专利名称：立轴巨能及立轴聚能风力热泵与热电厂联产系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风力热泵与热电厂联产系统，尤其是通过立轴巨能或聚能风力(发电) 机组及由其形成的风力热泵机组参与热电厂余热吸收与转换加热发电的方式。
背景技术：
立轴式风力发电机组结构简单，立点单一，塔架高度利用充分，在山顶、平川、海上均 可方便分布建设，具有其它类型风力机无法替代的可满足多种安装要求的独特优势。但是现 有的立轴式风电机组及其风力机均难于实现巨能设计，因此其难于形成巨大效益的应用，难 于满足各种大规模风电场建设应用需求，更没有将其形成多机联合串联设置的设计。
现有的立轴式风电机组采用的风力机难于实现巨能出力能力设计的主要原因是其围 绕立轴旋转的风力板没有风力方向的确定设计，均是采用类似气象台测风用的勺形、A形等 顺风与逆风方向采风结构形态完全的设计，只是使其迎风一边的出力大于逆风回转一边的出 力，从而形成无论任何迎风方向的全风向转动，但其逆风回转一侧同样具有较大的迎风阻力， 因此其能实现回转的条件只因没有带上负荷或是携带很小，其可用于电灯照明等微小发电需 求领域采用。
还有是采用在围绕立轴旋转风力板上排列叶片，在其迎风时形成逆风封闭状态，到达顺 风面一侧自然被吹起的设计，但是其形态笨重，风力不大时难于用风力吹起回转一侧的叶片， 主动控制能力不高，可调控能力缺乏，使其难于有效应用。
还有的立轴风力机是通过在立轴内部设置的机械驱动旋转装置使风力板叶片旋转的设 计，实现使旋转风力板上排列叶片一侧封闭与外一侧开启的循环，但是其在相同高度平面内
只能实现由2个旋转风力板形成一字对称型的设计，难于形成同时对3-8个旋转风力板同时 进行驱动，而4-8个旋转风力板的共同设计是高效充分采风实现巨能出力设计的必要条件。 此外，"风力热泵与热电厂联产系统"技术方案是基于两者联产过程可形成的独特优势 效益依存关系的科学发现而提出，即通过风力热泵参与热电厂余热吸收与转换加热发电的过 程形成双向需求效益，从而也使热电厂废弃排放的巨大热能变为宝贵资源，并可通过对热电 厂产生的高、低温冷却水的交替储备方式达到另类方式的风能储备目的；还可利用热电厂的 高效发电设备、电力输配送线路与运行调控能力实现风电开发与输送方式由"电网联产"到 "电厂联产"的根本性转变，形成了风能资源的全新、广泛、巨大、便捷、廉价的发展途径。 中国发明专利200810117307.4提出的巨能风力热泵与热电厂联产系统中采用的风力
(发电)机组是由多形态巨能风力(发电)机组与热泵压縮机或电热装置配合构成，其能够 适合该机组机型形态适宜安装的情况下采用，而由本发明立轴巨能或立轴聚能风力(发电) 机组与热泵压縮机或电热装置配合也可构成上述功效的系统，并且使其在本发明风电机组适 合应用的地区或能力目标与需求情况下获得应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种全新结构与作用方式的立轴巨能风力发电机组与立轴聚能风 力发电机组，并且通过其形成立轴巨能或聚能风力热泵与热电厂联产系统的技术方案，其立 轴巨能风力发电机组可实现立轴风力机巨大出力能力设计且可形成梯级出力能力与调控;其 立轴聚能风力发电机组可将2个以上的立轴巨能风力机联合实现共同出力的一体化设计；而
本发明立轴巨能及聚能风力热泵与热电厂联产系统，或使立轴风力热泵单独与供热、制冷、 净水、干燥设备配合的应用方式，可实现与形成其它原有相同功能系统风力机形成功效与适 应性所没有的独特应用优势。
本发明提供的立轴巨能风力发电机组的结构包括在立轴巨能风力机的中部设置立轴， 立轴的下部可同时视作机组的塔架，因此立轴与塔架可实现一体化设计，在立轴的上部设有
