风力机驱动的空气压缩系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种风力机驱动的空气压缩系统，属于风能利用【技术领域】。所述风力机驱动的空气压缩系统包括风力机和空气压缩设备，所述风力机包括增速箱，空气压缩设备包括多个空气压缩机和储气容器，增速箱的多个输出轴分别驱动多个空气压缩机以将常压空气进行压缩并存储到储气容器中。本实用新型提供的系统能够充分利用风能，风能转换为压缩空气能的效率高，有效风速范围大。
【专利说明】风力机驱动的空气压缩系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种风力机驱动的空气压缩系统，属于空气压缩【技术领域】。
【背景技术】
[0002]图5是现有技术中提供的一种风力压缩空气储能系统，风力压缩空气储能系统包括垂直轴风机201、CVP无级变速器204、飞轮205、电磁离合器206、往复式空压机207以及压力气体储存装置208，风机通过CVP无级变速器驱动飞轮，飞轮通过电磁离合器实现与空压机的离合，风机通过无级变速器将采集的风能传递给飞轮蓄能，飞轮和空压机的合离分别实现驱动空压机和再蓄能，在蓄能初期，CVP无级变速器实现降速增距，随后，CVP无级变速器实现增速。电子控制器203实现对CVP无级变速器和电磁离合器的控制。但是该现有技术的缺点是:只采用了一个大功率空气压缩机，在风速较小时，空气压缩机不工作，白白将风能损失掉。
【发明内容】
[0003]为克服现有技术中存在的缺点，本实用新型的目是提供一种风力机驱动的空气压缩系统，其能够充分利用风能，风能转换为压缩空气能的效率高，有效风速范围大。
[0004]为实现所述发明目的，本实用新型提供一种风力机驱动的空气压缩系统包括风力机和空气压缩设备，所述风力机包括增速箱，空气压缩设备包括多个空气压缩机和储气容器，增速箱的多个输出轴分别驱动多个空气压缩机以将常压空气进行压缩并存储到储气容器中。
[0005]优选地，增速箱的输出轴通过连轴器和/或气动离合器与空气压缩机相连。
[0006]优选地，所述储气容器包括多个，其中一个为塔筒，还有一个为储气罐。
[0007]优选地，所述增速箱的另一部分输出轴驱动发电机以产生电能。
[0008]优选地，风力机驱动的空气压缩系统还包括气动刹车装置，所述气动刹车装置制动增速箱的输出轴。
[0009]优选地，风力机驱动的空气压缩系统还包括偏航系统，所述偏航系统利用压缩空气进行控制。
[0010]优选地,偏航系统包括偏航齿轮和液压马达，所述液压马达的输出轴与偏航齿轮相齿合。
[0011]优选地，偏航系统还包括气动液压缸、电磁换向阀，所述气动液压缸用于与液压马达进行油循环，所述储气罐通过管路与电磁换向阀连接。
[0012]优选地，风力机驱动的空气压缩系统还包括控制器和风速风向传感器，控制器根据风速风向传感器所传递的信号控制电磁换向阀的工作状态。
[0013]优选地，气动离合器和气动刹车装置通过一个多级离心开关控制。
[0014]优选地，空气压缩设备包括下列压缩机的一种或者几种:活塞式空气压缩机、螺杆式空气压缩机和离心式空气压缩机。
[0015]与现有技术相比，本实用新型提供的风力机驱动的空气压缩系统，采用多个功率较小空气压缩机代替大功率空气压缩机，在风能较大时，利用离合器使多个空气压缩机均与增速箱的输出轴相连，以增加风力机的负载，从而将风能转换为压缩空气能存储起来，在风速较小时，利用离合器使较少个空气压缩机与增速箱的输出轴相连，以减小风力机的负载，也将风能转换为压缩空气能存储起来，如此提高了风能的利用率，有效风速范围大。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型第一实施例提供的大功率风力机来驱动空气压缩机的整体示意图；
