一种跟踪风能最大利用率的搅拌制热装置制造方法及图纸

本发明专利技术是一种跟踪风能最大利用率的搅拌制热装置，包括风力机、变速箱、制热器、循环泵、换热器、搅拌工质，其特点是，风速传感器和转速传感器采集的信号，分别输入可编程序控制器PLC，经其处理后，输出信号控制电机带动循环泵，把搅拌工质从换热器输送至制热器，对运行工况下的风力机转速的实时调节，拓宽风速利用区间，在各个风速下，风力机均可在最佳尖速比下运行，实现风能搅拌制热装置对风能的最大利用率，有效的利用风能资源，对充分高效的利用风能具有重要的理论及工程实践意义，具有广阔的商业化前景。

【技术实现步骤摘要】
一种跟踪风能最大利用率的搅拌制热装置
本专利技术涉及一种利用风能的直接制热装置，特别是涉及一种跟踪风能最大利用率的搅拌制热装置。
技术介绍
在传统化石能源枯竭和环境污染的日益严重的背景下，基于风能资源丰富且属于清洁能源，其受到国家能源技术部门的高度关注，但在风能资源利用的各项技术当中，由于我国电网消纳风电差的原因，导致弃风现象非常严重，因此近年来将风能直接转换为热能，可以直接供热的风能制热装置受到科研技术人员的高度重视。风能直接制热装置是直接通过风力机将风的动能转换为机械能，继而将机械能进一步转换为热能，以供热用户使用的一项风能直接利用技术。现有的风能直接制热装置主要以液体搅拌式制热器为主，而这种风能直接制热装置在运行过程中尚存在一些技术问题，使得液体搅拌式制热器对风能利用效率偏低，不能实现产业化推广。现有的风能搅拌制热装置存在的技术问题主要体现在以下几个方面：1)现有的风能搅拌制热装置一般工作风速区间为7-35m/s，额定风速范围一般为13-15m/s，并且只有在额定风速运行时才能保证其在最佳尖速比下运行，以保证其最大风能利用效率，而在其余风速区间，运行性能均严重偏离最佳尖速比，致使其在非额定风速下运行时风能利用效率大大降低；2)现有的风能搅拌制热装置在较低风速下的自启动性能较差，导致风速利用区间严重变窄，虽然在额定工况下输出功率没有差异，但是由于对低风速区间的风能得不到利用，所以这种风能搅拌制热装置实际对风能的利用率偏低；3)现有的风能搅拌制热装置中主要工作部件风力机的转速在空气动力转矩与制热器阻尼的双重影响下被动变化，使其在运行过程中严重偏离最佳尖速比，导致风能搅拌制热装置对风能的利用效率大大下降。以上所述技术问题已经成为制约风能搅拌制热装置实现产业化推广应用的瓶颈。因此，拓宽风能搅拌制热装置的风速利用区间，尤其提高风能搅拌制热装置在低风速下的自启动性能，并且使其在风速利用区间内时刻跟踪最佳尖速比，始终保持在最佳性能下运行，对于提高风能搅拌制热装置的风能利用率，进而缓解当前的能源和环境问题意义重大。现有介绍风能搅拌制热装置的文献和专利均没有克服和解决以上技术问题，致使当前风能搅拌制热装置对风能的利用率普遍不高，无法实现产业化推广和应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服和解决现有风能搅拌制热装置技术的不足，构思、设计一种结构合理、安全可靠、精确控制、宽风速利用区间，且对能够跟踪风能最大利用效率的风能搅拌制热装置。本专利技术可以将启动风速降低至2m/s，风速利用区间由7-35m/s拓宽至2-35m/s，风能搅拌制热装置的低风速区间拓宽之后，其不再受安装地点和风况外界条件的限制。