利用隧道風(fēng)能的發(fā)電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，特別涉及一種利用隧道風(fēng)能進(jìn)行發(fā)電的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年來，中國(guó)動(dòng)車、高鐵發(fā)展迅速，鐵路覆蓋率、通車率大幅提高。但由于我國(guó)地形較為復(fù)雜，很多線路都設(shè)計(jì)有多條隧道，隧道附近的風(fēng)能十分可觀，不僅有在建造隧道時(shí)為保證通風(fēng)情況的自然風(fēng)，還有火車在通過隧道時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)烈活塞風(fēng)，但這些風(fēng)能卻一直沒有被利用起來。隧道自然風(fēng)的大小除了自然條件外，一般還要通過優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)予以保障，主要參數(shù)包括隧道出口和入口的高度差H、隧道長(zhǎng)度L隧道的水力直徑D等，通?？梢员ＷC隧道自然風(fēng)大于5m/s?；钊L(fēng)是列車高速通過隧道時(shí)，由于空氣動(dòng)力學(xué)因素產(chǎn)生的，風(fēng)速大小與列車長(zhǎng)度It、列車阻力系數(shù)N、列車速度ντ、隧道內(nèi)自然風(fēng)速^等有關(guān)。對(duì)于速度V1^ 200km/h的列車，其產(chǎn)生的活塞風(fēng)通常可以達(dá)到10m/S以上。由于隧道通常都是雙向通行的，活塞風(fēng)另一個(gè)特點(diǎn)是方向變化無常。由此可見鐵路隧道風(fēng)能除了具有相當(dāng)?shù)睦脙r(jià)值外，還存在著風(fēng)速變化大的特點(diǎn)。
[0003]目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中，負(fù)責(zé)風(fēng)能轉(zhuǎn)換機(jī)械能的風(fēng)力機(jī)，根據(jù)風(fēng)力機(jī)軸與風(fēng)向的關(guān)系，分為垂直軸風(fēng)力機(jī)和水平軸風(fēng)力機(jī)。垂直軸風(fēng)力機(jī)的特點(diǎn)是風(fēng)力機(jī)軸與風(fēng)向垂直，通常垂直安裝就可以用于不同方向風(fēng)力發(fā)電，不需要嚴(yán)格的方向要求，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低的特點(diǎn)，適用于風(fēng)向變化比較大的場(chǎng)合。垂直軸風(fēng)力機(jī)又分為H型、S型、Φ型，他們各自具有不同的特點(diǎn):S型風(fēng)力機(jī)起動(dòng)性能好但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大轉(zhuǎn)速低，屬于低風(fēng)速啟動(dòng)的風(fēng)力機(jī)，通常風(fēng)速大于3m/s就可以啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，但轉(zhuǎn)換效率不理想；H型風(fēng)力機(jī)風(fēng)剪作用小發(fā)電效率高但起動(dòng)性能差，屬于高風(fēng)速啟動(dòng)的風(fēng)力機(jī)，具有較高的轉(zhuǎn)換效率，可以適用于風(fēng)速大于1m/s的發(fā)電系統(tǒng)。水平軸風(fēng)力機(jī)需要安裝時(shí)風(fēng)力機(jī)軸與方向平行，才能發(fā)揮最大的效率，通常需要配置風(fēng)向跟蹤調(diào)節(jié)裝置，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，不適合用于隧道風(fēng)力的發(fā)電系統(tǒng)。
[0004]據(jù)檢索，現(xiàn)有公開號(hào)為CN2758515的一種組合式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，涉及一種組合式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。為了解決了一般垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)起動(dòng)性能差的問題，將S型風(fēng)力機(jī)與垂直軸風(fēng)力機(jī)進(jìn)行組合，創(chuàng)造出一種組合式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。該專利只是單純的將H型風(fēng)力機(jī)與S型風(fēng)力機(jī)結(jié)合，降低了起動(dòng)風(fēng)速，但高風(fēng)速時(shí)S型風(fēng)力機(jī)達(dá)不到最大的發(fā)電效率，風(fēng)能利用率不高。
