專利名稱：一種利用彈簧儲(chǔ)能的風(fēng)力發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)力發(fā)電的機(jī)械裝置，它使用多級(jí)模塊化的彈簧儲(chǔ)能單元進(jìn) 行風(fēng)能的存儲(chǔ)并進(jìn)行電能的轉(zhuǎn)換。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組根據(jù)發(fā)電功率規(guī)?？煞譃樾⌒退捷S和大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組等類型。 在我國(guó)，目前以小功率的單機(jī)為主，其儲(chǔ)能系統(tǒng)依賴傳統(tǒng)的蓄電池，潛在嚴(yán)重的污染環(huán)境問(wèn) 題，且回收成本較高；而大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組方面的關(guān)鍵技術(shù)目前尚掌握在少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家手 中，進(jìn)口設(shè)備成本較高。從原理上講，大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通常由兩大部分組成氣動(dòng)機(jī)械部 分和電氣部分，氣動(dòng)機(jī)械部分通過(guò)風(fēng)輪、低速軸、增速齒輪箱、高速軸等裝置將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為 機(jī)械能，以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子；電氣部分包括異步發(fā)電機(jī)、電力電子變頻器和變壓器等，將機(jī) 械能再轉(zhuǎn)換為頻率恒定的電能，其間風(fēng)能的存儲(chǔ)也是通過(guò)使用蓄電池存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換之后的電能 來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明由兩個(gè)部分組成模塊化的多級(jí)彈簧儲(chǔ)能裝置，以及用于風(fēng)力發(fā)電時(shí)風(fēng) 能-彈簧能-電能轉(zhuǎn)換裝置。這些裝置在弱風(fēng)情況下就可以通過(guò)逐級(jí)壓縮多個(gè)彈簧儲(chǔ)能單 元來(lái)存儲(chǔ)風(fēng)能，替代傳統(tǒng)的蓄電池儲(chǔ)能；每個(gè)彈簧儲(chǔ)能單元可以按照不同的彈性系數(shù)進(jìn)行 設(shè)置，隨著風(fēng)速的提高，通過(guò)級(jí)聯(lián)多個(gè)儲(chǔ)能單元滿足不同的儲(chǔ)能功率要求。在無(wú)風(fēng)時(shí)，由多 個(gè)級(jí)聯(lián)的彈簧儲(chǔ)能單元共同提供壓力能驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。在彈簧儲(chǔ)能裝置上要解決的技術(shù)問(wèn)題是彈簧儲(chǔ)能裝置的模塊化以及機(jī)械能的分 級(jí)存儲(chǔ)。為提高彈簧的儲(chǔ)能容量，目前公知的方案為多個(gè)彈簧的并聯(lián)或串聯(lián)，本發(fā)明提供一 種模塊化的彈簧儲(chǔ)能單元，以級(jí)聯(lián)的方式存儲(chǔ)能量。用于風(fēng)力發(fā)電的風(fēng)能_彈簧能_電能 轉(zhuǎn)換裝置要解決的技術(shù)問(wèn)題是無(wú)需配備變頻調(diào)頻設(shè)備的情況下，無(wú)論風(fēng)速如何變化，都可 以捕捉到風(fēng)能并儲(chǔ)存到多個(gè)彈簧儲(chǔ)能單元中，并能根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷的變化進(jìn)行發(fā)電機(jī)的自動(dòng) 調(diào)速。模塊化多級(jí)彈簧儲(chǔ)能裝置解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下。一個(gè)儲(chǔ)能單元 由一個(gè)差動(dòng)齒輪組和一個(gè)彈簧儲(chǔ)能模塊組成；差動(dòng)齒輪組提供三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的接口 輸入軸、 輸出軸和級(jí)聯(lián)中間軸。輸入軸將扭矩均勻地傳給輸出軸和級(jí)聯(lián)中間軸，輸出軸連接彈簧儲(chǔ) 能模塊，存儲(chǔ)輸出軸的機(jī)械能；級(jí)聯(lián)中間軸用于連接另一個(gè)儲(chǔ)能單元的輸入軸。差動(dòng)齒輪組 根據(jù)輸出軸的負(fù)載差異(彈簧儲(chǔ)能模塊尚余的存儲(chǔ)容量)，將輸入的機(jī)械能通過(guò)輸入軸/級(jí) 聯(lián)中間軸實(shí)現(xiàn)由弱到強(qiáng)的逐級(jí)傳遞。若干個(gè)差動(dòng)齒輪組通過(guò)輸入軸/級(jí)聯(lián)軸相連可以組成 一個(gè)差動(dòng)齒輪箱，第一級(jí)輸入軸接收來(lái)自風(fēng)輪的扭矩，通過(guò)若干個(gè)級(jí)聯(lián)軸和輸出軸，實(shí)現(xiàn)逐 級(jí)儲(chǔ)能效果。每個(gè)輸出軸安裝棘輪止回裝置和剎車裝置，利于彈簧儲(chǔ)能模塊的拆裝和修理。 輸出軸與彈簧儲(chǔ)能模塊間可增設(shè)減速齒輪，滿足不同風(fēng)力(包括弱風(fēng)力)條件下捕捉能量 的需要。
