CN105927475A - 一体式气风风力发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一体式气风风力发电装置，既可最大限度利用风能资源，又可持续稳定提供电能，同时显著降低风电场综合造价；采用的技术方案为：一体式气风风力发电装置，导向弯头的上端设置有捕风口，导向弯头的下端连接在连接直管的上端，连接直管的下端连接在加速变径管的上端，加速变径管的下端连接在发电装置生根套管的上端，发电装置生根套管的下端连接有出口扩散管，风力发电单元能绕中心柱自由转动，一体式发电装置和压缩空气冲转装置均设置在发电装置生根套管内，压缩空气通过管路与一体式发电装置连通；本发明可广泛应用于风力发电领域。
Description
技术领域
本发明一体式气风风力发电装置，属于风力发电技术领域。
背景技术
风电是一种清洁、绿色的可再生能源。发展风力发电对于解决能源危机、减轻环境污染、调整能源结构等方面都有着非常重要的意义。
现有技术的风力发电装置的风机的启动风速是3m/s，风速到约10.0m/s的时候就能满负荷发电量，如果风速再增大，会先靠桨叶的变化减慢转速，然后机械刹车，所以造成风能资源很大的浪费。
还有就是现在的电网还是需要有全天候运转的火电厂作为基本保障，因为它能给用户提供持续的电能，而风力变化却很难预测，风力发电有时产量不足，有时产量过剩，造成现阶段风力发电难担当稳定电网的重任。
发明内容
本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一体式气风风力发电装置，既可最大限度利用风能资源，又可持续稳定提供电能，同时显著降低风电场综合造价。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一体式气风风力发电装置，包括捕风口、导向弯头、连接直管、加速变径管、发电装置生根套管、一体式发电装置、压缩空气冲转装置、出口扩散管和中心柱，所述导向弯头的上端设置有捕风口，所述导向弯头的下端连接在连接直管的上端，所述连接直管的下端连接在加速变径管的上端，所述加速变径管的下端连接在发电装置生根套管的上端，所述发电装置生根套管的下端连接有出口扩散管，所述捕风口、导向弯头、连接直管、加速变径管、发电装置生根套管和出口扩散管连接成一体的风力发电单元后活动设置在所述中心柱上，且所述风力发电单元能绕中心柱自由转动，所述一体式发电装置和压缩空气冲转装置均设置在发电装置生根套管内，且一体式发电装置位于压缩空气冲转装置的上方，所述一体式发电装置用于接受加速变径管下端出口的风力发电，所述压缩空气冲转装置用于将超过一体式发电装置载荷的风能转化成压缩空气储存，所述压缩空气通过管路与一体式发电装置连通，在加速变径管下端出口风量载荷不足时起补充风量的作用，所述一体式发电装置上设置有发电机支撑装置。
所述风力发电单元为两个，三个或四个，所述风力发电单元环绕中心柱设置，每个所述风力发电单元内均设置有一体式发电装置和压缩空气冲转装置。
所述一体式发电装置包括叶片、涡轮叶片和发电机装置，所述叶片和涡轮叶片均与发电机装置连接，且所述叶片和涡轮叶片通过转动均能驱动发电机装置发电。
所述风力发电单元的外侧设置有外部支撑圆筒，所述外部支撑圆筒将风力发电单元和中心柱围挡住，所述外部支撑圆筒的内侧壁上设置有环形轨道，所述中心柱、外部支撑圆筒之间设置有用于支撑风力发电单元的风筒支撑装置，所述风筒支撑装置通过支撑滚轮对应设置在外部支撑圆筒上。
所述环形轨道通过风筒轨道支撑装置固定设置在外部支撑圆筒上。
所述中心柱上套装有偏航齿轮，所述偏航齿轮与外部支撑圆筒之间设置有偏航销齿，所述偏航销齿通过与偏航齿轮和外部支撑圆筒之间的相互啮合，将偏航齿轮的动力传递到外部支撑圆筒上。
所述外部支撑圆筒上沿纵向设置有多个风筒加强筋，所述中心柱上在对应风筒加强筋的位置上设置有回转轴承，所述风筒加强筋上设置有限位装置，所述风筒加强筋通过限位装置与回转轴承卡接。
