專利名稱：浮島式水上風力發(fā)電裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種風力發(fā)電裝置，特別涉及一種浮島式水上風力發(fā)電裝置。
背景技術：
現(xiàn)有的技術所使用的風力發(fā)電設備對風速要求較高，在低風速和高風速的狀態(tài)下 均不能正常發(fā)電，特別是在高風速的情況下，不但不能發(fā)電，還會對發(fā)電設備的安全造成影 響。所以通常的風電設備年發(fā)電量在2000小時左右?，F(xiàn)在已經(jīng)成型的水平軸以及垂直軸 風力發(fā)電機系統(tǒng)，單機造價居高不下，進口產(chǎn)品每千瓦時的造價都在8000-10000人民幣， 國產(chǎn)的也要5000人民幣以上。這些產(chǎn)品穩(wěn)定性不夠，維護成本高，綜合發(fā)電成本都高于煤 電的成本。作為一種清潔能源，要部分取代煤電，那么它不但要碳排放上面需要有優(yōu)勢，在 綜合發(fā)電成本上必須與煤電持平，或低于煤電。不能做到這一點，將影響風力發(fā)電行業(yè)大規(guī) 模的市場化運作。當前，社會急需一種將風力風電設備領域造價高、大型化、啟動風速區(qū)間 窄、穩(wěn)定性差、維護成本高等技術難題一并解決的低成本風力發(fā)電技術，此技術能一并滿足 上述條件，能將海上風能這一 自然資源充分利用。 經(jīng)過對現(xiàn)有技術的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)?00610021220. 8公開了一種"帆船 與水下風車相結合的水上風能利用方法"，該技術把用于水流發(fā)電的水輪機安裝在帆船上， 用風力驅動帆船，產(chǎn)生相對于帆船的水流驅動水輪機做功，然而該技術并未對具體實施有 任何記載，從而無法應用于實際的產(chǎn)業(yè)中。 中國專利申請CN1587685A公開了一種"風力發(fā)電裝置"，該技術由機房、風力驅 動機構、變速箱和發(fā)電機組組成，其中風力驅動機構由轉軸固定在轉軸上三對帆桿和安裝 在帆桿上的帆及轉動齒輪組成；每對帆中，左右兩側的帆安裝方向相反，一側正好為迎風反 面，轉軸隨著力大的方向旋轉，旋轉的轉軸通過轉動齒輪。但該技術只能專用于陸地固定地 點的風力發(fā)電，無法在水上實施；另外由于該技術的浮帆及帆桿的質量均靠轉軸支撐，使得 轉動磨擦力產(chǎn)生額外損耗并導致轉軸老化，最終上述技術的結構特征限制了其實際應用時 規(guī)格的設計上限，使得風機在低風速環(huán)境下無法啟動。 為解決上述問題，中國專利申請CN101363416A公開了一種帆船式水上風力發(fā)電 機，該發(fā)明通過分體式活動浮帆結構，將浮帆與動力臂重量移至船體，適合除強臺風外的高 中低風速的水上發(fā)電，但該技術在實施過程中存在以下問題由于是多個活動浮帆繞中心 轉盤轉動，在轉動過程中，由于浮帆船體的重量和水流阻力較大，影響了正常發(fā)電。同時風 力發(fā)電機結構中，要通過連接桿連接多個浮帆，使得結構龐大，無法進行規(guī)模化拼裝，不能 滿足大規(guī)模發(fā)電的要求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可模塊拼接化的浮島式水上風力發(fā)電裝置，主要解決
現(xiàn)有帆船式水上風力發(fā)電機存在多帆船旋轉阻力大、無法大規(guī)模發(fā)電的技術問題。
