CN2878713Y - 一种风力发电装置和系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及风力发电技术，为解决传统风力发电装置因采用纯机械的传动方式而导致的成本较高等方面的问题，本实用新型的风力发电装置中，风轮可带动液压泵转动，使液压泵可对输入其中的传动液体(通常为液压油)进行加压并通过输液管输出到液压马达；液压马达在高压液体的驱动下会产生转动，进而可带动发电机转动而发电。在此基础上增设一个用于集中多路高压液体的集液罐，就可用N套(风轮+液压泵)来共享同一套液压马达、集液罐、贮液箱和发电机，其中N为大于1的整数。本实用新型中通过液体来传递动力，能量损耗小且容易实现对发电机的匀速推动；更重要的是可将多个风轮的动力集中到同一台发电机，从而可节省建设成本并提升发电效率。

Description

一种风力发电装置和系统

技术领域

本实用新型涉及风力发电技术，更具体地说，涉及一种液体传动式风力发电装置和系统。

背景技术

在石化、燃煤能源日渐枯的今天，风力发电已成为人类能源开发的重点方向之一。资料表明，全球可开发风能资源的总量大约为人类能源需求总量的2倍。风能的丰富性和可自然再生性是最具吸引力的理由。

风力发电技术起源于欧洲，其中丹麦、荷兰、德国等国家对风力发电的开发和倡导已经有超过20年的历史了。风力发电技术诞生以来，经历了不断的改进，进而发展成为目前比较成熟的水平轴、三叶片、锥形管式塔等结构形式。目前的大型风力发电机通常采用水平轴型式，它由塔架、风轮、变速箱(加速齿轮箱)、发电机、偏移装置、控制系统等部件所组成。风轮的作用是将风能转换为机械能，它由气体流动性能良好的叶片装在轮轴上所组成，低速转动的风轮通过传动机构由加速齿轮箱增速，进而将动力传递给发电机。风轮由高大的塔架支撑，由于风向会经常改变，为了有效地利用风能，必须要有自动迎风的偏移装置，它根据风向感测仪测得的风向信号，进而推动风轮使之一直面对迎风面。可见，传统风力发电装置中的风轮、传动机构、发电机之间是一对一的机械连接关系，这种特点导致现有风力发电技术存在以下一些问题。

1、为了满足功率规模和抗灾害性风力的强度，会导致制造成本大大增加

现有风力发电技术中，通常是追求单机发电功率尽可能地大。目前，发展1500kw以上的风力发电装置已成为一种既定的趋势，这种机组的风轮很大，直径超过60米，安装在几十层楼高的塔架上。据报道，美国加州已经安装了功率3000kw，直径达300英尺的巨型风轮机组。对于如此巨大的风轮及塔架，要求其能承受所在地区的灾害性风力，所以其强度要求非常高，必须采用炭纤维、玻璃钢等高强度材料来制作，从而使得制造成本大大增加。

2、为满足功率规模，会对环境产生负面影响

一方面，上述巨大的风轮和高大的塔架会对当地的自然景观造成破坏，特别是在城市和旅游区，这是影响更是不能容忍。另外，螺桨式风轮工作时，会产生强大的噪声，成为令人日夜不得安宁的噪声源，在荷兰和德国都发生过居民游行示威来抗议风力发电建设项目的事件。目前通常要求风力发电机组离居民宅的最小距离为500米，这使得适合风力发电机组安装的地域之选择范围大为缩小

3、风轮超低转速与发电机经济转速之间的矛盾导致成本再增

对于上述尺寸巨大的风轮，其转速通常较低，约为30转/分左右。这种极低的转速与发电机的经济转速相距甚远，直接联轴时，将导致发电机的体积、重量和成本大大增加。为实现转速的合理匹配，需采用适当的机械变速装置，现有产品通常是在塔架上装一个多级行星齿轮变速箱，其增速成比达50-70，甚至80以上，其中使用的变速箱非常笨重，重达50～100吨，其运输和安装都非常困难。另外，多级增速机构的插入损耗还会降低整个发电机组的效率，使整机效率的下降26％左右，造成配套资源的严重浪费。

4、独立运作的机组结构增大了建设成本

由前述介绍可知，现有技术中，风轮、传动机构、发电机之间是一对一的机械连接关系，无法用两个或多个风轮来驱动同一个发电机，这使得风力发电机组的建设一直居高不下，目前大型风力发电机组的建设成本仍停留在8000元/千瓦左右，小型风力发电机组的成本则更高。

