一種高空發電的地面風力發電機組的製作方法
2023-05-31 09:18:21
專利名稱：一種高空發電的地面風力發電機組的製作方法
技術領域：
本發明屬於高空風力發電技術領域，特別是涉及一種更易於將風能轉化為電能的高空發電的地面風力發電機組。
背景技術：
我國是風能資源大國，但是很少有人注意到，我國還是高空風能大國。目前的風能利用僅限於幾十米至百米的低空。而在幾千米至1萬米的高空，不僅風速更大，且風力穩定，一年中不颳風的時間不足5%。專家普遍認為，高空風能要比地面風能多出數百倍，可考慮建設空中風電廠。據了解，目前，最先進的地面風力發電站的風力密度低於1千瓦/平方米。中國陸地上空萬米高空處大部分地區的風力密度均值超過5千瓦/平方米，而江浙魯地區上空的高空急流附近的風力密度甚至達到30千瓦/平方米，為世界之最。中國擁有世界上最好的高空風能資源。同傳統風電相比，高空風電投資成本約為低空風電的1/3-1/2，發電成本約為低空風電的1/3，而佔地面積僅為1/30，並且無噪音，對環境影響較小。整個中國的上空都有很好的高空風能的分布，不像現在，常規風電只能在甘肅、寧夏、新疆，其他地方大部分都不能建。從高空風能的角度來說全國到處都能建。面對高空風能的誘人前景， 其實早在20世紀70年代爆發能源危機時，各類高空風電的設計就不斷湧現。美國、荷蘭、 義大利等國都多次進行過高空風能發電的試驗。專利號為200810065873. 5的一種高空風力發電裝置，包括具有浮力的氣囊，固定氣囊的繩索以及位於地面上的發電機、卷揚機以及運行控制系統。固定氣囊的繩索一端固定在氣囊的幾何中心點上，另一端繞在發電機的轉子上，或與轉子相連接的傳動設備上。氣囊呈扁平狀，其迎風角度可以調節。高空發電機的工作過程如下運行控制系統調整氣囊的迎風角度，使其正面迎風，在風力作用下，氣囊從初始位置開始沿風向運動，並通過繩索，拉動轉子旋轉發電。此為發電階段。氣囊運動一段距離之後，必須收回到初始位置。運行控制系統調整氣囊的迎風角度，使其側面迎風，啟動地面的卷揚機，沿逆風方向把氣囊牽引回初始位置。此為回收階段。兩個階段不斷交替循環進行。此結構的問題在於傳動鏈設計在氣囊上，這無疑使氣囊重量增加，加大了空中的安全隱患，而且此結構的發電效率比較低，達不到發電量的要求，不僅浪費了大量的風力資源，而且從經濟利潤角度來看也造成了浪費。
發明內容
針對上述存在的技術問題，本發明提供一種高空發電的地面風力發電機組。它是直接建立在地面，將高空中的動能轉化為電能，使發電機發電的設備。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是
本發明包括發電機及對稱設置在發電機兩側的聯軸器、增速箱、制動器、滾筒、離合器及電動機，所述發電機的轉子軸兩端分別通過聯軸器連接有增速箱，滾筒兩端分別連接有制動器，所述增速箱和滾筒一端的制動器連接，滾筒另一端的制動器和電動機通過離合器分別連接，發電機發電時，所述兩滾筒分別通過纜繩與空中做功傘連接，兩離合器分別與外部控制部分連接，通過控制兩離合器交替工作，實現發電機持續發電。所述滾筒包括滾筒外殼和滾筒轉軸，在滾筒外殼內兩端和滾筒轉軸間分別設置有第一單向軸承，在滾筒外殼外的滾筒轉軸兩端與制動器間分別通過第二單向軸承連接，所述第一、第二單向軸承轉動方向相反。所述發電機包括內殼、外殼、定子、永磁轉子、轉子軸及端蓋，轉子軸伸出兩端蓋， 並與兩端蓋間通過軸承連接，在內、外殼間設置有筋板，形成冷卻水路，在外殼上分別開有進、出水口。本發明具有如下優點
