CN103277256B - 一种基于复合增速机构的风力发电*** - Google Patents

一种基于复合增速机构的风力发电*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于复合增速机构的风力发电***，包括风能向机械能转换***、机械能向液压能转换***、液压储能机构、液压能向电能转换***、并网***，所述风能向机械能转换***包含两套相互啮合的齿轮***，其中一套齿轮***与所述机械能向液压能转换***相配合，用于将机械能转换为液压能。本发明一种基于复合增速机构的风力发电***由新型齿轮增速机构带动液压泵进行风能向液压能的转换，提高了齿轮箱的效率，有效节约了安装维修成本；通过变量马达、发电机组实现液压能向电能的转换，使发电机转速平稳，从而提高了发电的品质。

Description

一种基于复合增速机构的风力发电***
技术领域
本发明涉及及一种新型齿轮增速机构，特别涉及一种基于复合增速机构的风力发电***，属于海上风力发电领域。
背景技术
由于化石燃料的日益枯竭和人类对环境的污染，新能源以及可再生能源的开发得到了广泛的关注。风能作为一种可再生能源，由于其安全、清洁、储存量巨大等优点得到了迅速的发展。
传统的风力发电装置采用一次换能技术将风能通过齿轮增速器转化为机械能，然后驱动发电机进行发电。由于传统的齿轮增速机构体积庞大、安装维修困难再加上自然界风速的不稳定性，导致了一系列的问题。由此可见传统风力发电存在以下问题：传统的齿轮增速机构体积重量庞大、价格昂贵、安装维修花费大量的人力物力。在风速较低的时候，由于叶片只能以较慢的速度旋转，而发电机需要较高的转速，这就需要一套增速机构，往往增速机构价格非常昂贵，这就增加的成本。由于自然风的不稳定，传统的风机齿轮增速比是恒定的，这就导致了发电机转速不平稳，从而影响了发电的品质。
发明内容
针对现有技术中风力发电装置存在的上述问题，即齿轮箱效率低下、安装维修成本过高、发电品质低下的问题，本发明提供一种基于复合增速机构的风力发电***，由新型齿轮增速机构带动液压泵进行风能向液压能的转换，同时再通过变量马达、发电机组实现液压能向电能的转换。
本发明的技术方案是：
一种基于复合增速机构的风力发电***，包括风能向机械能转换***、机械能向液压能转换***、液压储能机构、液压能向电能转换***、并网***，所述风能向机械能转换***包含两套相互啮合的齿轮***，其中一套齿轮***与所述机械能向液压能转换***相配合，用于将机械能转换为液压能。
进一步，所述风能向机械能转换***包括导流罩、主动齿轮前端盖、夹紧板、从动齿轮、主动齿轮、主动齿轮后端盖、中心阶梯轴、机箱、尾翼、塔架、轴承、叶片；所述导流罩固定设置于中心阶梯轴的前端；导流罩的后端设置有与导流罩相间隔的主动齿轮前端盖，主动齿轮前端盖和主动齿轮后端盖之间设置有分别与主动齿轮前端盖和主动齿轮后端盖固定连接的主动齿轮，所述中心阶梯轴活动穿过主动齿轮前端盖和主动齿轮后端盖，使主动齿轮、主动齿轮前端盖、主动齿轮后端盖可绕中心阶梯轴旋转，所述叶片与主动齿轮固定连接；所述从动齿轮与从动齿轮中心轴固连，所述从动齿轮中心轴饶中心阶梯轴设置有若干个，从动齿轮中心轴与中心阶梯轴的距离保证主动齿轮与从动齿轮的轮齿相互啮合，从动齿轮中心轴两端由固定套设于中心阶梯轴上的夹紧板活动支撑，当从动齿轮旋转时带动从动齿轮中心轴旋转；所述机箱固定套设于中心阶梯轴后方，尾翼与中心阶梯轴的后端相连接，所述塔架设置于机箱下方，塔架与机箱的连接处装有用于风机自由转向的轴承。
进一步，所述中心阶梯轴上设有凸台，所述主动齿轮前端盖的右端面与中心阶梯轴凸台的左边贴合，并且保留2-3mm余量，所述主动齿轮前端盖左侧与导流罩贴合，同样保留2-3mm余量，用于保证主动齿轮、主动齿轮前端盖和主动齿轮后端盖只绕中心阶梯轴旋转。
进一步，所述机械能向液压能转换***包括从动齿轮中心轴、联轴器、液压泵、进油管道、出油管道、单向阀；所述液压泵通过联轴器与从动齿轮中心轴连接，进油管道的一端与液压泵的进油口连接，另一端与油箱连接，进油管道上设有单向阀，出油管道的一端与液压泵的出油口连接，另一端与液压储能机构连接。
进一步，所述液压储能机构为液压储能器，所述液压储能器的进油口与出油管道连接。
