CN204140299U - 立式风力机驱动的空气压缩系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种立式风力机驱动的空气压缩系统，属于风能利用技术领域。所述立式风力机驱动的空气压缩系统包括立式风力机和空气压缩设备，立式风力机包括增速箱（18），空气压缩役备包括多个空气压缩机和储气容器（45），增速箱的输出轴用于连接齿轮盘（22），多个空气压缩机分别通过齿轮与齿轮盘（22）啮合或者分离，多个空气压缩机将常压空气压缩并存储到储气容器中。本实用新型能够充分利用风能，风能转换为压缩空气能的效率高，有效风速范围大。

Description

立式风力机驱动的空气压缩系统

技术领域

本实用新型涉及一种立式风力机驱动的空气压缩系统，属于空气压缩技术领域。 

背景技术

图4是技术中提供的一种风力压缩空气储能系统，其包括垂直轴风机201、CVP无级变速器204、飞轮205、电磁离合器206、往复式空压机207以及压力气体储存装置208，风机通过CVP无级变速器驱动飞轮，飞轮通过电磁离合器实现与空压机的离合，风机通过无级变速器将采集的风能传递给飞轮蓄能，飞轮和空压机的合离分别实现驱动空压机和再蓄能，在蓄能初期，CVP无级变速器实现降速增距，随后，CVP无级变速器实现增速。电子控制器203实现对CVP无级变速器和电磁离合器的控制。但是该现有技术的缺点是：只采用了一个大功率空气压缩机，在风速较小时，空气压缩机不工作，白白将风能损失掉。 

发明内容

    为克服现有技术中存在的缺点，本实用新型发明的目是提供一种立式风力机驱动的空气压缩系统，其能够充分利用风能，风能转换为压缩空气能的效率高，有效风速范围大。 

    为实现所述发明目的，本实用新型提供一种立式风力机驱动的空气压缩系统， 包括风力机和空气压缩设备，所述风力机包括增速箱18和齿轮盘22，空气压缩设备包括多个空气压缩机和储气容器45，增速箱的输出轴用于连接齿轮盘22，多个空气压缩设备分别通过齿轮与齿轮盘22啮合或者分离，多个空气压缩设备将常压空气压缩并存储到储气容器中。 

优选地，空气压缩机的驱动轴通过离合器与齿轮的输出轴相连。 

优选地，离合器为气动离合器，其通过电磁换向阀与压缩空气源相连。 

优选地，立式风力机驱动的空气压缩系统还包括控制器和风速传感器，控制器根据风速传感器所传递的信号控制电磁换向阀的工作状态。 

优选地，离合器通过多级离心气动开关连接于压缩空气源。 

优选地，空气压缩设备包括下列压缩机的一种或者几种：活塞式空气压缩机、螺杆式空气压缩机和离心式空气压缩机。 

与现有技术相比，本实用新型提供的风力机驱动的空气压缩系统，使用多个小功率的空气压缩机代替一个大功能空气压缩机，在风能较大时，利用离合器使多个小功率空气压缩机均与齿轮盘相连，以将风能转换为压缩空气能存储起来，在风速较小时，利用离合器使较少个小功率空气压缩机与齿轮盘相连，也将风能转换为压缩空气能存储起来，如此提高了风能的利用率，有效风速范围大。 

附图说明

图1是本实用新型第一实施例提供的大功率立式风力机来驱动空气压缩机的详细示意图； 

图2是本实用新型第二实施例提供的离心气动开关的轴向截面图；

图3是本实用新型第二实施例提供的大功率风力机来驱动空气压缩机的详细示意图；

图4是现有技术中提供的一种风力压缩空气储能系统。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型，相同的附图标记表示相同的部件。 

第一实施例

图1是本实用新型第一实施例提供的大功率立式风力机来驱动空气压缩机的示意图。如图1所示，本实用新型提供的大功率风力机来驱动空气压缩机包括立式风机1、塔架7、空气压缩设备和机舱，其中，机舱的外壳采用钢性材料制作，兼做地基，塔架设置在地基之上；立式风机1设置在塔架7之上，立式风机1包括多个风叶2。立式风机1用于将风能转换为机械能，并驱动机舱内的空气压缩设备以将常压空气压缩成高压空气并储存在储气容器中。

