专利名称：用于涡轮涡扇发电系统的启动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及发电系统的启动装置，尤其是，涉及一种用于风塔发电站的涡轮涡扇发电系统的启动系统。
背景技术：
风力发电机启动运行需要一定的启动转矩，一般情况下弱风条件的风速、风向几乎不可能带动风力发电机转动，从而降低了风力发电机的风能利用率。目前常规的风力发电系统多通过直杆传动轴连接齿轮加速箱再连接发电机轴使其转动发电，这种系统结构简单但是启动时要求的额定转矩高，因而对风速、风向的要求也比较苛刻。如何在较低的风速条件下启动风力发电机是本领域的关键技术问题之一。针对风力发电机的启动问题，专利号为ZL201020249814.6的实用新型专利公开了一种风力发电机发条弹簧辅助启动装置，该装置通过发条弹簧储存能量，并将所储能量作用于发电机转轴上以辅助发电机启动，该辅助启动系统易受弹簧性能的影响，导致其传动效率和稳定性较差。基于现有技术存在的问题，本发明旨在为发电塔的涡轮涡扇发电系统提供一种稳定、高效的启动系统。
发明内容
根据本发明的示范性实施例，本发明提供一种用于涡轮涡扇发电系统的启动装置，其包括:大涡轮涡扇、大齿圈、小齿轮、小棘轮、气动马达、气罐、空气源、自动空气过滤器和空压机。其中，大涡轮涡扇与大齿圈物理连接，大齿圈与小齿轮外啮合，小齿轮与小棘轮外啮合，气动马达与小棘轮同轴连接。空气源通过自动空气过滤器与空压机连接。优选的是，所述空气源和空压机之间依次安装有自动空气过滤器和进气单向阀，以保证清洁的空气单向进入空压机。优选的是，所述气动马达和气罐之间还依次安装有节流阀、信号控制单向阀和减压阀。优选的是，所述空压机和气罐之间还依次安装有储气单向阀和信号控制单向阀，以保证从空压机输出的压缩空气向气罐单向流动。优选的是，所述空气源和空压机之间依次安装有自动空气过滤器和进气单向阀，以保证清洁的空气单向进入空压机。优选的是，所述气罐中的压缩空气经减压阀减压至合适压力后送入气动马达并驱动气动马达工作，气动马达驱动小棘轮运转，进而带动小齿轮运转。优选的是，所述空压机为往复式活塞空气压缩机。优选的是，所述减压阀和气罐之间还安装有压力表和安全阀。优选的是，所述信号控制单向阀是一种带弹簧压力可调的单向阀。优选的是，所述涡轮涡扇发电系统为风能发电系统。
优选的是，所述风能发电系统为所述空压机提供动力。优选的是，所述风能发电系统利用风能高峰期的过剩电能为所述涡轮涡扇发电系统启动装置的空压机提供动力。优选的是，所述风能发电系统连接所述空压机用以产生作为蓄能介质的压缩空气，空压机连接有用以储存压缩空气的气罐；所述气罐再连接于其他发电站以提供稳定发电或对发电站调峰补偿发电的能源。优选的是，所述风能发电系统在风能高峰期为电网供给电能。优选的是，所述风能发电系统通过其风力发电机产生电能驱动空气压缩机，并将产生的压缩空气存储于气罐中；所述气罐连接到其他的一个以上发电站，向其提供压缩空气作为主要驱动力或调峰补偿动力能源。优选的是，所述压缩空气具有120-180大气压的压强。优选的是，所述其他发电站是气压涡轮发电机发电站，该气压涡轮发电机的输入端与所述气罐的输出端相连接。优选的是，所述风能发电系统具有设置于风道井中的气动马达。优选的是，所述气动马达通过机械或电传动装置与所述风力发电系统的风力发电机相连接。优选的是，所述风力发电机具有与驱动轴联动的空气涡轮驱动装置，该空气涡轮驱动装置的输入端与储气装置的输出端相连接。优选的是，所述储气装置为一个以上耐压120-180大气压的钢质储气罐。