所述外部支撑圆筒上设置有多个用于检修设备的检修平台。
所述检修平台的底部设置有环形拖线装置，所述环形拖线装置用于向外界输出电能。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：相同容量的风电场在采用本发明后可显著减低风电场的初投资；采用风力发电系统与压缩空气发电系统合二为一的气风风力发电装置方式，可持续稳定的向电网或用户提供电能。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
图1为本发明的结构示意图，亦即单套风力发电装置的结构示意图的侧视图。
图2为本发明中四套风力发电装置集束布置的整体结构示意图的正视图。
图3为本发明中四套风力发电装置集束布置的整体结构示意图的侧视图。
图4为本发明中四套风力发电装置集束布置的俯视图。
图5为本发明中两套风力发电装置（前后式）的结构示意图的侧视图。
图6为本发明中两套风力发电装置（左右式）的结构示意图的正视图。
图中：1为捕风口、2为导向弯头、3为连接直管、4为加速变径管、5为发电装置生根套管、6为一体式发电装置、7为压缩空气冲转装置、8为出口扩散管、9为中心柱、10为外部支撑圆筒、11为风筒加强筋、12为限位装置、13为回转轴承、14为风筒支撑装置、15为支撑滚轮、16为风筒轨道支撑装置、17为偏航齿轮、18为检修平台、19为环形拖线装置、20为发电机支撑装置、21为涡轮叶片、22为叶片、23为发电机装置、24为偏航销齿。
具体实施方式
如图1～图6所示，本发明一体式气风风力发电装置，包括捕风口1、导向弯头2、连接直管3、加速变径管4、发电装置生根套管5、一体式发电装置6、压缩空气冲转装置7、出口扩散管8和中心柱9，所述导向弯头2的上端设置有捕风口1，所述导向弯头2的下端连接在连接直管3的上端，所述连接直管3的下端连接在加速变径管4的上端，所述加速变径管4的下端连接在发电装置生根套管5的上端，所述发电装置生根套管5的下端连接有出口扩散管8，所述捕风口1、导向弯头2、连接直管3、加速变径管4、发电装置生根套管5和出口扩散管8连接成一体的风力发电单元后活动设置在所述中心柱9上，且所述风力发电单元能绕中心柱9自由转动，所述一体式发电装置6和压缩空气冲转装置7均设置在发电装置生根套管5内，且一体式发电装置6位于压缩空气冲转装置7的上方，所述一体式发电装置6用于接受加速变径管4下端出口的风力发电，所述压缩空气冲转装置7用于将超过一体式发电装置6载荷的风能转化成压缩空气储存，所述压缩空气通过管路与一体式发电装置6连通，在加速变径管4下端出口风量载荷不足时起补充风量的作用，所述一体式发电装置6上设置有发电机支撑装置20。
所述风力发电单元为两个，三个或四个，所述风力发电单元环绕中心柱9设置，每个所述风力发电单元内均设置有一体式发电装置6和压缩空气冲转装置7。
所述一体式发电装置6包括叶片22、涡轮叶片21和发电机装置23，所述叶片22和涡轮叶片21均与发电机装置23连接，且所述叶片22和涡轮叶片21通过转动均能驱动发电机装置23发电。
所述风力发电单元的外侧设置有外部支撑圆筒10，所述外部支撑圆筒10将风力发电单元和中心柱9围挡住，所述外部支撑圆筒10的内侧壁上设置有环形轨道，所述中心柱9、外部支撑圆筒10之间设置有用于支撑风力发电单元的风筒支撑装置14，所述风筒支撑装置14通过支撑滚轮15对应设置在外部支撑圆筒10上。
所述环形轨道通过风筒轨道支撑装置16固定设置在外部支撑圆筒10上。
所述中心柱9上套装有偏航齿轮17，所述偏航齿轮17与外部支撑圆筒10之间设置有偏航销齿24，所述偏航销齿24通过与偏航齿轮17和外部支撑圆筒10之间的相互啮合，将偏航齿轮17的动力传递到外部支撑圆筒10上。
所述外部支撑圆筒10上沿纵向设置有多个风筒加强筋11，所述中心柱9上在对应风筒加强筋11的位置上设置有回转轴承13，所述风筒加强筋11上设置有限位装置12，所述风筒加强筋11通过限位装置12与回转轴承13卡接。
