CN104963815B - 一种大功率风力发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大功率风力发电装置，它包括至少两台风机、一台汽轮发电机以及太阳能电加热装置，所述至少两台风机通过并联的输气管道与汽轮发电机的进气口连通，所述太阳能电加热装置与每台风机的待用储气罐电连接；本发明大幅度提高了单台机组装机容量，发电量稳定、输出电压稳定，不需要滤波、整流，可以空间交错层叠布置，更能够有效的利用风场的有限空间。

Description

一种大功率风力发电装置
技术领域
本发明涉及一种发电装置，尤其涉及一种大功率风力发电装置。
背景技术
目前，国内、外主流风力发电机组中，单台功率最大的5兆瓦，由于风效率低(30％-60％)，制造5兆瓦机组，需要诸多大型装备，造价昂贵，单体整机重756吨，叶片长62米，机舱重260吨，安装需要2400多吨的专用起重设备；按照每千瓦6000-8000元的价格计算，一台5兆瓦的机组造价就要3000-4000万元。
火力发电机组单台轻松可以做到500兆瓦，国内最大的能达到1000兆瓦，国内外主流风力发电机组相比火力发电机组，仅就功率而言有些微不足道；在目前有限的风场资源为前提，提高国内风电市场的单台装机容量是风力发电的必经之路，目前国内主流风力发电装置采用水平轴升力型叶片，由于其占用空间体积大，多台风机排列需要一定的间隔距离，极大的限制了风场装机数量，使得风场大量的风力资源不能充分利用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种大功率风力发电装置，其大幅度提高了单台机组装机容量，发电量稳定、输出电压稳定，不需要滤波、整流，可以空间交错层叠布置，更能够有效的利用风场的有限空间。
为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：一种大功率风力发电装置，它包括至少两台风机、一台汽轮发电机以及太阳能电加热装置，所述至少两台风机通过并联的输气管道与汽轮发电机的进气口连通，所述太阳能电加热装置与每台风机的待用储气罐电连接；
所述每台风机包括壳体、叶片组、主轴、主齿轮、至少一个压缩气体生产装置、至少一个待用储气罐和逆止阀；叶片组套接于主轴上部，主轴下部转动连接于壳体内，主轴下端固定有主齿轮，主齿轮与至少一个压缩气体生产装置啮合，至少一个压缩气体生产装置通过管道与至少一个待用储气罐连通，每个压缩气体生产装置与待用储气罐之间的管道上设有逆止阀，防止待用储气罐内的压缩空气逆向回到压缩气体生产装置中；
所述叶片组包括微风启动叶片和垂直轴风力发电机叶片，垂直轴风力发电机叶片套设固定于主轴的上部，微风启动叶片分别套设固定于垂直轴风力发电机叶片上下端的主轴上，所述微风启动叶片是savonius阻力型风力机叶片，微风启动叶片的作用是当只有微风时，就可以带动主轴开始旋转；
所述每个压缩气体生产装置包括从动齿轮、无级变速器、曲轮、曲轴和气缸；主轴下端部穿设于壳体上端面内，主轴下端刚性连接有主齿轮，主齿轮与从动齿轮相啮合，从动齿轮与无级变速器输入端通过联轴器相连，带动无级变速器输入轴转动，防止从动齿轮转动过高，损坏其他设备，无级变速器与曲轮刚性连接，曲轴与无级变速器输出端同步转动，带动曲轴沿气缸的轴向往复运动，气缸的往复运动产生大量压缩气体，通过管道将压缩气体存入待用储气罐内，再通过调压阀将汽轮发电机的余气回送输入气缸内，助推气缸活塞的往复运动；所述气缸上端分别设有第一单向进气阀和第一单向排气阀，所述气缸下端对应气缸上端分别设有第二单向进气阀和第二单向排气阀；
所述每个压缩气体生产装置气缸的第一单向排气阀和第二单向排气阀通过并联管路连通到待用储气罐侧壁上，该管路上设有逆止阀；
