双风轮风能捕获及发条储能结构的地铁隧道风力发电装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种双风轮风能捕获及发条储能结构的地铁隧道风力发电装置，该装置包括交错串联的双风轮风力机、降速齿轮箱、发条储能箱、机械能缓释装置、永磁发电机、直流变换器、直流母线。所述交错串联的双风轮风力机实现双风轮风能捕获，增大了风能利用率与输出转矩；所述降速齿轮箱将风力机高转速转变为低转速大扭矩输出，利于发条储能；所述发条储能箱将捕获的风能储存为机械能；所述永磁发电机实现机械能至电能转换，直流变换器实现将交流电转换为直流电输出至直流母线；本发明专利技术可实现隧道风能捕获、机械储能、发电功能，具有安全、风能利用率高等优点，填补了隧道风能经机械储能与再生发电的技术空白。

Wind power generation device of subway tunnel with wind energy capture and wind energy storage structure with double wind turbines

【技术实现步骤摘要】
双风轮风能捕获及发条储能结构的地铁隧道风力发电装置
本专利技术属于隧道风力发电
，尤其涉及一种双风轮风能捕获及发条储能结构的地铁隧道风力发电装置。
技术介绍
随着化石能源逐渐耗尽、环境污染等问题日益突出。以风力发电为代表的新能源发电技术逐渐成为新能源利用领域的主要组成部分。风能发电
主要集中于海上风力发电和陆地风力发电，其风力发电系统及风力发电技术比较完善。随着城市轨道交通的不断发展，隧道风力的利用逐渐成为新的研究点。现有的隧道风力发电系统主要采用风力机驱动发电机发电运行，然后通过变流器将电能储存到蓄电池当中，最终实现隧道风能的利用和开发。但是，以蓄电池进行储能的隧道风能系统存在着输出功率波动大、易燃、易爆等缺点，不利于地铁轨道交通系统的安全运营。尤其是蓄电池的存在对地铁防火安全埋下了极大的安全隐患。由于空间限制，现有的地下隧道风力机设计对地铁隧道风能利用率较低并且不能够满足地铁隧道空间限制的需求，极易导致发电系统侵限事故，影响地铁的安全运营。因此，基于地铁隧道的风力发电系统急需进行相关革新。
技术实现思路
专利技术目的：为解决现有技术中风能利用率较低、蓄电池产生环境污染等问题，本方专利技术提供一种双风轮风能捕获及发条储能结构的地铁隧道风力发电装置。技术方案：本专利技术提供一种双风轮风能捕获及发条储能结构的地铁隧道风力发电装置，该装置包括:双风轮风力机、降速齿轮箱、发条储能箱、机械能缓释装置、永磁发电机、直流变换器、直流母线；所述双风轮风力机包括第一、二风轮、风力机轴、单相轴承；所述第一风轮或第二风轮均具有6个叶片；所述第一风轮安装在风力机轴的顶端，所述风力机轴距离顶端2/3处设有凹槽，所述单相轴承内部设有与该凹槽相齿合的凸起，第二风轮通过单相轴承与风力机轴连接；且第一风轮的第i个叶片与第二风轮第i叶片之间夹角为30°；i＝1,2,…,6；第一风轮中的桨叶角度为45，第二风轮中的桨叶角度范围为0至45°；所述风力机轴的底端与降速齿轮箱的输入轴固定连接，且降速齿轮箱的输入轴的直径等于风力机轴的直径；所述降速齿轮箱的输出轴与发条储能箱的输入轴固定连接，且降速齿轮箱的输出轴的直径大于风力机轴的直径；发条储能箱的输出轴与机械能缓释装置的输入轴固定连接；机械能缓释装置的输出轴与永磁发电机的输入轴固定连接；永磁发电机将机械能转换为电能，并将转换的电能传送至直流变换器，所述直流变换器对收到的电能进行不可控整流与升压后传送至直流母线。进一步的，该风力发电装置还包括控制器，该控制器采用TMS320F28335控制芯片，该控制芯片与直流变换器连接，控制直流变换器的升压。