本實用新型涉及一種塔式臥葉液壓儲能風(fēng)力發(fā)電機。

背景技術(shù)：

目前，世界上常見風(fēng)機是立式水平軸三葉風(fēng)機，風(fēng)葉形狀采用標(biāo)準(zhǔn)流線型結(jié)構(gòu)；應(yīng)用升力原理獲得推力使風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)。此類風(fēng)機存在風(fēng)葉迎風(fēng)面小，風(fēng)力產(chǎn)生的氣流接觸葉片的作用時間短，風(fēng)葉笨重，機架過高，全套設(shè)施安裝在架頂；吊裝、維護、檢修不便，傳動、變速、調(diào)向、控制機構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)難度大。風(fēng)機切入切出額定風(fēng)速域較窄，風(fēng)輪掃掠面積很大而風(fēng)能利用率則較低，風(fēng)場占地面積廣，風(fēng)機布點稀疏，風(fēng)資源浪費大，風(fēng)機抗沉降能力差，不適宜建在海岸、沙漠風(fēng)資源豐富地帶，小微風(fēng)機蓄電附屬設(shè)施價格昂貴，難予推廣，大型風(fēng)力發(fā)電場投資成本高，經(jīng)濟效益不明顯。

此外，電力行業(yè)一直在為用電低谷期，網(wǎng)電高達15—32%的自然流失損耗尋求一種大容量有效蓄能方法，至今無果，依然是長期困擾電力系統(tǒng)的世界性技術(shù)疑難。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的提供一種塔式臥葉液壓儲能風(fēng)力發(fā)電機，以解決目前普遍使用的立式水平軸三葉風(fēng)機存在的風(fēng)葉笨重，機架過高，全套設(shè)施安裝在架頂；吊裝、維護、檢修不便，傳動、變速、調(diào)向、控制機構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)難度大等問題。同時，為電網(wǎng)在用電低荷期的過多電能尋求一種儲能裝置。

技術(shù)方案：

塔式臥葉液壓儲能風(fēng)力發(fā)電機，包括塔筒、塔柱及風(fēng)輪和發(fā)電機構(gòu)，塔柱固定在基座上，塔筒以環(huán)繞塔柱轉(zhuǎn)動的方式懸掛在塔柱上端，在塔筒上固裝有集風(fēng)口和調(diào)向尾翼，二者處于塔筒的兩側(cè)相隔180o的位置上；在塔筒內(nèi)腔的中心軸線上有一根中軸，中軸上轉(zhuǎn)動套裝有輪軸，在輪軸的中部固裝多層螺旋風(fēng)葉，上部裝有兩層水平風(fēng)葉即構(gòu)成風(fēng)輪；輪軸下部安裝風(fēng)輪變速箱；發(fā)電機構(gòu)包括變速箱和與變速箱的從動齒輪轉(zhuǎn)動軸接的常合齒輪機油泵，再通過高壓油管路與電機組油馬達連通，發(fā)電機組與電機組油馬達軸接；變速箱的第二級從動齒輪上軸接有分動機油泵，再用管路連通儲能油缸組。

塔筒由下部的圓柱形筒體和上部的圓錐形筒體構(gòu)成，二者的結(jié)合部對應(yīng)的塔柱上制作有環(huán)形軌道，在圓柱形筒體上沿等間隔安裝有個滾輪，滾輪與環(huán)形軌道轉(zhuǎn)動接觸；其中有個滾輪的滾輪座上焊有向塔頂上伸的隨動柱，頂端裝有可隨塔筒同步轉(zhuǎn)動的半圓引流罩。

固定在輪軸中部的螺旋風(fēng)葉處于塔筒中圓柱形部的各層為等尺寸葉片，處于錐形筒部的各層葉片適應(yīng)錐形筒腔形狀。

集風(fēng)口做在塔筒的圓柱形筒體段，口部兩側(cè)豎向制作有兩扇活動門板，形成斗形，兩門板之間裝有偏心導(dǎo)流板；塔筒上與集風(fēng)口位置對應(yīng)的另一側(cè)固裝調(diào)向尾翼。

