專利名稱：一種自動調(diào)速式模塊化風力發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種自動調(diào)速式模塊化風力發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術：
現(xiàn)有風力發(fā)風電機系統(tǒng)中的風力機均為整體式結構，因此，在風力發(fā)電機的整體結構設計和安裝尤其是風力機的結構設計問題上必須根據(jù)勘測的風源數(shù)據(jù)，充分考慮風力發(fā)電機在颶風時的抗風能力、卸荷以及剎車泄風裝置等的安全性問題，因此使得整個風力機發(fā)電系統(tǒng)非常笨重，建造成本居高不下。同時由于風力機的掃風面積在設計時已經(jīng)固定，風源太大時要卸荷或剎車停止發(fā)電避免風力機和設備損壞，而在微風時又無法啟動風力機旋轉帶動發(fā)電機發(fā)電；在低風況時風力發(fā)電機又不能發(fā)出額定的電能，因此這種傳統(tǒng)而且極其被動的風力發(fā)電機構設計方式使人們對風能的利用效率極低。
因此，由于風機結構等技術問題造成人們對風源利用的極端被動或說對風源的要求相當苛刻，使得人們對風力能源的利用和風發(fā)電事業(yè)的發(fā)展進展緩慢，風源利用率低下，風電的成本居高不下，風電技術應用得不到有效地推廣?，F(xiàn)有的風力發(fā)電技術存在如下不足
(1)風力機的掃風面積固定性設計，使風力機無法在自然風況下保證發(fā)電機穩(wěn)定高效運行和對自然風源的高效利用；
(2)為了保證風電設備的可靠運行和抗拒颶風時對風機的破壞性，不但對風力機的結構、抗風措施、運行方式、塔架機構等的抗風性能，都必須加大在颶風時安全冗余量的設計，大大地加大了投資運營成本；
(3)對自然風源的利用是一種及其被動式的利用，因此風源的利用率低，風電成本高，綠色風電能源的應用難以推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明其目的就在于提供一種自動調(diào)速式模塊化風力發(fā)電系統(tǒng)，具有結構簡單、安全性高、易安裝、實用性廣，使風電運營成本大幅下降的特點，且大大地提高了風能資源的有效利用率和易于推廣應用。實現(xiàn)上述目的而采取的技術方案，包括風力機模塊、風力發(fā)風電機以及電氣控制和輸出部分，所述的風力機模塊至少兩個，每個風力機模塊之間連接風力機模塊連接器，所述的風力機模塊連接器上端設有上可偏心連接器，上可偏心連接上端連接風力機模塊，上可偏心連接器下端連接主動傳動軸，主動傳動軸下端經(jīng)離合器連接從動傳動軸，傳動軸一端經(jīng)下可偏心連接器連接風力機模塊。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點
由于采用了至少兩個風力機模塊和每個風力機模塊之間連接風力機模塊連接器的模塊化結構設計，通過多個模塊化風力機的組合設計和自動調(diào)速連接器單元的有機配合，利用離合器實現(xiàn)對風力機掃風面積的控制，實現(xiàn)風力機模塊隨風源變化狀況進行自動加減的自動調(diào)整，使人們對風力資源的有效利用達到最大化地利用，改變了風力機的傳統(tǒng)設計思路，使風力機的結構更為簡單實用，且大大地提高了風能資源的有效利用率，使風電運營成本大幅下降，和更易于推廣應用。


下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳述。圖I為本裝置結構原理示意圖。圖2為本裝置中風力機模塊連接器結構原理示意圖。圖3為圖2中A-A剖視圖。