本发明还提供一种风能发电系统的发电方法，通过风力发电系统发电以驱动空压机，进而通过该空压机产生压缩空气作为蓄能介质，并将其存储于气罐中，再以此作为其他发电站的主要驱动能源或辅助驱动能源，以达到稳定、调峰补偿的功能。优选的是，所述风能发电系统为风力发电站。优选的是，所述风力发电系统通过其风力发电机产生电能驱动空压机，将产生的压缩空气存储于气罐中；所述气罐连接到其他的一个以上发电站，向其提供压缩空气作为主要驱动动力或调峰补偿动力能源。优选的是，所述压缩空气具有120-180大气压的压强。优选的是，所述风力发电系统的发电装置设置于风道井内部，其包括一具有缩径部的变径涵道装置；一发电机设置于该涵道装置内；一用以驱动发电机转动的叶轮设置于所述涵道装置内缩径部的最小直径处，并连接于发电机的转子轴上；所述转子轴穿过该发电机，其穿出端连接有一压气涡轮，其相对于所述叶轮位于所述涵道装置的进风方向。优选的是，所述涵道装置入口与涵道装置出口口径相同，其外壁呈圆柱形。优选的是，所述涵道装置侧壁纵截面两侧为凸部向内的对称的平滑渐变曲线，并由该平滑渐变曲线形成所述缩径部。优选的是，所述对称的平滑渐变曲为对称的双曲线。优选的是，所述风力发电装置横截面积小于等于风道井横截面积的50%。优选的是，所述涵道装置与风道井同轴设置。优选的是，所述叶轮、发电机、压气涡轮的组合结构整体全部包容在所述涵道装置的外轮廓线之内。
优选的是，所述叶轮通过一用以增速的变速装置与发电机的转子轴相连接。优选的是，所述压气涡轮于转子轴之间也具有用以调节压气涡轮转速的变速装置。优选的是，所述发电机为变频永磁发电机。本发明的一种用于风力发电的风道井发电站，采用上述各项之一的风力发电装置。优选的是，本发明是一种用于风力发电的风道井发电站的风塔结构，所述风道井外壁自上而下设置有数组围绕在风道井外壁的风道井支撑环，各组风道井支撑环上沿圆周均匀分布有数个风道井连接点；承重结构的壁面在对应于所述风道井支撑环的位置上也设有数组承重结构支撑环，所述承重结构支撑环上沿圆周也设有均匀分布的承重结构连接点；所述风道井连接点与等高的所述承重结构连接点之间通过支撑杆相连接，所述支撑杆一端连接于所述风道井连接点，另一端连接于承重结构侧壁上的承重结构连接点，各支撑杆在平面上对称分布。优选的是，所述风道井支撑环上分别具有沿圆周均匀分布的八个风道井连接点；所述承重结构支撑环上分别具有沿圆周均匀分布的十二个承重结构连接点；在同一高度上相对应的两支撑环上，对称分布的四个风道井连接点与相对应的四个承重结构连接点通过沿径向分布的四条直支撑杆形成一十字形，所述承重结构连接点与风道井连接点之间并通过斜支撑杆连接构成一对称的八角形结构。优选的是，所述承重结构为钢桁架结构或钢筋混凝土结构；所述风道井为钢筋混凝土结构。优选的是，所述风道井为分段预制钢筋混凝土管拼接结构。优选的是，所述钢桁架结构外围包裹有轻质复合板。优选的是，所述轻质复合板为彩钢-聚氨酯泡沫复合板。优选的是，所述风道井由钢筋混凝土预制管拼接构成。优选的是，所述风道井支撑环、所述承重结构支撑环、支撑杆全部或之一，由工字型钢构成。本发明的一种用于风力发电的风道井发电站，其风塔采用上述各项之一的结构。根据上述目的，本发明一种用于风力发电的风道井发电站的消音器，其设置于该发电站的风道井顶端，该消音器遮盖在该风道井的出气口上，并与所述风道井相连通。优选的是，所述消音器具有一端帽，扣置在风塔顶端，该消音器上具有数个分散设置的排气孔。优选的是，所述消音器包括数组相间隔并同轴设置的圆柱状消音筒，消音筒上具有数个水平排气孔；所述端帽相间隔地包覆在所述消音筒的最外侧；消音筒的下开口与风道井的上端相连通。优选的是，所述相邻消音筒上开设的水平排气孔相互错开设置。优选的是，所述消音筒具有三层以上的圆筒结构，分别与风道井同轴设置。优选的是，每层消音筒上的排气孔面积总和，均大于等于风道井的出口横截面积。优选的是，所述排气孔为圆孔。优选的是，所述排气孔为槽缝。