本發(fā)明的技術方案為一種浮島式水上風力發(fā)電裝置，包括浮島平臺、旋轉帆、帆軸、中心浮倉和發(fā)電裝置，旋轉帆的帆片安裝在帆軸上，帆軸固定在其下方的中心浮倉上， 所述的中心浮倉位于浮島平臺中央的浮倉室內(nèi)，帆軸連接發(fā)電裝置，發(fā)電裝置輸出經(jīng)變壓 后接入電網(wǎng)。 所述旋轉帆有3-10個帆片，帆片繞帆軸均勻布置。所述帆片固定在上、下帆固定 橫梁上，帆片的縱向端面均串有一排帆環(huán)，帆索穿過帆環(huán)，其兩端與上、下帆固定橫梁連接， 帆片上有呈陣列式布置的帆網(wǎng)小窗，每個帆網(wǎng)小窗上端均連接有帆葉，帆葉與帆網(wǎng)小窗過 盈配合，所述的過盈配合是指帆葉的面積略大于帆網(wǎng)小窗的面積，各個帆片上帆葉和帆網(wǎng) 小窗都是按順時針或逆時針方向轉動方向同向布置。 在浮島平臺上設有發(fā)電機倉，發(fā)電裝置設置在發(fā)電機倉內(nèi)，所述發(fā)電裝置包括變 速機構和發(fā)電機，所述的變速機構為齒輪變速機構、蝸輪蝸桿變速機構、皮帶傳動變速機構 或其他變速機構。帆軸與變速機構輸入軸連接，變速機構的輸出軸連接發(fā)電機的輸入軸，發(fā) 電機輸出電纜連接調壓站后接入電網(wǎng)。 所述浮島平臺可以為多種懸浮結構，可以是密閉箱體結構，也可以是空心水泥體 懸浮結構，也可以是內(nèi)置浮筒的框架結構，并具有適合拼裝規(guī)則外形。 在浮島平臺上對角交叉設有帆軸固定架，固定架交叉點安置有上固定軸承與帆軸 上端相連，在帆軸與發(fā)電機倉的交接處設有下固定軸承，在帆軸和浮島平臺交接處設有浮 倉固定軸承。浮島平臺設有多個定位錨。帆軸和上、下固定軸承在水平固定的前提下，根據(jù) 浮倉的浮力可作上下有限的移動。 在帆軸或帆固定橫梁上設置升降機構，可根據(jù)風力大小對旋轉帆的受風面積進行 升降調節(jié)。 中心浮倉為可轉動空心體，優(yōu)選結構為空心圓柱體或空心圓椎臺體，在中心浮倉 上設有進排水口 ，進排水口連接進排水控制泵。
發(fā)電機還接有輸入補償電纜。 中心浮倉下表面連接有水輪帆軸，水輪帆軸與浮倉中心軸連接，水輪帆軸上安裝
有水輪帆，所述水輪帆有3-10個水輪帆片，水輪帆片繞水輪帆軸均勻布置。在浮島平臺下
對角交叉設有水輪帆軸固定架，水輪帆軸固定架交叉點安置有水下下固定軸承與水輪帆軸
下端相連，在水輪帆軸與浮倉室的交接處設有水下上固定軸承。所述水輪帆片固定水輪固
定梁上，水輪帆片上有呈陣列式布置的水輪帆網(wǎng)小窗，每個水輪帆網(wǎng)小窗下端均連接有活
葉，活葉上端固定有浮桿，活葉與水輪帆網(wǎng)小窗過盈配合，所述過盈配合是指活葉的面積略
大于水輪帆網(wǎng)小窗的面積。 在固定架上安裝有避雷針。 以上述風力發(fā)電裝置作為一個模塊，通過浮島平臺之間焊接或可拆卸連接，即可 進行拼裝，然后將發(fā)電機輸出串聯(lián)，可使得浮島平臺無限大，滿足大規(guī)模發(fā)電的要求。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明工作時，浮島固定漂浮在水面，由于將旋轉帆設置在 浮島平臺中軸，風力帶動旋轉帆旋轉，旋轉帆帶動同軸的帆軸旋轉后驅動發(fā)電裝置，通過調 整中心浮倉的浮力，可以使旋轉帆連同帆軸的重力和中心浮倉的浮力相等，其轉動的阻力 幾乎可以忽略不計，大大提高了風力發(fā)電的效果。另外，由于浮島平臺外形是規(guī)則的，可進 行大規(guī)模拼裝，只要將各發(fā)電裝置輸出串聯(lián)，即可形成大規(guī)模的風力發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電成本大 大低于煤電，并在水利發(fā)電成本以下。通過在中心浮倉下方設置水輪帆，可以通過水流帶動
