巨型联合聚风风力发电机组.pdf

一种巨型联合聚风风力发电机组，由分风机舱、双桨轮风轮配合构成卧式分风式风力机，并使其纵向间隔并列联合设置在目字型塔架上，其特征是将各个桨轮风轮形成的风力转换出力通过各个桨轮轴输出到在其各自端部设置的伞形传动齿轮上，其伞形传动齿轮又均分别与在机组塔架一侧纵向设置的总传动轴上以间隔交替正反向方式设置的伞形汇集动力齿轮形成相互传动配合，再通过各个汇集动力齿轮共同驱动总传动轴形成总体动力汇集输出，最终与在总传动轴下端设置的立式发电机或多发电机系统配合，其可使巨型机组制造、运输、安装容易，传动过程简捷，综合成本降低，结构性能完美；同时提出巨型联合聚风风力热泵机组与热电厂联产系统技术方案。

1、  一种巨型联合聚风风力发电机组，其是由横向设置的分风机舱(1)、双桨轮风轮(2)配合构成卧式分风式风力机，并使其纵向间隔并列联合设置在目字型塔架(3)上，其纵向排列联合设置的各个桨轮风轮上的桨轮桨叶是由固定桨叶(11)与移动桨叶(12)以间隔配合方式排列设置，固定桨叶由桨轮辊(10)与桨轮轴(4)配合固定，并通过调控装置能使移动桨叶横向移动重叠并入固定桨叶覆盖区域的方式实现桨轮桨叶无缺口状态到有缺口状态及其不同变化幅度的相互转换，其特征在于：由各个桨轮风轮形成的风力转换出力是通过各个桨轮轴(4)的一端输出到在其各自端部设置的伞形传动齿轮(8)上，其各个伞形传动齿轮又均分别与在机组塔架一侧纵向设置的总传动轴(6)上以间隔交替正反向方式设置的伞形汇集动力齿轮(7)形成相互传动配合，通过各个汇集动力齿轮共同驱动总传动轴(6)形成总体动力的汇集输出，最终与在总传动轴下端设置的立式发电机或多发电机系统(13)配合。

2、  一种巨型联合聚风风力热泵机组与热电厂联产系统，其特征在于：其由压缩式巨型联合聚风风力热泵机组或吸收式巨型联合聚风风力热泵机组或转换压缩式巨型联合聚风风力热泵机组与热电厂联产与共建。

巨型联合聚风风力发电机组
技术领域
本发明涉及一种可形成宏大建设规模与桨轮风轮特大直径设计的联合聚风风电机组及由其形成的风力热泵与热电厂联产系统。
背景技术
用风力推动风轮转动形成机械出力的方式除现多采用的水平轴叶桨迎风旋转式风轮形态之外，还能采用风力正面切向推动桨轮风轮旋转的方式实现，也称“顺风式”推动，即：通过遮挡桨轮风轮圆柱体的半部使其形成半面桨轮桨叶无风力推动回转的驱动方式，中国发明专利(200810119727.6)提出的联合聚风风力发电机组的作用方式即是如此。
以上所述的联合聚风风电机组发明专利技术方案已历经6年5次创新完善过程，其有立、卧两种形态，其中的卧式机型更是拥有最佳性能与全面优势，其由横向设置的分风机舱、双桨轮风轮配合构成卧式分风式风力机并使其纵向间隔并列联合设置，上述结构形态可使间隔相邻设置的各个方菱形分风机舱的两端均形成由分风机舱前后角度分风形成的相互聚风效果，从而形成各个聚风气流的过流通道，而各个桨轮风轮的外部桨叶正好并列处于各个聚风气流通道之中，使聚集加强的风力持续不断地切向冲击桨轮风轮的最大力矩处，从而推动其旋转并形成最大出力能力的转换。在联合设置的各个桨轮风轮的一侧均通过大直径的齿轮或齿圈之间的相互配合传动使各个桨轮风轮产生的动力形成相互之间的联合连动与动力传递汇集，并由下部的主传动轴输出与卧式发电机或多发电机系统配合与调控。
各个排列的分风机舱分风角均为正面面对风向流动路径的完全固定形态，机组的对风方式是利用自然界拥有的固定方向风力存在地区(如：山口、山间等)风力来回直线式运动的特点，通过桨轮风轮正、反方向旋转变化的调控方式实现适应风向180度整体调头的变化，因聚风通道有顺风作用且是形成横向直线形态的过流通道，因此在风向小角度上下左右偏离主线方向的情况下不会对机组运行产生任何影响。
桨轮风轮是其乘风出力的部件，其上一般设置3-6个桨轮桨叶，桨轮桨叶设计长度可达到十数米、数十米乃至上百米，桨轮风轮直径与规格可根据不同建设规模设计。其采用的桨叶推拉式调控系统结构是通过固定桨叶一同形成对全部桨轮桨叶的支撑，其是通过控制移动桨叶横向移动重叠并入固定桨叶覆盖区域的方式，实现桨轮桨叶从无缺口到有缺口状态的相互变化，从而可准确、快速、整体地调控各个桨轮桨叶乘风幅面的增减，在风力过大、机组故障、电机过载、频率超标时通过减小桨叶幅面实现与风力强度变化的及时适应性调控；反之则为增加幅面以增强其迎风面积与出力能力，其增减桨叶幅面的操作还可与“多发电机系统”形成的梯级出力能力变化过程配合使其形成“无阶梯”的运行衔接。上述各个组成结构均通过间隔排列的“目”字形塔架支撑、固定、排列、安装。