根据所述消音器，所述消音器上具有一空心圆锥端，数个排气孔设置在该圆锥端的锥面上。优选的是，所述空心圆锥端的顶端设置有避雷装置或警示、信号装置。本发明的一种风能风道井发电站，其风塔顶端具有如上述各项之一的消音器。
图1是根据本发明的用于涡轮涡扇发电系统的启动装置的优选实施例的结构示意图。其中:
6:大涡轮涡扇7:大齿圈
8:小齿轮20:小棘轮
21:气动马达22:节流阀
23:信号控制单向阀24:减压阀
25:压力表26:安全阀
27:气罐28:空气源
29:自动空气过滤器30:储气单向阀
31:进气单向阀32:空压机。
具体实施例方式为了更好地理解本发明，下面将结合附图详细地描述本发明的优选实施例，并进一步说明本发明的具体实现方式。图1是根据本发明的用于涡轮涡扇发电系统的启动装置的结构示意图。如图1所示，用于涡轮涡扇发电系统的启动装置包括:大涡轮涡扇6、大齿圈7、小齿轮8、小棘轮20、气动马达21、气罐27、空气源28、自动空气过滤器29和空压机32。其中，大涡轮涡扇6与大齿圈7物理连接，例如同轴连接或通过传动机构连接。大齿圈7与小齿轮8外啮合，小齿轮8与小棘轮20外啮合，气动马达21与小棘轮20同轴连接；空气源2通过自动空气过滤器29与空压机32连接。在气动马达21和气罐27之间依次安装有节流阀22、信号控制单向阀23和减压阀24。在减压阀24和气罐27之间安装有压力表25和安全阀26，压力表25用来检测气罐27所输送的压缩空气的压力。安全阀26为可设定安全压力的电磁阀，其用来防止气罐27输出的压缩空气压力过大。在空压机32和气罐27之间依次安装有储气单向阀30和信号控制单向阀23，以保证从空压机32输出的压缩空气向气罐27单向流动。在本发明的示例性实施例中，信号控制单向阀23是一种带弹簧可调压力的单向阀，其可根据管路中压缩空气的大小,手动或自动地允许一定压力的压缩空气单向流动。空气源28和空压机32之间依次安装有自动空气过滤器29和进气单向阀31，以保证清洁的空气进入空压机32。下面参考图1并结合空气流动路径进一步阐述本发明的优选实施例。空气源28是自然空气的来源，为启动装置提供做功所需的自然空气。在空气源28的下游安装有自动空气过滤器29，其用来过滤空气源28所提供的自然空气，过滤后的自然空气经由进气单向阀31送往空压机32。该进气单向阀31的作用是使气体按照预定的方向流动，避免逆流的发生。空压机32是一种活塞式空气压缩机，用于压缩空气，其下游依次安装有单向阀30和信号控制单向阀23，以使气流可靠地进入气罐27。信号控制单向阀23的作用是根据接收到的信号控制进入气罐27的气体流量。气罐27用于储存被空压机32压缩后的高压气体，并用于稳定压缩空气的压力。安全阀26起调控压力的作用，以确保储气装置的安全运行。自气罐27输出的压缩空气经减压阀24降压，使得经过减压阀24的压缩空气具有适合下游的气动马达21所需的气体压力。设定在减压阀24和气动马达21之间的节流阀22用来控制进入气动马达21的压缩空气的气体流量。气动马达21在压缩空气的驱动下运转，带动小棘轮20转动。小棘轮20驱动与其啮合的小齿轮8转动，小齿轮8带动与其外啮合的大齿圈7转动。由于大齿圈7与大涡轮涡扇6物理连接，大齿圈7的转动带动大涡轮涡扇6转动。下面进一步描述本发明的用于涡轮涡扇发电系统的启动装置的工作原理。当涡轮涡扇发电系统处于维修、保养而需启动时，本发明的启动装置开始工作。