超大型風力發(fā)電機組的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種超大型風力發(fā)電機組，包括基礎，設于基礎上的塔架，塔架采用空間桁架結構，機艙罩殼安裝于塔架頂端的環(huán)型槽軌上，并設有偏航裝置和偏航剎車，機艙罩殼內(nèi)設有偏航裝置，監(jiān)控系統(tǒng)，以及依次連接的永磁雙向電機，恒速恒頻發(fā)電機，變速箱，傳動主軸；傳動主軸上設有風輪剎車裝置和軸承，雙掠面多葉片拉索式風輪的風輪輪轂伸入機艙罩殼內(nèi)與軸承外側(cè)剛性聯(lián)結；機艙罩殼與風輪輪轂形成柔性封閉接觸并可相對轉(zhuǎn)動；風輪輪轂前端安裝有整流罩，整流罩前端內(nèi)設有風速風向傳感器與監(jiān)控系統(tǒng)無線連接。該超大型風力發(fā)電機組，大幅增加了單機功率，減少了風電場占地面積，降低了風機安裝、運維成本，廣泛適用于環(huán)境狀況各異的海陸風電場。
【專利說明】
超大型風力發(fā)電機組
技術領域
[0001]本實用新型涉及發(fā)電裝置技術領域，特別是指一種超大型風力發(fā)電機組。
【背景技術】
[0002]風力發(fā)電，就是將流動空氣的動能通過風輪轉(zhuǎn)換為機械能，再驅(qū)動電機發(fā)電。風力發(fā)電是舉世公認的綠色新能源技術，世界各國正在積極推廣以應對全球氣候變暖。中國風電發(fā)展規(guī)模領先全球，屢計裝機容量已超過I億千瓦。傳統(tǒng)風電技術臻于成熟，從葉片設計制造、風機監(jiān)控到發(fā)電系統(tǒng)，都體現(xiàn)了當今世界的先進技術水平。但是傳統(tǒng)的風力發(fā)電機組，受葉片材料、制造工藝、設計理論與技術路線的束縛，無法大幅提高單臺風機功率，難以高效良性地開發(fā)利用風電，這與目前全球亟需擴大綠色能源的趨勢不相匹配。
[0003]單臺風機功率偏小，存在許多弊端。首先，就風電本身而言，由于風能間歇波動大、能量密度低，加上發(fā)電單元眾多，電力電子器件大量使用，會導致諸如低電壓穿越、無功功率補償、諧波成份增加、電能品質(zhì)不高等一系列問題，嚴重影響了風電發(fā)展。其次，不利于風電的市場化運作。多數(shù)風電場均由大量的小功率風機組成，這種機群模式拼湊的所謂大規(guī)模風電，使得陸上風電場占地面積龐大，海上風電場導致航行不便，且安裝運營維護成本大增。多數(shù)風電企業(yè)要靠政策傾斜、政府輸血才能維持生存，就是典型案例。
[0004]考察全球風電機型，水平軸三葉片風機作為最佳方案，占據(jù)了正在運營的風電機組的絕大多數(shù)。出于競爭的需要，設計師們都想突破風機功率偏小的局限。丹麥維斯塔斯公司研發(fā)的V164-8.0型風電機組已于2014年通過測試，其單臺風機功率達8000kw，葉片長度80m，風輪直徑164m，風輪掃掠面積21124m2，這是目前世界最大的風電機組。業(yè)內(nèi)人士預測，2020年之前，單機功率有可能超過I OOOOkw。即便如此，按照主流設計理論和傳統(tǒng)技術，短時間內(nèi)大幅度提高單臺風機功率的可能性不大。究其原因，風機功率的大小除了與風速直接相關，還與風輪掃掠面積正相關。而風速是外在不可控因素，欲提高風機功率，人為可控的方法就是增加風輪掃掠面積，而這正是問題的關鍵所在。就目前的材料與制造技術而言，如果不突破傳統(tǒng)的設計理念與技術路線，根本做不到大幅增加風輪掃掠面積。