具體實施例方式包括風力機模塊10、風力發(fā)風電機15以及電氣控制和輸出部分16，如圖I所示， 所述的風力機模塊10至少兩個，每個風力機模塊10之間連接風力機模塊連接器12，所述的風力機模塊連接器12上端設有上可偏心連接器210，上可偏心連接器210上端連接風力機模塊10，上可偏心連接器210下端連接主動傳動軸310，主動傳動軸310下端經(jīng)離合器415連接從動傳動軸313，傳動軸313 —端經(jīng)下可偏心連接器220連接風力機模塊10。所述的離合器415設在自動限速控制腔510內(nèi)，如圖2所示，所述的離合器415上端設有離合控制器416，主動傳動軸310上端設有離心限速器413，所述的主動傳動軸310和從動傳動軸313 —端設有主動傳動軸定位軸承311和從動傳動軸定位軸承312。所述的離合器415可以為離心離合器，包括飛塊I、轉子2和復位彈簧3，如圖3所示。所述的每個風力機模塊10之間連接的風力機模塊連接器12為模塊化連接。所述的上可偏心連接器210和下可偏心連接器220為柔性連接，可以連接風力機模塊10為水平狀或垂直狀或弧形狀。所述的自動限速控制腔510可以作支撐連接。一端經(jīng)下可偏心連接器220連接風力機模塊10。本裝置是由多個風力機模塊組成的風力機組合單元，與風力發(fā)電組成的風力發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括多個風力機模塊(至少兩個)通過風力機模塊連接器(至少一個)的連接以形成一個完整的風力機組合單元；該風力機模塊連接器單元具有連接、自動調(diào)速和自動泄風等功能。風力機模塊連接器單元用于對應控制和調(diào)整風力機模塊參與發(fā)電或是作用與泄風的自動控制，以對應控制風力發(fā)電機的轉速。即當風源很小時風力機模塊連接器中的控制機構使各風力機模塊互相連接組成一個整體，使系統(tǒng)中的風力機模塊全部參與發(fā)電運行，此時風力機的掃風面積達到最大值，使風力機在微風中也能正常發(fā)電；隨著風源的逐漸增大，因風力機模塊連接器的控制作用，使得風力機模塊逐漸脫離自動轉入泄風狀態(tài)，而用于發(fā)電運行模塊的個數(shù)逐漸減少，風力機的掃風面積逐漸下降；而在當風源逐漸變小時，反之工作在泄風狀態(tài)運行的風力機模塊又自動轉入發(fā)電運行，由于及時增大了風力機的掃風面積，使風力機轉速得以穩(wěn)定，風力發(fā)電機的轉速也相對穩(wěn)定，以至保證發(fā)電機在大小風況狀態(tài)下都能正常運行發(fā)電，使發(fā)電機的輸出得以保持相對穩(wěn)定。從而大大地提高了風能資源的有效利用率。
本裝置可以連接風力機模塊10為弧形狀，并以自動限速控制腔510作支撐連接，可以在涵洞中使用。模塊化的風力發(fā)電機系統(tǒng)的工作原理
如圖I所示，本實施例中垂直軸模塊化風力機發(fā)電系統(tǒng)包括風力機模塊10和風力機模塊連接器12連接形成風力機單元，通過多個風力機模塊單元組合后(至少兩個或以上)形成一個風力機模塊組合單元組，帶動風力發(fā)電機15形成一個可根據(jù)風電場自然風源的大小和風力發(fā)電機的動力需求自動調(diào)整風力機模塊10參與發(fā)電運行的數(shù)量，實現(xiàn)自動增減風力機的掃風面積，使風力機能在自然風源情況下保證獲得較穩(wěn)定的風能資源推動風力發(fā)電機旋轉，使風力發(fā)電機正常運轉發(fā)電，再通過電氣控制和輸出部分組成一個完整的風力發(fā)電機系統(tǒng)。(系統(tǒng)組成)
本實施例中，風力發(fā)電機系統(tǒng)中的風力機組合單元組為了保證風力發(fā)電機的正常運轉發(fā)電，其風力機組合單元組中，至少有兩個或兩個以上的風力機模塊單元(根據(jù)風力發(fā)電機的功率、風電場風源的具體情況以及對風力機掃風面積大小的要求，決定風力機組合單元 組中風力機模塊的數(shù)量)參與風力發(fā)電機發(fā)電運行。每一個風力機模塊連接器12用于對應風力機模塊工作狀態(tài)的變換控制，以保證風力發(fā)電機15的正常發(fā)電運轉。當風源很小時，風力機模塊連接器12中的控制機構連接(后面詳述)，系統(tǒng)中的風力機模塊，使全部風力機模塊參與發(fā)電運轉，此時風力機的掃風面積達到最大值，使風力機在微風中也能正常運轉發(fā)電；隨著風源的逐漸增大，因風力機模塊連接器的控制作用使得風力機模塊由上至下逐漸脫離風電運轉，而自動轉入泄風狀態(tài)運轉，使用于發(fā)電運轉的風力機模塊單元個數(shù)逐漸減少，風力機的掃風面積逐漸下降，使風力機在大風中也能穩(wěn)速運轉，使風力發(fā)電機仍能正常發(fā)電，這就可省去了卸荷和剎車裝置；而在當風源逐漸變小時，反之由于風力機模塊連接器12的控制和調(diào)節(jié)作用，使在泄風狀態(tài)運行的風力機模塊單元又自動轉入發(fā)電狀態(tài)運行，由于風力機掃風面積隨風源的減小而自動增大，以至保證了在風源較小的情況下，使風力發(fā)電機都能獲得相對穩(wěn)定地風能動力推動風力發(fā)電機正常運轉發(fā)電，從而大大地提高了風能資源的有效利用率。風力機模塊連接器12的作用原理
