立式風力機驅動的空氣壓縮系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種立式風力機驅動的空氣壓縮系統，屬于風能利用【技術領域】。所述立式風力機驅動的空氣壓縮系統包括立式風力機和空氣壓縮設備，立式風力機包括增速箱（18），空氣壓縮役備包括多個空氣壓縮機和儲氣容器（45），增速箱的輸出軸用于連接齒輪盤（22），多個空氣壓縮機分別通過齒輪與齒輪盤（22）嚙合或者分離，多個空氣壓縮機將常壓空氣壓縮并存儲到儲氣容器中。本實用新型能夠充分利用風能，風能轉換為壓縮空氣能的效率高，有效風速范圍大。
【專利說明】立式風力機驅動的空氣壓縮系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種立式風力機驅動的空氣壓縮系統，屬于空氣壓縮【技術領域】。
【背景技術】
[0002]圖4是技術中提供的一種風力壓縮空氣儲能系統，其包括垂直軸風機201、CVP無級變速器204、飛輪205、電磁離合器206、往復式空壓機207以及壓力氣體儲存裝置208，風機通過CVP無級變速器驅動飛輪，飛輪通過電磁離合器實現與空壓機的離合，風機通過無級變速器將采集的風能傳遞給飛輪蓄能，飛輪和空壓機的合離分別實現驅動空壓機和再蓄能，在蓄能初期，CVP無級變速器實現降速增距，隨后，CVP無級變速器實現增速。電子控制器203實現對CVP無級變速器和電磁離合器的控制。但是該現有技術的缺點是:只采用了一個大功率空氣壓縮機，在風速較小時，空氣壓縮機不工作，白白將風能損失掉。
【發明內容】
[0003]為克服現有技術中存在的缺點，本實用新型發明的目是提供一種立式風力機驅動的空氣壓縮系統，其能夠充分利用風能，風能轉換為壓縮空氣能的效率高，有效風速范圍大。
[0004]為實現所述發明目的，本實用新型提供一種立式風力機驅動的空氣壓縮系統，包括風力機和空氣壓縮設備，所述風力機包括增速箱18和齒輪盤22，空氣壓縮設備包括多個空氣壓縮機和儲氣容器45，增速箱的輸出軸用于連接齒輪盤22，多個空氣壓縮設備分別通過齒輪與齒輪盤22嚙合或者分離，多個空氣壓縮設備將常壓空氣壓縮并存儲到儲氣容器中。
[0005]優選地，空氣壓縮機的驅動軸通過離合器與齒輪的輸出軸相連。
[0006]優選地，離合器為氣動離合器，其通過電磁換向閥與壓縮空氣源相連。
[0007]優選地，立式風力機驅動的空氣壓縮系統還包括控制器和風速傳感器，控制器根據風速傳感器所傳遞的信號控制電磁換向閥的工作狀態。
[0008]優選地，離合器通過多級離心氣動開關連接于壓縮空氣源。
[0009]優選地，空氣壓縮設備包括下列壓縮機的一種或者幾種:活塞式空氣壓縮機、螺桿式空氣壓縮機和離心式空氣壓縮機。
[0010]與現有技術相比，本實用新型提供的風力機驅動的空氣壓縮系統，使用多個小功率的空氣壓縮機代替一個大功能空氣壓縮機，在風能較大時，利用離合器使多個小功率空氣壓縮機均與齒輪盤相連，以將風能轉換為壓縮空氣能存儲起來，在風速較小時，利用離合器使較少個小功率空氣壓縮機與齒輪盤相連，也將風能轉換為壓縮空氣能存儲起來，如此提聞了風能的利用率，有效風速范圍大。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是本實用新型第一實施例提供的大功率立式風力機來驅動空氣壓縮機的詳細示意圖；
[0012]圖2是本實用新型第二實施例提供的離心氣動開關的軸向截面圖；