实用新型内容

针对现有技术的上述缺陷，本实用新型要解决传统风力发电装置因采用纯机械的传动方式而导致的成本较高等方面的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种风力发电装置，包括塔架、风轮、发电机、以及可将风轮的动力传递到所述发电机以驱使其转动的传动机构；其中，

所述传动机构中包括：转动时可将输入液体加压输出的液压泵、可在高压液体的驱动下产生转动效果的液压马达、以及用于存贮适量传动液体的贮液箱；

所述液压泵的转轴与所述风轮的转轴之间直接或间接连接，所述液压泵的高压输出口通过第一输液管与所述液压马达的高压输入口连接，所述液压泵的低压输入口则通过第二输液管与所述贮液箱的输出口连接；

所述液压马达的转轴与所述发电机的转轴之间直接或间接连接，所述液压马达的低压输出口通过第三输液管与所述贮液箱的输入口连接。

本实用新型还提供一种风力发电系统，包括塔架、风轮、发电机、以及可将风轮的动力传递到所述发电机以驱使其转动的传动机构；其中，

所述传动机构中包括：转动时可将输入液体加压输出的液压泵、可在高压液体的驱动下产生转动效果的液压马达、用于集中多路高压液体的集液罐、以及用于存贮适量传动液体的贮液箱；

该风力发电系统中的塔架、风轮和液压泵各为N个，并共享同一套液压马达、集液罐、贮液箱和发电机，其中N为大于1的整数；

在每一个塔架上装有一个风轮，每一个风轮的转轴与一个液压泵的转轴之间直接或间接连接；每一个液压泵的输出口经第一输液管与所述集液罐的输入口连接，每一个液压泵的输入口则经第二输液管与所述贮液箱的输出口连接；

所述液压马达的转轴与所述发电机的转轴之间直接或间接连接；所述液压马达的输入口经第四输液管与所述集液罐的输出口连接，液压马达的输出口则经第三输液管与所述贮液箱的输入口连接。

由上述方案可知，本实用新型中不再是通过传统的齿轮传动机构来传递动力，而是通过液体并配合相应的装置来传递动力，这种液体传动方式的能量损耗小，容易实现对发电机的匀速推动。更重要的是，可通过液体管路的集合，将多个风轮的动力集中到同一台发电机，从而可节省建设成本并提升发电效率。由于可由多个风轮来驱动同一发电机，相应地可减小风轮的体积，进而减小其他上附加制造成本。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型一个优选实施例中的风力发电装置的原理图；

图2是本实用新型一个优选实施例中的风力发电系统的原理图。

具体实施方式

本实用新型一个优选实施例中，风力发电装置的原理如图1所示，图中的粗线箭头表示机械式转轴传动，细线箭头表示液体传动。

从图1中可以卸，该风力发电装置中包括风轮101，液压泵102，液压马达104，发电机105，贮液箱106，以及三根输液管107、109、110。具体实施时，当然还包括塔架、偏移装置、控制电路等，但此处只重点介绍与风力发电装置的工作原理相关的部分。

其中，风轮101用于将风能转化为转动的机械能。关于风轮的工作原理、结构等，都已是成熟的现有技术，当有风吹过时，它就可被风力带动其转动，并通过转轴将其转动输出到与之连接的液压泵102。为了进一步提高整个风力发电装置的功效，本专利实用新型人还将在后续专利中对风轮的结构加以改进，以增强其实时自动偏移来适应当前风向的功能。

液压泵102用于将输入的液体(通过为液压油)加为高压后输出。本实施例中，液压泵的转轴与风轮的转轴固定连接，从而可与风轮同步转动。液压泵转动时，可通过第二输液管110从贮液箱106内吸入传动液体，并将其加压后通过第一输液管107输出。关于液压泵的结构和工作原理，也是成熟的现有技术，本实施例中使用的是旋转式液压泵，在旋转过程中，吸油腔容积由小到大产生真空而吸油，排油腔容积由大变小挤压油液而排油。如果采用多级液压泵，可将传动液体的加压达到10-25MPa排出。本专利实用新型人还将在后续专利中对液压泵的结构加以改进，以增强其加压功效。

