[实用新型]利用隧道风能的发电装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及风力发电技术，特别涉及一种利用隧道风能进行发电的装置。

背景技术

近些年来，中国动车、高铁发展迅速，铁路覆盖率、通车率大幅提高。但由于我国地形较为复杂，很多线路都设计有多条隧道，隧道附近的风能十分可观，不仅有在建造隧道时为保证通风情况的自然风，还有火车在通过隧道时产生的强烈活塞风，但这些风能却一直没有被利用起来。隧道自然风的大小除了自然条件外，一般还要通过优化设计参数予以保障，主要参数包括隧道出口和入口的高度差H、隧道长度L隧道的水力直径D等，通常可以保证隧道自然风大于5m/s。活塞风是列车高速通过隧道时，由于空气动力学因素产生的，风速大小与列车长度l_T、列车阻力系数N、列车速度v_T、隧道内自然风速v_n等有关。对于速度v_T≥200km/h的列车，其产生的活塞风通常可以达到10m/s以上。由于隧道通常都是双向通行的，活塞风另一个特点是方向变化无常。由此可见铁路隧道风能除了具有相当的利用价值外，还存在着风速变化大的特点。

目前风力发电机系统中，负责风能转换机械能的风力机，根据风力机轴与风向的关系，分为垂直轴风力机和水平轴风力机。垂直轴风力机的特点是风力机轴与风向垂直，通常垂直安装就可以用于不同方向风力发电，不需要严格的方向要求，具有结构简单成本低的特点，适用于风向变化比较大的场合。垂直轴风力机又分为H型、S型、Φ型，他们各自具有不同的特点：S型风力机起动性能好但起动转矩大转速低，属于低风速启动的风力机，通常风速大于3m/s就可以启动运转，但转换效率不理想；H型风力机风剪作用小发电效率高但起动性能差，属于高风速启动的风力机，具有较高的转换效率，可以适用于风速大于10m/s的发电系统。水平轴风力机需要安装时风力机轴与方向平行，才能发挥最大的效率，通常需要配置风向跟踪调节装置，系统结构复杂，成本高，不适合用于隧道风力的发电系统。

据检索，现有公开号为CN2758515的一种组合式垂直轴风力发电机，涉及一种组合式垂直轴风力发电机，属于风力发电技术领域。为了解决了一般垂直轴风力发电机起动性能差的问题，将S型风力机与垂直轴风力机进行组合，创造出一种组合式垂直轴风力发电机。该专利只是单纯的将H型风力机与S型风力机结合，降低了起动风速，但高风速时S型风力机达不到最大的发电效率，风能利用率不高。

又有公开号为CN103174584A的新型自起动式Darrieus-Savonius组合式垂直轴风力机，包括S型风力机、超越离合器、发电机、D型风力机和若干立杆。其公开的技术方案主要缺点是：在低风速时靠S型风力机带动D型风力起动，这样在低风速下强制起动D型风力机不但不会对发电量带来帮助，而且由于S型风力机带动D型风力机一起转动，增加了系统阻力和损耗，影响了此时S型风力机的发电效率，致使低风速发电效率低下，而低风速的情况在隧道风能应用场合在时间上所占比例较大。而且当S型风力机带动D型风力机起动后，超越离合器使S型风力机对发电机的作用中断，不参与发电工作，降低了风能利用率。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种利用隧道风能的发电装置，采用低速风力机和高速风力机组合发电，提高发电效率。

本实用新型解决所述技术问题，采用的技术方案是，利用隧道风能的发电装置，包括第一风力机、第二风力机和发电机，所述第一风力机与第二风力机同轴安装，其间通过超越离合器连接，所述第一风力机轴穿过超越离合器内环与发电机主轴连接固定，所述第一风力机轴与超越离合器内环同步转动，所述第二风力机带动超越离合器外环转动，并通过超越离合器带动发电机主轴转动，所述超越离合器在低风速时内环与外环处于脱离状态，在高风速时内环与外环处于联动状态，所述第一风力机为低风速启动的风力机，所述第二风力机为高风速启动的风力机。

具体的，所述超越离合器为楔形超越离合器。

具体的，所述第一风力机为S型风力机。

进一步的，所述S型风力机风轮上安装有5片叶片。

进一步的，所述叶片为135°的圆弧形叶片。

具体的，所述第二风力机为H型风力机。

进一步的，所述H型风力机风轮上安装有5片叶片。

进一步的，还包括电能储存系统，所述电能储存系统与发电机连接。

具体的，所述电能储存系统包括依次连接的整流器、直流升压模块、蓄电池和/或超级电容器。