專利名稱：固定垂直蝸桿式壓縮空氣汽輪發(fā)電機組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種固定垂直蝸桿式壓縮空氣汽輪發(fā)電機組，屬于風カ發(fā)電領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有風カ發(fā)電存在頂部重量過大需大量支撐結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)不對稱需加平衡件、風カ發(fā)電自動并網(wǎng)和加載困難等技術(shù)問題。專利號為:200810068793的公布的ー種《擺動式風カ壓縮空氣發(fā)電機》的專利文件，發(fā)電機為水平布置，存在結(jié)構(gòu)不對稱、自動并網(wǎng)和加載困難、需獨立壓縮空氣儲能器、壓縮氣體進氣量不易調(diào)整的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的ー種固定垂直蝸桿式壓縮空氣汽輪發(fā)電機組，解決在現(xiàn)有技術(shù)條件下風カ發(fā)電的風能間歇性不穩(wěn)定及風向不確定造成的發(fā)電不穩(wěn)定、塔筒頂部重量過大需大量支撐結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)不對稱需加平衡件、壓縮氣體進氣量可調(diào)整、風カ發(fā)電自動并網(wǎng)和加載等技術(shù)問題。通過風力帯動壓縮機旋轉(zhuǎn)，將風能轉(zhuǎn)化為壓縮空氣的勢能，再由壓縮空氣驅(qū)動汽輪發(fā)電機組發(fā)電。本發(fā)明的上述目的通過這樣的技術(shù)方案來實現(xiàn):固定垂直蝸桿式壓縮空氣汽輪發(fā)電機組，包括基座，支架，汽輪發(fā)電機組，并網(wǎng)加載控制器；基座上安裝支架，支架上設(shè)有汽輪發(fā)電機組，汽輪發(fā)電機組連接并網(wǎng)加載控制器；所述基座上設(shè)有塔筒，塔筒連接汽輪發(fā)電機組，塔筒上設(shè)有蝸桿壓縮機，所述蝸桿壓縮機、塔筒構(gòu)成ー組單機部分，所述單機部分至少為ー組。多組蝸桿壓縮機、塔筒構(gòu)成單機部分通過連接管路連接構(gòu)成機組整體，機組整體與ー汽輪發(fā)電機組連接。塔筒下部安裝有出氣ロ、安全閥和排水管，出氣ロ與汽輪發(fā)電機組進氣ロ聯(lián)結(jié)，排水管進水口延伸至塔筒中心部位，在排水管上位于塔筒外壁側(cè)安裝閘閥。蝸桿壓縮機包括葉輪，葉輪的葉片為3 12片，沿葉輪軸均勻安裝。葉輪采用玻璃鋼材料?；鶠殇摻罨炷翝仓?。本發(fā)明固定垂直蝸桿式壓縮空氣汽輪發(fā)電機組的有益效果如下:
單機容量設(shè)定在IKW到2MW之間，頂部采用垂直式布置，結(jié)構(gòu)對稱，利用支撐塔筒作為儲氣壓力容器，將發(fā)電機組放置地面，避免了水平布置需加配重的問題。同時解決了風能間歇性不穩(wěn)定及風向不確定造成的發(fā)電不穩(wěn)定、塔筒頂部重量過大需大量支撐結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)不對稱需加平衡件、壓縮氣體進氣量可調(diào)整等技術(shù)問題。風カ發(fā)電自動并網(wǎng)和加載。塔筒既作為儲氣容器，也作為支撐裝置。本發(fā)明汽輪發(fā)電機組可以單機發(fā)電運行，也可集中氣源發(fā)電，組成大型風カ發(fā)電廠。