煤矿风井风力发电装置的制作方法

1.本实用新型属于煤炭节能的技术领域，具体公开了一种煤矿风井风力发电装置。


背景技术：

2.节能是我国实现可持续发展战略目标的永恒课题，节能工作既节约了资源，提高能源利用率又保护环境，并能促进技术经济发展。
3.通风系统是矿井工程的生命线，它为井下提供源源不断的新风，新风通常从主、副井井口进入，从风井扩散塔风口排出，源源不断的井下乏风伴随着矿井的整个生命周期。
4.根据《风力发电设计规范》要求，风场的平均风速在3m/s以上，有效风时数在4000小时以上，年平均有效风能功率密度在150w/m2。
5.矿井风井通风机一天工作24小时，一年365天，风量巨大(见表1)，风速恒定，平均风速在每秒10米以上，有效风时数在8760小时，年平均有效风能功率密度在600～2025w/m2(见表2)，(由于《煤矿安全规程》要求风井和风硐最高风速限制在15m/s以下，所以最高风速按15m/s计算)。没有启动风速和停机风速2级，使得控制更为简单。
6.表1生产矿井井下通风统计
[0007][0008][0009]
说明：1.统计表1摘自《煤矿工程设计手册》；
[0010]
2.出风口风速按10～15m/s计算。
[0011]
表2风能密度计算表
[0012]
序号风速v/m/s风功率p/w风能密度e/j/s110600600
211798.6798.6 3121036.81036.8 4131318.21318.2 5141646.41646.4 61520252025
[0013]
说明：1.风能密度公式：e＝0.6
×v3
；
[0014]
2.《煤矿安全规程》风井和风硐最高风速为15m/s计。
[0015]
煤矿风井通风机都是采用单一工作制，为了供风安全都是一用一备布置，一般采用负压抽出式通风，通风机房建设在风井工业场地地面，通风机的扩散塔是整个矿井井下的出风口，扩散塔的出风口根据通风机的出风量尺寸不同，排出的井下乏风散向空中，大量的能量被浪费。


