无阻双控周线风力发电机组的制作方法

一、技术领域

风能是绿色的再生能源，风力发电机是将风能转换成电能的重要机械装置。

二、

背景技术：

1.风能特殊性造成的技术瓶颈

(1)桨叶制造难度上升

风能的密度极低，是同等体积水能的八百分之一左右，为了获得更大的能量，人们往往把风轮做的很大，以得到更多的能量，来推动发电机运转。随着制造风轮直径越来越长，制作风轮的难度也随之增加。

(2)电频偏低严重

我国交电工频50hz，欧州以及东南亚一些国家交电工频60hz。而风轮转动的速度越来越慢，与发电机输出的电能频率要求越来越低。

现有风力发电机为了达到这一要求，通常使用增速箱或采用多级发电机来实现。如果使用了增速箱，在传导过程中消耗的能量约占15％，功率越大、速度比越大、制造的难度就越大，并且增速箱的成本极高，约为同等功率发电机成本的4-7倍；

如果采用多级发电机，发电机定子下线槽、线圈组，就得造的很多，迫使发电机直径造的很大；发电机的直径不是无限增大的，它受到加 工车床和其他现有工艺的制约。

以上两种方式，在小功率、小速比的范围内是可行的，如果在更大功率、更大速比或更多极发电时，现有的设计理念就很难实现了。

三、

技术实现要素：

风电行业中常说的“风轮直径越大，转速越慢”。这里的转速是指物理学中的角速度，但线速度越来越快，如果我们对风轮的线速度加以开发，就可以省略增速箱，使用常规的发电机，就可发出符合工频要求的交流电。

四、附图说明

说明书附图1是《无阻双控周线风力发电机组》整机俯视图。说明书附图2是中心轴侧视剖面图，图2中的13是电力电源电刷上的悬挂支撑架，悬挂支撑该电刷的质量，图2中的12是风力电源电刷上的悬挂支撑架，悬挂支撑该电刷的质量。说明书附图3是风桨叶上承载车的俯视图。说明书附图4是风桨叶承载车上金属板制作的防雨棚内的透视图。说明书附图5是风能吸收墙侧视图，说明书附图6是风能吸收墙上双向安全门的放大图，图6中的1是加固横框。说明书附图7是半环形风能阻挡墙的侧视图。说明书附图8是半环形风能阻挡墙上单向安全门的放大图，图8中的1是加固竖框。

在人烟稀少的海滩、草原、沙漠等区域，在地面上(图2中的1)设置一粗大的中心轴(图2中的4)，在中心轴顶部安放较大的平面轴承转盘(图2中的9)、(图1中的1)在平面轴承转盘的顶面，安装若干组较大的弹簧，(图2中的8)、(图1中的2)长期承载风桨叶(图1中的10)、(图2中的7)、(图3中的8)、(图5中的4)中心根部的 质量。

在中心轴上半部，安装电力电源(图2中的5)的集电环(图2中的2)、风力电源(图2中的6)的集电环(图2中的3)，通过电力电源的集电环(图2中的2)和电力电源的电刷(图2中的10)，输入电力电源。通过风力电源的集电环(图2中的3)和电刷(图2中的11)，输出风力电源(图2中的6)，根据风轮直径的不同，设置若干条直径不同的圆环闭合轨道(图1中的3)，在轨道上不同的地点，均匀地安放承载车(图1中的5、6)、(图5中的3)、(图3中的6)，长期承载风轮上风桨叶(图1中的10)、(图2中的7)、(图3中的8)、(图5中的4)中部和端部的质量。