[0013]圖3是本實用新型第二實施例提供的大功率風力機來驅動空氣壓縮機的詳細示意圖；
[0014]圖4是現有技術中提供的一種風力壓縮空氣儲能系統。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖詳細說明本實用新型，相同的附圖標記表示相同的部件。
[0016]第一實施例
[0017]圖1是本實用新型第一實施例提供的大功率立式風力機來驅動空氣壓縮機的示意圖。如圖1所示，本實用新型提供的大功率風力機來驅動空氣壓縮機包括立式風機1、塔架7、空氣壓縮設備和機艙，其中，機艙的外殼采用鋼性材料制作，兼做地基，塔架設置在地基之上；立式風機I設置在塔架7之上，立式風機I包括多個風葉2。立式風機I用于將風能轉換為機械能，并驅動機艙內的空氣壓縮設備以將常壓空氣壓縮成高壓空氣并儲存在儲氣容器中。
[0018]更為詳細的描述如下:
[0019]立式風機I包括多個風葉2，立式風機I的傳動軸穿過設置在塔架法蘭盤中心的軸承3并通過連接法蘭4與萬向聯軸器5的一端相連，萬向聯軸器5的另一端通過連接法蘭6與傳動軸8相連，傳動軸8穿過塔架連接法蘭9中央的軸承10經連接法蘭12與萬向聯軸器13的一端相連，萬向聯軸器13的另一端通過連接法蘭14與傳動軸15相連，傳動軸15穿過塔架連接法蘭17中央的軸承16與增速箱18的輸入軸相連。增速箱18的輸出軸與齒輪盤22的中央軸相連。
[0020]機艙內設置有空氣體壓縮設備和發電設備，空氣壓縮設備包括空氣壓縮機36、空氣壓縮機37、空氣壓縮機38和儲氣罐45。發電設備包括發電機39和法拉電容組47。增速箱18具有高速輸出軸，高速輸出軸與齒輪盤22的中心相連，高速輸出軸上設置有剎車盤19，其通過氣動剎車20制動，氣動剎車20通過電磁換向閥32連接于儲氣容器45。齒輪盤22通過與其嚙合的小齒輪23、24、25和26輸出動力。空氣壓縮機36的驅動軸通過離合器34與小齒輪23的輸出軸27連接，離合器34為氣動離合器，其進氣口通過電磁換向閥31連接于儲氣容器45 ;空氣壓縮機37的驅動軸通過離合器35與小齒輪22的輸出軸28連接，離合器35為氣動離合器，其進氣口通過電磁換向閥33連接于儲氣容器45 ;空氣壓縮機38的驅動軸與小齒輪25的輸出軸29連接；發電機39的驅動軸與小齒輪24的輸出軸28連接，其所產生的電能存儲到法拉電容組47中。本實用新型中雖然以氣動離合器34、氣動離合器35和氣動離合器32分別通過電磁換向閥31、電磁換向閥32和電磁換向閥32與儲氣容器45相連為例進行了說明，但實際應用時，用于控制氣動離合器34、氣動離合器35和氣動離合器32的壓縮空氣是必須達到一定的壓力，因此，實際應用中，可以采用專門的壓縮空氣存儲設備給它們提供具有設定壓力的壓縮空氣。
[0021]本實用新型提供的大功率風力機來驅動空氣壓縮機還包括控制子系統，控制子系統包括風速傳感器54、控制器52及電磁換向閥，控制器53根據風速傳感器54所傳送來的信號來控制電磁換向閥31、32和33的工作狀態。
[0022]所述空氣壓縮機可以是螺桿式空氣壓縮機、離心式空氣壓縮機或者，氣缸式空氣壓縮機，還可以是現有技術中任何一種空氣壓縮機。
[0023]本實用新型的工作過程如下:
[0024]風力機旋轉，帶動齒輪盤22旋轉，齒輪盤22帶動小齒輪24和25旋轉，小齒輪24帶動發電機39的轉子旋轉，發電機產生的電能存儲到法拉電容組47中，小齒輪25帶動空氣壓縮機38將常壓空氣壓縮成高壓空氣并存儲到存儲容器中。風力機工作一段時間后，法拉電容組47中存儲了一定量的電量，存儲容器中的壓縮空氣達到設定的壓力，此后，進入正常的工作。法拉電容組47給控制器52、風速傳感器54提供電能，風速傳感器探測環境風速并將風速信號轉換為電信號傳送給控制器52,控制器52根據風速傳感器54所傳送來的信號控制電磁換向閥31、電磁換向閥32和電磁換向閥33的工作狀態。當風速小于第一設定值值時，控制器52給電磁換向閥31、電磁換向閥32、電磁換向閥33提供信號,使電磁換向閥31、電磁換向閥32和電磁換向閥33的充氣口與排氣口接通，離合器34、離合器35以及氣動剎車20與設定壓力的空氣源均斷開，空氣壓縮機器36和37均不工作，氣動剎車20不制動，只有空氣壓縮機38和發電機39工作，空氣壓縮機38將壓縮空氣進行壓縮并存儲到儲氣容器45中，發電機39將所產生的電能存儲到法拉電容組47中。當風速大于或者等于第一設定值而小于第二設定值時，控制器給電磁換向閥31提供信號，電磁換向閥31的進氣口與充氣口接通，離合器34與設定壓力的空氣源接通，空氣壓縮機36和38工作，發電機39工作；控制器給電磁換向閥33和電磁換向閥32提供信號，電磁換向閥33和電磁換向閥32的排氣口與充氣口接通，使離合器35和氣動剎車20與設定壓力的空氣源斷開，空氣壓縮機36和38將壓縮空氣進行壓縮并存儲到儲氣容器45中，發電機39工作將所產生的電能存儲到法拉電器47中。當風速大于或者等于第二設定值而小于第三設定值時，控制器給電磁換向閥31和電磁換向閥33提供信號，使磁換向閥31和電磁換向閥33的進氣口與充氣口接通，離合器34和離合器35與設定壓力的空氣源接通，空氣壓縮機36、37和38工作，發電機39工作；控制器給電磁換向閥32提供信號，使電磁換向閥32的排氣口與充氣口接通，使氣動剎車20與設定壓力的空氣源斷開，空氣壓縮機36、37和38將壓縮空氣進行壓縮并存儲到儲氣容器45中，發電機39工作將所產生的電能存儲到法拉電器47中。當風速大于或者等于第三設定值時，控制器給電磁換向閥31、電磁換向閥31和電磁換向閥33提供信號，電磁換向閥31、電磁換向閥32和電磁換向閥33的進氣口與充氣口接通，使離合器34和離合器35與設定壓力的空氣源接通，氣動剎車20與設定壓力的空氣源接通，剎車器20制動剎車盤19使增速箱的高速輸出軸的速度減速，空氣壓縮機36、37和38工作，發電機39工作，空氣壓縮機36、37和38將壓縮空氣進行壓縮并存儲到儲氣容器45中，發電機39工作將所產生的電能存儲到法拉電器47中。
[0025]第二實施例
[0026]圖2是本實用新型第二實施例提供的三級離心氣動開關的軸向截面圖。如圖2所示，本實用新型提供的三級離心氣動開關包括圓筒形閥體103和直徑等于圓筒形閥體內徑的圓柱形閥芯101，還包括球體112和內徑略大于圓柱形閥芯101的直徑的圓形套筒102，閥芯101的長度大于閥體103的長度，并設置在閥體103內；套筒102套在閥芯上并設置在閥體之上的位置；球體112與兩根等長的第一繩索114和第二繩索113連接，第一繩索114的第一端連接于閥芯101的上端，第二端連接于球體112上；第二繩索113的第一端連接于套筒102的上端，第二端連接于球體112上。