进一步，所述液压能向电能转换***包括速度控制单元、变量液压马达、发电机组、电能反馈单元，所述液压储能机构的出口经过速度控制单元与变量液压马达连接，速度控制单元用于通过控制变量液压马达的排量来控制变量液压马达的旋转速度，变量液压马达的另一端与发电机组连接，发电机组通过电能反馈单元与速度控制单元连接。
进一步，所述发电机组发出的电能通过所述并网***与电网相连接。
本发明的有益效果是：
1、本发明一种基于复合增速机构的风力发电***由新型齿轮增速机构带动液压泵进行风能向液压能的转换，提高了齿轮箱的效率，有效节约了安装维修成本；
2、本发明一种基于复合增速机构的风力发电***通过变量马达、发电机组实现液压能向电能的转换，使发电机转速平稳，从而提高了发电的品质。
附图说明
图1为本发明一种基于复合增速机构的风力发电***的结构总图；
图2为增速机构的结构图；
图3为液压原理图。
图中：1、导流罩；2、主动齿轮前端盖；3、液压泵；4、夹紧板；5、从动齿轮；6、主动齿轮；7、从动齿轮中心轴；8、螺钉；9、主动齿轮后端盖；10、中心阶梯轴；11、机箱；12、尾翼；13、塔架；14、轴承；15、叶片；16、进油管道；17、出油管道；18、液压储能器；19、速度控制单元20、油箱；21、变量液压马达；22、发电机组；23、电能反馈单元；24、联轴器；25、单向阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明一种基于复合增速机构的风力发电***的结构如图1所示，包括风能向机械能转换***、机械能向液压能转换***、液压能向电能转换***、速度控制单元、电能反馈单元。
风能向机械能转换***主要通过新型的增速机构将风能转化为机械能，从左到右依次包括导流罩1、主动齿轮前端盖2、夹紧板4、从动齿轮5、主动齿轮6、主动齿轮后端盖9、中心阶梯轴10、机箱11、尾翼12、塔架13、旋转轴承14、叶片15。导流罩1通过螺纹与中心阶梯轴10连接，其右端与主动齿轮6前端盖左侧贴合（预留2-3mm），主动齿轮6与主动齿轮前端盖2、主动齿轮后端盖9通过螺钉8连接并且套在中心阶梯轴10上，通过导流罩1以及中心阶梯轴10凸台固定方位。叶片15与主动齿轮6固接。从动齿轮4通过从动齿轮中心轴7与夹紧板4连接。夹紧板4紧固在中心阶梯轴10上，从动齿轮4紧固在从动齿轮中心轴7上。尾翼12与中心阶梯轴10通过螺纹连接并且与箱体11后边贴合。塔架13与机箱11通过焊接连接，塔架13与机箱11焊接处下方装有轴承14，用于风机的自由转向。当风速达到启动风速，叶片15旋转带动主动齿轮6与主动齿轮前后端盖一同旋转，通过啮合带动从动齿轮5旋转，从而完成风能向机械能转化，同时也完成了增速的要求。
机械能向液压能转换机构包括从动齿轮中心轴7、 联轴器24、 液压泵3、进油管道16、出油管道17、单向阀25。液压泵3通过联轴器24与从动齿轮中心轴7连接，进油管道16一端与液压泵3的进油口连接，另一端与油箱20连接，单向阀25与进油管道16连接，出油管道17一端与液压泵3的出油口连接，另一端与液压蓄能器18进油口连接。液压泵3的安装数目与从动齿轮数有关。当风速达到启动风速时从动齿轮5由主动齿轮6带动旋转，由于从动齿轮4与从动齿轮中心轴7固结，因此从动齿轮中心轴7也旋转，通过联轴器带动液压泵3工作，从而完成旋转机械能向液压能转换。
液压储能机构是将机械能转化的液压能存储起来的机构，包括液压储能器18、速度控制单元19。出油管道17与液压储能器18的进油口连接，液压储能器18的出油口经过速度控制单元19与变量液压马达21连接。通过速度控制单元19来控制变量液压马达21的排量，从而控制变量液压马达21的旋转速度。
液压能向电能转换***是将液压能转换为恒定电能的装置，包括变量液压马达21、发电机组22、电能反馈单元23。变量液压马达21进油口与液压储能器18的出油口连接，变量液压马达21输出口与发电机组22连接。发电机组22发出的电能通过并网装置与电网相连接。液压储能机构通过速度控制单元19向变量液压马达21提供高压油，使得变量液压马达21旋转，从而带动发电机组22工作，发出的电能经由电能反馈单元23反馈给速度控制单元19，调节液压变量马达21的流量，从而控制发电机组22的转速，提高发电的品质。