在錐形筒的上端有塔蓋，塔蓋上嵌有多片相對水平面呈45°傾角的導(dǎo)流片。

輪軸上部的兩層水平風(fēng)葉均通過輪軸上的轂盤與輪軸固定；每層水平風(fēng)葉均有8片，相鄰兩葉片的間隔以等圓心角方式排列，通過葉軸固接在轂盤上。每片葉片由上下兩個半葉鉸接在葉軸上構(gòu)成。

在對應(yīng)水平風(fēng)葉根部的轂盤上焊有兩片“U”形引流弧板，能將任一葉片與橫軸有夾角時，向內(nèi)沿側(cè)滑的氣流向葉片后折吹，減少迎風(fēng)面氣流內(nèi)沿漏損。在每個葉片的外端安裝有葉尖操縱小翼，同時葉尖操縱小翼通過推桿和彈簧連接在葉片根部。

在變速箱中還安裝了分動油泵驅(qū)動齒輪，分動油泵齒輪軸下部通過一個牙嵌離合器與分動機油泵軸接，分動機油泵通過油管連接在儲能油缸組的管路上；來自于常合齒輪機油泵工作用高壓油經(jīng)換向開關(guān)，通過調(diào)壓限壓閥和管路，一路接通電機組油馬達，另一路為過壓油由管路接入儲能油缸組的管路中；同時經(jīng)換向開關(guān)后的分流油用管路接入儲能油缸組的管路中構(gòu)成儲能裝置。

上述儲能油缸組的每個油缸中裝有自緊自封高壓塞，自緊自封高壓塞的圓心處固接有塞軸，塞軸在缸內(nèi)的部分套有回位彈簧。

從儲能油缸組用管路接通到塔外機組油馬達，塔外機組油馬達與發(fā)電機組軸接，發(fā)電后的低壓油由管路再接通到低壓油罐中，就構(gòu)成了利用儲能裝置發(fā)電的設(shè)備。

電機組油馬達工作后的低壓油用管路接入儲能油缸組的低壓油罐中，由低壓油罐底部接出的管路接通機油濾清器，再用管路從機油濾清器接通到集油箱，在集油箱出口端裝有一個集濾器，再用管路接通各機組的油泵。

為了解決外電網(wǎng)在用電低谷期間過量電浪費問題，結(jié)合本發(fā)明的設(shè)備功能，設(shè)置一個把電能裝換為液壓能的裝置，此裝置由一個引入外部電力的電接口，從接口用電力線接電機，在電機的軸端，軸接機油泵，從機油泵引出兩條管路，一條管路接儲能油缸組，一條管路接集油箱，即構(gòu)成了外電網(wǎng)過量電能的儲能裝置。用電高峰期，利用儲存的液壓能帶動發(fā)電機組發(fā)電，向電網(wǎng)供電，可減輕電網(wǎng)負(fù)荷。

按照上述方案制成的塔式臥葉液壓儲能風(fēng)力發(fā)電機，設(shè)備投資低，容易制造，安裝方便，穩(wěn)定性能好；風(fēng)力收集面積大，產(chǎn)生的風(fēng)力強，風(fēng)能利用率高。其運行方式是風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機械能，再變機能為液壓能，由油壓馬達驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，變風(fēng)輪剛性傳動為柔性傳動，風(fēng)機與電機隔離，消除機械振顫，保障發(fā)電品質(zhì)，并采用液壓儲能裝置，儲存風(fēng)能，收到有風(fēng)發(fā)電，無風(fēng)也發(fā)電的效果。兼有將網(wǎng)電流失損耗轉(zhuǎn)換液壓能儲存，擇時用于發(fā)電，反補電網(wǎng)功用。

附圖說明

圖1是風(fēng)塔及風(fēng)機構(gòu)成示意圖。

圖2是風(fēng)能轉(zhuǎn)換成液壓能到發(fā)電機過程的機構(gòu)示意圖。

圖3是儲能裝置示意圖。

圖4是利用儲存的液壓能發(fā)電的裝置示意圖。

圖5是把外電網(wǎng)過量電轉(zhuǎn)換為液壓能的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖，作為實施例，對技術(shù)方案進一步說明。

