專利名稱：聯合聚風特大功率風力熱泵機組的制作方法
技術領域：
本發明提出的“聯合聚風特大功率風力熱泵機組”屬于風力熱泵機組類型開發技術領域。
背景技術：
風能是全球分布最廣泛、蘊藏量最豐富、能量最巨大的可再生能源，在世界多數地區通常情況是秋、冬、春三季風力更為強盛，能夠有效利用風能提供的天然巨大能量解決同時期對居室房屋的供暖需求是再理想不過的可再生能源廣泛、規模、實效、廉價的利用方式。
而熱泵技術是近年來國際上新興的能源技術，其原理基于逆卡諾循環，采用消耗電能或其它能源形成機械動力驅動壓縮機，實現由低溫熱源(如自然空氣、地下水、土層地熱、河、海、污水等)中吸收熱能，然后轉換為較高溫熱源并使之釋放至所需空間或區域內的機械裝置。在標準工況下，系統消耗一個單位的能量，從低溫熱源中可提取二個單位的能量，合在一起輸出三個單位的能量。這種裝置即可用作供熱采暖、洗浴設備，又可用作制冷降溫設備，從而達到一機兩用的目的。
在中國北方與沿海的廣大地區、海島及世界許多國家和地區，秋、冬、春三季低溫寒冷季節均存有長期穩定的巨大風能，將其“用高效能風力機”轉換形成巨大機械輸出動力，直接驅動熱泵壓縮機工作，就可形成“以不竭天然生態能源供暖、供熱”的持久理想狀態出現，如在沿海、海島周邊灘涂規模化集中建設特大功率風力熱泵機組群(或稱為特大功率風力熱泵機站)更可以用熱泵直接吸取海水熱量供暖、供熱將是取之不盡的熱泵熱源。
與風力發電機組相比較，風力熱泵機組沒有嚴格的設備運行頻率調控要求，采用往復式熱泵壓縮機沒有對風力方向改變的調控需要，因此直接用風力機驅動熱泵壓縮機具有諸多優勢。
但是，建設風力熱泵機組首要的條件是只有在其配合的風力機組能夠提供高效、巨大風力轉換出力能力的情況下才能使風力熱泵技術真正進入規模化、經濟性、實效性建設與運行階段，否則建設成本高，風力轉換形成的熱能少，投資效益低下，得不償失。
中國發明專利200710063204.X提出的“聯合聚風超大功率風力熱泵機組”在國際上首次提出了“超大功率風力熱泵機組”的全新概念及高效能應用裝備，其是將擁有全面綜合優勢功效的獨創風能轉化設備“聯合聚風超大功率風力機”與“熱泵機組的壓縮機以多種不同結構與傳動方式配合”{本發明將其稱為多熱泵壓縮機傳動系統}后形成；同時還提出了在其上附加電動機形成“電機動力輔助驅動‘多熱泵壓縮機傳動系統’并使其實現一體化接替、交替配合的系統方案”{本發明將其簡稱為多熱泵壓縮機與發電機一體化傳動與分離系統}，以實現風力、電力兩種動力驅動方式之間可方便轉換的機組出力與運行調控，滿足“用同一熱泵系統裝置在微風和無風的條件下完成全天候供暖運行”的理想應用目標；本發明同樣也可選擇“將風力熱泵供暖系統與城鎮現有的鍋爐供暖系統管網連接運行”的方式，從而實現鍋爐與風力熱泵供暖方式之間的互補，也可選擇在無風、微風的暫短時段用電熱器、煤爐等常規簡單的輔助加熱供暖方式進行應用互補。
200710063204.X發明專利提出了7種不同的聯合聚風風力機組與熱泵壓縮機之間的傳動配合方式，其中適合于本發明特大功率機組采用的傳動配合方式有(1)采用在同一傳動大齒輪盤上一同配合設置一個或多個熱泵壓縮機進行出力能力的多梯級大幅度調整變化；(2)采用曲軸與1-多個熱泵壓縮機活塞連桿進行連接[分離]配合結構與動力輸出方式；(3)采用由1-多層大直徑鏈條輪盤輸出動力，配合帶動1-多個小鏈條輪盤及活塞連桿的傳動的方式；(4)采用由風力熱泵機組與附加的電機動力共同驅動和完全由電機動力驅動的方式及其兩者之間可方便轉換的結構設計方案。
與超大功率風力發電機的發電機設備比較，超、特大功率風力熱泵設備及配合輔助電力推動電機的設計結構更不適宜塔架高空安置，因為熱泵機組還有設置實現熱泵熱能交換的制冷劑循環流動管道的需求。
