CN103047088B - 塔架式多级液压垂直轴风力发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种塔架式多级液压垂直轴风力发电机传统单级垂直轴风力发电机存在获得能量低、速度控制困难、自启动能力差以及发电效率低等缺陷。本塔架式多级液压风力垂直轴发电机还包括分液压马达；所述塔架包括至少两层结构，每层均设有至少一组风轮、风轮输出轴和分液压马达，风轮输出轴通过联轴器与分液压马达输入轴连接；所述液压管路一端与储液箱连接，另一端分为若干支路，各支路分别经过各分液压马达后，汇聚为动力管路经过液压马达，然后接回储液箱。本发明传统垂直轴风力发电机的缺陷，广泛适用于风力发电领域，尤其适合村落、通信基站、路面监控、森林防火等的监测站、部队边防哨所、航标灯、油田、教学示范等供电服务。

Description

塔架式多级液压垂直轴风力发电机
技术领域
本发明涉及一种风力发电机，特别涉及一种塔架式多级液压垂直轴风力发电机。
背景技术
风能作为可再生能源的一种，在中国的储藏量相当丰富。根据国家气象局的资料，中国离地10米高的风能资源总储量约32.26亿千瓦，其中可开发和利用的陆地上风能储量有2.53亿千瓦，50米高度的风能资源比10米高度多一倍，为5亿多千瓦；近海可开发和利用的风能储量有7.5亿千瓦。目前，随着人们对风力发电认识的日渐提高和小型风力发电技术的不断成熟，其应用领域也越来越广泛，如：独立运行的无电地区电力建设的集中供电系统(村落电站)和户用系统、电网无法覆盖地区的无电村落或用户的供电、通信基站、高速公路/铁路监控、森林防火等的监测站、部队边防哨所、航标灯、油田、教学示范等的供电服务等。
传统单级垂直轴风力发电机存在获得能量低、速度控制困难、自启动能力差以及发电效率低等缺陷，其限制了风力发电机的规模化应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何克服现有技术的上述缺陷，提供一种塔架式多级液压垂直轴风力发电机。
为解决上述技术问题，本塔架式多级液压风力垂直轴发电机包括塔架式垂直轴风力机和发电机或发电机组，其中塔架式垂直轴风力机包括塔架、设置在塔架上的风轮和风轮输出轴、液压管路、液压马达和储液箱，所述液压马达与所述发电机或发电机组相连接并为其提供动力，其还包括分液压马达；所述塔架包括至少两层结构，每层均设有至少一组风轮、风轮输出轴和分液压马达，风轮输出轴通过联轴器与分液压马达输入轴连接；所述液压管路一端与储液箱连接，另一端分为若干支路，各支路分别经过各分液压马达后，汇聚为动力管路经过液压马达，然后接回储液箱。
如此设计，风轮高度升高，其提供的动力增加，在每一组由风轮、风轮输出轴和分液压马达组成的模块中，每级风轮通过与各自连接的分液压马达输出液压，汇聚后直接驱动液压马达，该液压马达与相匹配的发电机或发电机组相连接，实现了“多对一”的转换模式，克服了传统风力发电机获得能量低的缺陷。
作为优化，所述发电机或发电机组上设有转速传感器，所述液压马达上游动力管路上设有流量阀；所述转速传感器与流量阀之间设有反馈回路。如此设计，液压马达的转速通过转速传感器进行监控和反馈，由流量阀和高速变量液压马达实施调节，维持液压马达的转速不变，使发出的电的频率不变，克服了传统风力发电机速度控制困难的缺陷。
作为优化，所述液压管路的动力管路上于流量阀上游设有能量汇聚单元。如此设计，便于汇聚由各支路输出的能量。
作为优化，所述液压管路的动力管路上于能量汇聚单元上游设有液压储能器。如此设计，由于风能的随机性和间歇性，通过增设液压蓄能器将多余能量以液压能的方式存储起来，使得驱动系统的转速控制和电气控制更加简单易行，同时其能够吸收因风力过大时液压系统产生的冲击和压力脉动。
