电前蓄能滤波的水平轴式风力机、风力机组及曳引系统的利记博彩app

本发明涉及一种电前蓄能滤波的水平轴式风力机、一种包括所述水平轴式风力机的风力机组以及一种用于所述水平轴式风力机的曳引系统。

背景技术：

人类对于能源日益增长的需求和生态环境日渐恶化的趋势之间的矛盾，使得如何实现能源的可持续利用和开发成为全世界都在关注的问题。风能作为优良的清洁能源，受到了世界各国的重视。目前使用的风力发电机通常包括风轮、机械传动系统(如增速器等)和发电机等。风轮在风力的作用下旋转，所获得的动能经机械传动系统传递给发电机，由发电机将动能转换为电能。机械传动系统和发电机被封装在一个机舱中，然后通过转动支承装置安装在塔架顶部，构成了风力发电机的机头。机头，特别是大中型风力发电机的机头，其重量非常大，可以达到数十吨到几百吨。因此，对转动支承装置的要求极高，造成了转动支承装置的制造成本高昂。沉重的机头需要专门的机械测风和对风装置，进一步增加了机头的体积、重量和结构复杂性。机头的重量和体积给运输和安装也带来了诸多的困难。

发电机安装在随风摆转的机舱中，用于向外输送电力的电缆可能会发生扭绞的现象，所以风力发电机还需要安装相应的解缆和扭缆保护装置。可见，目前的风力发电机结构复杂，在制造、运输、安装、维护等方面的成本非常大，成为阻碍风能广泛利用的因素之一。

另外，与传统的火力发电、水利发电、核能发电相比，风力发电因风量不稳定，具有间歇性发电的问题。而且流动的风不能像煤炭、水、核燃料那样预先储存，因此风力发电经常与电网的用电量不相匹配，例如白天用电高峰时但风力弱、发电量少，夜晚用电低谷时但风力强、发电量多，给电网调度带来额外的困难。当前的解决方式之一是将风力发电与火力发电等相结合，互相补足，但是对火力发电造成额外的负担。目前另一先进的解决方式在于，将风电与CAES(Compressed Air Energy Storage，压缩空气蓄能)技术相结合，将风力发电机通过电缆传输下来的电能转换为压缩空气能储存起来，然后在需要时将压缩空气能转化为电能，供给电网，但是其效率相对很低。

技术实现要素：

与现有技术中的研究方向不同，本发明提出了一种电前蓄能滤波的水平轴式风力机，其能够克服现有风力发电机的上述缺陷，具有结构简单、可以在发电之前实现能量储备以及可调度性强的优点。

根据本发明的电前蓄能滤波的水平轴式风力机包括塔身、安装在所述塔身上且能够相对于所述塔身旋转的机头以及风轮，所述水平轴式风力机还包括：风电分离系统，所述风电分离系统的输入端连接至所述风轮，所述风电分离系统通过机械方式将所述风轮的机械能传递至所述塔身内的一个位置处输出；能量下传系统，所述风电分离系统在所述位置处输出的机械能作为所述能量下传系统的输入，所述能量下传系统通过机械方式将所述风电分离系统在所述位置处输出的机械能下传至所需的位置；电前蓄能系统，所述电前蓄能系统的输入端与所述能量下传系统的输出端连接，所述电前蓄能系统将经由所述能量下传系统下传的机械能储存为其他形式的能量，用于后续的发电。

本发明的水平轴式风力机的机头不再包括发电机，发电机可以安装在地面附近或地面上，通过能够向下传递动力的能量下传系统以及电前蓄能系统接收风能。因此，本发明的机头能够避免传统机头由于设有发电机而带来的结构复杂、重量大、维护成本高、能量传递效率低的问题，同时省去了从发电机向外输送电力的电缆及相应的解缆和扭缆保护装置。另外，可以在发电机发电之前对不稳定的风能进行蓄能滤波，实现高的可调度性。为了区别于传统的机头中含有发电机的风力发电机，在本发明中，机头和塔身构成的设备称为“风力机”。

