CN2835638Y - 风力液压联动发电装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种风力液压联动发电装置，该装置是由风力机、风动液压泵、缓冲压力容器、供液压力容器、供液液压泵、液压马达、水轮机、储液池、发电机组成；当风力机在获取风能后驱动风动液压泵工作，风动液压泵将被加压的工作液体通过管道输送到水轮机，水轮机将液压能转换成动能，并带动发电机发电。该装置将原有的发电设备从塔架的顶端转移至地面，解决了现有风力发电机制造尺寸及重量不断加大，与发电及控制设备制造难度不断增加的矛盾，降低了制造难度及发电设备数量及制造风力机的塔架的难度，节约了材料，降低了成本，维修方便。该装置通过调整风力驱动功率，能较好的适应不同的风力发电场和不同的电网需求，提高风力发电机的使用效率。

Description

风力液压联动发电装置
               技术领域
本实用新型涉及一种风力液压联动发电装置。
               背景技术
在风力发电领域中，并网型风力发电机的机舱一般安装在塔架的顶端，这需要建造机舱的尺寸和重量尽可能降低，以增加风力发电机的安全性，随着机舱重量和尺寸的降低，在发电功率不下降的情况下，风力发电设备制造难度逐渐增大，致使现有风力发电机机舱占总成本60％以上；每个风力发电机都有一套独立的发电设备和控制系统，部分资源不能共享；随着风力发电机功率不断增加，发电机及叶片的尺寸和重量不断加大，制造难度随之增大，技术要求较高，难以形成规模效益；由于发电设备和叶片的重量较大，故对塔架安全性的要求相应增加，致使制造塔架的材料增加，成本加大；整套风力发电设备只能按照现有的产品品种选择，不能根据当地的风力、地形和电网的要求做出相应调整，从而降低了使用效率。
               发明内容
本实用新型目的在于，提供一种风力液压联动发电装置，该装置是由风力机、风动液压泵、缓冲压力容器、供液压力容器、供液液压泵、液压马达、水轮机、储液池、发电机组成；通过一台或多台的风力机驱动风动液压泵，当风力机在获取风能后驱动风动液压泵工作，风动液压泵将被加压的工作液体通过管道输送到水轮机，水轮机将液压能转换成动能，并带动发电机发电。本实用新型将原有的发电设备从塔架的顶端转移至地面，解决了现有风力发电机制造尺寸及重量不断加大，与发电及控制设备制造难度不断增加的矛盾，在降低了制造难度同时，节约了制造成本。因多个风力机可共用同一套发电设备，大量降低发电设备数量，从而大幅度降低成本。因发电设备从塔架顶端转移至地面，使制造风力机的塔架的难度相应降低，节约材料同时降低了成本；因主要设备集中在地面，为维修提供了很大的方便。本实用新型通过调整风力驱动的风动液压泵数量或发电机的功率，能较好的适应不同的风力发电场和不同的电网需求，提高风力发电机的使用效率。
本实用新型所述的风力液压联动发电装置，是由风力机、风动液压泵、缓冲压力容器、供液压力容器、供液液压泵、液压马达、水轮机、储液池、发电机组成，其特征在于风力机(1)是由风力叶片、轮毂、转轴、传动齿轮、塔架和控制设备组成，风力机(1)通过转轴和传动齿轮驱动风动液压泵(2)，并根据需要，风力机(1)与风动液压泵(2)在管道上排列若干个；风动液压泵(2)的进液口通过管道，经控制供液开关(14)、单向阀(18)、(17)供液液压泵(8)、(9)的出液口连接，供液液压泵(8)、(9)的进液口与储液池(11)连接，在风动液压泵(2)和供液液压泵(8)、(9)之间的管道上固定有供液压力容器(12)；风动液压泵(2)的出液口通过管道经单向阀(17)、水轮机(10)与储液池(11)连接，在风动液压泵(2)和水轮机(10)之间的管道上分别固定有溢流阀(15)、缓冲压力容器(3)、压力表(4)、控制液压马达开关(6)和流量表(5)，液压马达(7)分别通过管道与控制液压马达开关(6)和储液池(11)连接，水轮机(10)驱动发电机(16)发电。
