風力液壓聯動發電裝置的製作方法

2023-08-10 05:53:51 2

專利名稱：風力液壓聯動發電裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種風力液壓聯動發電裝置。
背景技術：
在風力發電領域中，併網型風力發電機的機艙一般安裝在塔架的頂端，這需要建造機艙的尺寸和重量儘可能降低，以增加風力發電機的安全性，隨著機艙重量和尺寸的降低，在發電功率不下降的情況下，風力發電設備製造難度逐漸增大，致使現有風力發電機機艙佔總成本60％以上；每個風力發電機都有一套獨立的發電設備和控制系統，部分資源不能共享；隨著風力發電機功率不斷增加，發電機及葉片的尺寸和重量不斷加大，製造難度隨之增大，技術要求較高，難以形成規模效益；由於發電設備和葉片的重量較大，故對塔架安全性的要求相應增加，致使製造塔架的材料增加，成本加大；整套風力發電設備只能按照現有的產品品種選擇，不能根據當地的風力、地形和電網的要求做出相應調整，從而降低了使用效率。

發明內容
本實用新型目的在於，提供一種風力液壓聯動發電裝置，該裝置是由風力機、風動液壓泵、緩衝壓力容器、供液壓力容器、供液液壓泵、液壓馬達、水輪機、儲液池、發電機組成；通過一臺或多臺的風力機驅動風動液壓泵，當風力機在獲取風能後驅動風動液壓泵工作，風動液壓泵將被加壓的工作液體通過管道輸送到水輪機，水輪機將液壓能轉換成動能，並帶動發電機發電。本實用新型將原有的發電設備從塔架的頂端轉移至地面，解決了現有風力發電機製造尺寸及重量不斷加大，與發電及控制設備製造難度不斷增加的矛盾，在降低了製造難度同時，節約了製造成本。因多個風力機可共用同一套發電設備，大量降低發電設備數量，從而大幅度降低成本。因發電設備從塔架頂端轉移至地面，使製造風力機的塔架的難度相應降低，節約材料同時降低了成本；因主要設備集中在地面，為維修提供了很大的方便。本實用新型通過調整風力驅動的風動液壓泵數量或發電機的功率，能較好的適應不同的風力發電場和不同的電網需求，提高風力發電機的使用效率。
本實用新型所述的風力液壓聯動發電裝置，是由風力機、風動液壓泵、緩衝壓力容器、供液壓力容器、供液液壓泵、液壓馬達、水輪機、儲液池、發電機組成，其特徵在於風力機(1)是由風力葉片、輪轂、轉軸、傳動齒輪、塔架和控制設備組成，風力機(1)通過轉軸和傳動齒輪驅動風動液壓泵(2)，並根據需要，風力機(1)與風動液壓泵(2)在管道上排列若干個；風動液壓泵(2)的進液口通過管道，經控制供液開關(14)、單向閥(18)、(17)供液液壓泵(8)、(9)的出液口連接，供液液壓泵(8)、(9)的進液口與儲液池(11)連接，在風動液壓泵(2)和供液液壓泵(8)、(9)之間的管道上固定有供液壓力容器(12)；風動液壓泵(2)的出液口通過管道經單向閥(17)、水輪機(10)與儲液池(11)連接，在風動液壓泵(2)和水輪機(10)之間的管道上分別固定有溢流閥(15)、緩衝壓力容器(3)、壓力表(4)、控制液壓馬達開關(6)和流量表(5)，液壓馬達(7)分別通過管道與控制液壓馬達開關(6)和儲液池(11)連接，水輪機(10)驅動發電機(16)發電。
本實用新型所述的風力液壓聯動發電裝置，其工作原理為由於使用風力進行發電，動力來源主要是由有效風力提供。接受風能的裝置為風力機(1)，風力機(1)由風力葉片、輪轂、轉軸、傳動齒輪、塔架和控制設備組成。風力機(1)與風力發電機相比較，前者僅能依靠風能提供動力但不能發電。風力機(1)的葉片被有效風力驅動旋轉，葉片通過風力機(1)塔架頂部轉軸的轉動，給風動液壓泵(2)提供動力(風動液壓泵是由風力驅動的液壓泵)，將加壓後的工作液體輸送到管道內，由管道將加壓的工作液體輸送給水輪機(10)，水輪機(10)和發電機(16)將工作液體的液壓能轉化成電能，進行發電。工作液體在提供動力後，流入敞口的儲液池(11)，儲液池(11)內的工作液體通過供液液壓泵(8)或(9)輸送到與風動液壓泵(2)相連的管道內，給位置較高風力機(1)驅動風動液壓泵(2)提供穩定來源的液體，使工作液體能有效循環利用。


