專利名稱：助力儲壓風(fēng)力機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能自動助力的空氣儲壓式風(fēng)力機，它以儲存的高 氣壓為發(fā)電機、礦山開采、坑道作業(yè)、油田負(fù)壓抽油等，提供強大的 高壓空氣壓力源，同時可實現(xiàn)單臺發(fā)電機的發(fā)電功率達(dá)到數(shù)十兆瓦 級。
二背景技術(shù)：
目前的風(fēng)力機，主要是直接為發(fā)電機提供旋轉(zhuǎn)動力。將風(fēng)能轉(zhuǎn)變 成旋轉(zhuǎn)機械能，再帶動發(fā)電機發(fā)電轉(zhuǎn)換成電能。另一種形式是將風(fēng)能 轉(zhuǎn)換成機械能，再轉(zhuǎn)換成液壓能，由液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)換成電能。它存在著 以下幾個問題
1. 這兩種類型的風(fēng)力機都只能為發(fā)電機提供旋轉(zhuǎn)動力，使用單
2. 直接使用機械變速和機械調(diào)速來達(dá)到發(fā)電機發(fā)電所要求的轉(zhuǎn) 速。其結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，精度要求高，制造困難，能量損耗大，故障多。 要將幾百噸重的設(shè)備全部架設(shè)安裝到幾十米高的立柱頂端，架設(shè)安裝 難度大，需要特殊專用的高空吊裝作業(yè)設(shè)備。故整體建設(shè)成本比較犬， 上網(wǎng)電價就比較高， 一般廠家還制造不了，影響了開發(fā)風(fēng)電事業(yè)的積 極性。
3. 若用液壓傳動，高空架設(shè)重量雖說減少了一半，但仍有一百多
噸重。如果管路出現(xiàn)微小的滲漏和回油現(xiàn)象，則輸出功率就會急劇下 降。還必須將數(shù)十噸液壓油提升輸送到幾十米高的供油油箱內(nèi)，增大 了電能損耗，在液壓傳動系統(tǒng)中，隨著時間的增長和自然界的變化， 密封部分容易老化、生銹而發(fā)生油液滲漏。除傳動動力減小外，將造 成油液的二次污染。幾個兆瓦的油馬達(dá)制造比較困難。
4.目前在陸地單臺風(fēng)力發(fā)電機功率的極限是3兆瓦。其中風(fēng)輪直 徑超過100米，風(fēng)葉對材料的重量、強度以及安裝的穩(wěn)定度要求極高， 制造相當(dāng)困難，我國還不能生產(chǎn)，世界也只有個別的幾個國家壟斷生 產(chǎn)，制造成本比較高。外購除價格高外，還要受到其它許多制約，這 對發(fā)展中國家開發(fā)風(fēng)力發(fā)電機事業(yè)造成了很大困難。在我國，這種風(fēng) 力發(fā)電機的發(fā)電上網(wǎng)價都在0.60元/kwh以上，需要國家補貼，這不 符合我國國情，它影響和限制了我國風(fēng)電事業(yè)開發(fā)和發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)朋的目的是研制一種能夠自動助力，以氣體儲壓的形式將動 力從高空引轉(zhuǎn)至地面的一種新式風(fēng)力機。它可對風(fēng)力機自動助力，使 風(fēng)輪的啟動風(fēng)速減小到l米/秒以下，并能增加旋轉(zhuǎn)動力。它將風(fēng)能 以空氣壓縮的方式儲存，隨時使用?？蛇M(jìn)行風(fēng)力發(fā)電。油田負(fù)壓抽油、 礦山開釆、地下坑道供氧作業(yè)等多種用途。它可單臺也能夠多臺并聯(lián) 獲得更加強大的空氣壓縮動力能，可達(dá)到單臺風(fēng)力發(fā)龜機的發(fā)電功率 至數(shù)十兆瓦級。這是其它單臺風(fēng)力發(fā)電機不可能達(dá)到的。本發(fā)明結(jié)構(gòu) 簡單、制造容易、成本低、用途廣，有望風(fēng)力發(fā)電上網(wǎng)電價接近甚至 低于火力發(fā)電電價。
