CN104358659B - 节能风力/水力组合发电装置及系统 - Google Patents

节能风力/水力组合发电装置及系统 Download PDF

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Abstract

一种节能风力/水力组合发电装置及系统，既能风力或水力发电，也可二者混合发电。所述节能风力/水力组合发电装置，在支撑架上至少有四个发电单元；所有对应的左、右叶片轮及对应的上、下叶片轮转向相反，使迎风/水面积利用率最高；发电单元的上、下叶片轮通过同向输出变换装置，至溢流变速发电装置，通过多级单向离合器驱动输出轴，再驱动发电机。当风/水速有变，通过溢流变速发电装置、配重装置，使迎风/水面积自动缩小或扩大，确保正常运转。由多个风力/水力发电装置沿垂直方向、水平方向（S形排列布局）或两个方向的结合叠加构成节能风力/水力组合发电系统。本发明在风区可抵御沙尘暴，在河流、海洋中可混合使用，节约土地资源。

Description

节能风力/水力组合发电装置及系统
技术领域
本发明涉及利用自然力的发电装置，尤其是一种节能风力/水力组合发电装置及风力/水力发电系统。
背景技术
目前的风力或水力发电，都是风轮或水轮机单独与发电机构成发电系统，由于风轮或水轮机受到风力或水流的影响，发电机的转速不稳定，电压不稳，需要电能储存装置（蓄电池），通过转换才能接入电网，而无法直接接入电网。另外，由于风轮或水轮机都是单层设置，风力或水力的利用率低，通常只有30-50%；在水力或风力突然增大的情况下，会因为转速过高，造成发电系统损坏。
发明内容
为了显著提高风力或水力的利用率，使发出的电压稳定，在风力突或水力增大的情况下不损坏发电系统，本发明提出一种节能风力/水力组合发电装置及系统，既可以作为风力发电装置，也可以作为水力发电装置。
本发明的技术方案之一：
节能风力/水力组合发电装置，包括支撑架，在支撑架上至少有四个发电单元，其特征在于：所述发电单元的结构，由上叶片轮、下叶片轮、溢流变速发电装置组成，上叶片轮、下叶片轮的转动方向相反，上叶片轮、下叶片轮的结构是对称的，上叶片轮、下叶片轮同轴安装在支撑架的立柱上；
上叶片轮包括中心支撑柱、沿中心支撑柱呈圆周均布的3-6个上叶片支撑架，叶片支撑架由上下对应的上叶片支撑架、下叶片支撑架组成；所述上叶片支撑架及下叶片支撑架内对应设有滑动槽，滑动槽内沿径向设有1-4个滑座，1-4个叶片的上、下两端能摆动地连接在滑座上；上下对应设有的1-4个滑座通过钢丝绳串联，钢丝绳的一端与配重物连接，钢丝绳的另一端与设置在溢流变速发电装置内的配重接斗连接，实现滑座的运动；从而实现叶片的自动伸缩；
上叶片轮与下叶片轮之间设有同向输出变换装置，同向输出变换装置与溢流变速发电装置传动连接；同向输出变换装置的具体结构：上叶片轮的下端同轴连接有输入内齿轮，下叶片轮的上端同轴连接有输入外齿轮，在上叶片轮的、下叶片轮之间的支撑架的外侧通过轴承沿垂直方向支撑有输入转轴，输入转轴的上端设有外齿轮与输入内齿轮啮合；输入转轴的下端设有外齿轮与输入外齿轮啮合；输入转轴与溢流变速发电装置传动连接；
相邻发电单元的结构对称，相邻发电单元之间的对应关系：对应的两个上叶片轮转向相反，对应的两个下叶片轮转向相反；