所述每个待用储气罐包括密封罐体、碳纤维加热线圈、活塞板、蝶形弹簧；所述罐体上端面设有出气口，罐体侧壁设有进气口，碳纤维加热线圈设于密封罐体内侧壁上部，活塞板下端面通过蝶形弹簧滑动配合于罐体内下部，活塞板直径与罐体内壁直径相匹配，活塞板上端面位于进气口下方；所述每个待用储气罐的出气口通过输气管道并联于汽轮发电机的进气口，该输气管道靠近进气口位置处设有逆止阀，防止第一个风机内的待用储气罐压力减小时，从其他风机的待用储气罐过来的热压缩空气逆向进入第一个风机内的待用储气罐，造成风能浪费，每个待用储气罐的进气口通过并联管路分别与压缩气体生产装置气缸的第一单向排气阀和第二单向排气阀连通，所述碳纤维加热线圈通过导线与风机外的太阳能电加热装置电连接；
所述汽轮发电机的出气口通过并联管路分别与至少一个压缩气体生产装置气缸的第一单向进气阀和第二单向进气阀连通，该并联管路上设有调压阀；
所述太阳能电加热装置包括太阳能电池和温控器，太阳能电池通过导线与温控器电连接，温控器通过导线与每台风机内的每个待用储气罐内的碳纤维加热线圈电连接，太阳能电池板吸收太阳能转化为电能存储在太阳能电池内备用，当需要给待用储气罐加温时，温控器释放电流通过导线控制待用储气罐内部的碳纤维加热线圈对待用储气罐内的压缩空气升温，待用储气罐内的压缩空气升温膨胀，将活塞板向罐体底壁压缩，使罐体储存更多的热压缩空气，当温度达到限定值时，温控器停止输出电流，停止对待用储气罐内的压缩空气加热，待用储气罐内部的温度达到限定值，在调节阀和蝶形弹簧的共同控制下，待用储气罐内的热压缩空气进入输气管道进而到达汽轮发电机的扇叶做功发电，而后的余气通过带有调压阀的管路输送回压缩气体生产装置气缸的第一单向进气阀和第二单向进气阀，当多个汽轮发电机组并行发电，需要大幅度提高单台汽轮发电机组的容量时，仅仅依靠多台压缩机提高气体容量是不能满足汽轮发电机发电要求的，这时就需要温控器、太阳能电池、碳纤维加热线圈以及蝶形弹簧共同的配合控制升温压缩气体，提高罐体内气体的压力值，当输入汽轮发电机的气体压力提高、容积增大后，才能满足单台机组大功率发电的要求。
所述汽轮发电机进气口的管径为缩径结构，该进气口远离汽轮发电机一端的管径大于靠近汽轮发电机另一端的管径，如此，使得进气口靠近汽轮发电机另一端管路内的气体压力升高，通过该处的气体可以以更高的速度冲向汽轮发电机的扇叶。
所述壳体下部侧壁上开设有检修门，便于对课题内部的待用储气罐和压缩气体生产装置进行检修。
本发明的有益效果如下：
本发明优点在于：
其一，本装置的优势就在于能够大幅度提高单台机组装机容量，轻松做到10兆瓦以上，是目前主流风力发电机组单台装机容量的10倍；此项技术填补了国内外风力发电机组装机容量的空白。
其二，本装置发电量稳定、输出电压稳定，不需要滤波、整流。
其三，本装置可以空间交错层叠布置，更能够有效的利用风场的有限空间。
其四，本装置不仅能够利用风能，还可以利用自然界的太阳能来提高此装置的发电效率。
附图说明
图1示出本发明整体结构示意图；
图2示出本发明的压缩气体生产装置结构示意图；
图3示出本发明的待用储气罐结构示意图。
具体实施方式
参见图1-图3所示，一种大功率风力发电装置，它包括三台风机1、一台汽轮发电机2以及太阳能电加热装置3，所述三台风机1通过并联的输气管道与汽轮发电机2的进气口21连通，所述太阳能电加热装置3与每台风机1的待用储气罐电连接；
所述每台风机1包括壳体11、叶片组12、主轴13、主齿轮14、七个压缩气体生产装置15、三个待用储气罐16和逆止阀17；叶片组12套接于主轴13上部，主轴13下部转动连接于壳体11内，主轴13下端固定有主齿轮14，主齿轮14与七个压缩气体生产装置15啮合，七个压缩气体生产装置15通过管道分别与三个待用储气罐16连通，每个压缩气体生产装置15与待用储气罐16之间的管道上设有逆止阀17；
所述叶片组12包括微风启动叶片121和垂直轴风力发电机叶片122，垂直轴风力发电机叶片122套设固定于主轴13的上部，微风启动叶片121分别套设固定于垂直轴风力发电机叶片122上下端的主轴13上；