本实用新型所述的风力液压联动发电装置，其工作原理为：由于使用风力进行发电，动力来源主要是由有效风力提供。接受风能的装置为风力机(1)，风力机(1)由风力叶片、轮毂、转轴、传动齿轮、塔架和控制设备组成。风力机(1)与风力发电机相比较，前者仅能依靠风能提供动力但不能发电。风力机(1)的叶片被有效风力驱动旋转，叶片通过风力机(1)塔架顶部转轴的转动，给风动液压泵(2)提供动力(风动液压泵是由风力驱动的液压泵)，将加压后的工作液体输送到管道内，由管道将加压的工作液体输送给水轮机(10)，水轮机(10)和发电机(16)将工作液体的液压能转化成电能，进行发电。工作液体在提供动力后，流入敞口的储液池(11)，储液池(11)内的工作液体通过供液液压泵(8)或(9)输送到与风动液压泵(2)相连的管道内，给位置较高风力机(1)驱动风动液压泵(2)提供稳定来源的液体，使工作液体能有效循环利用。
               附图说明
参见附图
图1为本实用新型结构示意图
图2为实用新型被加压液体的做功功率、平均风速、水轮机和发电机操作关系图
其中X(压)＝压力容器(缓冲)内压强值。
X(低)＝被加压液体最低的工作压强值。
P(液)＝管道内液体的做功功率。
P(大)＝当前工作的水轮机和发电机组最大发电功率。
P(小)＝当前工作的水轮机和发电机组最小发电功率。
V(风)＝规定时间内的平均风速。
图3为本实用新型供液用液压泵、控制液压马达的开关控制关系图
其中：压(当)＝当前供液压力容器的压强
压(大)＝压力容器压力容器设计供液最大压强
压(小)＝压力容器设计供液最低压强。
指令1：是指控制中心是否发出打开控制液压马达开关的信号。
指令2：是指控制中心是否发出关闭控制液压马达开关的信号。
指令3：是指控制中心是否发出启动供液液压泵、关闭控
制液压马达开关，置控制液压马达开关状态为关的信号。
               具体实施方式
以下结合附图进一步描述并给出实施例
本实用新型所述的风力液压联动发电装置，是由风力机、风动液压泵、缓冲压力容器、供液压力容器、供液液压泵、液压马达、水轮机、储液池、发电机组成，其特征在于风力机(1)是由风力叶片、轮毂、转轴、传动齿轮、塔架和控制设备组成，风力机(1)通过转轴和传动齿轮驱动风动液压泵(2)，并根据需要，风力机(1)与风动液压泵(2)在管道上排列若干个；风动液压泵(2)的进液口通过管道，经控制供液开关(14)、单向阀(18)、(17)供液液压泵(8)、(9)的出液口连接，供液液压泵(8)、(9)的进液口与储液池(11)连接，在风动液压泵(2)和供液液压泵(8)、(9)之间的管道上固定有供液压力容器(12)；风动液压泵(2)的出液口通过管道经单向阀(17)、水轮机(10)与储液池(11)连接，在风动液压泵(2)和水轮机(10)之间的管道上分别固定有溢流阀(15)、缓冲压力容器(3)、压力表(4)、控制液压马达开关(6)和流量表(5)，液压马达(7)分别通过管道与控制液压马达开关(6)和储液池(11)连接，水轮机(10)驱动发电机(16)发电。
当风速达到有效风速后，风力机(1)的叶片带动转轴转动，同时转轴的齿轮驱动风动液压泵(2)工作。风动液压泵(2)将供液液压泵(8)(由液压能提供动力的液压泵)或供液液压泵(9)(由电力或其他能源提供动力的液压泵)或供液压力容器(12)提供的工作液体予以加压，将工作液体输入管道用于发电。在此过程中，可由一个或多个风力机(1)及配套的风动液压泵(2)同时工作。当风场长期有效平均风速较低时，可增加风力机(1)及配套的风动液压泵(2)的数量，提高发电效率，反之则减少。(风力机(1)的数量＝发电机(16)最小的发电功率/有效风速下同等风力机(1)输出的功率/风动液压泵(2)效率/水轮机(10)和发电机(16)组效率)。当水轮机(10)和发电机(16)超过一组时，水轮机(10)和发电机(16)组合的配置应保证发电机(16)在发电过程中在发电最大值和最小值之间均能正常发电。为减少因水轮机(10)和发电机(16)频繁更换影响发电效率，也可采用同时使用发电机(16)组、同时使用供液液压泵(8)或调整做功风力机(1)的数量等方法。