所述外部支撑圆筒10上设置有多个用于检修设备的检修平台18。
所述检修平台18的底部设置有环形拖线装置19，所述环形拖线装置19用于向外界输出电能。
本发明的工作过程：所述捕风口1捕获空气经过导向弯头2和连接直管3后，进入加速变径管4中进行加速，加速后的空气向对接的一体式发电装置6送风，通过所述管道中的风，控制一体式发电装置6中的自然风发电用叶片22转动，叶片的转动可驱动发电机装置23发电，发过电后的风经过出口扩散管8回到大自然。由于所述的风力发电装置在风能资源持续波动，发电频率不稳定，会对电网造成冲击或电网暂不允许并网时，所产生电能供应给配套空压机系统，空压机生产的压缩空气存储于压缩空气储罐中，待电网恢复需求，或风资源条件不适合发电时，可用存储于压缩空气储罐中的压缩空气经过相关管路及控制系统经过压缩空气冲转装置7，控制一体式发电装置6中的压缩空气发电用涡轮叶片21转动，涡轮叶片21的转动可驱动发电机装置23发电，发过电后的压缩空气经过出口扩散管8回到大自然。
本发明采用集束式的布置方式，能更好的利用公共设备，减低同等风场规模的单位投资水平。
本发明中四套一体式气风风力发电装置沿圆周方向90°集束布置在中心柱9四周。也可以是由两套一体式气风风力发电装置沿圆周方向180°布置在中心柱9四周。
本发明中气风风力发电装置群通过风筒支撑装置14、支撑滚轮15支撑于外部支撑圆筒10的环形轨道上，环形轨道通过风筒轨道支撑装置16生根在外部支撑圆筒10上，当风向变化时，气风风力发电装置群可通过变频电机带动偏航销齿24转动，通过偏航销齿24与偏航齿轮17的啮合传动，从而驱动整个气风风力发电装置群随风向实现偏航功能。为保证整个气风风力发电装置群的结构稳定性，在上部及下部区域各设置一套限位装置，风筒通过风筒加强筋11、限位装置12和回转轴承13，使得气风风力发电装置群只能围绕中心柱9转动。所述风力发电装置群通过环形拖线装置19用以给风力发电装置供电和把风力发电装置所产生的电量送出。
本发明集束一体式气风风力发电装置可显著减低风电场的初投资；采用风力发电系统与压缩空气发电系统合二为一的气风互补风力发电装置方式，可持续稳定的向电网或用户提供电能。
本发明风力发电装置及其系统，是由四套沿圆周方向90°集束布置的风力发电装置群及压缩空气发电装置组成。
本发明中风力发电装置群在风能资源稳定、电网允许并网时持续稳定的向电网提供电能；在风能资源持续波动，发电频率不稳定，会对电网造成冲击或电网暂不允许并网时，所产生电能供应给配套空压机系统，空压机生产的压缩空气存储于压缩空气储罐中，待电网恢复需求，可用存储于压缩空气储罐中的压缩空气带动涡轮机发电。
本发明中风力发电装置也可是由两套沿圆周方向180°集束布置的风力发电装置群组成。风力发电装置也可以仅设置一套，风力发电装置群以中心柱为圆心等角度布置于中心柱四周，风力发电装置群整体支撑于布置于中心柱上的回转支撑轴承上，风力发电装置群整体也可通过数个滚轮支撑于外部支撑圆筒的内壁上。
本发明中风力发电装置群在中部设置四台（或两台）偏航电机，偏航电机通过销齿传动的方式实现偏航功能。风力发电装置群可整体随风向变化以中心柱为圆心转动。风力发电装置群在上部、中部及下部共设置三套限位装置与固定在中心柱上的回转轴承连接。风力发电装置群在合适位置设置三处检修维护平台。风力发电装置群在中间检修维护平台下方设置环形拖线装置，用以给风力发电装置供电和把风力发电装置所产生的电量送出。
本发明中发电装置生根套管为双层结构，内层为自然风流道，外层为压缩空气装置布置空间。一体式发电装置的叶片为分级叶片结构，内级叶片为普通风力发电机组所用叶片，自然风通过驱动此级叶片带动风力发电装置发电。一体式发电装置的叶片为分级叶片结构，外级叶片为涡轮形叶片，压缩空气通过驱动此级叶片带动风力发电装置发电。压缩空气发电装置包括空气压缩机、数套压缩空气储罐及相应管路系统及阀门系统。
