專利名稱：一種智能型超大功率液力傳遞動力的低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電機組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于于中、大型風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種智能型超大功率液力傳遞動力的低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電機組。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代的中型、大型風(fēng)力發(fā)電機組都是采用械方式進行風(fēng)能發(fā)電的，其從葉片風(fēng)輪處收集風(fēng)能到最后的輸出電能的流程是風(fēng)能一機械能一變速箱一發(fā)電機的模式，此模式最后輸出的電能質(zhì)量差、波動幅度很大，因為沒有任何的儲能、平衡能量的手段，直接受到風(fēng)速變化的影響，在并網(wǎng)時此種波動很大的電能很不利于電網(wǎng)調(diào)控，也不能夠獨立的運行。此種傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機組的動力傳遞模式已經(jīng)發(fā)展了幾十年，其波動很大的動力輸出特性受到人們廣泛的詬病，在國家綠色能源政策的支持下，均是并網(wǎng)方式運行，電網(wǎng)方面一直都是以“垃圾電”來稱呼它。·在中型和大型機組方面也因為在并網(wǎng)時沒有“低電壓穿越”性能，給電網(wǎng)電壓造成大的波動，即便是重新加裝能夠?qū)嵭羞@個性能的設(shè)備，也是投資巨大。另外，由于葉片風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速與發(fā)動機轉(zhuǎn)速相差極大，一般大型風(fēng)力發(fā)電機組的葉片轉(zhuǎn)速只有15-20轉(zhuǎn)/每分鐘，而末端的發(fā)電機轉(zhuǎn)速在1500轉(zhuǎn)/每分鐘，所以必須使低轉(zhuǎn)速動力軸功率通過變速箱變速為高轉(zhuǎn)速動力軸功率，才能夠與高速發(fā)電機匹配實現(xiàn)正常發(fā)電。但這是一種變速比極大的變速箱，變速比一般在I :70-1:90之間，這樣大的變速比造成了變速箱的很大問題，如此大變速比的變速箱因為低速齒輪受力太大，經(jīng)常造成損壞，如果加大變速箱的傳遞功率，又會大幅度的增加變速箱的體積和重量，使整個機組上部的空中機艙總重量呈幾倍的大幅度增加，所以傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機組的空中部分的機艙重量都在幾十噸、上百噸，最大的甚至達到300噸(見中央電視臺2012年09月的專題報道《超級工程》中的“巨型5兆瓦風(fēng)力發(fā)電機組”介紹，其頂部的機箱重量就是300噸重)，其中變速箱所占的比重大約占到整個空中機艙的1/3重量，如此大的重量懸頂在一個并不特別粗的鋼筒上，在大自然變化莫測的風(fēng)力的情況下無疑是十分不安全的，不但成本大幅度的增加，也給制造、安裝帶來了極大的麻煩和難題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問題，我們通過參考、研究大量的類似范圍的風(fēng)力發(fā)電機液壓傳遞功率方式，并且通過大量的實際試驗、創(chuàng)新和發(fā)明，提出了智能型超大功率液力傳遞動力系統(tǒng)概念，這是一種集成化了的全新概念的液壓系統(tǒng)，與傳統(tǒng)液壓技術(shù)完全是兩個不同的技術(shù)范疇，這種超大功率可以精密、快速調(diào)節(jié)的新型的液壓技術(shù)，不但徹底摒棄了以機械設(shè)備方式“傳遞硬性功率”的風(fēng)力發(fā)電機組的老做法，不但提高了整個機組的效率，而且大幅度的減輕了機箱的重量降低了成本，下面是本發(fā)明的詳細內(nèi)容一種智能型超大功率液力傳遞動力的低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電機組，包括葉片風(fēng)輪，其特征在于所述葉片風(fēng)輪與智能型超大功率液力傳遞系統(tǒng)連接，智能型超大功率液力傳遞系統(tǒng)連接與發(fā)電機連接。