CN101059118B - 垂直翼叶尖喷气海浪潮汐风力联合发电机 - Google Patents

Abstract

一种垂直翼叶尖喷气海浪潮汐风力联合发电机，包括塔架和安装在其上的风力发电机组，在塔架的下方设有底座壳体，其底面上有左、右闸阀口，其内侧有与活塞相接的浮子，与活塞相配的压气机气缸套接在底座壳体上，塔架由送回风管道组成，送回风管道连通换向阀和压气机气缸套，换向阀接有回风腔和进风腔，回风腔和进风腔与安装在风力发电机组中浆叶上的喷气机连通。使本发电机组既可利用原有的风能进行发电，又能利用海洋中的能量进行发电，克服了现有技术中单一使用风能进行发电的缺点，风能和海洋能的互补，本发电机组可连续不断地工作，在无风时，依靠海洋中的能量进行发电；具有整体结构简单，安全可靠，效率高，制造成本低的优点。

Description

垂直翼叶尖喷气海浪潮汐风力联合发电机

技术领域

本发明涉及一种利用自然能进行发电的装置，特别是一种垂直翼叶尖喷气海浪潮汐风力联合发电机，可同时利用风力、海洋潮汐及海浪波联合发电，也可用于陆上低水头水力与风力联合发电。

背景技术

近年来，风电行业在世界范围内取得了快速的发展，单机容量越来越大，单体风机已有向小型电站发展的趋势，现有的风力发电装置结构是：有一个塔架，在塔架上方安装有风力发电机组，风力发电机组包括机舱、安装在机舱内的发电机、与发电机相接的变速箱、与变速箱相接的由轴承支撑在机舱上的主轴、与主轴相接的轮毂变距装置、接在轮毂变距装置上的风叶，工作时自然风带动风叶轮毂一起转动，主轴随之转动，通过主轴及联轴器驱动变速箱的输入轴转动，变速箱的输出轴带动发电机工作。现有的大型发电机组还具有根据风向调整偏航角度的装置，如需要调整角度时，通过转动电机及其轴上的齿轮转动，由于齿圈相对固定，齿轮及转动电机带动机舱沿转盘转动，达到调整发电机组角度的目的。变距装置可以根据风速或电机转速调整风叶的节距角。这种风力发电机最大缺点是很难做到连续发电，在低于启动风速时无法工作，不能满足市场连续不断的用电需求，更不能与波浪能和潮汐能结合起来发电。

发明内容

本发明的目的是提供一种既可利用风能，又可利用海洋中的波浪能、潮汐能，进行连续发电的垂直翼叶尖喷气海浪潮汐风力联合发电机，克服现有技术的不足。

本发明的垂直翼叶尖喷气海浪潮汐风力联合发电机，它包括塔架和支撑在塔架上端的风力发电机组，风力发电机组包括机舱43、安装在机舱43内的发电机47、与发电机47相接的变速箱48、与变速箱48相接的支撑在机舱43上的空心转轴56、与空心转轴56相接的轮毂变距装置44、接在轮毂变距装置44上的风叶45，其特征在于：在塔架的下方设有底座壳体23，在底座壳体23底面上设有左闸阀口35、右闸阀口28，底座壳体23内设有与活塞12相接的浮子29，与活塞12相配的压气机气缸套20接在底座壳体23上，所述的塔架由第一送回风管道37、第二送回风管道38、第三送回风管道39组成，第二送回风管道38的内腔与底座壳体23内侧的水位气室24连通，第一送回风管道37的内腔与活塞12下方的下气室36连通，第三送回风管道39的内腔与活塞12上方的上气室70连通，第一送回风管道37、第二送回风管道38、第三送回风管道39的上端口均与换向阀41连通，换向阀41接有回风腔40和进风腔42，所述的空心转轴56内侧设有内轴套55和夹层腔57，进风腔42与夹层腔57连通，回风腔40与内轴套55连通，内轴套55与位于风叶45上的第一风管58的一端相接，夹层腔57与位于风叶45上的第二风管59的一端相接，第一风管58、第二风管59的另一端均与安装在风叶45上的喷气机46相接。