如圖2所示風力機模塊連接器，本實施例包括上可偏心連接器210、自動限速控制腔510和下可偏心連接器220三個部分組成風力機模塊連接器12。上可偏心連接器210為一個近似萬向節(jié)結構的連接器，分上、下兩部分，其上部分與上一層風力機模塊傳動軸相連接，其下部分一端為連接器與上部分的連接器咬合，另一端為軸，與自動限速控制腔510內(nèi)的從動傳動軸310連體，(自動限速控制腔510另有詳細描述)。下可偏心連接器220與上可偏心連接器210的結構一樣，但上下端方向相反，便于與下一層風力機模塊連接。(12系統(tǒng)的組成)
本實施例通過本發(fā)明在具體操作時，自動限速控制腔510，I、對應將各風力機模塊相互連接，并將獲得的風能動力向風力發(fā)電機傳導推動發(fā)電機發(fā)電。2、通過自動限速控制腔510的調(diào)節(jié)控制作用，在不同的風況下根據(jù)風力發(fā)電機的載荷情況對風力機模塊組合單元組中的模塊工作狀態(tài)進行自動調(diào)節(jié)，改變風力機的掃風面積至使風力發(fā)電機獲得穩(wěn)定的風能動力，讓風力發(fā)電機旋轉發(fā)出電能。3、自動限速控制腔510還起到提供風力機模塊的安裝固定作用。4、可偏心連接器的意義在于消除N個風力機模塊疊加安裝時的軸向偏差，使風力機的制造、安裝、維護都變得更加簡單。自動限速控制腔510的作用原理
如圖2所示自動限速控制腔510,本實施例包括主動傳動軸310、主動傳動軸定位軸承311、離心限速器413、離合器415、離合控制器416、從動傳動定位軸承312、從動傳動軸313等部分共同安裝在自動限速控制腔510中，主動傳動軸310和從動傳動軸313分別向自動限速控制腔兩端延伸與上下可偏心連接器相連。本實施例中，主傳動軸定位裝置311和從動傳動軸定位裝置312是保證主動傳動軸310與從動傳動軸313的垂直同心度的定位和旋轉；離心限速器413安裝在主動傳動軸310上，在泄風狀態(tài)時起到限速的作用；離合器415分上下兩部分，分別安裝在主動傳動軸310和從動傳動軸313相接的頂端用于傳遞動力；在離合器下部從動離合器部分裝有離合控制器416以傳動和調(diào)整發(fā)電機最高轉速等作制用。
本裝置自動限速控制腔510的主要工作原理(現(xiàn)以離心式離合器為例)自動限 速控制腔510是風力機模塊連接器12中的調(diào)節(jié)控制部分組件，他通過上可偏心連接器210將上層風力機模塊的風能旋轉動力傳遞給主動傳動軸310，再由安裝在主動傳動軸310和從動傳動軸313頂端的離合器415 (離合器415的上下(片)部份，分別安裝在主動傳動軸310和從動傳動軸313兩軸的頂端，通過離合器415將風能旋轉動力傳導給從動傳動軸313，從動傳動軸313又將風能旋轉動力傳導給下可偏心連接器220，下可偏心連接器220最終將上層風力機模塊的旋轉動力傳導給下風力機模塊或風力發(fā)電機上，加大風力發(fā)電機的旋轉動力。當風力發(fā)電機的旋轉速度超過額定轉速時，在離心力的作用下先使最上層風力機模塊離合器415的上下離合器片張開分離，分離后的上層風力機模塊進入泄風工作狀態(tài)，風力機的掃風面積減??；如風力發(fā)電機的旋轉速度繼續(xù)超過額定轉速時，下一層的風力機模塊繼續(xù)重復最上一層風力機模塊的過程進入泄風工作狀態(tài)，該過程逐漸進行至風力發(fā)電機運行進入額定轉速狀態(tài)，形成實現(xiàn)部分風力機模塊自動泄風，部分風力機模塊參與發(fā)電，風力機的掃風面積自動減小從而達到風力發(fā)電機穩(wěn)定轉速的目的。而工作在泄風狀態(tài)的風力機模塊因風源過大時風力機模塊在離心限速器413的限制下工作在一定的轉速范圍內(nèi)不至于飛車。