所述的一種智能型超大功率液力傳遞動力的低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電機組，其特征在于所述智能型超大功率液力傳遞系統(tǒng)包括低速超大功率液力增壓器、氣壓儲能罐、飛輪儲能穩(wěn)速器、液壓馬達和微處理計算機。所述的一種智能型超大功率液力傳遞動力的低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電機組，其特征在于葉片風(fēng)輪與低速超大功率液力增壓器連接，低速超大功率液力增壓器與氣壓儲能罐并聯(lián)旁通連接，氣壓儲能罐與液壓馬達并聯(lián)連接，液壓馬達與飛輪儲能穩(wěn)速器軸連接，飛輪儲能穩(wěn)速器與發(fā)電機軸連接，葉片風(fēng)輪與低速超大功率液力增壓器之間、低速超大功率液力增壓器與氣壓儲能罐之間、氣壓儲能罐上以及液壓馬達上分別設(shè)置有探測頭，所述探測頭分別與微處理計算機的輸入端連接，氣壓儲能罐上、低速超大功率液力增壓器與氣壓儲能罐之間、氣壓儲能罐與液壓馬達之間分別設(shè)置有執(zhí)行電磁閥，所述執(zhí)行電磁閥分別與微處理計算機的輸出端連接。 所述的一種智能型超大功率液力傳遞動力的低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電機組，其特征在于所述低速超大功率液力增壓器工作的轉(zhuǎn)速范圍是5-20轉(zhuǎn)/每分鐘，其輸出功率范圍是20-2000 千瓦。所述的一種智能型超大功率液力傳遞動力的低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電機組，其特征在于所述氣壓儲能罐是一個鋼制圓柱形罐體，其容積是O. 2-5立方米，氣壓儲能罐中的上部為純度為99%的氮氣，氮氣所占的容積為整個罐體容積的1/2-1/3，氣壓儲能罐中的下部是液體，如液壓油、酒精、防凍液、純水、乳化液等，優(yōu)選液壓油，氣壓儲能罐的工作壓力范圍是5-15兆帕，儲存能量范圍是50-2000千瓦/每分鐘功率。所述的一種智能型超大功率液力傳遞動力的低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電機組，其特征在于所述飛輪儲能穩(wěn)速器是一個外圓直徑為800-1200毫米、寬度為30-40毫米的幅板型飛輪，由重量為800-2000公斤的鑄鐵材料制成，儲存能量范圍是50-200千瓦/每分鐘功率，飛輪儲能穩(wěn)速器對動力輸出軸上的波動功率自動即時進行精密調(diào)整，達到總功率波動率< 1%。所述的一種智能型超大功率液力傳遞動力的低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電機組，其特征在于所述微處理計算機根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機功率輸出情況的大小，對產(chǎn)生的液體壓力、流量進行及時的探測采樣、運算放大、并且給出動作信號、輸出控制信號，控制伺服單元的執(zhí)行系統(tǒng)即時執(zhí)行電磁閥動作，對整個液壓系統(tǒng)進行隨時、快速、精密、大功率調(diào)節(jié)，達到高標準輸出總功率的性能，使功率的波動范圍在1%以內(nèi)。本發(fā)明的核心的四部分技術(shù)介紹如下
