CN201372902Y - 风力发电系统的机械储能机构 - Google Patents

Abstract

一种风力发电系统的机械储能机构，属于风力资源的应用装置技术领域。风力发电系统包括能量采集机构和能量转换机构，机械储能机构包括弹簧储能装置，该弹簧储能装置包括一弹簧盘、一弹簧固定轴、一组片式弹簧、弹簧压盖、输出齿轮、连接盘、第一固定座和轴座，弹簧固定轴的上端支承在弹簧盘的中央且位于弹簧盘腔内，下端伸展到弹簧盘外支承在轴座上，一组片式弹簧容设在弹簧盘腔内，弹簧压盖固定在弹簧盘上，输出齿轮与弹簧固定轴的下端固定，连接盘固定在弹簧压盖的中央且与弹簧固定轴相对应，轴座固定在固定座上。优点：机械储能机构的结构的零部件数目少，片式弹簧的储能和能量释放效果好并且能量损失小。

Description

风力发电系统的机械储能机构

技术领域

本实用新型属于风力资源的应用装置技术领域，具体涉及一种风力发电系统的机械储能机构，将风力发电系统的能量采集机构采集的能量储存并且在释放时起到诸如对机械负载起动时的缓冲或使空气压缩装置之类的储能气缸工作。

背景技术

风力资源是公认的廉价、环保资源而越来越为人们所重视并且加以利用，尤其是随着石油煤碳、天然气之类的不可再生的并且被视为战略资源的锐减，各国对太阳能、风能的开发应用节奏日益加快。关于风力发电系统的技术信息在文献例如中国专利文献中已不乏见诸，较为典型的有：A).授权公告号CN1313730C公开的大功率储能风力发电机组；B).授权公告号CN2373592Y介绍的调控弹性储能风力发电机；C).公开号CN1277323A推荐的风力储能动力发电方法及其储能动力设备，等等。

上述文献A)的技术要点由说明书第1页第12-22行描述，从该技术方案中可知其储能是凭借太阳能吸收板来体现的，未教导有以机械方式实施储能的技术信息。上述文献B)是针对先有技术中因通过风帆和/或风叶直接将风能转换为电能即在风帆转动时带动发电机，由发电机将电能储存于电瓶内或将电能直接输入电网所存在的储能时能量损失大、输出功率小等缺陷而提出的，于是推荐了利用一组介于风扇轴与发条箱的输入主轴之间的齿轮来实现储能，具体由风扇驱动风扇轴，经一组齿轮的过渡使所述的输入主轴运动，从而带动发条箱内的发条储能，具体可参见该专利的说明书第3页第11至第4页第8行以及说明书附图的图1。本申请人认为这种结构因中间过渡环节多而致能量损耗大，例如从风扇轴上的齿轮至发条箱的输入主轴上的输入齿轮之间的齿轮数量多达十个以上，在逐级传递过程中无疑会引起较大的能量损失；结构较为复杂，无疑安装较为烦琐。上述文献C)着重于教导了原理，但对具体的结构未作过多的技术启示。

如业界所知之理，机械储能机构是风力发电系统中的一个十分重要的组成部分，如何将风力发电系统的能量采集机构所采集的能量可靠地储存和顺利地释放并且确保在储存与释放过程中能量耗失小以及结构简单一直是人们关注和期取解决的技术问题，申请人经过长期的探索，找到了解决的办法，下面将要提供的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本实用新型的任务在于提供一种结构简练、储能效果好并且在储能和能量释放时能量损失小的风力发电系统的机械储能机构。

本实用新型的任务是这样来完成的，一种风力发电系统的机械储能机构，所述的风力发电系统包括能量采集机构和能量转换机构，所述的机械储能机构包括弹簧储能装置，该弹簧储能装置包括一弹簧盘、一弹簧固定轴、一组片式弹簧、弹簧压盖、输出齿轮、连接盘、第一固定座和轴座，弹簧固定轴的上端转动地支承在弹簧盘的中央并且位于弹簧盘腔内，下端伸展到弹簧盘外转动地支承在轴座上，一组片式弹簧容设在弹簧盘腔内，各片式弹簧的一端与弹簧盘腔的内壁联结，各另一端与弹簧固定轴固定，弹簧压盖固定在弹簧盘上，对弹簧盘腔封闭，输出齿轮与弹簧固定轴的下端固定，连接盘固定在弹簧压盖的中央并且与所述的弹簧固定轴相对应，轴座固定在固定座上，其中，所述的输出齿轮与所述的能量转换机构相联结，所述的连接盘与所述的能量采集机构联结。

