CN109404218B - 一种地铁隧道顶部用风力发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种地铁隧道顶部用风力发电装置，本发明包括如下结构：风力叶片，传动装置，转轮轴，发电机。本发明可应用于地铁隧道的顶部，当地铁通过装置下方时，高速运行的车辆带动起大量的高质量风能，通过风力叶片的作用，这些风能转化机械能，通过传动装置将所述机械能依次传递给转轮轴、联轴器、电机轴，最终，利用发电机将机械能转化为电能。本发明具有占用空间少，安装方式简单，节能环保等优点。

Description

一种地铁隧道顶部用风力发电装置
技术领域
本发明涉及风力发电装置，特别涉及到一种地铁隧道顶部用风力发电装置。
背景技术
在自然界中，风能是极其丰富的，目前，全世界的风能总量约为1300亿千瓦，其中可以利用的风能总功率在106～107兆瓦左右，这个数值是水力资源的10倍以上。因此，风能的开发利用是当前解决能源危机的重大举措。常见的风力发电就是风能利用的主要方式，它的核心是风轮机。风轮机可以分为水平轴与垂直轴两大类。在地铁隧道内，由于地铁高速运行而产生的风能也是可以利用的风能。但是，现有风轮机的结构并不适用于有限的地铁隧道内，因此，需要发明一种可以在有限的空间内收集风能的装置来实现地铁隧道内风能的利用。
发明内容
针对现有的风轮机结构无法满足隧道内有限空间的问题，本发明提供了一种风力发电装置，可以安装在狭窄的隧道顶部，同时有着优秀的风能利用率，具有较高的研究价值和工程价值。
本发明提供了一种地铁隧道顶部用风力发电装置，本发明包括如下结构：风力叶片，传动装置，转轮轴，发电机。本发明可应用于地铁隧道的顶部，当地铁通过装置下方时，高速运行的车辆带动起大量的高质量风能，通过风力叶片的作用，这些风能转化机械能，通过传动装置将所述机械能依次传递给转轮轴、联轴器、电机轴，最终，利用发电机将机械能转化为电能。本发明具有占用空间少，安装方式简单，节能环保等优点。
实现上述目的所采用的技术方案是：
一种地铁隧道顶部用风力发电装置，其特征在于，包括支架A、风力组件、支架B、轴承、推力轴承、联轴器以及发电机；所述风力组件包括风力叶片组件、传动装置A、传动装置B、转轮轴以及托轮；所述转轮轴通过轴承以及推力轴承固定在支架A与支架B上，所述支架A与支架B固定在隧道顶部的混凝土结构内；
所述风力叶片组件具有张开与闭合状态，所述风力叶片组件包括叶片支座、软片、叶片轴以及风力叶片；所述风力叶片通过叶片轴与叶片支座固定在传动装置A的外表面，传动装置A与传动装置B共同作用，将风力叶片组件转化来的机械能传递给转轮轴；所述转轮轴的两端分别固定着轴承和推力轴承；所述转轮轴的一端通过联轴器与发电机连接，用于产生电能。
所述传动装置A与传动装置B分别为皮带与滚轮，或所述传动装置A与传动装置B分别为齿链带与齿轮。所述风力叶片在最大开度时的顶端应突出隧道墙面5～30mm。
所述支架A与支架B的安装方式包括直接浇筑固定在混凝土结构中以及通过螺栓连接固定在混凝土结构中；所述支架A与支架B的两端加工有斜坡，所述斜坡与底边的角度为100～140度；所述支架A与支架B的底边与风力叶片位于最大开度时的叶片尖端平齐；所述风力叶片与支架A、支架B的间隙a为2～8mm，减少风力叶片两端的风能损失。
所述软片为柔性材料，其材质是高分子材料；所述软片的两边分别固定在风力叶片与传动装置A的内侧，同时在风力叶片与传动装置A安装软片的位置加工槽，避免风力叶片组件合闭时受软片体积影响。
所述风力叶片组件的最大开度不得超过90度，所述风力叶片组件的最大开度受软片的约束。
所述转轮轴与传动装置B之间采用键槽连接、过盈配合连接、焊接以及整体铸造的方式连接。