一、超大功率低速液力增壓器傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)的液體(液壓油)增壓是使用增壓泵，又叫液壓泵來做到的，然而這種液壓泵需要很高的轉(zhuǎn)速，一般是1500轉(zhuǎn)/每分鐘，傳遞的動力能量功率范圍也不能做的很大，一般最大僅幾千瓦，因為轉(zhuǎn)速高，傳遞的功率小，不能適應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機組的低轉(zhuǎn)速、大功率的需要。而本發(fā)明的超大功率低速液力增壓器是低轉(zhuǎn)速的，轉(zhuǎn)速最低在每分鐘幾轉(zhuǎn)即可產(chǎn)生很大的壓力，設(shè)計的轉(zhuǎn)速范圍是5-20轉(zhuǎn)/每分鐘，并且傳遞的功率可以達到2000千瓦(2兆瓦),是特別適合現(xiàn)在的風(fēng)力發(fā)電機組的低轉(zhuǎn)速、大功率的狀態(tài)，不但效率高，而且壓力大傳遞的功率大。
二、氣壓儲能調(diào)節(jié)器液體是不可壓縮的，但是氣體是可以壓縮的，本發(fā)明的氣壓儲能器是一個能夠承受較大壓力的鋼制，圓柱形狀的罐子，容積O. 2-5立方米(根據(jù)功率大小選擇)，下部分是液壓油，上部分是氮氣(安全的惰性氣體)，通過微處理計算機的精密快速控制，對流經(jīng)此處的液壓油進行快速精密的調(diào)節(jié)，使上部分的氮氣受到較大壓力的壓縮，因為氣體有可以壓縮的物理特性，所以這些被密封在鋼罐中的氮氣就會形成一個獨特的“高壓氣體彈簧”的物理作用，當液壓油的壓力變化時，這個氣體彈簧就會產(chǎn)生“吸收高壓、填補低壓”的壓力調(diào)節(jié)性能，再通過快速閥門的調(diào)節(jié)(此快速調(diào)節(jié)閥門是由微處理計算機控制的)，所以可以大流量的進行大功率的精密調(diào)節(jié)達到精密、快速而且是大功率的能量控制。這種調(diào)節(jié)方式在傳統(tǒng)的液壓技術(shù)也有類似的器件，稱為壓力調(diào)節(jié)器，但這個傳統(tǒng)意義上的壓力調(diào)節(jié)器僅僅是控制和調(diào)整液壓管道中的小量的壓力，不能精密而快速的調(diào)節(jié)很大的功率流量，很大的功率流量如50-200千瓦功率時，必須使進、出氣壓調(diào)節(jié)儲能罐的液壓油以> 4立方分米/每秒鐘/I兆帕的體積/時間/兆帕速率的數(shù)量關(guān)系進行及時的調(diào)節(jié)，才能夠達到精密的大功率控制。而本發(fā)明這種氣壓儲能鋼罐能夠承受的最大壓力是45兆帕(450公斤/平方厘米)，工作時的壓力僅是最大承壓的1/3，即15兆帕(保證了安全性)，在5-15兆帕的功率調(diào)·節(jié)中，可以在一分鐘內(nèi)調(diào)節(jié)50-200千瓦的功率能量，所以在50-200千瓦的風(fēng)力發(fā)電機組中是非常適用的。三、飛輪儲能穩(wěn)速器在液壓油到達“油馬達”時，液體中的壓力能量通過油馬達轉(zhuǎn)換為機械性的軸功率輸出能量與發(fā)電機連接，產(chǎn)生電能，在油馬達與發(fā)電機連接之間，我們加裝了一個大型飛輪，因為飛輪具有儲能、穩(wěn)壓、穩(wěn)速特點，此技術(shù)也是一個最成熟的實用技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、安全長壽、效果特別好的特性，我們在此處加裝的這個飛輪，其轉(zhuǎn)速也是通過微處理計算機控制和調(diào)節(jié)的，因此能夠?qū)⒐β实牟▌臃鹊玫綐O大的減少，可以做到總功率的波動范圍在=1%。四、微處理計算機控制技術(shù)我們在傳統(tǒng)的液壓傳遞技術(shù)的基礎(chǔ)上，加上了微處理計算機控制技術(shù)，使之成為一種全新的精密液壓調(diào)節(jié)傳遞技術(shù)，不但可以保留原先傳統(tǒng)液壓技術(shù)的優(yōu)點，更加是使傳統(tǒng)液壓技術(shù)有了本質(zhì)上的改變。