一種多層分流式垂直軸風機液壓定速發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種多層分流式垂直軸風機液壓定速發(fā)電系統(tǒng)，包括風機部分、液壓部分、發(fā)電部分和控制部分，所述風機部分和液壓部分連接，所述液壓部分和發(fā)電部分連接，所述控制部分分別和風機部分、液壓部分、發(fā)電部分連接。本實用新型的一種多層分流式垂直軸風機液壓定速發(fā)電系統(tǒng)，結(jié)構簡單，使用、安裝方便，操作簡單，多層分流有序啟動，高利用效率，協(xié)調(diào)有序控制，控制簡單，風能利用率高，風輪自啟動效果好，具有安全可靠的作用。
【專利說明】一種多層分流式垂直軸風機液壓定速發(fā)電系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種多層分流式垂直軸風機液壓定速發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]風能作為可再生能源的一種，在中國的儲藏量相當豐富。根據(jù)國家氣象局的資料，中國離地10米高的風能資源總儲量約32.26億千瓦，其中可開發(fā)和利用的陸地上風能儲量有2.53億千瓦，50米高度的風能資源比10米高度多一倍，為5億多千瓦。隨著人們對風力發(fā)電認識的日漸提高和風力發(fā)電技術的不斷成熟，其應用領域也越來越廣泛。
[0003]目前的垂直軸風力機雖然能接收來自任何方向的風，具有無增速齒輪箱，及發(fā)電機能安裝在地面上，維修方便等特點而逐步被重視。但目前垂直軸風力機的效率較低，自動啟動能力差，速度控制困難。另外，獨立運行的風力發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的電，其電壓和頻率是一直在變化的非標準交流電，而且風能是隨機波動的，不可能與負載的需求相匹配，需要用儲能裝置來儲存這些風電，儲存裝置所儲存的電能為直流電，但目前絕大多數(shù)用電器和動力機械均需標準交流電，因此，風電系統(tǒng)中均設計有能實現(xiàn)直流轉(zhuǎn)換成交流、且復雜昂貴的逆變器。另外，現(xiàn)有的普通垂直軸風力發(fā)電機大都采用了直驅(qū)永磁發(fā)電機，永磁發(fā)電機隨著其功率的增加，成本也會急劇增大。以上這些不足限制了垂直軸風力機的規(guī)?；瘧?。
[0004]目前已有實用新型專利:《一種具有自動調(diào)速裝置的風力發(fā)電設備》CN201943897U，該專利公開了一種具有自動調(diào)速裝置的風力發(fā)電設備，通過自動調(diào)速裝置(變量栗單元)使風力發(fā)電設備的葉輪輸出到發(fā)電機的轉(zhuǎn)速可以穩(wěn)定調(diào)節(jié)，驅(qū)動發(fā)電機相對恒速運轉(zhuǎn)，而不需要通過變流設備就能夠得到頻率恒定而且與電網(wǎng)頻率一致的電流。它是通過葉輪帶動增速齒輪箱增速后，傳到變量栗單元，栗帶動定量液壓馬達旋轉(zhuǎn)，從而使發(fā)電機發(fā)電。同時通常測速單元檢測發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，再反饋到控制單元，控制單元控制電液比例變量機構改變通過栗的流量，達到控制轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的目的。上述專利雖然能改變栗的轉(zhuǎn)速，但由于它配置的是單一的發(fā)電機，只能在一種狀態(tài)下發(fā)電，當大于或等于額定風速時沒有問題；但當?shù)陀陬~定風速時，由于流量不足，無法提供發(fā)電機需要的扭矩，所以只好停機，因此有很大一部分風能被浪費，風能利用率低。另外，它使用了增速齒輪箱，由于齒輪的機械效率，將會造成系統(tǒng)的能量損失。同時由于使用了水平軸風輪，所有很難布置多層，不能向高空發(fā)展，充分利用風速越高越穩(wěn)定的有利條件無法實現(xiàn)；另外，現(xiàn)有的普通垂直軸風力發(fā)電機大都采用了直驅(qū)永磁發(fā)電機，如果要并網(wǎng)運行，還需要相應的控制器及逆變器，而在目前來看，直驅(qū)永磁發(fā)電機的成本是阻礙其大型化、商業(yè)化的直接原因。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型要解決的技術問題是提供一種結(jié)構簡單，使用、安裝方便，操作簡單，多層分流有序啟動，高利用效率，協(xié)調(diào)有序控制，控制簡單，風能利用率高，風輪自啟動效果好，具有安全可靠作用的多層分流式垂直軸風機液壓定速發(fā)電系統(tǒng)。