进一步的，该风力发电装置，还包括第一、二保护网，保护壳；第一保护网为圆筒结构，所述双风轮风力机置于该第一保护网内，该第一保护网包括筒壁和筒底，筒底设有与风力机轴直径相同的圆孔，风力机轴通过该圆孔与降速齿轮箱的输入轴固定连接；所述保护壳为只有筒壁的圆筒结构，与第一保护网的直径相同且与第一保护网的筒底连接，齿轮箱、发条储能箱、机械能缓释装置、永磁发电机、直流变换器、控制器均置于保护壳内；保护壳的底部安装圆形第二保护网，且第二保护网的直径与保护壳的直径相同；所述第二保护网和第一保护网表面均为孔状结构。进一步的，所述降速齿轮箱包括一级降速齿轮、二级降速齿轮、三级降速齿轮、降速齿轮箱的输入轴、降速齿轮箱的输出轴、联络齿；所述一级降速齿轮包括第一轴承、直径相同的第一、二齿轮，第一齿轮的一面的中心点与降速齿轮箱的输入轴的一端连接，另一面的中心点与第一轴承的一端固定连接；降速齿轮箱的输入轴的另外一端连接风力机轴的底端；第二齿轮中心点与第一轴承的另外一端固定连接；二级降速齿轮包括直径相同的环状第三、四齿轮、第二、三轴承；所述第三、四齿轮的外直径L大于第一、二齿轮的直径；第一、二齿轮分别置于第三、四齿轮的内环内，且分别与第三、四齿轮相齿合；所述第二、三轴承与第一轴承的长度相同，固定安装在第三、四齿轮之间，第二轴承与第一轴承之间的距离和第三轴承与第一轴承之间的距离相等，且三个轴承之间构成一条直线；所述三级降速齿轮为直径为L的齿轮；所述联络齿为圆柱结构，联络齿的左右两个圆形底面均设有直径为L的圆形凹槽，凹槽内壁设有齿纹，相齿合的第四、二齿轮与联络齿的右底面的凹槽相齿合；三级降速齿轮的一面与联络齿的左底面的凹槽相齿合，另外一面的中心固定连接降速齿轮箱的输出轴。进一步的，所述单相轴承包括外轴承、厚度为H的钢制第一～四单相阻止楔，以及厚度为T的内轴承和滚珠轴承；所述滚珠轴承套设在内轴承上，外轴承套设在滚珠轴承上，且外轴承的厚度小于T；所述第一～二单相阻止楔为直角三角形结构，第一～二单相阻止楔相对的设置在滚珠轴承上，第一、二单相阻止楔的长直角边与滚珠轴承上的旋转面固定连接，在逆时针方向上，第一、二单相阻止楔的长直角边与斜边构成的角超前第一、二单相阻止楔的直角；该两个单相阻止楔均与外轴承的一个环状面相接触，外轴承与两个单相阻止楔相接触的环状面上固定设有厚度为H的圆柱结构的第一、二卡扣，且第一、二卡扣分别位于第一、二单相阻止楔的正上方；第一、二卡扣上的旋转面均设有长度为R的第一、二环状凹槽；且第一、二单相阻止楔的斜边≤R＜卡扣端面的周长；在逆时针方向上第一、二环状凹槽的底端分别滞后第一、二单相阻止楔的短直角边；第三、四单相阻止楔分别与第一、二环状凹槽滑动连接；当第三、四单相阻止楔位分别于第一、二环状凹槽的底端时，第三、四单相阻止楔分别与第一、二单相阻止楔的短直角边相接触。进一步的，所述发条储能箱包括箱体齿轮、箱体输出齿轮、储能箱、发条、发条储能箱的输入轴、发条储能箱的输出轴、位置传感器、制动器、插销；所述储能箱为包括筒壁和顶端端面的圆筒结构的储能箱。所述发条为卷紧片状钢条，填充在储能箱的内部，且套设在发条储能箱的输入轴上，发条的一端与发条储能箱的输入轴的底端固定连接，另外一端与发条储能箱的顶部固定连接；储能箱的顶端端面设有供降速齿轮箱的输出轴穿过的圆孔，降速齿轮箱的输出轴通过该圆孔与储能箱的输入轴的顶端固定连接；所述箱体齿轮的内径与储能箱的直径相同，箱体齿轮固定套设在储能箱的顶部；所述箱体输出齿轮设置在箱体齿轮的一侧，该两个齿轮的轴线平行且高度相同，且箱体输出齿轮与箱体齿轮相齿合；所述发条储能箱的输出轴的一端与箱体输出齿轮的中心固定连接，且与储能箱平行，另外一端与机械缓释装置的输入轴连接；所述位置传感器置于储能箱的顶端的端面上，且与圆心的距离为D，位置传感器与制动器连接，所述插销安装在制动器上由制动器中的电机驱动，插销为正方体结构，位于箱体齿轮的正下方，插销的表面设有齿纹，当控制器不工作时插销表面的齿纹与箱体齿轮相齿合；当发条拧紧到位置传感器的位置时，位置传感器发送驱动信息至控制器，驱动控制器工作，带动插销动作，使得插销与箱体齿轮分离，从而使得发条带动发条储能箱转动。进一步的，所述机械能缓释装置包括，第五、六齿轮、机械能缓释装置的输出轴、机械能缓释装置的输入轴、第一限速盘、第二限速盘、n个直径相同的球形限速珠；所述第五齿轮的直径大于第六齿轮的直径；...