風(fēng)能-彈簧能-電能轉(zhuǎn)換裝置解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下。在儲(chǔ)能方 面，利用彈簧儲(chǔ)能模塊將輸入的風(fēng)能(機(jī)械能)轉(zhuǎn)換為彈簧能存儲(chǔ)；同時(shí)，每個(gè)彈簧儲(chǔ)能模 塊帶動(dòng)一個(gè)高壓油泵，多個(gè)高壓油泵并聯(lián)供壓力油到液壓馬達(dá)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，將彈簧能 轉(zhuǎn)換為電能輸出。每個(gè)彈簧儲(chǔ)能模塊由三部分構(gòu)成輸入軸、平面渦卷彈簧組和輸出軸，輸 入軸與差動(dòng)齒輪組的輸出軸相連，接收輸入的風(fēng)能(機(jī)械能)并壓縮平面渦卷彈簧組，后者 的彈性系數(shù)和數(shù)量可按照要求的存儲(chǔ)功率大小來(lái)配置；輸出軸用平面渦卷彈簧釋放的能量 帶動(dòng)與之相連的柱塞油泵。多個(gè)柱塞油泵各自連接一個(gè)單向閥后并聯(lián)在一起，通過(guò)恒壓閥、 儲(chǔ)壓缸和調(diào)速液壓閥帶動(dòng)液壓馬達(dá)，由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生穩(wěn)定的220V 50Hz的交流 電輸出。本發(fā)明的有益效果是，利用機(jī)械彈簧儲(chǔ)能而不需蓄電池，是綠色、環(huán)保的儲(chǔ)能裝 置，尤其適用于偏遠(yuǎn)山區(qū)，海島等的離網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過(guò)增加/卸除彈簧儲(chǔ)能模 塊即可滿足不同儲(chǔ)能容量要求，只要配置足夠多的儲(chǔ)能單元就可以儲(chǔ)存足夠多的風(fēng)能，供 發(fā)電。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是差動(dòng)齒輪箱的差動(dòng)原理示意圖。圖中1-輸入軸；2、6、8、9_軸承；3-中間軸承；4_輸出傳動(dòng)軸；5_級(jí)聯(lián)中間軸；7、 10-輸出齒輪；11、12-止回、剎車裝置；13-軸承。圖2是彈簧儲(chǔ)能模塊結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-輸入軸；2、6_軸承；3-彈簧外圈；4-平面渦卷彈簧；。5_傳動(dòng)齒輪；7_柱 塞液壓油泵；8-輸出傳動(dòng)軸。圖3是本發(fā)明風(fēng)能_彈簧能_電能轉(zhuǎn)換裝置總布置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-風(fēng)輪；2-傳動(dòng)扇型齒輪；3-風(fēng)向舵；4-差動(dòng)齒輪箱；5-彈簧儲(chǔ)能模塊； 6_單向閥；7-液壓油馬達(dá)；8-發(fā)電機(jī)；9-安全溢流閥；10-蓄壓油缸；11-恒壓閥；12-液壓 調(diào)速閥。
具體實(shí)施例方式在圖1中，輸入軸(1)連接風(fēng)葉，接收風(fēng)能輸入；輸出齒輪(7)、(10)連接彈簧儲(chǔ)能 模塊(見(jiàn)圖2)；級(jí)聯(lián)中間軸(5)即為第二級(jí)差動(dòng)齒輪組的輸入軸，實(shí)現(xiàn)多個(gè)差動(dòng)齒輪組的串聯(lián)。在圖2中，輸入軸(1)連接某個(gè)差動(dòng)齒輪組的輸出齒輪(見(jiàn)圖1)，接收風(fēng)能輸入； 平面渦卷彈簧(4)存儲(chǔ)輸入軸(1)的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能為彈簧能；傳動(dòng)齒輪(5)與平面渦卷彈簧 (3)的箱外圈相連，將彈簧能再次轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)柱塞油泵(7)。平面渦卷彈簧(4)在 存儲(chǔ)輸入軸(1)的輸入能量的同時(shí)，可以通過(guò)傳動(dòng)齒輪(5)釋放能量。當(dāng)風(fēng)能輸入大于柱 塞油泵輸出能量時(shí)，平面渦卷彈簧(2)存儲(chǔ)多余部分的能量，否則，當(dāng)無(wú)風(fēng)或風(fēng)能輸入小于 電力負(fù)載需求時(shí)，平面渦卷彈簧(4)根據(jù)負(fù)載的大小釋放所存儲(chǔ)的能量進(jìn)行發(fā)電。一方面 存儲(chǔ)了多余的風(fēng)能以備無(wú)風(fēng)或弱風(fēng)時(shí)使用，另一方面起到了根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷變化自動(dòng)調(diào)速的 作用。