所述溢流变速发电装置的结构：包括箱体，箱体内支撑有输入轴、过渡轴、输出轴，输入轴上支撑有输入大齿轮；过渡轴上固定连接有多级过渡变速齿轮，输入大齿轮与过渡轴上的第一级过渡齿轮常啮合，多级过渡变速齿轮分别与输出轴的多级输出齿轮啮合；
多级输出齿轮空套在输出轴上，输出轴的一端固定连接有传动输出端，输出轴的一端固定连接有传动输出端与发电机传动连接；
输入大齿轮沿外圆周设有多个提升槽，大齿轮的旁边设有接料漏斗，接料漏斗与提升槽对应；
每级输出齿轮与输出轴之间设有单向离合器，每级输出齿轮的侧边分别设有接料斗，接料斗分别固定连接在多个拨杆的一端，拨杆的中部转动的支撑在固定轴上，多个拨杆是单向离合器的触发开关；接料斗上设有输送漏斗，输送漏斗的可调漏口与接料斗对应；多个输送漏斗通过管路串联，输送漏斗的进口通过管路与接料漏斗连通，多个输送漏斗处于同一水平位置，接料漏斗的位置比输送漏斗高，最后一个输送漏斗的出口通过管路至配重接斗，配重接斗的位置比输送漏斗的位置低，配重接斗设有回位装置；当上叶片轮或下叶片轮的转速超过设定转速（在风力过大或水力过大的情况下），配重接斗会有油流入，会克服配重物的重力，带动滑座向中心移动，从而带动叶片向中心收缩，减小迎风/迎水面积，决定溢流变速发电装置的工作状态；
所述接料斗、配重接斗上都设有溢流口。
本发明的技术方案之一：
节能风力/水力发电系统，其特征在于：由上述的多个风力/水力发电装置沿垂直方向或水平方向或垂直方向上与水平方向的结合方式通过过渡连接架叠加连接而成。
上述的风力/水力发电系统，由风力/水力发电装置沿垂直方向叠加1-100层连接而成。
上述的风力/水力发电系统，由1-1000个风力/水力发电装置沿水平方向叠加连接而成。
上述的风力/水力发电系统，是由多个风力/水力发电装置沿垂直方向与水平方向的结合方式叠加连接而成，其中水平方向设置1-100风力/水力发电装置，垂直方向设置1-100层风力/水力发电装置。
有益效果：本发明的结构设置，既可以作为风力发电装置或水力发电装置，也可以是下部水力发电、上部风力发电的组合装置；既可以在常年风力比较大的环境使用，也可以在河流（大河、小河）、海洋中使用；具备以下优点：
1、按风区，根据现有技术水平安装制造，能达到100-600米高，可抵御沙尘暴，在有沙尘暴的环境下使用，叶片轮的迎风面积可以变化；
2、放置在河流或海洋上，不需要设置水坝，水面下的叶片轮可以利用水力，水面上的叶片轮可以利用风力；放置在河流或海洋上，增加固定力或牵引力，支撑架全密封，当作漂浮物；
3、可以充分利用自然能源，节约土地资源；
4、本发明可大可小，只要在有风/有水的环境下都可以使用；
5、在风力或水流过大的情况下，配油接斗的油流入量增大，配重接斗的重量加大，带动配重物上移，叶片可以自动缩回，减小迎风/水面积；在风力或水流恢复正常后，配重接斗的重量减轻，配重物下移，使叶片延伸出来，从而决定发电单元的工作状态；
6、由于上叶片轮、下叶片轮采用正、反向设置，在转动时，受力均衡，稳定性好；也由于这种设置，提高了单位面积内的迎风/水面积，增加了扭转力；通过同向输出变换装置，实现同一旋转方向输出至溢流变速发电装置；
7、现有的普通材料就可以制作出本发明的装置和系统；
8、可以多组沿水平方向交错叠加或多层叠加使用，也可以一组单独使用。
本发明的主要创新在于：上、下叶片轮作为一组单元，转动正、反方向对应设置，受力均衡，可以达到多层叠加的目的；通过专门设计的溢流变速发电装置，使发电机的转速稳定，发电电压稳定，不再需要蓄电池，可以直接使用或并入电网。
附图说明
