多风轮聚能风力发电机组及系统技术方案

一种“多风轮聚能风力发电机组及系统”，其采用“多压点桨轮式水（液）轮机”将多个风轮形成的分散出力通过流体液压转换与传动的形式集中释放，实现聚能单机巨大出力能力发电效果，其由：多风轮与液压泵配合动力输出部分、储液、输液、调压、调控系统装置部分、封闭型多压点桨轮式水（液）轮机与发电机配合部分、多风轮聚能风电机组多样化设计部分等四个主体功能部分构成；其与采用单机单塔式风电机组比较具有建设方便灵活、控制容易、单机功率大、建设成本低、风能利用充分、运行稳定、形成电力优良等诸多方面的巨大优势，其将形成风力发电新型建设与应用方式，对新能源开发、节能减排和生态建设将发挥重要作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种新型风力发电机组，尤其是通过多压点桨轮式水轮机将在多个较小风轮 上形成的分散动力聚能，实现集中大功率发电目标的风力发电机组及其系统。技术背景水平轴叶桨迎风旋转式风力发电机组及其采用的风力机的设计形态，是当今全球风电机组设 备种类中应用最广泛、规格型号最齐全的风力机机型，其最初是以较小风轮直径的产品为主体， 小型叶桨迎风旋转式风力机具有设计、制造、安装、应用简单方便，风轮旋转速度很快，风轮用 风能力、风能转换能力均很强，风轮转头对风方式灵活，旋转结构简单等诸多独特的性能优势。但是，随着风电机组大功率需求的推进与发展，水平轴叶桨迎风旋转式风电机组的风轮直径 在逐步加大，当前国外较大型的风轮旋径己达126米。然而实践数据与应用结果确实证明，当风 轮旋转直径放大到超出一定区域限制范围的情况下，其性能指标就将出现逐渐下降乃至急剧变差 的发展趋势，且该趋势是随着风轮直径的超限放大呈现出几何级数加剧的态势。如希望增加的出力能力与所需配合增加的风轮旋转扫风面积的比值在急速下降，导致优质 风场风能资源的有效利用程度大幅降低；其单位时间旋转的转数加剧下降，导致需要配合的齿轮 箱传动比值急剧上升，从而导致齿轮箱设计加工难度与设备体积的大幅增加；其对材料强度的需 求快速提升，导致材料成本与制造成本大幅提高；其调控调频与对风难度大幅加大，导致调控结 构复杂，调控困难，调控效果较差，且故障率大幅增加；此外还包括其不断摇动的高大长臂 十分影响城市景区景观和人们的视觉环境，因为人的眼睛有总是优先捕捉高大移动物体的习 性；长臂还难于避免高强度台风的冲击摇晃；其形成的运行噪音逐渐增大乃至十分严重等。因此，接近于兆瓦级及其以上单机出力能力设计的风电机组，均建议采用07年最新专利技术专 利技术联合聚风特大功率、联合聚风极大功率及其旋转型极大功率风力发电机组三大适合于 单机超大、特大功率出力能力设计的风力机机型形态，其可轻松地实现超过20-50兆瓦及其以上 的单机出力能力设计及可方便地形成梯级出力方式设计与其之间的相互转换与方便调控，可带来 成本、效率等系列综合优势，可分别适合于各种风力、风向与地理与气候条件下采用。然而，小型叶桨迎风旋转式风力机具有的前述诸多综合优势是联合聚风三大创新机型 所形成的优势难于替代的，尤其是在中小分散灵活安装应用的情况下，因此对其具有的唯一弱点 需要进行改造，使其加强。分析中小型叶桨迎风旋转式风电机组最大的应用能力不足是其单 机出力能力极其低下，用户需要分别对众多个分散设置在风电机组上的小型发电机同时进行有效 的调频、调控、并网控制是十分困难的事情，因此致使一些电网部门将其产生的电力列入影响电 网平和稳定运行的制造者来看待，使其难于积极接纳；此外，与大功率发电机比较小的发电机的 能量转换效率一般只有60%—70%，而大功率发电机可达到93%以上。 中国专利技术专利[200510120802]提出了 一种风力发电机组和系统的技术解决方案与本专利技术 提出的技术方案有部分内容相近，均是采用将多个在小风轮上形成的分散风力动力与能量，通 过液压动力转换装置与液压传动系统装置的一体化配合设置，使分散液压动力汇集形成集中巨大 出力能力，从而形成大功率风电发电能力的风电机组系统设计方式。