[0017]图2是本实用新型第一实施例提供的大功率风力机来驱动空气压缩机的详细示意图；
[0018]图3是本实用新型第二实施例提供的三级离心气动开关的截面示意图；
[0019]图4是本实用新型第二实施例提供的大功率风力机来驱动空气压缩机的详细示意图；
[0020]图5是现有技术中提供的一种风力压缩空气储能系统。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图详细说明本实用新型。相同的附图标记表示相同或者相似的部件。
[0022]第一实施例
[0023]图1是本实用新型第一实施例提供的大功率风力机来驱动空气压缩机的整体示意图。如图1所示，本实用新型提供的大功率风力机来驱动空气压缩机包括风力机81、机舱82、塔筒64和地基68，其中，塔筒64设置在地基之上，其下部设置有维修门66，塔筒64内部设置有储气罐69，侧壁外设置有爬梯63 ;机舱82设置在塔筒64之上。风力机用于将风能转换为机械能，并驱动机舱内的空气压缩设备以将常压空气压缩成高压空气并储存在储气罐69中，储气罐69上端设有密封上盖62，密封上盖62的中央设置有通孔，所述通孔通过连接法兰61与旋转导气接头55连接，密封上盖62偏离中心的地方还设置有维修密封门58 ;储气罐69下端设有密封下盖67,密封下盖67偏离中心的地方还设置有维修密封门65。旋转导气接头55与机舱内的空气压缩设备连接。
[0024]图2是本实用新型第一实施例提供的大功率风力机来驱动空气压缩机的详细示意图。如图2所示，本实用新型提供的大功率风力机来驱动空气压缩机包括风力机81、发电设备和空气压缩设备、机舱82和塔筒，其中，风力机81包括风叶1、轮毂盘、输出轴2和增速箱7，风叶I为三个，三个风叶均匀地设置在轮毂盘上、输出轴2沿轴线设置在轮毂盘的中心上；输出轴2设置在轴承瓦座3上并通过联轴器5与增速箱7的输入轴相连。空气压缩设备包括空气压缩机23、空气压缩机24、空气压缩机25、储气罐35和储气罐69，其中，空气压缩机23、空气压缩机24、空气压缩机25和储气罐35设置在机舱内。增速箱7具有三个高速输出轴8、10和12，高速输出轴8与空气压缩机23的驱动轴依次通过联轴器14、离合器I 5和联轴器17相连,离合器I 5为气动离合器,其进气口通过电磁换向阀16与储气罐35相连。高速输出轴10与空气压缩机24的驱动轴依次通过联轴器19、离合器20和联轴器21相连,离合器20为气动离合器,其进气口通过电磁换向阀18与储气罐35相连。输出轴12的一端和空气压缩机2 5的驱动轴通过联轴器22相连,高速输出轴12的另一端通过联轴器6连接有发电机4，以产生电能，所述电能存储于法拉电容组47中以供系统使用。图中示例性地示出，高速输出轴10上还安装有刹车盘11，所述刹车盘用气动刹车器9制动，气动刹车器9通过电磁换向阀13与储气罐35相连。发电机4和法拉电容组47也设置在机舱内。空气压缩机23、空气压缩机24、空气压缩机25分别经单向阀26、单向阀28和单向阀29接入总气管30 ;总气管30经旋转导气接头连接于储气罐69，总气管30还经单向阀27连接于储气罐35。
