CN216241069U - 一种风力发电系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供的一种风力发电系统，属于风力发电技术领域，包括：传动机构、发电机、压缩机、膨胀机以及储气罐；压缩机主轴通过第一离合器与第三传动轴连接，膨胀机的主轴通过第二离合器与第四传动轴连接，第一离合器与第二离合器不同时工作；第一离合器闭合时，第二离合器断开，储气罐通过压缩机储能；第二离合器闭合时，第一离合器断开，储气罐通过膨胀机释能。本实用新型的压缩储能模式和膨胀助力模式单独运行、不并存，避免两者模式的相互干扰而导致风能的利用率低。

Description

一种风力发电系统
技术领域
本实用新型涉及风力发电技术领域，具体涉及一种风力发电系统。
背景技术
风力发电机是一种将风能转换为电能的清洁能源发电设备，其主要是通过风力带动风机叶片转动，与叶片连接的风机主轴带动发电机转子旋转发电，电能再通过整流、逆变设备，向外输出恒频交流电。
由于风力大小的随机性和时变性，风力发电机的输出功率日间波动大，转速变化频繁，将其直接接入电网会影响电网运行的稳定性及安全性。为了解决上述问题，中国文献CN102410150B中，公开了机械耦合式压缩空气储能微型混合风力发电系统，风力机通过行星齿轮与涡轮式复合机连接；风速较大，涡轮式复合机通过压缩储能模式将多余能量储能到储气罐内；风速较小时，涡轮式复合机通过膨胀助力模式将储气罐的能量传递给风电机。
上述的风力发电系统中，当涡轮式复合机的压缩储能模式与膨胀助力模式同时运行时，在膨胀助力过程中，压缩储能将作为负载模式进行耗能，进而降低能源的利用率。
实用新型内容
因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的机械耦合式风力发电系统存在能源利用率较低的缺陷，从而提供一种风力发电系统。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供的风力发电系统，包括：
传动机构、发电机、压缩机、膨胀机以及储气罐；
所述传动机构具有转动设置的第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴以及第四传动轴，所述第一传动轴上套设有第一齿轮，所述第二传动轴上套设有第二齿轮，所述第三传动轴上套设有第三齿轮，所述第四传动轴上套设有第四齿轮，所述第二齿轮、第三齿轮以及第四齿轮均啮合在所述第一齿轮的外齿上；
所述第一传动轴与风电轮毂同轴连接，所述第二传动轴与所述发电机的输入轴同轴连接，所述第三传动轴与所述压缩机的主轴同轴连接，所述第四传动轴与所述膨胀机的主轴同轴连接；
所述储气罐的储能口与所述压缩机的排气口连通，所述储气罐的释能口与所述膨胀机的进气口连通；
所述压缩机的主轴与所述第三传动轴的连接处设置有第一离合器，所述膨胀机的主轴与所述第四传动轴的连接处设置有第二离合器，控制模块控制所述第一离合器与所述第二离合器不同时工作。
进一步地，还包括设置在风电机舱的制动组件，所述制动组件具有适于限制所述第一传动轴转动的制动件，所述制动组件与控制模块信号连接。
进一步地，所述制动组件包括：
转轮，固定套设在所述第一传动轴上，所述转轮的周向上具有间隔设置的多个第一电磁铁；
第二电磁铁，连接在所述风电机舱内，适于与所述转轮的第一电磁铁进行吸附制动。
进一步地，风电机舱的顶部安装有风力传感器，所述风力传感器与所述控制模块信号连接。
进一步地，所述第一传动轴上套设有支撑轴承，所述支撑轴承通过轴承座固定在风电机舱内。
进一步地，所述储气罐的储能口以及释能口处均连通有流量调节阀，所述流量调节阀与所述控制模块信号连接。
进一步地，所述储气罐位于塔杆的底部基座内，所述压缩机/膨胀机上的气管均容纳在所述塔杆内。
进一步地，所述压缩机的进气口以及所述膨胀机的排气口均与大气连通。
本实用新型技术方案，具有如下优点：
1.本实用新型提供的风力发电系统，压缩机主轴通过第一离合器与第三传动轴连接，膨胀机的主轴通过第二离合器与第四传动轴连接，第一离合器与第二离合器不同时工作；第一离合器闭合时，第二离合器断开，储气罐通过压缩机储能；第二离合器闭合时，第一离合器断开，储气罐通过膨胀机释能。上述结构，使压缩储能模式和膨胀助力模式单独运行、不并存，避免两者模式的相互干扰而导致风能的利用率低。
2.本实用新型提供的风力发电系统，当风力等级超出控制范围时，通过制动组件限制第一传动轴，进而避免整体系统受损。
3.本实用新型提供的风力发电系统，储气罐位于塔杆的底部基座内，降低塔杆顶部的负载。