在本实用新型的一个具体的实施例中，所述的弹簧盘腔的内壁上构成有与所述的一组片式弹簧的数量相等的铰接座并且各铰接座在弹簧盘腔的内壁上呈等间距分布，所述的一组片式弹簧通过弹簧接板与铰接座联结。

在本实用新型的另一个具体的实施例中，所述的弹簧接板的端部构成有一销轴套，该销轴套由销轴与所述的铰接座铰联。

在本实用新型的还一个具体的实施例中，所述的一组片式弹簧的数量至少有两枚。

在本实用新型的又一个具体的实施例中，所述的弹簧固定轴的上端窄缩成有一轴头，该轴头探出于所述的弹簧压盖并且还探入到所述的连接盘内。

在本实用新型的再一个具体的实施例中，所述的能量采集机构包括一组风叶、风叶转盘、风叶轴、转盘支管和基座，一组风叶的基部铰设在风叶转盘上，风叶转盘支承在转盘支座上并且通过第一轴座与风叶轴的中部联结，风叶轴的上端探出于风叶转盘并且由迫固装置迫固，风叶轴的下端与所述的连接盘固定，转盘支座固定在基座上。

在本实用新型的更而一个具体的实施例中，所述的一组风叶的数量为12-48枚，各风叶的基部构成有一风叶轴套，风叶轴套通过轴销而铰设于风叶转盘上，并且由延设在风叶转盘上的挡突限位，所述的第一轴承为单向轴承，所述的迫固件包括压板和螺母，压板套置在所述风叶轴上，与风叶转盘的上端面接触，螺母位于压板的上部，与风叶轴旋固。

在本实用新型的进而一个具体的实施例中，所述的连接盘的中央构成有一风叶轴座，在风叶轴座的内壁开设有键槽，所述的风叶轴的下端伸展于所述的风叶轴座内并且由平键与键槽键固。

在本实用新型的又更而一个具体的实施例中，所述的能量转换机构包括动力输入齿轮、第一输出轴、轴座、第二输出轴、连杆臂、底座和储能气缸，动力输入齿轮固定在第一输出轴上并且与所述的输出齿轮相啮合，第一输出轴通过第二轴承转动地设在轴座上，轴座固定在所述的固定座上，第二输出轴的一端与第一输出轴联结，另一端与连杆臂的一端联结，连杆臂的另一端与储能气缸的气缸柱联结，底座与连杆臂联结。

在本实用新型的又进而一个具体的实施例中，所述的第一输出轴上构成有一第一连接法兰，所述的第二输出轴上构成有一第二连接法兰，第一、第二连接法兰彼此固联，所述的连杆臂的一端具有一连杆头，连杆头上固设有第一、第二连接片，第一连接片与第二输出轴固连，而第二连接片与所述的底座连结，所述的第二轴承为单向轴承。

本实用新型所提供的技术方案的机械储能机构的结构的零部件数目少，片式弹簧的储能和能量释放效果好并且能量损失小。

附图说明

图1为本实用新型风力发电系统的机械储能机构一优选的实施例结构暨应用例结构图。

图2为片式弹簧的剖面示意图。

具体实施方式

为了使专利局的审查员特别是公众能更加清楚地理解本实用新型的技术实质和有益效果，申请人将在下面以给出的附图为例对本实用新型的技术方案作更为详细的说明，但是，附图以及对附图的说明并不是对本实用新型方案的限制，任何依据本实用新型构思所作出的仅仅为形式而并非为实质的变化都应当视为本实用新型公开的技术方案的范畴。此外，凡对申请人所定义的附图标记以及相关的名词术语的变换例如将片式弹簧称为旋盘弹簧，又例如将弹簧连接板称为直径可变连接器等等，均应视为等效性变换。

