CN108005851A - 一种新型垂直风力热能发电*** - Google Patents

一种新型垂直风力热能发电*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型垂直风力热能热能发电***，包括风车、变速箱、空压泵、缓存气罐、加热罐、聚光镜以及气动马达发电机，风车的输出端均连接有变速箱且与变速箱连接，变速箱的输出端连接有空压泵，多个空压泵分别与同一个缓存气罐连接，且每个空压泵与缓存气罐之间均设置有第一单向阀；缓存气罐上设置有气压表，缓存气罐与加热罐连接，缓存气罐与加热罐之间依次设置有安全泄压阀和第二单向阀；加热罐与气动马达发电机连接，气动马达发电机依次设置有第三单向阀和自动调节阀。使得风能较小时，整个***也可以进行发电，提高风能较小时的发电效率及稳定性，还可以自动调整风能的大小。

Description

一种新型垂直风力热能发电***
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，更具体地说，它涉及一种新型垂直风力热能发电***。
背景技术
风车将风能转化为机械能的装置，主要由叶片，自动变速箱，空压泵，发电机，机械部件和电气部件组成。根据旋转轴的不同，风力发电机主要分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机两类。
风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，在每秒三公尺的微风速度便可以开始发电，当风力过大时，由于风车转速过快，产生过多电能，存在烧坏风机的风险。
公告号为CN206458566U的中国实用新型专利公开了一种自动调节式垂直风力发电机，在自动调节式垂直风力发电机上设有支撑钢架，所述的支撑钢架底部固定在发电基座上，在所述的发电基座内设有一个风力发电机，在所述的风力发电机侧面连接有一个变压输电器，所述的垂直动力风叶片上设有叶片疏风面和叶片受风面，所述的伸入到垂直动力风叶片内的上端支杆和下端支杆上均设有伸缩弹簧，在所述的垂直动力风叶片中心处通过开合调节轴进行交接固定，在所述的上端支杆和下端支杆的支杆中间安装有可移动的离心调节块。上述技术方案中具有可自动化调节转速，防止发电机超负荷工作的优点。
但是上述技术方案中，当风力较小处于微风时，整个风力发电机不能有效的进行发电；同时即使能够发电，整个发电装置产生的电也会出现不稳的情况。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种新型垂直风力热能发电***，其具有利用微风和太阳能同时提供动进行发电以及产生的电平稳的特点。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种新型垂直风力热能发电***，包括风车、变速箱、空压泵、缓存气罐、聚光镜、加热罐以及气动马达发电机，其中：
所述风车为多个，每个所述风车的输出端均连接有一个所述变速箱且与所述变速箱的输入端连接，每个所述变速箱的输出端连接有一个所述空压泵，多个所述空压泵的输出端分别与同一个所述缓存气罐的进气端连接，且每个所述空压泵的输出端与所述缓存气罐之间均设置有一个第一单向阀；
所述缓存气罐上设置有气压表，所述缓存气罐的出气端与所述加热罐的进气端连接，所述缓存气罐的出气端与所述加热罐的进气端之间依次设置有第二单向阀和安全泄压阀；
所述加热罐的输出端与所述气动马达发电机连接，所述气动马达发电机的进气端依次设置有第三单向阀和用于控制所述气动马达发电机转速的自动调节阀。
