专利名称：利用列车行车风的涡轮发电系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种利用列车行车风的涡轮发电系统。
背景技术：
随着我国经济的发展，京沪高铁等一大批电气化铁路的投入使用，标志着我国的铁路开始进入高铁时代。铁路的建设迅猛的发展，伴随而来的是消耗在铁路配套设施上的电能也越来越多。利用特别设计的垂直轴风力机对高速列车行驶过后产生的行车风能采集发电。据研究显示，火车在在行驶时需要克服气动阻力前进。列车的车头会挤占了原来空气的位置，把空气向车身四周挤压，并且在列车尾部存在着近乎真空的空间。巨大的空气密度差会使得空气发生强烈的流动，形成大风[详见李莉，特定运动状态下车辆瞬态空气动力学特性的研究，山东大学，博士论文]。列车风在列车的头部以及尾部通过时最高，而在车身通过时比较平稳。据研究表明在距离车厢外壁距离d为0. 5米以上时，列车风的风速与d成线性关系，缓慢下降。当列车以200m/s通过时，在d = 2米处的风速约为lln/s。通过在安全距离处安装风力发电机， 可以采集列车风能进行发电。发出来的电能经过整流储存在蓄电池里，利用控制器把蓄电池组联网整合，最终供电给沿线的电力设施。[详见张小钢，刘应清，赵海恒，高速列车经过路边建筑物时的非定常湍流绕流数值模拟研究，铁道学报，19982002]。利用列车风能发电， 研究显示目前常见的高速列车的列车风在距离列车侧壁距离0. 5——3. 5米时缓慢下降，风速在18m/s-7m/s范围。其中在2. 5米处的风速约为9m/s。且列车风在车头和车尾经过时会产生强烈的旋转作用力，[详见李人宪，赵晶，张署，彭宇明，高速列车风对附近人体的启动作用影响，中国铁道科学，1001-4632 (2007) 05-0098-07]。火车在消耗巨大能量同时，火车行驶所产生的风能却一直被人们所忽视，根据文献[中国建筑科学研究院，何连华，符龙彪，陈凯，等，“武汉火车站高速列车风数值模拟研究”]，表明，当火车以200km/h运行时，在距火车0. 5米处的风速可达到72km/h ；目前武广高铁的运行速度为350km/h，京沪高铁的试运行最高速度为486km/h ！这就意味着列车行车风速达12级。消耗在空气中的能量仍然是巨大的。因为列车在铁路上是双向运行，列车风的方向也是双向，这就需要风力发电机实时跟踪风向。以求最大限度的利用风能，此外列车的风能离地较近，平时风速较低，易造成风力发电机启动困难，且铁路旁的空间有限，对水平轴式风机的直径限制很大。而垂直轴式风机则具备满足上述条件的特点。然而，垂直轴式各型式的风轮具有不同性能，均有优点和缺点。不能在实际应用中达到最佳应用效果。见下面的表权利要求1.利用列车行车风的涡轮发电系统，其特征是，本系统在列车道路两侧各设置至少一个发电单元，每个发电单元中垂直轴式风力发电机和控制器电连接，控制器和蓄电池组电连接；各个发电单元中的蓄电池组与配电装置电连接；配电装置与负载电连接。
2.根据权利要求1所述的利用列车行车风的涡轮发电系统，其特征是，所述的垂直轴式风力发电机转轴轴线在铅垂方向，转轴上设有S型风轮和H形风轮以及飞轮离合装置；S 型风轮轴线与垂直轴式风力发电机转轴轴线重合，S型风轮水平截面为S形，在通过转轴轴线的垂直切面内S形风轮上下端面以外各设有与转轴垂直连接的伸展杆，伸展杆的长度大于S形风轮半径，在以转轴为圆心，伸展杆为半径的圆柱面上设有H形风轮用叶片，该叶片与位于同一垂直切面内的伸展杆距离转轴较远的一端相连，该叶片与转轴轴线平行，直轴式风力发电机转轴与电机相连，电机和飞轮离合装置的加固壳一并与基座相连。
3.根据权利要求1或2所述的利用列车行车风的涡轮发电系统，其特征是，所述飞轮离合装置中垂直轴式风力发电机转轴可分为转轴A段部分和转轴B段部分，在转轴A段上设有通槽，离合器与通槽连接，转轴A段设有电磁铁，电磁铁铁芯和弹簧连接，转轴A段与轴承 A连接，转轴B段设有转盘，转盘与激光转速计配合，电刷与电磁铁完成电连接，电机输出轴与转轴B段连接，飞轮离合装置设有加固壳，轴承B与加固壳机械连接，飞轮分别与轴承A、 轴承B连接；激光转速计与反馈控制器电连接，两者置于加固壳内。
专利摘要本实用新型提供一种利用列车行车风的涡轮发电系统。由于列车行车风作用，输出电压波动较大，进而对整个系统造成影响。本系统在列车道路两侧各设置至少一个发电单元，每个发电单元中垂直轴式风力发电机和控制器电连接，控制器和蓄电池组电连接；各个发电单元中的蓄电池组与配电装置电连接；配电装置与负载电连接。采用S型风轮和H型风轮组合的方案。达到风机的最佳性能匹配。另外，在垂直轴式风力发电机转轴上设有飞轮离合装置，通过检测风力发电机转速的变化，发送信号给反馈控制器，由反馈控制器分析决定是否发出指令到电磁吸合单元加载飞轮运转还是卸载飞轮运转，从而保持转速平稳，使系统工作正常。
文档编号F03D9/00GK202209252SQ201120197900
公开日2012年5月2日 申请日期2011年6月13日 优先权日2011年6月13日
发明者孔慧, 崔杰, 韩奎华, 黄俊炜 申请人:孔慧