根据本发明的一种优选实施方式，所述风电分离系统可以包括设置在所述机头内的锥齿轮传动机构和设置在所述塔身内的差速器。所述锥齿轮传动机构具有水平放置的第一锥齿轮和第二锥齿轮以及相对于所述第一锥齿轮、所述第二锥齿轮竖直放置并与所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮相啮合的第三锥齿轮，所述第一锥齿轮的轴连接至所述机头并且能够与所述机头一起旋转，所述第二锥齿轮的轴为空心轴并且与所述第一锥齿轮的轴同轴设置，所述第三锥齿轮的轴作为所述风电分离系统的输入端连接至风轮。所述差速器包括第一半轴和第二半轴，所述锥齿轮传动机构的第二锥齿轮的轴的旋转直接地或间接地传递至所述差速器的第一半轴，所述锥齿轮传动机构的第一锥齿轮的轴的旋转直接或者间接地传递至所述差速器的第二半轴，使得在所述第一锥齿轮绕其轴旋转但所述第三锥齿轮不绕其轴旋转时所述差速器的第一半轴和第二半轴处的转速大小相同、方向相反，而在第三锥齿轮旋转时所述差速器的第一半轴和第二半轴处的转速大小相同、方向相同。即，当机头转动而风轮不转动时，差速器的壳体处没有输出，当风轮转动而机头不转动时，差速器的壳体旋转，输出机械能。

优选地，所述第一曳引装置的两个曳引轮之一为所述差速器的壳体，由此提供一种结构紧凑的机构。

优选地，所述差速器可设置在所述塔身内、靠近所述机头的预定高度处。

根据本发明的一种优选实施方式，可以设置为，所述第一锥齿轮的轴的旋转经由第一锥齿轮传动机构传递至所述差速器的第一半轴，所述第二锥齿轮的轴的旋转经由第二锥齿轮传动机构传递至所述差速器的第二半轴，所述第一锥齿轮传动机构和所述第二锥齿轮传动机构分别由两个正交布置的锥齿轮构成，所述第一锥齿轮传动机构的水平布置的锥齿轮的轴与所述第一锥齿轮的轴固定连接或形成为一体，所述第一锥齿轮传动机构的竖直布置的锥齿轮的轴与所述差速器的第一半轴固定连接或形成为一体，所述第二锥齿轮传动机构的水平布置的锥齿轮的轴与所述第二锥齿轮的轴固定连接或形成为一体，所述第二锥齿轮传动机构的竖直布置的锥齿轮的轴与所述差速器的第二半轴固定连接或形成为一体。

根据本发明的一种优选实施方式，所述能量下传系统可以实施为曳引传递系统，所述曳引传递系统包括：第一曳引装置；与第一曳引装置沿竖直方向上下间隔布置的第二曳引装置；所述第一曳引装置和所述第二曳引装置分别包括可转动的、沿竖直方向上下间隔布置的两个曳引轮，所述两个曳引轮的转动轴线彼此平行并且所述两个曳引轮以相同的转速朝同一方向转动；无极绳，所述无极绳围绕第一曳引装置的两个曳引轮卷绕，继而绕过设置在所述第一曳引装置和所述第二曳引装置之间的导轮，再围绕所述第二曳引装置的两个曳引轮卷绕；配重，所述配重设置在所述无极绳的离开第一曳引装置的出口端和进入第二曳引装置的入口端之间的自由卷绕段上。

“无极绳”指的是连续的绳，绳中没有断开的地方或者说没有端头。本领域技术人员应该明白，无极绳没有端头仅仅是在无极绳处于工作状态下而言。无极绳可以根据应用场合选择使用任何合适的材料，例如钢丝绳。在本发明中，所有谈及无极绳卷绕次序的地方都是为了说明的目的，对于无极绳的整体卷绕方式不构成任何限制。

