[實(shí)用新型]利用隧道風(fēng)能的發(fā)電裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520342011.8
• 申請日: 2015-05-25
• 公開（公告）號: CN204716464U
• 公開（公告）日: 2015-10-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張祖濤;張興田;王慶昕;肖煉;何滿江;郭昊;徐欣;孫雪峰;潘宏燁
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號: F03D9/02
• 分類號: F03D9/02;F03D3/02;F03D3/06;F03D11/00
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51227
• 代理人: 李順德

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，特別涉及一種利用隧道風(fēng)能進(jìn)行發(fā)電的裝置。

背景技術(shù)

近些年來，中國動車、高鐵發(fā)展迅速，鐵路覆蓋率、通車率大幅提高。但由于我國地形較為復(fù)雜，很多線路都設(shè)計有多條隧道，隧道附近的風(fēng)能十分可觀，不僅有在建造隧道時為保證通風(fēng)情況的自然風(fēng)，還有火車在通過隧道時產(chǎn)生的強(qiáng)烈活塞風(fēng)，但這些風(fēng)能卻一直沒有被利用起來。隧道自然風(fēng)的大小除了自然條件外，一般還要通過優(yōu)化設(shè)計參數(shù)予以保障，主要參數(shù)包括隧道出口和入口的高度差H、隧道長度L隧道的水力直徑D等，通常可以保證隧道自然風(fēng)大于5m/s。活塞風(fēng)是列車高速通過隧道時，由于空氣動力學(xué)因素產(chǎn)生的，風(fēng)速大小與列車長度l_T、列車阻力系數(shù)N、列車速度v_T、隧道內(nèi)自然風(fēng)速v_n等有關(guān)。對于速度v_T≥200km/h的列車，其產(chǎn)生的活塞風(fēng)通常可以達(dá)到10m/s以上。由于隧道通常都是雙向通行的，活塞風(fēng)另一個特點(diǎn)是方向變化無常。由此可見鐵路隧道風(fēng)能除了具有相當(dāng)?shù)睦脙r值外，還存在著風(fēng)速變化大的特點(diǎn)。

目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中，負(fù)責(zé)風(fēng)能轉(zhuǎn)換機(jī)械能的風(fēng)力機(jī)，根據(jù)風(fēng)力機(jī)軸與風(fēng)向的關(guān)系，分為垂直軸風(fēng)力機(jī)和水平軸風(fēng)力機(jī)。垂直軸風(fēng)力機(jī)的特點(diǎn)是風(fēng)力機(jī)軸與風(fēng)向垂直，通常垂直安裝就可以用于不同方向風(fēng)力發(fā)電，不需要嚴(yán)格的方向要求，具有結(jié)構(gòu)簡單成本低的特點(diǎn)，適用于風(fēng)向變化比較大的場合。垂直軸風(fēng)力機(jī)又分為H型、S型、Φ型，他們各自具有不同的特點(diǎn)：S型風(fēng)力機(jī)起動性能好但起動轉(zhuǎn)矩大轉(zhuǎn)速低，屬于低風(fēng)速啟動的風(fēng)力機(jī)，通常風(fēng)速大于3m/s就可以啟動運(yùn)轉(zhuǎn)，但轉(zhuǎn)換效率不理想；H型風(fēng)力機(jī)風(fēng)剪作用小發(fā)電效率高但起動性能差，屬于高風(fēng)速啟動的風(fēng)力機(jī)，具有較高的轉(zhuǎn)換效率，可以適用于風(fēng)速大于10m/s的發(fā)電系統(tǒng)。水平軸風(fēng)力機(jī)需要安裝時風(fēng)力機(jī)軸與方向平行，才能發(fā)揮最大的效率，通常需要配置風(fēng)向跟蹤調(diào)節(jié)裝置，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，不適合用于隧道風(fēng)力的發(fā)電系統(tǒng)。