1、本發明採用對稱設置在發電機兩側的減速箱及滾筒裝置，使整個裝置串聯，滾筒通過纜繩與空中做功傘連接，實現空中機械能量到地面的傳遞；通過增速箱對滾筒傳動過來的轉速增速後，使輸出軸一端轉速達到發電機所要求的額定轉速。通過外部控制部分控制兩離合器交替工作，每個循環左右對稱，使得發電機一端做功傘開始收傘到再次做功之前這段時間另外一端的做功傘正在做功，保持發電機始終在工作狀態，從而提高發電機的發電量。2.本發明在滾筒內外的轉軸上分別設置轉動方向相反的第一、第二單向軸承。由於此結構中滾筒所承受的扭矩非常大，很難找到合適離合器來實現分離工作，所以選用兩種軸承配合，達到分離工作的要求。3.本發明中的發電機轉子軸伸出兩端蓋，分別與兩端滾筒裝置的離合器連接，實現兩端交替工作，使發電機持續工作，提高發電量。在發電機內、外殼間設置有筋板，形成冷卻水路，以冷卻發電機。4.本發明中與滾筒連接的做功傘可置於高空中，高空中蘊藏的風能超過人類社會總需能源的100多倍，配合高空的機械設備，地面機械設備將高空的動能轉化為電能，實現恆功率輸出。500-1000米的高空風速大、平均能量密度高(是地表風能的100多倍)、地域分布廣、穩定性高、常年不斷，這為單機功率10兆瓦-50兆瓦機型開發做準備。5.本發明高空風能發電時間長(年發電時間6570小時以上)、輸出穩定、功率大， 地面的機械工作配合高空機械，兩者結合，完成發電的整個過程。
圖1為本發明的結構示意圖。圖2為圖1中滾筒的結構示意圖。圖3為圖1中發電機的結構示意圖。圖中1、1，.電動機，2、2，.滾筒，21.滾筒外殼，22.滾筒轉軸，31-34.制動器， 4、4，·離合器，5、5，·增速箱，6、6，·聯軸器，7.發電機，701.外殼，702.內殼，703.定子， 704.永磁轉子，705.進(出)水口，706.筋板，707.水路，708.內風扇，709.端蓋，710.軸承內蓋，711.軸承，712.軸承外蓋，713.外油檔，714.轉子軸；8.第一單向軸承，9.第二單向軸承。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明做進一步的詳細說明。實施例如圖1所示，本發明包括發電機1及對稱設置在發電機1兩側的聯軸器6、 6』、增速箱5、5』、制動器、滾筒2、2』、離合器4、4』及電動機1、1』，所述發電機7的轉子軸 714兩端分別通過聯軸器6、6』連接有增速箱，滾筒4、4』兩端分別連接有制動器，所述增速箱5、5，和滾筒2、2，一端的制動器31,32分別連接，滾筒2、2，另一端的制動器33,34和電動機1、1』通過離合器4、4』分別連接，發電機7發電時，所述兩滾筒2、2』分別通過纜繩與空中做功傘連接，兩離合器4、4』分別與外部控制部分連接，通過外部控制兩離合器4、4』 交替工作，實現發電機7兩側的裝置交替工作，使發電機7持續發電。所述滾筒2、2』包括滾筒外殼21和滾筒轉軸22，在滾筒外殼21內兩端和滾筒轉軸 22間分別設置有第一單向軸承8，在滾筒外殼21外的滾筒轉軸22兩端與制動器間分別通過第二單向軸承9連接，所述第一、第二單向軸承8、9轉動方向相反。在發電時，第一單向軸承8固定鎖死，使滾筒2、2』帶動滾筒轉軸22旋轉，第二單向軸承9旋轉方向不受影響； 收繩時，第一單向軸承8旋轉，第二單向軸承9旋轉方向固定鎖死，使滾筒外殼21單獨旋轉收繩，滾筒轉軸22不受影響。所述發電機7包括內殼702、外殼701、定子703、永磁轉子704、轉子軸714及端蓋 709，轉子軸714伸出兩端蓋，並與兩端蓋709間通過軸承710連接，在內、外殼702、701間設置有筋板706，形成冷卻水路707，在外殼701上分別開有進、出水口 705。永磁體內置在永磁轉子704的鐵心裡，易於安裝和固定。由於永磁轉子704發熱小，定子703是主要的熱源，機座是由內、外雙層機殼組成，機殼中間由筋隔開，形成水路。定子703外表面與機座的內表面接觸，熱量由此傳遞到機座。進水由水泵泵入機座，經過內、外殼702、701中間的水路707，通過熱傳導把熱量帶走，由此循環，把發電機7溫升控制在安全的範圍。發電機7兩端採用滾動絕緣軸承711，可防止軸電流流過軸承711，對軸承711造成損壞。其中永磁轉子 704由風力形成的外部力矩驅動而旋轉，從而使由永磁體產生的靜態磁場也旋轉起來，定子 703繞組切割磁力線，內部感應出電勢。定子703採用星型接法，在額定轉速下，額定功率可達 1500kW，效率 97. 7%ο本發明的工作原理