當風源減小時由于風能的減弱，風力發(fā)電機的旋轉速度下降，離心力也隨之減弱飛塊I被復位彈簧復位，使離合器415在離合控制器416的作用下咬合，被咬合的最下層原運行在泄風狀態(tài)的風力機模塊立即進入發(fā)電運行狀態(tài)運行，因此自動增加了發(fā)電運行風力機的模塊數(shù)，加大了風力機的掃風面積；如此根據(jù)風源的情況和在離合控制器416的作用下，風力機模塊由泄風狀態(tài)逐漸全部加入發(fā)電運行狀態(tài)，使風力發(fā)電機獲得的風能動力逐漸增加，使風力發(fā)電機繼續(xù)穩(wěn)定轉速發(fā)電。由于自動限速控制腔的調(diào)節(jié)等作用，可以使風力機模塊根據(jù)風源和風力發(fā)電機功率的大小，使風力機組合單元組中的風力機模塊單元自動接入和退出發(fā)電運行狀態(tài)的有效運行數(shù)量，如此使風力機模塊達到自動調(diào)整風力機掃風面積目的，從而到達自動調(diào)整和控制風力發(fā)電機的轉速，使風力發(fā)電機工作在良好的運行工作狀態(tài)，從而充分的利用了風力資源發(fā)出穩(wěn)定的電能。如此使綠色能源獲得充分地利用。
權利要求
1.一種自動調(diào)速式模塊化風力發(fā)電系統(tǒng)，是由多個風力機模塊(10)組成的風力機組合單元，與風力發(fā)電機(15)以及電氣控制和輸出部分(16)組成的風力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述的風力機組合單元，由至少兩個風力機模塊(10)通過至少一個風力機模塊連接器(12)的連接以形成一個風力機組合單元，所述的風力機模塊連接器(12)，由上端設有上可偏心連接器210、自動限速控制腔510和下可偏心連接器220三個部分組成，其特征在于，所述的自動限速控制腔(510 )由主動傳動軸(310 )、主動傳動軸定位軸承(311)、離心限速器(413)、離合器(415)、離合控制器(416)、從動傳動定位軸承(312)、從動傳動軸(313)等部分共同安裝在自動限速控制腔(510 )中，主動傳動軸(310)和從動傳動軸(313 )分別向自動限速控制腔(510)兩端延伸與連接器相連。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種自動調(diào)速式模塊化風力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述的風力機組合單元，在超一定的高風速旋轉時，風力機組合單元中各風力機模塊(10)逐漸進入泄風狀態(tài)并各自成獨立，而在低風速旋轉狀態(tài)時離合器(415)是逐漸自動咬合，使各風力機模塊(10)分別進入發(fā)電狀態(tài)，自動逐漸形成一體的風力機組合單元。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種自動調(diào)速式模塊化風力發(fā)電系統(tǒng)，所述的風力機模塊連接器(12)包括上可偏心連接器(210)、自動限速控制腔(510)和下可偏心連接器(220)，其特征在于，所述的風力機模塊連接器(12)兩端有可偏心鏈接件與風力機模塊(10)在硬或柔性狀態(tài)下鏈接，可以連接風力機模塊(10)為垂直、非垂直或弧形等特殊狀，以在不同場合中使用安裝，并可消除N個風力機模塊(10)疊加安裝時的軸向偏差，自動限速控制腔體可作連接支撐。
4.根據(jù)權利要求I或2所述的一種自動調(diào)速式模塊化風力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述的離合器(415)分上下兩部份，分別安裝在主動傳動軸(310)和從動傳動軸(313)兩軸的頂端，通過離合器(415)將風能旋轉動力傳導給從動傳動軸(313)輸出，其特征在于,在離心力增大到設定的高轉速時進入自動分離狀態(tài)，在低轉速時進入自動咬合狀態(tài)。
5.根據(jù)權利要求I所述的一種自動調(diào)速式模塊化風力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述的離合控制器(416)含彈簧，離合器(415)在離合控制器(416)的作用下控制離合器(415)的分離與咬合。