200710063204.X對上述熱泵壓縮機傳動系統部分均是采用風力機塔架高空安裝的方式，而其風力熱泵輔助電力推動電機就需設在風力機槳輪風輪的輪下，因此需采用仰式傳動的安裝方式，并在塔架上設置“電動機井”，這對特大型機組及“多熱泵壓縮機與發電機一體化傳動與分離系統”結構設計來講，對其“塔架與基礎”的建設面積、體積、強度需求將大幅度增加，也使其機組整體設計結構與復雜性和設備安裝與維護的難度大幅度增加，從而導致建設成本的大量增加，而對于特大功率機組將形成更大、更多的困難，并使機組的整體美觀性降低……；因此塔架安裝熱泵壓縮機方式較適合中小型簡單的風力熱泵機組采用。
從“聯合聚風超大功率風力熱泵機組”的動力輸出結構與動力輸出方式可以看出其“立式雙槳輪風輪”可實現相臨“槳輪風輪齒輪”的相互傳動形成聯合聯動的出力態勢，并且是由其中的一個“立式槳輪風輪軸”(即主風輪軸)將聯合聯動風力機形成的動力輸出，并通過大齒輪盤或曲軸與1個以上數量的熱泵壓縮機配合形成梯級調控能力，可見其動力輸出與傳遞結構十分簡捷、單一。此外，立式槳輪風輪的動力輸出軸均是以垂直形態設置的，這就為主風輪軸向下延伸將其聯合聯動動力向下直接傳動到地面上或安裝平臺上，從而使其實現上下一體化連接傳動設計創造了得天獨厚的條件。
發明內容
本發明的目的是提出一種“聯合聚風特大功率風力熱泵機組”全新設計方案，其是由(一)聯合聚風特大功率風力機組結構部分，(二)設置在地面或安裝平臺上的“多熱泵壓縮機傳動系統”或“多熱泵壓縮機與發電機一體化傳動與分離系統”結構部分，(三)通過延長的“主風輪軸”使(一)、(二)部分實現連接傳動與配合調控3個結構部分構成與實現(特大功率聯合聚風風力機組的主體功能結構、出力方式、調控方式等與先前技術方案所描述的內容大致相同，但上述結構設計的改變也引起了聯合聚風風力機部分組成結構、名稱和功效的相應變化)，下面分別對以上3個結構部分的結構、名稱、功效進行具體的描述(一)聯合聚風特大功率風力機組結構部分(1)分風式風力機機艙因為“聯合聚風特大功率風力熱泵機組”的熱泵壓縮機全部設置在地面[或安裝平臺]上，因此其沒有“聯合聚風超大功率風力熱泵機組”所描述的“分風式風力機”與“分風式風輪機”的類型之分，可全部稱為“分風式風力機”，其設計形態、規格與多樣化變化是形成本發明“聯合聚風風力機組”技術方案與形成功效的核心之一。
分風式風力機的機艙(也可簡稱為分風機艙)是通過菱形或長菱形分風機艙體實現前后雙方向的分風與機艙兩側的相鄰聚風；小中型機組采用的分風機艙可將其建成菱形形態(見圖示1、2)，大型、巨型機組及采用更大直徑的槳輪風輪的風力機則將采用長菱形分風機艙設計形態(見圖示13)，并采用將雙槳輪風輪進行交錯排列設置的形態，其可大幅度減少大直徑槳輪風輪對機艙建設面積的需求。分風機艙的頂部一般設有機艙頂板，其可一同起到固定雙槳輪風輪上部軸端、封閉分風機艙、遮風擋雨和使各個機艙聚風斜面頂部連接固定等多重作用；從俯視角度看菱形分風機艙的頂板如同一個菱形體，其左右兩側各有兩個聚風斜面，左右兩側聚風斜面的實際交匯點構成分風機艙前后兩端的分風角，兩側聚風斜面延伸虛擬交差點附近的機艙底板和頂板上，是槳輪風輪軸的安裝處，其雙槳輪風輪是以完全橫向排列方式安裝的。
相同方式觀察長菱形分風機艙的頂板和底板(見圖示13)，其如同在菱形分風機艙的中間加設了一個長方形的結構體，因此可稱其為“長菱形分風機艙”，中間加設的一個長方形結構體是槳輪風輪的安裝位置，其安裝槳輪風輪軸的位置還可通過在兩風力機之間設置的“互連橫梁”(見示意圖13、14)進行加固加強，“互連橫梁”同時可將相鄰兩風力機及將全部聯合并聯風力機進行橫向連接加固。
長菱形分風機艙的雙槳輪風輪是采用錯位的布置設置方式，其聯合聚風排列后可使在各個分風機艙外部懸空的兩個槳輪風輪相鄰并列(見示意圖13所示)，如果形成“連動風力機組”形態其還將其進行相鄰風輪齒輪的配合，實現聯合傳動形態。