[0025]风力机驱动的空气压缩系统还包括偏航系统，所述偏航系统利用压缩空气进行控制。偏航系统包括偏航齿轮54、液压马达57和液压马达53，机舱的下部中央设置有轴，该轴通过万向节56连接于储气罐69顶部的中央设置的旋转导气接头55上，旋转导气接头55的上端通过法兰盘60与万向节56相连，下端通过法兰盘61与储气罐69顶部相连；输出轴沿轴向嵌入偏航齿轮54的中心；万向节56穿过偏航齿轮54中央的通孔。万向节56的上部通过法兰盘59连接于机舱下部的安装底座52上。所述液压马达57、液压马达53分别连接有小齿轮71和70，所述小齿轮71和70均能够与偏航齿轮54相啮合。所述液压马达57通过油路50与气动液压缸33相连，气动液压缸33的进气口通过电磁换向阀31与储气罐35相连。所述液压马达53通过油路51与气动液压缸34相连，气动液压缸34的进气口通过电磁换向阀32与储气罐35相连。所述气动液压缸用于与液压马达进行油循环，所述油为高压油。
[0026]风力机驱动的空气压缩系统还包括PLC控制器42、风速传感器40和风向传感器41,控制器根据风速传感器40所传送的信号控制电磁换向阀13、电磁换向阀16、电磁换向阀18，根据风向传感器41传送来的信号控制电磁换向阀31和电磁换向阀32的工作状态。
[0027]所述空气压缩机可以是螺杆式空气压缩机、离心式空气压缩机或者，气缸式空气压缩机，还可以是现有技术中任何一种空气压缩机。
[0028]本实用新型的工作过程如下:
[0029]风力机旋转,带动增速箱的输入轴旋转,增速箱的高速输出轴12旋转，发电机4产生的电能存储到法拉电容组47中，空气压缩机25将常压空气压缩成高压空气并存储到存储容器35中。风力机工作一段时间后，法拉电容组47中存储了一定量的电量，存储容器35中的压缩空气达到设定的压力，此后，进入正常的工作。法拉电容组47给控制器42、风速传感器40和风向传感器41提供电能，风速传感器40探测环境风速并将风速信号转换为电信号传送给控制器42，风向传感器41探测环境风向并传送给控制器42，控制器42根据风向传感器41所传送来的信号控制电磁换向阀31和32的工作状态，当与风叶相连的轴2不平行于风向时，控制器42给电磁换向阀31和电磁换向阀32提供控制信号,使电磁换向阀31中的进气口与储气罐35接通，使电磁换向阀32的进气口与储气罐35不接通，接通压缩空气的液压气缸33驱动通过油路与其相连的液压马达57工作以带动与其相连的小齿轮71旋转，小齿轮带动偏航齿轮54顺时针旋转；偏航齿轮54旋转带动机舱82转动以使连接于风叶的轴2平行于风向。或者控制器42给电磁换向阀31和电磁换向阀32提供控制信号，使电磁换向阀32的进气口与储气罐35接通，电磁换向阀31的进气口与储气罐35不接通，接通压缩空气的液压气缸34驱动通过油路与其相连的液压马达53工作以带动与其相连的小齿轮70逆时针旋转，小齿轮70带动偏航齿轮54旋转；偏航齿轮54旋转带动机舱82转动以使连接于风叶的轴平行于风向。
[0030]控制器42根据风速传感器所传送来的信号控制电磁换向阀13、电磁换向阀16、电磁换向阀18的工作状态,当风速小于第一设定值值时,控制器给电磁换向阀13、电磁换向阀16和电磁换向阀18提供信号，电磁换向阀13、电磁换向阀16和电磁换向阀18的充气口与排气口接通，使气动刹车9、离合器15、离合器20与具有设定压力的压缩空气源均不接通，空气压缩机器23和24均不工作，气动刹车9也不制动，只有发电机4和空气压缩机25工作，发电机4产生电能并将电能存储到法拉电容组47，空气压缩机25将压缩空气进行压缩并存储到储气容器中。