无阻双控周线风力发电机组，通常一个风轮由四个风桨叶(图1中的10)、(图2中的7)、(图3中的8)、(图5中的4)组成，闭合轨道上的承载车(图1中的5、6)、(图3中的6)、(图5中的3)至少由四辆组成。根据发电机额定转速和承载车额定线速，来选择不同轨道上的承载车，由该承载车(图3中的6)的一端承载发电机质量；另一端承载风桨叶(图1中的10)、(图2中的7)、(图3中的8)、(图5中的4)的质量。在承载车承载风桨叶最近的车轴上(图3中的3)，安装若干组链轮(图3中的5)，在承载车上也安装相匹配的链轮(图4中的16)，两组链轮由链条链接(图3中的4)、(图4中的3)。大发电机(图4中的14)转子的输入端，与离合器(图4中的11)直连，离合器(图4中的11)的另一端与链轮(图4中的16)直连，小发电机(图4中的9)转子的输入端，与离合器(图4中的6)直连，离合器(图4中的6)的另一端与链轮(图4中的16)直连，通过这种装 置将动力传导给大、小发电机。每台离合器均由独立工作的充气泵(图4中的13、8)充气，给气缸(图4中的12、7)提供动力。在小功率发电机链轮附近安装一胶轮(图4中的4)，此胶轮与起动机(图4中的5)衔接，带动起动机。各个发电机的底座(图4中的2)用陶瓷材料与承载车之间做绝缘，顶部、周围用导电良好的金属板做防雨棚(图3中的7)、(图4中的1)、(图5中的6)遮挡雨水，与承载车、(图1中的5、6)、(图3中的6)、(图5中的3)、环形闭合轨道(图1中的3)、(图3中的1)、(图5中的2)、大地(图5中的1)形成良好的导电通路，一旦有雷电袭击，可将雷电迅速送入地下。无阻双控周线风力发电机组，小功率发电机4台，大功率发电机4台，合计8台。各个发电机转速一致，相序一致，频率一致，为相互间并网提供了条件。各个承载车上的发电机通过单独工作，或不同功率组合工作，构成某一时段与风能功率相同或相近的发电功率，可最大效率地利用风能。一般小功率与大功率的比为1∶2，组合后投入的发电机总功率是单台最小发电机功率的12倍。

无阻双控周线风力发电机组的风轮半径(图1中的11)一半的距离等于或接近该风桨叶弯曲度半径(图1中的12)的距离时；经多次试验证明：可有效地消除因风轮的转动所引起的周期性震荡。风桨叶(图1中的10)、(图2中的7)、(图3中的8)、(图5中的4)采用钢架桥梁结构，根据发电机组总功率的大小，在风桨叶上安装高度(图5中的7)和长度(图5中的8)相适应的风能吸收墙(图5中的7与图5中的8相乘之积面积的区域)，在风能吸收墙上，安装不同开启强度的双向安全门(图5中的5)、(图6中的5)，自中心轴向四周端部伸展， 由弱向强依次排列。每一双向安全门，在水平长度大约三分之一与三分之二交汇处，上下两端均安装转轴(图6中的2)和正反两组不同转动方向的弹簧(图6中的3、4)。风速在额定功率范围时，安全门处于关闭状态，阻挡风能的流失，用于发电。当风速超出额定功率时，风力超过弹簧弹力时，开启双向安全门(图5中的5)、图6中的5)，并根据超出的多少，开启不同的角度，将多余的风能尽快释放，以确保安。

在风桨叶(图1中的10)、(图2中的7)、(图3中的8)、(图5中的4)端部以外的地面上，再设置一条圆环闭合轨道(图1中的4)、(图7中的5)，在一半圆环闭合轨道上，设置若干辆承载车(图1中的7)、(图7中的4)，并均匀分布，根据发电机组总功率的大小，在承载车(图1中的7)、(图7中的4)上，安装高度(图7中的6)和长度(图7中的7)相适应的半环形风能阻挡墙(图1中的8)、(图7中6与图7中的7相乘之积面积的区域)，其墙壁的建造通常使用彩钢板(图7中的1)，遮挡风能，从半环形风能阻挡墙端口处，后移30度(图7中的角8)起，至120度(图7中的角9)区域内，安装单向安全门(图7中的3)、(图8中的4)。每一单向安全门(图7中的3)、(图8中的4)，由转轴(图8中的2)和弹簧(图8中的3)组成。风速在额定功率范围时，在弹簧(图8中的3)弹力的作用下，安全门处于关闭状态，阻挡风能的流失，用于发电。当风速超出额定功率时，风力超过弹簧弹力，在风桨叶阻力臂(图1中的14)一侧开启单向安全门，让风桨叶的转速降低，使发电机的转速恢复到额定转速；有效地泄峰，同时也保证了半环形风能阻挡墙(图1中的8)、(图7 中的6与图7中的7相乘之积面积的区域)的自身安全。