所述风力叶片的长度不得超过地铁车厢宽度的0.9倍。
所述风力叶片在最大开度时的顶端应突出隧道墙面10～30mm。
所述风力叶片组件的数量最少为12片，当风力叶片组件的数量不超过24片时，不安装托轮；当风力叶片组件的数量超过24片后，每多添加12片，需要在传动装置A内侧多增加一个托轮。
相邻所述风力叶片组件的间距为风力叶片最大长度的1.1～1.5倍。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明实现了风力发电装置的小型化，使得地铁隧道内的风能可以得到利用。
(2)本发明的风能利用率高，其所利用的风能是清洁能源，满足节能环保的低碳要求。
(3)本发明结构简单，安装方便，安全可靠。
附图说明
图1是本发明一种地铁隧道顶部用风力发电装置的原理图。
图2是本发明一种地铁隧道顶部用风力发电装置的A-A截面图。
图3是本发明一种地铁隧道顶部用风力发电装置的风力叶片组件在张开与闭合状态下的局部放大图。
图中：1.支架A，2.风力组件，3.支架B，4.轴承，5.推力轴承，6.联轴器，7.发电机，201.风力叶片组件，202.传动装置A，203.传动装置B，204.转轮轴，205.托轮，201a.叶片支座，201b.软片，201c.叶片轴，201d.风力叶片。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
图1、图2分别为本发明涉及一种地铁隧道顶部用风力发电装置的结构图与A-A截面图，图3是风力叶片组件在张开与闭合状态下的局部放大图，包括支架A 1、风力组件2、支架B 3、轴承4、推力轴承5、联轴器6，发电机7，所述风力组件2包括风力叶片组件201、传动装置A 202、传动装置B 203、转轮轴204以及托轮205，风力叶片组件201包括叶片支座201a、软片201b、叶片轴201c以及风力叶片201d。
安装方式为：
风力叶片组件201被固定在传动装置A 202的外侧，传动装置A 202与传动装置B203相互啮合，可以将传动装置A 202的非圆形转动转化为传动装置B 203的圆形转动。所述传动装置A 202与传动装置B 203分别为皮带与滚轮，或所述传动装置A 202与传动装置B203分别为齿链带与齿轮。
各风力叶片组件201之间的间距是固定的，为风力叶片201d最大长度的1.1～1.5倍。所述风力叶片组件201的数量最少为12套，当风力叶片组件201的数量不超过24套时，不安装托轮205；当风力叶片组件201的数量超过24套后，每多添加12套，需要在传动装置A202内侧多增加一个托轮205。
传动装置B 203被固定在转轮轴204的中段，固定方法为键槽连接、过盈配合连接、焊接或整体铸造。转轮轴204的中段两侧分别固定有轴承4以及推力轴承5，轴承4与推力轴承5固定在支架A 1与支架B 3上，所述支架A 1与支架B 3通过直接浇筑或螺栓连接固定在混凝土结构中，所述风力叶片201与支架A 1、支架B 3的间隙a为2～8mm，减少风力叶片两端的风能损失。
转轮轴204穿过支架B 3的一端通过联轴器6与发电机7连接，用于产生电能。
工作原理为：
当地铁通过时，靠近地铁一侧的风力叶片组件201会在巨大的风力带动下沿着列车的运行方向移动，完成风能向机械能的转化。风力叶片组件201的移动会带动传动装置A202开始转动。在传动装置A 202传动装置B 203的配合下，传动装置A 202的非圆形转动转化为传动装置B 203的圆形转动，当传动装置B 203旋转时，固定在传动装置B 203上的转轮轴204会旋转，并带动发电机7开始旋转，发电机7将接收到的机械能转化为电能。
本发明的保护范围不限于上述实施例，也包含本发明构思范围内的其它实施例和变形例。