本发明的垂直翼叶尖喷气海浪潮汐风力联合发电机，其中所述的浮子29固接在升降套13的底端，升降套13套装在导杆10上，导杆10的底端与底座壳体23固接，升降套13的上部位于下气室36内并与连杆放大机构相铰接，连杆放大机构的放大端与接在活塞12上的连接板71铰接。

本发明的垂直翼叶尖喷气海浪潮汐风力联合发电机，其中所述的连杆放大机构结构是：在升降套13与拉杆16的一端铰接，拉杆16的另一端与第一支杆19铰接，第一支杆19的一端与底座壳体23铰接，第一支杆19的另一端与第二支杆18的一端铰接，第二支杆18的另一端与连接板71铰接。

本发明的垂直翼叶尖喷气海浪潮汐风力联合发电机，其中所述的在底座壳体23上固定有浮子导柱31，浮子29上设有孔与浮子导柱31相配并套在浮子导柱31上，在底座壳体23上插装有套在浮子导柱31上的减震导套32，减震导套32的下方浮子导柱31上套有减震弹簧33，所述减震弹簧33外侧设有减震器壳体34与底座壳体23相接。

本发明的垂直翼叶尖喷气海浪潮汐风力联合发电机，其中所述的回风腔40、进风腔42呈环形且上下设置并固定在第一送回风管道37、第二送回风管道38、第三送回风管道39的上端，进风腔42与空心转轴56内侧的夹层腔57之间连通有进风管61和固定在机舱43上的第二气轮壳体53，回风腔40与空心转轴56内侧的轴孔之间连通有回风管62和固定在机舱43上的第一气轮壳体51，机舱43的下部接有第一内侧环板63和第二内侧环板66，并位于环形的进风腔42和回风腔40的内侧，构成进风腔42和回风腔40的内侧面，机舱43刚好座落在上部的进风腔42的上方，两者之间设有偏航轴承60，偏航轴承60的内环齿圈与驱动电机67小齿轮啮合带动机舱43转动，进风管61接在第一内侧环板63上，回风管62接在第二内侧环板66上。

本发明的垂直翼叶尖喷气海浪潮汐风力联合发电机，其中所述的升降套13上固定有活塞17，与活塞17相配有固定在底座壳体23上的缸体14，在缸体14上设有连接活塞17上、下腔的第一水管9和第二水管15，第一水管9通过三通阀与左闸阀3的内腔连通，水管15通过三通阀与右闸阀27的内腔连通，在左闸阀3和右闸阀27上接有第一气管5和第二气管25，所述的左闸阀3与左闸阀口35相配，右闸阀27与右闸阀口28相配，在左闸阀3与缸体14之间接有摇杆8，在右闸阀27与缸体14之间接有摇杆21。

本发明的垂直翼叶尖喷气海浪潮汐风力联合发电机，其中所述的喷气机46安装在风叶45的叶尖处。

本发明的垂直翼叶尖喷气海浪潮汐风力联合发电机，其中所述的第一气轮壳体51、第二气轮壳体53内空心转轴56上装有涡轮52。

本发明的垂直翼叶尖喷气海浪潮汐风力联合发电机，其中所述的进风腔42和回风腔40与第一内侧环板63和第二内侧环板66之间设有密封件。

本发明的垂直翼叶尖喷气海浪潮汐风力联合发电机，其中所述的第一风管58、第二风管59位于风叶45上的夹层内侧。

本发明的垂直翼叶尖喷气海浪潮汐风力联合发电机，由于在塔架的下方设有利用海浪能或潮汐能转换为高效风能的装置，使本发电机组即可利用原有的风能进行发电，又能利用海洋中的能量进行发电，克服了现有技术中单一使用风能进行发电的缺点，风能和海洋能的叠加，本发电机组可连续不断地工作，在低于启动风速时，依靠海洋中的能量进行联合发电；具有整体结构简单，安全可靠，效率高，制造成本低的优点。