上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (9)
1.一体式气风风力发电装置，其特征在于：包括捕风口（1）、导向弯头（2）、连接直管（3）、加速变径管（4）、发电装置生根套管（5）、一体式发电装置（6）、压缩空气冲转装置（7）、出口扩散管（8）和中心柱（9），所述导向弯头（2）的上端设置有捕风口（1），所述导向弯头（2）的下端连接在连接直管（3）的上端，所述连接直管（3）的下端连接在加速变径管（4）的上端，所述加速变径管（4）的下端连接在发电装置生根套管（5）的上端，所述发电装置生根套管（5）的下端连接有出口扩散管（8），所述捕风口（1）、导向弯头（2）、连接直管（3）、加速变径管（4）、发电装置生根套管（5）和出口扩散管（8）连接成一体的风力发电单元后活动设置在所述中心柱（9）上，且所述风力发电单元能绕中心柱（9）自由转动，所述一体式发电装置（6）和压缩空气冲转装置（7）均设置在发电装置生根套管（5）内，且一体式发电装置（6）位于压缩空气冲转装置（7）的上方，所述一体式发电装置（6）用于接受加速变径管（4）下端出口的风力发电，所述压缩空气冲转装置（7）用于将超过一体式发电装置（6）载荷的风能转化成压缩空气储存，所述压缩空气通过管路与一体式发电装置（6）连通，在加速变径管（4）下端出口风量载荷不足时起补充风量的作用，所述一体式发电装置（6）上设置有发电机支撑装置（20）。
2.根据权利要求1所述的一体式气风风力发电装置，其特征在于：所述风力发电单元为两个，三个或四个，所述风力发电单元环绕中心柱（9）设置，每个所述风力发电单元内均设置有一体式发电装置（6）和压缩空气冲转装置（7）。
3.根据权利要求1或2所述的一体式气风风力发电装置，其特征在于：所述一体式发电装置（6）包括叶片（22）、涡轮叶片（21）和发电机装置（23），所述叶片（22）和涡轮叶片（21）均与发电机装置（23）连接，且所述叶片（22）和涡轮叶片（21）通过转动均能驱动发电机装置（23）发电。
4.根据权利要求3所述的一体式气风风力发电装置，其特征在于：所述风力发电单元的外侧设置有外部支撑圆筒（10），所述外部支撑圆筒（10）将风力发电单元和中心柱（9）围挡住，所述外部支撑圆筒（10）的内侧壁上设置有环形轨道，所述中心柱（9）、外部支撑圆筒（10）之间设置有用于支撑风力发电单元的风筒支撑装置（14），所述风筒支撑装置（14）通过支撑滚轮（15）对应设置在外部支撑圆筒（10）上。
5.根据权利要求4所述的一体式气风风力发电装置，其特征在于：所述环形轨道通过风筒轨道支撑装置（16）固定设置在外部支撑圆筒（10）上。
6.根据权利要求5所述的一体式气风风力发电装置，其特征在于：所述中心柱（9）上套装有偏航齿轮（17），所述偏航齿轮（17）与外部支撑圆筒（10）之间设置有偏航销齿（24），所述偏航销齿（24）通过与偏航齿轮（17）和外部支撑圆筒（10）之间的相互啮合，将偏航齿轮（17）的动力传递到外部支撑圆筒（10）上。
7.根据权利要求6所述的一体式气风风力发电装置，其特征在于：所述外部支撑圆筒（10）上沿纵向设置有多个风筒加强筋（11），所述中心柱（9）上在对应风筒加强筋（11）的位置上设置有回转轴承（13），所述风筒加强筋（11）上设置有限位装置（12），所述风筒加强筋（11）通过限位装置（12）与回转轴承（13）卡接。
8.根据权利要求7所述的一体式气风风力发电装置，其特征在于：所述外部支撑圆筒（10）上设置有多个用于检修设备的检修平台（18）。
9.根据权利要求8所述的一体式气风风力发电装置，其特征在于：所述检修平台（18）的底部设置有环形拖线装置（19），所述环形拖线装置（19）用于向外界输出电能。
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