当管道内被加压工作液体的压强高于发电设备设计压强时，可通过计算机或人工关闭控制供液开关(14)，停止给风动液压泵(2)供液，并停止部分或全部风力机(1)工作，防止风动液压泵(2)继续工作，损坏发电设备。当管道内工作液体压强下降至发电设备设计压强以内时，通过计算机或人工打开控制供液开关(14)，启动部分或全部风力机(1)，使发电系统继续工作。
当管道及发电设备内形成堵塞或故障时，被加压的工作液体压强较大。为了防止液体压力过大破坏发电设备，可在管道的另一端可加装一套溢流阀(15)。当管道内压强大于发电设备设计压强时，按要求设计的溢流阀(15)自动打开，释放部分或全部加压的工作液体，以降低管道内压力，保证设备正常运转；当管道内压强下降至管道设计压强以下时，溢流阀(15)自动关闭。
当风场的平均风速＜发电所需有效风速时：因风力机(1)不能有效驱动风动液压泵(2)工作，通过计算机或人工，停止风力机(1)、供液液压泵(9)及水轮机(10)工作，减少机械磨损和能源消耗。
当风场平均风速＞有效风速：启动所有风力机(1)，打开控制供液开关(14)，打开液压马达开关(6)，停用供液液压泵(9)。当管道内被加压的工作液体压强超过最低工作压强时，令水轮机(10)和发电机(16)开始发电；
当风场平均风速＞有效风速时，随着风速不断加大，被加压后的工作液体压强和流量均有较大增加，发电机(16)将超负荷运转，为提高风能利用水平和减少发电机(16)的负荷，管道内输出到水轮机(10)液体的做功功率超过发电机(16)最小发电功率，可通过计算机或人工打开液压马达开关(6)，使部分加压的工作液体驱动液压马达(7)旋转，并带动供液液压泵(8)工作，给风动液压泵(2)提供工作液体。同时停止供液液压泵(9)工作，减少供液液压泵(9)对其他能源的消耗，减少水轮机(10)和发电机(16)组之间的转换。
若当管道内液体的做功功率超过当前水轮机(10)和发电机(16)最大发电功率，且供液液压泵(8)处于工作状态工作时，须更换功率较大的水轮机(10)和发电机(16)或者更换两个或两个以上功率和较大的水轮机(10)和发电机(16)组，以提高发电量。
若当管道内液体的做功功率继续超过更换后的水轮机(10)和发电机(16)最小发电功率，可通过计算机或人工打开液压马达开关(6)，使部分加压的工作液体驱动液压马达(7)旋转，并带动供液液压泵(8)工作，给风动液压泵(2)提供工作液体。
以上方法循环渐进，直至供液液压泵(8)机水轮机(10)和发电机(16)全部使用
当风场平均风速长时间超过额定风速(发电机(16)组满负荷工作所需要的最大风速)，且在供液液压泵(8)打开的状况下，每隔一定时间(1-200秒)，对管道内加压后工作液体的压强和流量进行监测，当管道内液体的做功功率继续超过当前水轮机(10)和发电机(16)组最大发电功率，为保证发电机(16)组正常运转，可停止部分风力机(1)工作，减少风动液压泵(2)输出被加压工作液体的流量，以减少发电机(16)组的负荷。在其次的监测中，管道内液体的做功功率仍高于最大发电功率，增加停用风力机(1)数量，直至全部停用。
当风场风速逐渐下降，管道内工作液体的做功功率逐渐下降。
当管道内工作液体的做功功率低于当前水轮机(10)和发电机(16)最小发电功率时，可通过计算机或人工关闭液压马达开关(6)，停止供液液压泵(8)工作，同时打开供液液压泵(9)，保证发电机(16)正常运转。
当风场风速继续下降，管道内工作液体的做功功率低于前水轮机(10)和发电机(16)最小发电功率，且供液液压泵(8)已停止工作时，更换两个或两个以上功率较小的水轮机(10)和发电机(16)。
当管道内液体的做功功率继续下降，低于更换后的水轮机(10)和发电机(16)最小发电功率，可通过计算机或人工关闭控制液压马达开关(6)，并停止供液液压泵(8)工作，同时打开供液液压泵(9)。
以上方法循环渐进，直至关闭最小功率水轮机(10)和发电机(16)，停止风力机(1)工作，重新等待风场风速提高，达到有效风速。