实施例1：

请见图1和图2，给出的优选而非绝对限于的风力发电系统的机械储能机构的结构如下：作为构成弹簧储能装置3的弹簧盘31具有一弹簧盘腔311，对于弹簧盘31的大小在本实施例中不需要进行限定，例如直径可以是几米，也可以是十几米乃至更大。作为一个实施例申请人推荐有三根片式弹簧33，这三根片式弹簧33的起始端在所述的弹簧盘腔311中呈120°间隔地与弹簧盘腔311的内壁联结，三根片式弹簧33的末端在弹簧固定轴32上同样呈120°间隔地固定，为此，在弹簧盘腔311的内壁上以120°相间隔地延伸构成有三个铰接座312。由于三根片式弹簧33与铰接座312和弹簧固定轴32的固定方式是完全相同的，因此申请人择其一进行说明，因为可根据举一反三之理推知其余两根。在片式弹簧33的一端即前述的起始端固定一弹簧连接板331的一端，固定方式既可采用铆接，也可使用焊接，还可利用其它的固定连接方式，在弹簧连接板331的另一端构成有一销轴套3311，用图1中示意的销轴3312插入铰接座312上的孔中并且进而插入销轴套3311上的孔中，从而使弹簧连接板331携片式弹簧33与弹簧盘腔311的内壁联结，销轴3312的底部既可以置于相对应的铰接座312上，也可以直接插入于弹簧盘腔311底部的孔3111内，本实施例选择后者。片式弹簧33的末端既可以以钩嵌方式嵌固在弹簧固定轴32上，也可以加压板332与弹簧固定轴32固定，本实施例选择后者，即，使用压板332与弹簧固定轴32固定。弹簧固定轴32的上端通过第三轴承322转动地支承在弹簧盘31的中央并且位于弹簧盘腔311内，下端伸展到弹簧盘31外同样地通过与第三轴承322相等效的但在图中未示出的轴承转动地支承于轴座38上，对第三轴承322采用单向轴承。由图1所示，在弹簧固定轴32的上端窄缩地构成有一轴头321，这里在所称的窄缩的概念是指，轴头321的直径显著地小于弹簧固定轴32的轴体的直径，该轴头32透过弹簧压盖34上的孔而探入到连接盘36内。弹簧压盖34用一组螺钉341与弹簧盘31上的螺钉座313即采用螺钉固定座实现固定，由弹簧压盖34在弹簧盘腔311封闭并同时在片式弹簧31进行管束，这里所称的管束的概念是指防止片式弹簧31窜出弹簧盘腔311。输出齿轮35优选采用平键与弹簧固定轴32的下端固定，轴座38使用固定螺钉381与固定座37固定。进而由图1所示，连接盘36用一组连接盘螺钉362与前述的弹簧压盖34的中央部位固定，在该连接盘36的中央构成有一风叶轴座361，并且在风叶轴座361的内壁开设有键槽3611，通过连接盘36实施与下面即将描述的能量采集机构1传动联结。更具体地讲，当风力发电系统的能量采集机构1驱使连接盘36旋转时，由于连接盘36是与弹簧压盖34固定的，因此带动弹簧压簧盖34旋转，又由于弹簧压盖34是通过一组螺钉341与弹簧盘31固定的，因此弹簧盘31也旋转，在弹簧盘31旋转时，便使设在弹簧盘腔311内的三根片式弹簧33以发条般的效应旋紧而储能，只有在三根片式弹簧33被充分旋紧的状态下才使弹簧固定轴32旋转，进而由弹簧固定轴32带动输出齿轮35运动，进而由输出齿轮35驱使下面还要详述的能量转换机构2工作，而当能量采集机构1因静风原因而无法采集能量时，则由三根已被储足了能量的片式弹簧33的释放而继续使能量转换机构2工作。

请具体见图1，作为本实用新型所推荐的优选而非限于的风力发电系统的一个具体的能量采集机构1的结构如下：一组风叶11(本实施例选择24片风叶)的基部各构成有一风叶轴套111，用轴销1111将其铰设在风叶转盘12上，由图所示，在风叶转盘12的上、下端各开设有轴销孔123，只要将前述的轴销1111插入到轴销孔123和风叶轴套111上的孔中即可实现将风叶11铰设于风叶转盘12上。前述的风叶11的长度在本实用新型中不需要进行限定，但通常为十米以上；前述的风叶转盘12通过第一轴承121与风叶轴13联结，换言之，风叶转盘12通过第一轴承121而设在风叶轴13上，并且风叶转盘12转动地支承于转盘支座14上。为了对各风叶11的基部限位，即防止风叶11之间相互干扰，因此在风叶转盘12上设有与风叶11的数量相等的挡突122。前述的转盘支座14的底部构成有一固定法兰141，在固定法兰141上间隔开设有一组法兰孔1411，用螺钉穿入法兰孔1411将转盘支座14与基座15固定。前述的风叶轴13的上端探出于风叶转盘12的上端面并且设有迫固装置131，迫固装置131包括螺母1311和压板1312，先将压板1312套置于风叶轴13上，并且与风叶转盘12的上端面贴触，再将螺母1311与风叶轴13上的螺纹旋配，从而由迫固装置131起到对风叶转盘12的限定，防止风叶转盘12出现上下窜动情形。风叶轴13的下端伸展到前述的连接盘36的风叶轴座3611内并且优选采用平键借助于前述的键槽3611键固。由此而知，当风叶11在风源的作用下带动风叶转盘12运动时，风叶转盘12通过第一轴承121带动风叶轴13运动，从而由风叶轴13带动连接盘36运动(旋转)。

