專利名稱：帶有固定桿的多轉(zhuǎn)子風力發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于風能利用領域，涉及一種帶有固定桿的多轉(zhuǎn)子風力發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術：
隨著世界性能源危機和全球環(huán)境污染加劇，許多國家都更加重視潔凈的可再生能源的研究、開發(fā)和利用。全球風能理事會指出，風力發(fā)電技術相比其它可再生能源技術而言更成熟，其效率也更高，產(chǎn)業(yè)前景最好，其開發(fā)利用增長率遠高于常規(guī)能源，風力發(fā)電技術是世界上發(fā)展最快的可再生能源技術之一。風輪是風能轉(zhuǎn)換為機械能的核心部件，因此葉片的性能決定風電機組的性能，葉片在設計壽命期內(nèi)的安全穩(wěn)定運行至關重要。水平軸風力發(fā)電機的葉片在旋轉(zhuǎn)過程中，受水平推力、慣性力和重力的綜合作用。受風切變影響，水平推力的大小始終變化，無論對葉片還是傳動系統(tǒng)和塔架都產(chǎn)生大的交變載荷；慣性力的方向隨時變化；重力在葉片根部產(chǎn)生一個與旋轉(zhuǎn)頻率同頻率的交變載荷。上述三個交變載荷以及由此產(chǎn)生的振動是葉片破壞的主要原因。風力發(fā)電機單機功率越做越大，目前國際上比較一致的看法是單機功率越大， 成本越低，其原因是一般認為風力機功率越大，所需的風力機數(shù)目越少，需要維修的部件越少，成本越低。實際上，由于受建筑物和地面的摩擦作用，隨著高度的增加，風速逐漸增大，這種現(xiàn)象稱之為風切變，葉片在回轉(zhuǎn)平面內(nèi)處于不同位置時，風速會有差異，因而在回轉(zhuǎn)平面垂直方向上葉片承受的水平推力和回轉(zhuǎn)力矩的大小會不同，導致葉片受到疲勞載荷。同時，重力也會在葉片上產(chǎn)生交變載荷。因此，葉片越長，重量越重，受風切變和重力載荷的影響越大，導致葉片所承受的交變載荷越大，葉片越容易發(fā)生破壞。目前，大型風力發(fā)電機葉片破壞的報道還不多見，主要是因為安裝時間短，問題還沒有完全暴露，若干年后，也許會大面積爆發(fā)。一旦出現(xiàn)問題，風電場由于停機、停電造成經(jīng)濟損失，再算上維修、吊裝及更換零部件、超限運輸、重復安裝等等花費，加之風機大多安裝在偏遠或者交通不便的地區(qū)，吊裝拆卸難度大，最后付出的代價巨大。因此，雖然風電機組的制造成本隨功率增加而降低，但考慮到后期的維修等費用，其總成本反而會上升。另一方面，巨型風電機組其葉片長度將達到 60-70m,陸上運輸、安裝極為困難，安裝用的吊車容量將超過1200-1400t，很多地區(qū)不具備這個條件，從而限制了巨型風電機組的使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種帶有固定桿的多轉(zhuǎn)子風力發(fā)電系統(tǒng)。本發(fā)明的技術方案概述如下一種帶有固定桿的多轉(zhuǎn)子風力發(fā)電系統(tǒng)，包括下部塔架1、回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置3和風力機，還包括上部塔架2、梁6、機艙架7和內(nèi)固定桿8，回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置設置在上部塔架和下部塔架之間，位于上部塔架兩側(cè)的梁通過梁的一端固定連接在上部塔架上，內(nèi)固定桿的一端與梁的中間部位連接，內(nèi)固定桿的另一端與上部塔架連接，機艙架設置在上部塔架上，風力機設置在上部塔架的頂部、梁或/和機艙架上，風力機包括風輪4和機艙5，風力機為2-100 個。還可以包括外固定桿9，外固定桿的一端與梁的外端連接，外固定桿的另一端與上部塔架連接。梁的一端與上部塔架的固定連接為焊接、鉚接或螺栓連接。內(nèi)固定桿為角鋼、工字鋼、槽鋼、方鋼、圓鋼、方管或圓管。外固定桿為角鋼、工字鋼、槽鋼、方鋼、圓鋼、方管或圓管。內(nèi)固定桿與所述梁和所述上部塔架的連接為焊接、鉚接、螺栓連接或鉸接連接。外固定桿與所述梁和所述上部塔架的連接為焊接、鉚接、螺栓連接或鉸接連接。風力機的功率為優(yōu)選0. 5 500kW，最好是2 lOOkW。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是(1)葉片壽命長。本發(fā)明的上部塔架上安裝多個中、小型風力機，其葉片短，在高度方向上受風切變影響小，短葉片的疲勞載荷小，同時短葉片的制造技術成熟，性能穩(wěn)定，因而葉片的壽命長。(2)占地面積小?？紤]到尾流的影響，現(xiàn)有技術的普通風電機組在安裝時要相隔一定的距離，而本發(fā)明的在一個塔架上的多個風力機僅僅需要考慮風力機側(cè)向的相互影響， 大大節(jié)省了占地面積。同時，中、小型機組的尾流影響距離短，在風電場內(nèi)可以布置更多本發(fā)明，有利于提高風電場的總裝機容量，提高風電場的經(jīng)濟效益。(3)獨特的安裝方式。