[0027]沿閥芯1I的下部設置了深度依次遞減的4個環形凹槽104、107、109和110，閥芯的上部設置了環形的儲氣筒117，第一個環形凹槽104通過一個沿軸向設置的氣管118與儲氣筒117連通，在閥體上與該環形凹槽104相對應的地方設置了氣孔105 ;第二個環形凹槽107通過一個沿軸向設置的氣管119與儲氣筒117連通，在閥體上與該環形凹槽107相對應的地方設置了氣孔106 ;第三個環形凹槽109通過一個沿軸向設置的氣管與儲氣筒117連通，在閥體上與該環形凹槽109相對應的地方設置了氣孔108 ;第四個環形凹槽110通過一個沿軸向設置的氣管與儲氣筒117連通，在閥體上與該環形凹槽109相對應的地方設置了氣孔111 ;與第二個環形凹槽、第三個環形凹槽、第四個環形凹槽分別相連通的氣管沿閥芯的軸向設置，并沿周向相隔一定的角度，如15度，30度等，且它們的軸心與閥芯的軸心的距離依次遞增；氣孔105用于輸入壓縮空氣，氣孔106、108和111用于輸出壓縮空氣。沿閥芯的徑向對應于第二個環形凹槽、第三個環形凹槽、第四個環形凹槽分別相連通的氣管的位置分別設置了三個圓柱形凹槽以嵌入壓簧開關，三個圓柱形凹槽沿閥芯的軸向等間隔分布，沿閥芯的周向等間隔分布，并均位于閥體之上的位置。
[0028]壓簧開關包括一個支架122、一個彈簧121和一個彈性定位片123，支架下部為圓筒、上部為球形，沿支架徑向在支架上部設置了凹口，沿支架徑向在支架的下部設置了與氣管等半徑的通孔120 ;彈簧設置在支架下部的圓筒內，彈性定位片123的一端設置在支架上部的凹口內，另一端固定在閥芯上。
[0029]閥體的軸116連接三個水平的風葉，當風吹動風葉時，風葉帶動軸116和閥體101旋轉，閥體101帶動球體112旋轉，隨著風速增大，風葉旋轉加快，球體112旋轉半徑加大，球體112拉動套筒102沿閥芯的軸向向上移動，當套筒102移動到最下面的那個壓簧開關之上時，用于控制與第二個環形凹槽連通的氣管的壓簧開關由于彈簧的彈性沿閥芯的徑向向外移動，通孔120與氣管119接通，第一路氣路接通，由于彈性定位片123的作用，當壓簧開關向外移動到一定位置，位置便固定下來。隨著風速再增大，風葉旋轉再加快，球體112旋轉半徑再加大，球體112拉動套筒102沿閥芯的軸向向上移動，當套筒102移動到用于控制與第三個環形凹槽連通的氣管的壓簧開關之上時，該壓簧開關也由于彈簧的彈性沿閥芯的徑向向外移動，支架上通孔與氣管120接通，第二路氣路也接通，由于彈性定位片的作用，當壓簧開關向外移動到一定位置，位置便固定下來。依次類推，第三路氣路也接通。當風速減小時，風葉旋轉減慢，球體112旋轉半徑減小，套筒102由于其自身的重力沿閥芯的軸向向下移動，當套筒102移動到最上面的那個壓簧開關之下時，最上面的那個壓簧開關沿閥芯的徑向向內移動，通孔與氣管斷開，第三路氣路斷開，依次類推，第一路氣路也斷開，如此，各個氣路根據風速的大小自動開啟與關閉，無需先將風速轉換成電信號，而后用電信號控制開關。
[0030]本實用新型雖然以三級離心氣動開關為例進行了說明，但是，所述離心開關也可以是一級，二級，四級等，根據需要隨意設置。當離心氣動開關為一級時，沿閥101的下部設置了深度依次遞減的2個環形凹槽，閥芯的上部設置了環形的儲氣筒117，第一個環形凹槽104通過一個沿軸向設置的氣管118與儲氣筒117連通；第二個環形凹槽107通過一個沿軸向設置的氣管119與儲氣筒117連通。沿閥芯的徑向對應于氣管119的位置分別設置了一個圓柱形凹槽以嵌入壓簧開關。