本發(fā)明涉及一種垂直軸風(fēng)電機組發(fā)電場的組成方法，它屬于風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近些年水平軸風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電高速發(fā)展，促進了風(fēng)力發(fā)電和太陽能技術(shù)的不斷進步，為風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電的更大規(guī)模發(fā)展提供了可能，但是水平軸風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電的第一個嚴重的缺點就是諧波污染，通常認為風(fēng)電或太陽能電或兩者之和在局部電網(wǎng)容量中超過10％時將無法保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，當然這也取決于局部電網(wǎng)的特性和控制能力，然而現(xiàn)有的風(fēng)電和太陽能電的發(fā)電量還很低，在局部電網(wǎng)容量中的占比也是微乎其微；水平軸風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電的第二個缺點是無法消除風(fēng)災(zāi)的危害，當風(fēng)級達到一定程度(v＝25m/s)時，水平軸風(fēng)電機組順槳后便不再發(fā)電，光伏發(fā)電當風(fēng)級達到一定程度時將可能被破壞，因此光伏發(fā)電場一般都選在陽光充足且風(fēng)級不高的地區(qū)；水平軸風(fēng)力發(fā)電的第三個缺點是風(fēng)能利用率很低，以20m/s風(fēng)速為例，其最大風(fēng)能利用率不大于8％。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明在于克服了已有技術(shù)的缺點，提供一種垂直軸風(fēng)電機組發(fā)電場的組成方法，由攔風(fēng)初級發(fā)電、電能轉(zhuǎn)換與匯總、二次發(fā)電與并網(wǎng)三個環(huán)節(jié)組成；徹底消除了電能的諧波污染，適用風(fēng)速6.0m/s-47.2m/s(風(fēng)級5級-14級)，攔風(fēng)增速、逐級取能使風(fēng)能利用率大幅度提高，并可按設(shè)計要求控制取能級數(shù)達到控制攔風(fēng)壩出口風(fēng)速不大于6.0m/s以消除風(fēng)災(zāi)的目的。

本發(fā)明是采取一下技術(shù)方案來實現(xiàn)其發(fā)明目的的。

一種垂直軸風(fēng)電機組發(fā)電場的組成方法，它是在垂直于地面的矩陣框架結(jié)構(gòu)的攔風(fēng)壩中的每個單元格內(nèi)安置一個垂直軸風(fēng)電機組的基本組成單元，所述的矩陣框架結(jié)構(gòu)的攔風(fēng)壩是具有上下依次的層結(jié)構(gòu)，每層結(jié)構(gòu)是由單元格呈現(xiàn)行和列組合排列而成，這個垂直軸風(fēng)電機組的基本組成單元是由安裝在攔風(fēng)壩中的由萬向聯(lián)軸器自上而下串聯(lián)連接的垂直軸葉齒機在攔風(fēng)壩底部經(jīng)雙萬向聯(lián)軸器、電磁離合器、雙端輸出等速錐齒聯(lián)軸器與定速比增速器、變速器、制動器和初級交流發(fā)電機在水平方向串聯(lián)連接而構(gòu)成。

基本組成單元還可以由串聯(lián)連接的垂直軸葉齒機在攔風(fēng)壩的底部經(jīng)雙萬向聯(lián)軸器、電磁離合器、四端輸出錐齒聯(lián)軸器、雙萬向聯(lián)軸器、三端輸出錐齒聯(lián)軸器、定速比增速器、變速器、自動換位機構(gòu)、制動器、初級交流發(fā)電機相連接而構(gòu)成。

由串聯(lián)連接的垂直軸葉齒機在攔風(fēng)壩的底部經(jīng)三端輸出錐齒聯(lián)軸器、雙萬向聯(lián)軸器實施行上并聯(lián)連接，由四端輸出錐齒聯(lián)軸器總輸出，同一發(fā)電單元的同一行上并聯(lián)連接的垂直軸葉齒機根據(jù)其風(fēng)能轉(zhuǎn)換功率配備初級交流發(fā)電機；在攔風(fēng)壩的通風(fēng)通道上實施垂直軸葉齒機的按列串聯(lián)排列而實現(xiàn)多行逐級取能；其自動換位機構(gòu)在風(fēng)向反向變化時自動交換初級交流發(fā)電機與葉齒機行的連接位次而初級交流發(fā)電機的位置不變。

自動換位機構(gòu)由等速普通齒輪聯(lián)軸器、三端輸出錐齒聯(lián)軸器、電磁離合器、垂直輸出組合齒輪等速聯(lián)軸器、傳動軸相互連接而構(gòu)成；自動換位連接的實施在攔風(fēng)壩水平中心線兩側(cè)對稱的全部葉齒機行同時進行。

在由葉齒軸總成、風(fēng)道框架、下蓋框架、推力軸承及軸承座、上蓋框架、球軸承及軸承座相連接構(gòu)成的裝置中，葉齒軸總成是由葉齒與復(fù)合中心軸焊接而成；葉齒的背風(fēng)面(凸起面)由立筋支撐，立筋在葉齒軸軸向分布間距400-600mm，葉齒在復(fù)合中心軸的圓周上均勻分布，數(shù)量18-36個，葉齒與復(fù)合中心軸的夾角0-6°；復(fù)合中心軸由內(nèi)軸管、雙端法蘭框架和外軸管焊接而成，內(nèi)軸管由中間的中等厚壁鋼管與兩端的厚壁鋼管焊接而成，內(nèi)軸管雙端的厚壁鋼管的厚度不低于30mm，用以加工連接鍵槽并與雙端法蘭框架中心的軸承座蓋焊接，外軸管由冷彎成型鋼板拼接焊接而成，冷彎成型鋼板數(shù)量18-36塊；風(fēng)道框架邊長尺寸在3500-4500之間，高度尺寸2700-3000之間；靠近其出、入風(fēng)口的左、右直立面采用槽型鋼板密封，遠離出、入風(fēng)口處的拐角采用槽型圓弧鋼板密封，槽型圓弧鋼板之間由一定間距的立柱方管固定；上蓋框架和下蓋框架的邊框與軸承座之間焊接方管及槽型鋼板，下蓋框架在其中心焊接球軸承的軸承座之外，還在其內(nèi)平面上焊接直徑尺寸較大的推力軸承的軸承座；上蓋框架、風(fēng)道框架、下蓋框架、葉齒軸總成及軸承座和軸承組裝后，對風(fēng)道框架、上蓋框架和下蓋框架焊接形成葉齒機整機。