通过采用上述技术方案，多个空压泵同时通过风车与变速箱将压缩空气排入缓存气罐内，即使进入风车内的风能较小时，通过调整变速箱的变速比，空压泵慢速压缩空气并通过第一单向阀，使得压缩空气可以储存在缓存气罐内，安全泄压阀设定一个泄压值，当缓存气罐内或加热罐的气压超过安全泄压阀的限定值时，能进行泄压，防止设备损坏，压缩空气通过热罐进行加热，提高压力，当气压达到一定值时带动气动马达发电机进行发电，同时自动调节阀根据用电量的大小自动调进气量大小，可以使气动马达发电机的马达转速恒定在1500转/分左右，能够使发出的电相对平稳，同时当某个风车出现故障需要维护时，第一单向阀的设置防止压缩空气倒流，使得停止运行的风车不会影响其他风车的运行；导流板的设置，使得风车在乱风的情况下也能正常旋转，不受风向限制。
进一步地，所述加热罐上还连接有加水管，所述加水管连接有水源，所述新型垂直风力热能发电***还包括呈圆弧片状的聚光镜，所述聚光镜的焦点对准所述加热罐。
通过采用上述技术方案，通过加水管向加热罐内进行加入水，聚光镜利用光线的照射对加热罐内的水或者空气进行加热，起到加压的效果。
进一步地，每个所述风车包括圆筒形车架、位于所述车架内的叶轮、沿所述车架周向方向阵列设置且与所述车架转动连接用于打开和关闭所述车架侧壁的多个导流板以及驱动所述导流板转动的驱动装置。
通过采用上述技术方案，当需要关闭风车运行时，可以通过驱动装置转动导流板，使得相邻两个导流板之间相互抵接，多个导流板将车架的侧壁完全闭合，风能无法从车架侧壁通过叶轮，叶轮停止转动，风车停止运行；当需要开启风车时，通过驱动装置反向转动导流板，相邻两个导流板之间取消抵接，风能可以从相邻两个导流板之间进入车架内通过叶轮，开启风车的运行。
进一步地，所述驱动装置包括设置在所述车架顶部的第一齿轮、以及第一伺服电机，每个所述导流板的转动轴伸出所述车架顶部的顶端均设置有一个第二齿轮，所述第一齿轮为外齿轮且呈圆环状，每个所述第二齿轮均与所述第一齿轮的外齿啮合，所述第一伺服电机的输出轴连接有蜗杆，所述蜗杆啮合有一个蜗轮，所述蜗轮同轴连接有与所述第一齿轮平行的第三齿轮，所述第三齿轮位于所述第一齿轮内圈内，所述第一齿轮内圈对应位置开设有内齿，所述第三齿轮与所述第一齿轮内齿啮合。
通过采用上述技术方案，第一伺服电机转动带动蜗杆转动，蜗杆转动带动啮合的蜗轮转动，蜗轮转动带动同轴的第三齿轮转动，第三齿轮转动带动第一齿轮转动，第一齿轮转动带动第二齿轮转动，第二齿轮转动带动同轴的导流板转动，导流板的转动可以实现车架侧壁的开启和关闭，并控制风能进入车架内的风量。
进一步地，所述车架顶部还设置有用于监测所述叶轮转速的转速传感器，所述第一伺服电机电连接有控制器，所述转速传感器与所述控制器电连接。
通过采用上述技术方案，将转速传感器分别设定一个转速上阈值和一个转速下阈值，当风能较小时，叶轮转速小于转速传感器的下阈值时，转速传感器向第一伺服电机的控制器发出信号，控制器开启第一伺服电机带动导流板的自由端向远离叶轮一侧转动，提高风能进入叶轮的夹角，加大通过叶轮的风能以提高叶轮转速至转速传感器设定的下阈值之上，同时自动变速箱自动调节变速比降低转速提高扭距；当风能较大时，叶轮转速大于转速传感器的上阈值时，转速传感器向第一伺服电机的控制器发出信号，控制器控制开启第一伺服电机反向转动带动导流板的自由端向靠近叶轮一侧转动，降低风能进入叶轮的夹角，降低通过叶轮的风能以降低叶轮转速至转速传感器设定的上阈值之下，同时自动变速箱自动调节变速比提高转速提高机械能；保证了叶轮在整个转动过程中转速的稳定性。