附图说明

图1是本发明的垂直翼叶尖喷气海浪潮汐风力联合发电机的整体结构示意图；

图2是图1所示的左视示意图；

图3是图1所示的底部放大示意图；

图4是图1所示的顶部放大示意图；

图5进风腔42和回风腔40处的放大示意图；

图6是图1所示的A-A断面示意图；

图7是图1所示的B-B断面示意图。

具体实施方式

如图所示：塔架由第一送回风管道37、第二送回风管道38、第三送回风管道39组成，三根送回风管道形成三角架形式。

位于塔架上方的风力发电机组，包括金属板制作的机舱43，在机舱43的内部螺栓固定有发电机47，螺栓固定在机舱43内的变速箱48的输出轴与发电机47之间用联轴器连接。变速箱48的输入轴通过联轴器与空心转轴56的内端头连接。空心转轴56由支撑架54支撑在机舱43的内侧，支撑架54与空心转轴56之间装有轴承。空心转轴56的外端头与轮毂变距装置44的外壳螺栓连接，使空心转轴56的外端头处于悬臂状态。轮毂变距装置44上安装有风叶45。工作时，自然风驱动风叶45带动轮毂变距装置44、空心转轴56转动，再通过变速箱48带动发电机47转动发电。该部分为现有技术部分，不再详述。

在塔架的下方连接有金属板材制作的顶端略高于最高潮汐海平面、底部略低于最低潮汐海平面的底座壳体23，在底座壳体23底面上设有左闸阀口35和右闸阀口28，左闸阀口35和右闸阀口28呈部分环形。在底座壳体23的内部设有浮子29，浮子29连接活塞12。

与活塞12相配的压气机气缸套20固定连接在底座壳体23上，所述的第二送回风管道38底端内腔与底座壳体23内侧的水位气室24连通，第一送回风管道37的底端内腔与活塞12下方的下气室36连通，第三送回风管道39内腔的底端与活塞12上方的上气室70连通。

浮子29与活塞12两者之间的连接结构是：浮子29通过螺母30固接在升降套13的底端，升降套13套装在导杆10上，导杆10的底端与底座壳体23固接，导杆10的上部位于压气机气缸套20内中心处且上端头与压气机气缸套20的顶面固定连接。升降套13的上部位于下气室36内并与连杆放大机构相铰接，连杆放大机构的放大端与接在活塞12上的连接板71铰接。连杆放大机构结构是：升降套13与拉杆16的一端铰接，拉杆16的另一端与第一支杆19铰接，第一支杆19的一端与底座壳体23铰接，第一支杆19的另一端与第二支杆18的一端铰接，第二支杆18的另一端与连接板71铰接。

在升降套13上固定连接有活塞17，与活塞17相配有固定在底座壳体23上的缸体14，在缸体14上设有连接活塞17上、下腔的第一水管9和第二水管15，第一水管9通过电磁三通阀与软管7的一端相接，软管7的另一端与水管6的一端，水管6的另一端与左闸阀3的内腔连通。第二水管15通过电磁三通阀与软管22的一端相接，软管22的另一端与水管26的一端相接，水管26的另一端与右闸阀27的内腔连通。在左闸阀3和右闸阀27上接有端头设有电磁三通阀的第一气管5和第二气管25。左闸阀3与底座壳体23底面上的左闸阀口35相配。右闸阀27与底座壳体23底面上的右闸阀口28相配。在左闸阀3与缸体14之间接有摇杆8，在右闸阀27与缸体14之间接有摇杆21，摇杆8和摇杆21与缸体14之间为铰接。摇杆8的端头铰接在水管6上。摇杆21的端头铰接在水管26上。在底座壳体23的上面固定连接有摇杆固定卡，摇杆固定卡接固定在底座壳体23上面的机电推杆73上。