作为优化，所述液压马达与发电机或发电机组之间设有动力传输单元。
作为优化，还包括自启动蓄能器，该自启动蓄能器通过连通管路接入液压管路，并于该连通管路上设有电磁阀。如此设计，首次启动时，系统先向自启动蓄能器供液，当自启动蓄能器的压力继电器检测到其压力达到设定压力时，为自启动蓄能器供液的电磁阀断电，阀门关闭，停止为其供液；当压力继电器检测到自启动蓄能器压力小于设定值时，电磁阀开启，对自启动蓄能器进行充液。当风轮启动时，电磁阀开启，自启动蓄能器内的液体进入分液压马达的吸油口，推动分液压马达的轴转动，从而驱动风轮转动。
作为优化，所述液压管路各支路于分液压马达下游设有压力继电器。如此设计，保证每级风轮驱动分液压马达输出的压力相同，而输出流量不同，实现在风速较低时，通过上一级风轮产生的能量弥补最低级风轮产生能量的不足，确保发电机或发电机组正常发电。
作为优化，所述塔架各层均为N边形结构，其中N≥3。如此设计，塔架结构坚固且稳定性强，对于各组件的固定牢固，同时节约了土地的使用量，扩大了选址范围。
作为优化，所述塔架相邻两层之间距离为10m。如此设计，理论上，风轮每抬高10m，上10m处风轮发电是下10m处风轮发电的2倍。
作为优化，所述风轮为H型垂直轴风力机风轮，其通过一对联轴器套入分液压马达输出轴并锁紧；所述分液压马达为恒功率内曲线变量液压马达，所述液压马达为高速变量液压马达；所述储液箱为预压式储液箱；所述流量阀为高性能比例流量阀，所述电磁阀为电磁球阀。如此设计，H型垂直轴风力机可接收来自任何方向的风，无须对风，增速齿轮箱和发电机可安装在地面上，运行维修方便；液压油箱放置在地面，而分液压马达放置在具有一定高度的塔架上，吸程较大，故储液箱采用预压式储液箱，预压式储液箱内具有一定的压力，可防止分液压马达吸空。
本发明塔架式多级液压垂直轴风力发电机克服了传统垂直轴风力发电机获得能量低、速度控制困难、自启动能力差和发电效率低等缺陷，广泛适用于风力发电领域，尤其适合独立运行的无电地区电力建设的集中供电系统和户用系统、电网无法覆盖地区的无电村落或用户的供电、通信基站、高速公路/铁路监控、森林防火等的监测站、部队边防哨所、航标灯、油田、教学示范等供电服务。
附图说明
下面结合附图对本发明塔架式多级液压垂直轴风力发电机作进一步说明：
图1是本塔架式多级液压垂直轴风力发电机的平面结构示意图；
图中：1-发电机或发电机组、2-塔架、3-H型垂直轴风力机风轮、4-风轮输出轴、5-液压管路、6-高速变量液压马达、7-预压式储液箱、8-恒功率内曲线变量液压马达、9-联轴器、10-支路、11-动力管路、12-转速传感器、13-高性能比例流量阀、14-反馈回路、15-能量汇聚单元、16-液压储能器、17-动力传输单元、18-自启动蓄能器、19-连通管路、20-电磁球阀、21-压力继电器。
具体实施方式
实施方式一：如图1所示，本塔架式多级液压垂直轴风力发电机包括塔架式垂直轴风力机和发电机或发电机组1，其中塔架式垂直轴风力机包括塔架2、设置在塔架上的H型垂直风力机风轮3和风轮输出轴4、液压管路5、高速变量液压马达6和预压式储液箱7，所述高速变量液压马达6与所述发电机或发电机组1相连接并为其提供动力，其还包括恒功率内曲线变量液压马达8；所述塔架1包括三层、相邻两层之间距离为10m的三边形结构，每层均设有一组H型垂直风力机风轮3、风轮输出轴4和恒功率内曲线变量液压马达8，风轮输出轴4通过一对联轴器9套入恒功率内曲线变量液压马达8输出轴并锁紧；所述液压管路5一端与预压式储液箱7连接，另一端分为若干支路10，各支路10分别经过各恒功率内曲线变量液压马达8，汇聚为动力管路11经过高速变量液压马达6，然后接回预压式储液箱7。