请继续见图1，作为本实用新型所推荐的优选而非限制性的风力发电系统的一个具体的能量转换机构2的结构如下：一个输入齿轮21固定在穿过固定座37的第一输出轴22的上端并且与本实用新型的弹簧储能装置3的输出齿轮35相啮合，第一输出轴22的近中部通过第二轴承221转动地设置在轴座23上，第二轴承221为单向轴承，轴座23用一组轴座固定螺钉231固定在固定座37上，在第一输出轴22的下端构成有一第一连接法兰222，与之相对应地，在第二输出轴24的上端同样地构成有一第二连接法兰241，第一、第二连接法兰222、241用一组法兰连结螺钉进行固联，第二输出轴24的下端与连杆臂25固连。在连杆臂25的一端即图1所示的左端构成有一连杆头251，在连杆头251上固设有第一、第二连接片2511、2512的一端，其中，第一连接片2511与前述的第二输出轴24的下端固联，而第二连接片2512与底座26固联，连杆臂25的另一端即图1所示的右端与储能气缸27的气缸柱271连结。前述的底座26既可以固定在另行配置的支架上，也可以根据需要而直接与地坪固定，在底座26的中央具有一铰接凸台261，在铰接凸台261上设置有转臂262，在转臂262上设有转臂轴2621，该转臂轴2621与前述的第二连接片2512联结。

在前述的本实用新型的弹簧储能装置3的输出齿轮35的运动下，带动动力输入齿轮21，由动力输入齿轮21带动第一输出轴22，由于第一输出轴22是与第二输出轴24固联的，因此由第一输出轴22带动第二输出轴24旋转，又由于第二输出轴24是与连杆臂25联结的，因此由第二输出轴24带动连杆臂25作往复运动，对储能气缸27提供压缩空气，当压缩空气达到设定的或称恒定的工作压强后，对气马达发电机提供动力，即提供工业和/或民用电力。

实施例2：

图略，仅将本实用新型的弹簧储能装置3的片式弹簧33的数量改为两根，两根片式弹簧33的起始端以相隔180°与铰接座312铰接，末端同样相隔180°与弹簧固定轴32固定；将风力发电系统的能量采集机构1的风叶11的数量改为48枚，其余均同对实施例1的描述。

实施例3：

图略，仅将本实用新型的弹簧储能装置3的片式弹簧33的数量改为四根，将风力发电系统的能量采集机构1的风叶11的数量改为36枚，其余均同对实施例1的描述。其中，四根片式弹簧33的起始端均以90°相间隔地与铰接座312铰接，而末端均以90°相间隔地与弹簧固定轴32固定。

Claims (10)

1、一种风力发电系统的机械储能机构，所述的风力发电系统包括能量采集机构(1)和能量转换机构(2)，其特征在于所述的机械储能机构包括弹簧储能装置(3)，该弹簧储能装置(3)包括一弹簧盘(31)、一弹簧固定轴(32)、一组片式弹簧(33)、弹簧压盖(34)、输出齿轮(35)、连接盘(36)、第一固定座(37)和轴座(38)，弹簧固定轴(32)的上端转动地支承在弹簧盘(31)的中央并且位于弹簧盘腔(311)内，下端伸展到弹簧盘(31)外转动地支承在轴座(38)上，一组片式弹簧(33)容设在弹簧盘腔(311)内，各片式弹簧(33)的一端与弹簧盘腔(311)的内壁联结，各另一端与弹簧固定轴(32)固定，弹簧压盖(34)固定在弹簧盘(31)上，对弹簧盘腔(311)封闭，输出齿轮(35)与弹簧固定轴(32)的下端固定，连接盘(36)固定在弹簧压盖(34)的中央并且与所述的弹簧固定轴(32)相对应，轴座(38)固定在固定座(37)上，其中，所述的输出齿轮(35)与所述的能量转换机构(2)相联结，所述的连接盘(36)与所述的能量采集机构(1)联结。