[0005]又有公開號(hào)為CN103174584A的新型自起動(dòng)式Darrieus-Savonius組合式垂直軸風(fēng)力機(jī)，包括S型風(fēng)力機(jī)、超越離合器、發(fā)電機(jī)、D型風(fēng)力機(jī)和若干立桿。其公開的技術(shù)方案主要缺點(diǎn)是:在低風(fēng)速時(shí)靠S型風(fēng)力機(jī)帶動(dòng)D型風(fēng)力起動(dòng)，這樣在低風(fēng)速下強(qiáng)制起動(dòng)D型風(fēng)力機(jī)不但不會(huì)對(duì)發(fā)電量帶來幫助，而且由于S型風(fēng)力機(jī)帶動(dòng)D型風(fēng)力機(jī)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，增加了系統(tǒng)阻力和損耗，影響了此時(shí)S型風(fēng)力機(jī)的發(fā)電效率，致使低風(fēng)速發(fā)電效率低下，而低風(fēng)速的情況在隧道風(fēng)能應(yīng)用場(chǎng)合在時(shí)間上所占比例較大。而且當(dāng)S型風(fēng)力機(jī)帶動(dòng)D型風(fēng)力機(jī)起動(dòng)后，超越離合器使S型風(fēng)力機(jī)對(duì)發(fā)電機(jī)的作用中斷，不參與發(fā)電工作，降低了風(fēng)能利用率?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題，就是提供一種利用隧道風(fēng)能的發(fā)電裝置，采用低速風(fēng)力機(jī)和高速風(fēng)力機(jī)組合發(fā)電，提高發(fā)電效率。
[0007]本實(shí)用新型解決所述技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案是，利用隧道風(fēng)能的發(fā)電裝置，包括第一風(fēng)力機(jī)、第二風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)，所述第一風(fēng)力機(jī)與第二風(fēng)力機(jī)同軸安裝，其間通過超越離合器連接，所述第一風(fēng)力機(jī)軸穿過超越離合器內(nèi)環(huán)與發(fā)電機(jī)主軸連接固定，所述第一風(fēng)力機(jī)軸與超越離合器內(nèi)環(huán)同步轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第二風(fēng)力機(jī)帶動(dòng)超越離合器外環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過超越離合器帶動(dòng)發(fā)電機(jī)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述超越離合器在低風(fēng)速時(shí)內(nèi)環(huán)與外環(huán)處于脫離狀態(tài)，在高風(fēng)速時(shí)內(nèi)環(huán)與外環(huán)處于聯(lián)動(dòng)狀態(tài)，所述第一風(fēng)力機(jī)為低風(fēng)速啟動(dòng)的風(fēng)力機(jī)，所述第二風(fēng)力機(jī)為高風(fēng)速啟動(dòng)的風(fēng)力機(jī)。
[0008]具體的，所述超越離合器為楔形超越離合器。
[0009]具體的，所述第一風(fēng)力機(jī)為S型風(fēng)力機(jī)。
[0010]進(jìn)一步的，所述S型風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪上安裝有5片葉片。
[0011]進(jìn)一步的，所述葉片為135°的圓弧形葉片。
[0012]具體的，所述第二風(fēng)力機(jī)為H型風(fēng)力機(jī)。
[0013]進(jìn)一步的，所述H型風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪上安裝有5片葉片。
[0014]進(jìn)一步的，還包括電能儲(chǔ)存系統(tǒng)，所述電能儲(chǔ)存系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)連接。
[0015]具體的，所述電能儲(chǔ)存系統(tǒng)包括依次連接的整流器、直流升壓模塊、蓄電池和/或超級(jí)電容器。
[0016]本實(shí)用新型的有益效果是，發(fā)電裝置非常適合隧道風(fēng)能的特殊場(chǎng)合，充分利用隧道風(fēng)能進(jìn)行發(fā)電，特別是提高了多數(shù)時(shí)間的低風(fēng)速隧道自然風(fēng)發(fā)電效率，并且充分利用了列車通過是產(chǎn)生的高速活塞風(fēng)進(jìn)行高效率發(fā)電。
【附圖說明】
[0017]圖1是實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是超越離合器連接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3是S型風(fēng)力機(jī)葉片布局結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4是H型風(fēng)力機(jī)葉片支架結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖5是電能儲(chǔ)存系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，詳細(xì)描述本實(shí)用新型的技術(shù)方案。