(圖示1)和(圖示13)為兩個極端的分風機艙與槳輪風輪的設置結構舉例，即將槳輪風輪完全進行橫向排列和相對完全進行縱向排列；此外，其還可采用中間的形態，即將(圖示13)的分風機艙寬度加大，將雙槳輪風輪的排列形態加橫向些。
(2)設有槳葉伸縮調控系統的立式雙槳輪風輪設有槳葉伸縮調控系統的立式雙槳輪風輪可簡單、準確、快速、有效、同步地調控槳輪風輪各個槳葉伸展幅面的大小變化，在機組故障、熱泵機過載、速度超標、起動時，可通過風輪縮槳減力或附加配合簡單的機械制動實現機組在大風力情況下的減力剎車控制，使之得到及時保護，消除自然風力變化對機組穩定運行產生的影響，實現機組出力能力的變化調整；其小、中、大、巨型槳輪風輪可有不同的槳葉伸縮方式與設計結構，以適應不同的出力能力調控與槳輪風輪的規格設計需求。
在分風機艙中部的底板與頂板之間并聯設置立式雙槳輪風輪，分風機艙的聚風斜面或直面可遮擋住槳輪風輪半部分旋轉弧面體，懸空在分風機艙以外的雙槳輪風輪槳葉可承接分風機艙聯合并列設置后形成的最窄通道內的聚集氣流(聚風)，可使其能夠按照不同季節的風向變化，來回雙向沖擊槳輪風輪的外部懸空槳葉，形成最大的轉換出力。
槳輪風輪可分為中心大輥筒型(見示意圖3所示)、中心中輥筒型和中心小輥筒型等不同的結構設計形態。中心大輥筒型槳輪風輪的中部為大直徑圓柱體輥面結構設計，中為中；小為小，后者較少采用。所謂中心大、中、小輥筒型是指其中心輥筒直徑相對于槳輪風輪整體直徑的規格設計比例而言，其不同的比例關系決定了其可采用的不同縮槳結構與縮槳方式。
在小、中、大中心輥筒的周邊均勻分布設有3-6個、大直徑風輪可設置6-8個、更大直徑可設置8-10個乃至更多個以相同直徑方向設置的槳葉，在雙槳輪風輪上采用的中心輥筒直徑、高度、槳葉設置數量與設計規格相同，為了加強各個槳葉的乘風支撐強度和方便對槳葉進行伸縮調控，在槳輪風輪的縱向中部可間隔均布設置1-多層支撐圓環(或板)。
風力熱泵機組必須擁有一套控制風輪出力能力的調控系統，用來限制與調控風輪的乘風出力能力和對機組轉速變化的調整，與現有機組變槳距操作過程采用的“順槳”作用目標等效對應，槳輪風輪實現上述相同功效的操作過程叫“縮槳”，即將各個方向的槳輪風輪上的槳葉同時、同速、同位、統一化一的地向中心方向收縮移動，使槳輪風輪上的各個槳葉乘風幅面減小到實現全無；或相同方式實現反方向的伸槳移動調控與位置隨時固定。
中心大輥筒型結構可實現“輥內縮槳”操作(見示意圖3、5)，即將各方面的槳葉寬幅的絕大部分或是全部收縮進入中心大輥筒內；還可實現“重疊縮槳”操作，即將各個槳葉分為兩幅或是三幅，并進行“雙疊縮槳”(1/2縮減)，或形成“三疊縮槳”形態(2/3縮槳)；(見示意圖4)中心中輥筒型結構可實現“雙疊-輥內縮槳”或“輥內-雙疊縮槳”操作，其為重疊縮槳與輥內縮槳相結合的縮槳形態；“雙疊輥內縮槳”是使其先實現槳葉的雙重疊，如果機組控制系統需要其繼續進行縮槳，再將已經雙重疊的槳葉一同進行輥內縮槳操作；其也可采用相反的“輥內-雙疊縮槳”方式，即先使其部分幅面實現輥內縮槳，如果控制系統需要其繼續縮槳，再將外露的槳葉進行輥內雙重疊縮槳。上述幾種縮槳方式與形態可適應多數槳輪風輪規格與中心輥筒直徑規格的配合設計。
縮槳與槳輪風輪縮槳減力配合制動，可實現機械制動與槳葉收縮減力配合的機組剎車控制，剎車制動系統可與槳輪輪盤一體化設計；對于一些控制制動需求不大的機組來講，可完全通過縮槳減力實現制動控制，無需設置復雜的機械制動系統裝置。