围绕其旋转的旋转风力板，其多数采用3-4个旋转风力板均匀分布于立轴的周边，特大直径 机组采用5-8个或更多个均匀分布形态的旋转风力板，在各个旋转风力板上排列设置众多个 可通过推拉方式一同实现折叠与伸展或旋转展开与旋转顺风等周期性交替动作方式变化的 迎风逆变板，其多数采用纵向排列设计， 一些情况也可采用横向设计，其对于超长旋转风力 板的支撑强化方式选择通过在立轴上部设置的旋转帽与斜拉绳的配合实现或在上中下部通 过其横向支撑架实现;在旋转风力板的中心围绕立轴设有能够通过其实现旋转风力板上迎风 逆变板在定向定位时刻实现旋转或收縮或伸展变化驱动的对风导轨盘，其形态是由一侧小于 标准圆盘的扁形半圆盘形态的设计，或是采用一侧大于标准圆盘的凸形圆盘形态的设计，其 扁凸圆盘小于或大于标准圆盘的规格尺寸差距与迎风逆变板实现折叠与伸展或旋转展开与 旋转顺风等动作所需的推拉距离需求相同，在对风导轨盘的边沿一侧设有导轨并且与滚动轮 配合设置实现滚动轮的定位运行，迎风逆变板的推拉杆或推拉绳与滚动轮轮轴配合连接，在 推拉杆或推拉绳上设置推拉弹簧或由悬挂的重物拉动实现其被对风导轨盘推拉后状态自动 回复的驱动，从而实现通过对风导轨盘的方向变化确定旋转风力板的迎风出力方向，通过滚 动轮及其带动的推拉杆围绕对风导轨盘的转动，实现周期性旋转与准确定向定位推拉迎风逆 变板使其形态周期性变化的操作，实现在迎风方向时迎风逆变板准确完全封闭状态大面积的 采风，在运行到逆风方向时迎风逆变板准确完全敞开基本无阻力地泻风回转的运行操作，在 一个较高设计的旋转风力板上分布设置多个对风导轨盘实现上中下共同驱动；其在旋转风力
板(3)上适当位置同时设置由微型电机驱动控制的推拉调控结构能够实现旋转风力板上迎 风逆变板在迎风位置时的部分半开放或全部敞开的操作形态，从而实现通过对其的调控实现 风力机适应风力强弱变化与出力能力变化的调控与制动和避免台风冲击的调控作用。
通过上述过程形成的风力机的出力通过风轮齿轮与传动齿轮或齿轮组以及传动轴的配 合，将风轮出力传递到在旋转风力板下部或在地面设置的发电机或多发电机系统上实现发电 能力与出力能力的梯级调控；其对风导轨盘的方向变化是以风向标为传感器传递信号，由其 控制实现自动化调控驱动，或配合人工驱动的方式控制调控。
本发明提出的立轴聚能风力发电机组是由多个立轴巨能风力机排列联合设置，然后通过 在各个立轴巨能风力机传动轴下端设置的斜齿轮与纵向方向设置的聚能齿轮的配合将各个 立轴巨能风力机上形成的出力汇集到聚能传动轴上，通过其与发电机或多发电机系统配合形 成，若干个或众多个串联设置的立轴巨能风力机在其上部、中部用横梁连接能够形成框架式 的稳定结构设置，并且若干个立轴聚能风力发电机组可形成W、 T、 L等相互依靠的建设方式 形成宏大结构的整体稳定，可见立轴聚能风电机组更是海上规模化风电建设的首选机型。
本发明立轴巨能及聚能风力热泵与热电厂联产系统技术方案是实现立轴巨能风力热 泵及立轴聚能风力热泵与热电厂(包括燃煤发电、燃气发电、燃油发电、生物质发电、垃 圾发电、沼气发电、地热发电、核能发电等)的联产与共建，其风力热泵有三种主要形成方 式或布局形态
(-)由与立轴巨能及聚能风力发电机组中采用的立轴巨能风力机或立轴聚能风力机提供 动力，并且由其动力输出轴直接带动热泵系统压縮机，从而形成压縮式立轴巨能及聚能风力 热泵机组的形态。
(二)由与立轴巨能及聚能风力发电机组的发电机形成的电力与远距离设置的热泵系统电 热装置配合实现加热方式驱动，从而形成吸收式立轴巨能及聚能风力热泵机组的形态。
曰由与立轴巨能风力发电机组或立轴聚能发电机形成的形成电力与远距离设置的电动 机连接形成转换，再由电动机与热泵系统压縮机一体化配合实现机械驱动，从而形成转换压 缩式立轴巨能及聚能风力热泵机组的形态。
本发明立轴巨能及聚能风力热泵机组还可单独用于建筑物或其它领域的供热、制冷、 净水、干燥用途采用，并且与其相关设备共同形成一体化设备系统设计。