發(fā)電過程:通過塔筒頂部葉片，接受風カ旋轉(zhuǎn)，將風能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動的機械能，由軸上的齒輪驅(qū)動與之嚙合的蝸桿壓縮機，將機械能轉(zhuǎn)化為壓縮空氣的勢能，壓縮空氣儲存在塔筒內(nèi)。在塔筒底部，輸出壓縮空氣，驅(qū)動汽輪發(fā)電機組發(fā)電。具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，安裝方便、使用安全可靠、電壓及頻率穩(wěn)定、并網(wǎng)和負荷調(diào)整容易實現(xiàn)、可儲存能源的特點。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進ー步說明:
圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明葉輪蝸桿壓縮機結(jié)構(gòu) 圖3為本發(fā)明塔筒底部結(jié)構(gòu) 圖4為本發(fā)明汽輪發(fā)電機組結(jié)構(gòu) 圖5為本發(fā)明調(diào)頻器結(jié)構(gòu) 圖6為本發(fā)明鋼筋混凝土基座結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式固定垂直蝸桿式壓縮空氣汽輪發(fā)電機組，包括基座1，支架2，汽輪發(fā)電機組3，并網(wǎng)加載控制器4 ;基座I上安裝支架2，支架2上設(shè)有汽輪發(fā)電機組3，汽輪發(fā)電機組3連接并網(wǎng)加載控制器4 ;所述基座I上設(shè)有塔筒5，塔筒5連接汽輪發(fā)電機組3，塔筒3上設(shè)有蝸桿壓縮機6，所述蝸桿壓縮機6、塔筒5構(gòu)成ー組單機部分，所述單機部分至少為一組。多組蝸桿壓縮機6、塔筒3構(gòu)成單機部分通過連接管路連接構(gòu)成機組整體，機組整體與ー汽輪發(fā)電機組3連接。如圖1所示，本發(fā)明由蝸桿壓縮機6、塔筒5、汽輪發(fā)電機組3、調(diào)頻器9、并網(wǎng)加載控制器4、支架2、鋼筋混凝土基座、輸電線路8組成。如圖2所示，蝸桿壓縮機6由避雷針6-1、軸6-2、上部軸承6-3、避雷針引線6-4、傳動齒輪6-5、下部軸承6-6、壓縮機6-7、推力軸承6-8、潤滑油箱6_9、空氣過濾器6_10、葉片6-11、支撐架6-12組成。葉輪7和蝸桿壓縮機6均采用現(xiàn)有技木。蝸桿壓縮機6安裝在塔筒5的頂板上。風カ推動水平布置的葉片6-11轉(zhuǎn)動，帶動軸6-2旋轉(zhuǎn)，將風能轉(zhuǎn)化成機械能，通過軸6-2下部傳動齒輪6-5與蝸桿壓縮機軸上齒輪哨合,推動蝸桿壓縮機6內(nèi)的蝸桿轉(zhuǎn)動,將空氣壓縮進塔筒5，使機械能轉(zhuǎn)化為塔筒5內(nèi)儲存的壓縮空氣勢能。蝸桿壓縮機6設(shè)備對稱布置，使塔筒5頂部受力均勻，無需附加配重。其中:葉片6-11采用玻璃鋼材料，以減輕塔筒5頂部重量，葉片6-11根據(jù)汽輪發(fā)電機組功率的大小，安裝3 