不仅如此，更重要的是本专利技术的风能搅拌制热装置，能够通过对运行工况下的风力机转速的实时调节，使其在各个风速下风力机均可在最佳尖速比下运行，以使风能搅拌制热装置在不同的风速下始终保持在最佳性能下工作，进而实现风能搅拌制热装置对风能最大利用率的目的。风速达到35m/s以上为制热装置超速保护区间。为实现本专利技术目的采用的技术方案是：一种跟踪风能最大利用率的搅拌制热装置，它包括风力机、变速箱、制热器、循环泵、电机、换热器、搅拌工质，所述的风力机与变速箱连接，所述的变速箱与制热器连接，所述的循环泵与电机连接，所述的制热器、循环泵与换热器通过管路串联，所述的搅拌工质设置在制热器、循环泵、换热器及管道构成回路内，其特征是，还包括可编程序控制器PLC、风速传感器、转速传感器，风速传感器安装于风力机顶部，所述的转速传感器设置在变速箱上，所述的可编程序控制器PLC的输入信号端与风速传感器和转速传感器电连接，可编程序控制器PLC的输出信号端与电机电连接。所述的制热器包括，调节级动叶片、调节级动叶片蜗壳、工作级动叶片、工作级静叶片、末级动叶片、末级动叶片蜗壳、连接轴、制热器壳体、保温绝热材料，在所述的制热器壳体内设有搅拌桶，搅拌桶上部设有进口管路，搅拌桶部下部设有出口管路，搅拌桶轴心设有传动轴，传动轴与制热器壳体铰接，所述的调节级动叶片及调节级动叶片蜗壳位于搅拌桶上部，调节级动叶片与传动轴固连，调节级动叶片蜗壳与制热器壳体固连，所述的工作级动叶片位于搅拌桶中部，工作级动叶片与传动轴固连，所述的末级动叶片及末级动叶片蜗壳位于搅拌桶下部，末级动叶片与传动轴固连，末级动叶片蜗壳与制热器壳体固连，在所述的搅拌桶中部设有工作级静叶片，同工作级动叶片交叉分布，工作级静叶片与制热器壳体固连，在所述的制热器壳体外部设有保温绝热材料。所述的换热器包括，换热器前端汇流箱、水平布置蛇形管束、换热器末端汇流箱，保温绝热材料，在所述的换热器前端汇流箱前侧面设有入箱管路，在所述的换热器前端汇流箱后侧面设有通孔，同水平布置蛇形管束前端固接，在所述的换热器末端汇流箱前侧面设有通孔，同水平布置蛇形管束后端固接，所述的水平布置蛇形管束为多层水平布置，在所述的换热器末端汇流箱后侧面设有出箱管路，在所述的换热器前端汇流箱、水平布置蛇形管束、换热器末端汇流箱外部设有保温绝热材料。所述的风力机为升力型H型垂直轴风力机。所述的变速箱为行星齿轮变速箱。所述的电机为变频电机。所述的搅拌工质为齿轮油或导热油。所述的风速传感器为风杯式风速传感器。所述的转速传感器为激光转速传感器。本专利技术一种跟踪风能最大利用率的搅拌制热装置的有益效果体现在：1.本专利技术跟踪风能最大利用率的搅拌制热装置采用升力型H型垂直轴风力机，其具有较高的叶尖速比，在调节级叶轮的配合下可进一步降低启动风速，因此可有效的提高风能利用率。此外，垂直轴风力机受风向变化影响较小，无需额外设置偏航机构，因此降低了机构的复杂度、提高了系统的运行可靠性；2.风杯式风速传感器与激光转速传感器采集信号，输入可编程序控制器PLC，经可编程序控制器PLC处理后，输出信号对变频电机的控制，变频电机带动循环泵运转改变循环泵流量，改变制热器阻尼，通过对运行工况下的风力机的实时调节，使风力机在各个风速下均能处于最佳叶尖速比下工作，风能利用效率得到显著提高；3.本专利技术的一种跟踪风能最大利用率的搅拌制热装置采用的是行星齿轮组作为传动机构，该传动机构在保证了传动效率的基础上，使传动系统结构紧凑，提高了空间的利用率，降低了搅拌制热系统支承结构的不对称性，使得设备的安装更加的方便快捷；4.