电前蓄能滤波的水平轴式风力机、风力机组及曳引系统技术方案

本发明专利技术涉及一种电前蓄能滤波的水平轴式风力机，包括塔身、安装在塔身上且能相对于塔身旋转的机头及风轮，水平轴式风力机还包括：风电分离系统，其输入端连接至风轮，风电分离系统通过机械方式将风轮的机械能传递至塔身内的一个位置处输出；能量下传系统，风电分离系统在所述位置处输出的机械能作为能量下传系统的输入，能量下传系统通过机械方式将风电分离系统在所述位置处输出的机械能下传至所需位置；电前蓄能系统，电前蓄能系统的输入端与能量下传系统的输出端连接，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。本发明专利技术还涉及一种水平轴式风力机组以及用于水平轴式风力机的曳引系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
与现有技术中的研究方向不同，本专利技术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。根据本专利技术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。本专利技术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，本专利技术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，在本专利技术中，机头和塔身构成的设备称为“风力机”。根据本专利技术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。根据本专利技术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。根据本专利技术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。在本专利技术中，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。根据本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电前蓄能滤波的水平轴式风力机(1)，包括塔身(2)、安装在所述塔身(2)上且能够相对于所述塔身(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。

【技术特征摘要】
1.一种电前蓄能滤波的水平轴式风力机(1)，包括塔身(2)、安装在所述塔身(2)上且能够相对于所述塔身(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。2.根据权利要求1所述的水平轴式风力机(1)，其特征在于，所述风电分离系统包括设置在所述机头(3)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)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，所述差速器(5)包括第一半轴(51)和第二半轴(52)，所述锥齿轮传动机构(4)的第一锥齿轮(41)的轴(44)的旋转直接地或间接地传递至所述差速器(5)的第一半轴(51)，所述锥齿轮传动机构(4)的第二锥齿轮(42)的轴(45)的旋转直接或者间接地传递至所述差速器(5)的第二半轴(52)，使得在所述第一锥齿轮(41)绕其轴(44)旋转但所述第三锥齿轮(43)不绕其轴(46)旋转时，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、方向相反。3.根据权利要求2所述的水平轴式风力机(1)，其特征在于，所述差速器(5)设置在所述塔身(2)内、靠近所述机头(1)的预定高度处。4.根据权利要求2所述的水平轴式风力机(1)，其特征在于，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(44)固定连接或形成为一体，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(5)的第一半轴(51)固定连接或形成为一体，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)固定连接或形成为一体，所述第二锥齿轮传动机构(7)的竖直布置的锥齿轮(72)的轴与所述差速器(5)的第二半轴(52)固定连接或形成为一体。5.根据权利要求1所述的水平轴式风力机(1)，其特征在于，所述能量下传系统实施为曳引传递系统(8)，所述曳引传递系统(8)包括：第一曳引装置(81)；与第一曳引装置(81)沿竖直方向上下间隔布置的第二曳引装置(82)；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：高则行，马文平，马平，
申请(专利权)人：北京驹创鼎盛科技发展有限公司，阳泉三鼎科贸有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11