【技术保护点】
1.双风轮风能捕获及发条储能结构的地铁隧道风力发电装置，其特征在于，包括:双风轮风力机、降速齿轮箱、发条储能箱、机械能缓释装置、永磁发电机、直流变换器、直流母线；所述双风轮风力机包括第一、二风轮、风力机轴、单相轴承；所述第一风轮或第二风轮均具有6个叶片；/n所述第一风轮安装在风力机轴的顶端，所述风力机轴距离顶端2/3处设有凹槽，所述单相轴承内部设有与该凹槽相齿合的凸起，第二风轮通过单相轴承与风力机轴连接；且第一风轮的第i个叶片与第二风轮第i叶片之间夹角为30°；i＝1,2,…,6；第一风轮中的桨叶角度为45°，第二风轮中的桨叶角度范围为0至45°；所述风力机轴的底端与降速齿轮箱的输入轴固定连接，且降速齿轮箱的输入轴的直径等于风力机轴的直径；所述降速齿轮箱的输出轴与发条储能箱的输入轴固定连接，且降速齿轮箱的输出轴的直径大于风力机轴的直径；发条储能箱的输出轴与机械能缓释装置的输入轴固定连接；机械能缓释装置的输出轴与永磁发电机的输入轴固定连接；永磁发电机将机械能转换为电能，并将转换的电能传送至直流变换器，所述直流变换器对收到的电能进行不可控整流与升压后传送至直流母线。/n

【技术特征摘要】
1.双风轮风能捕获及发条储能结构的地铁隧道风力发电装置，其特征在于，包括:双风轮风力机、降速齿轮箱、发条储能箱、机械能缓释装置、永磁发电机、直流变换器、直流母线；所述双风轮风力机包括第一、二风轮、风力机轴、单相轴承；所述第一风轮或第二风轮均具有6个叶片；
所述第一风轮安装在风力机轴的顶端，所述风力机轴距离顶端2/3处设有凹槽，所述单相轴承内部设有与该凹槽相齿合的凸起，第二风轮通过单相轴承与风力机轴连接；且第一风轮的第i个叶片与第二风轮第i叶片之间夹角为30°；i＝1,2,…,6；第一风轮中的桨叶角度为45°，第二风轮中的桨叶角度范围为0至45°；所述风力机轴的底端与降速齿轮箱的输入轴固定连接，且降速齿轮箱的输入轴的直径等于风力机轴的直径；所述降速齿轮箱的输出轴与发条储能箱的输入轴固定连接，且降速齿轮箱的输出轴的直径大于风力机轴的直径；发条储能箱的输出轴与机械能缓释装置的输入轴固定连接；机械能缓释装置的输出轴与永磁发电机的输入轴固定连接；永磁发电机将机械能转换为电能，并将转换的电能传送至直流变换器，所述直流变换器对收到的电能进行不可控整流与升压后传送至直流母线。