在底座壳体23上固定有浮子导柱31，浮子29上设有孔与浮子导柱31相配并套在浮子导柱31上，在底座壳体23上插装有套在浮子导柱31上的减震导套32，减震导套32的下方浮子导柱31上套有减震弹簧33，其外侧设有减震器壳体34与底座壳体23相接。

第一送回风管道37、第二送回风管道38、第三送回风管道39的上端口均通过法兰与换向阀41连通，换向阀41接有回风腔40和进风腔42。回风腔40、进风腔42呈环形且上下设置并固定在第一送回风管道37、第二送回风管道38、第三送回风管道39的上端，空心转轴56内侧设有内轴套55和夹层腔57，进风腔42与空心转轴56内侧的夹层腔57之间连通有进风管61和固定在机仓43上的第二气轮壳体53。回风腔40与空心转轴56内侧的内轴套55之间连通有回风管62和固定在机舱43上的第一气轮壳体51。第一气轮壳体51、第二气轮壳体53内空心转轴56上装有涡轮52。机舱43的下部接有第一内侧环板63和第二内侧环板66，并位于环形的进风腔42和回风腔40的内侧，构成进风腔42和回风腔40的内侧面。机舱43刚好座落在上部的进风腔42的上方，两者之间设有偏航轴承60。机舱43上固定有带动机舱43转动的偏航制动驱动电机67。偏航轴承60外圈与机舱43固接，偏航制动驱动电机67轴上装有齿轮与偏航轴承60内圈上的内齿圈相啮合。进风管61接在第一内侧环板63上，回风管62接在第二内侧环板66上。进风腔42和回风腔40与第一内侧环板63和第二内侧环板66之间设有密封件65。

内轴套55与位于风叶45上的第一风管58的一端相接，夹层腔57与位于风叶45上的第二风管59的一端相接，第一风管58、第二风管59的另一端均与安装在风叶45上的喷气机46相接。喷气机46安装在风叶45的叶尖处。所述的喷气机46采用了航空用喷气机技术，并改热喷气为冷喷气技术。第一风管58、第二风管59自轮毂变距装置44的内部伸出后置于风叶45上的夹层内侧。

工作过程如下：

本发电装置安装在围成一个封闭海湾的坝堤1上，围成的海湾坝堤1上安装有闸门，可通过闸门根据海水潮汐情况进行向海湾内注水或放水。采用混凝土将底座壳体23固定在海坝堤1上，其顶端略高于最高海潮汐平面、底部略低于最低潮汐海平面，右闸阀口28与外海相连通。第一送回风管道37、第二送回风管道38、第三送回风管道39的底端紧固在与海坝堤1一体的水下基础上。

通过自然风对风叶45推动使轮毂变距装置44、空心转轴56、变速箱48、发电机47转动，达到发电的目的。根据风向可通过驱动电机67输出轴上的齿轮与偏航轴承60的内圈上的齿圈啮合使机舱43相对于塔架转动角度。利用风力进行发电与现有技术相同。

利用本装置通过海浪能进行发电过程是：右闸阀27抬起，打开右闸阀口28，左闸阀3下落，左闸阀口35关闭，并通过机电推杆73带动摇杆固定卡卡住摇杆8，保持右闸阀28开启而左闸阀关闭状态，海水自右闸阀口28进入水位气室24内，使浮子29沿导柱31向上浮起，浮子29带动升降套13沿导杆10向上移动，再通过由拉杆16、第二支杆18、第一支杆19组成的连杆放大机构推动支撑板11及活塞12向上快速移动，此时，通过电磁三通阀使活塞17上、下腔连通，不对活塞17随升降套13上移产生影响。活塞12向上移动，上气室70被压缩，产生气体通过第三送回风管道39向换向阀41供气，再经换向阀41向进风腔42内供气，第二送回风管道38与第三送回风管道39的作用相同也将水位气室24内的气体向进风腔42内供气，该气体经进风管61、夹层腔57、第二风管59供给位于风叶45上的喷气机46。活塞12上移时，下气室36体积膨胀，通过第一送回风管道37、回风腔40、回风管62、内轴套55、第一风管58自喷气机46处吸气，由于对喷气机46的供气和吸气，在风叶45上产生初级反作用力的同时使喷气机46工作产生次一级反作用力共同作用在风叶45上，使其转动，带动发电机发电。当海水流出水位气室24时，浮子29下降带动活塞12下移，上气室70体积膨胀，下气室36体积缩小，由送回风管38、39自喷气机46处吸气，第一送回风管道37喷气机46处供气，其中是通过换向阀41进行换向，再次使喷气机46工作。这样利用了海浪进行发电，与风力发电相结合，提高了发电效率。当浮子29下落时，减震导套32、弹簧33可起到缓冲作用并给下次浮子29上升储备了一定能量(上升力)。