本發(fā)明基本原理是在風(fēng)輪主軸上增加一臺自動助力器。它可在 1米/秒以下的風(fēng)速內(nèi)助力于風(fēng)輪啟動，旋轉(zhuǎn)時增加動力。將高速流 動的空氣經(jīng)過多級特殊組合的氣泵壓縮增壓后儲存起來，并可多臺并 聯(lián)后給風(fēng)力發(fā)電機的氣輪機提供強大的空氣壓縮動力，帶動發(fā)電機發(fā) 電，給地下坑道作業(yè)供氧，礦山開采風(fēng)鎬，油田負(fù)壓抽油設(shè)備提供空 氣壓縮動力。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案為了提高風(fēng)輪l的啟 動性能，并增加轉(zhuǎn)動力矩，在主軸2上安裝了一臺助力器3。主軸2 安裝在旋轉(zhuǎn)塔4上，并隨風(fēng)力方向的改變做360°的任意旋轉(zhuǎn)，同時 帶動氣泵5對高速流動的空氣進(jìn)行壓縮、增加后輸送至儲壓立柱6中 儲存。再經(jīng)過調(diào)壓開關(guān)7給氣輪機9供給所需流量的高壓氣體，并帶 動變功率發(fā)電機8旋轉(zhuǎn)發(fā)電(如圖1)。同時也可以將A、 B、 C、 D…… 等多臺風(fēng)力機并聯(lián)給儲壓罐14集中供壓，以獲得更加強大的壓縮空氣 動力(如圖3、 4)，供發(fā)電機8，礦山開采風(fēng)鎬15，坑道供氧裝置16，
油田負(fù)皮抽油裝置n等提供強大的壓縮空氣動力。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案還包括:
l.所述的助力儲壓風(fēng)力機，其特征是所述的助力器3，是由滑 動連桿1G，重力錘ll，滑道12，推力板13組成。推力板在外力的作用 下，將滑動連桿10經(jīng)過滑軌12推向另一端。使連桿10的力臂長度始
終是L>H。使F L>F H，貝!j a b c區(qū)間的F Labc積分總合大于 c d a區(qū)間的F Lcda積分總合。故重錘11在F Labc—F Lcda積 分總合的力矩作用下，給主軸2增加了一個轉(zhuǎn)動力矩。使風(fēng)輪i所需 的啟動風(fēng)速降低。同時為風(fēng)力機主軸2增加一個轉(zhuǎn)動力矩。
2. 所述的助力儲壓風(fēng)力機，其特征是整機只使用了增速裝置， 減少了調(diào)速裝置,并將增速裝置與主軸2設(shè)計成為一體，簡化了結(jié)構(gòu)， 減f氐了制造成本。
3. 所述的助力儲壓風(fēng)力機，其特征是所述的氣泵5是由軸向多 級壓縮機和高壓增壓機聯(lián)合組成。它將高速流動的氣體經(jīng)軸向壓縮機 壓縮后，提高了增壓機的進(jìn)口壓力。再經(jīng)增壓后，獲得了高壓空氣， 向儲壓立柱6中輸送儲壓。
4. 所述的助力儲壓風(fēng)力機，其特征是將鋼制立柱6制造成單層 或多層儲壓室，既起到立柱對風(fēng)機的支撐作用，同時又是一組儲壓罐， 這就節(jié)約了大量的鋼材，降低了制造成本。
5. 所述的助力儲壓風(fēng)力機，其特征是風(fēng)力機根據(jù)設(shè)備用氣量的 大小，可設(shè)置單臺，也可將A、 B、 C、 D……等多臺風(fēng)力機并聯(lián)使用， 以獲取更加強大的空氣壓縮動力。
6. 所述的助力儲壓風(fēng)力機，其特征是；若用來進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電，發(fā) 電機8必須是專用設(shè)計的變功率發(fā)電機。它可根裾儲氣罐中所儲氣體 的壓力和儲量，自動調(diào)節(jié)發(fā)電機的發(fā)電功率。也可根據(jù)發(fā)電時間段的 指令，調(diào)節(jié)發(fā)電機的發(fā)電功率。自動調(diào)壓開關(guān)7隨著發(fā)電機8所改變 后的功率要求，自動調(diào)節(jié)所需氣壓和流量，確保發(fā)電機發(fā)電的電壓和 頻率是恒定的。
7. 所述的助力儲壓風(fēng)力機，其特征是單臺或多臺風(fēng)力機并聯(lián)后 將儲存的氣壓集中向集壓罐14供應(yīng)，以保證風(fēng)鎬15，坑道供氧裝置16，
油田負(fù)壓抽油裝置n所需氣壓。油田抽油裝置i7，必須是自行設(shè)計專 用的負(fù)壓抽油裝置。
8.所述的助力儲壓風(fēng)力機，其特征是助力器3，除用于風(fēng)力機 外，亦可用于自行車、三輪車、電動自行車，以及其它轉(zhuǎn)動設(shè)備中， 同樣起到旋轉(zhuǎn)助力作用。 本發(fā)明的優(yōu)點和效果