實現上述各種“縮槳”調控的系統裝置叫做“傘式槳葉伸縮控制系統”(可簡稱為縮槳系統；見示意圖3、4、5、6)，其是由與各個槳葉一體化安裝設置的槳葉推拉滑桿、和與各個槳葉推拉滑桿連接的傘式推拉桿和與各個傘式推拉桿共同匯集連接于其上的“傘式滑圈”，以及可使傘式滑圈實現上下可控制式移動與位置隨時固定操作的傘式滑圈調控裝置聯合構成；同一組連動風力機組上的雙槳輪風輪一般需要同時進行上述相同方式的槳葉伸縮控制；其可由熱泵機輸出功率的反饋信號實現自動控制，或配合必要的手動電動控制；(3)將相同規格“分風式風力機”進行間隔并列聯合設置，形成“聯合聚風風力機組”結構部分，其相鄰機組之間可產生相互聚風效果；并且可通過采用將“主風輪齒輪”同時與左右若干個“分風式風力機”上的“風輪齒輪”咬合配合，實現一體化聯合傳動的“連動(聯動)風力機組”形態(見示意圖13所示)。
(4)塔架與互連橫梁結構部分通過塔架與基礎實現分風式風力機(分風機艙)的高舉。
對一個分風機艙的支撐最經濟的方法是采用前后2個塔架，也可采用1個塔架實現支撐，對于更高大與更寬大的分風機艙和采用聯合一體化傳動方式的“連動風力機組”來講，可采用將整個聯合排列的各個機組機艙地板、頂部用1-2個“互連橫粱”進行相鄰機組之間的串聯固定(見示意圖13、14)，使其形成相互依靠的、橫向一體化的穩定結構體；互連橫梁可與分風機艙低部的加強橫梁形成“十字形”一體化結構體，還可在“互連橫粱”上設置風力機機械制動系統，其剎車制動裝置與方法可采用氣動、液壓、電磁、手動等方式或其結合，采用最簡單的方式即可，有些還可不設置。
(二)“多熱泵壓縮機傳動系統”或“多熱泵壓縮機與發電機一體化傳動與分離系統”結構部分熱泵系統是利用壓縮機驅動管道內的制冷劑循環流動，不斷的蒸發冷凝，通過制冷劑溫差吸熱和壓縮機壓縮制熱后，把外界的熱量源源不斷的聚集到熱泵主機上的加熱盤管上，再經過高科技的導熱材料使儲水器中的水溫迅速上升。熱水經循環管路送入終端用戶室內以供洗浴和采暖。
一臺壓縮式熱泵裝置主要由蒸發器、壓縮機、冷凝器和膨脹閥四部分組成。本發明提出的風力熱泵可以是空氣熱源熱泵、水源熱泵及熱源熱泵等，由于各種熱泵技術產品已經擁有十分成熟的銷售商品，在此對熱泵其它組成部分的結構性能不進行具體描述。
本發明是通過將聯合聚風超大功率熱泵機組前述的(1)-(4)種“多熱泵壓縮機傳動系統”或采用的“多熱泵壓縮機與發電機一體化傳動與分離系統”結構部分全部轉設在地面或安裝平臺上(如在水面上建設風力熱泵機組，可在塔架之間設置水面安裝平臺，將其設置在安裝平臺上)，本發明最終發明目的是將上述風力機形成的動力能量進行輸出，并且以多種方式和結構與壓縮機進行多種動力傳輸方式的配合；同時可形成不同的出力能力的梯級巨大差距變化和及時方便的適應調控，這對于風力熱泵機組、尤其是對于大功率風力熱泵機組具有特別重要的效益形成作用，其可充分利用微風，又可在強風時間大幅度提高機組出力能力，而這一目標的實現只是配合增加了1-幾個壓縮機。
本發明提出的“多熱泵壓縮機傳動系統”配合方式可以采用(1)采用在同一傳動大齒輪盤上再一同并列設置一個或多個熱泵壓縮機進行出力能力的多梯級大幅度調整變化，(如上所述本發明將其稱為多熱泵壓縮機傳動系統；即由1個大齒輪輪盤承接、輸出聯合聚風風力機的聯合聯動動力，同時使其配合帶動1-多個小齒輪輪盤及小齒輪輪盤配合的活塞連桿的傳動方式，小齒輪輪盤可與大齒輪輪盤方便實現滑動咬合與分離，或可采用活塞連桿與小齒輪輪盤的方便連接與分離方式實現相同調控目標；如圖10所示)；(2)采用曲軸與1-多個壓縮機活塞連桿進行配合的結構與動力輸出方式(如其圖9示)；(3)采用由1-多層大直徑鏈條輪盤輸出動力，配合帶動1-多個小鏈條輪盤及其活塞連桿的傳動的方式(如其示意圖11所示)。
