一種智能風力發電裝置的製作方法
2023-05-06 07:21:36 1
本發明涉及一種風力發電技術領域。
背景技術：
目前風電有一定的不穩定自然局限，我國年均風電併網能力在1600-1800萬kW，已安裝的9000多萬kW風電項目中尚有1000萬kW項目未能併網。當前如果風電裝機容量短時間內出現大規模增長，將大大超出實際的併網能力，可能會使棄風限電更加惡化。
技術實現要素：
本發明通過利用自然風力的同時，利用機械電動機輔助驅動風輪機，保持風輪機全天候勻速旋轉，達到全天候滿負荷發電，袮補目前風電的缺陷。
為了解決上述技術問題，本發明採用了以下技術方案：
一種智能風力發電裝置，由鐵塔1、風輪機2、垂直傳動軸3、增速器4、輔助驅動電動機5、發電機6、地下電房7和電子調控中心8組成；
所述鐵塔1設置在地面，頂層設置風輪機2，地面底部設置地下電房7；
所述風輪機2，由風輪21、主軸22和自動追風機23組成，所述自動追風機23，使風輪機2總承始終旋轉調節到最佳迎風角度；
所述垂直傳動軸3由風輪機主軸22帶動，垂直放置在鐵塔1內，未端連接設置在地下電房7內的增速器4；
所述增速器4是多級增速波箱，低速轉變為超高速，將風輪機主軸22帶動垂直傳動軸3的低轉速500rpm以下的大轉矩機械動力，轉變成超高轉速5,000rpm以上、驅動發電機6小轉矩大功率發電；
所述輔助驅動電動機5低轉速設置與風輪機主軸22同步連動，助力或全力驅動風輪機2，所述自然風力9直接驅動風輪機2旋轉的同時，輔助驅動電動機5啟動，兩種合力保持風輪機2在設定的勻速旋轉；
所述發電機6與增速器4設置在地下電房7內；
所述電子調控中心8設置在地面室內，由若干電子設備、儀表和有線、無線網絡組成；在自然風力9過強、輔助驅動電動機5動力過大的狀態下，或者在弱風、無風的自然狀態下，通過電子調控中心8自動控制，調節輔助驅動電動機5選擇關閉、減速、加速，使驅動風輪機2始終保持在設定的勻速旋轉，所述電子調控中心8，同時控制風輪機2、垂直傳動軸3、增速器4和發電機6等所有機械設備運轉，並調製電力供應與發電輸出工況狀態，所述電子調控中心8的若干儀表顯示以上設備運轉狀態和天氣狀況。
作為上述技術方案的進一步改進，所述一種智能風力發電裝置設置兩組以上，保證起碼有一組或以上的發電機6全天候滿負荷發電運轉。
本發明的有益效果是：利用自然風力的同時，利用機械電動機輔助驅動風輪機，保持風輪機全天候勻速旋轉，達到全天候滿負荷發電，由於採用低速大轉矩電動機、風輪機，採用超高速發電機裝置，輔助驅動電動機最大耗電僅是發電機發電功率的13%以下。由於風輪機的全天候勻速旋轉，遠比自然風力驅動年平均時間要高速旋轉，其產生的功率要比純自然風機要大，而風輪直徑遠比純自然風機要小得多。地下電房的設置減少了佔地面積、減低了噪音幹擾。
附圖說明
圖1是本發明發電示意圖。
圖2是風輪機示意圖。
圖3是風輪機連動發電機側視圖。
具體實施方式
參閱圖1、圖2和圖3，一種智能風力發電裝置，由鐵塔1、風輪機2、垂直傳動軸3、增速器4、輔助驅動電動機5、發電機6、地下電房7和電子調控中心8組成；
所述鐵塔1設置在地面，頂層設置風輪機2，地面底部設置地下電房7；
所述風輪機2，由風輪21、主軸22和自動追風機23組成，所述自動追風機23，使風輪機2總承始終旋轉調節到最佳迎風角度；
所述垂直傳動軸3由風輪機主軸22帶動，垂直放置在鐵塔1內，未端連接設置在地下電房7內的增速器4；
所述增速器4是多級增速波箱，低速轉變為超高速，將風輪機主軸22帶動垂直傳動軸3的低轉速500rpm以下的大轉矩機械動力，轉變成超高轉速5,000rpm以上、驅動發電機6小轉矩大功率發電；
所述輔助驅動電動機5低轉速設置與風輪機主軸22同步連動，助力或全力驅動風輪機2，所述自然風力9直接驅動風輪機2旋轉的同時，輔助驅動電動機5啟動，兩種合力保持風輪機2在設定的勻速旋轉；