參見附圖圖1為本實用新型結構示意圖圖2為實用新型被加壓液體的做功功率、平均風速、水輪機和發電機操作關係圖其中X(壓)＝壓力容器(緩衝)內壓強值。
X(低)＝被加壓液體最低的工作壓強值。
P(液)＝管道內液體的做功功率。
P(大)＝當前工作的水輪機和發電機組最大發電功率。
P(小)＝當前工作的水輪機和發電機組最小發電功率。
V(風)＝規定時間內的平均風速。
圖3為本實用新型供液用液壓泵、控制液壓馬達的開關控制關係圖其中壓(當)＝當前供液壓力容器的壓強壓(大)＝壓力容器壓力容器設計供液最大壓強壓(小)＝壓力容器設計供液最低壓強。
指令1是指控制中心是否發出打開控制液壓馬達開關的信號。
指令2是指控制中心是否發出關閉控制液壓馬達開關的信號。
指令3是指控制中心是否發出啟動供液液壓泵、關閉控制液壓馬達開關，置控制液壓馬達開關狀態為關的信號。
具體實施方式
以下結合附圖進一步描述並給出實施例本實用新型所述的風力液壓聯動發電裝置，是由風力機、風動液壓泵、緩衝壓力容器、供液壓力容器、供液液壓泵、液壓馬達、水輪機、儲液池、發電機組成，其特徵在於風力機(1)是由風力葉片、輪轂、轉軸、傳動齒輪、塔架和控制設備組成，風力機(1)通過轉軸和傳動齒輪驅動風動液壓泵(2)，並根據需要，風力機(1)與風動液壓泵(2)在管道上排列若干個；風動液壓泵(2)的進液口通過管道，經控制供液開關(14)、單向閥(18)、(17)供液液壓泵(8)、(9)的出液口連接，供液液壓泵(8)、(9)的進液口與儲液池(11)連接，在風動液壓泵(2)和供液液壓泵(8)、(9)之間的管道上固定有供液壓力容器(12)；風動液壓泵(2)的出液口通過管道經單向閥(17)、水輪機(10)與儲液池(11)連接，在風動液壓泵(2)和水輪機(10)之間的管道上分別固定有溢流閥(15)、緩衝壓力容器(3)、壓力表(4)、控制液壓馬達開關(6)和流量表(5)，液壓馬達(7)分別通過管道與控制液壓馬達開關(6)和儲液池(11)連接，水輪機(10)驅動發電機(16)發電。
當風速達到有效風速後，風力機(1)的葉片帶動轉軸轉動，同時轉軸的齒輪驅動風動液壓泵(2)工作。風動液壓泵(2)將供液液壓泵(8)(由液壓能提供動力的液壓泵)或供液液壓泵(9)(由電力或其他能源提供動力的液壓泵)或供液壓力容器(12)提供的工作液體予以加壓，將工作液體輸入管道用於發電。在此過程中，可由一個或多個風力機(1)及配套的風動液壓泵(2)同時工作。當風場長期有效平均風速較低時，可增加風力機(1)及配套的風動液壓泵(2)的數量，提高發電效率，反之則減少。(風力機(1)的數量＝發電機(16)最小的發電功率/有效風速下同等風力機(1)輸出的功率/風動液壓泵(2)效率/水輪機(10)和發電機(16)組效率)。當水輪機(10)和發電機(16)超過一組時，水輪機(10)和發電機(16)組合的配置應保證發電機(16)在發電過程中在發電最大值和最小值之間均能正常發電。為減少因水輪機(10)和發電機(16)頻繁更換影響發電效率，也可採用同時使用發電機(16)組、同時使用供液液壓泵(8)或調整做功風力機(1)的數量等方法。
當管道內被加壓工作液體的壓強高於發電設備設計壓強時，可通過計算機或人工關閉控制供液開關(14)，停止給風動液壓泵(2)供液，並停止部分或全部風力機(1)工作，防止風動液壓泵(2)繼續工作，損壞發電設備。當管道內工作液體壓強下降至發電設備設計壓強以內時，通過計算機或人工打開控制供液開關(14)，啟動部分或全部風力機(1)，使發電系統繼續工作。
當管道及發電設備內形成堵塞或故障時，被加壓的工作液體壓強較大。為了防止液體壓力過大破壞發電設備，可在管道的另一端可加裝一套溢流閥(15)。當管道內壓強大於發電設備設計壓強時，按要求設計的溢流閥(15)自動打開，釋放部分或全部加壓的工作液體，以降低管道內壓力，保證設備正常運轉；當管道內壓強下降至管道設計壓強以下時，溢流閥(15)自動關閉。