[0005]因此，有必要設計一種超大型風力發(fā)電機組，以解決上述技術問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]針對【背景技術】中存在的問題，本實用新型目的是提供一種超大型風力發(fā)電機組，大幅度增加風機的單機功率，減少風電場使用面積，降低風機安裝、運維成本，以滿足風電大規(guī)模高效開發(fā)的要求。不僅陸上風電場占地面積極小，海上風電場則更可大幅降低安裝及運維成本。
[0007]本實用新型的技術方案是這樣實現(xiàn)的:一種超大型風力發(fā)電機組，包括基礎，設于基礎上的塔架，塔架采用空間桁架結構，機艙罩殼安裝于塔架的頂端，并設有偏航裝置和偏航剎車，機艙罩殼內(nèi)設有偏航裝置，監(jiān)控系統(tǒng)，以及依次連接的永磁雙向電機，恒速恒頻發(fā)電機，變速箱，和傳動主軸和軸承，所述傳動主軸上設有風輪剎車裝置和軸承，雙掠面多葉片拉索式風輪的風輪輪轂伸入機艙罩殼內(nèi)與傳動主軸軸承外側(cè)剛性聯(lián)結，機艙罩殼與風輪輪轂形成柔性封閉接觸并可作相對轉(zhuǎn)動，風輪輪轂前端安裝設有整流罩，整流罩前端內(nèi)設有風速風向傳感器與監(jiān)控系統(tǒng)無線聯(lián)絡連接。
[0008]在上述技術方案中，所述塔架的頂部設有環(huán)形槽式軌道，機艙罩殼通過環(huán)形槽式軌道與塔架連接。
[0009]在上述技術方案中，所述永磁雙向電機，恒速恒頻發(fā)電機，變速箱以及傳動主軸通過聯(lián)動軸器依次連接。
[0010]在上述技術方案中，所述風輪輪轂上的風輪設有前掃掠面與后掃掠面及連接前掃掠面和后掃掠面的翼型梁。
[0011]在上述技術方案中，所述風輪最外緣的翼型梁上設有氣動減速裝置。
[0012]在上述技術方案中，所述風輪的葉尖位置設有航空警示燈。
[0013]本實用新型超大型風力發(fā)電機組，通過采用雙掠面多葉片拉索式風輪，大幅度增加風輪掃掠面積，塔架采用空間桁架結構，高度可以隨風輪直徑的增加大幅度提升。在發(fā)電機功率調(diào)控上采用多種模式，從葉尖氣動調(diào)速、偏航調(diào)速，永磁電機調(diào)速，到發(fā)電機本身勵磁調(diào)節(jié)，可以確保發(fā)電機處于恒速恒頻工作狀態(tài)。這種超大型風力發(fā)電機組，大幅度增加單機功率，大大減少了風電場使用面積，降低了風機安裝、運維成本，廣泛適用于環(huán)境狀況各異的海上與陸上風電場。不僅陸上風電場占地面積極小，海上風電場則更可大幅降低安裝及運維成本。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型超大型風力發(fā)電機組結構示意圖；
[0015]圖2為圖1中環(huán)形槽式軌道結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0017]如圖1所示，本實用新型所述的一種超大型風力發(fā)電機組，發(fā)電功率達lOOMw，包括基礎I，設于基礎I上的塔架2，機艙罩殼8安裝于塔架2的頂端，并設有偏航裝置4和偏航剎車5，機艙罩殼8內(nèi)設有監(jiān)控系統(tǒng)6，以及通過聯(lián)動軸器9,11,13依次連接的永磁雙向電機7，恒速恒頻發(fā)電機1，變速箱12和傳動主軸15。
[0018]所述基礎I，占地面積50mX50m，分為承臺與基粧兩部分?；捰擅懿间摴芑捜航M成，每根鋼管粧打入地基作業(yè)坑表面以下50m，粧端伸入承臺內(nèi)部3m，承臺高10m，由鋼筋混凝土澆筑，承臺面積即為基礎占地面積，塔架2與基礎連接件預埋在承臺中心部位?；A1、塔架2、機艙罩殼8、風輪20的自身重力，以及群粧與土壤摩擦阻力，諸力與力矩聯(lián)合作用，確保在極端風速50 - 70m/s情況下，塔架2不會發(fā)生傾倒事故。
