利用隧道风能的发电装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及风力发电技术，特别涉及一种利用隧道风能进行发电的装置。
【背景技术】
[0002]近些年来，中国动车、高铁发展迅速，铁路覆盖率、通车率大幅提高。但由于我国地形较为复杂，很多线路都设计有多条隧道，隧道附近的风能十分可观，不仅有在建造隧道时为保证通风情况的自然风，还有火车在通过隧道时产生的强烈活塞风，但这些风能却一直没有被利用起来。隧道自然风的大小除了自然条件外，一般还要通过优化设计参数予以保障，主要参数包括隧道出口和入口的高度差H、隧道长度L隧道的水力直径D等，通常可以保证隧道自然风大于5m/s。活塞风是列车高速通过隧道时，由于空气动力学因素产生的，风速大小与列车长度It、列车阻力系数N、列车速度ντ、隧道内自然风速^等有关。对于速度V1^ 200km/h的列车，其产生的活塞风通常可以达到10m/S以上。由于隧道通常都是双向通行的，活塞风另一个特点是方向变化无常。由此可见铁路隧道风能除了具有相当的利用价值外，还存在着风速变化大的特点。
[0003]目前风力发电机系统中，负责风能转换机械能的风力机，根据风力机轴与风向的关系，分为垂直轴风力机和水平轴风力机。垂直轴风力机的特点是风力机轴与风向垂直，通常垂直安装就可以用于不同方向风力发电，不需要严格的方向要求，具有结构简单成本低的特点，适用于风向变化比较大的场合。垂直轴风力机又分为H型、S型、Φ型，他们各自具有不同的特点:S型风力机起动性能好但起动转矩大转速低，属于低风速启动的风力机，通常风速大于3m/s就可以启动运转，但转换效率不理想；H型风力机风剪作用小发电效率高但起动性能差，属于高风速启动的风力机，具有较高的转换效率，可以适用于风速大于1m/s的发电系统。水平轴风力机需要安装时风力机轴与方向平行，才能发挥最大的效率，通常需要配置风向跟踪调节装置，系统结构复杂，成本高，不适合用于隧道风力的发电系统。
[0004]据检索，现有公开号为CN2758515的一种组合式垂直轴风力发电机，涉及一种组合式垂直轴风力发电机，属于风力发电技术领域。为了解决了一般垂直轴风力发电机起动性能差的问题，将S型风力机与垂直轴风力机进行组合，创造出一种组合式垂直轴风力发电机。该专利只是单纯的将H型风力机与S型风力机结合，降低了起动风速，但高风速时S型风力机达不到最大的发电效率，风能利用率不高。
[0005]又有公开号为CN103174584A的新型自起动式Darrieus-Savonius组合式垂直轴风力机，包括S型风力机、超越离合器、发电机、D型风力机和若干立杆。其公开的技术方案主要缺点是:在低风速时靠S型风力机带动D型风力起动，这样在低风速下强制起动D型风力机不但不会对发电量带来帮助，而且由于S型风力机带动D型风力机一起转动，增加了系统阻力和损耗，影响了此时S型风力机的发电效率，致使低风速发电效率低下，而低风速的情况在隧道风能应用场合在时间上所占比例较大。而且当S型风力机带动D型风力机起动后，超越离合器使S型风力机对发电机的作用中断，不参与发电工作，降低了风能利用率。【实用新型内容】
[0006]本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种利用隧道风能的发电装置，采用低速风力机和高速风力机组合发电，提高发电效率。
[0007]本实用新型解决所述技术问题，采用的技术方案是，利用隧道风能的发电装置，包括第一风力机、第二风力机和发电机，所述第一风力机与第二风力机同轴安装，其间通过超越离合器连接，所述第一风力机轴穿过超越离合器内环与发电机主轴连接固定，所述第一风力机轴与超越离合器内环同步转动，所述第二风力机带动超越离合器外环转动，并通过超越离合器带动发电机主轴转动，所述超越离合器在低风速时内环与外环处于脱离状态，在高风速时内环与外环处于联动状态，所述第一风力机为低风速启动的风力机，所述第二风力机为高风速启动的风力机。
[0008]具体的，所述超越离合器为楔形超越离合器。
[0009]具体的，所述第一风力机为S型风力机。
[0010]进一步的，所述S型风力机风轮上安装有5片叶片。
[0011]进一步的，所述叶片为135°的圆弧形叶片。
[0012]具体的，所述第二风力机为H型风力机。
[0013]进一步的，所述H型风力机风轮上安装有5片叶片。
[0014]进一步的，还包括电能储存系统，所述电能储存系统与发电机连接。
[0015]具体的，所述电能储存系统包括依次连接的整流器、直流升压模块、蓄电池和/或超级电容器。
[0016]本实用新型的有益效果是，发电装置非常适合隧道风能的特殊场合，充分利用隧道风能进行发电，特别是提高了多数时间的低风速隧道自然风发电效率，并且充分利用了列车通过是产生的高速活塞风进行高效率发电。
【附图说明】
[0017]图1是实施例的结构示意图；
[0018]图2是超越离合器连接结构示意图；
[0019]图3是S型风力机叶片布局结构示意图；
[0020]图4是H型风力机叶片支架结构示意图；
[0021]图5是电能储存系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图及实施例，详细描述本实用新型的技术方案。