[0006]為解決上述問題，本實用新型采用如下技術方案:[0007]一種多層分流式垂直軸風機液壓定速發(fā)電系統(tǒng)，包括風機部分、液壓部分、發(fā)電部分和控制部分，所述風機部分和液壓部分連接，所述液壓部分和發(fā)電部分連接，所述控制部分分別和風機部分、液壓部分、發(fā)電部分連接。
[0008]作為優(yōu)選的技術方案，所述風機部分由垂直軸風輪、風輪法蘭、風輪軸承座、風輪軸承蓋、軸承、聯(lián)軸器、聯(lián)軸器法蘭、液壓栗法蘭、液壓栗安裝板、安裝底板和多層塔架組成，所述聯(lián)軸器安裝在垂直軸風輪的軸上，所述風輪軸承座、風輪軸承蓋、軸承相互連接，所述垂直軸風輪安裝在風輪法蘭上，所述風輪法蘭安裝在聯(lián)軸器法蘭上，所述聯(lián)軸器法蘭安裝在液壓栗法蘭上，所述液壓栗法蘭安裝在多層塔架上，所述多層塔架固定在水泥柱上。
[0009]作為優(yōu)選的技術方案，所述液壓部分由變量液壓馬達、輔助油箱、過濾器、蓄能器、溢流閥、電磁開關閥和高速定量馬達組成，所述聯(lián)軸器前端與高速定量馬達相連，所述輔助油箱和過濾器連接，所述蓄能器和溢流閥連接，所述電磁開關閥和高速定量馬達連接。
[0010]作為優(yōu)選的技術方案，所述發(fā)電部分由同步發(fā)電機和聯(lián)軸器組成，所述聯(lián)軸器與同步發(fā)電機相連。
[0011]作為優(yōu)選的技術方案，所述控制部分由觸摸屏、風速傳感器、可編程控制器、轉(zhuǎn)速傳感器和并網(wǎng)控制器組成，所述聯(lián)軸器后端與轉(zhuǎn)速傳感器相連，所述風速傳感器安裝在每級風輪的相應位置，所述轉(zhuǎn)速傳感器分別安裝于每組高速定量馬達和同步發(fā)電機之間，所述可編程控制器和風速傳感器連接。
[0012]作為優(yōu)選的技術方案，所述多層塔架的水平截面呈等邊三角形。
[0013]本實用新型一種多層分流式垂直軸風機液壓定速發(fā)電系統(tǒng)的有益效果是:利用多層垂直軸風輪，通過對變量液壓馬達(能作為栗使用的馬達)的流量控制、加以高位輔助油箱提供的高壓力，以及開閉相應電磁開關閥分流的方式，再匹配多個普通同步發(fā)電機的模式，解決了單一的發(fā)電機只能在一種狀態(tài)下發(fā)電的問題，傳統(tǒng)的垂直風力發(fā)電機當大于或等于額定風速時可以正常工作；但當?shù)陀陬~定風速時，由于流量不足，無法提供發(fā)電機需要的扭矩，所以只好停機，因此有很大一部分風能被浪費，風能利用率低；另外，傳統(tǒng)的垂直風力發(fā)電機使用了增速齒輪箱，由于齒輪的機械效率，將會造成系統(tǒng)的能量損失，同時由于使用了水平軸風輪，所有很難布置多層，不能向高空發(fā)展，不能充分利用風速越高越穩(wěn)定的有利條件，本實用新型結(jié)構簡單，使用、安裝方便，操作簡單，多層分流有序啟動，高利用效率，協(xié)調(diào)有序控制，控制簡單，風能利用率高，風輪自啟動效果好，具有安全可靠的作用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型一種多層分流式垂直軸風機液壓定速發(fā)電系統(tǒng)的原理圖；
[0015]圖2為本實用新型一種多層分流式垂直軸風機液壓定速發(fā)電系統(tǒng)的塔架及風輪結(jié)構示意圖；
[0016]圖3為本實用新型一種多層分流式垂直軸風機液壓定速發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)控制部分原理圖。
【具體實施方式】
[0017]參閱圖1、圖2和圖3所示的一種多層分流式垂直軸風機液壓定速發(fā)電系統(tǒng)，包括風機部分、液壓部分、發(fā)電部分和控制部分，所述風機部分和液壓部分連接，所述液壓部分和發(fā)電部分連接，所述控制部分分別和風機部分、液壓部分、發(fā)電部分連接。