当风速大于或者等于第一设定值而小于第二设定值时，控制器给电磁换向阀13、电磁换向阀16和电磁换向阀18提供信号，使电磁换向阀13和电磁换向阀16的充气口与排气口接通，气动刹车9、使离合器15与设定压力的空气源均不接通，使电磁换向阀18的进气口与充气口接通，离合器20与设定压力的空气源均接通，气动刹车9不制动，空气压缩机23不工作，只有发电机4、空气压缩机24和空气压缩机25工作，空气压缩机24和空气压缩机25将压缩空气进行压缩并存储到储气容器中。当风速大于或者等于第二设定值而小于第三设定值时，控制器给电磁换向阀13、电磁换向阀16和电磁换向阀18提供信号，使电磁换向阀13的充气口与排气口接通，气动刹车9与设定压力的空气源均不接通，使电磁换向阀18和电磁换向阀的进气口与充气口接通，离合器15和20与设定压力的空气源均接通，气动刹车9不制动，只有发电机4、空气压缩机23、空气压缩机24和空气压缩机24工作，发电机发电将电能存储到法拉电容组47，空气压缩机23、空气压缩机24和25将压缩空气进行压缩并存储到储气容器中。当风速大于或者等于第三设定值时，控制器给电磁换向阀13、电磁换向阀16和电磁换向阀18提供信号，它们的进气口与充气口均接通，气动刹车9与、离合器15和离合器20与设定压力的空气源均接通，气动刹车制动刹车盘11，使增速箱的各个高速输出轴的速度减速。发电机4、空气压缩机23、空气压缩机24和空气压缩机24工作，发电机发电将电能存储到法拉电容组47，空气压缩机23、空气压缩机24和25将压缩空气进行压缩并存储到储气容器中。
[0031]第二实施例
[0032]图3是本实用新型第二实施例提供的三级离心气动开关的轴向截面图。如图3所示，本实用新型提供的三级离心气动开关包括圆筒形阀体103和直径等于圆筒形阀体内径的圆柱形阀芯101，还包括球体112和内径略大于圆柱形阀芯101的直径的圆形套筒102，阀芯101的长度大于阀体103的长度，并设置在阀体103内；套筒102套在阀芯上并设置在阀体之上的位置；球体112与两根等长的第一绳索114和第二绳索113连接，第一绳索114的第一端连接于阀芯101的上端，第二端连接于球体112上；第二绳索113的第一端连接于套筒102的上端，第二端连接于球体112上。
[0033]沿阀芯101的下部设置了深度依次递减的4个环形凹槽104、107、109和110，阀芯的上部设置了环形的储气筒117，第一个环形凹槽104通过一个沿轴向设置的气管118与储气筒117连通，在阀体上与该环形凹槽104相对应的地方设置了气孔105 ;第二个环形凹槽107通过一个沿轴向设置的气管119与储气筒117连通，在阀体上与该环形凹槽107相对应的地方设置了气孔106 ;第三个环形凹槽109通过一个沿轴向设置的气管(图中未示)与储气筒117连通，在阀体上与该环形凹槽109相对应的地方设置了气孔108 ;第四个环形凹槽110通过一个沿轴向设置的气管(图中未示)与储气筒117连通，在阀体上与该环形凹槽109相对应的地方设置了气孔111 ;与第二个环形凹槽、第三个环形凹槽、第四个环形凹槽分别相连通的气管沿阀芯的轴向设置，并沿周向相隔一定的角度，如15度，30度等，且它们离阀芯的轴心的距离依次递增；气孔105用于输入压缩空气，气孔106、108和111用于输出压缩空气。沿阀芯的径向对应于第二个环形凹槽、第三个环形凹槽、第四个环形凹槽分别相连通的气管的位置分别设置了三个圆柱形凹槽以嵌入压簧开关，三个圆柱形凹槽沿阀芯的轴向等间隔分布，沿阀芯的周向等间隔分布，并均位于阀体之上的位置。
[0034]压簧开关包括一个支架122、一个弹簧121和一个弹性定位片123，支架下部为圆筒、上部为球形，沿支架径向在支架上部设置了凹口，沿支架径向在支架的下部设置了与气管等半径的通孔120 ;弹簧设置在支架下部的圆筒内，弹性定位片123的一端设置在支架上部的凹口内，另一端固定在阀芯上。