由分布于兩端的齒輪箱與中間的電磁離合器箱組成的裝置中，電磁離合器的機殼與變速器機殼固連，電磁離合器的離合控制可實現(xiàn)與之連接的兩端齒輪箱里的對應(yīng)傳動軸的接合或斷開；同級傳動軸連接的在兩端齒輪箱里的齒輪副其增速比相同，其某軸的總增速比為單端增速比的平方值，由每行初級交流發(fā)電機的額定轉(zhuǎn)速和定速比增速器的增速比確定了本行基準風(fēng)速對應(yīng)的轉(zhuǎn)速后，可根據(jù)風(fēng)級的大小控制變速器的變速比使各行初級交流發(fā)電機工作在一定的轉(zhuǎn)速范圍，每一范圍的風(fēng)級下變速器只對應(yīng)一組變速軸接合而其他變速軸處于斷開且空轉(zhuǎn)狀態(tài)，變速器的增速比以及增速的級數(shù)根據(jù)風(fēng)場風(fēng)速的變化范圍及其所連接的葉齒機和初級交流發(fā)電機所在的行次確定。

所述的垂直輸出組合齒輪等速聯(lián)軸器，是由等速普通齒輪聯(lián)軸器與雙端輸出等速錐齒聯(lián)軸器合并組成，用于傳動軸變換力矩傳動方向；等速普通齒輪聯(lián)軸器的傳動軸上各安裝一個齒輪且兩兩相互嚙合形成等速傳遞關(guān)系，其輸出軸上的普通齒輪兩端各安裝一個錐齒輪，一個錐齒輪與傳動軸固連，另一個錐齒輪通過軸承與傳動軸連接而空轉(zhuǎn)，等速普通齒輪聯(lián)軸器的傳動軸形成一個平面，在輸出軸中心線的中點處引出上述軸平面的垂直線作為另一個錐齒輪及其傳動軸的中心線安裝第三個錐齒輪及傳動軸；普通齒輪的齒數(shù)相同，錐齒輪的齒數(shù)相同；空轉(zhuǎn)的錐齒輪與輸入(或輸出)錐齒輪之間的作用力用于部分抵消輸入(或輸出)錐齒輪傳動軸所承受的彎矩，等速普通齒輪聯(lián)軸器的傳動級數(shù)根據(jù)其交叉連接的對應(yīng)傳動軸高度以及土建基座高度確定。

由流體力學(xué)基礎(chǔ)可知，氣流的動能

e＝(1/2)mv²

式中m-氣體的質(zhì)量

v-氣體的速度

設(shè)單位時間內(nèi)氣流流過截面為s的氣體的體積為l，

l＝sv

以ρ表示氣體密度，則該氣體的質(zhì)量為：

m＝ρl

＝ρsv

這時氣流所具有的動能為：

e＝(1/2)mv²

＝(1/2)ρsv³

上式即為風(fēng)能的表達式，在國際單位中

ρ-kg/m³

l-m³

v-m/s

e-w

從風(fēng)能公式可以看出，風(fēng)能的大小與氣流密度和通過的面積成正比，與氣流速度的三次方成正比，其中ρ和v隨地理、海拔、地形等因素而變化。

水平軸風(fēng)電機組便是利用風(fēng)能公式盡可能加大其風(fēng)輪的掃風(fēng)面積以提高其功能。

根據(jù)能量守恒定律，假設(shè)風(fēng)能沒有其他損失且氣流密度ρ不變，則葉齒機吸收的最大功率為

pmax＝(8/27)ρsv³

貝茲(betz)理論的風(fēng)能最大利用系數(shù)極限值

ηmax＝pmax/((1/2)ρsv³)

＝((8/27)ρsv³)/((1/2)ρsv³)

＝16/27

＝0.593

垂直軸風(fēng)電機組利用攔風(fēng)壩對氣流增速以達到提高其動能的目的。

設(shè)攔風(fēng)壩上游風(fēng)速為vio，

葉齒機入風(fēng)口風(fēng)速為vi1，

攔風(fēng)壩入風(fēng)口外喇叭口面積為s0，

葉齒機入風(fēng)口面積為s1，

氣流密度ρ恒定，

(1/2)ρs0vi0³＝(1/2)ρs1vi1³

導(dǎo)出vi1＝(s0/s1)^1/3×vi0

根據(jù)攔風(fēng)壩設(shè)計參數(shù)，入風(fēng)口處外喇叭口面積s0＝30.8m²(7.7m×4.0m)，葉齒機出入風(fēng)口面積s1＝1.35m²(2.7m×0.5m)，

則vi1＝(s0/s1)^1/3×vio

＝(30.8/1.35)^1/3×vio

＝2.836214vio

即氣流進入葉齒機時其速度增加至原速度的2.836214倍。

垂直軸風(fēng)電機組發(fā)電場由攔風(fēng)初級發(fā)電、電能轉(zhuǎn)換與匯總、二次發(fā)電與并網(wǎng)三個環(huán)節(jié)組成；其攔風(fēng)初級發(fā)電環(huán)節(jié)由攔風(fēng)壩中多行多列自上而下串聯(lián)連接的垂直軸葉齒機在攔風(fēng)壩底部(一層或二層)行上并聯(lián)后分別連接各行初級交流發(fā)電機組成；其電能轉(zhuǎn)換與匯總環(huán)節(jié)是各行垂直軸風(fēng)電機組所發(fā)出的非恒頻交流電經(jīng)升壓(或降壓)變壓器、整流器、穩(wěn)壓器后均并聯(lián)連接于場內(nèi)直流輸出母線；其二次發(fā)電與并網(wǎng)環(huán)節(jié)是根據(jù)發(fā)電場當?shù)馗邏弘娋W(wǎng)的種類按下列方法實施高壓交流或高壓直流的并網(wǎng)，一是由場內(nèi)直流輸出母線供電，由直流電動機——交流發(fā)電機機組實施二次發(fā)電，經(jīng)變壓器升壓后并入高壓交流電網(wǎng)；二是由場內(nèi)直流輸出母線供電，經(jīng)逆變器、升壓變壓器、超高壓整流器后并入超高壓直流電網(wǎng)。