本發(fā)明的上部塔架連接有梁，在正常使用時，作為風力機的安裝結構，在安裝和維修時梁可以作為吊支架，不需要或者僅需要小型起吊機械就可以進行設備安裝與拆裝，有效降低安裝維修成本。(4)維修成本低。主要體現(xiàn)在以下幾個方面一是由于采用中、小型風力機，其葉片不僅短而且重量輕，運輸方便和更換簡便；二是規(guī)?；б娓?，利于集成化和模塊化和規(guī)?；档蜕a(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益；三是中、小型風力機技術成熟，零部件價格便宜。( 系統(tǒng)的可靠性好。本發(fā)明由于采用的是在一個塔架上布置多個風力機的方式， 當單個或某幾個風力機發(fā)生故障，不會對其他風力機產(chǎn)生影響，系統(tǒng)仍然能夠基本保持正常運轉(zhuǎn)。風電場的風力機數(shù)目更多，單個風力機發(fā)生故障對系統(tǒng)和電網(wǎng)的影響微乎其微。(6)應用范圍廣。與大型和巨型風電機組相比，本發(fā)明由于采用中、小型風力機，無論是對風場條件、地理位置還是占地面積的要求要低的多，大大拓展了本系統(tǒng)的應用范圍。(7)取消了機艙內(nèi)的回轉(zhuǎn)軸承或回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置。由于在上部塔架和下部塔架中間布置了回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，實現(xiàn)了上部塔架、梁和風力機的整體回轉(zhuǎn)，因此不需要在單個風力機的機艙內(nèi)設置回轉(zhuǎn)軸承或回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置。(8)對于在一個塔架上安裝有多個風力機的帶有內(nèi)固定桿的多轉(zhuǎn)子風力發(fā)電系統(tǒng)，其梁上要布置有若干個風力機，梁不僅要承受自身的重力載荷，還有風力機的重力載荷，并且，風作用在梁和風輪上，產(chǎn)生水平推力，也會作用于梁上。當梁做成懸臂結構時，梁的所有受力最后都作用于根部，因此在制造時需要的壁厚較厚或尺寸較大，成本較高。當梁做成鉸接懸索結構時，梁承受水平推力的抗彎能力不強，容易導致梁產(chǎn)生較大的水平位移。本發(fā)明由于采用內(nèi)固定桿或/和外固定桿而形成的斜拉結構不僅大大改善了梁的受力，降低了成本，系統(tǒng)整體結構剛度大，安全性好。


圖1為一種帶有固定桿的多轉(zhuǎn)子風力發(fā)電系統(tǒng)的示意圖。圖2為一種帶有固定桿的多轉(zhuǎn)子風力發(fā)電系統(tǒng)第二種方式的示意圖。圖3為一種帶有固定桿的多轉(zhuǎn)子風力發(fā)電系統(tǒng)的俯視示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明做進一步詳述，以下詳述只是描述性的，不是限定性的，不能限定本發(fā)明的保護范圍。下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。一種帶有固定桿的多轉(zhuǎn)子風力發(fā)電系統(tǒng)，包括下部塔架1、回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置3和風力機，還包括上部塔架2、梁6、機艙架7和內(nèi)固定桿8，回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置設置在上部塔架和下部塔架之間，用于實現(xiàn)對上部塔架梁、機艙架和風力機的整體回轉(zhuǎn)，梁可以選2-50個，優(yōu)選4-10 個，最好是6個，位于上部塔架兩側(cè)的梁通過梁的一端固定連接在上部塔架上，內(nèi)固定桿的一端與梁的中間部位連接，內(nèi)固定桿的另一端與上部塔架連接，機艙架設置在上部塔架上， 風力機設置在上部塔架的頂部、梁或/和機艙架上，風力機包括風輪4和機艙5，風力機為 2-100 個。還可以包括外固定桿9，外固定桿的一端與梁的外端連接，外固定桿的另一端與上部塔架連接。梁的一端與上部塔架的固定連接為焊接、鉚接或螺栓連接。內(nèi)固定桿為角鋼、工字鋼、槽鋼、方鋼、圓鋼、方管或圓管。外固定桿為角鋼、工字鋼、槽鋼、方鋼、圓鋼、方管或圓管。內(nèi)固定桿與所述梁和所述上部塔架的連接為焊接、鉚接、螺栓連接或鉸接連接。外固定桿與所述梁和所述上部塔架的連接為焊接、鉚接、螺栓連接或鉸接連接。每根梁上的內(nèi)固定桿的數(shù)目可以是1 -4個，優(yōu)選1 -2個。風力機的功率為優(yōu)選0. 5 500kW，最好是2 lOOkW。本發(fā)明專利的工作原理為當風速達到風力機的啟動風速時，風力機開始轉(zhuǎn)動工作，產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)同頻、同相的電后，再連接到電網(wǎng)上進行并網(wǎng)發(fā)電，或輸送到蓄能系統(tǒng)進行儲能。當風向改變時，系統(tǒng)中的風向標將回轉(zhuǎn)信號發(fā)送給回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，在液壓或電機作用下帶動上部結構進行回轉(zhuǎn)，一直轉(zhuǎn)動到風向方向上，達到對風的目的。當系統(tǒng)中的風速計檢測到風速超過額定風速時，系統(tǒng)發(fā)送信號給回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，在液壓或電機作用下帶動上部結構進行偏航。