6.根據(jù)權利要求I所述的一種自動調(diào)速式模塊化風力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述的離心限速器(413)為附加控制件安裝在主動傳動軸(310)上，風力機模塊(10)進入泄風狀態(tài)時在離心限速器(413)限制下工作在一定的轉速范圍內(nèi)不至于飛車。
7.一種自動調(diào)速式模塊化風力發(fā)電系統(tǒng)，包括由多個風力機模塊(10)組成的風力機組合單元，與風力發(fā)電機(15)以及電氣控制和輸出部分(16)組成的風力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，實現(xiàn)該系統(tǒng)自動調(diào)速運行發(fā)電的方法是由系統(tǒng)中多個風力機模塊(10)至少兩個，通過風力機模塊連接器(12)的連接至少一個，組成風力機組合單元，所述的風力機模塊連接器(12)由上端設有上可偏心連接器(210)、自動限速控制腔(510)和下可偏心連接器(220)三個部分組成，所述的自動限速控制腔(510)由主動傳動軸(310)、主動傳動軸定位軸承(311)、離心限速器(413)、離合器(415)、離合控制器(416)、從動傳動定位軸承(312)、從動傳動軸(313)等部分共同安裝在自動限速控制腔(510 )中，主動傳動軸(310)和從動傳動軸(313)分別向自動限速控制腔(510)兩端延伸與連接器相連傳遞風能動力，在上述機構的有序配合下按照當風速逐漸下降進入低風速狀態(tài)時，以發(fā)電機垂直安裝在下方為例，各個風力機模塊(10)自下而上，逐漸咬合連成一個整體，風力機組合單元掃風的總面積等于其中各風力機模塊(10)的掃風面積之和，以捕捉最大的風能保證發(fā)電機獲得足夠的風能動力；而在風速逐漸增大時，風力機組合單元中超速的風力機模塊(10 )將自上而下地逐漸分離進入泄風狀態(tài)工作，以減小風能動力防止發(fā)電機超速運行保證發(fā)電機正常發(fā)電，如此有序地完成風力機模塊(10)的運行方式切換實現(xiàn)自動調(diào)速。
8.根據(jù)權利要求7所述的一種自動調(diào)速式模塊化風力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述的風力機模塊連接器(12)兩端設有可偏心鏈接件與風力機模塊(10)進行硬或柔性鏈接，以消除N個風力機模塊(10)疊加安裝時的軸向偏差。
9.根據(jù)權利要求7所述的一種自動調(diào)速式模塊化風力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述的離合器(415)的分離和咬合在離合控制器(416)的控制作用下使得離合控制點可以人為整定，實現(xiàn)風力機組合單元中各風力機模塊(10)按自上而下或自下而上逐個切換運行狀態(tài)進入泄風或發(fā)電運行實現(xiàn)自動調(diào)速目的； 所述的離合器(415)通過改變離心力的作用方向實現(xiàn)控制主、從傳動軸帶動相應的風力機模塊(10)在低風速時自動鏈接、高風速時在超設定轉速后自動分離，達到風力機模塊(10)泄風或發(fā)電兩種運行狀態(tài)自動轉換。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自動調(diào)速式模塊化風力發(fā)電系統(tǒng)，包括風力機模塊、風力發(fā)風電機以及電氣控制和輸出部分，所述的風力機模塊至少兩個，每個風力機模塊之間連接風力機模塊連接器，所述的風力機模塊連接器上端設有上可偏心連接器，上可偏心連接器上端連接風力機模塊，上可偏心連接器下端連接主動傳動軸，主動傳動軸下端經(jīng)離合器連接從動傳動軸，傳動軸一端經(jīng)下可偏心連接器連接風力機模塊。從而解決了在不穩(wěn)定的自然風況下保證發(fā)電機穩(wěn)定高效運行和對自然風源的高效利用的問題。具有結構簡單、安全性高、易安裝、實用性廣，使風電運營成本大幅下降的特點，且大大地提高了風能資源的有效利用率和易于推廣應用。
文檔編號F03D7/00GK102900601SQ20121021701
公開日2013年1月30日 申請日期2010年7月29日 優(yōu)先權日2010年7月29日
發(fā)明者尹建國 申請人:尹建國