所述每个压缩气体生产装置15包括从动齿轮151、无级变速器152、曲轮153、曲轴154和气缸155；主轴13下端部穿设于壳体11上端面内，主轴13下端刚性连接有主齿轮14，主齿轮14与从动齿轮151相啮合，从动齿轮151与无级变速器152输入端通过联轴器相连，无级变速器152与曲轮153刚性连接，曲轴154与无级变速器152输出端同步转动，带动曲轴154沿气缸155的轴向往复运动；所述气缸155上端分别设有第一单向进气阀1551和第一单向排气阀1552，所述气缸155下端对应气缸上端分别设有第二单向进气阀1553和第二单向排气阀1554；
所述每个压缩气体生产装置15气缸155的第一单向排气阀1552和第二单向排气阀1554通过并联管路连通到待用储气罐16侧壁上，该管路上设有逆止阀17；
所述每个待用储气罐16包括密封罐体161、碳纤维加热线圈162、活塞板163、蝶形弹簧164；所述罐体161上端面设有出气口1611，罐体161侧壁设有进气口1612，碳纤维加热线圈162设于密封罐体161内侧壁上部，活塞板163下端面通过蝶形弹簧164滑动配合于罐体161内下部，活塞板163直径与罐体161内壁直径相匹配，活塞板163上端面位于进气口1612下方；所述每个待用储气罐16的出气口1611通过输气管道并联于汽轮发电机2的进气口21，该输气管道靠近进气口21位置处设有逆止阀17，每个待用储气罐16的进气口1612通过并联管路分别与压缩气体生产装置15气缸155的第一单向排气阀1552和第二单向排气阀1554连通，所述碳纤维加热线圈162通过导线与风机1外的太阳能电加热装置3电连接；
所述汽轮发电机2的出气口22通过并联管路分别与每台风机1的七个压缩气体生产装置15气缸155的第一单向进气阀1551和第二单向进气阀1553连通，该并联管路上设有调压阀4；
所述太阳能电加热装置3包括太阳能电池31和温控器32，太阳能电池31通过导线与温控器32电连接，温控器32通过导线与每台风机1内的每个待用储气罐16内的碳纤维加热线圈162电连接。
所述汽轮发电机2进气口21的管径为缩径结构，该进气口21远离汽轮发电机2一端的管径大于靠近汽轮发电机2另一端的管径。
所述壳体11下部侧壁上开设有检修门111。
工作原理
参见图1-图3所示，
1、气压的产生与存储
叶片组12由垂直轴风力发电机叶片122和微风启动叶片121构成，少量风吹动微风启动叶片121和垂直轴风力发电机叶片122，带动主轴13转动，主轴13带动主齿轮14转动，叶片组12与主齿轮14同步运转；主齿轮14与从动齿轮151啮合，从动齿轮151与无级变速器152输入端通过联轴器相连，带动无级变速器152输入轴转动；无级变速器152与曲轮153刚性连接，曲轮153与无级变速器152输出端同步转动，带动曲轴154沿气缸155轴向往复运动，气缸155的往复运动产生大量压缩气体，通过管道将压缩气体存入待用储气罐16内，汽轮发电机2发电后产生的余气，通过设有调压阀4的管路将余气输入气缸155，助推气缸155做往复运动；
2、存储过程加压
通过管道将压缩气体存入待用储气罐16内，太阳能电池板产生电能存储在太阳能电池31内备用，当需要给待用储气罐16加温时，温控器32释放电流通过导线使待用储气罐16内部的碳纤维加热线圈162开始加热压缩空气，当温度达到限定值时，温控器32停止输出电流，停止对罐体161内的压缩空气加热，待用储气罐16内部温度达到限定值，打开调压阀4，在调压阀4和蝶形弹簧164的共同控制下，热压缩空气由待用储气罐16进入输气管道进而到汽轮发电机2处做功发电；
3、气体输出加压
由于输气管道连接的汽轮发电机2进气口21是缩径结构，增加了进气口缩径处的气体压力，进入汽轮发电机2的热压缩空气以更高的速度冲向汽轮发电机2的叶片，发电效果更好。
如上所述，本发明一种大功率风力发电装置，所述的实施例及图，只是本发明较好的实施效果，并不是只局限于本发明，凡是与本发明的结构、特征等近似、雷同者，均应属于本发明保护的范围。

Claims (3)

1.一种大功率风力发电装置，其特征在于：它包括至少两台风机(1)、一台汽轮发电机(2)以及太阳能电加热装置(3)，所述至少两台风机(1)通过并联的输气管道与汽轮发电机(2)的进气口(21)连通，所述太阳能电加热装置(3)与每台风机(1)的待用储气罐电连接；