權利要求
1.一種帶有固定桿的多轉(zhuǎn)子風力發(fā)電系統(tǒng)，包括下部塔架(1)、回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置C3)和風力機，其特征是還包括上部塔架( 、梁(6)、機艙架(7)和內(nèi)固定桿(8)，所述回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置設置在所述上部塔架和所述下部塔架之間，位于上部塔架兩側(cè)的梁通過梁的一端固定連接在所述上部塔架上，所述內(nèi)固定桿的一端與所述梁的中間部位連接，所述內(nèi)固定桿的另一端與所述上部塔架連接，所述機艙架設置在所述上部塔架上，所述風力機設置在所述上部塔架的頂部、梁或/和機艙架上，所述風力機包括風輪(4)和機艙(5)，所述風力機為2-100 個。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種帶有固定桿的多轉(zhuǎn)子風力發(fā)電系統(tǒng)，其特征是還包括外固定桿(9)，所述外固定桿的一端與所述梁的外端連接，所述外固定桿的另一端與所述上部塔架連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種帶有固定桿的多轉(zhuǎn)子風力發(fā)電系統(tǒng)，其特征是梁的一端與上部塔架的固定連接為焊接、鉚接或螺栓連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種帶有固定桿的多轉(zhuǎn)子風力發(fā)電系統(tǒng)，其特征是所述內(nèi)固定桿為角鋼、工字鋼、槽鋼、方鋼、圓鋼、方管或圓管。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種帶有固定桿的多轉(zhuǎn)子風力發(fā)電系統(tǒng)，其特征是所述外固定桿為角鋼、工字鋼、槽鋼、方鋼、圓鋼、方管或圓管。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種帶有固定桿的多轉(zhuǎn)子風力發(fā)電系統(tǒng)，其特征是所述內(nèi)固定桿與所述梁和所述上部塔架的連接為焊接、鉚接、螺栓連接或鉸接連接。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種帶有固定桿的多轉(zhuǎn)子風力發(fā)電系統(tǒng)，其特征是所述外固定桿與所述梁和所述上部塔架的連接為焊接、鉚接、螺栓連接或鉸接連接。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種帶有固定桿的多轉(zhuǎn)子風力發(fā)電系統(tǒng)，其特征是所述風力機的功率為0. 5 500kffo
9.根據(jù)權利要求8所述的一種帶有固定桿的多轉(zhuǎn)子風力發(fā)電系統(tǒng)，其特征是所述風力機的功率為2 lOOkW。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶有固定桿的多轉(zhuǎn)子風力發(fā)電系統(tǒng)，包括下部塔架1、回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置3和風力機，還包括上部塔架2、梁6、機艙架7和內(nèi)固定桿8，回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置設置在上部塔架和下部塔架之間，位于上部塔架兩側(cè)的梁通過梁的一端固定連接在上部塔架上，內(nèi)固定桿的一端與梁的中間部位連接，內(nèi)固定桿的另一端與上部塔架連接，機艙架設置在上部塔架上，風力機設置在上部塔架的頂部、梁或/和機艙架上，風力機包括風輪4和機艙5，風力機為2-100個。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是葉片壽命長，占地面積小，有效降低安裝維修成本，維修成本低，系統(tǒng)的可靠性好，應用范圍廣，取消了機艙內(nèi)的回轉(zhuǎn)軸承或回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，梁的受力小。
文檔編號F03D11/00GK102305172SQ201110241019
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月19日 優(yōu)先權日2011年8月19日
發(fā)明者朱麗, 王一平, 黃群武 申請人:天津大學