更为详细的描述如下： 

立式风机1包括多个风叶2，立式风机1的传动轴穿过设置在塔架法兰盘中心的轴承3并通过连接法兰4与万向联轴器5的一端相连，万向联轴器5的另一端通过连接法兰6与传动轴8相连，传动轴8穿过塔架连接法兰9中央的轴承10经连接法兰12与万向联轴器13的一端相连，万向联轴器13的另一端通过连接法兰14与传动轴15相连，传动轴15穿过塔架连接法兰17中央的轴承16与增速箱18的输入轴相连。增速箱18的输出轴与齿轮盘22的中央轴相连。

机舱内设置有空气体压缩设备和发电设备，空气压缩设备包括空气压缩机36、空气压缩机37、空气压缩机38和储气罐45。发电设备包括发电机39和法拉电容组47。增速箱18具有高速输出轴，高速输出轴与齿轮盘22的中心相连，高速输出轴上设置有刹车盘19，其通过气动刹车20制动，气动刹车20通过电磁换向阀32连接于储气容器45。齿轮盘22通过与其啮合的小齿轮23、24、25和26输出动力。空气压缩机36的驱动轴通过离合器34与小齿轮23的输出轴27连接，离合器34为气动离合器，其进气口通过电磁换向阀31连接于储气容器45；空气压缩机37的驱动轴通过离合器35与小齿轮22的输出轴28连接，离合器35为气动离合器，其进气口通过电磁换向阀33连接于储气容器45；空气压缩机38的驱动轴与小齿轮25的输出轴29连接；发电机39的驱动轴与小齿轮24的输出轴28连接，其所产生的电能存储到法拉电容组47中。本实用新型中虽然以气动离合器34、气动离合器35和气动离合器32分别通过电磁换向阀31、电磁换向阀32和电磁换向阀32与储气容器45相连为例进行了说明，但实际应用时，用于控制气动离合器34、气动离合器35和气动离合器32的压缩空气是必须达到一定的压力，因此，实际应用中，可以采用专门的压缩空气存储设备给它们提供具有设定压力的压缩空气。 

本实用新型提供的大功率风力机来驱动空气压缩机还包括控制子系统，控制子系统包括风速传感器54、控制器52及电磁换向阀，控制器53根据风速传感器54所传送来的信号来控制电磁换向阀31、32和33的工作状态。 

所述空气压缩机可以是螺杆式空气压缩机、离心式空气压缩机或者，气缸式空气压缩机，还可以是现有技术中任何一种空气压缩机。 

本实用新型的工作过程如下： 

风力机旋转，带动齿轮盘22旋转，齿轮盘22带动小齿轮24和25旋转，小齿轮24带动发电机39的转子旋转，发电机产生的电能存储到法拉电容组47中，小齿轮25带动空气压缩机38将常压空气压缩成高压空气并存储到存储容器中。风力机工作一段时间后，法拉电容组47中存储了一定量的电量，存储容器中的压缩空气达到设定的压力，此后，进入正常的工作。法拉电容组47给控制器52、风速传感器54提供电能，风速传感器探测环境风速并将风速信号转换为电信号传送给控制器52， 控制器52根据风速传感器54所传送来的信号控制电磁换向阀31、电磁换向阀32和电磁换向阀33的工作状态。当风速小于第一设定值值时，控制器52给电磁换向阀31、电磁换向阀32、电磁换向阀33提供信号，使电磁换向阀31、电磁换向阀32和电磁换向阀33的充气口与排气口接通，离合器34、离合器35以及气动刹车20与设定压力的空气源均断开，空气压缩机器36和37均不工作，气动刹车20不制动，只有空气压缩机38和发电机39工作，空气压缩机38将压缩空气进行压缩并存储到储气容器45中，发电机39将所产生的电能存储到法拉电容组47中。当风速大于或者等于第一设定值而小于第二设定值时，控制器给电磁换向阀31提供信号，电磁换向阀31的进气口与充气口接通，离合器34与设定压力的空气源接通，空气压缩机36和38工作，发电机39工作；控制器给电磁换向阀33和电磁换向阀32提供信号，电磁换向阀33和电磁换向阀32的排气口与充气口接通，使离合器35和气动刹车20与设定压力的空气源断开，空气压缩机36和38将压缩空气进行压缩并存储到储气容器45中，发电机39工作将所产生的电能存储到法拉电器47中。当风速大于或者等于第二设定值而小于第三设定值时，控制器给电磁换向阀31和电磁换向阀33提供信号，使磁换向阀31和电磁换向阀33的进气口与充气口接通，离合器34和离合器35与设定压力的空气源接通，空气压缩机36、37和38工作，发电机39工作；控制器给电磁换向阀32提供信号，使电磁换向阀32的排气口与充气口接通，使气动刹车20与设定压力的空气源断开，空气压缩机36、37和38将压缩空气进行压缩并存储到储气容器45中，发电机39工作将所产生的电能存储到法拉电器47中。当风速大于或者等于第三设定值时，控制器给电磁换向阀31、电磁换向阀31和电磁换向阀33提供信号，电磁换向阀31、电磁换向阀32和电磁换向阀33的进气口与充气口接通，使离合器34和离合器35与设定压力的空气源接通，气动刹车20与设定压力的空气源接通，刹车器20制动刹车盘19使增速箱的高速输出轴的速度减速，空气压缩机36、37和38工作，发电机39工作，空气压缩机36、37和38将压缩空气进行压缩并存储到储气容器45中，发电机39工作将所产生的电能存储到法拉电器47中。