进一步地，所述气动马达发电机数量为两个，且每个气动马达发电机的进气端均设置有所述第三单向阀和所述自动调节阀。
通过采用上述技术方案，一个加热罐同时连接两个气动马达发电机，且两个气动马达发电机之间为并联关系，使得当风能较小时，关闭其中一个气动马达发电机，由一个气动马达发电机单独工作发电；当风能较大时，可以将两个气动马达发电机全部开启，可以快速释放压缩空气进行发电。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、通过设置转动的导流板以及监测叶轮转速的转速传感器，可以自动调整风能进入车架内的夹角，自动调整风能的大小。
2、通过自动变速箱根据风车叶轮转速自动调节变速比，使得风能较小时，风车也能驱动空压泵缓慢的压缩气；
3、通过设置多个风车以及第一单向阀，加热罐使得整个新型垂直风力热能发电***可以同时供一台发电机进行发电，提高风能较小时的发电效率及稳定性；
附图说明
图1为本发明提供的一种实施方式的新型垂直风力热能发电***的***结构示意图；
图2为本发明提供的一种实施方式的车架部分的结构示意图；
图3为图2中A部的放大结构示意图；
图4为本发明提供的一种实施方式的导流板处于开启状态的结构示意图；
图5为本发明提供的一种实施方式的导流板处于关闭状态的结构示意图。
图中：1、风车；11、车架；12、叶轮；13、导流板；14、驱动装置；141、第一齿轮；142、第一伺服电机；143、第二齿轮；144、第三齿轮；2、变速箱；3、空压泵；31、第一单向阀；4、缓存气罐；41、气压表；42、安全泄压阀；43、第二单向阀；5、加热罐；51、加水管；6、气动马达发电机；61、第三单向阀；62、自动调节阀；7、聚光镜；8、转速传感器；9、控制器。
具体实施方式
实施例：
以下结合附图1-5对本发明作进一步详细说明。
一种新型垂直风力热能发电***，如图1-5所示，包括风车1、变速箱2、空压泵3、缓存气罐4、加热罐5以及气动马达发电机6，其中：
风车1为多个，每个风车1的输出端均连接有一个变速箱2且与变速箱2的输入端连接，每个变速箱2的输出端连接有一个空压泵3，多个空压泵3的输出端分别与同一个缓存气罐4的进气端连接，且每个空压泵3的输出端与缓存气罐4之间均设置有一个第一单向阀31；
缓存气罐4上设置有气压表41，缓存气罐4的出气端与加热罐5的进气端连接，缓存气罐4的出气端与加热罐5的进气端之间依次设置有第二单向阀43和安全泄压阀42；
加热罐5的输出端与气动马达发电机6连接，气动马达发电机6的进气端依次设置有第三单向阀61和用于控制气动马达发电机6转速的自动调节阀62。本实施例中，变速箱2选用现有的自动变速箱，风车1为两个，两个空压泵3同时通过风车1与变速箱2将压缩空气排入缓存气罐4内，当风力较小为微风时，第一单向阀31的设置使得压缩空气可以储存在缓存气罐4内，通过安全泄压阀42设定一个泄压值，只有当缓存气罐4内的气压超过安全泄压阀42的限定值时，进行泄压，对保设备起到保护作用，压缩空气向加热罐5内进行传送，进行加热加压提高动能，进入气动马达发电机6内的压缩空气具有足够的动力带动气动马达发电机6进行发电，同时自动调节阀62根据气动马达发电机6的转速自动调节进气量，可以使气动马达发电机6的马达转速恒定在1500转/分左右，能够使发出的电相对平稳，同时当某个风车1出现故障需要维护时，第一单向阀31的设置使得停止运行的风车1不会影响其他风车1的运行；导流板13的设置，使得风车1在乱风的情况下也能正常旋转，不受风向限制。