[0023]本实用新型利用隧道风能的发电装，包括第一风力机、第二风力机和发电机。第一风力机和第二风力机同轴安装，其间通过超越离合器连接。第一风力机轴穿过超越离合器内环与发电机主轴连接固定，第一风力机轴与超越离合器内环同步转动。第二风力机带动超越离合器外环转动，并通过超越离合器带动发电机主轴转动。超越离合器在低风速时内环与外环处于脱离状态，在高风速时内环与外环处于联动状态。第一风力机为低风速启动的风力机，所述第二风力机为高风速启动的风力机。本实用新型在无列车通过时，可以利用隧道的自然风进行发电。由于此时风速较低，高风速启动的第二风力机机达不到起动风速无法转动，但自然风可以带动起动风速较小的第一风力机起动发电。有列车通过时，利用列车高速通过时产生的较大风力，带动起动风速大，风能利用率高的第二风力机转动，并通过与风力机叶片支架连接的轴套，使超越离合器外环高速转动，带动此时正在低速转动的与超越离合器内环相连的主轴，实现高风速下的高效率发电。通过合理选择第一风力机和第二风力机的叶片数量和结构，可以在高风速下降低发电机系统的阻力和动力损耗。
[0024]本实用新型发电机主轴旋转时，产生三相交流电，输入电能储存系统存储起来，并通过供电端口与用电设备连接。电能储存系统由整流器、直流升压模块、蓄电池和/或超级电容器构成。
[0025]实施例
[0026]本例利用隧道风能的发电装置，结构如图1所示，包括第一风力机1、第二风力机6和发电机7。第一风力机I采用S型风力机，第二风力机6为H型风力机。S型风力机和H型风力机同轴安装，其间通过楔形超越离合器3相连。S型风力机轴穿过楔形超越离合器3内环与发电机7主轴2连接固定，如图2所示，该主轴2也是S型风力机轴。发电机7通过连接件8安装在底座9上，并固定在底板10上。本例发电装置考虑到H型风力机的纵向长度比较大，采用了两个楔形超越离合器，其内环套装在S型风力机轴上，外环则分别与H型风力机的两个叶片支架连接。
[0027]本例S型风力机由上底板la、下底板Ib和中间的圆弧叶片Ic组成，五个135度的圆弧叶片Ic以上底板Ia和下底板Ib的圆心为中心均匀分布，每个圆弧相距72度，如图3所示。下底板Ib的圆心处与主轴2的上端面相连，主轴2与两个楔形超越离合器3a、3b的内环固定，两个楔形超越离合器3a、3b锁定方向一致。楔形超越离合器3a、3b的外环与轴套4的上下内表面固定，轴套4的上端面与H型风力机叶片支架5a相连，下端面与H型风力机叶片支架5b相连，H型风力机叶片支架如图4所示。五个H型风力机叶片6a、6b、6c、6d、6e安装在两个叶片支架5a、5b上。主轴2下端连接发电机7。本例电能储存系统位于与发电机相连的连接件8上方及与连接件8下方相连的底座9与底板10内。
[0028]电能储存系统与发电机7输出的交流电，通过整流器11分别连接指示灯12、发电检测接口 13以及LM2596直流升压模块14。在LM2596直流升压模块14电压输出端口连接12V蓄电池15，12V蓄电池15的输出端口连接电源输出接口 16。参见图5。本实用新型的蓄电池也可以换成超级电容器，用于电能储存。
【主权项】
1.利用隧道风能的发电装置，包括第一风力机、第二风力机和发电机，所述第一风力机与第二风力机同轴安装，其间通过超越离合器连接，所述第一风力机轴穿过超越离合器内环与发电机主轴连接固定，所述第一风力机轴与超越离合器内环同步转动，所述第二风力机带动超越离合器外环转动，并通过超越离合器带动发电机主轴转动，所述超越离合器在低风速时内环与外环处于脱离状态，在高风速时内环与外环处于联动状态，所述第一风力机为低风速启动的风力机，所述第二风力机为高风速启动的风力机。2.根据权利要求1所述的利用隧道风能的发电装置，其特征在于，所述超越离合器为楔形超越离合器。3.根据权利要求1所述的利用隧道风能的发电装置，其特征在于，所述第一风力机为S型风力机。4.根据权利要求3所述的利用隧道风能的发电装置，其特征在于，所述S型风力机风轮上安装有5片叶片。5.根据权利要求4所述的利用隧道风能的发电装置，其特征在于，所述叶片为135°的圆弧形叶片。6.根据权利要求1所述的利用隧道风能的发电装置，其特征在于，所述第二风力机为H型风力机。7.根据权利要求6所述的利用隧道风能的发电装置，其特征在于，所述H型风力机风轮上安装有5片叶片。8.根据权利要求1?7任意一项所述的利用隧道风能的发电装置，其特征在于，还包括电能储存系统，所述电能储存系统与发电机连接。9.根据权利要求8所述的利用隧道风能的发电装置，其特征在于，所述电能储存系统包括依次连接的整流器、直流升压模块、蓄电池和/或超级电容器。
【专利摘要】本实用新型涉及风力发电技术。本实用新型公开了一种利用隧道风能的发电装置，包括第一风力机、第二风力机和发电机，所述第一风力机与第二风力机同轴安装，其间通过超越离合器连接，所述第一风力机轴穿过超越离合器内环与发电机主轴连接固定，所述第一风力机轴与超越离合器内环同步转动，所述第二风力机带动超越离合器外环转动，并通过超越离合器带动发电机主轴转动，所述超越离合器在低风速时内环与外环处于脱离状态，在高风速时内环与外环处于联动状态，所述第一风力机为低风速启动的风力机，所述第二风力机为高风速启动的风力机。本实用新型采用低速风力机和高速风力机组合发电，提高了发电效率。
【IPC分类】F03D9/02, F03D3/06, F03D11/00, F03D3/02
【公开号】CN204716464
【申请号】CN201520342011
【发明人】张祖涛, 张兴田, 王庆昕, 肖炼, 何满江, 郭昊, 徐欣, 孙雪峰, 潘宏烨
【申请人】西南交通大学
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年5月25日