垂直軸風(fēng)電機組的基本組成單元由安裝在攔風(fēng)壩中的由萬向聯(lián)軸器自上而下串聯(lián)連接的垂直軸葉齒機在攔風(fēng)壩底部(一層或二層)經(jīng)雙萬向聯(lián)軸器、電磁離合器、雙端輸出等速錐齒聯(lián)軸器與定速比增速器、變速器、制動器和初級交流發(fā)電機在水平方向串聯(lián)連接而構(gòu)成。

垂直軸風(fēng)電機組的實用組成單元由串聯(lián)連接的垂直軸葉齒機在攔風(fēng)壩的底部(一層或二層)經(jīng)雙萬向聯(lián)軸器、電磁離合器、四端輸出錐齒聯(lián)軸器、雙萬向聯(lián)軸器、三端輸出錐齒聯(lián)軸器、定速比增速器、變速器、自動換位機構(gòu)、制動器、初級交流發(fā)電機相連接而構(gòu)成。

串聯(lián)連接的垂直軸葉齒機在攔風(fēng)壩的底部(一層或二層)經(jīng)三端輸出錐齒聯(lián)軸器、雙萬向聯(lián)軸器實施行上并聯(lián)連接，由四端輸出錐齒聯(lián)軸器總輸出，同一發(fā)電單元的同一行上并聯(lián)連接的垂直軸葉齒機根據(jù)其風(fēng)能轉(zhuǎn)換功率配備初級交流發(fā)電機；在攔風(fēng)壩的通風(fēng)通道上實施垂直軸葉齒機的按列串聯(lián)排列而實現(xiàn)多行逐級取能；其自動換位機構(gòu)在風(fēng)向反向變化時自動交換初級交流發(fā)電機與葉齒機行的連接位次而初級交流發(fā)電機的位置不變。

攔風(fēng)壩是一個鋼筋混凝土現(xiàn)澆的建筑物，每層平面的每個單元空間安裝一臺葉齒機，上下層相鄰的葉齒機由萬向聯(lián)軸器串聯(lián)連接而形成葉齒機，葉齒機的入風(fēng)口與出風(fēng)口對葉齒機轉(zhuǎn)軸中心呈旋轉(zhuǎn)180°分布，即左前為入風(fēng)口右后為出風(fēng)口或右前為入風(fēng)口左后為出風(fēng)口；葉齒機在攔風(fēng)壩的建筑平面上可根據(jù)需要按行、列布置，行上分布的葉齒機在同一風(fēng)速范圍內(nèi)同時取能，列上分布的葉齒機根據(jù)風(fēng)速變化可一行、多行或全部取能，同一個發(fā)電單元中行上布置的葉齒機轉(zhuǎn)向相同，列上布置的葉齒機轉(zhuǎn)向相反且出、入風(fēng)口依次由外加墻體連接形成通風(fēng)通道；葉齒機列與列之間由墻體連接構(gòu)成與葉齒機出、入風(fēng)口高度相同其寬度不小于葉齒機出入風(fēng)口寬度兩倍的旁路通道；通風(fēng)通道連接列上布置的葉齒機出、入風(fēng)口且雙向通用，旁路通道在葉齒機列與列之間形成間隔而用于風(fēng)速較低時短路部分或全部葉齒機且雙向通用；葉齒機出、入風(fēng)口的通風(fēng)通道長度不小于3m；第一行葉齒機通風(fēng)通道的入風(fēng)口和末行葉齒機通風(fēng)通道的出風(fēng)口端面距攔風(fēng)壩建筑外沿均不小于3m；第一行葉齒機入風(fēng)口和末行葉齒機出風(fēng)口以外的寬度尺寸的中心線與攔風(fēng)壩建筑外沿邊線的交點之間與葉齒機通風(fēng)通道入口或出口寬度形成等腰梯形外喇叭口形狀的集風(fēng)區(qū)的兩個側(cè)立面且葉齒機的出、入風(fēng)口的洞楣和底坎與上層和本層樓板的外沿邊線形成梯形集風(fēng)區(qū)的上斜面和下斜面；第一行葉齒機通風(fēng)通道的入風(fēng)口、末行葉齒機通風(fēng)通道的出風(fēng)口、旁路通道的兩端出、入風(fēng)口各安裝卷簾一樘；列上葉齒機之間的通風(fēng)通道與旁路通道的共用墻體上在其中點處兩側(cè)各安裝雙層卷簾一組，其上述中點處與旁路通道另一側(cè)墻體的水平線成45°-60°夾角分別對應(yīng)安裝卷簾各一樘；通過對上述卷簾的控制可實現(xiàn)葉齒機一行、多行、全部的運行或停機；攔風(fēng)壩的通風(fēng)通道作裝修處理使其與葉齒機出、入風(fēng)口尺寸相同而降低通風(fēng)阻力；攔風(fēng)壩的二層為發(fā)電設(shè)備層；其首層還要為公路、鐵路、河流甚至野生動物安排通道或風(fēng)閘(極端風(fēng)速條件下使用)；攔風(fēng)壩的高度可根據(jù)當?shù)氐刭|(zhì)條件設(shè)計至二百米或以上，其長度可根據(jù)當?shù)仫L(fēng)場情況設(shè)計至幾百公里并按一定的間隔(幾公里至十幾公里)設(shè)置多道攔風(fēng)壩。

自動換位機構(gòu)在風(fēng)向反向變化時自動交換初級交流發(fā)電機與葉齒機行的連接位次而初級交流發(fā)電機的位置不變，同一發(fā)電單元的同一行上的葉齒機在攔風(fēng)壩底部并聯(lián)連接且由處于中間位置的四端輸出錐齒聯(lián)軸器匯總輸出，由雙萬向聯(lián)軸器與三端輸出錐齒聯(lián)軸器、定速比增速器、變速器、自動換位機構(gòu)、制動器、初級交流發(fā)電機相連接；自動換位機構(gòu)由等速普通齒輪聯(lián)軸器、三端輸出錐齒聯(lián)軸器、電磁離合器、垂直輸出組合齒輪等速聯(lián)軸器、傳動軸相互連接而構(gòu)成；自動換位連接的實施在攔風(fēng)壩水平中心線兩側(cè)對稱的全部葉齒機行同時進行。