4.本实用新型提供的风力发电系统，压缩机的进气口以及膨胀机的排气口均与大气连通，即压缩储能介质为空气，全程无污染、成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为风电机舱内的结构示意图。
图2为风电机舱内的机械传动结构示意图。
图3为储气罐的结构示意图。
图4为本实用新型的中提供的风力发电系统的整体结构示意图。
附图标记说明：
1、传动机构；2、发电机；3、压缩机；4、膨胀机；5、储气罐；6、第一传动轴；7、第二传动轴；8、第三传动轴；9、第四传动轴；10、第一离合器；11、第二离合器；12、转轮；13、轴承座；14、风力传感器；15、流量调节阀；16、风电轮毂；17、风电机舱；18、基座；19、塔杆。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本实施例提供的风力发电系统，包括：传动机构1、发电机2、压缩机3、膨胀机4以及储气罐5，所述传动机构1、发电机2、压缩机3以及膨胀机4均位于风电机舱17内。
如图1、图2所示，所述传动机构1为箱式结构，所述传动机构1包括：转动连接在箱体上第一传动轴6、第二传动轴7、第三传动轴8以及第四传动轴9，所述第一传动轴6处于中间位置，其他三个传动轴环绕所述第一传动轴6分布；所述第一传动轴6上套设有第一齿轮，所述第二传动轴7上套设有第二齿轮，所述第三传动轴8上套设有第三齿轮，所述第四传动轴9上套设有第四齿轮，所述第二齿轮、第三齿轮以及第四齿轮均啮合在所述第一齿轮的外齿上。所述第一传动轴6与风电轮毂16同轴连接，所述第二传动轴7与所述发电机2的输入轴同轴连接，所述第三传动轴8通过第一离合器10与所述压缩机3的主轴同轴连接，所述第四传动轴9通过第二离合器11与所述膨胀机4的主轴同轴连接，所述第一离合器10与所述第二离合器11不同时工作。所述储气罐5的储能口与所述压缩机3的排气口连通，所述储气罐5的释能口与所述膨胀机4的进气口连通。
在本实施例中，第一离合器10闭合时，第二离合器11断开，压缩机3的主轴与第三传动轴8连接，膨胀机4的主轴与第四传动轴9断开，储气罐5通过压缩机3储能；第二离合器11闭合时，第一离合器10断开，压缩机3的主轴与第三传动轴8断开，膨胀机4的主轴与第四传动轴9连接，储气罐5通过膨胀机4释能。使压缩储能模式和膨胀助力模式单独运行、不并存，避免两者模式的相互干扰而导致风能的利用率低。
如图1、图2所示，所述风电机舱17内设置有制动组件，所述制动组件具有适于限制所述第一传动轴6转动的制动件，所述制动组件与控制模块信号连接，所述控制模块根据风力等级来控制制动组件运行。当风力等级超出控制范围时，通过制动组件限制第一传动轴6，进而避免整体系统受损。所述制动组件包括：转轮12、第一电磁铁以及第二电磁铁；所述转轮12固定套设在所述第一传动轴6上，所述转轮12的周向上具有间隔设置的多个第一电磁铁；所述第二电磁铁连接在所述风电机舱17内，用于与所述转轮12的第一电磁铁进行吸附制动。
作为一种可替换的实施方案，所述制动组件包括：套设在第一传动轴6上的转轮12和连接在所述风电机舱17内的摩擦式制动器，所述摩擦式制动器通过与所述转轮12抱合摩擦、实现制动。
如图1、图2所示，所述传动机构1、发电机2、压缩机3以及膨胀机4均设于所述风电机舱17内，所述传动机构1位于中间，所述压缩机3以及膨胀机4位于所述传动机构1的前侧，所述发电机2位于所述传动机构1的后侧。所述压缩机3和膨胀机4分设在所述第一传动轴6的左右两侧，所述传动机构1与风电轮毂16之间的距离增大，故第一传动轴6较长；为了使第一传动轴6传动平稳，所述第一传动轴6上套设有支撑轴承，所述支撑轴承通过轴承座13固定在所述风电机舱17内。
如图1所示，所述风电机舱17的顶部安装有风力传感器14，所述风力传感器14用于实时监测风力等级；第一离合器10、第二离合器11以及风力传感器14均与控制模块信号连接，所述控制模块根据风力等级信号，来控制第一离合器10以及第二离合器11断开和闭合。
如图3、图4所示，所述储气罐5位于塔杆19的底部基座18内，所述压缩机3/膨胀机4上的气管均容纳在所述塔杆19内。气罐位于塔杆19的底部基座18内，降低塔杆19顶部的负载；气管经塔杆19内部与储气罐5连接，气管不用额外设置其他防护套，就能起到自身防护的效果。
如图3所示，所述储气罐5的储能口以及释能口处均连通有流量调节阀15，所述流量调节阀15与所述控制模块信号连接，所述控制模块根据风力等级信号来控制流量调节阀15的开量。
所述风电机舱17上设置有与外界连通的气孔，压缩机3的进气口以及膨胀机4的排气口均经该气孔与大气连通，即压缩储能介质为空气，全程无污染、成本低。
工作过程：