[0018]作為優(yōu)選的技術方案，所述風機部分由垂直軸風輪(10)、風輪法蘭(9)、風輪軸承座(8)、風輪軸承蓋(7)、軸承(6)、聯(lián)軸器(11)、聯(lián)軸器法蘭(5)、液壓栗法蘭(3)、液壓栗安裝板(4)、安裝底板(2)和多層塔架(I)組成，所述聯(lián)軸器(11)安裝在垂直軸風輪(10)的軸上，所述風輪軸承座(8)、風輪軸承蓋(7)、軸承(6)相互連接，所述垂直軸風輪(10)安裝在風輪法蘭(9)上，所述風輪法蘭(9)安裝在聯(lián)軸器法蘭(5)上，所述聯(lián)軸器法蘭(5)安裝在液壓栗法蘭(3)上，所述液壓栗法蘭(3)安裝在多層塔架(I)上，所述多層塔架(I)固定在水泥柱上。
[0019]作為優(yōu)選的技術方案，所述液壓部分由變量液壓馬達、輔助油箱(2-1、2-8)、過濾器(2-2、2-9)、蓄能器(2-4、2-11)、溢流閥(2_5、2_12)、電磁開關閥(2-6、2_13、2_14、2-15,2-17)和高速定量馬達(2-7、2-16、2-18)組成，所述聯(lián)軸器(11)前端與高速定量馬達(2-7、2-16、2-18)相連，所述輔助油箱(2_1、2_8)和過濾器(2_2、2_9)連接，所述蓄能器(2-4,2-11)和溢流閥(2-5、2-12)連接，所述電磁開關閥(2_6、2-13、2-14、2-15、2_17)和高速定量馬達(2-7、2-16、2-18)連接。
[0020]作為優(yōu)選的技術方案，所述發(fā)電部分由同步發(fā)電機(3-1、3-2、3_3)和聯(lián)軸器(11)組成，所述聯(lián)軸器(11)與同步發(fā)電機(3-1、3-2、3-3)相連。
[0021]作為優(yōu)選的技術方案，所述控制部分由觸摸屏(4-1)、風速傳感器(4-2、4_3)、可編程控制器(4-4)、轉(zhuǎn)速傳感器(4-5、4-6、4-7)和并網(wǎng)控制器(4_8)組成，所述聯(lián)軸器(11)后端與轉(zhuǎn)速傳感器(4-5、4-6、4-7)相連，所述風速傳感器(4-2、4-3)安裝在每級風輪的相應位置，所述轉(zhuǎn)速傳感器(4-5、4-6、4-7)分別安裝于每組高速定量馬達(2-7、2-16、2-18)和同步發(fā)電機(3-1、3-2、3_3)之間，所述可編程控制器(4-4)和風速傳感器(4_2、4_3)連接。
[0022]作為優(yōu)選的技術方案，所述多層塔架(I)的水平截面呈等邊三角形。
[0023]進一步的，風速傳感器安裝在每級風輪的相應位置，轉(zhuǎn)速傳感器分別安裝于每組高速定量馬達和同步發(fā)電機之間；可編程控制器內(nèi)裝有程序，風速傳感器感應到風速，并將風速轉(zhuǎn)換為電信號傳送給可編程控制器，可編程控制器執(zhí)行程序，通過運算可判斷出風輪輸出的功率段，然后根據(jù)功率段自動選擇并控制相應的電磁閥開啟，從而驅(qū)動相應的高速定量馬達旋轉(zhuǎn)，進而驅(qū)動相應同步發(fā)電機工作；當采集的風速不足以驅(qū)動任何一組高速定量馬達和發(fā)電機時，則關閉所有電磁閥，讓其為蓄能器自動儲能；當高速定量馬達和同步發(fā)電機工作時，之間的轉(zhuǎn)速傳感器將采集的高速定量馬達和同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，并將該轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電信號傳送給可編程控制器，可編程控制器通過該轉(zhuǎn)速信號判斷是否為上網(wǎng)所需轉(zhuǎn)速(1500r / min)，若是上網(wǎng)轉(zhuǎn)速則可編程控制器則輸出控制信號，啟動并網(wǎng)控制器與電網(wǎng)接通，若不是上網(wǎng)所需轉(zhuǎn)速則關閉并網(wǎng)控制器與電網(wǎng)斷開；觸摸屏可以顯示可編程采集的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，同時可將這些數(shù)據(jù)自動保存下來。