本發(fā)明對傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機組本質(zhì)結(jié)構(gòu)上的巨大改變，首先是不再使用硬性的機械傳遞動力的模式，而是以具有柔性儲能并且有調(diào)節(jié)特點的液力傳遞技術(shù)，使動力的傳遞有了本質(zhì)的改變，不但使結(jié)構(gòu)更簡單，如再不需要問題多多的變速箱了，同時可以通過精密的功率調(diào)節(jié)，使風(fēng)力發(fā)電機組的風(fēng)能利用效率得到大幅度的提高，輸出的電能是十分平穩(wěn)而且是可以調(diào)整的。利用這種精密可控的液壓傳遞技術(shù)，更可以使發(fā)電機發(fā)出的電能呈現(xiàn)出“平穩(wěn)、可調(diào)”的狀態(tài)，這種狀態(tài)是電網(wǎng)特別歡迎的和諧的電能，應(yīng)該稱呼為“黃金電”，由于是通過微處理計算機控制的電能，又有氣壓儲能控制和飛輪儲能穩(wěn)速作用，所以從根本上杜絕了并網(wǎng)中的低電壓穿越問題。另夕卜、在一些對轉(zhuǎn)速要求不高的場合，如抽水、碾米、魚塘增氧、粉碎機等諸多的場合，均可以以離網(wǎng)方式進行獨立的運轉(zhuǎn)，也為風(fēng)能的廣泛利用提供了一種新的方式。本發(fā)明突破了傳統(tǒng)液壓技術(shù)傳遞功率小，不能隨時進行高精度調(diào)節(jié)較大的功率，如傳遞幾十千瓦、幾百千瓦、幾千千瓦，在解決了大功率液力增壓器的基礎(chǔ)上，通過微處理計算機方式進行全程控制，設(shè)置在微處理器中的程序自動進行自動、超快速的動態(tài)控制，既簡化了結(jié)構(gòu)、降低了成本，又達到最好的控制效果，相比傳統(tǒng)的液壓技術(shù)，這是一個本質(zhì)的飛躍，更是一種全新概念的智能液力傳動技術(shù)。本發(fā)明因為結(jié)合了現(xiàn)代的計算機控制技術(shù)、氣壓儲能技術(shù)和飛輪穩(wěn)速技術(shù)，更采用了低速超大功率液力增壓器，極大的改善了傳統(tǒng)的液壓技術(shù)的原先性能，也可以說是創(chuàng)新了一種新型的、高智能、超大功率特性的、應(yīng)用廣泛的液力傳遞技術(shù)，在中、大型風(fēng)力發(fā)電機組上使用此項技術(shù)，不但大幅度降低了成本、簡化了結(jié)構(gòu)，提高了機組的風(fēng)能利用效率，也大幅度的提高了風(fēng)力發(fā)電機組的電能輸出特性，t匕原先的機械方式傳遞風(fēng)電功率超越 了很多，不但有良好的并網(wǎng)和諧性能，還有良好的低電壓穿越性能，同時也表現(xiàn)出良好的離網(wǎng)獨立運行特性。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理 圖2是本發(fā)明的氣壓儲能罐的結(jié)構(gòu)示意 圖3是本發(fā)明的氣壓儲能罐的穩(wěn)壓狀態(tài) 圖4是本發(fā)明的氣壓儲能罐的輸出功率狀態(tài) 圖5是本發(fā)明的氣壓儲能罐的吸納功率狀態(tài) 圖中，I一葉片風(fēng)輪；2—低速超大功率液力增壓器；3—微處理計算機；3. I一探測頭；
3.2一執(zhí)行電磁閥；4一氣壓儲能;4. I一氮氣；4. 2一液壓油；5—液壓馬達；6—飛輪儲能穩(wěn)速器；7—發(fā)電機。
具體實施例方式實施例I
50千瓦全程功率液壓式低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電機組
風(fēng)輪直徑18米；
迎風(fēng)面積(掃掠面積)=254. 34平方米(取值每平方米200±10%瓦風(fēng)能密度)；
輸出功率50千瓦(風(fēng)速=8m/s ；4-5級風(fēng)時)；
葉片形式翼型NACA4418低風(fēng)速型翼型；
葉片數(shù)量3片；
設(shè)計額定風(fēng)速8m/s (4-5級風(fēng))；
額定功率50千瓦(最大85千瓦)；
實際功率范圍3-7m/s風(fēng)速(2 級風(fēng))時輸出10-30千瓦功率；8m/s風(fēng)速時輸出50千瓦功率；14m/s風(fēng)速時輸出85千瓦功率；