[0023]本實(shí)用新型利用隧道風(fēng)能的發(fā)電裝，包括第一風(fēng)力機(jī)、第二風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)。第一風(fēng)力機(jī)和第二風(fēng)力機(jī)同軸安裝，其間通過超越離合器連接。第一風(fēng)力機(jī)軸穿過超越離合器內(nèi)環(huán)與發(fā)電機(jī)主軸連接固定，第一風(fēng)力機(jī)軸與超越離合器內(nèi)環(huán)同步轉(zhuǎn)動(dòng)。第二風(fēng)力機(jī)帶動(dòng)超越離合器外環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過超越離合器帶動(dòng)發(fā)電機(jī)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。超越離合器在低風(fēng)速時(shí)內(nèi)環(huán)與外環(huán)處于脫離狀態(tài)，在高風(fēng)速時(shí)內(nèi)環(huán)與外環(huán)處于聯(lián)動(dòng)狀態(tài)。第一風(fēng)力機(jī)為低風(fēng)速啟動(dòng)的風(fēng)力機(jī)，所述第二風(fēng)力機(jī)為高風(fēng)速啟動(dòng)的風(fēng)力機(jī)。本實(shí)用新型在無列車通過時(shí)，可以利用隧道的自然風(fēng)進(jìn)行發(fā)電。由于此時(shí)風(fēng)速較低，高風(fēng)速啟動(dòng)的第二風(fēng)力機(jī)機(jī)達(dá)不到起動(dòng)風(fēng)速無法轉(zhuǎn)動(dòng)，但自然風(fēng)可以帶動(dòng)起動(dòng)風(fēng)速較小的第一風(fēng)力機(jī)起動(dòng)發(fā)電。有列車通過時(shí)，利用列車高速通過時(shí)產(chǎn)生的較大風(fēng)力，帶動(dòng)起動(dòng)風(fēng)速大，風(fēng)能利用率高的第二風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過與風(fēng)力機(jī)葉片支架連接的軸套，使超越離合器外環(huán)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)此時(shí)正在低速轉(zhuǎn)動(dòng)的與超越離合器內(nèi)環(huán)相連的主軸，實(shí)現(xiàn)高風(fēng)速下的高效率發(fā)電。通過合理選擇第一風(fēng)力機(jī)和第二風(fēng)力機(jī)的葉片數(shù)量和結(jié)構(gòu)，可以在高風(fēng)速下降低發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的阻力和動(dòng)力損耗。
[0024]本實(shí)用新型發(fā)電機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生三相交流電，輸入電能儲(chǔ)存系統(tǒng)存儲(chǔ)起來，并通過供電端口與用電設(shè)備連接。電能儲(chǔ)存系統(tǒng)由整流器、直流升壓模塊、蓄電池和/或超級(jí)電容器構(gòu)成。
[0025]實(shí)施例
[0026]本例利用隧道風(fēng)能的發(fā)電裝置，結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括第一風(fēng)力機(jī)1、第二風(fēng)力機(jī)6和發(fā)電機(jī)7。第一風(fēng)力機(jī)I采用S型風(fēng)力機(jī)，第二風(fēng)力機(jī)6為H型風(fēng)力機(jī)。S型風(fēng)力機(jī)和H型風(fēng)力機(jī)同軸安裝，其間通過楔形超越離合器3相連。S型風(fēng)力機(jī)軸穿過楔形超越離合器3內(nèi)環(huán)與發(fā)電機(jī)7主軸2連接固定，如圖2所示，該主軸2也是S型風(fēng)力機(jī)軸。發(fā)電機(jī)7通過連接件8安裝在底座9上，并固定在底板10上。本例發(fā)電裝置考慮到H型風(fēng)力機(jī)的縱向長(zhǎng)度比較大，采用了兩個(gè)楔形超越離合器，其內(nèi)環(huán)套裝在S型風(fēng)力機(jī)軸上，外環(huán)則分別與H型風(fēng)力機(jī)的兩個(gè)葉片支架連接。
[0027]本例S型風(fēng)力機(jī)由上底板la、下底板Ib和中間的圓弧葉片Ic組成，五個(gè)135度的圓弧葉片Ic以上底板Ia和下底板Ib的圓心為中心均勻分布，每個(gè)圓弧相距72度，如圖3所示。下底板Ib的圓心處與主軸2的上端面相連，主軸2與兩個(gè)楔形超越離合器3a、3b的內(nèi)環(huán)固定，兩個(gè)楔形超越離合器3a、3b鎖定方向一致。楔形超越離合器3a、3b的外環(huán)與軸套4的上下內(nèi)表面固定，軸套4的上端面與H型風(fēng)力機(jī)葉片支架5a相連，下端面與H型風(fēng)力機(jī)葉片支架5b相連，H型風(fēng)力機(jī)葉片支架如圖4所示。五個(gè)H型風(fēng)力機(jī)葉片6a、6b、6c、6d、6e安裝在兩個(gè)葉片支架5a、5b上。主軸2下端連接發(fā)電機(jī)7。本例電能儲(chǔ)存系統(tǒng)位于與發(fā)電機(jī)相連的連接件8上方及與連接件8下方相連的底座9與底板10內(nèi)。
[0028]電能儲(chǔ)存系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)7輸出的交流電，通過整流器11分別連接指示燈12、發(fā)電檢測(cè)接口 13以及LM2596直流升壓模塊14。在LM2596直流升壓模塊14電壓輸出端口連接12V蓄電池15，12V蓄電池15的輸出端口連接電源輸出接口 16。參見圖5。本實(shí)用新型的蓄電池也可以換成超級(jí)電容器，用于電能儲(chǔ)存。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.