參照圖1、2、3、4，整個風(fēng)塔通過底部的基座1上固裝的四根塔柱2支撐，且四根塔柱2分布在一個正方形的四角處。塔柱2外圍以旋轉(zhuǎn)方式安裝有塔筒3，塔筒3的上截是錐形筒體，下截是圓柱形筒體。塔筒3的軸線上有一根中央固定軸12，在中央固定軸12的上下端附近通過兩個軸承28轉(zhuǎn)動固裝有輪軸11，且輪軸11套裝在中央固定軸12上。輪軸11的下部處于地下機房中，中央固定軸12下端也在地下機房中與地基固定，上端伸出在塔頂之上，裝有避雷針13。在輪軸下部安裝變速箱26，變速箱的作用是輪軸11轉(zhuǎn)動的動力經(jīng)變換后，驅(qū)動常合齒輪機油泵30及分動機油泵30a工作的機構(gòu)，也處于地下機房中。在輪軸11下部安裝一個鉗式制動裝置29和制動鎖止盤27，在變速箱26的上方的輪軸11上還安裝有減速球盤25及盤外減速環(huán)24；構(gòu)成對輪軸11轉(zhuǎn)動狀態(tài)的控制機構(gòu)。

塔筒、風(fēng)葉和輪軸承擔(dān)著將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機械能的作用，其中風(fēng)葉和輪軸構(gòu)成風(fēng)輪，在風(fēng)輪外裝一個不等徑座式風(fēng)塔作集風(fēng)裝置，下部為圓柱形筒體，其柱面上的一側(cè)裝有可隨風(fēng)向變化自動調(diào)向的調(diào)向尾翼4；集風(fēng)口23開在與調(diào)向尾翼呈180度角的另一側(cè)。在集風(fēng)口23的左右兩側(cè)各鉸接一扇活門22，集風(fēng)口23的上、下沿固定安裝兩塊板，與兩扇活門22一起形成斗形，口部面積大，利益收集風(fēng)束；在集風(fēng)口23的內(nèi)口的豎向中心線上，用轉(zhuǎn)軸安裝有偏心導(dǎo)流板21，可根據(jù)風(fēng)向和風(fēng)力大小緊靠在一扇活門上，引導(dǎo)風(fēng)束，流向開啟的半個集風(fēng)口對應(yīng)的螺旋風(fēng)葉19，使進入螺旋風(fēng)葉的風(fēng)，沿螺旋風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)的方向流動，能驅(qū)動與螺旋風(fēng)葉固接一體的輪軸11轉(zhuǎn)動。

風(fēng)塔上部為直徑逐漸收縮的錐形筒體，與下方的圓柱形筒體活動連接。錐形塔筒頂部焊有與水平面呈45°傾角的多頁導(dǎo)流片17構(gòu)成的塔蓋18，能把從螺旋風(fēng)葉19上來的風(fēng)束，引向上面的兩層水平風(fēng)葉15，成為驅(qū)動水平風(fēng)葉15轉(zhuǎn)動的動力。這樣，風(fēng)塔豎向中心線上的輪軸11就受到螺旋風(fēng)葉19和水平風(fēng)葉15兩部分的旋轉(zhuǎn)力的驅(qū)動。且由于下部的圓柱形筒體內(nèi)的多層螺旋風(fēng)葉是等尺寸的，每層螺旋風(fēng)葉的周圍邊沿上焊接有豎向翼片5，使進入螺旋風(fēng)葉19中的風(fēng)束限制在螺旋風(fēng)葉中，并逐漸加速呈螺旋線上升，流到錐形筒體內(nèi)腔時，因為這一段的多層螺旋風(fēng)葉19直徑逐漸變小，使其中的風(fēng)束密度增大，流速更快，所以，經(jīng)導(dǎo)流片17吹向水平風(fēng)葉15的風(fēng)力更強勁，增大了水平風(fēng)葉15的轉(zhuǎn)動力。這種塔式布局有利于風(fēng)量的收集、引導(dǎo)、收束，加強入塔氣流流速作用。

