CN2900850Y - 风力发电系统 - Google Patents

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CN2900850Y CNU2006201134818U CN200620113481U CN2900850Y CN 2900850 Y CN2900850 Y CN 2900850Y CN U2006201134818 U CNU2006201134818 U CN U2006201134818U CN 200620113481 U CN200620113481 U CN 200620113481U CN 2900850 Y CN2900850 Y CN 2900850Y
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Abstract

本实用新型为风力发电系统。它包括有风轮机构、发电机及电力输送装置，还包括有传递装置，该传递装置连接在风轮机构与发电机之间，风轮机构所产生的动力经传递装置传送至发电机以驱使发电机发电；所述的传递装置包括有液压泵、油液传送装置、液压马达。本发电系统具有单台设备体积小、重量轻，其安装十分方便等优点，而且其工作稳定性能好，使用安全。其适合的领域宽广，可以在微风的状态下工作发电，也可以在大风的情况下稳定发电。

Description

风力发电系统
技术领域
本实用新型涉及利用自然风力资源进行发电技术领域，为一种风力发电系统。
背景技术
由于地球能源贮藏量有限，随着不断地开采，日益枯萎、短缺，并威胁着人类的生存和发展。人们在利用能源时感到被利用的能源同时对人类造成了危害，过量开采和砍伐，严重破坏人类生存环境；如生活饮水短缺，空气的污染严重，辐射加重等等。因此，如何合理地利用自然能源(如太阳能、风能等)是当今必须解决的问题。风力发电是合理利用自然资源的措施之一。
现在的风力发电大部分是一塔一轮一电，虽为人类提供了很多能源，但是制造技术、发电效率、维护、经济利益未能得到进一步改善。
一塔：功率在1000kw的风力发电机组，塔高近百米，一方面破坏自然环境，另一方面，维护不方便，并大大增加成本，其造价约1000万左右。
一轮：功率在1000kw的风力发电机组，风叶直径达300英尺左右。采用较大的风叶直径，要求风叶具有较大的承受强度，否则在风力较大情况下，将给风轮等设备带来破坏性的灾害。并且，大直径风叶在大风情况下，为了维护设备，往往采用停机措施，影响发电效率；当采用高强材料时，将大大地增加成本。
重量：功率在1000kw的风力发电机组，风叶、变速箱重达100吨左右。由于使用的一塔一轮一电发电系统中，风力直接通过变速箱等驱动发电机组发电，设备较多，重量较大。
总之，一塔一轮一电，造价昂贵。受自然风力限制较大，在风力不稳定的情况下，严重影响其工作效率。在大风时，为了维护设备，必须停机；而在微风情况下，驱动苯重的风轮设备较困难，无法维持发电。设备较多，维护费用较高，一旦出现技术问题更是无法解决。
发明内容
本实用新型主要解决现有一塔一轮一电发电系统中受自然风力限制较大、造价较高、维护费用较高而效率低等问题，主要提供一种既可以在微风的状态下工作发电、也可以在大风的情况下稳定发电，并且不受自然条件限制的稳定性能好、功率高的风力发电系统。