第二实施例

图2是本实用新型第二实施例提供的三级离心气动开关的轴向截面图。如图2所示，本实用新型提供的三级离心气动开关包括圆筒形阀体103和直径等于圆筒形阀体内径的圆柱形阀芯101，还包括球体112和内径略大于圆柱形阀芯101的直径的圆形套筒102，阀芯101的长度大于阀体103的长度，并设置在阀体103内；套筒102套在阀芯上并设置在阀体之上的位置；球体112与两根等长的第一绳索114和第二绳索113连接，第一绳索114的第一端连接于阀芯101的上端，第二端连接于球体112上；第二绳索113的第一端连接于套筒102的上端，第二端连接于球体112上。

沿阀芯101的下部设置了深度依次递减的4个环形凹槽104、107、109和110，阀芯的上部设置了环形的储气筒117，第一个环形凹槽104通过一个沿轴向设置的气管118与储气筒117连通，在阀体上与该环形凹槽104相对应的地方设置了气孔105；第二个环形凹槽107通过一个沿轴向设置的气管119与储气筒117连通，在阀体上与该环形凹槽107相对应的地方设置了气孔106；第三个环形凹槽109通过一个沿轴向设置的气管与储气筒117连通，在阀体上与该环形凹槽109相对应的地方设置了气孔108；第四个环形凹槽110通过一个沿轴向设置的气管与储气筒117连通，在阀体上与该环形凹槽109相对应的地方设置了气孔111；与第二个环形凹槽、第三个环形凹槽、第四个环形凹槽分别相连通的气管沿阀芯的轴向设置，并沿周向相隔一定的角度，如15度，30度等，且它们的轴心与阀芯的轴心的距离依次递增；气孔105用于输入压缩空气，气孔106、108和111用于输出压缩空气。沿阀芯的径向对应于第二个环形凹槽、第三个环形凹槽、第四个环形凹槽分别相连通的气管的位置分别设置了三个圆柱形凹槽以嵌入压簧开关，三个圆柱形凹槽沿阀芯的轴向等间隔分布，沿阀芯的周向等间隔分布，并均位于阀体之上的位置。 

压簧开关包括一个支架122、一个弹簧121和一个弹性定位片123，支架下部为圆筒、上部为球形，沿支架径向在支架上部设置了凹口，沿支架径向在支架的下部设置了与气管等半径的通孔120；弹簧设置在支架下部的圆筒内，弹性定位片123的一端设置在支架上部的凹口内，另一端固定在阀芯上。 

阀体的轴116连接三个水平的风叶，当风吹动风叶时，风叶带动轴116和阀体101旋转，阀体101带动球体112旋转，随着风速增大，风叶旋转加快，球体112旋转半径加大，球体112拉动套筒102沿阀芯的轴向向上移动，当套筒102移动到最下面的那个压簧开关之上时，用于控制与第二个环形凹槽连通的气管的压簧开关由于弹簧的弹性沿阀芯的径向向外移动，通孔120与气管119接通，第一路气路接通，由于弹性定位片123的作用，当压簧开关向外移动到一定位置，位置便固定下来。随着风速再增大，风叶旋转再加快，球体112旋转半径再加大，球体112拉动套筒102沿阀芯的轴向向上移动，当套筒102移动到用于控制与第三个环形凹槽连通的气管的压簧开关之上时，该压簧开关也由于弹簧的弹性沿阀芯的径向向外移动，支架上通孔与气管120接通，第二路气路也接通，由于弹性定位片的作用，当压簧开关向外移动到一定位置，位置便固定下来。依次类推，第三路气路也接通。当风速减小时，风叶旋转减慢，球体112旋转半径减小，套筒102由于其自身的重力沿阀芯的轴向向下移动，当套筒102移动到最上面的那个压簧开关之下时，最上面的那个压簧开关沿阀芯的径向向内移动，通孔与气管断开，第三路气路断开，依次类推，第一路气路也断开，如此，各个气路根据风速的大小自动开启与关闭，无需先将风速转换成电信号，而后用电信号控制开关。 