垂直軸葉齒機由葉齒軸總成、風(fēng)道框架、下蓋框架、推力軸承及軸承座、上蓋框架、球軸承及軸承座相連接構(gòu)成；其中葉齒軸總成由葉齒與復(fù)合中心軸焊接而成；葉齒的背風(fēng)面(凸起面)由立筋支撐，立筋在葉齒軸軸向分布間距400-600mm，葉齒在復(fù)合中心軸的圓周上均勻分布，數(shù)量18-36個，葉齒與復(fù)合中心軸的夾角0-6°；復(fù)合中心軸由內(nèi)軸管、雙端法蘭框架和外軸管焊接而成，內(nèi)軸管由中間的中等厚壁鋼管與兩端的厚壁鋼管焊接而成，內(nèi)軸管雙端的厚壁鋼管的厚度不低于30mm，用以加工連接鍵槽并與雙端法蘭框架中心的軸承座蓋焊接，外軸管由冷彎成型鋼板拼接焊接而成，冷彎成型鋼板數(shù)量18-36塊；風(fēng)道框架邊長尺寸在3500-4500之間，高度尺寸2700-3000之間；靠近其出、入風(fēng)口的左、右直立面采用槽型鋼板密封，遠離出、入風(fēng)口處的拐角采用槽型圓弧鋼板密封，槽型圓弧鋼板之間由一定間距的立柱方管固定；上蓋框架和下蓋框架的邊框與軸承座之間焊接方管及槽型鋼板，下蓋框架在其中心焊接球軸承的軸承座之外，還在其內(nèi)平面上焊接直徑尺寸較大的推力軸承的軸承座；上蓋框架、風(fēng)道框架、下蓋框架、葉齒軸總成及軸承座和軸承組裝后，對風(fēng)道框架、上蓋框架和下蓋框架焊接形成葉齒機整機。

變速器由分布于兩端的齒輪箱與中間的電磁離合器箱組成，電磁離合器的機殼與變速器機殼固連，電磁離合器的離合控制可實現(xiàn)與之連接的兩端齒輪箱里的對應(yīng)傳動軸的接合或斷開；同級傳動軸連接的在兩端齒輪箱里的齒輪副其增速比相同，其某軸的總增速比為單端增速比的平方值，由每行初級交流發(fā)電機的額定轉(zhuǎn)速和定速比增速器的增速比確定了本行基準風(fēng)速對應(yīng)的轉(zhuǎn)速后，可根據(jù)風(fēng)級的大小控制變速器的變速比使各行初級交流發(fā)電機工作在一定的轉(zhuǎn)速范圍，每一范圍的風(fēng)級下變速器只對應(yīng)一組變速軸接合而其他變速軸處于斷開且空轉(zhuǎn)狀態(tài)，變速器的增速比以及增速的級數(shù)根據(jù)風(fēng)場風(fēng)速的變化范圍及其所連接的葉齒機和初級交流發(fā)電機所在的行次確定。

垂直輸出組合齒輪等速聯(lián)軸器由等速普通齒輪聯(lián)軸器與雙端輸出等速錐齒聯(lián)軸器合并組成，用于傳動軸變換力矩傳動方向；等速普通齒輪聯(lián)軸器的傳動軸上各安裝一個齒輪且兩兩相互嚙合形成等速傳遞關(guān)系，其輸出軸上的普通齒輪兩端各安裝一個錐齒輪，一個錐齒輪與傳動軸固連，另一個錐齒輪通過軸承與傳動軸連接而空轉(zhuǎn)，等速普通齒輪聯(lián)軸器的傳動軸形成一個平面，在輸出軸中心線的中點處引出上述軸平面的垂直線作為另一個錐齒輪及其傳動軸的中心線安裝第三個錐齒輪及傳動軸；普通齒輪的齒數(shù)相同，錐齒輪的齒數(shù)相同；空轉(zhuǎn)的錐齒輪與輸入(或輸出)錐齒輪之間的作用力用于部分抵消輸入(或輸出)錐齒輪傳動軸所承受的彎矩，等速普通齒輪聯(lián)軸器的傳動級數(shù)根據(jù)其交叉連接的對應(yīng)傳動軸高度以及土建基座高度確定。

實際中攔風(fēng)壩在攔風(fēng)增能、驅(qū)動葉齒機至初級交流發(fā)電機過程中的能量損失主要體現(xiàn)在以下一些方面

(1)氣流在攔風(fēng)壩集風(fēng)區(qū)的變向損失及與墻面的摩擦功耗；

(2)通風(fēng)通道內(nèi)氣流與周邊墻面的摩擦功耗；

(3)葉齒機的透風(fēng)間隙造成的功耗；

(4)旁路通道中的氣流變向及與周邊墻面的摩擦功耗；

(5)旁路通道中隔離卷簾漏風(fēng)損失及其導(dǎo)軌的氣流阻力功耗；

(6)串聯(lián)葉齒機與初級交流發(fā)電機之間全過程連接的機械損耗；

(7)初級交流發(fā)電機從機械能到電能的轉(zhuǎn)換效率；

(8)初級交流發(fā)電機輸出電壓至場內(nèi)直流輸出母線之間的調(diào)壓功耗；

(9)直流電動機-交流發(fā)電機從電能到機械能、機械能到電能的轉(zhuǎn)換效率。

附圖說明

圖1為垂直軸風(fēng)電機組基本組成單元連接示意圖

圖2為垂直軸風(fēng)電機組實用組成單元連接示意圖

圖3為發(fā)電單元第七行葉齒機并聯(lián)連接主視示意圖

圖3-1為發(fā)電單元第七行第一、二列葉齒機并聯(lián)連接主視示意圖

圖3-2為發(fā)電單元第七行第三、四列葉齒機并聯(lián)連接主視示意圖

圖3-3為發(fā)電單元第七行第五、六、七列葉齒機并聯(lián)連接主視示意圖

圖3-4為發(fā)電單元第七行第八、九列葉齒機并聯(lián)連接主視示意圖

圖3-5為發(fā)電單元第七行第十、十一列葉齒機并聯(lián)連接主視示意圖

圖4為攔風(fēng)壩發(fā)電單元(七行十一列)葉齒機平面布局圖

圖4-1為攔風(fēng)壩發(fā)電單元(七行十一列)葉齒機(左下)平面布局圖

圖4-2為攔風(fēng)壩發(fā)電單元(七行十一列)葉齒機(中左下)平面布局圖

圖4-3為攔風(fēng)壩發(fā)電單元(七行十一列)葉齒機(中右下)平面布局圖

圖4-4為攔風(fēng)壩發(fā)電單元(七行十一列)葉齒機(右下)平面布局圖

圖5為攔風(fēng)壩建筑平面結(jié)構(gòu)示意圖(發(fā)電單元(七行十一列))