本发明立轴巨能风力发电机组采用的创新结构首次将立轴风力机的运行方式引入风力 方向的确定与位置调控的方式，从而可使旋转风力板实现全封闭采风与超低阻力回转的运 行，形成空前巨大的出力能力设计，因为大直径风轮的周期性旋转速度较慢且能够实现特大 功率设计，而对风导轨盘与滚动轮和推拉杆的控制结构又适合在较慢运行速度下稳定工作，
且其风力推动形成的出力基本全部由距离立轴较远的旋转风力板形成的旋转形态的出力所 消耗，因此风力对于机组塔架形成的推动负荷力很小，这尤其适合机组高大稳定建设，因此 拥有多个适合巨能设计目标条件，因此其将首次将立轴风力机用于风能的规模化开发采用。 其采用的多发电机系统及其下部建设方式更加方便安装管理维护；其采用的传动系统 结构可实现较高传动比的设计变化，从而一同实现发电机需要的转速过度，其采用的多发电 机系统可实现不同风力条件下的出力能力梯级调控；其设备构成结构简单，方便山顶高空分 散运输；其釆风面积巨大，因此尤其适合在山顶建设采用。
本发明提出的立轴聚能风力发电机组首次将立轴风力机实现多机串联一体化聚能设 计，因此可更加容易地实现更为巨大的单机出力能力设计水平，从而为其形成的风力热泵创 造了广泛与巨大的能力发展空间，从以上优势还可看出立轴聚能风电机组也是海上规模化风 电建设的首选机型。
本发明提出的立轴巨能及聚能风力热泵与热电厂联产系统可利用其风力机具有的适合建 设领域广泛与适应风力变化方便的优势，实现在其它形态风力机不适应的区域实现该联产系 统的建设，因此其也同样适合单独与建筑物制冷与供暖、干燥、净水等领域配合采用。
图1是立轴巨能风力发电机组的主视结构示意图。
图2是对风导轨盘与滚动轮和驱动迎风逆变板的推拉杆配合的形态示意图。
图3是波浪形迎风逆变板实现迎风与逆风形态变化的示意图，其中图3 (a)是展开迎
风形态与过程的示意图；图3(b)是逆风折叠形态的示意图。
图4是旋转式迎风逆变板实现迎风与逆风的形态变化示意图，其中图4 (a)是展开迎
风形态的示意图；图4 (b)是旋转顺风形态的示意图。
图5是推拉迎风逆变板实现迎风与逆风的形态变化示意图，其中图4 (a)是展开迎风
形态的示意图；图4 (b)是逆风重叠形态的示意图。
图6是由四个旋转风力板十字交叉形态的立轴巨能风力提水机组的俯视结构示意图。
图7是由四个立轴巨能风力机形成的立轴聚能风力发电机组的示意图。
图8是立轴巨能及聚能风力热泵机组参与火力热电厂后的总体形成输出功率流程图表。
图示标记总揽l.立轴；2.塔架；3.旋转风力板；4.迎风逆变板；5.对风导 轨盘 6.滚动轮；7.推拉杆； 8.风轮齿轮；9.传动齿轮；10.传动轴；11.多
发电机系统；12.立轴巨能风力机；13.斜齿轮；14.聚能传动齿轮；15.聚能传动轴; 16.齿轮机箱；17.旋转帽；18.斜拉绳。
具体实施例方式
结合(示意图1、 2、 6)可见，立轴巨能风力发电机组在迎风工作时首先需要测定风力 方向，然后按照风力方向确定调整对风导轨盘5的扁部方向，使其在各个旋转风力板3的运 行位置到达时使其上的迎风逆变板4因为滚动轮6与推拉杆7的配合驱动实现封闭，而对风 导轨盘5的凸部方向则可使旋转风力板3的运行位置到位后展开，其通过安装的推拉弹簧实 现复位，其接近顺风迎风角度时迎风逆变板逐渐展开，到达垂直风力方向后逐渐收縮。
通过上述过程实现旋转风力板因为风力驱动的持续旋转运行，其形成的风力推动旋转 机械出力由旋转风力板带动在其下部与其一体化连接设置的风轮齿轮8旋转，并且带动传动 齿轮9与传动轴10旋转，通过传动轴的传动直接驱动发电机，或驱动多发电机系统11的齿 轮盘旋转，使其共同驱动2个以上数量的发电机形成与风力强度变化的梯级出力能力的适应 性调控。
本发明提供的迎风逆变板的设计形态在实现相同功能的情况下可实现多样化形态设计， 示意图(图3、图4、图5)所示结构可视为常用选择与形态选择举例。