加热罐5上还连接有加水管51，加水管51连接有水源。新型垂直风力热能发电***还包括呈圆弧片状的聚光镜7，聚光镜7的焦点对准加热罐5。通过加水管51向加热罐5内进行加入水，聚光镜7利用光线的照射对加热罐5内的水和空气进行加热，起到加压的效果。
每个风车1包括圆筒形车架11、位于车架11内的叶轮12、沿车架11周向方向阵列设置且与车架11转动连接用于打开和关闭车架11侧壁的多个导流板13以及驱动导流板13转动的驱动装置14。每个导流板13表面呈圆弧状，导流板13处于闭合状态时，相邻两个导流板13抵接，且接触位置均开设有相配合的倒角，使得当需要关闭风车1运行时，可以通过驱动装置14转动导流板13，使得相邻两个导流板13之间相互抵接，多个导流板13将车架11的侧壁完全闭合，风能无法从车架11侧壁通过叶轮12，叶轮12停止转动，风车1停止运行；当需要开启风车1时，通过驱动装置14反向转动导流板13，相邻两个导流板13之间取消抵接，风能可以从相邻两个导流板13之间进入车架11内通过叶轮12，开启风车1的运行。
驱动装置14包括设置在车架11顶部的第一齿轮141、以及第一伺服电机142，每个导流板13的转动轴伸出车架11顶部的顶端均设置有一个第二齿轮143，第一齿轮141为外齿且呈圆环状，每个第二齿轮143均与第一齿轮141的外齿啮合，第一伺服电机142的输出轴连接有蜗杆(图中未示出)，蜗杆啮合有一个蜗轮(图中未示出)，蜗轮同轴连接有与第一齿轮141平行的第三齿轮144，第三齿轮144位于第一齿轮141内圈内，第一齿轮141内圈对应位置开设有内齿，第三齿轮144与第一齿轮141内齿啮合。第一伺服电机142转动带动蜗杆转动，蜗杆转动带动啮合的蜗轮转动，蜗轮转动带动同轴的第三齿轮144转动，第三齿轮144转动带动第一齿轮141转动，第一齿轮141转动带动第二齿轮143转动，第二齿轮143转动带动同轴的导流板13转动，导流板13的转动可以实现车架11侧壁的开启和关闭，并控制风能进入车架11内的风量。
车架11顶部还设置有用于监测叶轮12转速的转速传感器8。第一伺服电机142电连接有控制器9，转速传感器8与控制器9电连接，控制器9设置在车架11顶部，将转速传感器8分别设定一个转速上阈值和一个转速下阈值，当风能较小时，叶轮12转速小于转速传感器8的下阈值时，转速传感器8向第一伺服电机142的控制器9发出信号，控制器9开启第一伺服电机142带动导流板13的自由端向远离叶轮12一侧转动，提高风能进入叶轮12的夹角，加大通过叶轮12的风能以提高叶轮12转速至转速传感器8的设定的下阈值之上，本实施例中，变速箱2为现有的自动变速箱，自动变速箱自动调节变速比降低转速提高扭距；当风能较大时，叶轮12转速大于转速传感器8的上阈值时，转速传感器8向第一伺服电机142的控制器9发出信号，控制器9开启第一伺服电机142反向转动带动导流板13的自由端向靠近叶轮12一侧转动，降低风能进入叶轮12的夹角，降低通过叶轮12的风能以降低叶轮12转速至转速传感器8设定的上阈值之下，同时自动变速箱自动调节变速比提高转速提高动能；保证了叶轮12在整个转动过程中转速的稳定性。
气动马达发电机6数量为两个，且每个气动马达发电机6的进气端均设置有第三单向阀61和自动调节阀62。一个加热罐5同时连接两个气动马达发电机6，且两个气动马达发电机6之间为并联关系，使得当风能较小时，关闭其中一个气动马达发电机6，由一个气动马达发电机6单独工作发电；当风能较大时，可以将两个气动马达发电机6全部开启，可以快速释放压缩空气进行发电。
风车1采用模块化设置，方便后期的运输与安装，车架11、导流板13、叶轮12沿长高度方向均由多节组成，相邻两节之间均通过螺栓可拆卸连接。
工作原理：