5中心浮倉轉動，從而帶動發(fā)電裝置發(fā)電，使得本發(fā)明既可以通過風力發(fā)電，又可以通過水流 發(fā)電。此外，在帆軸或帆固定橫梁上設置升降機構，可以方便升降旋轉帆，調整旋轉帆的受 風面積。中心浮倉進排水泵的設置，可以通過控制中心浮倉內(nèi)的海水量調整中心浮倉的浮 力。本發(fā)明實施時，在風速3米/秒時就能啟動，當設置水輪帆后，甚至風速低于3米/秒 時也能啟動。遭遇臺風時，只要風速低于40米/秒也能正常工作，可大大降低風力發(fā)電的 成本，本發(fā)明結構簡單科學，造價低，可適應除強臺風外的高、中、低風速的水上發(fā)電。
圖1為本發(fā)明只設旋轉帆的立體結構示意圖 圖2為本發(fā)明旋轉帆和水輪帆同時設置立體結構示意圖 圖3為本發(fā)明結構示意圖 圖4為本發(fā)明帆片結構示意圖 圖5為本發(fā)明陣列式布置結構示意圖 圖中l(wèi)-避雷針，2-上固定軸承，3-固定架，4-上帆固定橫梁，5-帆索，6-帆環(huán)， 7-帆葉，8_帆網(wǎng)小窗，9-下固定軸承，10-發(fā)電機倉，11-變速機構，12-輸出電纜，13-輸 入補償電纜，14-浮倉固定軸承，15-浮島平臺，16-水輪固定梁，17-水輪帆網(wǎng)小窗，18-水 輪帆片，19-水輪帆軸固定架，20-水輪帆，21-水下下固定軸承，22-升降滑輪，23-帆軸， 24-下帆固定橫梁，25-發(fā)電機，26-浮倉室，27-定位錨，28-中心浮倉，29-水下上固定軸 承，30-旋轉帆，31-浮倉中心軸，32-進排水口 ， 33-進排水控制泵，34-浮筒，35-水輪帆軸， 36-活葉，37-帆片。
具體實施例方式參照圖1、2、3、4、5 實施例l，一種浮島式水上風力發(fā)電裝置，包括浮島平臺15、旋轉帆30、帆軸23、中 心浮倉28和發(fā)電裝置，旋轉帆的帆片37安裝在帆軸23上，所述旋轉帆有4個帆片37，也可 根據(jù)需要選取3-10個帆片37，帆片37繞帆軸23均勻布置，所述帆片37固定在上、下帆固 定橫梁4、24上，帆片37的縱向端面均串有一排帆環(huán)6，帆索5穿過帆環(huán)6，其兩端與上、下 帆固定橫梁4、24連接，帆片37上有呈陣列式布置的帆網(wǎng)小窗8，每個帆網(wǎng)小窗上端均連接 有帆葉7，帆葉7與帆網(wǎng)小窗8過盈配合，各個帆片上帆葉7和帆網(wǎng)小窗8都是按順時針或 逆時針方向轉動方向同向布置。帆軸23固定在其下方的中心浮倉28上，在浮島平臺15上 對角交叉設有帆軸固定架3，固定架交叉點安置有上固定軸承2與帆軸23上端相連，在帆軸 23與發(fā)電機倉10的交接處設有下固定軸承9，在帆軸23和浮島平臺15交接處設有浮倉固 定軸承14。帆軸和上、下固定軸承在水平固定的前提下，根據(jù)浮倉的浮力可作上下有限的移 動。所述的中心浮倉28位于浮島平臺15中央的浮倉室26內(nèi)，中心浮倉26為空心圓柱體 或空心圓椎臺體，在中心浮倉上設有進排水口 32，進排水口連接進排水控制泵33。帆軸23 連接發(fā)電裝置，在帆軸或帆固定橫梁上設置升降機構，如通過升降滑輪22帶動上帆固定橫 梁4上下移動，可根據(jù)風力大小對旋轉帆的受風面積進行升降調節(jié)。在浮島平臺15上設有 發(fā)電機倉IO，發(fā)電裝置設置在發(fā)電機倉IO內(nèi)，所述發(fā)電裝置包括變速機構11和發(fā)電機25， 所述的變速機構11為齒輪變速箱，所述的發(fā)電機25為異步電動機，帆軸23與齒輪變速箱 輸入軸連接，齒輪變速箱的輸出軸連接異步電動機的輸入軸，異步電動機的輸出電纜12連 接調壓站后接入電網(wǎng)，異步電動機還接有輸入補償電纜13。