该风力发电系统，包括有风轮机构、发电机及电力输送装置，发电机所产生的电力由电力输送装置输送，它进一步还包括有传递装置，该传递装置连接在风轮机构与发电机之间，风轮机构所产生的动力经传递装置传送至发电机以驱使发电机发电；所述的传递装置包括有液压泵、油液传送装置、液压马达；该液压泵与风轮机构同轴连接，由风轮机构带动液压泵转动；油液传送装置连接于液压泵与液压马达之间，具有将液压泵所产生的高压油传送至液压马达并驱使该液压马达运转从而带动发电机发电和将液压马达工作后的低压油返回至液压泵进行再加压以使之循环工作的功能。
上述的油液传送装置至少包括有高压油缸和集油箱；该高压油缸一方面通过油路与液压泵所输出的高压油接口相连，另一方面通过油路与驱使液压马达工作的高压油接口相连；该集油箱一方面通过油路与经液压马达做功后的低压油口相连，用于液压马达做功后的油流入集油箱，另一方面通过油路与液压泵的工作油口相连。
上述的油液传送装置还包括有一伺服系统，该伺服系统连接于高压油缸与液压泵之间。
所述的液压泵和液压马达采用行星式结构，通过行星轮的变化以改变工作容积，相应地达到由机械能转换成液压能及由液压能转换为机械能的目的。
本发电系统由于采用油液传送装置，一方面通过转化为液能可远距离输送采集风力源，另一方面消除风力直接作用于发电设备所产生的运动冲击；另外，通过特殊的设计的液压泵和液压马达，如采用双联泵体，使其在工作过程中脉冲现象彻底消失；其稳定性能好。采用具有行星轮结构的液压泵和液压马达，由于其各自行星轮的相对运动很小、内阻低、内耗少，有利地提高了该系统的效率，单位受风叶片面积在不同风力情况下的发电功率如下：
2级风80瓦/平方米
3级风160瓦/平方米
4级风280/平方米
5级风400瓦/平方米
6级风500瓦/平方米。
总之，本发电系统具有单台设备体积小、重量轻，其安装十分方便等优点，而且其工作稳定性能好，维护方便，使用安全，寿命长。其适合的领域宽广，即可用于大型风力发电场所也可用于家庭式的风力发电；可以在微风的状态下工作发电，也可以在大风的情况下稳定发电。
附图说明
图1是本实用新型工作原理图；
图2是本实用新型的另一工作原理图；
图3是本实用新型的油液传送装置示意图；
图4是本实用新型中风轮机构的实施例示意图；
图5是图4的A-A剖视图；
图6是本实用新型中液压泵的一种结构示意图；
图7是本实用新型中液压马达的一种结构示意图；
图8是本实用新型的旋转云台机构的结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本实用新型的风力发电系统，包括有风轮机构1、发电机2及电力输送装置，发电机所产生的电力由电力输送装置输送。所述的电力输送装置包括有整流装置和变压器以及配、送电等系统，该装置为现有技术；另外该发电机也采用现有技术。并进一步包括传递装置(图中虚线所示)，该传递装置连接在风轮机构1与发电机2之间，具有远距离转送动力的功能，风轮机构1所产生的动力经传递装置传送至发电机2以驱使发电机发电；所述的传递装置包括有液压泵3、油液传送装置4、液压马达5；该液压泵与风轮机构同轴连接，由风轮机构带动液压泵转动；油液传送装置连接于液压泵与液压马达之间，具有将液压泵所产生的高压油传送至液压马达并驱使该液压马达运转从而带动发电机发电和将液压马达工作后的低压油返回至液压泵进行再加压以使之循环工作的功能。该液压马达连接发电机，由其驱使发电机发电。
再参见图2和图3，所述的油液传送装置4至少包括有高压油缸41和集油箱42。该高压油缸41为一个密封式缸体，其上具有与之相连的相应的接口，如高压油进口、高压油出口，以及将在下面说明的可逆缓冲口和溢流口等；一方面通过油路A与液压泵所输出的高压油接口相连，另一方面通过油路B与驱使液压马达工作的高压油接口相连，即接受液压泵所产生的高压油，同时又将其所贮藏的高压油传送至液压马达驱使液压马达工作，从而带动发电机发电。该集油箱42为非密封式容器，其上也具有与之相连的相应的接口，如油液进口、出口和溢流阀口等接口，一方面通过油路C与经液压马达做功后的低压油口相连，用于液压马达做功后的油流入集油箱，另一方面通过油路D与液压泵的工作油口相连，用于输送油至液压泵。通过上述的回路，将液压泵产生的高压油转送至液压马达驱使其工作，同时又将液压马达做功后的低压油(0压力油)输送至由风轮机构带动的液压泵进行加压，以此循环，连续发电。