结合示意图(图7)可见，立轴聚能风力发电机组是由2个以上立轴巨能风力机12串 联形成，其通过在各个立轴巨能风力机12传动轴10下端设置的斜齿轮13与纵向方向设置 的聚能传动齿轮14的配合，将各个立轴巨能风力机上形成的出力汇集到聚能传动轴15上， 通过其与发电机或多发电机系统11配合共同形成。
风力热泵与热电厂联产系统的形成与优势
1. 形成方式其有三种主要形态(-)由立轴巨能或立轴聚能风力机提供动力直接驱动热 泵系统压縮机形成压縮式立轴巨能或立轴聚能风力热泵机组。(二)由立轴巨能或立轴聚能风力 发电机组与热泵系统电热装置配合形成吸收式立轴巨能及立轴聚能风力热泵机组。曰由立轴 巨能或立轴聚能风力发电机组的形成电力与热电厂热泵电动机连接转换，再由电动机与热泵 系统压縮机配合形成转换压縮式立轴巨能或立轴聚能风力热泵机组。
压縮式立轴巨能或立轴聚能风力热泵机组由于只能通过热泵工质在系统中循环流动进 行能量的传输或是通过热力管路进行热力的传输，因此其一般用于风机与热电厂距离较近的 配合安装选择。而吸收式和转换压縮式立轴巨能或立轴聚能风力热泵机组可方便通过单设的 输电线路进行长距离连接传输，因此其风力机与热电厂之间的距离可较远，这可方便实现对 风机安装地点的广泛优质选择，因此会更多采用。
2. 应用方式其将上述风力热泵系统装置的热量吸取与热力输出结构与热电厂发电设备 流程中的散热装置与供热系统设备(散热与冷却装置主姜包括冷凝器、冷却循环水系统、 锅炉烟气冷却与其净化等装置；供热装置主要包括热电厂系统加热器、预热器、蒸发器等
装置)配合安装，或在热电厂建设初始即实现一体化共同设计，其可使热电厂总体输出功率
能量=原有数量燃料输出的能量+风电机组的能量+热泵吸收废弃余热的能量(见示意图8)。 3.储能方式在所述的联产热电厂内采用分别单独设置热电厂高、低温度冷却水储水 设施的方式，方便低价地实现风能与热能的储能、蓄能、调控的目的，即当风力减小或消 除的时刻与时间阶段，可通过封闭保存若干个高温冷却水、开放预备的低温冷却水储备池的 方式运行，等待风力强大时刻再开启高温冷却水用于提供风力热泵的吸取供热之用，这可以 最低廉的另类相反的形式实现当前最难解决的风能储备与丰富时刻实现高效利用的问题，从 此热电厂的废弃热量将成为其宝贵资源。 形成优势
(1) 节省投资由巨能风力(发电)机组输入热泵的能量可通过热泵机组对热电厂加热器、 蒸发器的加热过程直接转换成为热电厂的输出能量，因此可使风能直接利用热电厂的输配电 线路输送，这与风电直接入网传输方式比较，可使投资、建设、管理、应用方式极大程
度的节省与减轻。
(2) 简单操作其与风电直接并网传输的形式比较，热泵系统中的巨能风电机组因为只是 提供加热所需的加热电流或实现直流或交流电动机的基本运行，因此无需对输出电力进行 频率、强度、稳定的严格要求与相关设备投入，可使风力利用方式与成本大幅度降低，从 而开拓了风能利用的全新形式与比较效益形成。
(3) 效益巨大广泛分布的超级庞大的立轴巨能及聚能风力机组的形成能量完全可满足 各种设计功率热电厂的调控配合需求，可大幅度节省热力发电过程中的煤炭与其它燃料的 消耗量及其造成的地球温室热量排放程度，可快速大幅提高风力能源的利用水平和其发电 总量的占有比例。
立轴巨能及聚能风力热泵机组还可单独用于建筑物或其它领域的供热、制冷、净水、 干燥。
立轴风力热泵净水应用在当前许多海岛、戈壁、草原，生活饮用水长期供应困难， 军民长期饮用苦咸水。但是采用膜渗透技术进行海水、苦咸水净化，设备投入资金大，维 护费用高，技术要求难，形成效果差，而采用直接蒸发与冷凝的水净化淡化方法就可简单 解决，但采用该方法需要大量的、长期稳定的热力供应来源；而利用戈壁、海岛丰富存在 的风力资源与海水、地热条件建设立轴风力热泵机组形成稳定热源是理想选择。
