一种多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统的制作方法
一种多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统，包括风机部分、液压部分、发电部分和控制部分，所述风机部分和液压部分连接，所述液压部分和发电部分连接，所述控制部分分别和风机部分、液压部分、发电部分连接。本发明的一种多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统，结构简单，使用、安装方便，操作简单，多层分流有序启动，高利用效率，协调有序控制，控制简单，风能利用率高，风轮自启动效果好，具有安全可靠的作用。
【专利说明】一种多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统。
【背景技术】
[0002]风能作为可再生能源的一种，在中国的储藏量相当丰富。根据国家气象局的资料，中国离地10米高的风能资源总储量约32.26亿千瓦，其中可开发和利用的陆地上风能储量有2.53亿千瓦，50米高度的风能资源比10米高度多一倍，为5亿多千瓦。随着人们对风力发电认识的日渐提高和风力发电技术的不断成熟，其应用领域也越来越广泛。
[0003]目前的垂直轴风力机虽然能接收来自任何方向的风，具有无增速齿轮箱，及发电机能安装在地面上，维修方便等特点而逐步被重视。但目前垂直轴风力机的效率较低，自动启动能力差，速度控制困难。另外，独立运行的风力发电系统所发出的电，其电压和频率是一直在变化的非标准交流电，而且风能是随机波动的，不可能与负载的需求相匹配，需要用储能装置来储存这些风电，储存装置所储存的电能为直流电，但目前绝大多数用电器和动力机械均需标准交流电，因此，风电系统中均设计有能实现直流转换成交流、且复杂昂贵的逆变器。另外，现有的普通垂直轴风力发电机大都采用了直驱永磁发电机，永磁发电机随着其功率的增加，成本也会急剧增大。以上这些不足限制了垂直轴风力机的规模化应用。
[0004]目前已有实用新型专利:《一种具有自动调速装置的风力发电设备》CN201943897U,该专利公开了 一种具有自动调速装置的风力发电设备，通过自动调速装置(变量泵单元)使风力发电设备的叶轮输出到发电机的转速可以稳定调节，驱动发电机相对恒速运转，而不需要通过变流设备就能够得到频率恒定而且与电网频率一致的电流。它是通过叶轮带动增速齿轮箱增速后，传到变量泵单元，泵带动定量液压马达旋转，从而使发电机发电。同时通常测速单元检测发电机的转速，再反馈到控制单元，控制单元控制电液比例变量机构改变通过泵的流量，达到控制转速稳定的目的。上述专利虽然能改变泵的转速，但由于它配置的是单一的发电机，只能在一种状态下发电，当大于或等于额定风速时没有问题；但当低于额定风速时，由于流量不足，无法提供发电机需要的扭矩，所以只好停机，因此有很大一部分风能被浪费，风能利用率低。另外，它使用了增速齿轮箱，由于齿轮的机械效率，将会造成系统的能量损失。同时由于使用了水平轴风轮，所有很难布置多层，不能向高空发展，充分利用风速越高越稳定的有利条件无法实现；另外，现有的普通垂直轴风力发电机大都采用了直驱永磁发电机，如果要并网运行，还需要相应的控制器及逆变器，而在目前来看，直驱永磁发电机的成本是阻碍其大型化、商业化的直接原因。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单，使用、安装方便，操作简单，多层分流有序启动，高利用效率，协调有序控制，控制简单，风能利用率高，风轮自启动效果好，具有安全可靠作用的多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统。
[0006]为解决上述问题，本发明采用如下技术方案:[0007]—种多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统，包括风机部分、液压部分、发电部分和控制部分，所述风机部分和液压部分连接，所述液压部分和发电部分连接，所述控制部分分别和风机部分、液压部分、发电部分连接。
[0008]作为优选的技术方案，所述风机部分由垂直轴风轮、风轮法兰、风轮轴承座、风轮轴承盖、轴承、联轴器、联轴器法兰、液压泵法兰、液压泵安装板、安装底板和多层塔架组成，所述联轴器安装在垂直轴风轮的轴上，所述风轮轴承座、风轮轴承盖、轴承相互连接，所述垂直轴风轮安装在风轮法兰上，所述风轮法兰安装在联轴器法兰上，所述联轴器法兰安装在液压泵法兰上，所述液压泵法兰安装在多层塔架上，所述多层塔架固定在水泥柱上。