上述的油液传送装置4还包括有限压溢流阀43，该限压溢流阀43连接于高压油缸41和集油箱42之间。当高压油缸内油压过高时(如达到设定的峰值时)，该限压溢流阀43打开，将油液流入油箱进行泻压。
上述的高压油缸41上还连接有缓冲器44。参见图3，该缓冲器工作原理是圆筒除底部预留一接口与高压油缸连接外其余为密封，圆筒内有一密封活塞环，在底部接口处油液压力达到活塞环的重力时，活塞环向上移动，当移动一定距离时活塞环与上端盖之间的弹簧、压缩后空气给活塞一个张力。压力减小时在弹簧的张力、压缩空气的张力、活塞的重力作用下活塞向下移动，将压力反馈。当缓冲器的压力达到限值时溢流阀打开泻压。
参见图2，上述的单个风轮机构和液压泵可组成一组，多组并联与油液传送装置相连。同样，单个液压马达和发电机也可组成一组，多组并联与油液传送装置相连。
再参见图2，上述的油液传送装置还包括有一伺服系统45，该伺服系统45连接于高压油缸与液压泵之间，以满足不同条件下均能稳定发电。
所述的发电机采用励磁发动机。
参见图4和图5，所述的风轮机构1包括有叶片11、叶杆12、叶杆座套13；该叶杆座套具有与风力带动其转动的相配结构，如连接于相关设备(液压泵)转轴上的法兰盘，或直接卡套于相关转轴上锁紧座等；上述的叶片11具有多片且固定安装在叶杆12上，图中所示叶片的一直边固定于叶杆上，受叶杆约束；叶杆12一端固定装配在叶杆座套13上，受叶杆座套的约束，只可做圆周运动。
上述的叶片11为弹性薄片，呈弯曲状，弹性薄片面为风能能量采集面，当风力作用于叶片时对叶片产生作用力，此作用力经叶片与叶杆固定的直边传递给叶杆。叶片可随着风对其的作用力的大小，产生不同程度的弹性变形，图5所示，叶片在原始状态O时，为弯曲状，当受到的风力变强时，将由原始状态O依次改变其形状，即O-A-B-C-D-E；当风对叶片的作用力变大时由于叶片的弹性变形，风能能量采集面变小，作用力相对变小。当风对叶片的作用力变小时由于叶片的弹性变形，风能能量采集面变大，作用力相对变大，直至恢复原状，以保证叶片对叶杆的作用力相对平稳。
上述的叶杆12为圆柱形杆，为多根，每根叶杆上安有多个叶片；叶片对叶杆的作用力以推动叶杆作圆周运动。叶杆固定在叶杆座套13上。叶杆形成一个平面，此平面与叶杆座套中心线垂直。叶片与此平面成一定角度(参见图5所示状态O)。叶杆座套13中心有孔，用于与动力装置相装配，从而驱动动力装置。
图4中所示，该叶杆座套13包括有叶杆套和心轴。各叶杆套通过其心轴相连成十字形；所述叶叶杆为四根，安装各自的叶杆套上，叶杆与叶杆之间为90度。该心轴通过锁紧座等与动力装置相装配(图中没有示出)，从而驱动动力装置。