當離心氣動開關為二級時，沿閥101的下部設置了深度依次遞減的3個環形凹槽，閥芯的上部設置了環形的儲氣筒117，第一個環形凹槽104通過一個沿軸向設置的氣管118與儲氣筒117連通；第二個環形凹槽通過一個沿軸向設置的氣管與儲氣筒117連通，第三個環形凹槽通過一個沿軸向設置的氣管與儲氣筒117連通。沿閥芯的徑向對應于氣管的位置分別設置了一個圓柱形凹槽以嵌入壓簧開關。二個圓柱形凹槽沿閥芯的軸向等間隔分布，沿閥芯的周向等間隔分布，并均位于閥體之上的位置，依次類推，可以設計四級、五級等離心氣動開關。
[0031]圖3是本實用新型第二實施例提供的大功率風力機來驅動空氣壓縮機的詳細示意圖。本實用新型第二實施例與第一實施例不同的是空氣壓縮設備，第二實施例中提供的空氣壓縮設備中空氣壓縮機36的驅動軸通過離合器34與小齒輪23的輸出軸27連接，離合器34為氣動離合器，其進氣口通過多級離心氣動開關55的第三路與壓縮空氣源連接；空氣壓縮機37的驅動軸通過離合器35與小齒輪22的輸出軸28連接,離合器35為氣動離合器，其進氣口通過多級離心氣動開關55的第二路與壓縮空氣源連接；空氣壓縮機37的驅動軸通過離合器56與小齒輪25的輸出軸29連接,離合器53為氣動離合器,其進氣口通過多級離心氣動開關55的第一路與壓縮空氣源連接。如此，隨著風速的大小，三個空氣壓縮機自動開啟與關閉，從而使風力機的負載隨著風速的變化而變化，不需要采用電磁換向閥，也不需要發電機了。
[0032]以上結合實施例描述了本實用新型，但是實施例僅是用于示范地說明本實用新型的。說明書僅是用于解釋權利要求書的。但本實用新型的保護范圍并不局限于說明書。任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本實用新型批露的技術范圍內，可輕易想到的變化或者替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種立式風力機驅動的空氣壓縮系統，其特征在于，包括風力機和空氣壓縮設備，所述風力機包括增速箱(18)和齒輪盤(22)，空氣壓縮設備包括多個空氣壓縮機和儲氣容器(45)，增速箱的輸出軸用于連接齒輪盤(22)，多個空氣壓縮設備分別通過齒輪與齒輪盤(22)嚙合或者分離，多個空氣壓縮機將常壓空氣壓縮并存儲到儲氣容器中。
2.根據權利要求1所述的立式風力機驅動的空氣壓縮系統，其特征在于，空氣壓縮機的驅動軸通過離合器與齒輪的輸出軸相連。
3.根據權利要求2所述的風力機驅動的空氣壓縮系統，其特征在于，離合器為氣動離合器，其通過電磁換向閥與壓縮空氣源相連。
4.根據權利要求3所述的立式風力機驅動的空氣壓縮系統，其特征在于，還包括控制器和風速傳感器，控制器根據風速傳感器所傳遞的信號控制電磁換向閥的工作狀態。
5.根據權利要求3所述的立式風力機驅動的空氣壓縮系統，其特征在于，離合器通過多級離心氣動開關連接于壓縮空氣源。
6.根據權利要求1-5任一所述的立式風力機驅動的空氣壓縮系統，其特征在于，空氣壓縮設備包括下列壓縮機的一種或者幾種:活塞式空氣壓縮機、螺桿式空氣壓縮機和離心式空氣壓縮機。
【文檔編號】F03D11/02GK204140299SQ201420432324
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年8月3日 優先權日:2014年8月3日
【發明者】劉典軍 申請人:北京恒企新能源科技有限公司