[0009]作为优选的技术方案，所述液压部分由变量液压马达、辅助油箱、过滤器、蓄能器、溢流阀、电磁开关阀和高速定量马达组成，所述联轴器前端与高速定量马达相连，所述辅助油箱和过滤器连接，所述蓄能器和溢流阀连接，所述电磁开关阀和高速定量马达连接。
[0010]作为优选的技术方案，所述发电部分由同步发电机和联轴器组成，所述联轴器与同步发电机相连。
[0011]作为优选的技术方案，所述控制部分由触摸屏、风速传感器、可编程控制器、转速传感器和并网控制器组成，所述联轴器后端与转速传感器相连，所述风速传感器安装在每级风轮的相应位置，所述转速传感器分别安装于每组高速定量马达和同步发电机之间，所述可编程控制器和风速传感器连接。
[0012]作为优选的技术方案，所述多层塔架的水平截面呈等边三角形。
[0013]本发明一种多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统的有益效果是:利用多层垂直轴风轮，通过对变量液压马达(能作为泵使用的马达)的流量控制、加以高位辅助油箱提供的压力，以及开闭相应电磁开关阀分流的方式，再匹配多个普通同步发电机的模式，解决了单一的发电机只能在一种状态下发电的问题，传统的垂直风力发电机当大于或等于额定风速时可以正常工作；但当低于额定风速时，由于流量不足，无法提供发电机需要的扭矩，所以只好停机，因此有很大一部分风能被浪费，风能利用率低；另外，传统的垂直风力发电机使用了增速齿轮箱，由于齿轮的机械效率，将会造成系统的能量损失，同时由于使用了水平轴风轮，所有很难布置多层，不能向高空发展，不能充分利用风速越高越稳定的有利条件，本发明结构简单，使用、安装方便，操作简单，多层分流有序启动，高利用效率，协调有序控制，控制简单，风能利用率高，风轮自启动效果好，具有安全可靠的作用。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明一种多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统的原理图；
[0015]图2为本发明一种多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统的塔架及风轮结构示意图；
[0016]图3为本发明一种多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统的系统控制部分原理图。
【具体实施方式】
[0017]参阅图1、图2和图3所示的一种多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统，包括风机部分、液压部分、发电部分和控制部分，所述风机部分和液压部分连接，所述液压部分和发电部分连接，所述控制部分分别和风机部分、液压部分、发电部分连接。
[0018]作为优选的技术方案，所述风机部分由垂直轴风轮(10)、风轮法兰(9)、风轮轴承座(8)、风轮轴承盖(7)、轴承(6)、联轴器(11)、联轴器法兰(5)、液压泵法兰(3)、液压泵安装板(4)、安装底板(2)和多层塔架(I)组成，所述联轴器(11)安装在垂直轴风轮(10)的轴上，所述风轮轴承座(8)、风轮轴承盖(7)、轴承(6)相互连接，所述垂直轴风轮(10)安装在风轮法兰(9)上，所述风轮法兰(9)安装在联轴器法兰(5)上，所述联轴器法兰(5)安装在液压泵法兰(3)上，所述液压泵法兰(3)安装在多层塔架(I)上，所述多层塔架(I)固定在水泥柱上。
[0019]作为优选的技术方案，所述液压部分由变量液压马达、辅助油箱(2-1、2_8)、过滤器(2-2、2-9)、蓄能器(2-4、2-11)、溢流阀(2_5、2_12)、电磁开关阀(2-6、2_13、2_14、2-15,2-17)和高速定量马达(2-7、2-16、2-18)组成，所述联轴器(11)前端与高速定量马达(2-7、2-16、2-18)相连，所述辅助油箱(2_1、2_8)和过滤器(2_2、2_9)连接，所述蓄能器(2-4,2-11)和溢流阀(2-5、2-12)连接，所述电磁开关阀(2_6、2-13、2-14、2-15、2_17)和高速定量马达(2-7、2-16、2-18)连接。
[0020]作为优选的技术方案，所述发电部分由同步发电机(3-1、3-2、3_3)和联轴器(11)组成，所述联轴器(11)与同步发电机(3-1、3-2、3-3)相连。