承载车(图1中的7)、(图7中的4)长期承载半环形风能阻挡墙(图1中的8)、(图7中的6与图7中的7相乘之积面积的区域)，各个承载车延着圆环闭合轨道(图1中的4)、(图7中的5)，能同时动作进行正转或反转，可调节进入风浆叶(图1中的10)、(图2中的7)、(图3中的8)、(图5中的4)风能的流量。

在半环形风能阻挡墙(图1中的8)、(图7中的6与图7中的7相乘之积面积的区域)中部的顶端，设置风向标(图1中的9)、(图7中的2)。

五、具体实施方式

1利用风力，调节风向标(图1中的9)、(图7中的2)，

此时此刻使风向标的方向与风的方向保持一致。

2根据风的方向与半环形风能阻挡墙(图1中的8)、(图7中的6与图7中的7相乘之积面积的区域)所处的位置，由风向标发出指令，让其承载车正转或反转，使半环形风能阻挡墙完全处在风桨叶阻力臂(图1中的14)一侧，让风桨叶动力臂(图1中的13)一侧，最大限度的接受风能，而后立即锁定防止溜车。

3在风能的作用下风桨叶(图1中的10)、(图2中的7)、(图3中的8)、(图5中的4)缓缓转动，承载车上的链轮(图3中的5)、(图4中的16)也缓缓转动，胶轮(图4中的4)上的起动机(图4中的5)同样开始转动。当转速接近额定转速时，起动机发出启动信号，利用承载车上的电力电源，图2中的5)使小功率发电机(图4中的9)上的充气泵(图4中的8)工作，压缩空气进入气缸(图4中的7)产生动力， 离合器(图4中的6)开始闭合，带动小功率发电机(图4中的9)工作，缓缓发出交流电。电压、电流、频率等参数达到技术要求时，断路器闭合(图4中的10)，向风力电源(图2中的6)开始供电。

4当风速增大，使发电机的电压、电流、频率参数超过额定允许值时，半环形风能阻挡墙(图1中的8)、(图7中的6与图7中的7相乘之积面积的区域)的承载车(图1中的7)(图7中的4)电解锁，各个承载车同时向风桨叶动力臂(图1中的13)一侧转动，而后立即锁定防止溜车，完成一次调节；半环形风能阻挡墙(图1中的8)、(图7中的6与图7中的7相乘之积面积的区域)阻挡风能的流量，经延时一段后(大约5、6分钟)，使发电机的电压、电流、频率参数逐渐恢复到额定允许值时，停止调节。未达到调节要求时，应再次调节，直至符合要求。

5经过数次调节，被阻挡的风能功率，如果超过即将投入的大功率发电机(图4中的14)的功率时，此时启动大功率发电机上的充气泵(图4中的13)，使充气泵工作，压缩空气进入气缸(图4中的12)产生动力，离合器(图4中的11)开始闭合，带动大功率发电机工作，断路器(图4中的15)闭合，向风力电源(图2中的6)供电，当大功率发电机的功率达到65％左右时，让小功率发电机(图4中的9)离合器(图4中的6)上的气缸(图4中的7)失电排气，离合器分离，发电机失去动力后断路器(图4中的10)断开，将切出发电系统。

6当风速再次增大时，大、小功率发电机的工作投入程序与上述相同。大、小功率发电机合计8台，如果全部投入工作时，无阻双控周线风力发电机组将达到满负荷发电。此时的总功率是单台小发电机功率的 12倍。