圓柱形筒體與錐形筒體的界面處的塔柱2上裝有環(huán)形軌道6，圓柱形筒體上沿通過滾輪座等間距安裝有四個滾輪20，四個滾輪卡于軌道上自由轉(zhuǎn)動，其中，有3個滾輪座上焊有伸向塔頂?shù)碾S動柱7，三根隨動柱頂端裝有可隨塔筒3同步轉(zhuǎn)動的半圓引流罩8，可收集罩下半圓區(qū)內(nèi)的風(fēng)，并引導(dǎo)、吹向水平風(fēng)葉15。

塔頂?shù)膬山M水平風(fēng)葉15，每組8片，分別通過葉軸16固接在兩個轂盤14上，轂盤與輪軸11固定，在轂盤14的上、下位置，對應(yīng)風(fēng)葉根部，焊有兩片平臥“U”形引流弧板10，可將任一水平風(fēng)葉片與橫軸有夾角時，向內(nèi)沿側(cè)滑的氣流，由風(fēng)葉后部折返，減少迎風(fēng)面氣流內(nèi)沿漏損。葉軸16外端裝有可調(diào)水平風(fēng)葉15的張合角的葉尖操縱小翼9，葉尖操縱小翼9鉸接在葉軸16的軸端，有一根推桿和彈簧連接在水平葉片根部，能在彈簧力的作用下伸縮，帶動葉軸16上的上下兩條葉片作張合動作。

這樣，位于塔中央的風(fēng)輪，以輪軸11為轉(zhuǎn)軸，疊裝有共軸的多層多片螺旋風(fēng)葉19，完成風(fēng)塔下部集風(fēng)口23來的風(fēng)量的輸送任務(wù)，同時，在螺旋風(fēng)葉中旋轉(zhuǎn)上升的風(fēng)束流，也給輪軸11轉(zhuǎn)動力。塔上兩層，每層八片為板式水平風(fēng)葉15，裝有張合調(diào)整機構(gòu)，鉸接在葉軸16上的水平風(fēng)葉15迎風(fēng)區(qū)旋轉(zhuǎn)時自動張開承受風(fēng)壓，逆風(fēng)區(qū)旋轉(zhuǎn)時自動收攏減小風(fēng)阻?？耧L(fēng)期，在水平葉片15外端的葉尖小翼9在縱軸處承受風(fēng)壓后擺，壓縮推桿尾部彈簧，將桿上錐板楔入兩葉后肋條之間，控制風(fēng)葉張合角度。

塔內(nèi)七層為螺旋風(fēng)葉，葉面上下有等距離對置豎向翼片5，作為收集引導(dǎo)入內(nèi)的風(fēng)量向上運行的部件；本例，塔筒四層螺旋風(fēng)葉為等徑等距疊布。錐筒三層為不等徑不等距疊布，逐級縮徑遞減導(dǎo)程，這種多層多片風(fēng)葉布置，可大幅縮減風(fēng)輪掃掠面，風(fēng)輪中風(fēng)束密實度高，漏風(fēng)率小，入塔氣流作用面積大，風(fēng)壓作用時間長，且對入塔氣流有收束擠壓、加速氣流，提高氣流動量，獲取倍增能量的效果。由于塔筒是懸吊于環(huán)形軌道上的，且由滾輪支撐在軌道內(nèi)轉(zhuǎn)動，故塔筒3下部的調(diào)向尾翼4能由風(fēng)力的推動，轉(zhuǎn)動塔筒，使集風(fēng)口23，始終對著風(fēng)吹來的方向，接收風(fēng)力。

如上制成的風(fēng)機總重量相對現(xiàn)有的立式風(fēng)機較輕，不足立式風(fēng)機的1/3重，風(fēng)塔低矮，只有立式風(fēng)機1/5，風(fēng)塔基座1寬大堅實，單位壓強小，抗塔基不均勻沉降能力強。