[0021]作为优选的技术方案，所述控制部分由触摸屏(4-1)、风速传感器(4-2、4_3)、可编程控制器(4-4)、转速传感器(4-5、4-6、4-7)和并网控制器(4_8)组成，所述联轴器(11)后端与转速传感器(4-5、4-6、4-7)相连，所述风速传感器(4-2、4-3)安装在每级风轮的相应位置，所述转速传感器(4-5、4-6、4-7)分别安装于每组高速定量马达(2-7、2-16、2-18)和同步发电机(3-1、3-2、3-3)之间，所述可编程控制器(4-4)和风速传感器(4_2、4_3)连接。
[0022]作为优选的技术方案，所述多层塔架(I)的水平截面呈等边三角形。
[0023]进一步的，风速传感器安装在每级风轮的相应位置，转速传感器分别安装于每组高速定量马达和同步发电机之间；可编程控制器内装有程序，风速传感器感应到风速，并将风速转换为电信号传送给可编程控制器，可编程控制器执行程序，通过运算可判断出风轮输出的功率段，然后根据功率段自动选择并控制相应的电磁阀开启，从而驱动相应的高速定量马达旋转，进而驱动相应同步发电机工作；当采集的风速不足以驱动任何一组高速定量马达和发电机时，则关闭所有电磁阀，让其为蓄能器自动储能；当高速定量马达和同步发电机工作时，之间的转速传感器将采集的高速定量马达和同步发电机的转速，并将该转速转换为电信号传送给可编程控制器，可编程控制器通过该转速信号判断是否为上网所需转速(1500r/min)，若是上网转速则可编程控制器则输出控制信号，启动并网控制器与电网接通，若不是上网所需转速则关闭并网控制器与电网断开；触摸屏可以显示可编程采集的系统数据，同时可将这些数据自动保存下来。
[0024]本系统的工作原理如下:系统通过风轮部分吸收风能转化为机械能，经过联轴器，带动(内曲线)变量液压马达旋转，液压油从高位的辅助油箱压入(内曲线)变量液压马达，经过蓄能器、溢流阀、电磁开关阀，并在不同的风速下由控制部分控制，开闭相应的控制线路分流，到达相应的高速定量马达，使高速定量马达以1500r/min的速度旋转，经过连接在高速定量马达上的联轴器、联轴器后连接的转速传感器和转速传感器后连接的联轴器的传递，使普通同步发电机发电，产生的电可以直接并入到电网上。
[0025]本发明的特点；
[0026](I)根据风机转速的不同，通过控制调节(内曲线)变量液压马达的排量，使供给高速定量马达的流量保持不变。由于高速定量马达的排量一定，进而使发电机的转速保持恒定。
[0027](2)在每一级(两层，可以多层)风力发电系统中，系统分为两个主路和三个控制回路。
[0028]①正常风力下，按照设计参数要求，2-13、2-15、2_17电磁开关阀关闭，2_6、2_14电磁开关阀打开。处于高处I中的风机B驱动2-3变量液压马达2，使2-7高速定量马达2带动3中的发电机2工作；同时，低处I中的风机A驱动2-10变量液压马达I，使2-16高速定量马达I带动2-16普通发电机I工作。此时2-18高速定量液压马达O待用。
[0029]②当风力较小时，2-3 (2-10)变量液压马达2 (I)的排量调至最大，其流量也不能达到2-7(2-16)高速定量马达2(1)的流量要求时，控制2-6、2-13、2-14电磁开关阀1、2、3关闭，2-15、2-17电磁开关阀4、5打开，执行控制回路I和控制回路3，让2_3变量液压马达2驱动2-16高速定量马达I工作，同时2-10变量液压马达I驱动2-18高速定量马达O工作，实现分流。
[0030]③当风力很小(但还能利用时)，2-6、2-14、2-15、2-17电磁开关阀1、2、4、5关闭，2-13电磁开关阀3打开，执行控制回路2，让2-3变量液压马达2驱动2_18高速定量马达
O工作。
[0031]④当风力过小时，2-6、2-13、2-14、2-15、2-17电磁开关阀1、2、3、4、5关闭，2-3(2-10)变量液压马达1、2停止工作，此时向2-4、2-11蓄能器供应能量，这样既能减少2-3(2-10)变量马达2(1)的频繁气动，又能延长使用寿命。当风力达到风机的启动风速时，相关电磁开关阀开启，再加上处于高位的2-1、2-8辅助油箱产生的压强作用，有助于2-10(2-3)变量液压马达1、2的启动。当风力很大超过各自风机的生存风速时，2-5、2-12溢流阀1、2卸荷，起安全作用。
[0032]本发明的优点；