参见图6，所述的液压泵3具有与风叶机构相连的偏心主轴31、用于安装偏心主轴的泵体32、装配在偏心主轴上的行星轮33、以及设置在泵体上的进油口34和出油口35。所述泵体32内具有圆柱形膛36，它可由壳体及安在壳体两端的端盖构成；偏心主轴31可转动地安在泵体上，其转轴中心线与泵体所围成的膛的中心线重合。所述行星轮33为圆柱形且可转动地安在偏心主轴上，以保证偏心主轴旋转时，行星轮受偏心主轴的约束而运动，且其外表与膛内表之间始终具有一相切线Q，当偏心主轴转动时，该相切线Q将随行星轮的运动绕膛内表作周期性的圆周变化。泵体和行星轮中间用固定在泵体上的隔板37隔离，隔板的另一边插入行星轮中对行星轮起约束作用，同时又允许行星轮既能沿隔板移动又能绕隔板左右摆动一定幅度；并且在插入行星轮的隔板处两侧设置了滑块38，既起着隔板处的油封作用又保证行星轮的移动自如。所述的进油口和出油口位于隔板的两侧，且分别通过油路D和油路A与集油箱42和高压油缸43相连(参见图3)。当行星轮与膛内表间的相切线处于在隔板位置时，其膛被行星轮分为单一工作腔。当行星轮产生位移时，由隔板、相切线将膛分隔成进油腔和压力腔，压力腔借助流体介质，并开始从出油口压出油，同时由相切线、隔板构成的进油腔容积开始变大，从进油口进油。0至360度为一周期，以此循环，低压油进来并输出高压油。
上述风轮机构中的叶杆座套与液压泵的偏心主轴相连，以实现了将采集的风的直线作用力到输出圆周作用力的转换。
参见图7，本实用新型的液压马达5，包括有本体501、主轴502、行星轮503、基座504及与本体一端固定相连的输出轴，主体501内具有膛；主轴502为偏心轴安在本体501上并可使本体501绕主轴502旋转；该行星轮503可动地安在主轴的偏心位置处且处于上述的膛内，此处本体内表所构成的腔为工作腔505，该工作腔为圆柱形，上述偏心轴的偏心距D与工作腔的内径R以及行星轮外径r之间具有以下关系：R＝D+r，以保证本体绕主轴旋转时，其行星轮外表与工作腔处本体内表之间始终具有一相切线，行星轮受偏心主轴的约束作圆周运动时，该相切线Q将随行星轮的运动在本体内表面上作周期性的圆周变化。本体另一端的主轴伸出本体一定长度固定安在基座504上；在行星轮503与本体501之间具有一隔板506，该隔板一边固定安在本体上；对应于该隔板的行星轮表面的轴向上具有一限位槽，上述隔板的另一边置于该限位槽中，其主要作用是保证行星轮随本体绕主轴转动时还能相对本体有一定幅度的运动。所述主轴502中具有进油通道507；上述的行星轮的轴孔表面的中部位置具有一环形油槽509，对应于该环形油槽的进油通道507处开有与环形油槽相通的油孔，并且在上述限位槽一侧的行星轮上具有与上述环形油槽相通的喷油孔510，在其另一侧的行星轮表面的轴向上开有一导油槽511；并具有与上述膛内相通的泄油通道508，图中的泄油通道设在主轴中。上述的进油通道通过油路B与高压油缸41相连，其泄油通道通过油路C与集油箱42相连(参见图3)；所述的输出轴与发电机相连。根据液体的可逆性，该液压马达工作原理与上述的液压泵的原理相同，逆方向设计，在此不再加以说明。
为解决风向不稳定，设置可旋转的云台机构。上述的风轮机构和液压泵安装在云台机构6上。参见图8，所述的云台机构6包括有云台支架61、法兰62、旋转套筒63和转盘64。该云台支架具有工作面，法兰安装在其工作面上；所述的法兰具有法兰芯轴，旋转套筒通过轴承可旋转地安装在法兰芯轴上。上述的转盘固定安在旋转套筒的顶部。
上述的法兰上开有不相通的两个油孔，两油孔分别从法兰底座进入法兰芯轴中，并从法兰侧部不同高度处引出，该两油孔分别用于通过油路D连通集油箱和通过油路A连通高压油缸；对应于上述两油孔的旋转套筒的内壁圆周上开有环形槽，以保证旋转套筒旋转时不堵塞油孔中油的进出；在两个环形槽上分别开有直通该旋转套筒外部的通孔，该两通孔通过油路分别用于与液压泵上的进油口和出油口连通。
上述的液压泵3安装在转盘64的一侧，转盘的另一侧设置有平衡配重65。
为了便于装配，该旋转套筒包括有上套筒和下套筒，两者通过螺栓紧固安装在一起。转盘通过螺栓固定安装在上套筒顶部并随套筒一起自由转动；上套筒和下套筒分别通过轴向推力轴承安装在法兰芯轴上。
