CN201916127U

CN201916127U - 风力发电机组涡簧储能调速装置

Info

Publication number: CN201916127U
Application number: CN2010206695815U
Authority: CN
Inventors: 汤敬秋; 段巍; 王璋奇; 米增强
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2020-12-20

Abstract

一种风力发电机组涡簧储能调速装置，用于解决电网的储能和调峰问题。其技术方案是：它由调速齿轮箱、双向离合器、涡簧储能箱和液压控制系统组成，风力发电机组的低速轴依次经调速齿轮箱和双向离合器与涡簧储能箱构成传动关系，所述液压控制系统由液压缸及其控制阀组成，所述液压缸的活塞杆控制双向离合器。本实用新型以机械式涡簧储能箱作为蓄能装置来储存多余风能，具有结构简单、成本低、可控性好、对环境无特殊要求、转换效率高、无污染等优点，同时还可以调控风力发电机组低速轴的转速，保障发电机输入转速的稳定，宜于在电力系统中推广应用。

Description

风力发电机组涡簧储能调速装置

技术领域

本实用新型专利涉及一种适用于风力发电机组的涡簧储能调速装置，属发电技术领域。

背景技术

风能是随机性能源，具有间歇性且不能直接储存。因此，在有风期间，风力发电机组需将多余的风能转换为其他形式的能量并储存在蓄能装置中，在无风期间再将储存的能量释放出来并转换成电能，才能实现持续稳定的供电。

目前，电力系统采用的储能技术，有物理储能、电磁储能、电化学储能和相变储能等四类。物理储能主要有飞轮储能和抽水蓄能方式；电磁储能主要有超导方式；电化学储能主要有蓄电池储能和超级电容器储能。由于抽水蓄能工程受地理位置和自然条件的严格限制，且能量损失约为25%，影响了其在更大范围使用；飞轮储能是一种机械储能方式，其原理比较简单，具有寿命长、无污染等优点，但为了减少损耗，飞轮需要运行于真空环境或磁悬浮状态，其能量密度较低，而且保证高速旋转飞轮系统的安全性所需的费用较高，因此，目前还处在研究阶段；蓄电池储能技术最大的缺点就是对环境有污染，并且初次投资较高，寿命也有限；超级电容器储能所使用的蓄能装置包括双电层电容器和电化学电容器，由于超级电容器大多采用了化学原料，不可避免地将对环境造成污染，使用不当甚至会造成电解质泄漏，而且其内阻较大，不太适宜于交流电路；超导储能是利用超导线制成的线圈，将电网供电励磁产生的磁场能量储存起来，在需要时再将其存储的能量送回电网或作它用。超导储能具有噪音低、高效率及高可靠性的优点。但是也存在很大的缺点：一是超导储能系统需要压缩器和水泵来维持液体的低温，这将使系统变得复杂，导致维修频率升高；二是成本太高。目前仍处在研究阶段。

综上所述，现有的储能方法虽然很多，但有的技术不成熟，损耗较高，有的依赖地理位置和自然条件，有的成本太高，有的对环境污染严重，限制了它们在电力系统中的推广应用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、成本低廉、无污染、对环境无特殊要求且可控性好、转换效率高的风力发电机组涡簧储能调速装置。

本实用新型所述问题是由以下述技术方案实现的：

一种风力发电机组涡簧储能调速装置，由调速齿轮箱、双向离合器、涡簧储能箱和液压控制系统组成，风力发电机组的低速轴依次经调速齿轮箱和双向离合器与涡簧储能箱构成传动关系，所述液压控制系统由液压缸及其控制阀组成，所述液压缸的活塞杆控制双向离合器。

上述风力发电机组涡簧储能调速装置，所述调速齿轮箱由外壳及其内部的两个相互啮合的锥齿轮构成，第一锥齿轮固定在风力发电机组的低速轴上，第二锥齿轮通过其中轴与双向离合器连接。