空中做功傘的機械能量通過纜繩傳遞到地面滾筒2的轉軸上，滾筒2的一端連接一個小電動機1，所述電動機1的作用是當空中做功傘達到最高點時，地面的滾筒2需要一個很小的力將做功傘收回至最低點，此時就需要電動機1來完成收傘的工作，同時，當需要整個設備停止工作並且收回空中的工作設備時，同樣需要這個電動機1來完成。電動機1與滾筒2之間連接一個離合器4，此離合器在做功傘做功階段時是分離的，當收回做功傘的時候離合器4貼合，電動機1帶動滾筒外殼21做反向旋轉以完成收繩工作。在滾筒2的另外一端連接的剎車制動器31，當空中做功傘從完成做功並且收回後再次做功啟動之前這段時間，滾筒2需要停止工作。與制動器3的另一端是連接的就是增速箱5，增速箱5和發電機 7間通過聯軸器6連接，經過增速箱5對滾筒2傳動過來的轉速增速後，使輸出軸一端轉速達到發電機7所要求的額定轉速，至此，完成了整個的發電過程。為了提高發電機7的發電量，本發明採用整體設備串聯方式，一臺電動機1到發電機7為一個整體，然後在發電機的另一端繼續連接另外一個整體的增速箱5、滾筒3至電動機1』，每一個循環左右對稱，為了使發電機7持續工作，並且中間沒有間斷，發電機7左右的滾筒2不能同時做同樣的工作，通過外部控制部分控制，保證當一端做功傘開始收傘到再次做功之前這段時間另外一端的做功傘正在做功，保持發電機7始終在工作狀態，從而提高發電機7的發電量。
權利要求
1.一種高空發電的地面發電機組，其特徵在於包括發電機及對稱設置在發電機兩側的聯軸器、增速箱、制動器、滾筒、離合器及電動機，所述發電機的轉子軸兩端分別通過聯軸器連接有增速箱，滾筒兩端分別連接有制動器，所述增速箱和滾筒一端的制動器連接，滾筒另一端的制動器和電動機通過離合器分別連接，發電機發電時，所述兩滾筒分別通過纜繩與空中做功傘連接，兩離合器分別與外部控制部分連接，通過控制兩離合器交替工作，實現發電機持續發電。
2.根據權利要求1所述的高空發電的地面發電機組，其特徵在於所述滾筒包括滾筒外殼和滾筒轉軸，在滾筒外殼內兩端和滾筒轉軸間分別設置有第一單向軸承，在滾筒外殼外的滾筒轉軸兩端與制動器間分別通過第二單向軸承連接，所述第一、第二單向軸承轉動方向相反。
3.根據權利要求1所述的高空發電的地面發電機組，其特徵在於所述發電機包括內殼、外殼、定子、永磁轉子、轉子軸及端蓋，轉子軸伸出兩端蓋，並與兩端蓋間通過軸承連接， 在內、外殼間設置有筋板，形成冷卻水路，在外殼上分別開有進、出水口。
全文摘要
一種高空發電的地面發電機組，屬於高空風力發電技術領域。包括發電機及對稱設置在發電機兩側的聯軸器、增速箱、制動器、滾筒、離合器、及電動機，所述發電機的轉子軸兩端分別通過聯軸器連接有增速箱，滾筒兩端分別連接有制動器，所述增速箱和滾筒一端的制動器連接，滾筒另一端的制動器和電動機通過離合器分別連接，發電機發電時，所述兩滾筒分別通過纜繩與空中做功傘連接，兩離合器分別與外部控制部分連接，通過控制兩離合器交替工作，實現發電機持續發電，提高發電機的發電量。本發明能夠實現空中機械能量到地面的傳遞；通過增速箱對滾筒傳動過來的轉速增速後，使輸出軸一端轉速達到發電機所要求的額定轉速。
文檔編號H02K5/20GK102352816SQ201110176768
公開日2012年2月15日 申請日期2011年6月28日 優先權日2011年6月28日
發明者王冠一 申請人:青島華創風能有限公司