同时参见图3，从集油箱输出的0压力油经油路D、法兰底座上的其中一油孔进入，再经与该油孔相通的环形槽、与该环形槽相通的通孔及油管流入液压泵的进油口；液压泵输出的压力油从套筒上另一通孔流入，再经与该通孔相应的环形槽，从与该环形槽相通的另一油孔流出，再经油路A输送给高压油缸。
上述的油液传递装置可直接采用分别连接于相同容积的液压泵出口与液压马达进口、及液压泵进口与液压马达出口的两根油管。通过该连接使油路形成闭合。当液压泵内行星轮位移时出口产生压力传入液压马达进口推动液压马达转动，同时液压马达出口将无压力油泻流至液压泵进口，完成一个周期工作，并由液压马达向外作功。
本实用新型的发电系统中可采用上述的多个液压泵相互连接在一起，即将多个行星轮始发位置不同，但同轴液压泵的出口并联再与高压油缸相连。本发电系统的工作原理如下：接通油路，由风轮机构带动液压泵工作，液压泵出口与高压油缸进口相连，使液压泵出口输出的压力进入高压油缸，高压油缸的出口与液压马达进口相连，高压油缸的液压压力油进入液压马达，由液压马达向外作功，驱使与之相连的发电机发电。当液压泵输出压力不能达到平稳时缓冲器开始工作，当缓冲器达到峰值时溢流阀开始工作，用以确保液压马达的输出平稳。

Claims (10)

1、风力发电系统，包括有风轮机构(1)、发电机(2)及电力输送装置，发电机所产生的电力由电力输送装置输送；其特征在于：并进一步包括传递装置，该传递装置连接在风轮机构(1)与发电机(2)之间，风轮机构(1)所产生的动力经传递装置传送至发电机(2)以驱使发电机发电；所述的传递装置包括有液压泵(3)、油液传送装置(4)、液压马达(5)；该液压泵与风轮机构连接，由风轮机构带动液压泵转动；油液传送装置连接于液压泵与液压马达之间，具有将液压泵所产生的高压油传送至液压马达并驱使该液压马达运转从而带动发电机发电和将液压马达工作后的低压油返回至液压泵进行再加压以使之循环工作的功能；该液压马达连接发电机，由其驱使发电机发电。
2、根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于：上述的油液传送装置(4)至少包括有高压油缸(41)和集油箱(42)；该高压一方面通过油路A与液压泵所输出的高压油接口相连，另一方面通过油路B与驱使液压马达工作的高压油接口相连；该集油箱(42)一方面通过油路C与经液压马达做功后的低压油口相连，用于液压马达做功后的油流入集油箱，另一方面通过油路D与液压泵的工作油口相连，用于输送油至液压泵。
3、根据权利要求2所述的发电系统，其特征在于：上述的油液传送装置(4)还包括有限压溢流阀(43)，该限压溢流阀(43)连接于高压油缸(41)和集油箱(42)之间。
4、根据权利要求3所述的发电系统，其特征在于：上述的高压油缸(41)上还连接有缓冲器(44)。
5、根据权利要求4所述的发电系统，其特征在于：上述的油液传送装置还包括有一伺服系统(45)，该伺服系统(45)连接于高压油缸与液压泵之间。
6、根据权利要求1或2或3或4或5所述的发电系统，其特征在于：所述的风轮机构(1)包括有叶片(11)、叶杆(12)、叶杆座套(13)；该叶片(11)具有多片且固定安装在叶杆(12)上，叶杆(12)一端固定装配在叶杆座套(13)上；上述的叶片(11)为弹性薄片，呈弯曲状。