(4)采用由風力機組與電機動力方式共同驅動熱泵壓縮機傳動系統結構和完全由電機驅動及其兩種驅動方式之間的方便交替轉換的結構設計方案。(如上所述，本發明將(4)簡稱為多熱泵壓縮機與發電機一體化傳動與分離系統；即在上述(1)、(2)、(3)的動力輸出輪盤或結構上，可配合設置由電動機驅動的齒輪大輪盤、或鏈條輪盤、或曲軸，可使風力機動力輸出軸與大齒輪輪盤、或鏈條輪盤、或曲軸實現方便操作的動力一體化連接聯動與分離脫離，并實現連接與分離的方便配合(如其示意圖7、8所示)，其連接與分離方式與結構為常規簡單技術；其采用大齒輪盤、或曲軸、或鏈輪的經濟性差別是后者設備更加簡單、低價)。
也可選擇與城市現有的鍋爐供暖系統管網進行一體化連接運行的方式，從而實現鍋爐與風力熱泵供暖方式的互補，包括在風力不大風力熱泵供熱溫度不高情況下的鍋爐補充加溫方式。
可見，本發明熱泵機組實現多級出力能力設計目標的理由有三1.由風力特性決定設置一個更大的壓縮機(包括熱泵機組)不如設置1個以上合計功率相同壓縮機進行組合安裝，后者可通過1個以上壓縮機的設置方式，簡單方便地形成機組出力能力調控的梯級巨大變化，方便擴大機組的用風強度范圍和用風的季節時間范圍；2.可使聯合機組實現出力能力的梯級調控與槳葉伸縮操作系統出力能力調控的配合在熱泵機組設置數量形成的梯級出力能力范圍內進行槳葉伸縮的微調，當處于梯級交匯處時，風力再大機組不一定要進行縮槳操作，而是要提高壓縮機的設置數量，并同時進行伸槳操作增加熱量提供；反之風力再小，伸槳已到盡頭沒有作用，可減少熱泵系統壓縮機的設置數量；3.熱泵傳動系統的總體設計結構和傳動機構的設計形態可以十分簡單、方便、廉價地實現設置一個以上擁有可分合、撤并功能壓縮機的獨特優勢。
因聯合聚風風力機有來回風力方向變化的特點，況且其更加適用于較大功率與規模的熱泵系統采用，因此本發明機組主要采用往復式壓縮機，往復式壓縮機對于風力機轉動方向的改變沒有影響。上述傳動結構控制方式可采用傳感器自動控制，實現完全自動化控制或與手動控制配合。
(三)通過延長的“主風輪軸”使(一)、(二)部分實現連接傳動與配合調控的結構部分本發明通過將可實現動力單一輸出能力的“主風輪軸”向下延伸，將聯合聚風風力機組產生的聯合動力直接傳遞到地面(或安裝平臺上)，并通過與在地面上(或安裝平臺上)設置的(二)部分描述的“多熱泵壓縮機傳動系統”或“多熱泵壓縮機與發電機一體化傳動與分離系統”連接與配合調控，完成特大功率風力熱泵機組的設計目的。
形成優勢聯合聚風特大功率風力機的設計形態為“聯合聚風特大功率風力熱泵機組”的產生提供了基礎條件，使“聯合聚風特大功率風力熱泵機組”通過簡捷的傳動軸延長設置結構取代了超大功率機組高空大面積安裝巨型多機熱泵壓縮機系統所需要的廣泛安裝平臺，從而使特大功率風力熱泵機組的設計結構簡化、輕化、理想化。在地面上或安裝平臺上設置“多熱泵壓縮機傳動系統”或“多熱泵壓縮機與發電機一體化傳動與分離系統”更可為特大功率熱泵機組提供穩固的安裝基礎和廣泛的安裝空間，同時也更適合熱泵制冷劑循環管道的安裝，熱泵技術的其它技術、設備已經有成熟的產品提供，可直接購買，在此不進行表述；
與“聯合聚風超大功率風力熱泵機組”比較，其可使塔架的建設面積、體積、強度需求大幅度減低與簡化，使建設成本與安裝難度大幅度降低，同時消除了限制聯合聚風熱泵機組實現更大功率設計的關鍵技術結構瓶頸，從而使風力熱泵機組單機“特大功率”的設計成為現實，結合聯合聚風風力機組創新技術的綜合優勢群的共同作用，本發明技術將使風力熱泵供暖方式上升為風能豐富地區冬季主要供暖熱源方式之一，本發明創新技術可使風力熱泵進入適用性大規模實際推廣應用階段。
下面結合示意圖說明“聯合聚風特大功率風力熱泵機組”的創新功能結構和其作用效果。
圖1是“聯合聚風特大功率風力熱泵機組”的俯視宏觀示意圖，其為菱形分風機艙與槳輪風輪配合結構的中部橫剖面俯視示意圖，表示該機組是由多個“分風式風力機組”聯合并列設置構成，……和箭頭表示，并列可持續延長、延多與其一體化聯合連動設置的“分風式風力機組”，提高其聯合出力能力。
圖2是多熱泵壓縮機傳動系統設在地面的菱形特大功率風力熱泵機組側視宏觀示意圖。