本实用新型虽然以三级离心气动开关为例进行了说明，但是，所述离心开关也可以是一级，二级，四级等，根据需要随意设置。当离心气动开关为一级时，沿阀101的下部设置了深度依次递减的2个环形凹槽，阀芯的上部设置了环形的储气筒117，第一个环形凹槽104通过一个沿轴向设置的气管118与储气筒117连通；第二个环形凹槽107通过一个沿轴向设置的气管119与储气筒117连通。沿阀芯的径向对应于气管119的位置分别设置了一个圆柱形凹槽以嵌入压簧开关。当离心气动开关为二级时，沿阀101的下部设置了深度依次递减的3个环形凹槽，阀芯的上部设置了环形的储气筒117，第一个环形凹槽104通过一个沿轴向设置的气管118与储气筒117连通；第二个环形凹槽通过一个沿轴向设置的气管与储气筒117连通，第三个环形凹槽通过一个沿轴向设置的气管与储气筒117连通。沿阀芯的径向对应于气管的位置分别设置了一个圆柱形凹槽以嵌入压簧开关。二个圆柱形凹槽沿阀芯的轴向等间隔分布，沿阀芯的周向等间隔分布，并均位于阀体之上的位置，依次类推，可以设计四级、五级等离心气动开关。 

图3是本实用新型第二实施例提供的大功率风力机来驱动空气压缩机的详细示意图。本实用新型第二实施例与第一实施例不同的是空气压缩设备，第二实施例中提供的空气压缩设备中空气压缩机36的驱动轴通过离合器34与小齿轮23的输出轴27连接，离合器34为气动离合器，其进气口通过多级离心气动开关55的第三路与压缩空气源连接；空气压缩机37的驱动轴通过离合器35与小齿轮22的输出轴28连接，离合器35为气动离合器，其进气口通过多级离心气动开关55的第二路与压缩空气源连接；空气压缩机37的驱动轴通过离合器56与小齿轮25的输出轴29连接，离合器53为气动离合器，其进气口通过多级离心气动开关55的第一路与压缩空气源连接。 如此，随着风速的大小，三个空气压缩机自动开启与关闭，从而使风力机的负载随着风速的变化而变化，不需要采用电磁换向阀，也不需要发电机了。 

以上结合实施例描述了本实用新型，但是实施例仅是用于示范地说明本实用新型的。说明书仅是用于解释权利要求书的。但本实用新型的保护范围并不局限于说明书。任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型批露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。 

Claims (6)

1.一种立式风力机驱动的空气压缩系统，其特征在于， 包括风力机和空气压缩设备，所述风力机包括增速箱（18）和齿轮盘（22），空气压缩设备包括多个空气压缩机和储气容器（45），增速箱的输出轴用于连接齿轮盘（22），多个空气压缩设备分别通过齿轮与齿轮盘（22）啮合或者分离，多个空气压缩机将常压空气压缩并存储到储气容器中。

2.根据权利要求1所述的立式风力机驱动的空气压缩系统，其特征在于，空气压缩机的驱动轴通过离合器与齿轮的输出轴相连。

3.根据权利要求2所述的风力机驱动的空气压缩系统，其特征在于，离合器为气动离合器，其通过电磁换向阀与压缩空气源相连。

4.根据权利要求3所述的立式风力机驱动的空气压缩系统，其特征在于，还包括控制器和风速传感器，控制器根据风速传感器所传递的信号控制电磁换向阀的工作状态。

5.根据权利要求3所述的立式风力机驱动的空气压缩系统，其特征在于，离合器通过多级离心气动开关连接于压缩空气源。

6.根据权利要求1-5任一所述的立式风力机驱动的空气压缩系统，其特征在于，空气压缩设备包括下列压缩机的一种或者几种：活塞式空气压缩机、螺杆式空气压缩机和离心式空气压缩机。