[0033]I)调速方式:当系统的负载转矩(电机等)恒定时，高速定量马达的输出转矩(T=ΔρΜνΜ/2π)和回路工作压力都恒定不变，高速定量马达的输出功率(P = APmVm ηΜ)与转速ηΜ成正比，故此回路为恒转矩容积调速，回路效率高。符号m、V需要有解释。
[0034]2)该系统使用了多组定量马达及其匹配发电机系统；避免了常规采用液压控制的一对一布置模式及多路合流模式；控制相对简单，风能利用率高，整机成本相对较低。
[0035]3)针对该垂直轴风机，多层分流有序启动、高利用效率、协调有序控制是主要优点。
[0036]4)没有齿轮增速箱等类似增速装置，增加了系统的机械效率，提高了经济效益。
[0037]5)可以使用多层布置方式，向高空发展，充分利用高度越高，风速越稳定、风能资源越多的有利条件，同时还节约使用土地，也能带来良好的景观效果。
[0038]6)该系统没有了价格昂贵的直驱永磁发电机，降低了投资成本，节约了稀土资源。
[0039]本发明一种多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统的有益效果是:利用多层垂直轴风轮，通过对变量液压马达(能作为泵使用的马达)的流量控制、加以高位辅助油箱提供的高压力，以及开闭相应电磁开关阀分流的方式，再匹配多个普通同步发电机的模式，解决了单一的发电机只能在一种状态下发电的问题，传统的垂直风力发电机当大于或等于额定风速时可以正常工作；但当低于额定风速时，由于流量不足，无法提供发电机需要的扭矩，所以只好停机，因此有很大一部分风能被浪费，风能利用率低；另外，传统的垂直风力发电机使用了增速齿轮箱，由于齿轮的机械效率，将会造成系统的能量损失，同时由于使用了水平轴风轮，所有很难布置多层，不能向高空发展，不能充分利用风速越高越稳定的有利条件，本发明结构简单，使用、安装方便，操作简单，多层分流有序启动，高利用效率，协调有序控制，控制简单，风能利用率高，风轮自启动效果好，具有安全可靠的作用。
[0040]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统，其特征在于:包括风机部分、液压部分、发电部分和控制部分，所述风机部分和液压部分连接，所述液压部分和发电部分连接，所述控制部分分别和风机部分、液压部分、发电部分连接。
2.根据权利要求1所述的多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统，其特征在于:所述风机部分由垂直轴风轮、风轮法兰、风轮轴承座、风轮轴承盖、轴承、联轴器、联轴器法兰、液压泵法兰、液压泵安装板、安装底板和多层塔架组成，所述联轴器安装在垂直轴风轮的轴上，所述风轮轴承座、风轮轴承盖、和轴承相互连接，所述垂直轴风轮安装在风轮法兰上，所述风轮法兰安装在联轴器法兰上，所述联轴器法兰安装在液压泵法兰上，所述液压泵法兰安装在多层塔架上，所述多层塔架固定在水泥柱上。
3.根据权利要求1所述的多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统，其特征在于:所述液压部分由变量液压马达、辅助油箱、过滤器、蓄能器、溢流阀、电磁开关阀和高速定量马达组成，所述联轴器前端与高速定量马达相连，所述辅助油箱和过滤器连接，所述蓄能器和溢流阀连接，所述电磁开关阀和高速定量马达连接。
4.根据权利要求1所述的多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统，其特征在于:所述发电部分由同步发电机和联轴器组成，所述联轴器与同步发电机相连。
5.根据权利要求1所述的多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统，其特征在于:所述控制部分由触摸屏、风速传感器、可编程控制器、转速传感器和并网控制器组成，所述联轴器后端与转速传感器相连，所述风速传感器安装在每级风轮的相应位置，所述转速传感器分别安装于每组高速定量马达和同步发电机之间，所述可编程控制器和风速传感器连接。
6.根据权利要求1所述的多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统，其特征在于:所述多层塔架的水平截面呈等边三角形。
【文档编号】F03D7/06GK103557121SQ201310545271
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月7日 优先权日:2013年11月7日