圖5-1為攔風(fēng)壩建筑平面(左下)結(jié)構(gòu)示意圖(發(fā)電單元(七行十一列))

圖5-2為攔風(fēng)壩建筑平面(中左下)結(jié)構(gòu)示意圖(發(fā)電單元(七行十一列))

圖5-3為攔風(fēng)壩建筑平面(中右下)結(jié)構(gòu)示意圖(發(fā)電單元(七行十一列))

圖5-4為攔風(fēng)壩建筑平面(右下)結(jié)構(gòu)示意圖(發(fā)電單元(七行十一列))

圖6為七行葉齒機/初級交流發(fā)電機換行連接平面示意圖

圖6-1為七行葉齒機/初級交流發(fā)電機換行連接平面左部放大示意圖

圖6-2為七行葉齒機/初級交流發(fā)電機換行連接平面右部放大示意圖

圖7為葉齒機主視圖

圖8為葉齒機俯視圖

圖9為葉齒軸總成主視圖

圖10為葉齒軸總成俯視圖

圖11為葉齒機風(fēng)道框架主視圖

圖12為葉齒機風(fēng)道框架俯視圖

圖13為葉齒機上蓋框架主視圖

圖14為葉齒機上蓋框架左視圖

圖15為葉齒機下蓋框架主視圖

圖16為葉齒機下蓋框架左視圖

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

垂直軸風(fēng)電機組的基本組成單元由安裝在攔風(fēng)壩中(1)的由萬向聯(lián)軸器(2)自上而下串聯(lián)連接的垂直軸葉齒機(3)串在攔風(fēng)壩(1)底部(一層或二層)經(jīng)雙萬向聯(lián)軸器(4)、電磁離合器(5)、雙端輸出等速錐齒聯(lián)軸器(6)與定速比增速器(7)、變速器(8)、制動器(9)和初級交流發(fā)電機(10)在水平方向串聯(lián)連接而構(gòu)成；每一臺葉齒機(3)安裝在攔風(fēng)壩(1)的一個樓層的一個單元空間中，串聯(lián)連接的垂直軸葉齒機(3)在攔風(fēng)壩(1)的底部(一層或二層)實施行上并聯(lián)連接，在攔風(fēng)壩(1)的通風(fēng)通道(11-j)上實施垂直軸葉齒機(3)的按列排列而實現(xiàn)多行逐級取能，同一發(fā)電單元的同一行上并聯(lián)連接的垂直軸葉齒機(3)串根據(jù)其風(fēng)能轉(zhuǎn)換功率配備初級交流發(fā)電機(10)。

設(shè)定自北向南行序i＝1，2，3，4，5，6，7，……

自左向右列序j＝1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，……

攔風(fēng)壩(1)是一個鋼筋混凝土現(xiàn)澆的建筑物，每層平面的每個單元空間安裝一臺葉齒機(3)，上下層相鄰的葉齒機(3)由萬向聯(lián)軸器(2)串聯(lián)連接而形成葉齒機(3)串，葉齒機(3)的入風(fēng)口與出風(fēng)口對葉齒機(3)轉(zhuǎn)軸中心呈旋轉(zhuǎn)180°分布，即左前為入風(fēng)口右后為出風(fēng)口或右前為入風(fēng)口左后為出風(fēng)口；葉齒機(3)在攔風(fēng)壩(1)的建筑平面上可根據(jù)需要按行、列布置，行上分布的葉齒機(3)在同一風(fēng)速范圍內(nèi)同時取能，列上分布的葉齒機(3)根據(jù)風(fēng)速變化可一行、多行或全部取能，同一個發(fā)電單元中行上布置的葉齒機(3)轉(zhuǎn)向相同，列上布置的葉齒機(3)轉(zhuǎn)向相反且出、入風(fēng)口依次由外加墻體(13-j)連接形成通風(fēng)通道(11-j)；葉齒機(3)列與列之間由攔風(fēng)壩(1)墻體連接構(gòu)成與葉齒機(3)出、入風(fēng)口高度相同其寬度不小于葉齒機(3)出入風(fēng)口寬度兩倍的旁路通道(12-j)；通風(fēng)通道(11-j)連接列上布置的葉齒機(3)出、入風(fēng)口且雙向通用，旁路通道(12-j)在葉齒機(3)列與列之間形成間隔而用于風(fēng)速較低時短路部分或全部葉齒機(3)且雙向通用；葉齒機(3)出、入風(fēng)口的通風(fēng)通道(11-j)長度不小于3m；第一行葉齒機(3)通風(fēng)通道(11-j)的入風(fēng)口和末行葉齒機(3)通風(fēng)通道(11-j)的出風(fēng)口端面距攔風(fēng)壩(1)建筑外沿均不小于3m；第一行葉齒機(3)入風(fēng)口和末行葉齒機(3)出風(fēng)口以外的寬度尺寸的中心線與攔風(fēng)壩(1)建筑外沿邊線的交點之間與葉齒機(3)通風(fēng)通道(11-j)入口或出口寬度形成等腰梯形外喇叭口形狀的集風(fēng)區(qū)的兩個側(cè)立面且葉齒(3)的出、入風(fēng)口的洞楣和底坎與上層和本層樓板的外沿邊線形成梯形集風(fēng)區(qū)的上斜面和下斜面；第一行葉齒機(3)通風(fēng)通道(11-j)的入風(fēng)口、末行葉齒機(3)通風(fēng)通道(11-j)的出風(fēng)口各安裝卷簾(14(1，j)、14(2，j))一樘，旁路通道(12-j)的兩端出、入風(fēng)口各安裝卷簾(16(1，j)、16(14，j))一樘；列上葉齒機(3)之間的通風(fēng)通道(11-j)與旁路通道(12-j)的共用墻體上在其中點處兩側(cè)各安裝雙層卷簾(15(i，j)、15(i-1，j))一組，其上述中點處與旁路通道(12-j)另一側(cè)墻體的水平線成45°-60°夾角分別對應(yīng)安裝卷簾(16(i，j)、16(i-1，j))各一樘；通過對上述卷簾的控制可實現(xiàn)葉齒機(3)一行、多行、全部的運行或停機；