[0035]阀体的轴116连接三个水平的风叶，当风吹动风叶时，风叶带动轴116和阀体101旋转，阀体101带动球体112旋转，随着风速增大，风叶旋转加快，球体112旋转半径加大，球体112拉动套筒102沿阀芯向上移动，当套筒102移动到最下面的那个压簧开关之上时，用于控制与第二个环形凹槽连通的气管的压簧开关由于弹簧的弹性向外移动，通孔120与气管119接通，第一路气路接通，由于弹性定位片123的作用，当压簧开关向外移动到一定位置，位置便固定下来。随着风速再增大，风叶旋转再加快，球体112旋转半径再加大，球体112拉动套筒102沿阀芯向上移动，当套筒102移动到用于控制与第三个环形凹槽连通的气管的压簧开关之上时，该压簧开关也由于弹簧的弹性向外移动，支架上通孔与气管120接通，第二路气路也接通，由于弹性定位片的作用，当压簧开关向外移动到一定位置，位置便固定下来。依次类推，第三路气路也接通。当风速减小时，风叶旋转减慢，球体112旋转半径减小，套筒102由于重力沿阀芯向下移动，当套筒102移动到最上面的那个压簧开关之下时，最上面的那个压簧开关向内移动，通孔与气管断开，第三路气路断开，依次类推，第一路气路也断开，如此，各个气路根据风速的大小自动开启与关闭，无需先将风速转换成电信号，而后用电信号控制开关。
[0036]本实用新型虽然以三级离心气动开关为例进行了说明，但是，所述离心开关也可以是一级，二级，四级等，根据需要随意设置。当离心气动开关为一级时，沿阀101的下部设置了深度依次递减的2个环形凹槽，阀芯的上部设置了环形的储气筒117，第一个环形凹槽104通过一个沿轴向设置的气管118与储气筒117连通；第二个环形凹槽107通过一个沿轴向设置的气管119与储气筒117连通。沿阀芯的径向对应于气管119的位置分别设置了一个圆柱形凹槽以嵌入压簧开关。当离心气动开关为二级时，沿阀101的下部设置了深度依次递减的3个环形凹槽，阀芯的上部设置了环形的储气筒117，第一个环形凹槽104通过一个沿轴向设置的气管118与储气筒117连通；第二个环形凹槽通过一个沿轴向设置的气管与储气筒117连通，第三个环形凹槽通过一个沿轴向设置的气管与储气筒117连通。沿阀芯的径向对应于气管的位置分别设置了一个圆柱形凹槽以嵌入压簧开关。二个圆柱形凹槽沿阀芯的轴向等间隔分布，沿阀芯的周向等间隔分布，并均位于阀体之上的位置，依次类推，可以设计四级、五级等离心气动开关。
[0037]图4是本实用新型第二实施例提供的大功率风力机来驱动空气压缩机的详细示意图。第二实施例提供的大功率风力机来驱动空气压缩机的空气压缩设备与第一实施例的空气压缩设备不同，其它部分均相同，在这里仅描述空气压缩设备。第二实施例的空气压缩设备包括空气压缩机23、空气压缩机24、空气压缩机25、储气罐35和储气罐69，其中，空气压缩机23、空气压缩机24、空气压缩机25和储气罐35设置在机舱内。增速箱7具有三个高速输出轴8、10和12，高速输出轴8与空气压缩机23的驱动轴依次通过联轴器14、离合器I 5和联轴器17相连，离合器I 5为气动离合器，其进气口通过四级离心开关73的第三路与储气罐35相连。高速输出轴10与空气压缩机24的驱动轴依次通过联轴器19、离合器20和联轴器21相连，离合器20为气动离合器，其进气口通过多级离心气动开关73的第二路与储气罐35相连。输出轴12的一端依次通过联轴器22、离合器71和联轴器72相连和空气压缩机2 5的驱动轴相连，离合器71为气动离合器，其进气口通过四级离心气动开关73的第一路与储气罐35相连。图中示例性地示出，高速输出轴10上还安装有刹车盘11，所述刹车盘用气动刹车9制动，气动刹车9通过四级离心开关73的第四路与储气罐35相连。高速输出轴12的另一端通过联轴器6连接有发电机4，以产生电能，所述电能存储于法拉电容组47中以供系统使用。空气压缩机23、空气压缩机24、空气压缩机25分别经单向阀26、单向阀28和单向阀29接入总气管30 ;总气管30经旋转导气接头连接于储气罐69，总气管30还经单向阀27连接于储气罐35。