12片，均勻布置，固定在軸6-2的延伸臂上；蝸桿壓縮機6采用無油潤滑蝸桿壓縮機，根據(jù)汽輪發(fā)電機組功率的大小，安裝2至30臺，均勻布置，蝸桿壓縮機軸上齒輪與軸6-2上的傳動齒輪6-5哨合,經(jīng)蝸桿壓縮機壓縮后的空氣直接排入塔筒5內(nèi)；上部軸承6-3、下部軸承6-6和推力軸承6-8固定在支撐架6-12上，上部軸承6_3和下部軸承6-6固定軸6-2，承受軸6-2上的徑向力，推力軸承6-8承受軸6_2上轉(zhuǎn)動部分的重量，上部軸承6-3采用自然冷卻，潤滑油箱6-9內(nèi)潤滑油對下部軸承6-6和推力軸承6-8進行潤滑，減小摩擦力，并起冷卻作用；空氣過濾器6-10安裝在支撐架6-12上，可以過濾空氣中的粉塵，支撐架外圍用封板密封，形成密閉空間，蝸桿壓縮機6的氣源由空氣過濾器6-10吸入；避雷針6-1和避雷針引線6-4可以通過避雷線將雷電直接引入地下，避免整個系統(tǒng)遭受雷電直擊，避雷針的尺寸根據(jù)葉輪7水平尺寸確定。本部分葉輪形狀和尺寸以及蝸桿壓縮機的型號、個數(shù)隨機組容量定。如圖3所示，塔筒5作為汽輪發(fā)電機組支撐件和壓カ容器，滿足承重和承壓的要求:承受塔筒5內(nèi)的壓縮空氣的壓力及葉輪蝸桿壓縮機部分的重量、塔筒5自身的重量、風力形成的側(cè)向力。塔筒5部分由塔筒壁5-1、出氣ロ 5-2、安全閥5-3、排水管5-4組成。塔筒5下部安裝有出氣ロ 5-2、安全閥5-3和排水管5-4 ;出氣ロ 5_2與汽輪發(fā)電機組3進氣ロ聯(lián)結(jié)；安全閥5-3確保在塔筒5內(nèi)壓カ超過設(shè)定值時動作，釋放超壓壓縮空氣，待降至設(shè)定值時復(fù)歸，保護塔筒5不因超壓受到損壞；排水管5-4利用塔筒內(nèi)壓縮空氣，排出空氣在壓縮時形成的水，排水管4進水口延伸至塔筒5中心部位，在排水管5-4上位于塔筒5外壁側(cè)安裝閘閥，可以隨時排水。 如圖4所示，汽輪發(fā)電機組3由發(fā)電機3-1、出線盒3-2、聯(lián)軸器3_3、汽輪機出氣ロ3-4、汽輪機3-5、齒輪3-6、球閥3-7、波紋管3_8、控制用氣取氣管3_9、手動蝶閥3_10、接力器3-11組成。汽輪發(fā)電機組3采用國內(nèi)成熟技木。汽輪發(fā)電機組手動蝶閥3-10與塔筒出氣ロ 5-2聯(lián)結(jié)，壓縮空氣經(jīng)手動蝶閥3-10到波紋管3-8到球閥3-7至汽輪機3_5，推動汽輪機3-5，汽輪機3-5通過聯(lián)軸器3-3帶動發(fā)電機3-1旋轉(zhuǎn)做功，發(fā)出電力由并網(wǎng)加載控制器4進行控制，由出線盒3-2送上輸電線路8。汽輪發(fā)電機組頻率由調(diào)頻器9進行控制。球閥3-7控制進氣量，調(diào)整頻率和有功功率；波紋管3-8控制由于壓カ和溫度變化產(chǎn)生的伸縮；手動蝶閥3-10控制機組故障狀態(tài)和便于檢修；齒輪3-6與調(diào)頻器上齒輪9-6嚙合，驅(qū)動離心飛擺。如圖5所示,調(diào)頻器9由手動開啟電磁閥9-1、開啟閥9-2、齒輪9-6、離心飛擺9-7、控制閥9-8、加載器9-11、停機電磁閥9-12組成。調(diào)頻器9采用塔筒5內(nèi)壓縮空氣為操作動力。開啟閥9-2進氣ロ與汽輪發(fā)電機組控制用氣取氣管3-9通過氣管連接，將塔筒5內(nèi)壓カ氣源引至開啟閥9-2，同吋，開啟閥9-2出氣ロ與控制閥9-8進氣ロ連接，控制閥9-8出氣ロ與汽輪發(fā)電機組的接力器3-11開啟腔連接。壓縮空氣通過開啟閥9-2至控制閥9-8，由離心飛擺9-7控制汽輪發(fā)電機的接力器3-11的進氣量，從而控制汽輪機的氣流量，控制汽輪機頻率和改變汽輪發(fā)電機組所帶負荷。并網(wǎng)加載控制器4是整個汽輪發(fā)電機組的電氣控制單元，可以采用PLC或LOGO控制器實現(xiàn)，并網(wǎng)加載控制器4具有以下功能:
控制器可以進行手、自動運行切換；手、自動開停機；自動并網(wǎng)；自動加載負荷；事故狀況下停機。開機狀態(tài)下手動蝶閥為開啟狀態(tài)。發(fā)電控制過程:
A、自動狀態(tài)下:
①、當塔筒5內(nèi)氣壓到達預(yù)設(shè)定值時，開啟閥在氣壓作用下自動開啟，氣源輸出到達調(diào)頻器，此時由于轉(zhuǎn)速不到額定轉(zhuǎn)速，調(diào)頻器控制閥全開，氣源經(jīng)控制閥直接進入球閥接カ器，接力器開啟，打開球閥，氣源經(jīng)主管道進入汽輪機，驅(qū)動汽輪機轉(zhuǎn)動。②、當汽輪機轉(zhuǎn)速到達額定轉(zhuǎn)速時，額定轉(zhuǎn)速位置接點輸入控制器，啟動延時計時器，經(jīng)過Tl時間后發(fā)出并網(wǎng)令；此時，調(diào)頻器控制閥活塞在離心飛擺作用下關(guān)閉控制氣源，保持住球閥的開度，機組并網(wǎng)。設(shè)置Tl是為了機組穩(wěn)定頻率，時間Tl由發(fā)電機空轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時間確定。
③、機組并網(wǎng)后，定子電流通過自藕合產(chǎn)生勵磁電源，經(jīng)過整流后對發(fā)電機轉(zhuǎn)子進行勵磁。自藕合變比由發(fā)電機定子電流與勵磁所需電流計算得出。④、并網(wǎng)后，經(jīng)過延時T2，機組并網(wǎng)穩(wěn)定后，輸出加載令，控制閥加載接觸器動作，驅(qū)動調(diào)頻器控制閥打開，機組加載負荷。待發(fā)電機定子電流到達額定值時，停止加載。隨氣壓的變化，機組在調(diào)頻器控制下進入帶負荷穩(wěn)定運行。設(shè)置T2是為了機組穩(wěn)定頻率，時間T2由發(fā)電機帶負荷時轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時間確定。⑤、當氣源壓力降至停機壓カ值吋，開啟閥在彈簧作用下關(guān)閉，切斷控制氣源；同時關(guān)閉位置接點輸入后作用跳閘回路輸出，機組解列停機。B、手動狀態(tài)下:
①、將控制狀態(tài)通過方式手柄切換至手動狀態(tài)，接通啟動按鈕，手動開機電磁閥動作，氣源到達開啟閥，打開開啟閥。開啟閥打開后，手動開機輸出由開啟閥開啟位置接點動作將其復(fù)歸。隨后執(zhí)行自動狀態(tài)控制流程。2、純手動開機為手動將開啟閥閥桿手動提起，隨后執(zhí)行自動狀態(tài)控制流程。3、機組要求手動停機時，接通停機按鈕，機組解列；同時停機輸出控制停機電磁閥，排除控制氣源，控制氣源壓カ降低，開啟閥關(guān)閉，機組停機。C、事故狀態(tài)下:
當發(fā)電機定子電流超過額定值時，或過速位置接點閉合(機組過速)，并網(wǎng)加載控制器跳閘回路輸出，機組解列；同時，并網(wǎng)加載控制器停機輸出，自動停機，并發(fā)報警信號
如圖6所示，鋼筋混凝土構(gòu)成的基座I是占地面積小，在延伸臂1-3部位回填土，進行綠化。輸電線路8可以直接安裝在塔筒5上。支架2為汽輪發(fā)電機3安裝平臺，同時加設(shè)外護罩，防止野外動物損壞汽輪發(fā)電機組。實施方案1:本實施例的一種單機IKW — 2MW固定垂直蝸桿式壓縮空氣汽輪發(fā)電機組，可以獨立單機部分帶負荷運行，也可以并網(wǎng)發(fā)電。在并網(wǎng)發(fā)電時，調(diào)頻器9和并網(wǎng)加載控制器4可隨汽輪發(fā)電機組另行設(shè)計，以適應(yīng)大型集群風カ發(fā)電場控制。實施例2:本實施例的一種單機IKW— 2麗固定垂直蝸桿式壓縮空氣汽輪發(fā)電機組，將多個單機部分采用聯(lián)接管聯(lián)接為機組整體，所獲得壓縮空氣供一臺汽輪發(fā)電機組3發(fā)電，以減少成本和増加機組發(fā)電利用率。在并網(wǎng)發(fā)電時，調(diào)頻器9和并網(wǎng)加載控制器4可隨汽輪發(fā)電機組另行設(shè)計，以適應(yīng)大型集群風カ發(fā)電場控制。