當風場的平均風速＜發電所需有效風速時因風力機(1)不能有效驅動風動液壓泵(2)工作，通過計算機或人工，停止風力機(1)、供液液壓泵(9)及水輪機(10)工作，減少機械磨損和能源消耗。
當風場平均風速＞有效風速啟動所有風力機(1)，打開控制供液開關(14)，打開液壓馬達開關(6)，停用供液液壓泵(9)。當管道內被加壓的工作液體壓強超過最低工作壓強時，令水輪機(10)和發電機(16)開始發電；
當風場平均風速＞有效風速時，隨著風速不斷加大，被加壓後的工作液體壓強和流量均有較大增加，發電機(16)將超負荷運轉，為提高風能利用水平和減少發電機(16)的負荷，管道內輸出到水輪機(10)液體的做功功率超過發電機(16)最小發電功率，可通過計算機或人工打開液壓馬達開關(6)，使部分加壓的工作液體驅動液壓馬達(7)旋轉，並帶動供液液壓泵(8)工作，給風動液壓泵(2)提供工作液體。同時停止供液液壓泵(9)工作，減少供液液壓泵(9)對其他能源的消耗，減少水輪機(10)和發電機(16)組之間的轉換。
若當管道內液體的做功功率超過當前水輪機(10)和發電機(16)最大發電功率，且供液液壓泵(8)處於工作狀態工作時，須更換功率較大的水輪機(10)和發電機(16)或者更換兩個或兩個以上功率和較大的水輪機(10)和發電機(16)組，以提高發電量。
若當管道內液體的做功功率繼續超過更換後的水輪機(10)和發電機(16)最小發電功率，可通過計算機或人工打開液壓馬達開關(6)，使部分加壓的工作液體驅動液壓馬達(7)旋轉，並帶動供液液壓泵(8)工作，給風動液壓泵(2)提供工作液體。
以上方法循環漸進，直至供液液壓泵(8)機水輪機(10)和發電機(16)全部使用當風場平均風速長時間超過額定風速(發電機(16)組滿負荷工作所需要的最大風速)，且在供液液壓泵(8)打開的狀況下，每隔一定時間(1-200秒)，對管道內加壓後工作液體的壓強和流量進行監測，當管道內液體的做功功率繼續超過當前水輪機(10)和發電機(16)組最大發電功率，為保證發電機(16)組正常運轉，可停止部分風力機(1)工作，減少風動液壓泵(2)輸出被加壓工作液體的流量，以減少發電機(16)組的負荷。在其次的監測中，管道內液體的做功功率仍高於最大發電功率，增加停用風力機(1)數量，直至全部停用。
當風場風速逐漸下降，管道內工作液體的做功功率逐漸下降。
當管道內工作液體的做功功率低於當前水輪機(10)和發電機(16)最小發電功率時，可通過計算機或人工關閉液壓馬達開關(6)，停止供液液壓泵(8)工作，同時打開供液液壓泵(9)，保證發電機(16)正常運轉。
當風場風速繼續下降，管道內工作液體的做功功率低於前水輪機(10)和發電機(16)最小發電功率，且供液液壓泵(8)已停止工作時，更換兩個或兩個以上功率較小的水輪機(10)和發電機(16)。
當管道內液體的做功功率繼續下降，低於更換後的水輪機(10)和發電機(16)最小發電功率，可通過計算機或人工關閉控制液壓馬達開關(6)，並停止供液液壓泵(8)工作，同時打開供液液壓泵(9)。
以上方法循環漸進，直至關閉最小功率水輪機(10)和發電機(16)，停止風力機(1)工作，重新等待風場風速提高，達到有效風速。
被加壓的工作液體推動水輪機(10)發電後，流入敞口的儲液池(11)，給風動液壓泵(2)工作再次提供液體做準備。因風動液壓泵(2)的位置較高(一般在10米以上)，僅依靠風動液壓泵(2)的自吸能力，不能滿足風動液壓泵(2)對工作液體的需要，通過供液液壓泵(9)或供液液壓泵(8)將工作液體通過(14)和單向控制閥(18)輸送到供液的管道內，給風力驅動的風動液壓泵(2)提供液體。供液液壓泵(8)是由被加壓的工作液體作為動力，通過液壓馬達(7)驅動工作，因能量轉換次數少，效率較高，可作為供液的優先選擇。同時因消耗了部分被加壓液體，可減少水輪機(10)和發電機(16)組之間的轉換頻率。供液液壓泵(9)即可以是電力驅動也可以其他動力驅動。