液压马达104的作用与液压泵的作用正好相反，它接收液压泵通过第一输液管107而输入的高压液体，并在该高压液体的作用下产生转动。液压马达104的转轴与发电机105的转轴固定连接，所以可带动发电机同步转动。高压液体流经液压马达并驱动其转动之后，压力被释放，并经第三输液管109流入贮液箱106。关于液压马达，的结构和工作原理，也是成熟的现有技术，本实施例中使用的是旋转式液压马达。本专利实用新型人还将在后续专利中对液压泵的结构加以改进，以增强其加压功效。

本实施例中的发电机105可以是直流发电机，也可以是交流发电机，它与液压马达同步转动，从而可将机械能转化为电能，并输出到相应的负载。本实施例中的贮液箱106用于存贮适量的传动液体，以保证传动液体在各部件之间的正常流动。

具体实时时，最好是采取现有技术的各种手段，例如通过调压阀等方式，以使液压泵输出的高压液体的压力尽量保持在一个恒定水平，并使液压马达的转速尽量保持恒定，还可在液压马达与发电机之间增设调速传动机构，最终达到保证发电机匀速转动的目的。

上述实施例中的各部件之间不再是单纯的机械连接关系，而是引入了液压传动效果，使得风轮的动力可通过输液管传送到较远位置的发电机。在此基础上，可进一步制成图2所示的风力发电系统。

与图1相比，图2所示的本实施例中增加了集液罐103和第四输液管108，并设有两套风轮+液压泵组。具体实施时，还可以设置更多套风轮+液压泵组，也就是说，该风力发电系统中的塔架、风轮和液压泵可为N个，并共享同一套液压马达、集液罐、贮液箱和发电机，其中N为大于1的整数。

其中的集液罐103用于接收各个液压泵102所输出高压液体，并通过第四输液管108集中输出到同一个液压马达104。

其中，每一个风轮的转轴与一个液压泵的转轴之间直接或间接连接，从而可带动液压泵随之一起转动；每一个液压泵的输出口经一根第一输液管与集液罐的输入口连接，每一个液压泵的输入口则经一根第二输液管与贮液箱的输出口连接，所以本实施例中有两根第一输液管107和两根第二输液管110。液压马达的输出口仍然通过第三输液管109与贮液箱的输入口连接。

由上述方案可知，本实用新型中不再是通过传统的齿轮传动机构来传递动力，而是通过液体并配合相应的装置来传递动力，这种液体传动方式的能量损耗小，容易实现对发电机的匀速推动。更重要的是，可通过液体管路的集合，将多个风轮的动力集中到同一台发电机，从而可节省建设成本并提升发电效率。由于可由多个风轮来驱动同一发电机，相应地可减小风轮的体积，进而减小其他上附加制造成本。

Claims (2)

1、一种风力发电装置，包括塔架、风轮、发电机、以及可将风轮的动力传递到所述发电机以驱使其转动的传动机构；其特征在于，

所述传动机构中包括：转动时可将输入液体加压输出的液压泵、可在高压液体的驱动下产生转动效果的液压马达、以及用于存贮适量传动液体的贮液箱；

所述液压泵的转轴与所述风轮的转轴之间直接或间接连接，所述液压泵的高压输出口通过第一输液管与所述液压马达的高压输入口连接，所述液压泵的低压输入口则通过第二输液管与所述贮液箱的输出口连接；

所述液压马达的转轴与所述发电机的转轴之间直接或间接连接，所述液压马达的低压输出口通过第三输液管与所述贮液箱的输入口连接。

2、一种风力发电系统，包括塔架、风轮、发电机、以及可将风轮的动力传递到所述发电机以驱使其转动的传动机构；其特征在于，

所述传动机构中包括：转动时可将输入液体加压输出的液压泵、可在高压液体的驱动下产生转动效果的液压马达、用于集中多路高压液体的集液罐、以及用于存贮适量传动液体的贮液箱；

该风力发电系统中的塔架、风轮和液压泵各为N个，并共享同一套液压马达、集液罐、贮液箱和发电机，其中N为大于1的整数；

在每一个塔架上装有一个风轮，每一个风轮的转轴与一个液压泵的转轴之间直接或间接连接；每一个液压泵的输出口经第一输液管与所述集液罐的输入口连接，每一个液压泵的输入口则经第二输液管与所述贮液箱的输出口连接；

所述液压马达的转轴与所述发电机的转轴之间直接或间接连接；所述液压马达的输入口经第四输液管与所述集液罐的输出口连接，液压马达的输出口则经第三输液管与所述贮液箱的输入口连接。

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