图1是本发明节能风力/水力发电装置的主视图。
图2本发明节能风力/水力发电装置的俯视图。
图3是图1中C处局部放大图。
图4是上叶轮的主视图。
图5是上叶轮的俯视图。
图6本发明中溢流变速发电装置的结构布置图。
图7是图6中D向视图（放大图，以表达单向离合器的结构）。
图8是图7的侧视图。
图9是输送漏斗的一种结构图。
图10是节能风力/水力发电系统的水平方向结构布置图。
在附图1-10中，各附图标记对应的名称为：1、支撑架；2、上叶片轮；3、下叶片轮；4、溢流变速发电装置；5、配重物；6、输入内齿轮；7、输入转轴；8、输入外齿轮；201、中心支撑柱；202、上叶片支撑架；203、下叶片支撑架；204、滑动槽；205、滑座；206、叶片；207、钢丝绳；208、横向连杆；401、箱体；402、输入轴；403、过渡轴；404、输入大齿轮；405、提升槽；406、接料漏斗；407、过渡变速齿轮；408、固定轴；409、输出齿轮；410、输出轴；411、传动输出端；412、单向离合器；413、接料斗；414、输送漏斗；415、拨杆；416、发电机；417、配重接斗；418、回位装置；410-1、传动槽；412-1、复位弹簧；412-2、支撑转轴；412-3、摆杆；414-1、调节阀门；A、节能风力/水力发电装置；B、过渡连接架。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
参照附图1-9所示：节能风力/水力组合发电装置，包括支撑架1，在支撑架上至少有四个发电单元，所述发电单元的结构，由上叶片轮2、下叶片轮3、溢流变速发电装置4组成，上叶片轮2、下叶片轮3的转动方向相反，上叶片轮、下叶片轮的结构是对称的，上叶片轮2、下叶片轮3同轴安装在支撑架的立柱上；
上叶片轮包括中心支撑柱201、沿中心支撑柱呈圆周均布的3-6个叶片支撑架（本实施例为5个），叶片支撑架由上下对应的上叶片支撑架202、下叶片支撑架203组成，上叶片支撑架202之间也设有横向连杆208，下叶片支撑架203之间设有横向连杆208；所述上叶片支撑架及下叶片支撑架内对应设有滑动槽204，滑动槽内沿径向设有1-4个滑座205，1-4个叶片206的上、下两端能摆动地连接在滑座205上；上下对应设有的1-4个滑座205通过一根钢丝绳207串联，钢丝绳207的一端与配重物5连接，钢丝绳的一端与设置在溢流变速发电装置4内的配油漏斗417连接，实现滑座的运动；从而实现叶片的自动伸缩；
上叶片轮与下叶片轮之间设有同向输出变换装置，同向输出变换装置与溢流变速发电装置传动连接；同向输出变换装置的具体结构：上叶片轮的下端同轴连接有输入内齿轮6，下叶片轮的上端同轴连接有输入外齿轮8，在上叶片轮的、下叶片轮之间的支撑架的外侧通过轴承沿垂直方向支撑有输入转轴7，输入转轴的上端设有外齿轮与输入内齿轮6啮合；输入转轴的下端设有外齿轮9与输入外齿轮8啮合；输入转轴与溢流变速发电装置传动连接；
所述溢流变速发电装置4的结构：包括箱体401，箱体内支撑有输入轴402、过渡轴403，输出轴410，输入轴上支撑有输入大齿轮404，输入大齿轮404与过渡轴上的多级过渡变速齿轮407常啮合（与第一级过渡变速齿轮），多级过渡变速齿轮407分别与输出轴的多级输出齿轮409啮合；
多级输出齿轮409空套在输出轴410上，输出轴的一端固定连接有传动输出端411，传动输出端411与发电机416传动连接；