技术实现要素：

[0016]
本实用新型提供一种煤矿风井风力发电装置，以解决现有技术中井下乏风直接散向空中，大量的风能被浪费的技术问题。
[0017]
上述一种煤矿风井风力发电装置，包括发电机组、充电控制器和蓄电池组；发电机组以矿井风井通风机轴线为对称轴对称布置在扩散塔风口的左右两侧，每组发电机组均包括机架、芯轴、风叶和风力发电机；芯轴通过轴承安装在机架上，每根芯轴上固定有多片风叶组成风轮；风叶为弧形板状结构，为了提高效率，减小阻力，凹型面伸入扩散塔内侧的为迎风面，凸型面位于扩散塔外侧为背风面，扩散塔风口两侧发电机组的风叶弯曲方向相反；风力发电机的输入轴通过联轴器与芯轴连接，发出的电通过输电线与充电控制器的输入端连接，充电控制器的输出端与蓄电池组的输入端连接。
[0018]
进一步地，每组发电机组均包括前后两组风叶，前后两组风叶为同一根芯轴，前后两组风叶错位设置。风叶采用轻质铝合金材质、镁合金、工程塑料或碳纤维材质，以减少风能的消耗。
[0019]
进一步地，前后两组风叶均为等角度固定的三片风叶，前后两组风叶构成三头滚动式二段风轮，前后两组风叶相错30
°
。
[0020]
进一步地，上述煤矿风井风力发电装置还包括与蓄电池组的输出端连接的逆变器。
[0021]
进一步地，上述煤矿风井风力发电装置的充电控制器、蓄电池组和逆变器均安装在安全距离外的风井配电室内。
[0022]
进一步地，风力发电机为防爆型风力发电机。
[0023]
进一步地，风力发电机的输电线沿机架的立柱经地下埋管送到风井配电室内。
[0024]
本实用新型具有以下有益效果：
[0025]
⑴
充分利用废弃的矿井乏风发电，节约能源、发电效率高、性价比高，解决了现有技术中井下乏风直接散向空中，大量的能量被浪费的技术问题；
[0026]
⑵
煤矿风井风力发电装置对矿井安全没有影响，对周围环境没有影响；
[0027]
⑶
煤矿风井风力发电装置是一个独立系统、结构简单、制造、安装都很方便、便于已建和新建矿井应用，容易实现系列化、模块化设计制作；
[0028]
⑷
价格便宜、投资少、易实施是最经济的矿井乏风利用方案。
附图说明
[0029]
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]
图1为发电机组的布置图；
[0031]
图2为图1中a-a方向的视图；
[0032]
图3为图1中b-b方向的视图；
[0033]
图4为图1中c-c方向的视图；
[0034]
图5为图2中发电机组与充电控制器、蓄电池组、逆变器的连接图；
[0035]
图6为图3中发电机组与充电控制器、蓄电池组、逆变器的连接图。
[0036]
图中：1-充电控制器；2-蓄电池组；3-逆变器；4-机架；5-芯轴；6-风叶；7-风力发电机；8-轴承；9-风井配电室；10-发电机组ⅰ；11-发电机组ⅱ；12-发电机组ⅲ；13-发电机组ⅳ；14-输电线；
[0037]
101-回风立井井筒；102-风硐；103-矿井风井通风机；103a-工作风机；103b-备用风机；104-扩散塔风口；105-风力方向示意；106-风叶旋转方向示意；107-地坪。
具体实施方式
[0038]
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0039]
上述一种煤矿风井风力发电装置，包括发电机组、充电控制器1、蓄电池组2、逆变器3。
[0040]
发电机组以矿井风井通风机103轴线为对称轴对称布置在扩散塔风口104的左右两侧，每组发电机组均包括机架4、芯轴5、风叶6和风力发电机7；芯轴5通过轴承8转动安装在机架4上，每根芯轴5上固定有多片风叶6组成风轮；风叶6为弧形板状结构，凹型面伸入扩散塔内侧的为迎风面，在风叶6上产生空气动力矩，使得风叶6获得源源不断的转动动力，凸型面位于扩散塔外侧为背风面，以减少风阻力；扩散塔风口104两侧发电机组的风叶6弯曲方向相反；风叶6在安装时，用风速测量仪选择风叶6的合适安装高度，安装风叶6不会影响扩散塔风口104风流压力；风力发电机7的输入端与芯轴5连接，输出端与充电控制器1的输入端连接，充电控制器1的输出端与蓄电池组2的输入端连接，蓄电池组2的输出端与逆变器3连接。
[0041]
进一步地，每组发电机组均包括前后两组风叶6，前后两组风叶6的芯轴5相接构成一体或为同一根芯轴，前后两组风叶6错位设置，以减少风载荷的频率变化。风叶6采用轻质铝合金材质、镁合金、工程塑料或碳纤维材质，以减少风能的消耗。
[0042]
进一步地，前后两组风叶6均为等角度固定的三片风叶6，前后两组风叶6构成三头
滚动式二段风轮，前后两组风叶6相错30
°
。
[0043]
进一步地，上述煤矿风井风力发电装置的充电控制器1、蓄电池组2和逆变器3均安装在风井配电室9内。
[0044]
进一步地，风力发电机7为防爆型风力发电机。
[0045]
进一步地，风力发电机7的输电线14沿机架4的立柱经地下埋管送到风井配电室9内。
[0046]