优选地，所述第二曳引装置可以设置在地面附近。由此，可以实现将风轮的机械能传递至地面附近，从而可以将用于发电的发电机安装在地面附近或安装在地面上。

优选地，可以设置多个所述曳引传递系统。由此，提供更高的工作可靠性和安全性。

根据本发明的一种优选实施方式，所述电前蓄能系统可以包括多台具有承压气罐的气体压缩机，所述气体压缩机分别通过离合器与所述能量下传系统的输出端连接，所述气体压缩机将所述能量下传系统的机械能转化为储存在承压气罐中的压缩气体能。所述承压气罐分别通过气体控制装置连接至驱动发电机发电的涡轮机。由此，提供了一种在发电机发电之前、利用能量密度高的压缩气体进行储能的电前蓄能系统。一方面，可以将不稳定的风能储存起来，在驱动发电机发电之前实现滤波，从而输出稳定的能量。另一方面，电前蓄能系统可以根据电网的实际需求释放能量和储存能量，到达削峰填谷的作用，例如在用电高峰时释放压缩气体进而驱动发电机发电，在用电低谷时由电网馈电，将富余的电能作为压缩空气能储存起来。

所述气体压缩机和承压气罐可以采用“1225”逐数量级配制，通过这种方式可以实现以最少数量的装置实现最多可匹配的级数。具体而言，在千瓦功率级上设有一台10kw、两台20kw以及一台50kw的气体压缩机，在百千瓦功率级上设有一台100kw、两台200kw以及一台500kw的气体压缩机，其他数量级以此类推。另设有变桨装置，可在10kw内变动，从而可以在千瓦级至兆瓦级实现无级的功率调节，使风力机维持在可控范围内恒速转动。另外，传统的功率调节装置响应时间长，不能即时地与变化的风力相匹配，与此相对，根据本发明，只需控制在能量下传系统与气体压缩机之间的离合器的闭合，由此可迅速地实现功率调节，即时与风力相匹配，响应时间非常短。

根据本发明的一种优选实施方式，可以设有用于调节机头方向的尾舵。当然也可以设置驱动机构，用于驱动机头转动以调节机头方向。

本发明还提出一种电前蓄能滤波的水平轴式风力机组，包括多台如前所述的水平轴式风力机，多台所述水平轴式风力机使用一台共同的发电机。优选地，水平轴式风力机的电前蓄能系统可包括气体压缩机，利用管线将由所述气体压缩机压缩的气体集中于一处，供一台发电机完成发电。由此，实现了多个风力机共用一台发电机、即多塔一机式的风力机组。

本发明还涉及一种用于上文所述的电前蓄能滤波的水平轴式风力机的曳引系统，所述曳引传递系统包括：第一曳引装置；与第一曳引装置沿竖直方向上下间隔布置的第二曳引装置；所述第一曳引装置和第二曳引装置分别包括可转动的、沿竖直方向上下间隔布置的两个曳引轮，所述两个曳引轮的转动轴线彼此平行并且所述两个曳引轮以相同的转速朝同一方向转动；无极绳，所述无极绳围绕第一曳引装置的两个曳引轮卷绕，继而绕过设置在所述第一曳引装置和所述第二曳引装置之间的多个导轮，再围绕所述第二曳引装置的两个曳引轮卷绕；配重，所述配重设置在所述无极绳的离开第一曳引装置的出口端和进入第二曳引装置的入口端之间的自由卷绕段上。

附图说明

下面结合附图详细阐述本发明的具体实施方式。附图中：

图1示出了现有技术中的风力发电机；

图2示出了根据本发明的电前蓄能滤波的水平轴式风力机的一种实施方式的示意图；

图3示出了根据本发明的电前蓄能滤波的水平轴式风力机组的一种实施方式的示意图。

具体实施方式

图1示出了现有技术中的风力发电机。这是目前风电领域较为先进的理念，利用CAES技术将风力发电机所产生的电能储存为压缩空气能，在需要时再转换为电能，上传至电网。具体而言，在该风力发电机中，风轮在风力的作用下旋转，所获得的动能经机械传动系统传递给发电机，由发电机将动能转换为电能，然后经由电缆装置传输至地面，经过逆变整流装置驱动电动机，利用CAES技术将风力发电机所产生的电能储存为压缩空气能，然后在需要时释放压缩空气驱动涡轮机，并带动发电机发电，供给电网使用。