【发明者】孙明刚, 张立军, 刘华, 张鹏鹏 申请人:青岛经济技术开发区泰合海浪能研究中心
【专利摘要】本发明涉及一种多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统，包括风机部分、液压部分、发电部分和控制部分，所述风机部分和液压部分连接，所述液压部分和发电部分连接，所述控制部分分别和风机部分、液压部分、发电部分连接。本发明的一种多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统，结构简单，使用、安装方便，操作简单，多层分流有序启动，高利用效率，协调有序控制，控制简单，风能利用率高，风轮自启动效果好，具有安全可靠的作用。
【专利说明】一种多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统。
【背景技术】
[0002]风能作为可再生能源的一种，在中国的储藏量相当丰富。根据国家气象局的资料，中国离地10米高的风能资源总储量约32.26亿千瓦，其中可开发和利用的陆地上风能储量有2.53亿千瓦，50米高度的风能资源比10米高度多一倍，为5亿多千瓦。随着人们对风力发电认识的日渐提高和风力发电技术的不断成熟，其应用领域也越来越广泛。
[0003]目前的垂直轴风力机虽然能接收来自任何方向的风，具有无增速齿轮箱，及发电机能安装在地面上，维修方便等特点而逐步被重视。但目前垂直轴风力机的效率较低，自动启动能力差，速度控制困难。另外，独立运行的风力发电系统所发出的电，其电压和频率是一直在变化的非标准交流电，而且风能是随机波动的，不可能与负载的需求相匹配，需要用储能装置来储存这些风电，储存装置所储存的电能为直流电，但目前绝大多数用电器和动力机械均需标准交流电，因此，风电系统中均设计有能实现直流转换成交流、且复杂昂贵的逆变器。另外，现有的普通垂直轴风力发电机大都采用了直驱永磁发电机，永磁发电机随着其功率的增加，成本也会急剧增大。以上这些不足限制了垂直轴风力机的规模化应用。
[0004]目前已有实用新型专利:《一种具有自动调速装置的风力发电设备》CN201943897U,该专利公开了 一种具有自动调速装置的风力发电设备，通过自动调速装置(变量泵单元)使风力发电设备的叶轮输出到发电机的转速可以稳定调节，驱动发电机相对恒速运转，而不需要通过变流设备就能够得到频率恒定而且与电网频率一致的电流。它是通过叶轮带动增速齿轮箱增速后，传到变量泵单元，泵带动定量液压马达旋转，从而使发电机发电。同时通常测速单元检测发电机的转速，再反馈到控制单元，控制单元控制电液比例变量机构改变通过泵的流量，达到控制转速稳定的目的。上述专利虽然能改变泵的转速，但由于它配置的是单一的发电机，只能在一种状态下发电，当大于或等于额定风速时没有问题；但当低于额定风速时，由于流量不足，无法提供发电机需要的扭矩，所以只好停机，因此有很大一部分风能被浪费，风能利用率低。另外，它使用了增速齿轮箱，由于齿轮的机械效率，将会造成系统的能量损失。同时由于使用了水平轴风轮，所有很难布置多层，不能向高空发展，充分利用风速越高越稳定的有利条件无法实现；另外，现有的普通垂直轴风力发电机大都采用了直驱永磁发电机，如果要并网运行，还需要相应的控制器及逆变器，而在目前来看，直驱永磁发电机的成本是阻碍其大型化、商业化的直接原因。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单，使用、安装方便，操作简单，多层分流有序启动，高利用效率，协调有序控制，控制简单，风能利用率高，风轮自启动效果好，具有安全可靠作用的多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统。
[0006]为解决上述问题，本发明采用如下技术方案:[0007]—种多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统，包括风机部分、液压部分、发电部分和控制部分，所述风机部分和液压部分连接，所述液压部分和发电部分连接，所述控制部分分别和风机部分、液压部分、发电部分连接。
[0008]作为优选的技术方案，所述风机部分由垂直轴风轮、风轮法兰、风轮轴承座、风轮轴承盖、轴承、联轴器、联轴器法兰、液压泵法兰、液压泵安装板、安装底板和多层塔架组成，所述联轴器安装在垂直轴风轮的轴上，所述风轮轴承座、风轮轴承盖、轴承相互连接，所述垂直轴风轮安装在风轮法兰上，所述风轮法兰安装在联轴器法兰上，所述联轴器法兰安装在液压泵法兰上，所述液压泵法兰安装在多层塔架上，所述多层塔架固定在水泥柱上。