通过上述对联合聚风风力发电机组的全面综合介绍中得知，其各个桨轮风轮的联合传动与动力输出的方式和结构是通过“在桨轮风轮一侧设置的与桨轮风轮直径相当的大直径的齿轮或齿圈并使其形成相互联合连动的传动输出方式实现的，其产生的联合动力由上到下逐级传递最终由在最下部的主传动轴输出并与1-多个卧式发电机或多发电机系统配合与调控”，而采用该结构在形成宏大规模建设与桨轮风轮特大直径设计时会出现以下三个方面的不足：
1.使齿轮体积过大：如果设计的桨轮风轮的直径为5至10米及以上，则与其配合的联合连动齿轮或齿圈的设计直径也需相同，这会使之运输与安装均困难且重量过重。
2.下部齿轮表面累计动力过大：其上部的桨轮风轮动力是由联合连动齿轮的齿圈逐级梯次传动到下部的主传动轴上输出，如果对于中小型机组设计采用上述结构具有传动结构简捷顺畅的优势，而对于过长距离与过大动力输出方式来讲，其下部的齿轮表面累计动力过大。
3.成本高或难于加工实现：超大直径齿轮齿圈的加工成本极高，过大直径设计甚至没有相关的加工设备难于实现，齿轮表面润滑维护也困难。
此外，中国发明专利200810117307.4提出了一种“巨能风力热泵与热电厂联产系统”技术方案，其是基于两者联产过程可形成的独特优势效益依存关系的科学发现而提出，即通过风力热泵参与热电厂余热吸收与转换加热发电的过程形成热电厂运行所必须的双向需求效益，从而也使热电厂废弃排放的巨大热能变为宝贵资源，并可通过对热电厂产生的高、低温冷却水的交替储备方式达到另类方式的风能储备目的；还可利用热电厂的高效发电设备、电力输配送线路与运行调控能力实现风电开发与输送方式由“电网联产”到“电厂联产”的根本性转变，形成了风能资源的全新、广泛、巨大、便捷、廉价的发展途径。
其提出的巨能风力热泵是由多形态巨能风力(发电)机组与热泵压缩机或电热装置配合构成，而由巨型联合聚风风力发电机组与热泵压缩机或电热装置配合也可构成该相同功效的联产系统，其更加适用于在拥有直线流动风力地区建设宏大规模的上述联产系统时采用。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用全新传动结构与传动方式，适合于形成宏大规模建设与桨轮风轮特大直径设计的巨型联合聚风风电机组技术方案，其继承了联合聚风风电机组的主体结构及新型桨轮风轮调控结构的形成优势，但均在桨轮风轮联合连动与其动力输出方式和结构上形成重大变化，其将使巨型联合聚风风电机组的设计方案能够顺利实现，同时使之制造、运输、安装容易，传动过程简捷，综合成本降低，结构性能完美，因此也使其在中小型机组规模设计建设时也同样适用；本发明同时提出由巨型联合聚风风力(发电)机组形成的风力热泵与热电厂联产系统的技术方案。
本发明提出的巨型联合聚风风力发电机组是指卧式联合聚风机型形态，其是由横向设置的分风机舱、双桨轮风轮配合构成卧式分风式风力机并使其纵向间隔并列联合设置在目字型塔架上，其纵向排列联合设置的各个双桨轮风轮上的桨轮桨叶是由固定桨叶与移动桨叶以间隔配合方式排列设置，固定桨叶由桨轮辊与桨轮轴配合固定，并通过桨叶推拉式调控系统能使移动桨叶横向移动重叠并入固定桨叶覆盖区域的方式实现桨轮桨叶无缺口状态到有缺口状态及其不同变化幅度的相互转换，由各个双桨轮风轮形成的风力转换出力是通过各个桨轮轴的一端输出到在其各自端部设置的伞形传动齿轮上，其各个伞形传动齿轮又均分别与在机组塔架一侧纵向设置的总传动轴上以间隔交替正反向方式设置的伞形汇集动力齿轮形成相互传动配合，从而通过各个汇集动力齿轮共同驱动总传动轴形成总体动力的汇集输出，最终与在总传动轴下端设置的立式发电机或多发电机系统配合。
本发明巨型联合聚风风力热泵与热电厂联产系统技术方案是：实现巨型联合聚风风力热泵与热电厂的联产与共建，提出的风力热泵有三种主要形成方式或布局形态：
(一)由与巨型联合聚风风力发电机组中采用的巨型联合聚风风力机提供动力，并且由其动力输出轴直接带动热泵系统压缩机，从而形成压缩式巨型联合聚风风力热泵机组的形态。