啟動風(fēng)速(切入風(fēng)速)^ 3m/s ；
工作風(fēng)速3-20m/s ;(14m/s風(fēng)速以上時由液壓機構(gòu)進行漿葉順漿和剎車動作，20m/s時風(fēng)輪通過液壓系統(tǒng)進行偏航停機)
風(fēng)輪轉(zhuǎn)速風(fēng)輪轉(zhuǎn)速30-60轉(zhuǎn)/每分鐘；
液壓低速增壓器轉(zhuǎn)速25-80轉(zhuǎn)/每分鐘；
輸出液壓功率20-90千瓦；
液壓油壓力5-15兆帕；液壓馬達功率=100千瓦；
液壓馬達轉(zhuǎn)速100-200轉(zhuǎn)；
配套發(fā)電機轉(zhuǎn)速100-200轉(zhuǎn)；
實施例2
200千瓦全程功率液壓式低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電機組
風(fēng)輪直徑38米；
迎風(fēng)面積(掃掠面積):1017. 36平方米(每平方米200 ±10%瓦風(fēng)能密度)；
輸出功率=203. 5千瓦(風(fēng)速=8m/s ;4_5級風(fēng)時)； 葉片形式翼型NACA4418低風(fēng)速型翼型；
葉片數(shù)量3片；
設(shè)計額定風(fēng)速8m/s (4-5級風(fēng))；
額定功率203. 5千瓦(最大350千瓦)；
實際功率范圍3-7m/s風(fēng)速(2 級風(fēng))時輸出50-90千瓦功率；8m/s風(fēng)速時輸出203千瓦功率；14m/s風(fēng)速時輸出350千瓦功率；
啟動風(fēng)速(切入風(fēng)速)^ 3m/s ；
工作風(fēng)速3-20m/s ;(14m/s風(fēng)速以上時由液壓機構(gòu)進行漿葉順漿和剎車動作，20m/s時風(fēng)輪通過液壓系統(tǒng)進行偏航停機)
風(fēng)輪轉(zhuǎn)速風(fēng)輪轉(zhuǎn)速20-40轉(zhuǎn)/每分鐘；
液壓低速增壓器轉(zhuǎn)速25-80轉(zhuǎn)/每分鐘；
輸出液壓功率200-390千瓦；
液壓油壓力5-15兆帕；
液壓馬達功率200千瓦-390千瓦；
液壓馬達轉(zhuǎn)速100-200轉(zhuǎn)；
配套發(fā)電機轉(zhuǎn)速100-200轉(zhuǎn)；
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的獨特性和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種智能型超大功率液力傳遞動力的低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電機組，包括葉片風(fēng)輪(1)，其特征在于所述葉片風(fēng)輪(I)與智能型超大功率液力傳遞系統(tǒng)連接，智能型超大功率液力傳遞系統(tǒng)連接與發(fā)電機(7)連接。
2.如權(quán)利要求I所述的一種智能型超大功率液力傳遞動力的低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電機組，其特征在于所述智能型超大功率液力傳遞系統(tǒng)包括低速超大功率液力增壓器(2)、氣壓儲能罐(4)、飛輪儲能穩(wěn)速器(6)、液壓馬達(5)和微處理計算機(3)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種智能型超大功率液力傳遞動力的低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電機組，其特征在于葉片風(fēng)輪(I)與低速超大功率液力增壓器(2)連接，低速超大功率液力增壓器(2)與氣壓儲能罐(4)并聯(lián)旁通連接，氣壓儲能罐(4)與液壓馬達(5)并聯(lián)連接，液壓馬達(5)與飛輪儲能穩(wěn)速器(6 )軸連接，飛輪儲能穩(wěn)速器(6 )與發(fā)電機(7 )軸連接，葉片風(fēng)輪(I)與低速超大功率液力增壓器(2)之間、低速超大功率液力增壓器(2)與氣壓儲能罐(4)之間、氣壓儲能罐(4)上以及液壓馬達(5)上分別設(shè)置有探測頭(3. 