參照圖2，在輪軸11的下部安裝的變速箱26，有兩級從動輪傳遞動力；第一級由分動油泵驅(qū)動動輪31與常合齒輪機油泵30軸接構(gòu)成，對來自集油箱37的液壓油加壓。常合齒輪機油泵30加壓后的高壓油通過管路經(jīng)換向開關(guān)36再經(jīng)高壓限流閥33，接通電機組油馬達35，帶動發(fā)電機組34工作。第二級由與分動油泵驅(qū)動齒輪31齒合的從動齒輪31a軸接的牙簽離合器32構(gòu)成，在牙簽離合器32的軸端，軸接分動機油泵30a，承擔(dān)對管路A中的油液加壓輸送到儲能油缸組41中。

上述由常合齒輪機油泵30處理后的高壓油的過剩部分，通過管路A分流到儲能缸組41，同時，經(jīng)調(diào)壓限流閥33處理后的液壓油，一部分供電機組油馬達35帶動發(fā)電機組34工作，多余的液壓油也通過管路A送儲能缸組41中，電機組油馬達35工作后的低壓油，由管路B送入低壓油罐47中儲放。

參照圖3、4，儲能油缸組41是由多個儲能油缸組成，儲能油缸組中的高能液壓油，經(jīng)缸底部的閥門和管路D再提供給塔外發(fā)電機組油馬達52帶動塔外發(fā)電機組53發(fā)電。區(qū)間儲能油缸組41到塔外發(fā)電機組油馬達52間的管路上以順序安裝有球閥開關(guān)50、穩(wěn)流控制件51和電源切換裝置54。塔外發(fā)電機組油馬達52工作后的低壓油用管路C送入低壓油罐47中儲放備用。分動油泵驅(qū)動動輪31的軸端接轉(zhuǎn)速表。

參照圖3，儲能油缸組41的每個油缸中裝有自緊自封高壓塞44，自緊自封高壓塞44的圓心點處固接有塞軸45，塞軸45在缸內(nèi)的部分套有回位彈簧46，在缸外的部分上部制作有油位指示標(biāo)記。缸蓋43上開孔安裝有一個浮球閥42；在缸體上部一側(cè)安裝有低壓溢油管40，缸體一側(cè)中下部裝有安全閥39，缸體一側(cè)下部裝有與分動機油泵30a出口處的管路A連通進油口，進油口處裝有單向止回閥38，收集來自換向開關(guān)36處的分流油、高壓限壓閥33處的過壓油和網(wǎng)電加壓油泵58送來的高壓油，儲存在儲能油缸組41中供塔外機組油馬達52帶動發(fā)電機組53發(fā)電。

參照圖3，低壓油罐47的上部有兩條管路，一條連通電機組油馬達35工作后的流出的低壓油管B，另一條接通塔外機組油馬達52工作后流出的低壓油管C；低壓油罐47下部有用管子接通機油濾清器48，處理后的油接通集油箱37，集油箱37與一個集濾器49連通，經(jīng)集濾器49處理后的液壓油輸送發(fā)到電機組的油泵處理供發(fā)電機組發(fā)電用。

參照圖5，在外電網(wǎng)用電低峰期，有大量過剩的電量，即可通過電接口56，和控制開關(guān)55電接電動機57，帶動與電動機57軸接的機油泵58工作，變電能為液壓能，通過管路A再送回儲能油缸組41中備用，工作循環(huán)用油來自集油箱47。形成了利用電網(wǎng)多余電能的儲能裝置。

輪軸11下端穿出塔底軸承座后，向下伸入機房適當(dāng)長度，依次疊裝風(fēng)輪傳動箱主動齒，風(fēng)輪減速球盤，外設(shè)對應(yīng)減速環(huán)片，風(fēng)輪制動鎖止盤，外設(shè)對應(yīng)制動鎖止操作件，以保颶風(fēng)來襲時設(shè)備安全和檢修時人員安全。

液壓系統(tǒng)具有將機械能轉(zhuǎn)換為液壓能實現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳遞、分流、儲存能量并將液壓能轉(zhuǎn)換為電能的作用，系統(tǒng)中配有兩套發(fā)電機組，一套為風(fēng)輪直接驅(qū)動的發(fā)電機組，一套為儲能油缸控制的發(fā)電機組。

