一种风力发电装置及综合发电设备的制作方法

本发明属于风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电装置及综合发电设备。

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，本发明提供风力发电装置，包括垂直主轴、支撑框架、沿所述垂直主轴周向均匀布置的多组叶片组以及设置有定位齿轮的塔筒，所述定位齿轮套设在所述塔筒的外侧，所述定位齿轮，与所述塔筒固定连接，所述垂直主轴穿设在所述塔筒内部且固定设置在所述支撑框架上，所述叶片组可转动设置在所述支撑框架上，所述叶片组与定位齿轮通过传动件传动连接；所述叶片组与所述传动组件的传动比为n，所述定位齿轮的齿牙齿数是所述传动组件与所述定位齿轮连接处齿轮齿牙齿数的0.5n倍。

进一步，所述支撑框架包括第一框架和第二框架，所述第一框架包括多条第一支杆，多条所述第一支杆交叉设置，所述第二框架包括套环和与第一支杆数量相对应的第二支杆，所述第二支杆固定安装在所述套环外侧，所述套环可转动套设在塔筒上，所述叶片组可转动安装在所述第一支杆与所述第二支杆之间。

进一步，所述叶片组包括风叶轴和风叶，所述风叶轴的两端分别与所述第一支杆、第二支杆铰接，所述风叶固定设置在所述风叶轴上。

进一步，设置在不同所述第一支杆上的所述风叶的排列方向沿同一方向旋转；两根相邻的所述第一支杆的夹角为α°，设置在所述两根相邻的第一支杆上的所述风叶的排列方向的夹角为0.5α°。

进一步，所述传动件包括套设在所述风叶轴上的第一齿轮和传动杆，所述传动杆上套设有与所述第一齿轮啮合的第二齿轮，所述传动杆一端设置有与所述定位齿轮啮合的第三齿轮，所述传动杆通过支撑架安装在所述垂直主轴或支撑框架上，所述传动杆与所述支撑架转动连接。

进一步，所述第二齿轮与所述第一齿轮的传动比为n，所述定位齿轮的齿牙齿数是所述第三齿轮齿牙齿数的0.5n倍。

一种综合发电设备，包括空气压缩机、压缩空气蓄能罐、透平膨胀机、发电机、配电系统以及风力发电装置，所述风力发电装置的垂直主轴下端设置有传动齿轮，所述传动齿轮通过第一离合器与所述发电机传动连接，所述传动齿轮通过第二离合器与所述空气压缩机传动连接，所述空气压缩机与所述压缩空气蓄能罐连通，所述压缩空气蓄能罐与所述透平膨胀机气路连接，所述透平膨胀机的输出端与所述发电机通过第三离合器传动连接，所述发电机与所述配电系统电连接。

进一步，所述第一离合器与所述发电机通过第一增速器传动连接。

进一步，所述第二离合器与所述空气压缩机通过第二增速器传动连接。

进一步，所述透平膨胀机与所述第三离合器通过加速器传动连接。

本发明提供的风力发电装置，通过限定叶片组与传动组件的传动比为n，定位齿轮的齿牙齿数是传动组件与定位齿轮连接处齿轮齿牙齿数的0.5n倍，从而使风力发电装置运行过程中，全部叶片组始终可以保持最佳受风角度，从而使全部叶片组可以始终以最大力量推动垂直主轴转动，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结构简单，通过将风力发电装置与空气压缩机、压缩空气蓄能罐配合使用，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空气压缩机压缩空气进行蓄能至压缩空气蓄能罐内；风力变小时，压缩空气蓄能罐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为本发明的风力发电装置的结构示意图；

图2为本发明的综合发电设备的结构示意图；

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第一支杆；3风叶轴；4风叶；5定位齿轮；6第二齿轮蜗轮；7第三齿轮；8传动杆；9塔筒；10第二支杆；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压缩空气蓄能罐；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，包括垂直主轴1、支撑框架、沿所述垂直主轴1周向均匀布置的多组叶片组以及设置有定位齿轮5的塔筒9，所述定位齿轮5套设在所述塔筒9的外侧，所述定位齿轮5，与所述塔筒9固定连接，所述垂直主轴1穿设在所述塔筒9内部且固定设置在所述支撑框架上，所述叶片组可转动设置在所述支撑框架上，所述叶片组与定位齿轮5通过传动件传动连接；所述叶片组与所述传动组件的传动比为n，所述定位齿轮5的齿牙齿数是所述传动组件与所述定位齿轮5连接处齿轮齿牙齿数的0.5n倍。这样，通过限定叶片组与传动组件的传动比为n，定位齿轮5的齿牙齿数是传动组件与定位齿轮5连接处齿轮齿牙齿数的0.5n倍，从而使风力发电装置101运行过程中，全部叶片组始终可以保持最佳受风角度，从而使全部叶片组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101的发电效率最高。