(二)由与巨型联合聚风风力发电机组发电机形成的电力与远距离设置的热泵系统电热装置配合实现加热方式驱动，从而形成吸收式巨型联合聚风风力热泵机组的形态。
(三)由与巨型联合聚风风力发电机组发电机形成的电力与远距离设置的电动机连接形成转换，再由电动机与热泵系统压缩机一体化配合实现机械驱动，从而形成转换压缩式巨型联合聚风风力热泵机组的形态。
本发明提出的上述全新传动方式与结构可消除采用与桨轮风轮相同直径齿轮或齿圈形成相互之间联合连动传动与动力输出方式所产生的诸多问题与难题，从而使之整体结构简捷，动力输送直接，制造安装容易，形成优势显著，其尤其适合于巨型联合聚风机组的设计与特大直径桨轮风轮的设计。
本发明巨型联合聚风风力热泵与热电厂联产系统技术方案可使该项拥有十分巨大经济、环境、资源效益的联产系统创新技术的应用领域更加广泛，形成能力更加巨大。
附图说明
图1是巨型联合聚风风力发电机组的侧视结构示意图。
图2是巨型联合聚风风力发电机组的迎风面主视示意图及其传动系统的结构示意图。
图3是采用推拉式调控系统的桨轮风轮横向剖面结构示意图。
图4是巨型联合聚风风力热泵机组与热电厂联产系统形成总体输出功率的形成流程图。
图示标记：1.分风机舱；　2.双桨轮风轮；　3.目字型塔架； 4.桨轮轴； 5.塔架斜拉纤绳； 6.总传动轴； 7.汇集动力齿轮； 8.伞形传动齿轮； 9.齿轮箱； 10.桨轮辊； 11.固定桨叶； 12.移动桨叶； 13.多发电机系统。
具体实施方式
巨型联合聚风风力发电机组是指卧式机型(见示意图1、2)，其由横向设置的分风机舱1、双桨轮风轮2配合构成卧式分风式风力机，并使其纵向间隔并列联合设置在目字型塔架3上，(示意图1)中的下部箭头表示该排列数量还可大幅度增加。
对其创新结构功能与运行方式的描述是：由上述结构形成的各个桨轮风轮的风力转换出力通过各个桨轮轴4输送到在其各自端部设置的伞形传动齿轮8上，且其各个伞形传动齿轮8又均分别与在机组一侧纵向设置的总传动轴6上以间隔交替正反向方式设置的伞形汇集动力齿轮7形成相互传动配合，从而通过各个汇集动力齿轮共同驱动总传动轴使之形成总体动力的汇集输出与在总传动轴下端设置的立式发电机或多发电机系统13配合完成发电，其以正反向方式设置的伞形汇集动力齿轮7可使旋转方向相反的双桨轮风轮2实现动力输出方向的一致。
所述的多发电机系统13是由两个以上数量的发电机通过中心齿轮盘与卫星齿轮盘的配合传动，并且可方便使其之间形成配合连动与相互分离的结构设置，其各个发电机设置在卫星齿轮盘上，在风力强大时刻通过增加发电机连动数量的方式实现多发电的目标，反之则通过减少发电机连动数量的方式实现机组微风启动与微风运行的调控效果，该调控过程可与桨叶推拉式调控系统配合实现无阶梯的运行转换。
其桨叶推拉式调控系统的结构是在桨轮风轮的中心设置整体形态的桨轮辊10，固定桨叶11与桨轮辊形成一体化固定安装，其移动桨叶12的一端与在桨轮辊面上设置的辊面轨道配合，另外一端或中部与各个固定桨叶11形成连接固定的外部轨道配合，通过固定桨叶可一同形成对全部外部桨叶的支撑功能，通过在辊面轨道和外部轨道内设置的推拉杆或推拉链绳的调控，实现共同滑动推拉1个或接续多个移动桨叶的操作，使移动桨叶与在其各自相邻侧部设置的固定桨叶实现重叠或内藏，从而实现通过移动桨叶的操作加大或减小桨轮风轮桨叶迎风面积的调控目标；在同一个长的桨轮辊上可间隔设置多个固定桨叶与移动桨叶，从而实现不同出力能力水平的大幅度调控。(见示意图3)，
本发明巨型联合聚风风力热泵机组与热电厂联产系统是通过上述三种联合聚风风力热泵机组的驱动方式选择实现风力热泵的吸热与供热双向功能的共同稳定实现，并将其与热电厂(包括：燃煤发电、燃气发电、燃油发电、生物质发电、垃圾发电、沼气发电、地热发电、核能发电)发电机组的散热(散热与冷却装置包括：冷凝器、冷却循环水系统、锅炉烟气冷却与其净化等装置)与供热系统设备(供热装置包括：热电厂系统加热器、预热器、蒸发器等装置)的配合安装，从而实现由巨型联合聚风风力热泵系统辅助参与或直接参与实现“吸收热电厂废弃余热与输出高热能量辅助加热或直接发电的运行”这一可形成十分巨大节能减排目标的创新流程之中(见示意图4)。