[0009]作为优选的技术方案，所述液压部分由变量液压马达、辅助油箱、过滤器、蓄能器、溢流阀、电磁开关阀和高速定量马达组成，所述联轴器前端与高速定量马达相连，所述辅助油箱和过滤器连接，所述蓄能器和溢流阀连接，所述电磁开关阀和高速定量马达连接。
[0010]作为优选的技术方案，所述发电部分由同步发电机和联轴器组成，所述联轴器与同步发电机相连。
[0011]作为优选的技术方案，所述控制部分由触摸屏、风速传感器、可编程控制器、转速传感器和并网控制器组成，所述联轴器后端与转速传感器相连，所述风速传感器安装在每级风轮的相应位置，所述转速传感器分别安装于每组高速定量马达和同步发电机之间，所述可编程控制器和风速传感器连接。
[0012]作为优选的技术方案，所述多层塔架的水平截面呈等边三角形。
[0013]本发明一种多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统的有益效果是:利用多层垂直轴风轮，通过对变量液压马达(能作为泵使用的马达)的流量控制、加以高位辅助油箱提供的压力，以及开闭相应电磁开关阀分流的方式，再匹配多个普通同步发电机的模式，解决了单一的发电机只能在一种状态下发电的问题，传统的垂直风力发电机当大于或等于额定风速时可以正常工作；但当低于额定风速时，由于流量不足，无法提供发电机需要的扭矩，所以只好停机，因此有很大一部分风能被浪费，风能利用率低；另外，传统的垂直风力发电机使用了增速齿轮箱，由于齿轮的机械效率，将会造成系统的能量损失，同时由于使用了水平轴风轮，所有很难布置多层，不能向高空发展，不能充分利用风速越高越稳定的有利条件，本发明结构简单，使用、安装方便，操作简单，多层分流有序启动，高利用效率，协调有序控制，控制简单，风能利用率高，风轮自启动效果好，具有安全可靠的作用。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明一种多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统的原理图；
[0015]图2为本发明一种多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统的塔架及风轮结构示意图；
[0016]图3为本发明一种多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统的系统控制部分原理图。
【具体实施方式】
[0017]参阅图1、图2和图3所示的一种多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统，包括风机部分、液压部分、发电部分和控制部分，所述风机部分和液压部分连接，所述液压部分和发电部分连接，所述控制部分分别和风机部分、液压部分、发电部分连接。
[0018]作为优选的技术方案，所述风机部分由垂直轴风轮(10)、风轮法兰(9)、风轮轴承座(8)、风轮轴承盖(7)、轴承(6)、联轴器(11)、联轴器法兰(5)、液压泵法兰(3)、液压泵安装板(4)、安装底板(2)和多层塔架(I)组成，所述联轴器(11)安装在垂直轴风轮(10)的轴上，所述风轮轴承座(8)、风轮轴承盖(7)、轴承(6)相互连接，所述垂直轴风轮(10)安装在风轮法兰(9)上，所述风轮法兰(9)安装在联轴器法兰(5)上，所述联轴器法兰(5)安装在液压泵法兰(3)上，所述液压泵法兰(3)安装在多层塔架(I)上，所述多层塔架(I)固定在水泥柱上。
[0019]作为优选的技术方案，所述液压部分由变量液压马达、辅助油箱(2-1、2_8)、过滤器(2-2、2-9)、蓄能器(2-4、2-11)、溢流阀(2_5、2_12)、电磁开关阀(2-6、2_13、2_14、2-15,2-17)和高速定量马达(2-7、2-16、2-18)组成，所述联轴器(11)前端与高速定量马达(2-7、2-16、2-18)相连，所述辅助油箱(2_1、2_8)和过滤器(2_2、2_9)连接，所述蓄能器(2-4,2-11)和溢流阀(2-5、2-12)连接，所述电磁开关阀(2_6、2-13、2-14、2-15、2_17)和高速定量马达(2-7、2-16、2-18)连接。
[0020]作为优选的技术方案，所述发电部分由同步发电机(3-1、3-2、3_3)和联轴器(11)组成，所述联轴器(11)与同步发电机(3-1、3-2、3-3)相连。