在本发明中，如图2和图3所示，风力发电装置101包括垂直主轴1以及一端与垂直主轴1连接并环绕垂直主轴1均匀设置的八根第一支杆2；每根第一支杆2上设有两根垂直设置的风叶轴3，风叶轴3可在第一支杆2上转动；每根风叶轴3上垂直设置四片风叶4，设置在同一第一支杆2上的风叶4的排列方向相同；设置在不同第一支杆2上的风叶4的排列方向沿同一方向旋转；两根相邻的第一支杆2的夹角为45°，设置在两根相邻的第一支杆2上的风叶4的排列方向的夹角为22.5°；所述第二框架包括套环和与第一支杆2数量相对应的第二支杆10，所述第二支杆10固定安装在所述套环外侧，所述套环可转动套设在塔筒9上，所述叶片组可转动安装在所述第一支杆2与所述第二支杆10之间，这里需要说明的一点是：第二支杆10与第一支杆2对应设置即可；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；第二框架的套环套设在卡槽位置，风叶轴3上设有与风叶轴3固定连接的第一齿轮；定位齿轮5和第一齿轮通过传动杆8以及传动杆8上的第二齿轮6、第三齿轮7进行传动；第二齿轮6与第一齿轮的传动比为10，定位齿轮55的齿牙齿数是第三齿轮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连接的第一支杆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102实现发电；同时，由于定位齿轮5固定安装在塔筒9顶部，并且第二齿轮6与第一齿轮的传动比为10，定位齿轮5的齿牙齿数是第三齿轮7齿牙齿数的5倍，所以垂直主轴1每顺时针转动一圈，第三齿轮7沿定位齿轮5自转5圈，传动杆8同样也转动5圈，由于第二齿轮6与第一齿轮的传动比为10，则第一齿轮逆时针转动半圈，从而使风力发电装置101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101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均匀分布了八根第一支杆2，设置在两根相邻第一支杆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4，第一风叶4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4，第二至第八风叶4以第一风叶4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4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4绕垂直主轴1顺时针转动45°到达转动前第二风叶4的位置，第一风叶4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4的排列方向相同；以此列推，使全部风叶4的排列方向始终可以处于最佳的受风状态。

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侧表面转动的第二框架来对风叶轴3进行辅助固定，防止风叶轴3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上设置的第一支杆2的根数可以根据使用需要来随意设置；连接梁的根数越多，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，风叶4可以选用各种常见形状的风叶4。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。

如图1所示：本发明提供的综合发电设备，包括空气压缩机105、压缩空气蓄能罐106、透平膨胀机107、发电机102、配电系统以及风力发电装置101，所述风力发电装置101的垂直主轴1下端设置有传动齿轮，所述传动齿轮通过第一离合器1031与所述发电机102传动连接，所述传动齿轮通过第二离合器1032与所述空气压缩机105传动连接，所述空气压缩机105与所述压缩空气蓄能罐106连通，所述压缩空气蓄能罐106与所述透平膨胀机107气路连接，所述透平膨胀机107的输出端与所述发电机102通过第三离合器1033传动连接，所述发电机102与所述配电系统电连接。结构简单，通过将风力发电装置101与空气压缩机105、压缩空气蓄能罐106配合使用，提供稳定的供电系统；风力变大时，风力发电装置101发电的同时带动空气压缩机105压缩空气进行蓄能至压缩空气蓄能罐106内；风力变小时，压缩空气蓄能罐106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101和发电机102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。

第三离合器1033与发电机102传动连接；空气压缩机105与第二增速器1042传动连接，第二增速器1042与第二离合器1032传动连接，第二离合器1032与空气压缩机105的输入齿轮连接；

发电机102与第一增速器1041传动连接，第一增速器1041与第一离合器1031传动连接，第一增速器1041与发电机102输入齿轮传动连接。

本发明提供的综合发电设备工作时，风力发电装置101在风力作用下带动第一增速器1041；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，垂直主轴1同时带动空气压缩机105和发电机102工作；发电机102发电同时空气压缩机105压缩空气，并将压缩空气储存至压缩空气蓄能罐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，垂直主轴1仅带动发电机102工作，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，压缩空气蓄能罐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，与风力发电装置101连接的压缩空气蓄能罐106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。

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。