所述浮島平臺15呈四方體框架結構，框架內(nèi)四周安置相互靠接的浮筒34，浮島平
臺15也可以是具有規(guī)則拼裝結構的密閉箱體或空心水泥懸浮體，浮島平臺設有多個定位
錨27，或在水底打樁再通過固定鏈連接浮島平臺15，在固定架上安裝有避雷針1。 實施例2，以實施例l風力發(fā)電裝置作為一個模塊，通過浮島平臺15之間焊接或可
拆卸連接，進行拼裝，例如進行10X10的拼接，然后將發(fā)電機輸出串聯(lián)，滿足大規(guī)模發(fā)電的要求。 實施例3，在實施例1的基礎上，中心浮倉28下表面連接有水輪帆軸35，水輪帆軸 35與浮倉中心軸31連接，水輪帆軸35上安裝有水輪帆20，所述水輪帆有3-10個水輪帆片 18，所述水輪帆片18固定水輪固定梁16上，水輪帆片18上有呈陣列式布置的水輪帆網(wǎng)小 窗17，每個水輪帆網(wǎng)小窗下端均連接有活葉36，活葉上端固定有浮桿，活葉36與水輪帆網(wǎng) 小窗17過盈配合。水輪帆片18繞水輪帆軸35均勻布置，各個水輪帆片上活葉36和水輪 帆網(wǎng)小窗17都是按順時針或逆時針方向轉動方向同向布置。在浮島平臺下對角交叉設有 水輪帆軸固定架19，水輪帆軸固定架交叉點安置有水下下固定軸承21與水輪帆軸35下端 相連，在水輪帆軸與浮倉室的交接處設有水下上固定軸承29。此時中心浮倉28的浮力要與 旋轉帆30連同帆軸23的重力以及水輪帆20和水輪帆軸35重力的總和相當，當水流速度 大于等于風速，水輪帆一側活葉36關閉，驅動水輪帆20，此時，另一側活葉36打開，使得水 輪帆20做旋轉運動，驅動水輪帆軸35轉動，進而帶動發(fā)電裝置發(fā)電，即將水流能量轉變成 機械能驅動發(fā)電機發(fā)電，這種風力和水流發(fā)電的協(xié)同設計使得發(fā)電的效果更佳。
權利要求
一種浮島式水上風力發(fā)電裝置，其特征是包括浮島平臺、旋轉帆、帆軸、中心浮倉和發(fā)電裝置，旋轉帆的帆片安裝在帆軸上，帆軸固定在其下方的中心浮倉上，所述的中心浮倉位于浮島平臺中央的浮倉室內(nèi)，帆軸連接發(fā)電裝置，發(fā)電裝置輸出經(jīng)變壓后接入電網(wǎng)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的浮島式水上風力發(fā)電裝置，其特征是所述旋轉帆有3-10個帆 片，帆片繞帆軸均勻布置。
3. 根據(jù)權利要求2所述的浮島式水上風力發(fā)電裝置，其特征是所述帆片固定在上下帆 固定橫梁上，帆片的縱向端面均串有一排帆環(huán)，帆索穿過帆環(huán)，其兩端與上下帆固定橫梁連 接，帆片上有呈陣列式布置的帆網(wǎng)小窗，每個帆網(wǎng)小窗上端均連接有帆葉，帆葉與帆網(wǎng)小窗 過盈配合，各個帆片上帆葉和帆網(wǎng)小窗都是按順時針或逆時針方向轉動方向同向布置。