在圖3中，差動(dòng)齒輪箱(4)的構(gòu)造參見(jiàn)圖1，彈簧儲(chǔ)能模塊(5)的構(gòu)造參見(jiàn)圖2。每 個(gè)柱塞油泵(7)(圖2中)通過(guò)單向閥(6)并聯(lián)在一起。恒壓閥(11)、儲(chǔ)壓缸(10)和調(diào)速 液壓閥(12)相串聯(lián)，提供恒速的液壓油帶動(dòng)液壓馬達(dá)(7)，最終驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)(8)產(chǎn)生電能。
權(quán)利要求
一種組合多組彈簧的儲(chǔ)能裝置，利用多組彈簧共同存儲(chǔ)輸入的機(jī)械能，其特征是多組彈簧通過(guò)差動(dòng)齒輪箱(組)連接在一起，從弱到強(qiáng)地壓縮各組具有不同彈性系數(shù)的彈簧。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的差動(dòng)齒輪箱，其特征是提供一個(gè)輸入軸、若干個(gè)級(jí)聯(lián)中間軸 和若干個(gè)輸出軸，輸入軸可以連接風(fēng)力機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)輸入；級(jí)聯(lián)中間軸即是下一級(jí)差動(dòng)齒輪箱 的輸入軸；每個(gè)輸出軸連接一個(gè)彈簧儲(chǔ)能模塊；輸入軸的能量傳遞給輸出軸進(jìn)行彈簧儲(chǔ)能 的同時(shí)，根據(jù)彈簧儲(chǔ)能模塊尚能存儲(chǔ)的能量的大小，決定傳遞給級(jí)聯(lián)軸的機(jī)械能大小。
3.一種風(fēng)能-電能裝換裝置，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能輸出，其特征是在風(fēng)能到電能轉(zhuǎn)換過(guò) 程中，增加了一個(gè)機(jī)械能存儲(chǔ)和釋放過(guò)程，即風(fēng)能先轉(zhuǎn)換為權(quán)利要求1所述的彈簧儲(chǔ)能裝 置存儲(chǔ)的彈簧能，再依據(jù)負(fù)荷大小釋放彈簧能驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)發(fā)電。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)能-電能裝換裝置，其特征是每個(gè)權(quán)利要求1所述的彈 簧儲(chǔ)能裝置驅(qū)動(dòng)一個(gè)柱塞油泵，多個(gè)柱塞油泵并聯(lián)，再串聯(lián)恒壓閥、儲(chǔ)壓缸、調(diào)速液壓閥和 液壓馬達(dá)、發(fā)電機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電裝置，它使用彈簧存儲(chǔ)風(fēng)能，多個(gè)彈簧儲(chǔ)能模塊根據(jù)負(fù)載要求共同提供壓力能驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。多個(gè)彈簧儲(chǔ)能模塊由差動(dòng)齒輪箱(組)連接在一起，通過(guò)從弱到強(qiáng)的逐級(jí)壓縮直接存儲(chǔ)輸入的機(jī)械能，替代蓄電池的儲(chǔ)能作用。差動(dòng)齒輪箱的特征是提供一個(gè)輸入軸、若干個(gè)級(jí)聯(lián)中間軸和若干個(gè)輸出軸，輸入軸連接風(fēng)輪機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)；級(jí)聯(lián)中間軸即是下一級(jí)差動(dòng)齒輪箱的輸入軸；輸出軸連接彈簧儲(chǔ)能模塊；輸入軸的能量傳遞給輸出軸進(jìn)行彈簧儲(chǔ)能的同時(shí)，能將剩余的機(jī)械能傳遞給級(jí)聯(lián)軸。每個(gè)彈簧儲(chǔ)能模塊驅(qū)動(dòng)一個(gè)液壓油泵，多個(gè)液壓油泵并聯(lián)，再串聯(lián)恒壓閥、儲(chǔ)壓缸、液壓調(diào)速閥，依據(jù)負(fù)荷大小釋放彈簧能驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生穩(wěn)定的功率輸出。
文檔編號(hào)F03D11/00GK101968038SQ20091011224
公開(kāi)日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2009年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月27日
發(fā)明者陳黎平 申請(qǐng)人:陳黎平