所述每台风机(1)包括壳体(11)、叶片组(12)、主轴(13)、主齿轮(14)、至少一个压缩气体生产装置(15)、至少一个待用储气罐(16)和逆止阀(17)；叶片组(12)套接于主轴(13)上部，主轴(13)下部转动连接于壳体(11)内，主轴(13)下端固定有主齿轮(14)，主齿轮(14)与至少一个压缩气体生产装置(15)啮合，至少一个压缩气体生产装置(15)通过管道分别与至少一个待用储气罐(16)连通，每个压缩气体生产装置(15)与待用储气罐(16)之间的管道上设有逆止阀(17)；
所述叶片组(12)包括微风启动叶片(121)和垂直轴风力发电机叶片(122)，垂直轴风力发电机叶片(122)套设固定于主轴(13)的上部，微风启动叶片(121)分别套设固定于垂直轴风力发电机叶片(122)上下端的主轴(13)上；
所述每个压缩气体生产装置(15)包括从动齿轮(151)、无级变速器(152)、曲轮(153)、曲轴(154)和气缸(155)；主轴(13)下端部穿设于壳体(11)上端面内，主轴(13)下端刚性连接有主齿轮(14)，主齿轮(14)与从动齿轮(151)相啮合，从动齿轮(151)与无级变速器(152)输入端通过联轴器相连，无级变速器(152)与曲轮(153)刚性连接，曲轴(154)与无级变速器(152)输出端同步转动，带动曲轴(154)沿气缸(155)的轴向往复运动；所述气缸(155)上端分别设有第一单向进气阀(1551)和第一单向排气阀(1552)，所述气缸(155)下端对应气缸上端分别设有第二单向进气阀(1553)和第二单向排气阀(1554)；
所述每个压缩气体生产装置(15)的气缸(155)的第一单向排气阀(1552)和第二单向排气阀(1554)通过并联管路连通到待用储气罐(16)侧壁上，该管路上设有逆止阀(17)；
所述每个待用储气罐(16)包括密封罐体(161)、碳纤维加热线圈(162)、活塞板(163)、蝶形弹簧(164)；所述罐体(161)上端面设有出气口(1611)，罐体(161)侧壁设有进气口(1612)，碳纤维加热线圈(162)设于密封罐体(161)内侧壁上部，活塞板(163)下端面通过蝶形弹簧(164)滑动配合于罐体(161)内下部，活塞板(163)直径与罐体(161)内壁直径相匹配，活塞板(163)上端面位于进气口(1612)下方；所述每个待用储气罐(16)的出气口(1611)通过输气管道并联于汽轮发电机(2)的进气口(21)，该输气管道靠近进气口(21)位置处设有逆止阀(17)，每个待用储气罐(16)的进气口(1612)通过并联管路分别与压缩气体生产装置(15)的气缸(155)的第一单向排气阀(1552)和第二单向排气阀(1554)连通，所述碳纤维加热线圈(162)通过导线与风机(1)外的太阳能电加热装置(3)电连接；
所述汽轮发电机(2)的出气口(22)通过并联管路分别与至少两台风机(1)的至少一压缩气体生产装置(15)的气缸(155)的第一单向进气阀(1551)和第二单向进气阀(1553)连通，该并联管路上设有调压阀(4)；
所述太阳能电加热装置(3)包括太阳能电池(31)和温控器(32)，太阳能电池(31)通过导线与温控器(32)电连接，温控器(32)通过导线与每台风机(1)内的每个待用储气罐(16)内的碳纤维加热线圈(162)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种大功率风力发电装置，其特征在于：所述汽轮发电机(2)进气口(21)的管径为缩径结构，该进气口(21)远离汽轮发电机(2)一端的管径大于靠近汽轮发电机(2)另一端的管径。
3.根据权利要求1所述的一种大功率风力发电装置，其特征在于：所述壳体(11)下部侧壁上开设有检修门(111)。
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