立轴风力热泵干燥应用各种干燥设备应用广泛，如海产品的干燥、食品、奶粉、 食盐等的干燥，但是采用直接加热干燥的方式能耗巨大，因为其将燃料或电力形成的热量 一次性排放，无法回收再用，而采用热泵干燥系统，尤其是在风能丰富地区采用立轴风力 热泵干燥系统可形成多方面的巨大效益。
权利要求
1、一种立轴巨能风力发电机组，其特征在于其在立轴巨能风力机的中部设置立轴(1)，立轴的下部可同时视作机组的塔架(2)，在立轴的上部设有围绕其旋转的旋转风力板(3)，其多数采用2-4个旋转风力板均匀分布于立轴的周边，特大直径机组旋转风力板采用5-8个均匀分布形态，在各个旋转风力板上排列设置众多个可通过推拉方式一同实现折叠与伸展或旋转展开与旋转顺风等周期性交替动作方式变化的迎风逆变板(4)，在旋转风力板的中心围绕立轴设有能够通过其实现旋转风力板上迎风逆变板在定向定位时刻实现旋转或收缩或伸展变化驱动的对风导轨盘(5)，对风导轨盘的形态是由一侧小于标准圆盘的扁形半圆盘形态的设计，或是采用一侧大于标准圆盘的凸形圆盘形态的设计，其扁凸圆盘小于或大于标准圆盘的规格尺寸差距与迎风逆变板(4)实现折叠与伸展或旋转展开与旋转顺风等动作所需的推拉距离需求相同；在对风导轨盘的边沿一侧设有导轨并且与滚动轮(6)配合设置实现滚动轮的定位运行，迎风逆变板的推拉杆(7)或推拉绳与滚动轮轮轴配合连接，在推拉杆或推拉绳上设置推拉弹簧或由悬挂的重物拉动实现其被对风导轨盘推拉后状态自动回复的驱动；通过上述过程形成的风力机的出力通过风轮齿轮(8)与传动齿轮(9)以及传动轴(10)的配合，将风轮出力传递到在旋转风力板下部或在地面设置的发电机或多发电机系统(11)上实现发电与梯级出力能力调控；其对风导轨盘的方向变化是以风向标为传感器传递信号控制实现自动化调控驱动或配合人工驱动方式控制调控；其在旋转风力板(3)上适当位置设置由微型电机驱动控制的推拉调控结构，实现旋转风力板上部分迎风逆变板或全部迎风逆变板在迎风位置时的敞开操作实现风力机适应风力变化的调控、实现出力能力的调控与制动、实现抵抗台风冲击的调控作用。
2、 一种立轴聚能风力发电机组，其特征在于其是由多个立轴巨能风力机(12)排列 联合设置，然后通过在各个立轴巨能风力机传动轴(10)下端设置的斜齿轮(13)与纵向 方向设置的聚能传动齿轮(14)的配合，将各个立轴巨能风力机上形成的出力汇集到聚能 传动轴(15)上，通过其与发电机或多发电机系统配合形成，立轴巨能风力机在其上部、 中部用横梁连接能够形成框架式的稳定结构，若干个立轴聚能风力发电机组可形成W、 T、 L 等相互依靠的建设方式。
3、 一种立轴巨能及聚能风力热泵机组与热电厂联产系统，其特征在于其由压縮式立 轴巨能及聚能风力热泵机组或吸收式立轴巨能及聚能风力热泵机组或转换压縮式立轴巨能 及聚能风力热泵机组与热电厂联产与共建。
4、 一种立轴巨能及聚能风力热泵机组，其特征在于其三种立轴巨能及聚能风力热泵 形态均能够与建筑物或其它供热、制冷、净水、干燥用途设备配套应用系统设备。
全文摘要
一种立轴巨能及立轴聚能风力热泵与热电厂联产系统，其立轴巨能风力发电机组是由立轴、旋转风力板、迎风逆变板、对风导轨盘形态等主要结构构成，其首次将立轴风力机的运行方式引入风力方向的确定与调控控制；其立轴聚能风力发电机组是由多个立轴巨能风力机排列串联实现联合动力输出共同与多发电机系统配合构成，其与热电厂的联产系统是通过风力热泵参与热电厂余热吸收与转换加热发电的过程形成双向需求效益，从而也使热电厂废弃排放的巨大热能变为宝贵资源并可实现风能储备；并且实现风电开发与输送方式由“电网联产”到“电厂联产”的根本性转变，而用立轴风力热泵与其联产将使该系统应用更加广泛与高效。
文档编号F03D7/06GK101358581SQ200810119889
公开日2009年2月4日 申请日期2008年9月16日 优先权日2008年9月16日
发明者陈晓通 申请人:陈晓通