图2示出了根据本发明的电前蓄能滤波的水平轴式风力机1的一种实施方式的示意图。所述水平轴式风力机包括塔身2和可相对于所述塔身2旋转的机头3以及风轮9，所述水平轴式风力机1还包括：风电分离系统，所述风电分离系统的输入端连接至所述风轮9，所述风电分离系统通过机械方式将所述风轮9的机械能传递至所述塔身2内的一个位置处输出；能量下传系统，所述风电分离系统在所述位置处输出的机械能作为所述能量下传系统的输入，所述能量下传系统通过机械方式将所述风电分离系统在所述位置处输出的机械能下传至所需的位置；电前蓄能系统，所述电前蓄能系统的输入端与所述能量下传系统的输出端连接，所述电前蓄能系统将经由所述能量下传系统下传的机械能储存为其他形式的能量，用于后续的发电。

所述风电分离系统包括设置在所述机头内的锥齿轮传动机构4和设置在所述塔身2内的差速器5。所述锥齿轮传动机构4具有水平放置的第一锥齿轮41和第二锥齿轮42以及相对于所述第一锥齿轮41、所述第二锥齿轮42竖直放置并与所述第一锥齿轮41和所述第二锥齿轮42相啮合的第三锥齿轮43，所述第一锥齿轮41的轴44连接至所述机头1并且能够与所述机头1一起旋转，所述第二锥齿轮42的轴45为空心轴并且与所述第一锥齿轮41的轴44同轴设置，所述第三锥齿轮43的轴46作为所述风电分离系统的输入端连接至风轮9。

差速器5可以使用已知的各种差速器或者差速传动机构。例如，在图2的具体实施方式中，差速器5包括差速器壳体53和两个半轴，即第一半轴51和第二半轴52。差速器5还包括与第一半轴51一体形成的第一锥形齿轮、与第二半轴52一体形成的第二锥形齿轮、位于第一锥形齿轮和第二锥形齿轮之间并且同时与这两个锥形齿轮相啮合的多个行星齿轮以及支撑这些行星齿轮的行星齿轮架。差速器壳体53包围着上述构件并与行星齿轮架一体形成。根据差速器的工作原理，如果在第一半轴51和第二半轴52处的转速相同、方向相反，则在差速器壳体53处的转速为零，即在差速器壳体53处的输出为零。如果在第一半轴51和第二半轴52处的转速相同、方向相同，则在差速器壳体53处的转速与在第一半轴51、第二半轴52处的转速相同，即在差速器壳体53处有输出。差速器的结构和原理对于本领域技术人员来说是熟知的，在此不再详细赘述。

在如图2所示的风力机的风电分离系统中，所述第一锥齿轮41的轴44的旋转经由第一锥齿轮传动机构6传递至所述差速器5的第一半轴51，所述第二锥齿轮42的轴45的旋转经由第二锥齿轮传动机构7传递至所述差速器5的第二半轴52。所述第一锥齿轮传动机构6和所述第二锥齿轮传动机构7分别由两个正交布置的锥齿轮构成。所述第一锥齿轮传动机构6的水平布置的锥齿轮61的轴与所述第一锥齿轮41的轴形成为一体，所述第一锥齿轮传动机构6的竖直布置的锥齿轮62的轴与所述差速器的第一半轴51形成为一体。所述第二锥齿轮传动机构7的水平布置的锥齿轮71的轴与所述第二锥齿轮42的轴45形成为一体，所述第二锥齿轮传动机构的竖直布置的锥齿轮72的轴与所述差速器的第二半轴52形成为一体。当锥齿轮传动机构4的第一锥齿轮41绕其轴旋转但第三锥齿轮43不绕其轴旋转时，即当机头旋转但风轮不做旋转时，经由所述第一锥齿轮传动机构6以及第二锥齿轮传动机构7可以使在差速器5的第二半轴52处的旋转与第一锥齿轮41的旋转大小相同但方向相反，由此在差速器5的第一半轴51和第二半轴52处的转速大小相同、方向相反，即，在仅所述机头3旋转时差速器壳体53处的输出为零。当第三锥齿轮43旋转时，经由第一锥齿轮传动机构以及第二锥齿轮传动机构可以使得所述差速器5的第一半轴51和第二半轴52处的转速大小相同、方向相同，差速器壳体53以与第三锥齿轮43大小相同的转速旋转，在差速器壳体53处有动力输出。