在制热系统运行过程中，由于搅拌桶内搅拌工质液位变化所引起的搅拌工质质量变化由换热器中存储的搅拌工质进行补偿，从而降低了运行过程中的热损失，提高了制热装置的换热效率；5.由于一种跟踪风能最大利用率的搅拌制热装置试制成功，拓宽了风速利用区间，突破了在各个风速下，时刻跟踪最佳尖速比，使装置一直保持在最佳性能下工作，解决了制热总量最大化问题，突破了制约风能搅拌制热装置实现产业化应用推广的技术瓶颈，对充分高效的利用风能具有重要的理论及工程实践意义；6.该装置结构简单、安全可靠、使用寿命长、易于操作与维修，安装与运行成本低，在各个风速下，风力机均可在最佳尖速比下运行，实现风能搅拌制热装置对风能的最大利用率，从可再生能源的利用和发展趋势看，市场潜力巨大，商业化应用前景广阔。附图说明图1为本专利技术跟踪风能最大利用率的搅拌制热装置的结构示意图；图2为图1中制热器剖视放大示意图；图3为图2中B-B剖视示意图；图4为图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种跟踪风能最大利用率的搅拌制热装置，它包括风力机、变速箱、制热器、循环泵、电机、换热器、搅拌工质，所述的风力机与变速箱连接，所述的变速箱与制热器连接，所述的循环泵与电机连接，所述的制热器、循环泵与换热器通过管路串联，所述的搅拌工质设置在制热器、循环泵、换热器及管道构成回路内，其特征是，还包括可编程序控制器PLC、风速传感器、转速传感器，风速传感器与风力机连接，所述的转速传感器设置在变速箱上，所述的可编程序控制器PLC的输入信号端与风速传感器和转速传感器电连接，可编程序控制器PLC的输出信号端与电机电连接。

【技术特征摘要】
1.一种跟踪风能最大利用率的搅拌制热装置，它包括风力机、变速箱、制热器、循环泵、电机、换热器、搅拌工质，所述的风力机与变速箱连接，所述的变速箱与制热器连接，所述的循环泵与电机连接，所述的制热器、循环泵与换热器通过管路串联，所述的搅拌工质设置在制热器、循环泵、换热器及管道构成回路内，其特征是，还包括可编程序控制器PLC、风速传感器、转速传感器，风速传感器与风力机连接，所述的转速传感器设置在变速箱上，所述的可编程序控制器PLC的输入信号端与风速传感器和转速传感器电连接，可编程序控制器PLC的输出信号端与电机电连接。2.根据权利要求1所述的一种跟踪风能最大利用率的搅拌制热装置，其特征是，所述的制热器包括，调节级动叶片、调节级动叶片蜗壳、工作级动叶片、工作级静叶片、末级动叶片、末级动叶片蜗壳、连接轴、制热器壳体、保温绝热材料，在所述的制热器壳体内设有搅拌桶，搅拌桶上部设有进口管路，搅拌桶部下部设有出口管路，搅拌桶轴心设有传动轴，传动轴与制热器壳体铰接，所述的调节级动叶片及调节级动叶片蜗壳位于搅拌桶上部，调节级动叶片与传动轴固连，调节级动叶片蜗壳与制热器壳体固连，所述的工作级动叶片位于搅拌桶中部，工作级动叶片与传动轴固连，所述的末级动叶片及末级动叶片蜗壳位于搅拌桶下部，末级动叶片与传动轴固连，末级动叶片蜗壳与制热器壳体固连，在所述的搅拌桶中部设有工作级静叶片，同工作级动叶片交叉分布，工...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜铁骝，张仲彬，李博，王艳红，曹丽华，金韦辰，张立栋，张毅，胡鹏飞，陈奇成，宋粉红，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22