利用本装置通过海水潮汐能进行发电的过程是：潮涨时，通过机电推杆73打开摇杆固定卡，利用泵将右闸阀27内腔的水泵入左闸阀3的内腔，打开右闸阀口28，潮水进入水位气室24内，此时，浮子29上浮，升降套13、活塞17及活塞12上移，活塞12的上移对喷气机46进行供气和吸气，此过程与上述过程相同，不再复述。活塞17上移的同时，左闸阀3内腔的水自水管6、软管7、电磁三通阀进入活塞17下方的腔内，活塞17上方的腔内的水自第二水管15、电磁三通阀、软管22、水管26进入右闸阀27的内腔，浮子29上升到高位时，使右闸阀27将右闸阀口28关闭，左闸阀3抬起，打开左闸阀口35，水位气室24内的海水自左闸阀口35流至围成的海湾内，此时，浮子29开始带动活塞12下移，下移过程中，左闸阀3和右闸阀27内腔的水再次交换，重复上述过程，利用了海水涨潮时的能量进行发电。落潮时与涨潮时发电过程相同，只是海水流向相反，海水自围成的海湾内流出。

Claims (10)

1.一种垂直翼叶尖喷气海浪潮汐风力联合发电机，它包括塔架和支撑在塔架上端的风力发电机组，风力发电机组包括机舱(43)、安装在机舱(43)内的发电机(47)、与发电机(47)相接的变速箱(48)、与变速箱(48)相接的支撑在机舱(43)上的空心转轴(56)、与空心转轴(56)相接的轮毂变距装置(44)、接在轮毂变距装置(44)上的风叶(45)，其特征在于：在塔架的下方设有底座壳体(23)，在底座壳体(23)底面上设有左闸阀口(35)、右闸阀口(28)，所述底座壳体(23)内设有与活塞(12)相接的浮子(29)，与活塞(12)相配的压气机气缸套(20)接在底座壳体(23)上，所述的塔架由第一送回风管道(37)、第二送回风管道(38)、第三送回风管道(39)组成，第二送回风管道(38)的内腔与底座壳体(23)内侧的水位气室(24)连通，第一送回风管道(37)的内腔与活塞(12)下方的下气室(36)连通，第三送回风管道(39)的内腔与活塞(12)上方的上气室(70)连通，第一送回风管道(37)、第二送回风管道(38)、第三送回风管道(39)的上端口均与换向阀(41)连通，换向阀(41)接有回风腔(40)和进风腔(42)，所述的空心转轴(56)内侧设有内轴套(55)和夹层腔(57)，进风腔(42)与夹层腔(57)连通，回风腔(40)与内轴套(55)连通，内轴套(55)与位于风叶(45)上的第一风管(58)的一端相接，夹层腔(57)与位于风叶(45)上的第二风管(59)的一端相接，第一风管(58)、第二风管(59)的另一端均与安装在风叶(45)上的喷气机(46)相接。

2.根据权利要求1所述的垂直翼叶尖喷气海浪潮汐风力联合发电机，其特征在于：所述的浮子(29)固接在升降套(13)的底端，升降套(13)套装在导杆(10)上，导杆(10)的底端与底座壳体(23)固接，升降套(13)的上部位于下气室(36)内并与连杆放大机构相铰接，连杆放大机构的放大端与接在活塞(12)上的连接板(71)铰接。