上述风力发电机组涡簧储能调速装置，所述双向离合器由换向齿轮组、上摩擦片、下摩擦片和双向摩擦片组组成，所述换向齿轮组由多个依次驱动的齿轮构成，其首端齿轮与末端齿轮同轴线且旋转方向相反，首端齿轮与调速齿轮箱的第二锥齿轮同轴连接，所述上摩擦片、双向摩擦片组和下摩擦片依次排列在首端齿轮与末端齿轮之间，上摩擦片与首端齿轮同轴固接，下摩擦片与末端齿轮同轴固接，双向摩擦片组中轴穿过下摩擦片和末端齿轮中心孔后经滑动联轴器与涡簧储能箱连接，双向摩擦片组中轴还通过推杆同与之平行的液压缸的活塞杆连接。

上述风力发电机组涡簧储能调速装置，所述涡簧储能箱由箱体、涡簧和芯轴构成，所述芯轴贯穿箱体且与箱体转动连接，其一端与滑动联轴器对接，所述涡簧位于箱体内部，其两端分别与箱体和芯轴连接。

本实用新型以机械式涡簧储能箱作为蓄能装置来储存多余风能，具有结构简单、成本低、可控性好、对环境无特殊要求、转换效率高、无污染等优点，同时还可以调控风力发电机组低速轴的转速，保障发电机输入转速的稳定，宜于在电力系统中推广应用。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是调速齿轮箱的结构示意图；

图3是涡簧储能箱的结构示意图；

图4是双向离合器及液压控制系统的结构示意图。

图中各标号为：1. 调速齿轮箱,2.首端齿轮,3.上摩擦片,4.双向摩擦片组,5.下摩擦片,6.末端齿轮；7.双向离合器，8.推杆，9.滑动联轴器，10.芯轴，11.涡簧储能箱，12.液压缸；13、箱体；14、涡簧；15、低速轴；16、增速齿轮箱；17、高速轴；18、发电机；19、叶轮；20、第一锥齿轮；21、第二锥齿轮；22、换向齿轮组；23、双向摩擦片组中轴；24、控制阀。

具体实施方式

本实用新型主要由调速齿轮箱1、双向离合器7、涡簧储能箱11以及液压控制系统组成。调速齿轮箱1与风力发电机低速轴15联接。双向离合器7联接调速齿轮箱1和涡簧储能箱11。涡簧储能箱11是本储能调速装置的核心组成部分，涡簧14安装在涡簧储能箱11内，通过芯轴10的旋转来实现涡簧能量的存储和释放。根据工作现场的实际情况，液压控制系统可以实时地控制双向离合器7，调整本储能调速装置的工作状态（储存能量或者释放能量），并可以根据实际需要，准确的控制本储能调速装置的工作效率。

当风力过大，风力发电机的低速轴15输入转速超过额定转速时，液压控制系统开始工作，调节作用在双向离合器7上的正压力，控制连接扭矩，将低速轴15的转速中高出额定转速的部分分离出来，通过双向离合器7驱动涡簧储能箱11的芯轴10，芯轴10带动涡簧14旋紧，以弹性势能的形式存储能量，完成风能到弹性势能的转换储存。当低速轴15的转速低于额定转速时，液压控制系统对双向离合器7施加负压力，双向摩擦片组4与上摩擦片3分离，并压紧下摩擦片5，涡簧14释放弹性势能，转换为芯轴10的旋转动能，驱动芯轴10逆向旋转，芯轴10输出的扭矩，通过双向离合器7作用在调速齿轮箱1上，维持低速轴15的输入转速不低于额定转速。当风速超过极限风速或者涡簧储能箱11储满能量时，双向离合器7断开调速齿轮箱1和涡簧储能箱11的联接，本储能调速装置停止工作。

在图1中,风力推动风力发电机的叶轮19旋转，叶轮19驱动低速轴15一起转动。低速轴15驱动调速齿轮箱1内的两个锥齿轮旋转，进而带动双向离合器7内的换向齿轮组22旋转。在低速轴15的输入转速大于额定转速时，液压控制系统的液压缸12通过推杆8推动双向摩擦片组4向上滑动，与上摩擦片3压紧。上摩擦片3与换向齿轮组22的首端齿轮2固定联接。通过摩擦片之间的摩擦力，使传首端齿轮2的齿轮轴与双向摩擦片组中轴23轴联动。双向摩擦片组中轴23通过滑动联轴器9与涡簧储能箱11的芯轴10连接。低速轴15上高于额定值的转速被分离出来，顺次传递给调速齿轮箱1、双向离合器7的首端齿轮2和双向摩擦片组中轴23，最后作用在芯轴10上，驱动芯轴10转动，使涡簧14旋紧，多余的风能以弹性势能的形式储存在涡簧储能箱11里。此时双向离合器7中的换向齿轮组22中的其它齿轮处于空置状态，在首端齿轮2驱动下空转。