1. 由于本發(fā)明采用了氣壓轉(zhuǎn)換裝置，使風(fēng)力機的結(jié)構(gòu)更加簡單， 制造容易，可百分之百的國產(chǎn)化生產(chǎn)，簡化了許多制造難度大的零部 件，降低了制造成本，使用范圍更加廣泛，可直接用來風(fēng)力發(fā)電，油 田負(fù)壓抽油，礦山開釆氣壓工具用氣，以及地下坑道作業(yè)供養(yǎng)。在國 內(nèi)外屬于先進(jìn)的新一代風(fēng)電設(shè)備。
2. 由于本發(fā)明采用了直接由調(diào)壓開關(guān)控制氣壓來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速實現(xiàn) 發(fā)電，也可供其它設(shè)備使用。減少了許多精度要求高，設(shè)計制造復(fù)雜， 故障多，成本高的變速調(diào)速裝置，超長風(fēng)葉等零部件。從而降低了制 造成本，節(jié)約了大量的安裝、維修費用。
3. 由于本發(fā)明采用了風(fēng)能+助力能的模式，使整體的轉(zhuǎn)動功率增
加20%以上，啟動風(fēng)速可降低至l米/秒以下，內(nèi)陸的大小風(fēng)區(qū)、海
洋、江河、湖泊沿岸、沙漠、荒山均可使用。'擴(kuò)大了使用地域，將更 多地造福人類。
4. 由于本發(fā)明采用了單臺或多臺風(fēng)力機并聯(lián)使用，可獲得所需要 的更大的空氣壓力能。將實現(xiàn)單臺風(fēng)力發(fā)電機發(fā)電功率達(dá)到數(shù)10兆
瓦級。這是其它風(fēng)力發(fā)電機組極難實現(xiàn)的。因采用了多臺并聯(lián)，使風(fēng)
力機的風(fēng)輪直接減小到自己能制造的程度?？墒癸L(fēng)電上網(wǎng)電價接近和 低于火力發(fā)電電價。這是對人類的巨大貢獻(xiàn)，為風(fēng)力發(fā)電事業(yè)開辟了 一條廣闊的新途徑。
5. 由于本發(fā)明采用了設(shè)計的一套特殊的可360°任意旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn) 塔，可根據(jù)風(fēng)向的改變自動對正風(fēng)向，且不影響立軸轉(zhuǎn)動，對輸出的 氣壓導(dǎo)管、線路等均無妨礙
6. 由于本發(fā)明采用了將鋼制立柱設(shè)計成單層或多層儲壓罐結(jié)構(gòu)， 使立柱增加了使用功能，同時也節(jié)約了大量的鋼材和減少了對土地的 占用，降低了建設(shè)費用。
7. 由于本發(fā)明采用了空氣儲壓，大小風(fēng)速均可以使風(fēng)力機按完全 有用的功率工作。將高速氣流以高壓的形式儲存起來，用于風(fēng)力發(fā)電 時可根據(jù)用電高峰時多發(fā)電，低峰時少發(fā)電進(jìn)行指令性控制，也就提 高了使用價值，增加了收入。
8. 由于本發(fā)明采用了助力儲壓，使風(fēng)力機的動能提高20%以上， 風(fēng)能的利用率提高，從小風(fēng)速到強風(fēng)速可全部用來做功，減小了其它 風(fēng)力發(fā)電^t中的無功功率，可使發(fā)電量增加40%以上。因結(jié)構(gòu)簡單， 百分之百的國內(nèi)生產(chǎn)，氣壓控制精確、方便，能保證發(fā)電機能恒速旋 轉(zhuǎn)，提高了上網(wǎng)電量的品質(zhì)。因高空架設(shè)重量只是其它設(shè)備的1/'8， 使架設(shè)安裝、維修費用降低。將復(fù)雜的調(diào)速裝置換成了簡單的氣壓開 關(guān)調(diào)節(jié)，降低了大量的制造成本。由于發(fā)電量的增加，制造成本的降 低，可使風(fēng)電場的建設(shè)費用下降1/3—1/2。有望上網(wǎng)電價接近甚至低 于火力發(fā)電電價，有極強的實用價值。
四

本發(fā)明的附圖l，圖2,圖3，圖4，圖5是整體結(jié)構(gòu)工作原理示 意圖，圖中的標(biāo)號說明
ln (n表示數(shù)量，下同)——風(fēng)輪，2n——主軸，3n—助 力器，4n——旋轉(zhuǎn)塔，5n——氣泵，6n——儲壓立柱，7n——調(diào) 壓開關(guān)，8n——發(fā)電機，9n——^輪機，10n——滑動連桿，11 n ——重力錘，12 n——滑軌，13 n——推力板，14 n——^壓罐，15 n—風(fēng)鎬，16n—~^道供氧裝置，17n—油田負(fù)壓抽油裝置， 18n—轉(zhuǎn)動設(shè)備，A、 B、 C、 Eh"—多臺并聯(lián)風(fēng)力機。