当外界风力所能提供的能量与负载需求相差不大时，第一离合器10以及第二离合器11均断开，压缩机3的主轴与第三传动轴8断开，膨胀机4的主轴与第四传动轴9也断开；风电轮毂16旋转，通过传动机构1增速后，带动发电机2输入轴运转发电。
当外界风力所能提供的能量超出负载需求时，第一离合器10闭合，第二离合器11断开，压缩机3的主轴与第三传动轴8连接，膨胀机4的主轴与第四传动轴9断开；风电轮毂16旋转，将一部分风能通过传动机构1传递给压缩机3的主轴、运转压缩，压缩机3进气口吸入空气，空气经加压后从压缩机3的排气口储存至储气罐5内；将另一部分风能通过传动机构1传递给发电机2输入轴、运转发电，由于压缩机3运转消耗了部分风力，故发电机2的发电功率降低。
当外界风力所能提供的能量不能满足负载需求时，第一离合器10断开，第二离合器11闭合，压缩机3的主轴与第三传动轴8断开，膨胀机4的主轴与第四传动轴9连接；风电轮毂16旋转，将全部风能通过传动机构1传递给发电机2输入轴、运转发电；同时，膨胀机4的进气口与储气罐5之间的流量调节阀15打开，储气罐5内的高压气体驱动膨胀机4的主轴转动，膨胀机4的主轴通过传动机构1将能量传递给发电机2输入轴、运转发电。
当外界风力所能提供的能量远远超出负载需求时，超出该系统的控制范围，控制模块控制制动组件对第一传动轴6进行制动，该风电发电系统停止发电。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种风力发电系统，包括：传动机构(1)、发电机(2)、压缩机(3)、膨胀机(4)以及储气罐(5)；
所述传动机构(1)具有转动设置的第一传动轴(6)、第二传动轴(7)、第三传动轴(8)以及第四传动轴(9)，所述第一传动轴(6)上套设有第一齿轮，所述第二传动轴(7)上套设有第二齿轮，所述第三传动轴(8)上套设有第三齿轮，所述第四传动轴(9)上套设有第四齿轮，所述第二齿轮、第三齿轮以及第四齿轮均啮合在所述第一齿轮的外齿上；
所述第一传动轴(6)与风电轮毂(16)同轴连接，所述第二传动轴(7)与所述发电机(2)的输入轴同轴连接，所述第三传动轴(8)与所述压缩机(3)的主轴同轴连接，所述第四传动轴(9)与所述膨胀机(4)的主轴同轴连接；
所述储气罐(5)的储能口与所述压缩机(3)的排气口连通，所述储气罐(5)的释能口与所述膨胀机(4)的进气口连通；
其特征在于，所述压缩机(3)的主轴与所述第三传动轴(8)的连接处设置有第一离合器(10)，所述膨胀机(4)的主轴与所述第四传动轴(9)的连接处设置有第二离合器(11)，控制模块控制所述第一离合器(10)与所述第二离合器(11)不同时工作。
2.根据权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，还包括设置在风电机舱(17)的制动组件，所述制动组件具有适于限制所述第一传动轴(6)转动的制动件，所述制动组件与控制模块信号连接。
3.根据权利要求2所述的风力发电系统，其特征在于，所述制动组件包括：
转轮(12)，固定套设在所述第一传动轴(6)上，所述转轮(12)的周向上具有间隔设置的多个第一电磁铁；
第二电磁铁，连接在所述风电机舱(17)内，适于与所述转轮(12)的第一电磁铁进行吸附制动。
4.根据权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，风电机舱(17)的顶部安装有风力传感器(14)，所述风力传感器(14)与所述控制模块信号连接。
5.根据权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，所述第一传动轴(6)上套设有支撑轴承，所述支撑轴承通过轴承座(13)固定在风电机舱(17)内。
6.根据权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，所述储气罐(5)的储能口以及释能口处均连通有流量调节阀(15)，所述流量调节阀(15)与所述控制模块信号连接。
7.根据权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，所述储气罐(5)位于塔杆(19)的底部基座(18)内，所述压缩机(3)/膨胀机(4)上的气管均容纳在所述塔杆(19)内。
8.根据权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，所述压缩机(3)的进气口以及所述膨胀机(4)的排气口均与大气连通。
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