4. 根據(jù)權利要求1所述的浮島式水上風力發(fā)電裝置，其特征是在浮島平臺上設有發(fā)電 機倉，發(fā)電裝置設置在發(fā)電機倉內(nèi)，所述發(fā)電裝置包括變速機構和發(fā)電機，帆軸與變速機構 輸入軸連接，變速機構的輸出軸連接發(fā)電機的輸入軸，發(fā)電機的輸出電纜連接調壓站后接 入電網(wǎng)。
5. 根據(jù)權利要求5所述的浮島式水上風力發(fā)電裝置，其特征是發(fā)電機還接有輸入補償 電纜。
6. 根據(jù)權利要求1或4所述的浮島式水上風力發(fā)電裝置，其特征是在浮島平臺上對角 交叉設有帆軸固定架，固定架交叉點安置有上固定軸承與帆軸上端相連，在帆軸與發(fā)電機 倉的交接處設有下固定軸承，在帆軸和浮島平臺交接處設有浮倉固定軸承浮島平臺設有多 個定位錨。
7. 根據(jù)權利要求1所述的浮島式水上風力發(fā)電裝置，其特征是在帆軸或旋轉帆的帆固 定橫梁上設置升降機構。
8. 根據(jù)權利要求1所述的浮島式水上風力發(fā)電裝置，其特征是中心浮倉為空心圓柱體 或空心圓椎臺體。
9. 根據(jù)權利要求1所述的浮島式水上風力發(fā)電裝置，其特征是在中心浮倉上設有進排 水口 ，進排水口連接進排水控制泵。
10. 根據(jù)權利要求1所述的浮島式水上風力發(fā)電裝置，其特征是中心浮倉下表面連接 有水輪帆軸，水輪帆軸與浮倉中心軸連接，水輪帆軸上安裝有水輪帆，所述水輪帆有3-10 個水輪帆片，水輪帆片繞水輪帆軸均勻布置。
11. 根據(jù)權利要求io所述的浮島式水上風力發(fā)電裝置，其特征是在浮島平臺下對角交叉設有水輪帆軸固定架，水輪帆軸固定架交叉點安置有水下下固定軸承與水輪帆軸下端相 連，在水輪帆軸與浮倉室的交接處設有水下上固定軸承。
12. 根據(jù)權利要求1所述的浮島式水上風力發(fā)電裝置，其特征是所述水輪帆片固定水 輪固定梁上，水輪帆片上有呈陣列式布置的水輪帆網(wǎng)小窗，每個水輪帆網(wǎng)小窗下端均連接 有活葉，活葉上端固定有浮桿，活葉與水輪帆網(wǎng)小窗過盈配合，各個水輪帆片上活葉和水輪 帆網(wǎng)小窗都是按順時針或逆時針方向轉動方向同向布置。
13. 根據(jù)權利要求1所述的浮島式水上風力發(fā)電裝置，其特征是在固定架上安裝有避 雷針。
14. 根據(jù)權利要求1所述的浮島式水上風力發(fā)電裝置，其特征是以該浮島式水上風力 發(fā)電裝置作為一個模塊，通過浮島平臺之間焊接或可拆卸連接，進行拼裝，然后將發(fā)電機輸出串聯(lián)，得到一個大型浮島風力發(fā)電平臺。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風力發(fā)電裝置，特別涉及一種浮島式水上風力發(fā)電裝置。主要解決現(xiàn)有帆船式水上風力發(fā)電機存在多帆船旋轉阻力大、無法大規(guī)模發(fā)電的技術問題。本發(fā)明的技術方案為一種浮島式水上風力發(fā)電裝置，包括浮島平臺、旋轉帆、帆軸、中心浮倉和發(fā)電裝置，旋轉帆的帆片安裝在帆軸上，帆軸固定在其下方的中心浮倉上，所述的中心浮倉位于浮島平臺中央的浮倉室內(nèi)，帆軸連接發(fā)電裝置，發(fā)電裝置輸出經(jīng)變壓后接入電網(wǎng)。本發(fā)明進行模塊化拼接后可得到一個大型浮島風力發(fā)電平臺。
文檔編號F03D3/06GK101705913SQ20091022241
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月6日 優(yōu)先權日2009年11月6日
發(fā)明者陸華強 申請人:上海兆風能源科技有限公司