圖3是立式槳輪風輪輥內縮槳式縮槳過程的俯視結構示意圖。
圖4是“重疊縮槳”式傘式槳葉伸縮調控系統伸槳與縮槳的形態變化示意圖。
圖5是傘式槳葉伸縮調控系統“輥內縮槳”形態的風輪徑向剖面結構示意圖。
圖6是(圖5所示)的傘式槳葉伸縮調控系統“伸槳”形態的風輪徑向剖面示意圖。
圖7是使“多熱泵壓縮機與發電機一體化傳動與分離系統”設置在水面上的安裝平臺上，并由向下延長的“主風輪軸”進行連接傳動的特大功率熱泵機組側視結構示意圖。
圖8(圖7)表示的由四個熱泵壓縮機與四個電動機配合形成的“多熱泵壓縮機與發電機一體化傳動與分離系統”的俯視示意圖。
圖9是采用曲軸與2個壓縮機進行一體化連接配合的結構與動力輸出方式的結構示意圖。
圖10是采用在同一傳動大齒輪盤上再一同并列設置一個或若干個熱泵壓縮機、電動機進行出力能力的多梯級大幅度調整變化與電動機輔助運行，同時使其配合的小齒輪輪盤可與大齒輪輪盤實現滑動分離與咬合的結構俯視(上)、側視(下)示意圖。
圖11是采用由2層大直徑鏈條輪盤輸出動力，配合帶動2個小鏈條輪盤及活塞連桿的傳動的方式的結構示意圖。
圖12是分風機艙內部兩個并列風輪齒輪之間相互咬合實現一體化聯動形態的示意圖。
圖13是大直徑槳輪采用的長菱形分風式風力機的俯視示意圖。
圖14是由各分風式風力機組聯合并列設置，其主風輪軸向下延伸與“多熱泵壓縮機傳動系統”接傳動共同構成的“聯合聚風特大功率風力熱泵機組”的迎風面(主視)的宏觀示意圖。
圖1中1.槳輪風輪；2.聚風斜面；3.風力方向。
圖2中4.槳輪輥；5.風輪槳葉；6.機艙聚風斜面；7.機艙頂板；8.向下延伸的主風輪軸；9.覆蓋“多熱泵壓縮機傳動系統”的設備間；10.塔架；11.地面。
圖3中12.槳葉推拉桿滑道；13.縮槳過程中的槳葉；14.中心輥筒。
圖4中15.槳葉推拉滑桿；16.傘式推拉桿；17.雙疊式活動外槳葉；18.中心小輥筒；19.雙疊縮槳滑道；20.傘式滑圈。
圖5中21.中心大輥筒(剖面)；22.槳葉推拉桿滑道；23.縮入的槳葉；24.傘式推拉桿；25.傘式系統驅動裝置與制動裝置；26.驅動器與制動器支撐體(或稱傘式滑圈行程定位架；27.與槳輪風輪相互連接的風輪齒輪；28.傘式滑圈(其為一體化設計形態)；29.槳葉推拉滑桿及推拉桿滑道。
圖6中30.槳葉推拉滑桿；31.完全伸出后槳葉；32.中心大輥筒；33.傘式滑圈；34.風輪動力輸出軸；35.傘式推拉桿；36.中心大輥筒內壁。
圖7中37.槳輪風輪；38.分風機艙；39.塔架；40.主風輪軸；41.熱泵壓縮機設備間；42.可移動電動機；43.往復式熱泵壓縮機；44.在水面上設置的、與塔架配合的安裝平臺；45.與主風輪軸連接、與熱泵壓縮機齒輪配合的細齒大齒輪盤。
圖8中46.設備間外殼；47.可移動電動機驅動制動裝置；48.電動機、壓縮機移動滑軌；49.細齒大齒輪盤；50.往復式熱泵壓縮機；51.電動機軸(剖面)。
圖9中52.主風輪軸；53.設備間外殼；54.曲軸；55.往復式壓縮機連桿；56.往復式壓縮機；57.地面安裝基礎。
圖10中58.小傳動輪；59.主風輪軸；60.往復式壓縮機；61.大細齒輪盤；62.往復式壓縮機連桿。
圖11中63.大鏈輪盤；64.小鏈輪盤；65.鏈條；66.往復式壓縮機。
圖12中67.大齒輪盤；68.輪盤架；69.槳輪風輪軸。
圖13中70.分風機艙分解的風力；71.槳輪與槳輪軸；72.風力方向；73.互連橫梁；74.分風機艙。
圖14中75.上互連橫梁；76.槳輪風輪槳葉；77.槳輪輥；78.分風機艙分風角分解的風力；79.槳輪軸；80.主風輪軸；81.分風角；82.“多熱泵壓縮機傳動系統”與熱泵壓縮機設備間；83.地面基礎。