當風場平均風速在有效風速和額定風速之間時，風動液壓泵(2)對工作液體的需求變化較大，而供液液壓泵(9)或供液液壓泵(8)輸出的工作液體相對穩定，為保證風動液壓泵(2)能滿負荷運轉，供液液壓泵(9)輸出工作液體的流量＞最大的水輪機(10)和發電機(16)組對工作液體最小的需求流量，供液液壓泵(9)輸出液體的壓強不低於設計供液最大壓強；供液液壓泵(8)輸出工作液體的流量＞最大的水輪機(10)和發電機(16)組對工作液體最大的需求流量，供液液壓泵(8)輸出液體的壓強不低於設計供液最大壓強。
在風動液壓泵(2)的進液口的管道上固定的供液壓力容器(12)可分流供液液壓泵(9)或供液液壓泵(8)給風動液壓泵(2)供液後多餘的工作液體，當壓力容器(12)內的壓強達到設計供液最大壓強時，停止供液液壓泵(9)或供液液壓泵(8)工作，減少對能源的消耗。因供液壓力容器(12)上部有已被壓縮的氣體，通過氣壓壓力，壓力容器(12)可繼續將工作液體送到位置較高的風動液壓泵(2)，滿足風動液壓泵(2)對液體的需要。因持續給風動液壓泵(2)供液，供液壓力容器(12)內的壓強逐漸下降，當壓強低於設計供液最低壓強時，啟動供液液壓泵(9)或供液液壓泵(8)工作，直至供液壓力容器(12)內壓強達到供液液壓泵(9)輸出液體的設計供液最大壓強。
為減少對能量的消耗，當管道內液體的做功功率超過當前水輪機(10)和發電機(16)最小發電功率，部分加壓的工作液體可通過液壓馬達開關(6)後驅動液壓馬達(7)旋轉，帶動供液液壓泵(8)工作，優先給風動液壓泵(2)和供液壓力容器(12)供液；當管道內液體的做功功率小於當前水輪機(10)和發電機(16)最小發電功率時，採用供液液壓泵(9)給風動液壓泵(2)和供液壓力容器(12)供液，與此同時關閉液壓馬達開關(6)的行為，優先受到供液壓力容器(12)內壓強的控制，即在供液液壓泵(8)供液時，壓力容器(12)內的壓強達到設計供液最大壓強，關閉液壓馬達開關(6)，停止供液液壓泵(8)繼續供液，為方便計算機控制，在供液壓力容器(12)內的壓強不小於設計供液最大壓強時，液壓馬達開關(6)的狀態可暫時設定為開。
權利要求1.一種風力液壓聯動發電裝置，是由風力機、風動液壓泵、緩衝壓力容器、供液壓力容器、供液液壓泵、液壓馬達、水輪機、儲液池、發電機組成，其特徵在於風力機(1)是由風力葉片、輪轂、轉軸、傳動齒輪、塔架和控制設備組成，風力機(1)通過轉軸和傳動齒輪驅動風動液壓泵(2)，並根據需要，風力機(1)與風動液壓泵(2)在管道上排列若干個；風動液壓泵(2)的進液口通過管道，經控制供液開關(14)、單向閥(18)、(17)供液液壓泵(8)、(9)的出液口連接，供液液壓泵(8)、(9)的進液口與儲液池(11)連接，在風動液壓泵(2)和供液液壓泵(8)、(9)之間的管道上固定有供液壓力容器(12)；風動液壓泵(2)的出液口通過管道經單向閥(17)、水輪機(10)與儲液池(11)連接，在風動液壓泵(2)和水輪機(10)之間的管道上分別固定有溢流閥(15)、緩衝壓力容器(3)、壓力表(4)、控制液壓馬達開關(6)和流量表(5)，液壓馬達(7)分別通過管道與控制液壓馬達開關(6)和儲液池(11)連接，水輪機(10)驅動發電機(16)發電。
專利摘要本實用新型涉及一種風力液壓聯動發電裝置，該裝置是由風力機、風動液壓泵、緩衝壓力容器、供液壓力容器、供液液壓泵、液壓馬達、水輪機、儲液池、發電機組成；當風力機在獲取風能後驅動風動液壓泵工作，風動液壓泵將被加壓的工作液體通過管道輸送到水輪機，水輪機將液壓能轉換成動能，並帶動發電機發電。該裝置將原有的發電設備從塔架的頂端轉移至地面，解決了現有風力發電機製造尺寸及重量不斷加大，與發電及控制設備製造難度不斷增加的矛盾，降低了製造難度及發電設備數量及製造風力機的塔架的難度，節約了材料，降低了成本，維修方便。該裝置通過調整風力驅動功率，能較好的適應不同的風力發電場和不同的電網需求，提高風力發電機的使用效率。
文檔編號F03B13/00GK2835638SQ20052013594
公開日2006年11月8日 申請日期2005年11月18日 優先權日2005年11月18日
發明者李煥凱 申請人:李煥凱