一种综合发电设备的制作方法

本发明属于风力发电技术领域，尤其涉及一种综合发电设备。

背景技术：

随着近年来环境问题的频现，可持续发展的清洁能源受到了越来越多的关注，其中，风能是可再生能源领域中发展较快的一种。风力发电是利用风机在风力作用下获得动能，然后转变为风轮转动的机械能，再通过增速箱带动发电机进行发电的新能源发电工程。由于自然风的风速、风向具有突变和多变的特点，给风力发电造成了很大的影响，不仅表现在对风力发电系统中的增速箱、发电机等设备产生冲击，容易造成设备损坏的方面，更重要的是造成发电量的不稳定。为使风力发电系统可以保持正常运行，一般使用火电机组大幅度参与风力发电系统的调频工作，而火电机组调节速度较慢，往往难以适应风电的大幅度快速变化。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种综合发电设备，包括风力发电装置、压缩空气蓄能装置和发电机，所述风力发电装置上设置有大增速齿轮，所述大增速齿轮分别与蓄能输入齿轮和发电机输入齿轮啮合，所述蓄能输入齿轮与所述压缩空气蓄能装置连接，所述发电机输入齿轮与所述发电机连接，所述压缩空气蓄能装置与所述发电机连接，所述发电机与配电系统连接。

进一步的，所述风力发电装置包括与所述大增速齿轮连接的垂直主轴以及一端与所述垂直主轴连接并环绕所述垂直主轴均匀设置的若干连接梁；每根所述连接梁上设有至少两根垂直设置的风叶轴，每根所述风叶轴上垂直设置多片风叶，设置在同一所述连接梁上的所述风叶的排列方向相同；所述垂直主轴上套设有定位齿轮，所述定位齿轮固定安装在塔筒顶部，所述垂直主轴穿过所述定位齿轮伸入所述塔筒内；环绕所述塔筒表面设置卡槽；所述风叶轴上还设有与所述风叶轴垂直固定连接的辅助梁，所述辅助梁的一端设有与所述卡槽匹配的卡头；所述风叶轴上设有与所述风叶轴固定连接的蜗轮；所述定位齿轮和所述蜗轮通过传动结构连接；所述传动结构包括与所述定位齿轮啮合的传动齿轮和穿过所述传动齿轮的转动轴心并与所述传动齿轮固定连接的蜗杆；所述蜗杆上与所述蜗轮相对应的位置均设置与所述蜗轮啮合的螺旋齿。

进一步的，所述蜗杆与所述蜗轮的传动比为n，所述定位齿轮的齿牙齿数是所述传动齿轮齿牙齿数的0.5n倍。

进一步的，所述风力发电装置还包括偏航装置以及与所述偏航装置连接的风向判断装置。

进一步的，设置在不同所述连接梁上的所述风叶的排列方向沿同一方向旋转；两根相邻的所述连接梁的夹角为α°，设置在所述两根相邻的连接梁上的所述风叶的排列方向的夹角为0.5α°。

进一步的，所述蓄能输入齿轮与所述压缩空气蓄能装置之间设置有第二离合器和第二增速器，所述第二离合器分别与所述蓄能输入齿轮和所述第二增速器连接，所述第二增速器分别与所述第二离合器和所述压缩空气蓄能装置连接。

进一步的，所述压缩空气蓄能装置包括依次连接的空气压缩机、高压储气装置、控制阀、透平膨胀机、减速器和第三离合器，所述空气压缩机与所述第二增速器连接，所述第三离合器与所述发电机连接。

进一步的，所述发电机输入齿轮与所述发电机之间设置有第一离合器和第一增速器，所述第一离合器分别与所述发电机输入齿轮和所述第一增速器连接，所述第一增速器分别与第一离合器和所述发电机连接。

进一步的，所述风叶表面上还覆盖有光伏薄膜发电板。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提供的综合发电设备结构简单，通过将风力发电装置与压缩空气蓄能装置配合使用，提供稳定的供电系统；风力变大时，风力发电装置发电的同时带动压缩空气蓄能装置压缩空气进行蓄能；风力变小时，压缩空气蓄能装置再将压缩的空气释放发电，补充风力发电不足的部分；同时由于风力突变带来的能量冲击被压缩空气所吸收，避免了对风力发电装置和发电机的冲击，提高了设备的安全性和可靠性，延长了设备的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的综合发电设备的结构示意图；