運行方式本發明對“聯合聚風特大功率風力熱泵機組”主要創新運行方法的描述是將多個“分風式風力機”進行間隔并列聯合設置，使相鄰風力機間懸空于分風機艙外部的槳輪風輪槳葉的旋轉弧面的最外邊對接靠近，使相同一組“連動風力機組”上的風輪齒輪形成相互配合連動傳動的結構，使之形成“聯合聚風風力機組”的設計形態；由1個“聯合聚風風力機組”所形成的聯合風力出力可由其“主風輪軸”集中向下延伸傳動到在地面上或在安裝平臺上設置的“多熱泵壓縮機傳動系統”上形成熱泵出力能力與配合的梯級出力能力調控，或將“主風輪軸”集中向下延伸傳動的出力與“多熱泵壓縮機與發電機一體化傳動與分離系統”連接配合，實現在微風與無風的情況下用電力電動機進行輔助推動熱泵系統運行，實現用同一熱泵系統安裝裝置實現全天候運行調控的目標；或與城市鍋爐供暖系統連接，實現風力與鍋爐供暖方式的時間互補，也可選擇在無風、微風的暫短時段用電熱器等常規簡單的輔助供暖方式進行應用互補。
權利要求
1.一種“聯合聚風特大功率風力熱泵機組”，其特征在于其是由(一)“聯合聚風特大功率風力機組”的結構部分，(二)設置在地面或安裝平臺上的“多熱泵壓縮機傳動系統”或“多熱泵壓縮機與發電機一體化傳動與分離系統”的結構部分，(三)通過延長的‘主風輪軸’使(一)、(二)部分實現上下連接傳動與配合調控的結構部分構成與實現，對以上3個結構部分的結構、名稱、功效的概要描述是(一)聯合聚風特大功率風力機組結構部分(1)分風式風力機機艙分風式風力機的機艙(分風機艙)是通過菱形或長菱形分風機艙體實現前后雙方向的分風與機艙兩側的相鄰聚風；小中型機組采用的分風機艙可將其建成菱形形態，大型、巨型機組及采用更大直徑的槳輪風輪的風力機則將采用長菱形分風機艙設計形態，并采用將雙槳輪風輪進行交錯排列設置的形態，分風機艙的頂部一般設有機艙頂板；從俯視角度看菱形分風機艙的頂板如同一個菱形體，其左右兩側各有兩個聚風斜面，左右兩側聚風斜面的實際交匯點構成分風機艙前后兩端的分風角，兩側聚風斜面延伸虛擬交差點附近的機艙底板和頂板上，是槳輪風輪軸的安裝處，其雙槳輪風輪是以完全橫向排列方式安裝的；長菱形分風機艙的頂板和底板如同在菱形分風機艙的中間加設了一個長方形的結構體，中間加設的一個長方形結構體是槳輪風輪的安裝位置，其安裝槳輪風輪軸的位置還可通過在兩風力機之間設置的“互連橫梁”進行加固加強，“互連橫梁”同時可將相鄰兩風力機及將全部聯合并聯風力機進行橫向連接加固；長菱形分風機艙的雙槳輪風輪是采用錯位的布置設置方式，其聯合聚風排列后可使在各個分風機艙外部懸空的兩個槳輪風輪相鄰并列，如果形成“連動風力機組”形態其還將其進行相鄰風輪齒輪的配合，實現聯合傳動形態；(2)設有槳葉伸縮調控系統的立式雙槳輪風輪設有槳葉伸縮調控系統的立式雙槳輪風輪可簡單、準確、快速、有效、同步地調控槳輪風輪各個槳葉伸展幅面的大小變化，實現機組出力能力的變化調整；其中、大、巨型槳輪風輪可有不同的槳葉伸縮方式與設計結構，以適應不同的出力能力調控與槳輪風輪的規格設計需求；在分風機艙中部的底板與頂板之間并聯設置立式雙槳輪風輪，分風機艙的聚風斜面或直面可遮擋住槳輪風輪半部分旋轉弧面體，懸空在分風機艙以外的雙槳輪風輪槳葉可承接分風機艙聯合并列設置后形成的最窄通道內的聚集氣流(聚風)，可使其能夠按照不同季節的風向變化，來回雙向沖擊槳輪風輪的外部懸空槳葉，形成最大的轉換出力；槳輪風輪可分為中心大輥筒型、中心中輥筒型和中心小輥筒型等不同的結構設計形態；在小、中、大中心輥筒的周邊均勻分布設有3-6個、大直徑風輪可設置6-8個、更大直徑可設置8-10個乃至更多個以相同直徑方向設置的槳葉，在雙槳輪風輪上采用的中心輥筒直徑、高度、槳葉設置數量與設計規格相同，在槳輪風輪的縱向中部可間隔均布設置1-多層支撐圓環(或板)；中心大輥筒型結構可實現“輥內縮槳”、“重疊縮槳”、“雙疊-輥內縮槳”、“輥內-雙疊縮槳”、“輥內