以北風(fēng)為例：

當攔風(fēng)壩(1)外遠端風(fēng)速低于5.797m/s時，

(1)通風(fēng)通道(11-j)出、入風(fēng)口處卷簾(14(1，j)、14(2，j))關(guān)閉，

(2)旁路通道(12-j)兩側(cè)墻上的所有雙層卷簾(15(i，j))關(guān)閉，

(3)旁路通道(12-j)上的全部斜向卷簾(16(i，j))開啟，

低速氣流直接通過旁路通道(12-j)被旁路；

當攔風(fēng)壩(1)外遠端風(fēng)速在5.797m/s-7.822m/s時，

(1)旁路通道(12-j)南端出風(fēng)口處的卷簾(16(1，j))關(guān)閉，

(2)旁路通道(12-j)的第六、第七行葉齒機(3)之間的北側(cè)斜向卷簾(16(3，j))關(guān)閉，

(3)旁路通道(12-j)墻上第六、第七行葉齒機(3)之間的北側(cè)斜向卷簾(16(3，j))北邊墻上的雙層卷簾(15(2，j))開啟，

較低風(fēng)速的氣流驅(qū)動第七行葉齒機(3)；

當攔風(fēng)壩(1)外遠端風(fēng)速在7.822m/s-10.555m/s時，

(1)旁路通道(12-j)的第五、第六行葉齒機(3)之間的北側(cè)斜向卷簾(16(5，j))關(guān)閉，

(2)斜向卷簾(16(5，j))北邊墻上的雙層卷簾(15(4，j))開啟，

(3)通風(fēng)通道(11-j)墻上的第六、第七行葉齒機(3)之間的斜向卷簾(16(3，j))北邊的雙層卷簾(15(2，j))關(guān)閉，

氣流驅(qū)動第六、第七行葉齒機(3)；

當攔風(fēng)壩(1)外遠端風(fēng)速在10.555m/s-14.243m/s時，

(1)旁路通道(12-j)的第四、第五行葉齒機(3)之間的北側(cè)斜向卷簾(16(7，j))關(guān)閉，

(2)斜向卷簾(16(7，j))北邊墻上的雙層卷簾(15(6，j))開啟，

(3)通風(fēng)通道(11-j)墻上的第五、第六行葉齒機(3)之間斜向卷簾(16(5，j))北側(cè)的雙層卷簾(15(4，j))關(guān)閉，

氣流驅(qū)動第五至第七行葉齒機(3)；

當攔風(fēng)壩(1)外遠端風(fēng)速在14.243m/s-19.220m/s時，

(1)旁路通道(12-j)的第三、第四行葉齒機(3)之間的北側(cè)斜向卷簾(16(9，j))關(guān)閉，

(2)斜向卷簾(16(9，j))北邊墻上的雙層卷簾(15(8，j))開啟，

(3)通風(fēng)通道(11-j)墻上的第四、第五行葉齒機(3)之間斜向卷簾(16(7，j))北側(cè)的雙層卷簾(15(6，j))關(guān)閉，

氣流驅(qū)動第四至第七行葉齒機(3)；

當攔風(fēng)壩(1)外遠端風(fēng)速在19.220m/s-25.935m/s時，

(1)旁路通道(12-j)的第二、第三行葉齒機(3)之間的北側(cè)斜向卷簾(16(11，j))關(guān)閉，

(2)斜向卷簾(16(11，j))北側(cè)墻上雙層卷簾(15(10，j))開啟，

(3)通風(fēng)通道(11-j)墻上的第三、第四行葉齒機(3)之間斜向卷簾(16(9，j))北側(cè)的雙層卷簾(15(8，j))關(guān)閉，

氣流驅(qū)動第三至第七行葉齒機(3)；

當攔風(fēng)壩(1)外遠端風(fēng)速在25.935m/s-35.000m/s時，

(1)旁路通道(12-j)的第一、第二行葉齒機(3)之間的北側(cè)斜向卷簾(16(13，j))關(guān)閉，

(2)斜向卷簾(16(13，j))北側(cè)墻上的雙層卷簾(15(12，j))開啟，

(3)通風(fēng)通道(11-j)墻上的第二、第三行葉齒機(3)之間斜向卷簾(16(11，j))北側(cè)的雙層卷簾(15(10，j))關(guān)閉，

氣流驅(qū)動第二至第七行葉齒機(3)；

當攔風(fēng)壩(1)外遠端風(fēng)速在35.000m/s-47.223m/s時，

(1)通風(fēng)通道(11-j)入口處的卷簾(14(2，j))開啟，

(2)旁路通道(12-j)入口處的卷簾(16(14，j))關(guān)閉，

(3)通風(fēng)通道(11-j)的第一、第二行葉齒機(3)之間的斜向卷簾(16(13，j))北側(cè)的雙層卷簾(15(12，j))關(guān)閉，

氣流驅(qū)動第一至第七行葉齒機(3)。

當風(fēng)向相反時，旁路通道(12-j)出入風(fēng)口處及內(nèi)部、通風(fēng)通道(11-j)出入風(fēng)口處的卷簾其控制過程類同；當風(fēng)力由強變?nèi)鯐r，上述卷簾的控制過程相反。

攔風(fēng)壩(1)的通風(fēng)通道(11-j)作裝修處理使其與葉齒機(3)出、入風(fēng)口尺寸相同而降低通風(fēng)阻力；攔風(fēng)壩(1)的二層為發(fā)電設(shè)備層；其首層還要為公路、鐵路、河流甚至野生動物安排通道或風(fēng)閘(極端風(fēng)速條件下使用)；攔風(fēng)壩(1)的高度可根據(jù)當?shù)氐刭|(zhì)條件設(shè)計至二百米或以上，其長度可根據(jù)當?shù)仫L(fēng)場情況設(shè)計至幾百公里并按一定的間隔(幾公里至十幾公里)設(shè)置多道攔風(fēng)壩(1)。