被加压的工作液体推动水轮机(10)发电后，流入敞口的储液池(11)，给风动液压泵(2)工作再次提供液体做准备。因风动液压泵(2)的位置较高(一般在10米以上)，仅依靠风动液压泵(2)的自吸能力，不能满足风动液压泵(2)对工作液体的需要，通过供液液压泵(9)或供液液压泵(8)将工作液体通过(14)和单向控制阀(18)输送到供液的管道内，给风力驱动的风动液压泵(2)提供液体。供液液压泵(8)是由被加压的工作液体作为动力，通过液压马达(7)驱动工作，因能量转换次数少，效率较高，可作为供液的优先选择。同时因消耗了部分被加压液体，可减少水轮机(10)和发电机(16)组之间的转换频率。供液液压泵(9)即可以是电力驱动也可以其他动力驱动。
当风场平均风速在有效风速和额定风速之间时，风动液压泵(2)对工作液体的需求变化较大，而供液液压泵(9)或供液液压泵(8)输出的工作液体相对稳定，为保证风动液压泵(2)能满负荷运转，供液液压泵(9)输出工作液体的流量＞最大的水轮机(10)和发电机(16)组对工作液体最小的需求流量，供液液压泵(9)输出液体的压强不低于设计供液最大压强；供液液压泵(8)输出工作液体的流量＞最大的水轮机(10)和发电机(16)组对工作液体最大的需求流量，供液液压泵(8)输出液体的压强不低于设计供液最大压强。
在风动液压泵(2)的进液口的管道上固定的供液压力容器(12)可分流供液液压泵(9)或供液液压泵(8)给风动液压泵(2)供液后多余的工作液体，当压力容器(12)内的压强达到设计供液最大压强时，停止供液液压泵(9)或供液液压泵(8)工作，减少对能源的消耗。因供液压力容器(12)上部有已被压缩的气体，通过气压压力，压力容器(12)可继续将工作液体送到位置较高的风动液压泵(2)，满足风动液压泵(2)对液体的需要。因持续给风动液压泵(2)供液，供液压力容器(12)内的压强逐渐下降，当压强低于设计供液最低压强时，启动供液液压泵(9)或供液液压泵(8)工作，直至供液压力容器(12)内压强达到供液液压泵(9)输出液体的设计供液最大压强。
为减少对能量的消耗，当管道内液体的做功功率超过当前水轮机(10)和发电机(16)最小发电功率，部分加压的工作液体可通过液压马达开关(6)后驱动液压马达(7)旋转，带动供液液压泵(8)工作，优先给风动液压泵(2)和供液压力容器(12)供液；当管道内液体的做功功率小于当前水轮机(10)和发电机(16)最小发电功率时，采用供液液压泵(9)给风动液压泵(2)和供液压力容器(12)供液，与此同时关闭液压马达开关(6)的行为，优先受到供液压力容器(12)内压强的控制，即在供液液压泵(8)供液时，压力容器(12)内的压强达到设计供液最大压强，关闭液压马达开关(6)，停止供液液压泵(8)继续供液，为方便计算机控制，在供液压力容器(12)内的压强不小于设计供液最大压强时，液压马达开关(6)的状态可暂时设定为开。

Claims (1)

1、一种风力液压联动发电装置，是由风力机、风动液压泵、缓冲压力容器、供液压力容器、供液液压泵、液压马达、水轮机、储液池、发电机组成，其特征在于风力机(1)是由风力叶片、轮毂、转轴、传动齿轮、塔架和控制设备组成，风力机(1)通过转轴和传动齿轮驱动风动液压泵(2)，并根据需要，风力机(1)与风动液压泵(2)在管道上排列若干个；风动液压泵(2)的进液口通过管道，经控制供液开关(14)、单向阀(18)、(17)供液液压泵(8)、(9)的出液口连接，供液液压泵(8)、(9)的进液口与储液池(11)连接，在风动液压泵(2)和供液液压泵(8)、(9)之间的管道上固定有供液压力容器(12)；风动液压泵(2)的出液口通过管道经单向阀(17)、水轮机(10)与储液池(11)连接，在风动液压泵(2)和水轮机(10)之间的管道上分别固定有溢流阀(15)、缓冲压力容器(3)、压力表(4)、控制液压马达开关(6)和流量表(5)，液压马达(7)分别通过管道与控制液压马达开关(6)和储液池(11)连接，水轮机(10)驱动发电机(16)发电。
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