当风速达到启动风速时，由于主动齿轮6与叶片15通过螺钉连接，一同旋转，带动了从动齿轮5的旋转，从而使得与齿轮轴连接的液压泵3工作，完成了机械增速与液压储能。液压储能机构向变量液压马达21提供高压油，使得变量液压马达21工作，从而带动了发电机组22工作。并网装置将发电机组22发出的电能并联到电网上，同时通过电能反馈单元23将发出的电能反馈给速度控制单元19，控制了变量液压马达21的排量，从而控制了发电机组22的转速，提高了发电效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于复合增速机构的风力发电***，其特征在于：包括风能向机械能转换***、机械能向液压能转换***、液压储能机构、液压能向电能转换***、并网***，所述风能向机械能转换***包含两套相互啮合的齿轮***，其中一套齿轮***与所述机械能向液压能转换***相配合，用于将机械能转换为液压能；所述风能向机械能转换***包括导流罩（1）、主动齿轮前端盖（2）、夹紧板（4）、从动齿轮（5）、主动齿轮（6）、主动齿轮后端盖（9）、中心阶梯轴（10）、机箱（11）、尾翼（12）、塔架（13）、轴承（14）、叶片（15）；所述导流罩（1）固定设置于中心阶梯轴（10）的前端；导流罩（1）的后端设置有与导流罩（1）相间隔的主动齿轮前端盖（2），主动齿轮前端盖（2）和主动齿轮后端盖（9）之间设置有分别与主动齿轮前端盖（2）和主动齿轮后端盖（9）固定连接的主动齿轮（6），所述中心阶梯轴（10）活动穿过主动齿轮前端盖（2）和主动齿轮后端盖（9），使主动齿轮（6）、主动齿轮前端盖（2）、主动齿轮后端盖（9）可绕中心阶梯轴（10）旋转，所述叶片（15）与主动齿轮（6）固定连接；所述从动齿轮（5）与从动齿轮中心轴（7）固连，所述从动齿轮中心轴（7）绕中心阶梯轴（10）设置有若干个，从动齿轮中心轴（7）与中心阶梯轴（10）的距离保证主动齿轮（6）与从动齿轮（5）的轮齿相互啮合，从动齿轮中心轴（7）两端由固定套设于中心阶梯轴（10）上的夹紧板（4）活动支撑，当从动齿轮（5）旋转时带动从动齿轮中心轴（7）旋转；所述机箱（11）固定套设于中心阶梯轴（10）后方，尾翼（12）与中心阶梯轴（10）的后端相连接，所述塔架（13）设置于机箱（11）下方，塔架（13）与机箱（11）的连接处装有用于风机自由转向的轴承（14）。
2.根据权利要求1所述的一种基于复合增速机构的风力发电***，其特征在于：所述中心阶梯轴（10）上设有凸台，所述主动齿轮前端盖（2）的右端面与中心阶梯轴（10）凸台的左边贴合，并且保留2~3mm余量，所述主动齿轮前端盖（2）左侧与导流罩（1）贴合，同样保留2~3mm余量，用于保证主动齿轮（6）、主动齿轮前端盖（2）和主动齿轮后端盖（9）只绕中心阶梯轴（10）旋转。
3.根据权利要求1所述的一种基于复合增速机构的风力发电***，其特征在于：所述机械能向液压能转换***包括从动齿轮中心轴（7）、联轴器（24）、液压泵（3）、进油管道（16）、出油管道（17）、单向阀（25）；所述液压泵（3）通过联轴器（24）与从动齿轮中心轴（7）连接，进油管道（16）的一端与液压泵（3）的进油口连接，另一端与油箱（20）连接，进油管道（16）上设有单向阀（25），出油管道（17）的一端与液压泵（3）的出油口连接，另一端与液压储能机构连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于复合增速机构的风力发电***，其特征在于：所述液压储能机构为液压储能器（18），所述液压储能器（18）的进油口与出油管道（17）连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于复合增速机构的风力发电***，其特征在于：所述液压能向电能转换***包括速度控制单元（19）、变量液压马达（21）、发电机组（22）、电能反馈单元（23），所述液压储能机构的出口经过速度控制单元（19）与变量液压马达（21）连接，速度控制单元（19）用于通过控制变量液压马达（21）的排量来控制变量液压马达（21）的旋转速度，变量液压马达（21）的另一端与发电机组（22）连接，发电机组通过电能反馈单元（23）与速度控制单元（19）连接。
6.根据权利要求5所述的一种基于复合增速机构的风力发电***，其特征在于：所述发电机组（22）发出的电能通过所述并网***与电网相连接。
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