输入大齿轮404沿外圆周设有多个提升槽405，大齿轮的旁边设有接料漏斗406，接料漏斗与提升槽对应；
每级输出齿轮与输出轴之间设有单向离合器412，每级输出齿轮的侧边分别设有接料斗413，接料斗413分别固定连接在多个拨杆415的一端，拨杆415的中部转动的支撑在固定轴408上，多个拨杆是单向离合器412的触发开关；接料斗上设有输送漏斗414，输送漏斗414的漏口处装有调节阀门414-1，输送漏斗的漏口与接料斗413对应；多个输送漏斗414通过管路串联，输送漏斗的进口通过管路与接料漏斗406连通，多个输送漏斗416处于同一水平位置，接料漏斗406的位置比输送漏斗414高，最后一个输送漏斗的出口通过管路至配重接斗417，配重接斗417的位置比输送漏斗414的位置低，配重接斗设有回位装置418；当上叶片轮或下叶片轮的转速超过设定转速（在风力过大或水流过大的情况下），配重接斗417会有油流入，会克服配重物5的重力（图5所示，配重物5不是溢流变速发电装置的一部分，而是为了清楚表达，刻意放在图上），带动滑座向上叶片轮或下叶片轮的中心移动，从而带动叶片向中心收缩，减小迎风/迎水面积，决定溢流变速发电装置的工作状态；
所述接料斗413、配重接斗417上都设有溢流口。
如附图7-8所示，单向离合器412的一种结构：包括复位弹簧412-1、支撑转轴412-2、摆杆412-3，在输出齿轮409上设有凹腔，支撑转轴412-2沿轴向装在输出齿轮409上，摆杆412-3套装在支撑转轴412-2的径向孔中，复位弹簧412-1装在摆杆412-3的一端之上，摆杆415的触头顶在摆杆412-3的一端之下；输出轴410上设有传动槽410-1；复位状态下，摆杆412-3的另一端脱离传动槽410-1；工作状态下，摆杆412-3的另一端卡入传动槽410-1。
如图9所示，输送漏斗414上设有阀门414-1。
如图10所示，是节能风力/水力发电系统的水平方向布置示意图，由多个节能风力/水力发电装置A沿水平方向通过过渡连接架B交错叠加连接而成；图10中所示，过渡连接架B是一个阶梯状连接架，多个节能风力/水力发电装置A通过阶梯状连接架交错叠加连接后，构成S形排列布局。
本发明中，节能风力/水力发电系统，由多个风力/水力发电装置沿垂直方向或水平方向或垂直方向与水平方向的结合方式通过过渡连接架叠加连接而成。
图10所示，是多个风力/水力发电装置在水平方向上的布置，既适合单纯水平叠加连接的方式，也适合垂直方向与水平方向的结合方式，这种S形排列布局连接，具有很好的稳定性。
图10所示，是多个风力/水力发电装置在水平方向上的最优化布置。只要能达到目的，多个风力/水力发电装置在水平方向上的布置有多种情形选择，不局限于图10所表达的S形排列布局。
理论上，在本发明中，多个风力/水力发电装置在垂直向上方向叠加层数不受限制，多个风力/水力发电装置沿水平方向叠加数量不受限制；实际操作中，多个风力/水力发电装置在垂直方向的叠加层数可为1-100层，由1-1000个风力/水力发电装置沿水平方向叠加连接。

Claims (6)

1.风力或/和水力发电装置，包括支撑架，在支撑架上至少有四个发电单元，其特征在于：所述发电单元的结构，由上叶片轮、下叶片轮、溢流变速发电装置组成，上叶片轮、下叶片轮的转动方向相反，上叶片轮、下叶片轮的结构是对称的，上叶片轮、下叶片轮同轴安装在支撑架的立柱上；