所述發電機6與增速器4設置在地下電房7內；
所述電子調控中心8設置在地面室內，由若干電子設備、儀表和有線、無線網絡組成，在自然風力9過強、輔助驅動電動機5動力過大的狀態下，或者在弱風、無風的自然狀態下，通過電子調控中心8自動控制，調節輔助驅動電動機5選擇關閉、減速、加速，使驅動風輪機2始終保持在設定的勻速旋轉，所述電子調控中心8，同時控制風輪機2、垂直傳動軸3、增速器4和發電機6等所有機械設備運轉，並調製電力供應與發電輸出工況狀態，所述電子調控中心8的若干儀表顯示以上設備運轉狀態和天氣狀況。
進一步作為優選的實施方式，一種智能風力發電裝置，所述其裝置設置兩組以上，保證起碼有一組或以上的發電機6全天候滿負荷發電運轉。
實施例一：
2X1,600kW單機發電裝置，2組發電機組設置相同：
風輪機2設置直徑為2M、厚度0.4M，額定轉速300rpm，重量300kg，根據轉動慣量公式：J=（m*r）/2=(kg*r*r)/2=(kg.m2)， m-重量，r-半徑，300*1*1/2=150kg.m2，根據轉矩公式：T=J*V/R=N.m，V-線速度 v-3.14.直徑.轉速/60=3.14*D*n/60(m/s)，r-轉動半徑，則風輪機主軸22轉矩T=150(3.14*2*300/60)/0.9=5,233N.m。
輔助驅動電動機5的額度轉速為300rpm，額度功率200kW，根據轉矩與功率、轉速的計算公式：Ｔ＝9,550Ｐ／Ｎ（Ｔ為Ｎｍ，9,550為係數,Ｐ為kW，Ｎ為rpm）： 轉矩T=9,550X200/300=6,367Ｎｍ。
發電機6的額度轉速為5,000rpm，單機額度功率1,600kW，發電機6所需轉矩為T=9,550X1,600/5,000=3,056Ｎｍ。
增速器4輸入端轉速300 rpm，輸出端轉速5,000rpm，兩者的齒比是17:1。
考慮實際機械連動和電機功耗因素，轉矩利用率為58%（3,056/5,233Nm），200kW低速輔助驅動電動機5的工作轉矩完全可以滿足1,600kW高速發電機6滿負荷運轉需要的驅動轉矩，即在完全由輔助驅動電動機5獨立驅動的狀態下，耗電與發電獲得電能的比例達到1:8，加上利用自然風力，其發電獲得的電能超過以上比例。
實施例二：
3X3萬kW單機大型發電裝置，3組發電機組設置相同：
風輪機2設置直徑為3M、厚度0.6M，額定轉速500rpm，重量500kg，根據轉動慣量公式：J=（m*r）/2=(kg*r*r)/2=500*1.5*1.5/2=562.5kg.m2，根據轉矩公式：風輪機主軸22轉矩T=562.5 (3.14*3*500/60)/0.9=49,062.5N.m。
輔助驅動電動機5的額度轉速為300rpm，額度功率1600kW，根據轉矩與功率、轉速的計算公式：轉矩T=9,550X3,000/500=57,300Ｎｍ。
發電機6的額度轉速為10,000rpm，單機額度功率30,000kW，發電機6所需轉矩為T=9,550X30,000/10,000=28,650Ｎｍ。
增速器4輸入端轉速500 rpm，輸出端轉速10,000rpm，兩者的齒比是20:1。
考慮實際機械連動和電機功耗因素，轉矩利用率為58%（28,650/49,062.5N.m），1,600kW低速輔助驅動電動機5的工作轉矩完全可以滿足30,000kW超高速發電機6滿負荷運轉需要的驅動轉矩，即在完全由輔助驅動電動機5獨立驅動的狀態下，耗電與發電獲得電能的比例達到1:19，加上利用自然風力，其發電獲得的電能超過以上比例。
雖然結合附圖描述了本發明的實施方式，但應該說明，本領域的技術人員可以在所附權利範圍之內作出各種變化和修改，只要不出超過本發明的權利要求所描述的保護範圍，都應當在本發明的保護範圍之內。