風(fēng)輪主動齒裝于變速箱內(nèi)，變速箱只有一對常合齒，具有降扭增速作用，從動齒輪軸下端裝有常合機油泵，上端裝有分動油泵主動齒，通過自控牙嵌離合器與分動油泵相接。風(fēng)塔機組驅(qū)動力由常合油泵提供，經(jīng)電控?fù)Q向開關(guān)、液壓調(diào)壓限流閥、驅(qū)動油馬達帶動發(fā)電機工作，向外輸電，多余液壓油流向儲能油缸。

儲能油缸組可接收分動油泵、常合油泵換向油流和風(fēng)塔機組分壓油流以及外電網(wǎng)驅(qū)動的電動油泵油流四條油路經(jīng)止回閥進入缸內(nèi)的高壓油液，并將液能屯集轉(zhuǎn)換儲存，無風(fēng)時打開電磁閥釋放液能，高壓油液經(jīng)調(diào)壓穩(wěn)流液控元件和三電源切換裝置旁路，驅(qū)動塔外機組油馬達帶動電機旋轉(zhuǎn)而發(fā)電。多個組合儲能缸分上下低高壓油室，油缸配備自封自密活塞、安全閥、浮球閥、油位指示計、回位彈簧、溢流管、油壓報警器等設(shè)施。

附設(shè)的外電網(wǎng)電動機組可利用并接電接口，將外電網(wǎng)在負(fù)載用電低谷期自然流失耗損的電能引入本系統(tǒng)，驅(qū)動大型電動機帶動大型油泵，將電能轉(zhuǎn)換為液能完成蓄積儲存，用電高峰期則釋放液壓油能發(fā)電返補電網(wǎng)，減少電網(wǎng)電力浪費。

液壓系統(tǒng)低壓油路中，還配置有低壓儲油罐，油液凈化集濾器、濾清器、配油箱以及罐缸間串并聯(lián)油管、開關(guān)等器件，確保油路循環(huán)流動順暢無阻。

按照上述方案做成的塔式臥葉液壓儲能風(fēng)力發(fā)電機，塔式多層風(fēng)葉共軸風(fēng)輪，利用豎軸將風(fēng)葉捕獲的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)動力，垂直輸入地下，風(fēng)輪傳動及調(diào)控裝置發(fā)電機組等全套設(shè)備擱于地下室，不像立式風(fēng)機那樣懸置高空，并與風(fēng)輪液態(tài)隔離，設(shè)備運轉(zhuǎn)安全可靠，操作維修方便，省吊裝和高空電纜費用。

本發(fā)明的優(yōu)點是改變了現(xiàn)有風(fēng)機類型，變徑風(fēng)塔有集風(fēng)，加大風(fēng)壓作用，塔輕，抗沉降力強，風(fēng)輪疊裝多層螺旋形及水平風(fēng)葉，受風(fēng)面積大，續(xù)壓時間長，能以較小的風(fēng)輪掃抹面，獲得較高的風(fēng)能利用率。能對捕獲到的風(fēng)流實施加速，以加大氣流動量，獲取較大轉(zhuǎn)矩，提高風(fēng)機輸出功率，額定風(fēng)速域較寬，內(nèi)陸最大風(fēng)力、風(fēng)向變化時，調(diào)向反應(yīng)靈敏，在風(fēng)能向電能轉(zhuǎn)換過程中利用液壓系統(tǒng)，變風(fēng)輪剛性傳動為柔性傳動。風(fēng)機與電機隔離，消除機械振顫，保障發(fā)電品質(zhì)，并采用特殊裝置，變相儲存風(fēng)能，收到有風(fēng)發(fā)電，無風(fēng)也發(fā)電的效果?？耧L(fēng)期邊發(fā)電邊儲能，且兼有將網(wǎng)電流失損耗轉(zhuǎn)換儲存，擇時釋放能量發(fā)電，反補電網(wǎng)功用。具有風(fēng)機布點稠密，風(fēng)源利用率高，用材少，易制造，投資小，成本低，回收快，收益好的特點。