3.根据权利要求2所述的垂直翼叶尖喷气海浪潮汐风力联合发电机，其特征在于：所述的连杆放大机构结构是：在升降套(13)与拉杆(16)的一端铰接，拉杆(16)的另一端与第一支杆(19)铰接，第一支杆(19)的一端与底座壳体(23)铰接，第一支杆(19)的另一端与第二支杆(18)的一端铰接，第二支杆(18)的另一端与连接板(71)铰接。

4.根据权利要求3所述的垂直翼叶尖喷气海浪潮汐风力联合发电机，其特征在于：在底座壳体(23)上固定有浮子导柱(31)，浮子(29)上设有孔与浮子导柱(31)相配并套在浮子导柱(31)上，在底座壳体(23)上插装有套在浮子导柱(31)上的减震导套(32)，减震导套(32)的下方浮子导柱(31)上套有减震弹簧(33)，所述减震弹簧(33)外侧设有减震器壳体(34)与底座壳体(23)相接。

5.根据权利要求4所述的垂直翼叶尖喷气海浪潮汐风力联合发电机，其特征在于：所述的回风腔(40)、进风腔(42)呈环形且上下设置并固定在第一送回风管道(37)、第二送回风管道(38)、第三送回风管道(39)的上端，进风腔(42)与空心转轴(56)内侧的夹层腔(57)之间连通有进风管(61)和固定在机舱(43)上的第二气轮壳体(53)，回风腔(40)与空心转轴(56)内侧的轴孔之间连通有回风管(62)和固定在机舱(43)上的第一气轮壳体(51)，机舱(43)的下部接有第一内侧环板(63)和第二内侧环板(66)，并位于环形的进风腔(42)和回风腔(40)的内侧，构成进风腔(42)和回风腔(40)的内侧面，机舱(43)刚好座落在上部的进风腔(42)的上方，两者之间设有偏航轴承(60)，偏航轴承(60)的内环齿圈与驱动电机(67)小齿轮啮合带动机舱(43)转动，进风管(61)接在第一内侧环板(63)上，回风管(62)接在第二内侧环板(66)上。

6.根据权利要求5所述的垂直翼叶尖喷气海浪潮汐风力联合发电机，其特征在于：所述的升降套(13)上固定有活塞(17)，与活塞(17)相配有固定在底座壳体(23)上的缸体(14)，在缸体(14)上设有连接活塞(17)上、下腔的第一水管(9)和第二水管(15)，第一水管(9)通过三通阀与左闸阀(3)的内腔连通，第二水管(15)通过三通阀与右闸阀(27)的内腔连通，在左闸阀(3)和右闸阀(27)上接有第一气管(5)和第二气管(25)，所述的左闸阀(3)与左闸阀口(35)相配，右闸阀(27)与右闸阀口(28)相配，在左闸阀(3)与缸体(14)之间接有摇杆(8)，在右闸阀(27)与缸体(14)之间接有摇杆(21)。

7.根据权利要求6所述的垂直翼叶尖喷气海浪潮汐风力联合发电机，其特征在于：所述的喷气机(46)安装在风叶(45)的叶尖处。

8.根据权利要求7所述的垂直翼叶尖喷气海浪潮汐风力联合发电机，其特征在于：所述的第一气轮壳体(51)、第二气轮壳体(53)内空心转轴(56)上装有涡轮(52)。

9.根据权利要求8所述的垂直翼叶尖喷气海浪潮汐风力联合发电机，其特征在于：所述的进风腔(42)和回风腔(40)与第一内侧环板(63)和第二内侧环板(66)之间设有密封件。

10.根据权利要求9所述的垂直翼叶尖喷气海浪潮汐风力联合发电机，其特征在于：所述的第一风管(58)、第二风管(59)位于风叶(45)上的夹层内侧。

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