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速裝置的風力發(fā)電設備，通過自動調速裝置(變量栗單元)使風力發(fā)電設備的葉輪輸出到發(fā)電機的轉速可以穩(wěn)定調節(jié)，驅動發(fā)電機相對恒速運轉，而不需要通過變流設備就能夠得到頻率恒定而且與電網頻率一致的電流。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，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，達到控制轉速穩(wěn)定的目的。上述專利雖然能改變栗的轉速，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；但當低于額定風速時，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永磁發(fā)電機，如果要并網運行，還需要相應的控制器及逆變器，而在目前來看，直驅永磁發(fā)電機的成本是阻礙其大型化、商業(yè)化的直接原因。
實用新型內容
[0005]本實用新型要解決的技術問題是提供一種結構簡單，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、轉速傳感器和并網控制器組成，所述聯(lián)軸器后端與轉速傳感器相連，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；但當低于額定風速時，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)、轉速傳感器(4-5、4-6、4-7)和并網控制器(4_8)組成，所述聯(lián)軸器(11)后端與轉速傳感器(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；可編程控制器內裝有程序，風速傳感器感應到風速，并將風速轉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，然后根據功率段自動選擇并控制相應的電磁閥開啟，從而驅動相應的高速定量馬達旋轉，進而驅動相應同步發(fā)電機工作；當采集的風速不足以驅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，之間的轉速傳感器將采集的高速定量馬達和同步發(fā)電機的轉速，并將該轉速轉換為電信號傳送給可編程控制器，可編程控制器通過該轉速信號判斷是否為上網所需轉速(1500r / min)，若是上網轉速則可編程控制器則輸出控制信號，啟動并網控制器與電網接通，若不是上網所需轉速則關閉并網控制器與電網斷開；觸摸屏可以顯示可編程采集的系統(tǒng)數據，同時可將這些數據自動保存下來。
[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化為機械能，經過聯(lián)軸器，帶動(內曲線)變量液壓馬達旋轉，液壓油從高位的輔助油箱壓入(內曲線)變量液壓馬達，經過蓄能器、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，經過連接在高速定量馬達上的聯(lián)軸器、聯(lián)軸器后連接的轉速傳感器和轉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，產生的電可以直接并入到電網上。
[0025]本實用新型的特點；
[0026](I)根據風機轉速的不同，通過控制調節(jié)(內曲線)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驅動2-16高速定量馬達I工作，同時2-10變量液壓馬達I驅動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)調速方式:當系統(tǒng)的負載轉矩(電機等)恒定時，高速定量馬達的輸出轉矩(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)與轉速ηΜ成正比，故此回路為恒轉矩容積調速，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；但當低于額定風速時，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。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、轉速傳感器和并網控制器組成，所述聯(lián)軸器后端與轉速傳感器相連，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:青島經濟技術開發(fā)區(qū)泰合海浪能研究中心