[0019]塔架2采用空間桁架結構，所述塔架2的頂部設有環(huán)形槽式軌道3，機艙罩殼8通過環(huán)形槽式軌道3與塔架2連接。根據(jù)確定的風輪20直徑，設定塔架2高度325m，風輪20最高點625m，最低點25m。塔架2由13節(jié)高度25m的立體桁架組成，每節(jié)有直徑1600mm的中心立柱I根、周側(cè)立柱6根，直徑600mm橫梁12根、斜拉桿12根。立柱均勾分布在半徑為15m的圓內(nèi)接正六邊形頂點和圓心處。塔架2的柱、梁、斜拉桿由Q345鋼管制成，壁厚20mm，鋼管內(nèi)外均有增強及防腐結構。塔架每吊裝完一節(jié)，以C50高強混凝土澆實鋼管，形成具有高強抗拉抗壓性能的鋼管混凝土結構。
[0020]其中，監(jiān)控系統(tǒng)6較為復雜，各類傳感器、執(zhí)行機構等分布在機艙、風輪、塔架、基礎等部件的內(nèi)外側(cè)，形成全方位的監(jiān)控網(wǎng)絡，監(jiān)控數(shù)據(jù)以有線或無線方式傳輸至地面監(jiān)控站。永磁雙向電機7作為發(fā)電機的外置調(diào)速調(diào)功機構，風輪輸出力矩超過發(fā)電機所需時，則向蓄電池組充電，反之則由蓄電池組供電驅(qū)動雙向電機向發(fā)電機輸出力矩，以維持發(fā)電機輸出功率恒定。如果風輪長時間出力不足，則啟動勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)輸出功率。恒速恒頻發(fā)電機10為100MW，勵磁方式為自激勵磁，能夠在±10%范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電功，經(jīng)升壓變壓器升壓至電網(wǎng)電壓后，直接向電網(wǎng)輸電。變速箱12變速比1: 120，采用行星大直徑圓柱直齒輪變速方式，使結構緊湊高效，易于維護。傳動主軸15主軸長25m，直徑1.6m，壁厚10mm，材料為高性能結構鋼，與之配合的軸承限制主軸的徑向與軸向位移，游隙1mm。
[0021]所述傳動主軸15上設有風輪剎車裝置14和軸承16，風輪剎車裝置14，風輪轉(zhuǎn)矩高達30000噸.米，按所需制動力矩設置多臺剎車裝置，監(jiān)控程序設置為在啟動制動剎車前，先啟動葉尖氣動減速、偏航順風程序，以最大限度減小制動力矩。雙掠面多葉片拉索式風輪20的風輪輪轂17伸入機艙罩殼8內(nèi)與軸承16外側(cè)剛性聯(lián)結。機艙罩殼8與風輪輪轂17形成柔性封閉接觸并可作相對轉(zhuǎn)動，風輪輪轂17安裝設有整流罩18，整流罩18前端內(nèi)設有風速風向傳感器19與監(jiān)控系統(tǒng)6無線連接，長度約3m，風速風向傳感器19的控制部件與微電源安裝在整流罩18內(nèi)，以無線傳輸方式與監(jiān)控系統(tǒng)6聯(lián)絡。此風速風向傳感器19位于迎風方向的最前沿和風輪中心，受擾程度最小，其風向可視作整個流場的來流方向，風速可視為垂直方向風速的平均值，因此是監(jiān)控系統(tǒng)6特別是偏航與調(diào)功的主要參考依據(jù)。
[0022]所述風輪輪轂17上的雙掠面多葉片拉索式風輪20設有前掃掠面22與后掃掠面21及連接前掃掠面22和后掃掠面21的翼型梁23。每個前掃掠面22與后掃掠面21呈放射狀均勻分布12支長度為300m葉片，前后葉片兩兩對稱。每支葉片分為10節(jié)，每節(jié)30m，節(jié)與節(jié)之間徑向剛性連接，橫向拉索連接，軸向以翼型梁與斜拉索連接;每節(jié)葉片的翼型、弦長、扭轉(zhuǎn)角可以各不相同，需根據(jù)風電場風速等參數(shù)確定。與風輪輪轂17軸線平行的翼型梁23截面為零升力薄翼型，既是受力構件，也是軸向整流葉片。