攔風(fēng)壩(1)中發(fā)電單元內(nèi)行上葉齒機(3)串(七行十一列)在其底部(一層或二層)經(jīng)萬向聯(lián)軸器(4(i，j))、電磁離合器(5(i，j))、三端輸出錐齒聯(lián)軸器(6(i，j))通軸、雙萬向聯(lián)軸器((17(7，1)、(17(7，2)、(17(7，3)、(17(7，4)、(17(7，5))自兩端列向中間列(第六列)依次水平連接，由四端輸出錐齒聯(lián)軸器(6(7，6))經(jīng)雙萬向聯(lián)軸器(17(7，6))與三端輸出錐齒聯(lián)軸器(18-i)、定速比增速器(19-i)、變速器(20-i)連接實現(xiàn)扭矩行上總輸出，經(jīng)自動換位機構(gòu)(21)、制動器(22-i)與初級交流發(fā)電機(23-i)相連接。

自動換位機構(gòu)(21)在風(fēng)向反向變化時自動交換初級交流發(fā)電機(23-i)與葉齒機(3)行的連接位次而初級交流發(fā)電機(23-i)的位置不變，自動換位機構(gòu)(21)由立式等速普通齒輪聯(lián)軸器((24)，(25)，(26))、三端輸出錐齒聯(lián)軸器((33)，(43)，(35)，(36)，(48)，(39)，(53)，(41))、電磁離合器((27)，(28)，(29)，(30)，(31)，(32)，(34)，(42)，(44)，(45)，(37)，(47)，(49)，(50)，(40)，(52)，(54)，(55))、垂直輸出組合齒輪等速聯(lián)軸器((46)，(51)，(56))、雙萬向傳動軸((57)、(58)、(59)、(60)、(61)、(62)、(63)、(64)、(65)、(66)、(67)、(68)、(69)、(70)、(71)、(72)、(73)、(74)、(75)、(76))相互連接而構(gòu)成；自動換位連接在攔風(fēng)壩(1)水平中心線兩側(cè)對稱的葉齒機(3)行同時進行。

以一個發(fā)電單元(七行十一列)且初始風(fēng)向為北風(fēng)為例：

第一行的連接次序為錐齒等速聯(lián)軸器zhl10(18-1)通軸、增速器zsq1(19-1)、變速器bsq1(20-1)、立式普通齒輪等速聯(lián)軸器pdsj1(24)一級軸、電磁離合器lhq1-1(28)、傳動軸(58)、雙端輸出等速錐齒聯(lián)軸器zhl4(39)通軸、傳動軸(59)、制動器zdq1(22-1)與第一行初級交流發(fā)電機cfdj1(23-1)相連接；

第二行的連接次序為錐齒等速聯(lián)軸器zhl11(18-2)通軸、增速器zsq2(19-2)、變速器bsq2(20-2)、立式普通齒輪等速聯(lián)軸器pdsj2(25)一級軸、電磁離合器lhq2-1(30)、傳動軸(61)、雙端輸出等速錐齒聯(lián)軸器zhl6(36)通軸、傳動軸(62)、制動器zdq2(22-2)與第二行初級交流發(fā)電機cfdj2(23-2)相連接；

第三行的連接次序為錐齒等速聯(lián)軸器zhl12(18-3)通軸、增速器zsq3(19-3)、變速器bsq3(20-3)、立式普通齒輪等速聯(lián)軸器pdsj3(26)一級軸、電磁離合器lhq3-1(32)、雙端輸出等速錐齒聯(lián)軸器zhl8(33)通軸、傳動軸(64)、制動器zdq3(22-3)與第三行初級交流發(fā)電機cfdj3(23-3)相連接；

第四行的連接次序為錐齒等速聯(lián)軸器zhl13(18-4)通軸、增速器zsq4(19-4)、變速器bsq4(20-4)、傳動軸(65)、制動器zdq4(22-4)與第四行初級交流發(fā)電機cfdj4(23-4)相連接；

第五行的連接次序為錐齒等速聯(lián)軸器zhl14(18-5)通軸、增速器zsq5(19-5)、變速器bsq5(20-5)、傳動軸(66)、雙端輸出等速錐齒聯(lián)軸器zhl9(43)通軸、電磁離合器lhq5-1(44)、垂直輸出組合齒輪等速聯(lián)軸器pzhl7(46)通軸、傳動軸(67)、制動器zdq5(22-5)與初級交流發(fā)電機cfdj5(23-5)相連接；

第六行的連接次序為錐齒等速聯(lián)軸器zhl15(18-6)通軸、增速器zsq6(19-6)、變速器bsq6(20-6)、傳動軸(68)、雙端輸出等速錐齒聯(lián)軸器zhl7(48)通軸、電磁離合器lhq6-1(49)、垂直輸出組合齒輪等速聯(lián)軸器pzhl4(51)通軸、傳動軸(69)、制動器zdq6(22-6)與初級交流發(fā)電機cfdj6(23-6)相連接；

第七行的連接次序為錐齒等速聯(lián)軸器zhl16(18-7)通軸、增速器zsq7(19-7)、變速器bsq7(20-7)、傳動軸(70)、雙端輸出等速錐齒聯(lián)軸器zhl5(53)通軸、電磁離合器lhq7-1(54)、垂直輸出組合齒輪等速聯(lián)軸器pzhl3(56)通軸、制動器zdq7(22-7)與初級交流發(fā)電機cfdj7(23-7)相連接；

此風(fēng)向時，電磁離合器lhq1-1(28)、lhq2-1(30)、lhq3-1(32)、lhq5-1(44)、lhq6-1(49)、lhq7-1(54)接合，其它電磁離合器脫離：

風(fēng)向相反(即南風(fēng))時，上述離合器脫開，其他電磁離合器接合，其工作順序如下：

第七行的連接次序為錐齒聯(lián)軸器zhl16(18-7)通軸、增速器zsq7(19-7)、變速器bsq7(20-7)、傳動軸(70)、雙端輸出等速錐齒聯(lián)軸器zhl5(53)通軸和垂直輸出軸、電磁離合器lhq17-3(52)、傳動軸(75)、電磁離合器lhq17-4(40)、雙端輸出等速錐齒聯(lián)軸器zhl4(39)垂直輸出軸和通軸、傳動軸(59)、制動器zdq1(22-1)與初級交流發(fā)電機cfdj1(23-1)相連接；