2、根据权利要求1所述的风力发电系统的机械储能机构，其特征在于所述的弹簧盘腔(311)的内壁上构成有与所述的一组片式弹簧(33)的数量相等的铰接座(312)并且各铰接座(312)在弹簧盘腔(311)的内壁上呈等间距分布，所述的一组片式弹簧(33)通过弹簧接板(331)与铰接座(312)联结。

3、根据权利要求2所述的风力发电系统的机械储能机构，其特征在于所述的弹簧接板(331)的端部构成有一销轴套(3311)，该销轴套(3311)由销轴(3312)与所述的铰接座(312)铰联。

4、根据权利要求1或2所述的风力发电系统的机械储能机构，其特征在于所述的一组片式弹簧(33)的数量至少有两枚。

5、根据权利要求1所述的风力发电系统的机械储能机构，其特征在于所述的弹簧固定轴(32)的上端窄缩成有一轴头(321)，该轴头(321)探出于所述的弹簧压盖(34)并且还探入到所述的连接盘(36)内。

6、根据权利要求1或5所述的风力发电系统的机械储能机构，其特征在于所述的能量采集机构(1)包括一组风叶(11)、风叶转盘(12)、风叶轴(13)、转盘支管(14)和基座(15)，一组风叶(11)的基部铰设在风叶转盘(12)上，风叶转盘(12)支承在转盘支座(14)上并且通过第一轴座(121)与风叶轴(13)的中部联结，风叶轴(13)的上端探出于风叶转盘(12)并且由迫固装置(131)迫固，风叶轴(13)的下端与所述的连接盘(36)固定，转盘支座(14)固定在基座(15)上。

7、根据权利要求1所述的风力发电系统的机械储能机构，其特征在于所述的一组风叶(11)的数量为12-48枚，各风叶(11)的基部构成有一风叶轴套(111)，风叶轴套(111)通过轴销(1111)而铰设于风叶转盘(12)上，并且由延设在风叶转盘(12)上的挡突(122)限位，所述的第一轴承(121)为单向轴承，所述的迫固件(131)包括压板(1312)和螺母(1311)，压板(312)套置在所述风叶轴(13)上，与风叶转盘(12)的上端面接触，螺母(1311)位于压板(1312)的上部，与风叶轴(13)旋固。

8、根据权利要求6所述的风力发电系统的机械储能机构，其特征在于所述的连接盘(36)的中央构成有一风叶轴座(361)，在风叶轴座(361)的内壁开设有键槽(3611)，所述的风叶轴(13)的下端伸展于所述的风叶轴座(361)内并且由平键与键槽(3611)键固。

9、根据权利要求1所述的风力发电系统的机械储能机构，其特征在于所述的能量转换机构(2)包括动力输入齿轮(21)、第一输出轴(22)、轴座(23)、第二输出轴(24)、连杆臂(25)、底座(26)和储能气缸(27)，动力输入齿轮(21)固定在第一输出轴(22)上并且与所述的输出齿轮(35)相啮合，第一输出轴(22)通过第二轴承(221)转动地设在轴座(23)上，轴座(23)固定在所述的固定座(37)上，第二输出轴(24)的一端与第一输出轴(22)联结，另一端与连杆臂(25)的一端联结，连杆臂(25)的另一端与储能气缸(27)的气缸柱(27)联结，底座(26)与连杆臂(25)联结。

10、根据权利要求9所述的风力发电系统的机械储能机构，其特征在于所述的第一输出轴(22)上构成有一第一连接法兰(222)，所述的第二输出轴(24)上构成有一第二连接法兰(241)，第一、第二连接法兰(222、241)彼此固联，所述的连杆臂(25)的一端具有一连杆头(251)，连杆头(251)上固设有第一、第二连接片(2511、2512)，第一连接片(2511)与第二输出轴(24)固连，而第二连接片(2511)与所述的底座(26)连结，所述的第二轴承(221)为单向轴承。

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