7、根据权利要求6所述的发电系统，其特征在于：上述的液压泵(3)具有与风叶机构相连的偏心主轴(31)、用于安装偏心主轴的泵体(32)、装配在偏心主轴上的行星轮(33)、以及设置在泵体上的进油口(34)和出油口(35)；该行星轮(33)为圆柱形且可转动地安在偏心主轴上，行星轮受偏心主轴的约束而运动，且其外表与膛内表之间始终具有一相切线Q，当偏心主轴转动时，该相切线Q将随行星轮的运动绕膛内表作周期性的圆周变化；泵体和行星轮中间用固定在泵体上的隔板(37)隔离，隔板的另一边插入行星轮中对行星轮起约束作用，同时又允许行星轮既能沿隔板移动又能绕隔板左右摆动一定幅度；所述的进油口和出油口位于隔板的两侧，且分别通过油路D和油路A与集油箱(42)和高压油缸(43)相连。
8、根据权利要求7所述的发电系统，其特征在于：上述的液压马达(5)包括有本体(501)、主轴(502)、行星轮(503)、基座(504)及与本体一端固定相连的输出轴；主轴(502)为偏心轴安在本体(501)上并可使本体绕主轴(502)旋转；该行星轮(503)可动地安在主轴的偏心位置处；此处本体内表所构成的腔为工作腔505，该工作腔为圆柱形，其行星轮外表与工作腔处本体内表之间始终具有一相切线，行星轮受偏心主轴的约束作圆周运动时，该相切线Q将随行星轮的运动在本体内表面上作周期性的圆周变化；在行星轮(503)与本体(501)之间具有一隔板(506)，该隔板一边固定安在本体上；对应于该隔板的行星轮表面的轴向上具有一限位槽，上述隔板的另一边置于该限位槽中；所述主轴(502)中具有进油通道(507)；上述的行星轮的轴孔表面的中部位置具有一环形油槽(509)，对应于该环形油槽的进油通道(507)处开有与环形油槽相通的油孔，并且在上述限位槽一侧的行星轮上具有与上述环形油槽相通的喷油孔(510)，在其另一侧的行星轮表面的轴向上开有一导油槽(511)；并具有与上述膛内相通的泄油通道(508)；上述的进油通道通过油路B与高压油缸(41)相连，其泄油通道通过油路C与集油箱(42)相连。
9、根据权利要求6所述的发电系统，其特征在于：上述的液压马达(5)包括有本体(501)、主轴(502)、行星轮(503)、基座(504)及与本体一端固定相连的输出轴；主轴(502)为偏心轴安在本体(501)上并可使本体绕主轴(502)旋转；该行星轮(503)可动地安在主轴的偏心位置处；此处本体内表所构成的腔为工作腔505，该工作腔为圆柱形，其行星轮外表与工作腔处本体内表之间始终具有一相切线，行星轮受偏心主轴的约束作圆周运动时，该相切线Q将随行星轮的运动在本体内表面上作周期性的圆周变化；在行星轮(503)与本体(501)之间具有一隔板(506)，该隔板一边固定安在本体上；对应于该隔板的行星轮表面的轴向上具有一限位槽，上述隔板的另一边置于该限位槽中；所述主轴(502)中具有进油通道(507)；上述的行星轮的轴孔表面的中部位置具有一环形油槽(509)，对应于该环形油槽的进油通道(507)处开有与环形油槽相通的油孔，并且在上述限位槽一侧的行星轮上具有与上述环形油槽相通的喷油孔(510)，在其另一侧的行星轮表面的轴向上开有一导油槽(511)；并具有与上述膛内相通的泄油通道(508)；上述的进油通道通过油路B与高压油缸(41)相连，其泄油通道通过油路C与集油箱(42)相连。
10、根据权利要求1或2或3或4或5或7或8或9所述的发电系统，其特征在于：上述的风轮机构和液压泵安装在云台机构(6)上；该云台机构(6)包括有云台支架(61)、法兰(62)、旋转套筒(63)和转盘(64)；所述的法兰具有法兰芯轴，旋转套筒通过轴承可旋转地安装在法兰芯轴上，上述的转盘固定安在旋转套筒的顶部；上述的法兰上开有不相通的两个油孔；该两油孔分别用于通过油路D连通集油箱和通过油路A连通高压油缸。
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