[0024]本系統(tǒng)的工作原理如下:系統(tǒng)通過風輪部分吸收風能轉(zhuǎn)化為機械能，經(jīng)過聯(lián)軸器，帶動(內(nèi)曲線)變量液壓馬達旋轉(zhuǎn)，液壓油從高位的輔助油箱壓入(內(nèi)曲線)變量液壓馬達，經(jīng)過蓄能器、溢流閥、電磁開關閥，并在不同的風速下由控制部分控制，開閉相應的控制線路分流，到達相應的高速定量馬達，使高速定量馬達以1500rpm的速度旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過連接在高速定量馬達上的聯(lián)軸器、聯(lián)軸器后連接的轉(zhuǎn)速傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器后連接的聯(lián)軸器的傳遞，使普通同步發(fā)電機發(fā)電，產(chǎn)生的電可以直接并入到電網(wǎng)上。
[0025]本實用新型的特點；
[0026](I)根據(jù)風機轉(zhuǎn)速的不同，通過控制調(diào)節(jié)(內(nèi)曲線)變量液壓馬達的排量，使供給高速定量馬達的流量保持不變。由于高速定量馬達的排量一定，進而使發(fā)電機的轉(zhuǎn)速保持恒定。
[0027](2)在每一級(兩層，可以多層)風力發(fā)電系統(tǒng)中，系統(tǒng)分為兩個主路和三個控制回路。
[0028]①正常風力下，按照設計參數(shù)要求，2-13、2-15、2-17電磁開關閥關閉，2_6、2_14電磁開關閥打開。處于高處I中的風機B驅(qū)動2-3變量液壓馬達2，使2-7高速定量馬達2帶動3中的發(fā)電機2工作；同時，低處I中的風機A驅(qū)動2-10變量液壓馬達1，使2-16高速定量馬達I帶動2-16普通發(fā)電機I工作。此時2-18高速定量液壓馬達O待用。
[0029]②當風力較小時，2-3 (2-10)變量液壓馬達2⑴的排量調(diào)至最大，其流量也不能達到2-7(2-16)高速定量馬達2(1)的流量要求時，控制2-6、2-13、2-14電磁開關閥1、2、3關閉，2-15、2-17電磁開關閥4、5打開，執(zhí)行控制回路I和控制回路3，讓2_3變量液壓馬達2驅(qū)動2-16高速定量馬達I工作，同時2-10變量液壓馬達I驅(qū)動2-18高速定量馬達O工作，實現(xiàn)分流。
[0030]③當風力很小(但還能利用時)，2-6、2-14、2-15、2-17電磁開關閥1、2、4、5關閉，2-13電磁開關閥3打開，執(zhí)行控制回路2，讓2-3變量液壓馬達2驅(qū)動2_18高速定量馬達
O工作。
[0031]④當風力過小時，2-6、2-13、2-14、2-15、2-17電磁開關閥1、2、3、4、5關閉，2-3(2-10)變量液壓馬達1、2停止工作，此時向2-4、2-11蓄能器供應能量，這樣既能減少2-3(2-10)變量馬達2(1)的頻繁啟動，又能延長使用壽命。當風力達到風機的啟動風速時，相關電磁開關閥開啟，再加上處于高位的2-1、2-8輔助油箱產(chǎn)生的壓強作用，有助于2-10(2-3)變量液壓馬達1、2的啟動。當風力很大超過各自風機的生存風速時，2-5、2-12溢流閥1、2卸荷，起安全作用。
[0032]本實用新型的優(yōu)點；
[0033]I)調(diào)速方式:當系統(tǒng)的負載轉(zhuǎn)矩(電機等)恒定時，高速定量馬達的輸出轉(zhuǎn)矩(T=Ap1V1 / 2π)和回路工作壓力都恒定不變，高速定量馬達的輸出功率(Ρ=ΛρΜνΜηΜ)與轉(zhuǎn)速ηΜ成正比，故此回路為恒轉(zhuǎn)矩容積調(diào)速，回路效率高。
[0034]2)該系統(tǒng)使用了多組定量馬達及其匹配發(fā)電機系統(tǒng)；避免了常規(guī)采用液壓控制的一對一布置模式及多路合流模式；控制相對簡單，風能利用率高，整機成本相對較低。
[0035]3)針對該垂直軸風機，多層分流有序啟動、高利用效率、協(xié)調(diào)有序控制是主要優(yōu)點。
[0036]4)沒有齒輪增速箱等類似增速裝置，增加了系統(tǒng)的機械效率，提高了經(jīng)濟效益。
[0037]5)可以使用多層布置方式，向高空發(fā)展，充分利用高度越高，風速越穩(wěn)定、風能資源越多的有利條件，同時還節(jié)約使用土地，也能帶來良好的景觀效果。
[0038]6)該系統(tǒng)沒有了價格昂貴的直驅(qū)永磁發(fā)電機，降低了投資成本，節(jié)約了稀土資源。