上叶片轮包括中心支撑柱、沿中心支撑柱呈圆周均布的3-6个叶片支撑架，叶片支撑架由上下对应的上叶片支撑架、下叶片支撑架组成；所述上叶片支撑架及下叶片支撑架内对应设有滑动槽，滑动槽内沿径向设有1-4个滑座，1-4个叶片的上、下两端能摆动地连接在滑座上；上下对应设有的1-4个滑座通过钢丝绳串联，钢丝绳的一端与配重物连接，钢丝绳的另一端与设置在溢流变速发电装置内的配重接斗连接，实现滑座的运动；从而实现叶片的自动伸缩；
上叶片轮与下叶片轮之间设有同向输出变换装置，同向输出变换装置与溢流变速发电装置传动连接；同向输出变换装置的具体结构：上叶片轮的下端同轴连接有输入内齿轮，下叶片轮的上端同轴连接有输入外齿轮，在上叶片轮、下叶片轮之间的支撑架的外侧通过轴承沿垂直方向支撑有输入转轴，输入转轴的上端设有外齿轮与输入内齿轮啮合；输入转轴的下端设有外齿轮与输入外齿轮啮合；输入转轴与溢流变速发电装置传动连接；
相邻发电单元的结构对称，相邻发电单元之间的对应关系：对应的两个上叶片轮转向相反，对应的两个下叶片轮转向相反；
所述溢流变速发电装置的结构：包括箱体，箱体内支撑有输入轴、过渡轴、输出轴，输入轴上支撑有输入大齿轮；过渡轴上固定连接有多级过渡变速齿轮，输入大齿轮与过渡轴上的第一级过渡齿轮常啮合，多级过渡变速齿轮分别与输出轴的多级输出齿轮啮合；
多级输出齿轮空套在输出轴上，输出轴的一端固定连接有传动输出端，输出轴的一端固定连接有传动输出端与发电机传动连接；
输入大齿轮沿外圆周设有多个提升槽，大齿轮的旁边设有接料漏斗，接料漏斗与提升槽对应；
每级输出齿轮与输出轴之间设有单向离合器，每级输出齿轮的侧边分别设有接料斗，接料斗分别固定连接在多个拨杆的一端，拨杆的中部转动的支撑在固定轴上，多个拨杆是单向离合器的触发开关；接料斗上设有输送漏斗，输送漏斗的可调漏口与接料斗对应；多个输送漏斗通过管路串联，输送漏斗的进口通过管路与接料漏斗连通，多个输送漏斗处于同一水平位置，接料漏斗的位置比输送漏斗高，最后一个输送漏斗的出口通过管路至配重接斗，配重接斗的位置比输送漏斗的位置低，配重接斗设有回位装置；当上叶片轮或下叶片轮的转速超过设定转速，配重接斗会有油流入，会克服配重物的重力，带动滑座向中心移动，从而带动叶片向中心收缩，减小迎风或迎水面积，决定溢流变速发电装置的工作状态；
所述接料斗、配重接斗上都设有溢流口。
2.节能风力或/和水力发电系统，其特征在于：由权利要求1所述的多个风力或/和水力发电装置沿垂直方向或水平方向或垂直方向与水平方向的结合方式通过过渡连接架叠加连接而成。
3.根据权利要求2所述节能风力或/和水力发电系统，其特征在于：由风力或/和水力发电装置沿垂直方向叠加连接而成，层数小于等于100层。
4.根据权利要求2所述节能风力或/和水力发电系统，其特征在于：多个风力或/和水力发电装置沿水平方向通过阶梯状连接架交错叠加连接后，构成S形排列布局。
5.根据权利要求4所述节能风力或/和水力发电系统，其特征在于：由风力或/和水力发电装置沿水平方向叠加连接，数量小于等于1000个。
6.根据权利要求2所述节能风力或/和水力发电系统，其特征在于：是由多个风力或/和水力发电装置沿垂直方向与水平方向的结合方式叠加连接而成，其中，水平方向设置风力或/和水力发电装置的数量小于等于100个，垂直方向设置风力或/和水力发电装置的层数小于等于100层。
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