此时，储存在气罐27中的压缩空气经过减压阀24、信号控制阀23、节流阀22的调控后进入气动马达21，气动马达21转动并带动小棘轮20转动，小棘轮20带动小齿轮8转动，小齿轮8带动大齿圈7转动，大齿圈7驱动大涡轮涡扇6运动。此时,大涡轮涡扇6转动,带动涡轮涡扇发电系统工作；同时气罐27停止向启动马达21供气，气动马达停止工作，小棘轮20断开与小齿轮8的连接。小齿轮在涡轮涡扇发电系统(通过大齿圈7)的带动下将动能输出至发电机轴，从而使发电机正常发电。本发明的用于涡轮涡扇发电系统的启动装置也可用于涡轮涡扇发电系统的应急发电装置。当外界风力较弱而难于驱动涡轮涡扇发电系统时，此时小棘轮20恢复与小齿轮8的连接，空压机32开始工作。空气源28向空压机32提供空气，空压机32将自然空气增压至例如30MPa的高压，高压的压缩空气经单向阀30送入气罐27进行稳压。气罐27输送的压缩空气进一步经减压阀24、信号控制阀23、节流阀22的调控后进入气动马达21。压缩空气驱动气动马达21转动，马达21的转动带动小棘轮20转动，小棘轮20进而带动与其啮合的小齿轮8转动。由于小齿轮8的输出轴与发电机的输入轴联接，即可实现发电机的应急发电。
权利要求
1.一种用于涡轮涡扇发电系统的启动装置，其包括:大涡轮涡扇、大齿圈、小齿轮、小棘轮、气动马达、气罐、空气源、自动空气过滤器和空压机；其特征在于，大涡轮涡扇与大齿圈物理连接，大齿圈与小齿轮外啮合，小齿轮与小棘轮外啮合，气动马达与小棘轮同轴连接；空气源通过自动空气过滤器与空压机连接。
2.根据权利要求1所述的启动装置，其特征在于，所述气动马达和气罐之间还依次安装有节流阀、信号控制单向阀和减压阀。
3.根据权利要求1或2所述的启动装置，其特征在于，所述空压机和气罐之间还依次安装有储气单向阀和信号控制单向阀，以保证从空压机输出的压缩空气向气罐单向流动。
4.根据权利要求1或2所述的启动装置，其特征在于，所述空气源和空压机之间依次安装有自动空气过滤器和进气单向阀，以保证清洁的空气单向进入空压机。
5.根据权利要求3所述的启动装置，其特征在于，所述空气源和空压机之间依次安装有自动空气过滤器和进气单向阀，以保证清洁的空气单向进入空压机。
6.根据权利要求1、2或5所述的启动装置，其特征在于，所述气罐中的压缩空气经减压阀减压至合适压力后送入气动马达并驱动气动马达工作，气动马达驱动小棘轮运转，进而带动小齿轮运转。
7.根据权利要求3或4所述的启动装置，其特征在于，所述气罐中的压缩空气经减压阀减压至合适压力后送入气动马达并驱动气动马达工作，气动马达驱动小棘轮运转，进而带动小齿轮运转。
8.根据权利要求1一 7中任一项所述的启动装置，其特征在于，所述空压机为往复式活塞空气压缩机。
9.根据权利要求1一 7中任一项所述的启动装置，其特征在于，所述减压阀和气罐之间还安装有压力表和安全阀。
10.根据权利要求1一 7中任一项所述的启动装置，其特征在于，所述信号控制单向阀是一种带弹簧压力可调的单向阀。
全文摘要
本发明涉及用于涡轮涡扇发电系统的启动装置，其包括大涡轮涡扇、大齿圈、小齿轮、小棘轮、气动马达、气罐、空气源、自动空气过滤器和空压机。其中，大涡轮涡扇与大齿圈物理连接，大齿圈与小齿轮外啮合，小齿轮与小棘轮外啮合，气动马达与小棘轮同轴连接；空气源通过自动空气过滤器与空压机连接。本发明的启动装置既可用于涡轮涡扇发电系统维修和保养完成后的紧急启动，也可作为应急发电系统使用。
文档编号F15B21/00GK103216473SQ20121001946
公开日2013年7月24日 申请日期2012年1月21日 优先权日2012年1月21日
发明者周登荣, 周剑 申请人:周登荣, 周剑