图2为本发明的风力发电装置的结构示意图；

图3为本发明的风力发电装置的风叶排列的位置和角度的示意图；

其中：1垂直主轴；2连接梁；3风叶轴；4风叶；5定位齿轮；6蜗轮；7传动齿轮；8蜗杆；9塔筒；10辅助梁；101风力发电装置；102发电机；1031第一离合器；1032第二离合器；1033第三离合器；1041第一增速器；1042第二增速器；105空气压缩机；106高压储气装置；107透平膨胀机；108减速器；109控制阀。

具体实施方式

本发明提供一种综合发电设备，如图1所示，包括风力发电装置101、压缩空气蓄能装置以及与配电系统连接的发电机102；风力发电装置101上设置有大增速齿轮；

压缩空气蓄能装置包括依次连接的空气压缩机105、高压储气装置106、控制阀109、透平膨胀机107、减速器108和第三离合器1033；第三离合器1033与发电机102连接；空气压缩机105与第二增速器1042连接，第二增速器1042与第二离合器1032连接，第二离合器1032与蓄能输入齿轮连接，蓄能输入齿轮与大增速齿轮啮合；

发电机102与第一增速器1041连接，第一增速器1041与第一离合器1031，第一离合器1031与发电机输入齿轮连接，发电机输入齿轮与大增速齿轮啮合。

本发明提供的综合发电设备工作时，风力发电装置101在风力作用下带动大增速齿轮旋转；风力大时，使第一离合器1031和第二离合器1032均处于闭合状态，大增速齿轮同时带动与其啮合的蓄能输入齿轮和发电机输入齿轮旋转；经发电机输入齿轮传输的动能通过第一增速器1041增速后带动发电机102发电；经蓄能输入齿轮传输的动能通过第二增速器1042增速，再通过空气压缩机105压缩空气，并将压缩空气储存至高压储气装置106内，此时控制阀109关闭，第三离合器1033处于分离状态；风力变小时，使第二离合器1032分离，大增速齿轮仅带动发电机输入齿轮旋转，即风力发电装置101收集的风能全部用于发电机102发电；风力继续变小，风力发电装置101收集的风能已不能满足发电机102的发电需求，此时打开控制阀109，闭合第三离合器1033，高压储气装置106内储存的压缩空气放出，先后经过透平膨胀机107和减速器108后，带动发电机102发电，保持供电的稳定。

在本发明中，所述综合发电设备还包括转速测量装置以及与转速测量装置、第一离合器1031、第二离合器1032、第三离合器1033和控制阀109连接的控制器；转速测量装置用于测量大增速齿轮的转速，控制器用于根据大增速齿轮的转速决定第一离合器1031、第二离合器1032和第三离合器1033的开合以及控制阀109的开关，实现综合发电设备的自动控制，提供稳定的供电系统。

在本发明中，与风力发电装置101连接的压缩空气蓄能装置和发电机102均可以根据使用需要选择设置一个或多个。设置多个发电机102时可以根据风力大小让全部发电机102发电或其中一个发电机102或部分发电机102发电，从而实现微风状态下也能发电的效果。

在本发明中，如图2和图3所示，风力发电装置101包括与大增速齿轮连接的垂直主轴1以及一端与垂直主轴1连接并环绕垂直主轴1均匀设置的八根连接梁2；每根连接梁2上设有两根垂直设置的风叶轴3，风叶轴3可在连接梁2上自转；每根风叶轴3上垂直设置四片风叶4，设置在同一连接梁2上的风叶4的排列方向相同；设置在不同连接梁2上的风叶4的排列方向沿同一方向旋转；两根相邻的连接梁2的夹角为45°，设置在两根相邻的连接梁2上的风叶4的排列方向的夹角为22.5°；垂直主轴1上套设有定位齿轮5，定位齿轮5固定安装在塔筒9顶部，垂直主轴1穿过定位齿轮5伸入塔筒9内；环绕塔筒9的表面设置有卡槽；风叶轴3上还设有与风叶轴3垂直固定连接的辅助梁10，辅助梁10的一端设有与卡槽匹配的卡头，卡头卡在卡槽内，辅助梁10可沿塔筒9上的卡槽旋转；风叶轴3上设有与风叶轴3固定连接的蜗轮6；定位齿轮5和蜗轮6通过传动结构连接；传动结构包括与定位齿轮5啮合的传动齿轮7和穿过传动齿轮7的转动轴心并与传动齿轮7固定连接的蜗杆8；蜗杆8上与蜗轮6相对应的位置均设置与蜗轮6啮合的螺旋齿；蜗杆8与蜗轮6的传动比为10，定位齿轮5的齿牙齿数是传动齿轮7齿牙齿数的5倍。