五具體實施例方式
新研制設(shè)計的助力儲壓風(fēng)力機，若和3兆瓦的變功率發(fā)電機相配 合，為保證風(fēng)力發(fā)電的輸出功為3兆瓦，采用4臺風(fēng)輪直徑為60米 的助力儲壓風(fēng)力機并聯(lián)使用。每臺風(fēng)輪的輸出功率為650千瓦，加上 自動助力器，每臺風(fēng)力機可輸出功率為650千瓦乂120%=780千瓦。4 臺風(fēng)力機并聯(lián)，總的輸出功率可達(dá)到780X4=3120千瓦。即3.12 兆瓦完全可滿足3兆瓦的變功率發(fā)電機的需求。當(dāng)風(fēng)輪在助力器的幫 助下，若有l(wèi)米/秒的風(fēng)速時，即可啟動帶動主軸轉(zhuǎn)動。通過主軸自 身的增速(主軸設(shè)計制造時就帶有12倍的增速裝置)。再帶動氣泵工 作，氣泵由軸向壓縮和高壓增壓兩個部分完成。首先是將高速流動的 空氣流通過軸向多級壓縮后，將以0.6-0.8MPa的壓力為高壓增壓機 的進(jìn)口處提供中壓氣源，經(jīng)高壓增壓機的加壓后，可輸出12.5MPa的 高壓氣體，輸送至儲壓立柱中高壓儲存。每臺立柱可儲存268立方米
的氣體。4臺并聯(lián)總儲量為1072立方米的高壓氣體供給3. 2兆瓦的氣 輪機工作。再帶動3兆瓦的變功率發(fā)電機轉(zhuǎn)動發(fā)電。發(fā)電機的轉(zhuǎn)速恒 定為1500轉(zhuǎn)/分，頻率恒定為50HZ，發(fā)電機輸出電壓為480V。再經(jīng) 變壓器變壓，與電網(wǎng)電壓相匹配后，上網(wǎng)向外輸送所發(fā)電量。變功率 發(fā)電機是根據(jù)當(dāng)時風(fēng)速的大小，所儲存的氣壓大小，儲量多少，自動 變動其輸出功率(轉(zhuǎn)速、頻率和電壓不變)。保證獲得最大發(fā)電量。 調(diào)壓開關(guān)又根據(jù)變功率發(fā)電機所提供的功率指令自動調(diào)節(jié)開關(guān)的大 小，確定向氣輪機提供所需氣流的流量和壓力的多少，保證該發(fā)電功 率的正常實現(xiàn)。
根據(jù)以上設(shè)計、試驗、計算和分析，可以認(rèn)定采用助力儲壓風(fēng)力 機帶動變功率發(fā)電機發(fā)電是可行的。它將3兆瓦單臺風(fēng)力發(fā)電機所需 110米直徑的風(fēng)輪，因采用4臺助力儲壓風(fēng)力機帶動的變功率發(fā)電機 發(fā)電功率同為3兆瓦。換成風(fēng)輪直徑只需50米。解決了單片風(fēng)葉長 為55米的制造難度，改為單片風(fēng)葉長僅為25米。由于采用了自動助 力器和變功率發(fā)電機，動力提高20%?？偟陌l(fā)電量可增加40%。由 于制造難度減小，制造成本降低，高空架設(shè)安裝重量僅為20多噸, 為其它機型的1/8，這又減少了架設(shè)安裝和維修費用。使風(fēng)力發(fā)電場 的建設(shè)費用減少1/3—1/2?？墒股暇W(wǎng)電價接近甚至低于火力發(fā)電電 價。
權(quán)利要求
1.助力儲壓風(fēng)力機，基本是由風(fēng)輪1n(n表示數(shù)量，下同)，主軸2n，助力器3n，旋轉(zhuǎn)塔4n，氣泵5n，儲壓立柱6n，調(diào)壓開關(guān)7n組成。其特征是風(fēng)輪1，在助力器3和流動風(fēng)速的作用下，帶動裝有自動增速的主軸2轉(zhuǎn)動，再由主軸2帶動氣泵5，將高速流動的氣流壓縮增壓后儲存在儲壓立柱6中，由調(diào)壓開關(guān)7控制氣輪機9和發(fā)電機8工作發(fā)電。也可由調(diào)壓開關(guān)7控制給集壓罐14提供高壓氣體，由集壓罐14給礦山開采用工具風(fēng)鎬15；地下坑道作業(yè)供氧16；油田負(fù)壓抽油機17等提供高壓氣體，使其正常工作。也可A、B、C、D……等多臺風(fēng)力機并聯(lián)給氣輪機9，集壓罐14，提供高壓氣體如圖1、圖3、圖4。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的助力儲壓風(fēng)力機，其特征是主軸2必 須有裝在同心軸上的增速裝置，既保證主軸2的同心轉(zhuǎn)動，又能達(dá)到 所需的增壓轉(zhuǎn)速。