液压控制系统通过调整上摩擦片3与双向摩擦片组4之间的压力，控制双向摩擦片组4的转速，把低速轴15上高于额定转速的动能分离出来，转化成涡簧14的弹性势能，存储在涡簧储能箱11里，实现储能和调速的功能。

在低速轴15的输入转速低于额定转速时，液压控制系统的液压缸12驱动推杆8向下移动，推动双向摩擦片组4向下滑动，与下摩擦片5压紧。下摩擦片5与末端齿轮6固定联接。通过摩擦片之间的摩擦力，末端齿轮6的齿轮轴与双向摩擦片组中轴23联动。双向摩擦片组中轴23通过滑动联轴器9，与芯轴10连接。双向摩擦片组4向下与下摩擦片5压紧的同时，与上摩擦片3分离,作用在芯轴10上的输入转矩消失，存储在涡簧14里的弹性势能开始释放。涡簧14逆向旋转，驱动芯轴10转动。芯轴10驱动双向摩擦片组4转动，并顺次驱动下摩擦片5，末端齿轮6，首端齿轮2，最后通过调速齿轮箱1作用在低速轴15上。涡簧14释放的弹性势能，转化为低速轴15的动能，使低速轴15保持额定转速。

液压控制系统通过调整双向摩擦片组4与下摩擦片5之间的压力，控制下摩擦片5和末端齿轮6的转速，把动能传递到低速轴15上，维持低速轴15以额定转速运转，实现能量的释放和调速的功能。

Claims

1.一种风力发电机组涡簧储能调速装置，其特征在于，它由调速齿轮箱（1）、双向离合器（7）、涡簧储能箱（11）和液压控制系统组成，风力发电机组的低速轴（15）依次经调速齿轮箱（1）和双向离合器（7）与涡簧储能箱（11）构成传动关系，所述液压控制系统由液压缸（12）及其控制阀（24）组成，所述液压缸（12）的活塞杆控制双向离合器（7）。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组涡簧储能调速装置，其特征在于，所述调速齿轮箱（1）由外壳及其内部的两个相互啮合的锥齿轮构成，第一锥齿轮（20）固定在风力发电机组的低速轴（15）上，第二锥齿轮（21）通过其中轴与双向离合器（7）连接。

3.根据权利要求1或2所述的风力发电机组涡簧储能调速装置，其特征在于，所述双向离合器（7）由换向齿轮组（22）、上摩擦片（3）、下摩擦片（5）和双向摩擦片组（4）组成，所述换向齿轮组（22）由多个依次驱动的齿轮构成，其首端齿轮（2）与末端齿轮（6）同轴线且旋转方向相反，首端齿轮（2）与调速齿轮箱（1）的第二锥齿轮（21）同轴连接，所述上摩擦片（3）、双向摩擦片组（4）和下摩擦片（5）依次排列在首端齿轮（2）与末端齿轮（6）之间，上摩擦片（3）与首端齿轮（2）同轴固接，下摩擦片（5）与末端齿轮（6）同轴固接，双向摩擦片组中轴（23）穿过下摩擦片和末端齿轮中心孔后经滑动联轴器与涡簧储能箱11连接，双向摩擦片组中轴（23）还通过推杆同液压缸（12）的活塞杆连接。

4.根据权利要求3所述的风力发电机组涡簧储能调速装置，其特征在于，所述涡簧储能箱（11）由箱体（13）、涡簧（14）和芯轴（10）构成，所述芯轴（10）贯穿箱体（13）且与箱体（13）转动连接，其一端与滑动联轴器（9）对接，所述涡簧（14）位于箱体（13）内部，其两端分别与箱体（13）和芯轴（10）连接。