[0038]本实用新型第二实施例与第一实施例不同还有，储气罐依次通过单向阀、管路与四级离心气动开关的压缩空气输入口相连；四级离心气动开关的四个压缩空气输出口分别连接于三个气动离合器和一个气动刹车的压缩空气输入口，增速箱的三个输出轴分别通过三个气动离合器与三个空气压缩机的驱动轴相连，如此，随着风速的大小，三个空气压缩机及气动刹车9自动开启与关闭，从而使风力机的负载随着风速的变化而变化。
[0039]以上结合实施例描述了本实用新型，但是实施例仅是用于示范地说明本实用新型的。说明书仅是用于解释权利要求书的。但本实用新型的保护范围并不局限于说明书。任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本实用新型批露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种风力机驱动的空气压缩系统，包括风力机和空气压缩设备，所述风力机包括增速箱，其特征在于，空气压缩设备包括多个空气压缩机和储气容器，增速箱的多个输出轴分别驱动多个空气压缩机以将常压空气进行压缩并存储到储气容器中。
2.根据权利要求1所述的风力机驱动的空气压缩系统，其特征在于，增速箱的输出轴通过连轴器和/或气动离合器与空气压缩机相连。
3.根据权利要求2所述的风力机驱动的空气压缩系统，其特征在于，所述储气容器包括多个，其中一个为塔筒，还有一个为储气罐。
4.根据权利要求3所述的风力机驱动的空气压缩系统，其特征在于，所述增速箱的输出轴还同时驱动发电机以产生电能。
5.根据权利要求4所述的风力机驱动的空气压缩系统，其特征在于，还包括气动刹车装置，所述气动刹车装置制动增速箱的输出轴。
6.根据权利要求5所述的风力机驱动的空气压缩系统，其特征在于，还包括偏航系统，所述偏航系统利用压缩空气进行控制。
7.根据权利要求6所述的风力机驱动的空气压缩系统，其特征在于，偏航系统包括偏航齿轮和液压马达，所述液压马达的输出轴与偏航齿轮相哨合。
8.根据权利要求7所述的风力机驱动的空气压缩系统，其特征在于，偏航系统还包括气动液压缸和电磁换向阀，所述气动液压缸用于与液压马达进行油循环，所述储气罐通过管路与电磁换向阀连接。
9.根据权利要求8所述的风力机驱动的空气压缩系统，其特征在于，还包括控制器和风速风向传感器，控制器根据风速风向传感器所传递的信号控制电磁换向阀的工作状态。
10.根据权利要求8所述的风力机驱动的空气压缩系统，其特征在于，气动离合器和气动刹车装置通过一个多级离心开关控制。
11.根据权利要求1-10任一所述的风力机驱动的空气压缩系统，其特征在于，空气压缩设备包括下列压缩机的一种或者几种:活塞式空气压缩机、螺杆式空气压缩机和离心式空气压缩机。
【文档编号】F04B35/02GK204140281SQ201420432325
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年8月3日 优先权日:2014年8月3日
【发明者】刘典军 申请人:北京恒企新能源科技有限公司