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的助力儲壓風(fēng)力機，其特征是主軸 2—端安裝風(fēng)輪，另一端安裝助力器3，必須保證主軸工作同心轉(zhuǎn)動。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的助力儲壓風(fēng)力機，其特征是助力 器3必須由滑動連桿10，重力錘ll,滑軌12，推板13組成。其中滑 動連桿IO，至少有二根組成，也可幾根組成。重力錘11至少有2X2個組成，也可2Xn個組成。如圖2。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1和4所述的助力儲壓風(fēng)力機，其特征是助力 器3中的滑動連桿10和重力綞U，在推力板13的作用下，將滑動連桿 10和重力錘ii經(jīng)滑軌i2推向另一端，形成力臂L〉力臂H。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1和5所述的助力儲壓風(fēng)力機，其特征是推動 推力板13的動力，可以是機械傳動力、液壓傳動力、氣壓傳動力、電 磁傳動力、永磁傳動力及磁懸浮裝置等。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1和5所述的助力儲壓風(fēng)力機，其特征是助力 器3中的重力錘11和滑動連桿10，必須是饒圓心O旋轉(zhuǎn)。其運動軌跡必須是按特殊轉(zhuǎn)動規(guī)律所設(shè)計的多變軌道，如圖2。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的助力儲壓風(fēng)力機，其特征是儲壓立柱 6，可以是一個單獨的儲壓艙，也可以是幾個儲壓艙聯(lián)接使用，串聯(lián)、 并聯(lián)均可。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的助力儲壓風(fēng)力機，其特征是風(fēng)力機可 單臺供壓，也可A、 B、 C、 D……等多臺并聯(lián)給氣輪機9和集壓罐14 提供高壓氣體。保證發(fā)電機8正常發(fā)電；油田負(fù)壓抽油裝置17 (單臺 或多臺)、地下坑道供氧裝置16、礦山開采工具風(fēng)鎬15 (單件或多件) 等正常工作。
10. 根據(jù)權(quán)利要求I、 3、 4、 5、 6、 7所述的助力儲壓風(fēng)力機，其 特征是助力器3可用在任何形式的風(fēng)力機、風(fēng)力發(fā)電機上，也可用 于自行車、電動自行車、三輪車及其它轉(zhuǎn)動設(shè)備上，作為助力器和主 動力。如圖5。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶有自動助力裝置的氣體儲壓式風(fēng)力機。它可給發(fā)電設(shè)備，坑道作業(yè)，礦山開采，油田負(fù)壓抽油提供強大的高壓汽源。目前的風(fēng)力機多為由強風(fēng)驅(qū)動大風(fēng)輪，經(jīng)機械變速和調(diào)速后直接帶動發(fā)電機發(fā)電。它存在的問題是啟動風(fēng)速高；低風(fēng)速和額定外風(fēng)速均做無功功率，風(fēng)能損失大；機械變速和調(diào)速裝置實現(xiàn)恒速難度大，制造成本高；高空架設(shè)維修困難，費用高。本發(fā)明采用了自動助力裝置，使風(fēng)輪的啟動風(fēng)速更低，大小風(fēng)力地區(qū)都可以使用，能最大限度的提高風(fēng)能利用率。由于結(jié)構(gòu)簡單，避開了大風(fēng)葉和機械調(diào)速裝置的制造，使制造工藝簡單，可實現(xiàn)百分之百國產(chǎn)化生產(chǎn)，成本降低，可實現(xiàn)單臺風(fēng)電功率為數(shù)十兆瓦，為我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)開辟了一條全新道路。
文檔編號F03D9/02GK101349250SQ20081015058
公開日2009年1月21日 申請日期2008年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月11日
發(fā)明者柳海源 申請人:柳海源