煤矿风井风力发电装置建设在煤矿风井的工业场地，交通方便，并网条件好。发出的电首先供风井日常使用，富裕的电并网，是非常好的绿色节能项目。
[0047]
整个发电装置成独立系统、设计、制造、安装和造价都非常简单，不会对现有风井系统的安全生产造成影响，也不会对风井周围的环境造成影响。
[0048]
煤矿风井风力发电装置这些条件都是戈壁滩、荒山峻岭、沿海风场等风场所不具备的条件(见表3)。
[0049]
表3风力发电分析表
[0050]
项目名称天然风场风井风力发电装置风能资源随机、间歇、波动连续、稳定平均风速m/s＞310～15年有效风时数/h40008760年平均有效风能功率密度w/m2150600～2025风机安装高度/m60～70m以上5～6m交通条件不便方便并网条件较好好建设条件困难好投资条件非常高较低
[0051]
结论：1.风能资源是风力发电的必要条件，煤矿风井风力发电装置具备最好的风能资源；
[0052]
2.从表3可以看出煤矿风井风力发电装置有非常优越的建设条件和必要性。
[0053]
通过对煤矿风力发电装置的通用性和实用性进行调查研究，其发电条件优于太阳能发电设施，优于戈壁滩，荒山峻岭和沿海风场等风场的发电条件，比上述发电机组的投资成本要少的多。
[0054]
对已建矿井的井下通风量进行了统计、比较，对井下通风的风速进行了统计和分析，并为煤矿风力发电装置的应用做了很多基础工作。
[0055]
在整体的布置、选型、成套上进行了设计(见表4)；
[0056]
表4风井风力发电装置设备一览表
[0057]
序号名称数量/台，个材料备注1三头滚动式双段风轮4组铝合金或镁合金，工程塑料，碳纤维2防爆型风力发电机4
ꢀꢀ
外购件3机架4钢结构 外购件4充电控制器1
ꢀꢀ
外购件5蓄电池组1组
ꢀꢀ
外购件
6逆变器1
ꢀꢀ
7电线m 外购件
[0058]
说明：设备按照一个回风立井井筒101二套矿井风井通风机103(工作风机103a和备用风机103b)配置。
[0059]
对煤矿风井风力发电装置的成本进行了初步估算(见表5)。
[0060]
表5发电机组部件一览表
[0061]
序号部件名称数量材料1叶片6铝合金2芯轴1铝合金3轴承3外购件4联轴器1外购件5防爆型风力发电机1外购件6机架1钢结构7地脚螺栓(用于固定机架)6外购件8地脚螺母6外购件
[0062]
说明：
①
表中给出的是一个发电机组的材料，整个系统有四组；
[0063]
②
从表中可以看出煤矿风井风力发电装置结构非常简单，性价比很高。
[0064]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种煤矿风井风力发电装置，其特征在于，包括发电机组、充电控制器和蓄电池组；所述发电机组以矿井风井通风机轴线为对称轴对称布置在扩散塔风口的两侧，每组发电机组均包括机架、芯轴、风叶和风力发电机；所述芯轴转动安装在机架上，每根芯轴上固定有多片风叶组成风轮；所述风叶为弧形板状结构，凹型面伸入扩散塔内侧的为迎风面，凸型面位于扩散塔外侧为背风面，扩散塔风口两侧发电机组的风叶弯曲方向相反；风力发电机的输入端与芯轴连接，输出端与充电控制器的输入端连接，充电控制器的输出端与蓄电池组的输入端连接。2.根据权利要求1所述的煤矿风井风力发电装置，其特征在于，每组发电机组均包括前后两组风叶，前后两组风叶的芯轴相接或为同一根芯轴，前后两组风叶错位设置。3.根据权利要求2所述的煤矿风井风力发电装置，其特征在于，前后两组风叶均为等角度固定的三片风叶，前后两组风叶构成三头滚动式二段风轮，前后两组风叶相错30
°
。4.根据权利要求3所述的煤矿风井风力发电装置，其特征在于，还包括与蓄电池组的输出端连接的逆变器。5.根据权利要求4所述的煤矿风井风力发电装置，其特征在于，充电控制器、蓄电池组和逆变器均安装在风井配电室内。6.根据权利要求5所述的煤矿风井风力发电装置，其特征在于，风力发电机为防爆型风力发电机。7.根据权利要求5或6所述的煤矿风井风力发电装置，其特征在于，风力发电机的输电线沿机架的立柱经地下埋管送到风井配电室内。

技术总结
本实用新型提供了一种煤矿风井风力发电装置，属于煤炭节能的技术领域，包括发电机组、充电控制器和蓄电池组；发电机组以矿井风井通风机轴线为对称轴对称布置在扩散塔风口的左右两侧，每组发电机组均包括机架、芯轴、风叶和风力发电机；芯轴通过轴承转动安装在机架上，每根芯轴上固定有多片风叶组成风轮；风叶为弧形板状结构，凹型面伸入扩散塔内侧的为迎风面，凸型面位于扩散塔外侧为背风面，扩散塔风口两侧发电机组的风叶弯曲方向相反；风力发电机的输入端与芯轴连接，输出端与充电控制器的输入端连接，充电控制器的输出端与蓄电池组的输入端连接。该装置解决了现有技术中井下乏风直接散向空中，大量的能量被浪费的技术问题。大量的能量被浪费的技术问题。大量的能量被浪费的技术问题。


技术研发人员：祖珂 张耀烨 李宇婧 刘文博 李晋明 梁志峰 陈祥祺 申金龙
受保护的技术使用者：山西安煤矿业设计工程有限公司
技术研发日：2022.11.14
技术公布日：2023/5/16