權(quán)利要求
1.定垂直蝸桿式壓縮空氣汽輪發(fā)電機組，包括基座(1)，支架(2)，汽輪發(fā)電機組(3)，并網(wǎng)加載控制器(4); 基座(I)上安裝支架(2 )，支架(2 )上設(shè)有汽輪發(fā)電機組(3 )，汽輪發(fā)電機組(3 )連接并網(wǎng)加載控制器(4); 其特征在干:所述基座(I)上設(shè)有塔筒(5)，塔筒(5)連接汽輪發(fā)電機組(3)，塔筒(3)上設(shè)有蝸桿壓縮機(6)，所述蝸桿壓縮機(6)、塔筒(5)構(gòu)成ー組單機部分，所述單機部分至少為ー組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述固定垂直蝸桿式壓縮空氣汽輪發(fā)電機組，其特征在干:所述多組蝸桿壓縮機(6)、塔筒(5)構(gòu)成單機部分通過連接管路連接構(gòu)成機組整體，機組整體與一汽輪發(fā)電機組(3)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述固定垂直蝸桿式壓縮空氣汽輪發(fā)電機組，其特征在于:所述蝸桿壓縮機(6)包括葉輪(7)，葉輪(7)的葉片為3 12片，沿葉輪軸均勻安裝。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述固定垂直蝸桿式壓縮空氣汽輪發(fā)電機組，其特征在于:所述葉輪(7)采用玻璃鋼材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述固定垂直蝸桿式壓縮空氣汽輪發(fā)電機組，其特征在于:所述基座(I)為鋼筋混凝土澆筑而成。
全文摘要
固定垂直蝸桿式壓縮空氣汽輪發(fā)電機組，包括基座，支架，汽輪發(fā)電機組，并網(wǎng)加載控制器；基座上安裝支架，支架上設(shè)有汽輪發(fā)電機組，汽輪發(fā)電機組連接并網(wǎng)加載控制器；所述基座上設(shè)有塔筒，塔筒連接汽輪發(fā)電機組，塔筒上設(shè)有蝸桿壓縮機，所述蝸桿壓縮機、塔筒構(gòu)成一組單機部分，所述單機部分至少為一組。本發(fā)明固定垂直蝸桿式壓縮空氣汽輪發(fā)電機組，解決在現(xiàn)有技術(shù)條件下風力發(fā)電的風能間歇性不穩(wěn)定及風向不確定造成的發(fā)電不穩(wěn)定、塔筒頂部重量過大需大量支撐結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)不對稱需加平衡件、壓縮氣體進氣量可調(diào)整、風力發(fā)電自動并網(wǎng)和加載等技術(shù)問題。通過風力帶動壓縮機旋轉(zhuǎn)，將風能轉(zhuǎn)化為壓縮空氣的勢能，再由壓縮空氣驅(qū)動汽輪發(fā)電機組發(fā)電。
文檔編號F03D9/00GK103089544SQ20111033581
公開日2013年5月8日 申請日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者李建洲 申請人:李建洲