即是将在各个风轮上形 成的分散动力首先分别传递到在各自风轮背后与其直接连接配合的各个液压泵上，由其转换 形成液压形式的分散动力，再通过液压传动系统装置汇集到同一个液压马达上形成集中动力 输出，然后通过该液压马达与一个大功率的发电机配合形成较大的发电能力。然而，其采用的滚动转子式液压马达(或称为旋转式液压马达)以及现有常用的、可 提供自由选择的所有流体液压^力转换设备的设计结构与出力方式均呈现出出力转换能力与形 成效率较低(这是由其流体推动方式与整体设计结构造成的)、或是结构复杂、或是体积庞大， 或是形成的单机过流能力较低，或是难于进行出力能力的有效调控，或是上述状况同时多项并存 等多方面的问题与不足。如滚动转子式液压马达尤其是在形成大流量集中出力转换需求后(因为其作用方式能够形成的单机过流能力很低，集中大的过流能力需要大体积的设备来完成)，其就需要大型的滚 动转子式液压马达来完成，且其结构还需要形成多腔并联一体化设计的复杂结构才能形成 旋转运行稳定的出力效果，即使如此其出力转换能力也是很低，这些均将导致上述分能一聚能 发电系统设计路线难于理想实现，因此液压马达的问题就成为其最大的阻力与关键的不足。 但到目前为止，现有的可供自由选择的其它液压马达，或其它由流体动力到机械动力 的转换设备还没有更为理想的技术解决方案用来提供。在20O4年初，由本专利技术专利相同申请人提出了一种立、卧轴多压点桨轮式水轮机及其电 站辅助设施[中国专利技术专利号200410004451.9]的全新类型的流体动力机械转换设备的专利技术专 利技术方案，其原本的设计目标是应用在各种类型的水电站上，尤其适合于在各种类型的中小型水电站上采用。对其设计结构与作用方式的概述是其是将高压水流以切线方向、多压点方式、以直接压迫性冲击的形式共同作用在各压水结构体围绕中心设置的同一个桨轮转轮的最大力 矩处，从而使高压水能高效率地转换成为旋转机械动力能量。其形成的优势性能众多，包括采用切线直接压迫性推动转轮出力的作用方式，可使水流(或工作液流)的出力转换能力十分强大，其结构特别简捷、转轮体积小，但单机过流能力十分强大， 并且转轮有直径与高长双向设计能力拓展空间，能量利用与转换十分充分，还难于形成空蚀、磨蚀、振动、漏损、效率区限制等现有类型水轮机常见的问题；采用多压点方式可使转轮调速、调力方式简单方便，范围巨大乃至成数倍，在部分负荷时段 可采用关闭若干个压水结构体的控制方式可成倍地节省电站水库的水能；其立式一体化输水管路 设计形式使其结构更为紧凑……等。因此，其改进型设计也将在本专利技术聚能风力发电机组设计中发挥出其巨大且关键性的作用。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在针对现有技术方案的形成能力不足及引进本专利技术相同申请人拥有的具有 上述综合优势性能的关键专利技术设计，从而提出一种采用'多压点桨轮式水(液)轮机'将 多个风轮形成的分散出力通过流体液压转换与传动的形式集中，实现聚能巨大出力能力发电效果 的新型风力发电机组及其系统整体技术方案，即多风轮聚能风力发电机组及系统专利技术专 利技术方案，其可使该类型风电机组与其系统同时具有结构简捷紧凑，体积小、成本低、设计形 态多样、出力转换效率极高、调压、调速、调力方式简单方便，效果显著，范围巨大乃至成倍， 安装、维护、使用方便等诸多综合优势效果，其可使由分散到集中的风电机组设计思路与目 标更为理想实现。本专利技术提出的多风轮聚能风力发电机组及系统技术方案是由(一)多风轮与液压泵配 合动力输出部分；(二)储液、输液、调压、调控系统装置部分；(三)封闭型多压点桨轮式水(液) 轮机与发电机配合部分及(四)多风轮聚能风电机组多样化设计部分等四个主体功能部分构成， 以下分别对其结构与功效进行描述(一)多风轮与液压泵配合动力输出部分在一个多风轮聚能风力发电系统中，至少设置有2个及其以上数量的风轮与液压泵配合形成 