[0023]所述雙掠面多葉片拉索式風輪20最外緣的翼型梁23上設有氣動減速裝置24。當來流速度超過設定風速時，翼型梁上的副翼向外側(cè)旋轉(zhuǎn)一定角度，增大翼型梁23的迎風面積，使雙掠面多葉片拉索式風輪20受氣動阻力減速。所述雙掠面多葉片拉索式風輪20的葉尖位置設有航空警示燈25，分布在葉尖位置，前后掃掠面各12只，每當航空警示燈25處于最高點時啟動一次，閃爍時間為I秒。氣動減速裝置24和航空警示燈25的控制部件及電源設置在翼型梁23內(nèi)部，與監(jiān)控系統(tǒng)6以無線傳輸方式聯(lián)絡。
[0024]本實用新型超大型風力發(fā)電機組，通過采用雙掠面多葉片拉索式風輪20，大幅度增加風輪掃掠面積，塔架2采用空間桁架結構，高度可以隨風輪直徑的增加大幅度提升。在發(fā)電機功率調(diào)控上采用多種模式，從葉尖氣動調(diào)速、偏航調(diào)速，永磁電機調(diào)速，到發(fā)電機本身勵磁調(diào)節(jié)，可以確保發(fā)電機處于恒速恒頻工作狀態(tài)。這種功率級別的風力發(fā)電機組，是目前世界最大風電機組的12.5倍，不僅大大減少了風電場使用面積，而且降低了風機安裝、運維成本，廣泛適用于環(huán)境狀況不同的各類海陸風電場。不僅陸上風電場占地面積極小，海上風電場則更可大幅降低安裝及運維成本。
[0025]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種超大型風力發(fā)電機組，其特征在于:包括基礎，設于基礎上的塔架，塔架采用空間桁架結構，機艙罩殼安裝于塔架的頂端，并設有偏航裝置和偏航剎車，機艙罩殼內(nèi)設有偏航裝置，監(jiān)控系統(tǒng)，以及依次連接的永磁雙向電機，恒速恒頻發(fā)電機，變速箱，和傳動主軸和軸承，所述傳動主軸上設有風輪剎車裝置和軸承，雙掠面多葉片拉索式風輪的風輪輪轂伸入機艙罩殼內(nèi)與傳動主軸軸承外側(cè)剛性聯(lián)結，機艙罩殼與風輪輪轂形成柔性封閉接觸并可作相對轉(zhuǎn)動，風輪輪轂前端安裝設有整流罩，整流罩前端內(nèi)設有風速風向傳感器與監(jiān)控系統(tǒng)無線聯(lián)絡連接。2.根據(jù)權利要求1所述的超大型風力發(fā)電機組，其特征在于:所述塔架的頂部設有環(huán)形槽式軌道，機艙罩殼通過環(huán)形槽式軌道與塔架連接。3.根據(jù)權利要求1所述的超大型風力發(fā)電機組，其特征在于:所述永磁雙向電機，恒速恒頻發(fā)電機，變速箱以及傳動主軸通過聯(lián)動軸器依次連接。4.根據(jù)權利要求1所述的超大型風力發(fā)電機組，其特征在于:所述風輪輪轂上的風輪設有前掃掠面與后掃掠面及連接前掃掠面和后掃掠面的翼型梁。5.根據(jù)權利要求4所述的超大型風力發(fā)電機組，其特征在于:所述風輪最外緣的翼型梁上設有氣動減速裝置。6.根據(jù)權利要求5所述的超大型風力發(fā)電機組，其特征在于:所述風輪的葉尖位置設有航空警示燈。
【文檔編號】F03D9/25GK205663569SQ201620143721
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年2月25日
【發(fā)明人】李祖輝
【申請人】李祖輝