-雙疊縮槳”等操作方式，上述幾種縮槳方式與形態可適應多數槳輪風輪規格與中心輥筒直徑規格的配合設計；縮槳與槳輪風輪縮槳減力配合制動，可實現機械制動與槳葉收縮減力配合的機組剎車控制，剎車制動系統可與槳輪輪盤一體化設計；“傘式槳葉伸縮控制系統”是由與各個槳葉一體化安裝設置的槳葉推拉滑桿、和與各個槳葉推拉滑桿連接的傘式推拉桿和與各個傘式推拉桿共同匯集連接于其上的“傘式滑圈”、以及可使傘式滑圈實現上下可控制式移動與位置隨時固定操作的傘式滑圈調控裝置聯合構成；同一組連動風力機組上的雙槳輪風輪一般需要同時進行上述相同方式的槳葉伸縮控制；其可由熱泵機輸出功率的反饋信號實現自動控制，或配合必要的手動電動控制；(3)將相同規格“分風式風力機”進行間隔并列聯合設置，形成“聯合聚風風力機組”結構部分，其相鄰機組之間可產生相互聚風效果；并且可通過采用將“主風輪齒輪”同時與左右若干個“分風式風力機”上的“風輪齒輪”咬合配合，實現一體化聯合傳動的“連動(聯動)風力機組”形態；(4)塔架與互連橫梁結構部分分風機艙一般采用前后2個塔架，小的也可采用1個塔架實現支撐，“連動風力機組”可將整個聯合排列的各個機組機艙地板、頂部用1-2個“互連橫粱”進行相鄰機組之間的串聯；可在“互連橫粱”上設置風力機機械制動系統；(二)設置在地面或安裝平臺上的“多熱泵壓縮機傳動系統”或“多熱泵壓縮機與發電機一體化傳動與分離系統”結構部分將“多熱泵壓縮機傳動系統”或采用的“多熱泵壓縮機與發電機一體化傳動與分離系統”結構部分全部轉設在地面或安裝平臺上(如在水面上建設風力熱泵機組，可在塔架之間設置水面安裝平臺，將其設置在安裝平臺上)，所述的“多熱泵壓縮機傳動系統”配合方式可以采用(1)采用在同一傳動大齒輪盤上再一同并列設置一個或多個熱泵壓縮機進行出力能力的多梯級大幅度調整變化；(2)采用曲軸與1-多個壓縮機活塞連桿進行配合的結構與動力輸出方式；(3)采用由1-多層大直徑鏈條輪盤輸出動力，配合帶動1-多個小鏈條輪盤及其活塞連桿的傳動的方式；(4)采用由風力機組與電機動力方式共同驅動熱泵壓縮機傳動系統結構和完全由電機驅動及其兩種驅動方式之間的方便交替轉換的結構設計方案；也可選擇與城市現有的鍋爐供暖系統管網進行一體化連接運行的方式，從而實現鍋爐與風力熱泵供暖方式的互補，包括在風力不大風力熱泵供熱溫度不高情況下的鍋爐補充加溫方式；上述傳動結構控制方式可采用傳感器自動控制，實現完全自動化控制或與手動控制配合；(三)通過延長的“主風輪軸”使(一)、(二)部分實現連接傳動與配合調控的結構部分通過將實現聯合聯動動力輸出的“主風輪軸”向下延伸，將聯合聚風風力機組產生的聯合動力直接傳遞到地面(或安裝平臺上)，并通過與在地面上(或安裝平臺上)設置的“多熱泵壓縮機傳動系統”或“多熱泵壓縮機與發電機一體化傳動與分離系統”結構部分連接與配合調控，完成特大功率風力熱泵機組的設計目的。
全文摘要
一種“聯合聚風特大功率風力熱泵機組”，其是將“多熱泵壓縮機傳動系統”或“多熱泵壓縮機與發電機一體化傳動與分離系統”結構部分全部設置在地面或安裝平臺上，并將聯合聚風風力機組產生的聯合聯動動力由“主風輪軸”向下延伸完成其上下分離結構的連接傳動；與前比較，可使塔架的建設面積、體積、強度、成本與設備安裝維護難度大幅減低，同時消除了限制風力熱泵機組實現更大功率設計的關鍵技術瓶頸，結合“聯合聚風風力機組”獨創發明技術綜合優勢群的共同作用，其可使風力熱泵進入經濟性、適用性大規模實際推廣應用階段，將使風力熱泵供暖方式升為風能豐富地區主要供暖熱源方式之一，社會、經濟、環境、生態效益持久巨大。
文檔編號F03D3/02GK101046194SQ20071009865
公開日2007年10月3日 申請日期2007年4月24日 優先權日2007年4月24日
發明者陳曉通 申請人:陳曉通