[0021]作为优选的技术方案，所述控制部分由触摸屏(4-1)、风速传感器(4-2、4_3)、可编程控制器(4-4)、转速传感器(4-5、4-6、4-7)和并网控制器(4_8)组成，所述联轴器(11)后端与转速传感器(4-5、4-6、4-7)相连，所述风速传感器(4-2、4-3)安装在每级风轮的相应位置，所述转速传感器(4-5、4-6、4-7)分别安装于每组高速定量马达(2-7、2-16、2-18)和同步发电机(3-1、3-2、3-3)之间，所述可编程控制器(4-4)和风速传感器(4_2、4_3)连接。
[0022]作为优选的技术方案，所述多层塔架(I)的水平截面呈等边三角形。
[0023]进一步的，风速传感器安装在每级风轮的相应位置，转速传感器分别安装于每组高速定量马达和同步发电机之间；可编程控制器内装有程序，风速传感器感应到风速，并将风速转换为电信号传送给可编程控制器，可编程控制器执行程序，通过运算可判断出风轮输出的功率段，然后根据功率段自动选择并控制相应的电磁阀开启，从而驱动相应的高速定量马达旋转，进而驱动相应同步发电机工作；当采集的风速不足以驱动任何一组高速定量马达和发电机时，则关闭所有电磁阀，让其为蓄能器自动储能；当高速定量马达和同步发电机工作时，之间的转速传感器将采集的高速定量马达和同步发电机的转速，并将该转速转换为电信号传送给可编程控制器，可编程控制器通过该转速信号判断是否为上网所需转速(1500r/min)，若是上网转速则可编程控制器则输出控制信号，启动并网控制器与电网接通，若不是上网所需转速则关闭并网控制器与电网断开；触摸屏可以显示可编程采集的系统数据，同时可将这些数据自动保存下来。
[0024]本系统的工作原理如下:系统通过风轮部分吸收风能转化为机械能，经过联轴器，带动(内曲线)变量液压马达旋转，液压油从高位的辅助油箱压入(内曲线)变量液压马达，经过蓄能器、溢流阀、电磁开关阀，并在不同的风速下由控制部分控制，开闭相应的控制线路分流，到达相应的高速定量马达，使高速定量马达以1500r/min的速度旋转，经过连接在高速定量马达上的联轴器、联轴器后连接的转速传感器和转速传感器后连接的联轴器的传递，使普通同步发电机发电，产生的电可以直接并入到电网上。
[0025]本发明的特点；
[0026](I)根据风机转速的不同，通过控制调节(内曲线)变量液压马达的排量，使供给高速定量马达的流量保持不变。由于高速定量马达的排量一定，进而使发电机的转速保持恒定。
[0027](2)在每一级(两层，可以多层)风力发电系统中，系统分为两个主路和三个控制回路。
[0028]①正常风力下，按照设计参数要求，2-13、2-15、2_17电磁开关阀关闭，2_6、2_14电磁开关阀打开。处于高处I中的风机B驱动2-3变量液压马达2，使2-7高速定量马达2带动3中的发电机2工作；同时，低处I中的风机A驱动2-10变量液压马达I，使2-16高速定量马达I带动2-16普通发电机I工作。此时2-18高速定量液压马达O待用。
[0029]②当风力较小时，2-3 (2-10)变量液压马达2 (I)的排量调至最大，其流量也不能达到2-7(2-16)高速定量马达2(1)的流量要求时，控制2-6、2-13、2-14电磁开关阀1、2、3关闭，2-15、2-17电磁开关阀4、5打开，执行控制回路I和控制回路3，让2_3变量液压马达2驱动2-16高速定量马达I工作，同时2-10变量液压马达I驱动2-18高速定量马达O工作，实现分流。
[0030]③当风力很小(但还能利用时)，2-6、2-14、2-15、2-17电磁开关阀1、2、4、5关闭，2-13电磁开关阀3打开，执行控制回路2，让2-3变量液压马达2驱动2_18高速定量马达
O工作。
[0031]④当风力过小时，2-6、2-13、2-14、2-15、2-17电磁开关阀1、2、3、4、5关闭，2-3(2-10)变量液压马达1、2停止工作，此时向2-4、2-11蓄能器供应能量，这样既能减少2-3(2-10)变量马达2(1)的频繁气动，又能延长使用寿命。当风力达到风机的启动风速时，相关电磁开关阀开启，再加上处于高位的2-1、2-8辅助油箱产生的压强作用，有助于2-10(2-3)变量液压马达1、2的启动。当风力很大超过各自风机的生存风速时，2-5、2-12溢流阀1、2卸荷，起安全作用。
[0032]本发明的优点；