第六行的連接次序為錐齒聯(lián)軸器zhl15(18-6)通軸、增速器zsq6(19-6)、變速器bsq6(20-6)、傳動軸(68)、雙端輸出等速錐齒聯(lián)軸器zhl7(48)通軸和垂直輸出軸、電磁離合器lhq26-3(47)、傳動軸(73)、lhq26-4(37)、雙端輸出等速錐齒聯(lián)軸器zhl6(36)的垂直輸出軸和通軸、傳動軸(62)、制動器zdq2(22-2)與初級交流發(fā)電機cfdj2(23-2)相連接；

第五行的連接次序為錐齒聯(lián)軸器zhl14(18-5)通軸、增速器zsq5(19-5)、變速器bsq5(20-5)、傳動軸(66)、雙端輸出等速錐齒聯(lián)軸器zhl9(43)通軸和垂直輸出軸、電磁離合器lhq35-3(42)、傳動軸(71)、電磁離合器lhq35-4(34)、雙端輸出等速錐齒聯(lián)軸器zhl8(33)的垂直輸出軸和通軸、傳動軸(64)、制動器zdq3(22-3)與初級交流發(fā)電機cfdj3(23-3)相連接；

同時錐齒聯(lián)軸器zhl12(18-3)通軸、增速器zsq3(19-3)、變速器bsq3(20-3)、立式普通齒輪等速聯(lián)軸器pdsj3(26)輸出軸、電磁離合器lhq35-1(31)、傳動軸(63)、錐齒聯(lián)軸器zhl3(35)、傳動軸(72)、電磁離合器lhq35-2(45)、垂直輸出組合齒輪等速聯(lián)軸器pzhl7(46)垂直輸出軸和通軸、傳動軸(67)、制動器zdq5(23-5)與初級交流發(fā)電機cfdj5(23-5)相連接；

同時錐齒聯(lián)軸器zhl11(18-2)通軸、增速器zsq2(19-2)、變速器bsq2(20-2)、立式普通齒輪等速聯(lián)軸器pdsj2(25)輸出軸、電磁離合器lhq26-1(29)、傳動軸(60)、錐齒聯(lián)軸器zhl2(38)、傳動軸(74)、電磁離合器lhq26-2(50)、垂直輸出組合齒輪等速聯(lián)軸器pzhl4(51)垂直輸出軸和通軸、傳動軸(69)、制動器zdq6(22-6)與初級交流發(fā)電機cfdj6(23-6)相連接；

同時錐齒聯(lián)軸器zhl10(18-1)通軸、增速器zsq1(19-1)、變速器bsq1(20-1)、立式普通齒輪等速聯(lián)軸器pdsj1(24)輸出軸、電磁離合器lhq17-1(27)、傳動軸(57)、錐齒聯(lián)軸器zhl1(41)、傳動軸(76)、電磁離合器lhq17-2(55)、垂直輸出組合齒輪等速聯(lián)軸器pzhl3(56)的垂直輸出軸和通軸、制動器zdq7(22-7)與初級交流發(fā)電機cfdj7(23-7)相連接；

自動換行交換連接采用雙電磁離合器的目的是使與之相連接的傳動軸在非接合狀態(tài)下處于非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，立式普通齒輪聯(lián)軸器((24)、(25)、(26))和垂直輸出組合齒輪等速聯(lián)軸器((46)、(51)、(56))采用立式安裝結(jié)構(gòu)使其與之相連接的傳動軸及軸系零件不發(fā)生軸系干涉；傳動軸長度超過6米時采用聯(lián)軸器進行連接且連接后的傳動軸雙端連接萬向聯(lián)軸器，另外設(shè)備層水平中心線兩側(cè)對稱的相應(yīng)行上串聯(lián)連接的上述各種部件的安裝高度自中心線向兩側(cè)逐級增高以提供傳動軸交叉安裝的高度空間。

垂直軸葉齒機(3)由葉齒軸總成(80)、風(fēng)道框架(83)、下蓋框架(88)、推力軸承(86)及軸承座(87)、上蓋框架(84)、球軸承(82)及軸承座(81)相連接構(gòu)成；其中葉齒軸總成(80)由葉齒(89)與復(fù)合中心軸(90)焊接而成，葉齒(89)的背風(fēng)面(凸起面)由立筋(91)支撐，立筋(91)在葉齒軸總成(80)軸向分布間距400-600mm，葉齒(89)在復(fù)合中心軸(90)的圓周上均勻分布，數(shù)量18-36個，葉齒(89)與復(fù)合中心軸(90)的夾角0-6°；復(fù)合中心軸(90)由內(nèi)軸管(94)、雙端法蘭框架(92)和外軸管(93)焊接而成，內(nèi)軸管(94)由中間的中等厚壁鋼管(95)與兩端的厚壁鋼管(97)焊接而成，內(nèi)軸管(94)雙端的厚壁鋼管(97)的厚度不低于30mm，用以加工連接鍵槽并與雙端法蘭框架(92)中心的軸承座(87)蓋(96)焊接，外軸管(93)由冷彎成型鋼板(85)拼接焊接而成，冷彎成型鋼板(85)數(shù)量18-36塊；風(fēng)道框架(83)邊長尺寸在3500-4500之間，高度尺寸2700-3000之間；靠近其出、入風(fēng)口的左、右直立面采用槽型鋼板(98)密封，遠離出、入風(fēng)口處的拐角采用槽型圓弧鋼板(99)密封，槽型圓弧鋼板(99)之間由一定間距的立柱方管(100)固定；上蓋框架(84)和下蓋框架(88)的邊框(104)與軸承座(101)之間焊接方管(102)，下蓋框架(88)在其中心焊接球軸承(82)的軸承座(101)之外，還在其內(nèi)平面上焊接直徑尺寸較大的推力軸承(86)的軸承座(87)；上蓋框架(84)、風(fēng)道框架(83)、下蓋框架(88)、葉齒軸總成(80)及推力軸承座(87)和推力軸承(86)組裝后，對風(fēng)道框架(83)、上蓋框架(84)和下蓋框架(88)焊接形成葉齒機(3)整機。