所述发电机或发电机组上1设有转速传感器12，所述高速变量液压马达6上游动力管路11上设有高性能比例流量阀13；所述转速传感器12与高性能比例流量阀13之间设有反馈回路14。所述液压管路5的动力管路11上于高性能比例流量阀13上游设有能量汇聚单元15。所述液压管路5的动力管路11上于能量汇聚单元15上游设有液压储能器16。所述高速变量液压马达6与发电机或发电机组1之间设有动力传输单元17。
还包括自启动蓄能器18，该自启动蓄能器18通过连通管路19接入液压管路5，并于该连通管路19上设有电磁球阀20。
所述液压管路5各支路10于恒功率内曲线变量液压马达8下游设有压力继电器21。
上述实施方式旨在举例说明本发明可为本领域专业技术人员实现或使用，对上述实施方式进行修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，故本发明包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的产品，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种塔架式多级液压垂直轴风力发电机，包括塔架式垂直轴风力机和发电机或发电机组，其中塔架式垂直轴风力机包括塔架、设置在塔架上的风轮和风轮输出轴、液压管路、液压马达和储液箱，液压马达与所述发电机或发电机组相连接并为其提供动力，其特征在于：还包括分液压马达；所述塔架包括至少两层结构，每层均设有至少一组风轮、风轮输出轴和分液压马达，风轮输出轴通过联轴器与分液压马达输入轴连接；所述液压管路一端与储液箱连接，另一端分为若干支路，各支路分别经过各分液压马达后，汇聚为动力管路经过液压马达，然后接回储液箱。
2.根据权利要求1所述的塔架式多级液压垂直轴风力发电机，其特征在于：所述发电机或发电机组上设有转速传感器，与所述发电机或发电机组连接的液压马达上游动力管路上设有流量阀；所述转速传感器与流量阀之间设有反馈回路。
3.根据权利要求2所述的塔架式多级液压垂直轴风力发电机，其特征在于：所述液压管路的动力管路上于流量阀上游设有能量汇聚单元。
4.根据权利要求3所述的塔架式多级液压垂直轴风力发电机，其特征在于：所述液压管路的动力管路上于能量汇聚单元上游设有液压储能器。
5.根据权利要求4所述的塔架式多级液压垂直轴风力发电机，其特征在于：与所述发电机或发电机组连接的液压马达与发电机或发电机组之间设有动力传输单元。
6.根据权利要求1所述的塔架式多级液压垂直轴风力发电机，其特征在于：还包括自启动蓄能器，该自启动蓄能器通过连通管路接入液压管路，并于该连通管路上设有电磁阀。
7.根据权利要求1所述的塔架式多级液压垂直轴风力发电机，其特征在于：所述液压管路各支路于分液压马达下游设有压力继电器。
8.根据权利要求1-6任一所述的塔架式多级液压垂直轴风力发电机，其特征在于：所述塔架各层均为N边形结构，其中N≥3。
9.根据权利要求8所述的塔架式多级液压垂直轴风力发电机，其特征在于：所述塔架相邻两层之间距离为10m。
10.根据权利要求1-6任一所述的塔架式多级液压垂直轴风力发电机，其特征在于：所述风轮为H型垂直轴风力机风轮，其通过一对联轴器套入分液压马达输出轴并锁紧；所述分液压马达为恒功率内曲线变量液压马达，与所述发电机或发电机组连接的液压马达为高速变量液压马达；所述储液箱为预压式储液箱。
11.根据权利要求2所述的塔架式多级液压垂直轴风力发电机，其特征在于：所述流量阀为高性能比例流量阀。
12.根据权利要求6所述的塔架式多级液压垂直轴风力发电机，其特征在于：所述电磁阀为电磁球阀。
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