據(jù)檢索，現(xiàn)有公開號為CN2758515的一種組合式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，涉及一種組合式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。為了解決了一般垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)起動性能差的問題，將S型風(fēng)力機(jī)與垂直軸風(fēng)力機(jī)進(jìn)行組合，創(chuàng)造出一種組合式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。該專利只是單純的將H型風(fēng)力機(jī)與S型風(fēng)力機(jī)結(jié)合，降低了起動風(fēng)速，但高風(fēng)速時S型風(fēng)力機(jī)達(dá)不到最大的發(fā)電效率，風(fēng)能利用率不高。

又有公開號為CN103174584A的新型自起動式Darrieus-Savonius組合式垂直軸風(fēng)力機(jī)，包括S型風(fēng)力機(jī)、超越離合器、發(fā)電機(jī)、D型風(fēng)力機(jī)和若干立桿。其公開的技術(shù)方案主要缺點(diǎn)是：在低風(fēng)速時靠S型風(fēng)力機(jī)帶動D型風(fēng)力起動，這樣在低風(fēng)速下強(qiáng)制起動D型風(fēng)力機(jī)不但不會對發(fā)電量帶來幫助，而且由于S型風(fēng)力機(jī)帶動D型風(fēng)力機(jī)一起轉(zhuǎn)動，增加了系統(tǒng)阻力和損耗，影響了此時S型風(fēng)力機(jī)的發(fā)電效率，致使低風(fēng)速發(fā)電效率低下，而低風(fēng)速的情況在隧道風(fēng)能應(yīng)用場合在時間上所占比例較大。而且當(dāng)S型風(fēng)力機(jī)帶動D型風(fēng)力機(jī)起動后，超越離合器使S型風(fēng)力機(jī)對發(fā)電機(jī)的作用中斷，不參與發(fā)電工作，降低了風(fēng)能利用率。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題，就是提供一種利用隧道風(fēng)能的發(fā)電裝置，采用低速風(fēng)力機(jī)和高速風(fēng)力機(jī)組合發(fā)電，提高發(fā)電效率。

本實(shí)用新型解決所述技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案是，利用隧道風(fēng)能的發(fā)電裝置，包括第一風(fēng)力機(jī)、第二風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)，所述第一風(fēng)力機(jī)與第二風(fēng)力機(jī)同軸安裝，其間通過超越離合器連接，所述第一風(fēng)力機(jī)軸穿過超越離合器內(nèi)環(huán)與發(fā)電機(jī)主軸連接固定，所述第一風(fēng)力機(jī)軸與超越離合器內(nèi)環(huán)同步轉(zhuǎn)動，所述第二風(fēng)力機(jī)帶動超越離合器外環(huán)轉(zhuǎn)動，并通過超越離合器帶動發(fā)電機(jī)主軸轉(zhuǎn)動，所述超越離合器在低風(fēng)速時內(nèi)環(huán)與外環(huán)處于脫離狀態(tài)，在高風(fēng)速時內(nèi)環(huán)與外環(huán)處于聯(lián)動狀態(tài)，所述第一風(fēng)力機(jī)為低風(fēng)速啟動的風(fēng)力機(jī)，所述第二風(fēng)力機(jī)為高風(fēng)速啟動的風(fēng)力機(jī)。

具體的，所述超越離合器為楔形超越離合器。

具體的，所述第一風(fēng)力機(jī)為S型風(fēng)力機(jī)。

進(jìn)一步的，所述S型風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪上安裝有5片葉片。

進(jìn)一步的，所述葉片為135°的圓弧形葉片。

具體的，所述第二風(fēng)力機(jī)為H型風(fēng)力機(jī)。

進(jìn)一步的，所述H型風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪上安裝有5片葉片。

進(jìn)一步的，還包括電能儲存系統(tǒng)，所述電能儲存系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)連接。

具體的，所述電能儲存系統(tǒng)包括依次連接的整流器、直流升壓模塊、蓄電池和/或超級電容器。