Claims (10)

1.一种地铁隧道顶部用风力发电装置，其特征在于，包括支架A(1)、风力组件(2)、支架B(3)、轴承(4)、推力轴承(5)、联轴器(6)以及发电机(7)；所述风力组件(2)包括风力叶片组件(201)、传动装置A(202)、传动装置B(203)、转轮轴(204)以及托轮(205)；所述转轮轴(204)通过轴承(4)以及推力轴承(5)分别固定在支架A(1)与支架B(3)上，所述支架A(1)与支架B(3)固定在隧道顶部的混凝土结构内；所述风力叶片组件(201)具有张开与闭合状态；所述风力叶片组件(201)包括叶片支座(201a)、软片(201b)、叶片轴(201c)以及风力叶片(201d)；所述软片(201b)的两边分别固定在风力叶片(201d)与传动装置A(202)的内侧，所述风力叶片(201d)通过叶片轴(201c)与叶片支座(201a)固定在传动装置A(202)的外表面，传动装置A(202)与传动装置B(203)共同作用，将风力叶片组件(201)转化来的机械能传递给转轮轴(204)；所述转轮轴(204)的两端分别固定着轴承(4)和推力轴承(5)；所述转轮轴(204)的一端通过联轴器(6)与发电机(7)连接，用于产生电能。
2.根据权利要求1所述的一种地铁隧道顶部用风力发电装置，其特征在于，所述传动装置A(202)与传动装置B(203)分别为皮带与滚轮，或所述传动装置A(202)与传动装置B(203)分别为齿链带与齿轮。
3.根据权利要求2所述的一种地铁隧道顶部用风力发电装置，其特征在于，所述转轮轴(204)与传动装置B(203)之间采用键槽连接、过盈配合连接、焊接或整体铸造的方式连接。
4.根据权利要求1所述的一种地铁隧道顶部用风力发电装置，其特征在于，所述风力叶片(201d)在最大开度时的顶端应突出隧道墙面5～30mm。
5.根据权利要求1所述的一种地铁隧道顶部用风力发电装置，其特征在于，所述支架A(1)与支架B(3)的安装方式包括直接浇筑固定在混凝土结构中以及通过螺栓连接固定在混凝土结构中；所述支架A(1)与支架B(3)的两端加工有斜坡，所述斜坡与底边的角度为100～140度；所述支架A(1)与支架B(3)的底边与风力叶片(201d)位于最大开度时的叶片尖端平齐；所述风力叶片(201d)与支架A(1)以及支架B(3)的间隙a为2～8mm，减少风力叶片(201d)两端的风能损失。
6.根据权利要求5所述的一种地铁隧道顶部用风力发电装置，其特征在于，所述软片(201b)为柔性材料，其材质是高分子材料；在所述风力叶片(201d)与传动装置A(202)安装软片(201b)的相应位置加工槽，避免风力叶片组件(201)合闭时受软片(201b)体积影响。
7.根据权利要求6所述的一种地铁隧道顶部用风力发电装置，其特征在于，所述风力叶片组件(201)的最大开度不得超过90度，所述风力叶片组件(201)的最大开度受软片(201b)的约束。
8.根据权利要求7所述的一种地铁隧道顶部用风力发电装置，其特征在于，所述风力叶片(201d)的长度不得超过地铁车厢宽度的0.9倍。
9.根据权利要求8所述的一种地铁隧道顶部用风力发电装置，其特征在于，所述风力叶片组件(201)的数量最少为12套，当风力叶片组件(201)的数量不超过24套时，不安装托轮(205)；当风力叶片组件(201)的数量超过24套后，每多添加12套，需要在传动装置A(202)内侧多增加一个托轮(205)。
10.根据权利要求9所述的一种地铁隧道顶部用风力发电装置，其特征在于，相邻所述风力叶片组件(201)的间距为风力叶片(201d)最大长度的1.1～1.5倍。
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