2.根据权利要求1所述的双风轮风能捕获及发条储能结构的地铁隧道风力发电装置，其特征在于，该风力发电装置还包括控制器，该控制器采用TMS320F28335控制芯片，该控制芯片与直流变换器连接，控制直流变换器的升压。


3.根据权利要求2所述的双风轮风能捕获及发条储能结构的地铁隧道风力发电装置，其特征在于，该风力发电装置，还包括第一、二保护网，保护壳；第一保护网为圆筒结构，所述双风轮风力机置于该第一保护网内，该第一保护网包括筒壁和筒底，筒底设有与风力机轴直径相同的圆孔，风力机轴通过该圆孔与降速齿轮箱的输入轴固定连接；所述保护壳为只有筒壁的圆筒结构，与第一保护网的直径相同且与第一保护网的筒底连接，齿轮箱、发条储能箱、机械能缓释装置、永磁发电机、直流变换器、控制器均置于保护壳内；保护壳的底部安装圆形第二保护网，且第二保护网的直径与保护壳的直径相同；所述第二保护网和第一保护网表面均为孔状结构。


4.根据权利要求1所述的双风轮风能捕获及发条储能结构的地铁隧道风力发电装置，其特征在于，所述降速齿轮箱包括一级降速齿轮、二级降速齿轮、三级降速齿轮、降速齿轮箱的输入轴、降速齿轮箱的输出轴、联络齿；所述一级降速齿轮包括第一轴承、直径相同的第一、二齿轮，第一齿轮的一面的中心点与降速齿轮箱的输入轴的一端固定连接，另一面的中心点与第一轴承的一端固定连接；降速齿轮箱的输入轴的另外一端固定连接风力机轴的底端；第二齿轮中心点与第一轴承的另外一端固定连接；二级降速齿轮包括直径相同的环状第三、四齿轮、第二、三轴承；所述第三、四齿轮的外直径L大于第一、二齿轮的直径；第一、二齿轮分别置于第三、四齿轮的内环内，且分别与第三、四齿轮相齿合；所述第二、三轴承与第一轴承的长度相同，固定安装在第三、四齿轮之间，第二轴承与第一轴承之间的距离和第三轴承与第一轴承之间的距离相等，且三个轴承之间构成一条直线；所述三级降速齿轮为直径为L的齿轮；所述联络齿为圆柱结构，联络齿的左右两个圆形底面均设有直径为L的圆形凹槽，凹槽内壁设有齿纹，相齿合的第四、二齿轮与联络齿的右底面的凹槽相齿合；三级降速齿轮的一面与联络齿的左底面的凹槽相齿合，另外一面的中心固定连接降速齿轮箱的输出轴的一端连接，降速齿轮箱的输出轴的另一端连接与发条储能箱的输入轴固定连接。


5.根据权利要求1所述的双风轮风能捕获及发条储能结构的地铁隧道风力发电装置，其特征在于，所述单相轴承包括外轴承、厚度为H的钢制第一～四单相阻止楔，以及厚度为T的内轴承和滚珠轴承；所述滚珠轴承套设在内轴承上，外轴承套设在滚珠轴承上，且外轴承的厚度小于T；所述第一～二单相阻止楔为直角三角形结构，第一～二单相阻止楔相...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘泽浩，肖岚，王勤，李金波，张津杨，段丹丹，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32