在此，当然也可以使用其他结构的传动机构来代替第一锥齿轮传动机构和第二锥齿轮传动机构，只要使得在机头旋转但风轮不旋转时在差速器5的第一半轴51和第二半轴52处的转速大小相同、方向相反。

所述水平轴式风力机1的能量下传系统在本实施例中实施为曳引传递系统8，所述曳引传递系统包括：第一曳引装置81；与第一曳引装置沿竖直方向上下间隔布置的第二曳引装置82；所述第一曳引装置81和第二曳引装置82分别包括可转动的、沿竖直方向上下间隔布置的两个曳引轮，所述两个曳引轮的转动轴线彼此平行并且所述两个曳引轮以相同的转速朝同一方向转动，在本实施例中，第一曳引装置81通过两个大小相同的齿轮以及位于这两个齿轮之间的惰轮实现了两个曳引轮811、812以相同的转速朝同一方向转动；无极绳83，所述无极绳83围绕第一曳引装置81的两个曳引轮811、812卷绕，在此两个曳引轮811、812作为一个整体被无极绳卷绕过，继而无极绳绕过设置在所述第一曳引装置81和所述第二曳引装置82之间的多个导轮85，再围绕所述第二曳引装置82的两个曳引轮821、822卷绕，在此同样地两个曳引轮821、822作为一个整体被无极绳卷绕过；配重84，所述配重设置在所述无极绳83的离开第一曳引装置81的出口端A和进入第二曳引装置82的入口端E之间的自由卷绕段上。如图2所示，第一曳引装置的其中一个曳引轮为差速器壳体53。

上述曳引传递系统8可以设置多套，以提供更高的安全性和工作可靠性，在图2中出于清晰性的原因仅示出了一套曳引传递系统。

所述水平轴式风力机1的电前蓄能系统包括多台具有承压气罐13的气体压缩机12、制冷装置、气体控制器14、涡轮机15等，所述气体压缩机12分别通过一个离合器11与所述曳引系统的输出端连接，在本实施例中曳引系统的输出端为位于与第二曳引装置82的两个曳引轮821、822连接的两个齿轮之间的小齿轮823。所述气体压缩机将经由曳引系统向下传递的机械能转化为压缩气体能，储存在承压气罐13中。所述气体压缩机采用“1225”逐数量级配制，例如在千瓦功率级上设有一台10kw、两台20kw以及一台50kw的气体压缩机，在百千瓦功率级上设有一台100kw、两台200kw以及一台500kw的气体压缩机。气体控制器14、例如阀装置，控制承压气罐的打开和关闭，释放压缩气体，驱动涡轮机15转动，并带动发电机16发电。所述电前蓄能系统及发电机可以如图2所示设置在塔身内，当然也可以设置在塔身之外。

图3示出了根据本发明的电前蓄能滤波的水平轴式风力机组的一种实施方式的示意图，其包括多台电前蓄能滤波的水平轴式风力机，每个水平轴式风力机均具有气体压缩机和用于储存压缩气体的承压气罐，利用管线将由承压气罐内储存的压缩气体集中于一处，提供给一台发电机完成发电。

上面参照附图对本发明进行了具体的描述。但是，本领域技术人员应该理解，上面的具体描述仅仅是举例性质的，用于说明性的目的，并非是用来限制本发明的保护范围。本发明的保护范围仅由所附的权利要求书限定。得益于本发明的教导，本领域技术人员在不超出本发明保护范围的情况下可以根据具体情况对本发明做出各种变型、修改或者替换，这些变型、修改或者替换落入本发明的保护范围。