7当风速继续增大乃至台风袭击时，除了启动承载车(图1中的7)、(图7中的4)，调节半环形风能阻挡墙(图1中的8)、(图7中的6与图7中的7相乘之积面积的区域)外，在风力的作用下，还应开启单向安全门(图7中的3)、(图8中的4)和双向安全门双(图5中的5)、(图6中的5)，尽快泄漏多余的风能，以保证发电设备的自身安全和平稳发电。

8当风速减小，不能满足发电机组的功率要求时，半环形风能阻挡墙(图1中的8)、(图7中的6与图7中的7相乘之积面积的区域)的承载车(图1中的7)、(图7中的4)电解锁，各个承载车同时向风桨叶阻力臂(图1中的14)一侧转动，而后立即锁定防止溜车，完成一次调节；半环形风能阻挡墙的转动，增大了风能的流量，经延时一段后(大约5、6分钟)，使发电机的电压、电流、频率参数逐渐恢复到额定允许值时，停止调节。未达到调节要求时，应再次调节，直至符合要求。

9经过数次调节，半环形风能阻挡墙(图1中的8)、(图7中的6与图7中的7相乘之积面积的区域)已完全处在风桨叶(图1中的10)、(图2中的7)、(图3中的8)、(图5中的4)阻力臂(图1中的14)一侧，使风桨叶动力臂(图1中的13)一侧，最大限度的接受风能，但风能的功率仍然低于发电机组的功率要求时，首先让小功率发电机(图4中的9)离合器(图4中的6)上的气缸(图4中的7)失电排气，离合器分离，发电机失去动力后，断路器(图4中的10)断开，将切出发电系统。

10当风速再次减小时，让大功率发电机(图4中的14)离合器(图4中的11)上的气缸(图4中的12)失电排气，离合器分离，发电机失去动力后，断路器(图4中的15)断开，将切出发电系统。

11当风速继续减小时，大、小功率发电机的工作切出程序与上述相同。大、小功率发电机合计8台，如果全部切出工作时，此时的总功率为零，无阻双控周线风力发电机组将完全处于待机状态。

风速是复杂多变的，不会由零依次逐渐增大到台风级或由台风级依次逐渐减小到零，在增大的过程中会减少，在减少的过程中会增大，发电机组的控制系统应根据不同情况，做相应的调节，平稳过渡，使风能得到最大限度的利用。

六、产品特性

1无阻双控周线风力发电机，是在世界大功率风力发电机受到技术瓶颈的时刻诞生的，是在无阻双控垂直风力发电机的基础上发展起来的，是无阻双控垂直风力发电机升华的产物，替代的产品；不仅具备防雷电袭击、防台风袭击、完全消除了折断倒塌的事故、提高了工作效率、还能将风轮直径扩展到几公里乃至几十公里，使发电机的容量扩展到几百兆，真正实现“空中三峡”的愿望.

2无阻双控周线风力发电机组，风轮直径越大，应用的材料越多、质量越大，运动起来时，其蕴含的动能就越大；承载车的周线运动轨迹即圆环闭合轨道(图1中的3)、(图3中的1)、(图5中的2)就越接近直线，轮缘(图3中的2)与圆环闭合轨道的摩擦力越小，其动能的损耗就越小。因此大型无阻双控周线风力发电机组，具有储能特性， 可拟补风能间歇的缺陷，有效的减少频繁并网、离网的次数。

3此发电机组，除各个能转动的部件、轴承、链轮和挡风的彩钢板，需定期检查、更换外，主体钢架桥梁部件、轨道，其使用寿命可达数百年，其发电成本，千瓦时均摊才几分钱。

4任何一项技术的发明、发展都是在某一领域的基础上兴起的，都要依赖于现有的工业技术来实现；此项技术的发明同样如此，它完全可以借用铁路技术，铺设铁路来充当圆环闭合轨道，利用铁路大吨位的平板货车，来充当承载车；如果此项技术与我国当今高铁技术的有机结合，此项产品，将成为我国对人类的又一贡献。