[發明專利]雙風輪風能捕獲及發條儲能結構的地鐵隧道風力發電裝置

有效

• 申請號: 202010030943.4
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111237121B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 劉澤浩;肖嵐;王勤;李金波;張津楊;段丹丹
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F03D1/02
• 分類號: F03D1/02;F03D1/06;F03D9/12;F03D9/25;H02K7/18
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葛瀟敏

本發明公開了一種雙風輪風能捕獲及發條儲能結構的地鐵隧道風力發電裝置，該裝置包括交錯串聯的雙風輪風力機、降速齒輪箱、發條儲能箱、機械能緩釋裝置、永磁發電機、直流變換器、直流母線。所述交錯串聯的雙風輪風力機實現雙風輪風能捕獲，增大了風能利用率與輸出轉矩；所述降速齒輪箱將風力機高轉速轉變為低轉速大扭矩輸出，利于發條儲能；所述發條儲能箱將捕獲的風能儲存為機械能；所述永磁發電機實現機械能至電能轉換，直流變換器實現將交流電轉換為直流電輸出至直流母線；本發明可實現隧道風能捕獲、機械儲能、發電功能，具有安全、風能利用率高等優點，填補了隧道風能經機械儲能與再生發電的技術空白。

技術領域

本發明屬于隧道風力發電技術領域，尤其涉及一種雙風輪風能捕獲及發條儲能結構的地鐵隧道風力發電裝置。

背景技術

隨著化石能源逐漸耗盡、環境污染等問題日益突出。以風力發電為代表的新能源發電技術逐漸成為新能源利用領域的主要組成部分。風能發電技術領域主要集中于海上風力發電和陸地風力發電，其風力發電系統及風力發電技術比較完善。隨著城市軌道交通的不斷發展，隧道風力的利用逐漸成為新的研究點。現有的隧道風力發電系統主要采用風力機驅動發電機發電運行，然后通過變流器將電能儲存到蓄電池當中，最終實現隧道風能的利用和開發。但是，以蓄電池進行儲能的隧道風能系統存在著輸出功率波動大、易燃、易爆等缺點，不利于地鐵軌道交通系統的安全運營。尤其是蓄電池的存在對地鐵防火安全埋下了極大的安全隱患。由于空間限制，現有的地下隧道風力機設計對地鐵隧道風能利用率較低并且不能夠滿足地鐵隧道空間限制的需求，極易導致發電系統侵限事故，影響地鐵的安全運營。因此，基于地鐵隧道的風力發電系統急需進行相關革新。

發明內容

發明目的：為解決現有技術中風能利用率較低、蓄電池產生環境污染等問題，本方發明提供一種雙風輪風能捕獲及發條儲能結構的地鐵隧道風力發電裝置。

技術方案：本發明提供一種雙風輪風能捕獲及發條儲能結構的地鐵隧道風力發電裝置，該裝置包括:雙風輪風力機、降速齒輪箱、發條儲能箱、機械能緩釋裝置、永磁發電機、直流變換器、直流母線；所述雙風輪風力機包括第一、二風輪、風力機軸、單相軸承；所述第一風輪或第二風輪均具有6個葉片；

所述第一風輪安裝在風力機軸的頂端，所述風力機軸距離頂端2/3處設有凹槽，所述單相軸承內部設有與該凹槽相齒合的凸起，第二風輪通過單相軸承與風力機軸連接；且第一風輪的第i個葉片與第二風輪第i葉片之間夾角為30°；i＝1,2,…,6；第一風輪中的槳葉角度為45，第二風輪中的槳葉角度范圍為0至45°；所述風力機軸的底端與降速齒輪箱的輸入軸固定連接，且降速齒輪箱的輸入軸的直徑等于風力機軸的直徑；所述降速齒輪箱的輸出軸與發條儲能箱的輸入軸固定連接，且降速齒輪箱的輸出軸的直徑大于風力機軸的直徑；發條儲能箱的輸出軸與機械能緩釋裝置的輸入軸固定連接；機械能緩釋裝置的輸出軸與永磁發電機的輸入軸固定連接；永磁發電機將機械能轉換為電能，并將轉換的電能傳送至直流變換器，所述直流變換器對收到的電能進行不可控整流與升壓后傳送至直流母線。

進一步的，該風力發電裝置還包括控制器，該控制器采用TMS320F28335控制芯片，該控制芯片與直流變換器連接，控制直流變換器的升壓。

進一步的，該風力發電裝置，還包括第一、二保護網，保護殼；第一保護網為圓筒結構，所述雙風輪風力機置于該第一保護網內，該第一保護網包括筒壁和筒底，筒底設有與風力機軸直徑相同的圓孔，風力機軸通過該圓孔與降速齒輪箱的輸入軸固定連接；所述保護殼為只有筒壁的圓筒結構，與第一保護網的直徑相同且與第一保護網的筒底連接，齒輪箱、發條儲能箱、機械能緩釋裝置、永磁發電機、直流變換器、控制器均置于保護殼內；保護殼的底部安裝圓形第二保護網，且第二保護網的直徑與保護殼的直徑相同；所述第二保護網和第一保護網表面均為孔狀結構。