通过第一伺服电机142转动导流板13运行风车1，风能进入叶轮12，叶轮12转动带动变速箱2，变速箱2带动空压泵3将空气进行压缩并排入缓存气罐4内，第一单向阀31的设置，可以将压缩空气储存在缓存气罐4内，当缓存气罐4内压缩空气的压力大于安全泄压阀42的设定值时，进行泄压，对保设备起到保护作用，缓存气罐4内的压缩空气流向加压管内，加热罐5内的压缩空气进入气动马达发电机6进行发电。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种新型垂直风力热能发电***，其特征在于：包括风车(1)、变速箱(2)、空压泵(3)、缓存气罐(4)、加热罐(5)以及气动马达发电机(6)，聚光镜(7)其中：
所述风车(1)为多个，每个所述风车(1)的输出端均连接有一个所述变速箱(2)且与所述变速箱(2)的输入端连接，每个所述变速箱(2)的输出端连接有一个所述空压泵(3)，多个所述空压泵(3)的输出端分别与同一个所述缓存气罐(4)的进气端连接，且每个所述空压泵(3)的输出端与所述缓存气罐(4)之间均设置有一个第一单向阀(31)；
所述缓存气罐(4)上设置有气压表(41)，所述缓存气罐(4)的出气端与所述加热罐(5)的进气端连接，所述缓存气罐(4)的出气端与所述加热罐(5)的进气端之间依次设置有第二单向阀(43)和安全泄压阀(42)；
所述加热罐(5)的输出端与所述气动马达发电机(6)连接，所述气动马达发电机(6)的进气端依次设置有第三单向阀(61)和用于控制所述气动马达发电机(6)转速的自动调节阀(62)。
2.根据权利要求1所述的新型垂直风力热能发电***，其特征在于：所述加热罐(5)上还连接有加水管(51)，所述加水管(51)连接有水源，所述新型垂直风力热能发电***还包括呈圆弧片状的聚光镜(7)，所述聚光镜(7)的焦点对准所述加热罐(5)。
3.根据权利要求2所述的新型垂直风力热能发电***，其特征在于：每个所述风车(1)包括圆筒形车架(11)、位于所述车架(11)内的叶轮(12)、沿所述车架(11)周向方向阵列设置且与所述车架(11)转动连接用于打开和关闭所述车架(11)侧壁的多个导流板(13)以及驱动所述导流板(13)转动的驱动装置(14)。
4.根据权利要求3所述的新型垂直风力热能发电***，其特征在于：所述驱动装置(14)包括设置在所述车架(11)顶部的第一齿轮(141)、以及第一伺服电机(142)，每个所述导流板(13)的转动轴伸出所述车架(11)顶部的顶端均设置有一个第二齿轮(143)，所述第一齿轮(141)为外齿轮且呈圆环状，每个所述第二齿轮(143)均与所述第一齿轮(141)的外齿啮合，所述第一伺服电机(142)的输出轴连接有蜗杆，所述蜗杆啮合有一个蜗轮，所述蜗轮同轴连接有与所述第一齿轮(141)平行的第三齿轮(144)，所述第三齿轮(144)位于所述第一齿轮(141)内圈内，所述第一齿轮(141)内圈对应位置开设有内齿，所述第三齿轮(144)与所述第一齿轮(141)内齿啮合。
5.根据权利要求4所述的新型垂直风力热能发电***，其特征在于：所述车架(11)顶部还设置有用于监测所述叶轮(12)转速的转速传感器(8)，所述第一伺服电机(142)电连接有控制器(9)，所述转速传感器(8)与所述控制器(9)电连接。
6.根据权利要求5所述的新型垂直风力热能发电***，其特征在于：所述气动马达发电机(6)数量为两个或多个，且每个气动马达发电机(6)的进气端均设置有所述第三单向阀(61)和所述自动调节阀(62)。
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