利用隧道風(fēng)能的發(fā)電裝置，包括第一風(fēng)力機(jī)、第二風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)，所述第一風(fēng)力機(jī)與第二風(fēng)力機(jī)同軸安裝，其間通過超越離合器連接，所述第一風(fēng)力機(jī)軸穿過超越離合器內(nèi)環(huán)與發(fā)電機(jī)主軸連接固定，所述第一風(fēng)力機(jī)軸與超越離合器內(nèi)環(huán)同步轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第二風(fēng)力機(jī)帶動(dòng)超越離合器外環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過超越離合器帶動(dòng)發(fā)電機(jī)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述超越離合器在低風(fēng)速時(shí)內(nèi)環(huán)與外環(huán)處于脫離狀態(tài)，在高風(fēng)速時(shí)內(nèi)環(huán)與外環(huán)處于聯(lián)動(dòng)狀態(tài)，所述第一風(fēng)力機(jī)為低風(fēng)速啟動(dòng)的風(fēng)力機(jī)，所述第二風(fēng)力機(jī)為高風(fēng)速啟動(dòng)的風(fēng)力機(jī)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用隧道風(fēng)能的發(fā)電裝置，其特征在于，所述超越離合器為楔形超越離合器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用隧道風(fēng)能的發(fā)電裝置，其特征在于，所述第一風(fēng)力機(jī)為S型風(fēng)力機(jī)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用隧道風(fēng)能的發(fā)電裝置，其特征在于，所述S型風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪上安裝有5片葉片。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用隧道風(fēng)能的發(fā)電裝置，其特征在于，所述葉片為135°的圓弧形葉片。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用隧道風(fēng)能的發(fā)電裝置，其特征在于，所述第二風(fēng)力機(jī)為H型風(fēng)力機(jī)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用隧道風(fēng)能的發(fā)電裝置，其特征在于，所述H型風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪上安裝有5片葉片。8.根據(jù)權(quán)利要求1?7任意一項(xiàng)所述的利用隧道風(fēng)能的發(fā)電裝置，其特征在于，還包括電能儲(chǔ)存系統(tǒng)，所述電能儲(chǔ)存系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)連接。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的利用隧道風(fēng)能的發(fā)電裝置，其特征在于，所述電能儲(chǔ)存系統(tǒng)包括依次連接的整流器、直流升壓模塊、蓄電池和/或超級(jí)電容器。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。本實(shí)用新型公開了一種利用隧道風(fēng)能的發(fā)電裝置，包括第一風(fēng)力機(jī)、第二風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)，所述第一風(fēng)力機(jī)與第二風(fēng)力機(jī)同軸安裝，其間通過超越離合器連接，所述第一風(fēng)力機(jī)軸穿過超越離合器內(nèi)環(huán)與發(fā)電機(jī)主軸連接固定，所述第一風(fēng)力機(jī)軸與超越離合器內(nèi)環(huán)同步轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第二風(fēng)力機(jī)帶動(dòng)超越離合器外環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過超越離合器帶動(dòng)發(fā)電機(jī)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述超越離合器在低風(fēng)速時(shí)內(nèi)環(huán)與外環(huán)處于脫離狀態(tài)，在高風(fēng)速時(shí)內(nèi)環(huán)與外環(huán)處于聯(lián)動(dòng)狀態(tài)，所述第一風(fēng)力機(jī)為低風(fēng)速啟動(dòng)的風(fēng)力機(jī)，所述第二風(fēng)力機(jī)為高風(fēng)速啟動(dòng)的風(fēng)力機(jī)。本實(shí)用新型采用低速風(fēng)力機(jī)和高速風(fēng)力機(jī)組合發(fā)電，提高了發(fā)電效率。
【IPC分類】F03D9/02, F03D3/06, F03D11/00, F03D3/02
【公開號(hào)】CN204716464
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520342011
【發(fā)明人】張祖濤, 張興田, 王慶昕, 肖煉, 何滿江, 郭昊, 徐欣, 孫雪峰, 潘宏燁
【申請(qǐng)人】西南交通大學(xué)
【公開日】2015年10月21日
【申請(qǐng)日】2015年5月25日