风力发电装置101运行时，风推动风叶4，使与风叶4通过风叶轴3连接的连接梁2带动垂直主轴1顺时针转动，从而使与垂直主轴1连接的发电机实现发电；同时，由于定位齿轮5固定安装在塔筒12顶部，并且蜗杆8与蜗轮6的传动比为10，定位齿轮5的齿牙齿数是传动齿轮7齿牙齿数的5倍，所以垂直主轴1每顺时针转动一圈，传动齿轮7沿定位齿轮5自转5圈，蜗杆8同样也转动5圈，由于蜗杆8与蜗轮6的传动比为10，则蜗轮6逆时针转动半圈，从而使风力发电装置运行过程中，全部风叶4始终可以保持如图2所示的最佳受风角度，从而使全部风叶4可以始终以最大力量推动垂直主轴1转动，保证风力发电装置的发电效率最高。

本发明提供的综合发电设备中的风力发电装置101在其运转过程中，可以使每一个风叶4无论转动到什么位置，均能自动调节到最佳的受风角度，从而实现最大程度地利用风能，获得最高的发电效率；同时还能有效避免风叶4的无规律煽动扰乱风力发电装置101周围的气流，防止风力发电装置101因自身振动带来的损坏；另一方面，风力发电装置101还可以充分利用空间尽可能多地设置风叶4，有效提高风力发电装置101的发电能力。

在本发明中，如图2中所示，环绕垂直主轴1均匀分布了八根连接梁2，设置在两根相邻连接梁2上的风叶4的排列方向的夹角为22.5°；设定图2中与风向平行的风叶4为第一风叶，第一风叶与风向的夹角为0°，沿顺时针方向依次设定其他风叶4为第二至第八风叶，第二至第八风叶以第一风叶为基准，依次逆时针旋转了22.5°、45°、67.5°、90°、112.5°、135°、157.5°，即第二至第八风叶与风向的夹角依次为22.5°、45°、67.5°、90°、112.5°、135°、157.5°；因此风叶4绕垂直主轴1顺时针转动360°，风叶4同时逆时针自转180°；即第一风叶绕垂直主轴1顺时针转动45°到达转动前第二风叶的位置，第一风叶同时会逆时针自转22.5°，其排列方向会变得与转动前第二风叶的排列方向相同；以此列推，使全部风叶的排列方向始终可以处于最佳的受风状态。

在本发明中，为达到垂直主轴1每顺时针转动一圈，风叶4逆时针转动半圈的效果，蜗杆8上的螺旋齿设置为左旋旋向。

在本发明中，可根据整个风力发电装置101的高度延长风叶轴3的长度，将位于塔筒9外侧的风叶轴3的下端部位上也都设置风叶4，并通过设置一端与塔筒9侧表面连接并可沿塔筒9侧表面滑动的辅助梁10来对风叶轴3进行辅助固定，防止风叶轴在风力过大时发生偏移甚至损坏，利于风力发电装置101的稳定顺行。

在本发明中，垂直主轴1上设置的连接梁2的根数可以根据使用需要来随意设置；连接梁2的根数越多，设置风叶轴3的数量越多，风叶4也相应越多，可以提高风力发电装置101的发电能力。

在本发明中，为使风力发电装置在任何风向的条件下均可以满足全部风叶4始终保持最佳受风角度的要求，风力发电装置101还包括偏航装置以及与偏航装置连接的风向判断装置。其中，风向判断装置用于测定风向，可以选用风向标等常见的测定风来向的设备。偏航装置用于根据风向判断装置测定的风向来使风力发电装置101整体发生转动，使全部风叶4的排列方向与风向的角度关系始终如图2所示，偏航装置可以根据实际需要选用常见品牌和型号的风力发电机用偏航装置。

在本发明中，风叶4可以选用各种常见形状的风叶。优选横截面为菱形的，其中菱形的夹角为2°-8°，可以提高风叶4的安装稳定性，也可以使处于逆风运行位置的风叶4造成的阻力最小。

在本发明中，风叶4表面上还可以覆盖光伏薄膜发电板，将太阳能转化为电能，与发电机102一起接入配电系统，在风力不足时补充供电，保证提供稳定的供电系统。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。