器24和25贯通，并联结成统一电网，因此局部故障不影响列车用电。

五、在列车原有电气设备的基础上，由于本发明而新增加的电气设备有：

1、车顶的风力发电装置8条，

2、升压稳压装置1个

3、110V直流供电母线1路

4、电源控制柜1个

5、电力连接器4个

6、大容量蓄电池1组

本发明的最显著的有益效果是，可使铁路企业节能降耗、增收节支，又可以使人们享受低碳的生活。同时，当列车遇到意外时能保证电力的供应，为抢险救灾、防损防灾、稳定人心提供一定的物质基础。

附图说明

下面结合附图和实施例子对本发明进一步说明。

图1是列车车顶发电装置电路原理图。

图2是列车车顶发电装置全景侧视图。

图3是列车车顶发电装置放大侧视图。

图4是列车车顶发电装置全景俯视图。

图5是列车车顶发电装置放大俯视图。

图6是列车车顶发电装置单条结构示意图。

图7是发电机与风扇轴连接图。

图8是楔块式单向运转轴承安装侧视图。

图9是楔块式单向运转轴承主视图。

图10是列车车厢左视图。

图中：

1.机车，

2.客车，

3.新增的车顶发电装置，

4.新增的升压稳压装置，

5.新增的DC110V风力发电供电母线，

6.DC600V供电母线，

7.DC110V供电母线，

8.供电控制线，

9.新增的大容量蓄电池组，

10.整流装置，

11.供电集中控制装置，

12.新增的电源控制柜，

13.逆变器1

14.充电器

15.逆变器2

16.电源控制柜

17.蓄电池组

18.应急电源

19.所有负载

20.列车车厢

21.楔块式单向运转轴承(正转)

22.单条风力发电装置

23.列车空调设备

24.电力连接器

25.新增的电力连接器

26.发电机

27.风扇轴

28.风扇扇叶

29.楔块式单向运转轴承(反转)

30.支承轴承及轴承座

31.花键套

32.花键轴

具体实施方式

现以25型客车为例，说明本发明的具体实施方式：

一、结合列车的原有设备，在列车的车厢顶上，并在设备的安装界限内，沿车厢长度的方向分两排，每排4条安装本风力发电装置22；每条风力发电装置22的头尾各安装一个三相交流发电机26，它们的转子轴的前端镶有花键32，通过花键32和花键套筒31与风扇的轴27连在一起的；风扇轴27每隔500mm安装一个小风扇28，一条风力发电装置22安装有14个小风扇；为保证发电机的适当工作强度及旋转方向的一致性，在两发电机的连接轴上的中点处，安装一个楔块式单向运转轴承(正转)21或楔块式单向运转轴承(反转)29，相邻两条轴的旋转方向相反，但中间两条轴的旋转方向相同，旁边两条轴的旋转方向也相同；在每个发电机与楔块式单向运转轴承的中间安装一个支承轴承及支承座30。

二、在每个车厢的顶上的适当位置，本例将其设计在空调装置23里的一个空隙，安装一个升压稳压装置4，将车厢顶上的所有发电机26所发出的电流且通过各发电机的硅整流装置后输出直流电，分别将它们的电流的正负极并联到该升压稳压装置4内的输入正负极上；该升压稳压装置4输出电压为DC110V，在车体原有供电母线6的旁边新增加的一路110V直流供电母线5，并在列车原有的电源控制柜16的旁边增加一个电源控制柜12，每节车厢的两边、原有的电力连接器24的旁边各新增两个电力连接器25。

三、发电机26所发出的直流电经升压稳压装置4升压到110V后分开两路输送，一路经新增的电源控制柜12后输送到本车厢的蓄电池组17，在原有的电源控制柜16的配合下，供应给本车厢的有关负载使用；另一路也经升压稳压装置4后通过新增设的车厢间的电力连接器25和新增的DC110V供电母线5输送到机车内的大容量蓄电池组9，再供给全列车的有关负载使用。

四、为使发电机26能安全发电，不受雨雪等侵害，发电机26是由可透风的金属罩盖着，可适当大一点，以利发电机26散热；由于为尽可能在图上全面展示本发明的设备之间的关系，所以在说明书附图未画出发电机的金属保护罩

电气化区间内严禁上车顶作业，在车顶作业时，需有安全防护。

Claims

1.一种列车车顶上的风力发电装置，其特征是：它以长条型布置，它的头尾各安装一个三相交流发电机，它们的转子轴是通过花键和花键套筒与风扇的轴连在一起的；若干个风扇共轴，由多个轴承固定，风扇轴上每隔一定距离就安装一个共轴小风扇，一条风力发电装置安装有若干个小风扇；多条风力发电装置在车顶排列，所有发电机所发出的电流并联集中到一个升压稳压器上。

2.根据权利要求1所述的列车车顶上的风力发电装置，其特征是：它以长条型布置，它的头尾各安装一个三相交流发电机，它们的转子轴是通过花键和花键套筒与风扇的轴连在一起的；若干个风扇共轴，由多个轴承固定，风扇轴上每隔一定距离就安装一个共轴小风扇，一条风力发电装置安装有若干个小风扇；多条风力发电装置在车顶排列，所有发电机所发出的电流并联集中到一个升压稳压器上。