[0039]本實用新型一種多層分流式垂直軸風機液壓定速發(fā)電系統(tǒng)的有益效果是:利用多層垂直軸風輪，通過對變量液壓馬達(能作為栗使用的馬達)的流量控制、加以高位輔助油箱提供的高壓力，以及開閉相應電磁開關閥分流的方式，再匹配多個普通同步發(fā)電機的模式，解決了單一的發(fā)電機只能在一種狀態(tài)下發(fā)電的問題，傳統(tǒng)的垂直風力發(fā)電機當大于或等于額定風速時可以正常工作；但當?shù)陀陬~定風速時，由于流量不足，無法提供發(fā)電機需要的扭矩，所以只好停機，因此有很大一部分風能被浪費，風能利用率低；另外，傳統(tǒng)的垂直風力發(fā)電機使用了增速齒輪箱，由于齒輪的機械效率，將會造成系統(tǒng)的能量損失，同時由于使用了水平軸風輪，所有很難布置多層，不能向高空發(fā)展，不能充分利用風速越高越穩(wěn)定的有利條件，本實用新型結(jié)構簡單，使用、安裝方便，操作簡單，多層分流有序啟動，高利用效率，協(xié)調(diào)有序控制，控制簡單，風能利用率高，風輪自啟動效果好，具有安全可靠的作用。
[0040]以上所述，僅為本實用新型的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應該以權利要求書所限定的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種多層分流式垂直軸風機液壓定速發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:包括風機部分、液壓部分、發(fā)電部分和控制部分，所述風機部分和液壓部分連接，所述液壓部分和發(fā)電部分連接，所述控制部分分別和風機部分、液壓部分、發(fā)電部分連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的多層分流式垂直軸風機液壓定速發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述風機部分由垂直軸風輪、風輪法蘭、風輪軸承座、風輪軸承蓋、軸承、聯(lián)軸器、聯(lián)軸器法蘭、液壓栗法蘭、液壓栗安裝板、安裝底板和多層塔架組成，所述聯(lián)軸器安裝在垂直軸風輪的軸上，所述風輪軸承座、風輪軸承蓋、軸承相互連接，所述垂直軸風輪安裝在風輪法蘭上，所述風輪法蘭安裝在聯(lián)軸器法蘭上，所述聯(lián)軸器法蘭安裝在液壓栗法蘭上，所述液壓栗法蘭安裝在多層塔架上，所述多層塔架固定在水泥柱上。
3.根據(jù)權利要求1所述的多層分流式垂直軸風機液壓定速發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述液壓部分由變量液壓馬達、輔助油箱、過濾器、蓄能器、溢流閥、電磁開關閥和高速定量馬達組成，所述聯(lián)軸器前端與高速定量馬達相連，所述輔助油箱和過濾器連接，所述蓄能器和溢流閥連接，所述電磁開關閥和高速定量馬達連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的多層分流式垂直軸風機液壓定速發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述發(fā)電部分由同步發(fā)電機和聯(lián)軸器組成，所述聯(lián)軸器與同步發(fā)電機相連。
5.根據(jù)權利要求1所述的多層分流式垂直軸風機液壓定速發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述控制部分由觸摸屏、風速傳感器、可編程控制器、轉(zhuǎn)速傳感器和并網(wǎng)控制器組成，所述聯(lián)軸器后端與轉(zhuǎn)速傳感器相連，所述風速傳感器安裝在每級風輪的相應位置，所述轉(zhuǎn)速傳感器分別安裝于每組高速定量馬達和同步發(fā)電機之間，所述可編程控制器和風速傳感器連接。
6.根據(jù)權利要求1所述的多層分流式垂直軸風機液壓定速發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述多層塔架的水平截面呈等邊三角形。
【文檔編號】F03D11/04GK203604121SQ201320696961
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月7日 優(yōu)先權日:2013年11月7日
【發(fā)明者】孫明剛, 張立軍, 劉華, 張鵬鵬 申請人:青島經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)泰合海浪能研究中心