[0033]I)调速方式:当系统的负载转矩(电机等)恒定时，高速定量马达的输出转矩(T=ΔρΜνΜ/2π)和回路工作压力都恒定不变，高速定量马达的输出功率(P = APmVm ηΜ)与转速ηΜ成正比，故此回路为恒转矩容积调速，回路效率高。符号m、V需要有解释。
[0034]2)该系统使用了多组定量马达及其匹配发电机系统；避免了常规采用液压控制的一对一布置模式及多路合流模式；控制相对简单，风能利用率高，整机成本相对较低。
[0035]3)针对该垂直轴风机，多层分流有序启动、高利用效率、协调有序控制是主要优点。
[0036]4)没有齿轮增速箱等类似增速装置，增加了系统的机械效率，提高了经济效益。
[0037]5)可以使用多层布置方式，向高空发展，充分利用高度越高，风速越稳定、风能资源越多的有利条件，同时还节约使用土地，也能带来良好的景观效果。
[0038]6)该系统没有了价格昂贵的直驱永磁发电机，降低了投资成本，节约了稀土资源。
[0039]本发明一种多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统的有益效果是:利用多层垂直轴风轮，通过对变量液压马达(能作为泵使用的马达)的流量控制、加以高位辅助油箱提供的高压力，以及开闭相应电磁开关阀分流的方式，再匹配多个普通同步发电机的模式，解决了单一的发电机只能在一种状态下发电的问题，传统的垂直风力发电机当大于或等于额定风速时可以正常工作；但当低于额定风速时，由于流量不足，无法提供发电机需要的扭矩，所以只好停机，因此有很大一部分风能被浪费，风能利用率低；另外，传统的垂直风力发电机使用了增速齿轮箱，由于齿轮的机械效率，将会造成系统的能量损失，同时由于使用了水平轴风轮，所有很难布置多层，不能向高空发展，不能充分利用风速越高越稳定的有利条件，本发明结构简单，使用、安装方便，操作简单，多层分流有序启动，高利用效率，协调有序控制，控制简单，风能利用率高，风轮自启动效果好，具有安全可靠的作用。
[0040]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统，其特征在于:包括风机部分、液压部分、发电部分和控制部分，所述风机部分和液压部分连接，所述液压部分和发电部分连接，所述控制部分分别和风机部分、液压部分、发电部分连接。
2.根据权利要求1所述的多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统，其特征在于:所述风机部分由垂直轴风轮、风轮法兰、风轮轴承座、风轮轴承盖、轴承、联轴器、联轴器法兰、液压泵法兰、液压泵安装板、安装底板和多层塔架组成，所述联轴器安装在垂直轴风轮的轴上，所述风轮轴承座、风轮轴承盖、和轴承相互连接，所述垂直轴风轮安装在风轮法兰上，所述风轮法兰安装在联轴器法兰上，所述联轴器法兰安装在液压泵法兰上，所述液压泵法兰安装在多层塔架上，所述多层塔架固定在水泥柱上。
3.根据权利要求1所述的多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统，其特征在于:所述液压部分由变量液压马达、辅助油箱、过滤器、蓄能器、溢流阀、电磁开关阀和高速定量马达组成，所述联轴器前端与高速定量马达相连，所述辅助油箱和过滤器连接，所述蓄能器和溢流阀连接，所述电磁开关阀和高速定量马达连接。
4.根据权利要求1所述的多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统，其特征在于:所述发电部分由同步发电机和联轴器组成，所述联轴器与同步发电机相连。
5.根据权利要求1所述的多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统，其特征在于:所述控制部分由触摸屏、风速传感器、可编程控制器、转速传感器和并网控制器组成，所述联轴器后端与转速传感器相连，所述风速传感器安装在每级风轮的相应位置，所述转速传感器分别安装于每组高速定量马达和同步发电机之间，所述可编程控制器和风速传感器连接。
6.根据权利要求1所述的多层分流式垂直轴风机液压定速发电系统，其特征在于:所述多层塔架的水平截面呈等边三角形。
【文档编号】F03D7/06GK103557121SQ201310545271
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月7日 优先权日:2013年11月7日
【发明者】孙明刚, 张立军, 刘华, 张鹏鹏 申请人:青岛经济技术开发区泰合海浪能研究中心
最新回复(0)