1)，所述探測頭(3. I)分別與微處理計算機(3)的輸入端連接，氣壓儲能罐(4)上、低速超大功率液力增壓器(2)與氣壓儲能罐(4)之間、氣壓儲能罐(4)與液壓馬達(5)之間分別設(shè)置有執(zhí)行電磁閥(3. 2)，所述執(zhí)行電磁閥(3. 2)分別與微處理計算機(3)的輸出端連接。
4.如權(quán)利要求2所述的一種智能型超大功率液力傳遞動力的低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電機組，其特征在于所述低速超大功率液力增壓器(2)工作的轉(zhuǎn)速范圍是5-20轉(zhuǎn)/每分鐘，其輸出功率范圍是20_2000千瓦。
5.如權(quán)利要求2所述的一種智能型超大功率液力傳遞動力的低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電機組，其特征在于所述氣壓儲能罐(4)是一個鋼制圓柱形罐體，其容積是O. 2-5立方米，氣壓儲能罐(4)中的上部為純度為99%的氮氣，氮氣所占的容積為整個罐體容積的1/2-1/3，氣壓儲能罐(4)中的下部是液體，如液壓油、酒精、防凍液、純水、乳化液等，優(yōu)選液壓油，氣壓儲能罐(4)的工作壓力范圍是5-15兆帕，儲存能量范圍是50-2000千瓦/每分鐘功率。
6.如權(quán)利要求2所述的一種智能型超大功率液力傳遞動力的低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電機組，其特征在于所述飛輪儲能穩(wěn)速器(6)是一個外圓直徑為800-1200毫米、寬度為30-40毫米的幅板型飛輪，由重量為800-2000公斤的鑄鐵材料制成，儲存能量范圍是50-200千瓦/每分鐘功率，飛輪儲能穩(wěn)速器(6)對動力輸出軸上的波動功率自動即時進行精密調(diào)整，達到總功率波動率< 1%。
7.如權(quán)利要求2所述的一種智能型超大功率液力傳遞動力的低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電機組，其特征在于所述微處理計算機(3)根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機功率輸出情況的大小，對產(chǎn)生的液體壓力、流量進行及時的探測采樣、運算放大、并且給出動作信號、輸出控制信號，控制伺服單元的執(zhí)行系統(tǒng)即時執(zhí)行電磁閥動作，對整個液壓系統(tǒng)進行隨時、快速、精密、大功率調(diào)節(jié)，達到高標準輸出總功率的性能，使功率的波動范圍在1%以內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種智能型超大功率液力傳遞動力的低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電機組，包括葉片風(fēng)輪，其特征在于所述葉片風(fēng)輪與智能型超大功率液力傳遞系統(tǒng)連接，智能型超大功率液力傳遞系統(tǒng)連接與發(fā)電機連接。本發(fā)明不但大幅度降低了成本、簡化了結(jié)構(gòu)，提高了機組的風(fēng)能利用效率，也大幅度的提高了風(fēng)力發(fā)電機組的電能輸出特性，比原先的機械傳遞風(fēng)電功率方式超越了很多，不但有良好的并網(wǎng)和諧性能，還有良好的低電壓穿越性能，同時也表現(xiàn)出良好的離網(wǎng)獨立運行特性。
文檔編號F03D11/02GK102900625SQ201210416088
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者俞海鍵, 毛華 申請人:浙江日月昇科技有限公司