的新型风力机动力输出机构，在相同风轮设计规格的情况下，系统中安本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种“多风轮聚能风力发电机组及系统”，其特征在于：其是由（一）多风轮与液压泵配合动力输出部分；（二）储液、输液、调压、调控系统装置部分；（三）封闭型多压点桨轮式水（液）轮机与发电机配合部分及（四）多风轮聚能风电机组多样化设计部分等四个主体功能部分构成各部分主要结构与功效包括：（一）多风轮与液压泵配合动力输出部分：在一个系统中至少设置有２个以上数量的风轮与液压泵配合形成的风力机动力输出机构；其风力机主要功能部件包括：风叶、风叶杆或无需风叶杆、风叶轴、液压泵、平衡 杆、风舵、支撑套管、风力机安装架等；一些风轮可在回转式液压泵体的中前部直接设置对风旋转中心位置；（二）储液、输液、调压、调控系统装置部分；储液、输液、调压、调控装置部分是将加压的“回转式液压泵”与卸压的“多压点桨轮式水（液） 轮机”功能部分实现相互连通，并在其传动过程中实现调压、调速、调控的系统装置设施；其包括：输出输送各个风力机液压泵高压工作液的高压输液管，可进行压力平衡调控的高压调压稳压箱，通过平衡调压装置和溢流调压阀的作用，及其环绕式结构设计“使各 个风力机液压液流的作用力相互汇集融通平衡”后，将大致平稳一致的工作液压入多压点桨轮式水（液）轮机的各个压水结构体管路中，然后将其转换出力释放压力后的尾液，首先流入在其下面设置的回流储液箱中，再经过负压输液管重新回流到各个“回转式液压泵”；　　（三）封闭型多压点桨轮式水（液）轮机与发电机配合部分：“封闭型多压点桨轮式水（液）轮机”是将原有的多压点桨轮式水轮机中采用的开放型尾水出水结构设计改为封闭型设计；及将多压点桨轮式水（液）轮机与储液、输液、调压、调控装置部分的高 压、调压、稳压箱与回流储液箱实现上下一体化整体配合设计；其结构包括：在其在外部设置的安装基座，外部依托安装基座聚力，内部与立式桨轮转轮周边边缘上下紧密滑动配合的１－多个压水结构体，在各个压水结构体围绕中心设置的立式桨轮转轮，在立式桨轮转轮中心一体化的桨轮轴，在压水结构体的前部出水（液）口位置设置的泄流通道；以封闭型配合的高压、调压、稳压箱一般采用环绕一体化式设计形态，其可方便地实现与下面配合设置的各个压水结构体形成环绕式一体化配合，在其之间可设置调控装置控制流量及其开闭，从而实现多点（多通路）连通和构成整体循环调控压力的能力；在环绕式结构的中部可方便地设置立式发电机的位置（或是设置立式传动轴），与一...

【技术特征摘要】
1、一种“多风轮聚能风力发电机组及系统”，其特征在于其是由(一)多风轮与液压泵配合动力输出部分；(二)储液、输液、调压、调控系统装置部分；(三)封闭型多压点桨轮式水(液)轮机与发电机配合部分及(四)多风轮聚能风电机组多样化设计部分等四个主体功能部分构成各部分主要结构与功效包括(一)多风轮与液压泵配合动力输出部分在一个系统中至少设置有2个以上数量的风轮与液压泵配合形成的风力机动力输出机构；其风力机主要功能部件包括风叶、风叶杆或无需风叶杆、风叶轴、液压泵、平衡杆、风舵、支撑套管、风力机安装架等；一些风轮可在回转式液压泵体的中前部直接设置对风旋转中心位置；(二)储液、输液、调压、调控系统装置部分；储液、输液、调压、调控装置部分是将加压的“回转式液压泵”与卸压的“多压点桨轮式水(液)轮机”功能部分实现相互连通，并在其传动过程中实现调压、调速、调控的系统装置设施；其包括输出输送各个风力机液压泵高压工作液的高压输液管，可进行压力平衡调控的高压调压稳压箱，通过平衡调压装置和溢流调压阀的作用，及其环绕式结构设计“使各个风力机液压液流的作用力相互汇集融通平衡”后，将大致平稳一致的工作液压入多压点桨轮式水(液)轮机的各个压水结构体管路中，然后将其转换出力释放压力后的尾液，首先流入在其下面设置的回流储液箱中，再经过负压输液管重新回流到各个“回转式液压泵”；(三)封闭型多压点桨轮式水(液)轮机与发电机配合部分“封闭型多压点桨轮式水(液)轮机”是将原有的多压点桨轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓通，
申请(专利权)人：陈晓通，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]