專利名稱：一種帶有尾舵的多轉(zhuǎn)子風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于風(fēng)能利用領(lǐng)域，涉及一種帶有尾舵的多轉(zhuǎn)子風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著世界性能源危機(jī)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(fēng)能理事會指出，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)相比其它可再生能源技術(shù)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(yuǎn)高于常規(guī)能源，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是世界上發(fā)展最快的可再生能源技術(shù)之一。風(fēng)輪是風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的核心部件，因此葉片的性能決定風(fēng)電機(jī)組的性能，葉片在設(shè)計壽命期內(nèi)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(fēng)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(fēng)力發(fā)電機(jī)單機(jī)功率越做越大，目前國際上比較一致的看法是單機(jī)功率越大， 成本越低，其原因是一般認(rèn)為風(fēng)力機(jī)功率越大，所需的風(fēng)力機(jī)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(fēng)速逐漸增大，這種現(xiàn)象稱之為風(fēng)切變，葉片在回轉(zhuǎn)平面內(nèi)處于不同位置時，風(fēng)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(dǎo)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(fēng)切變和重力載荷的影響越大，導(dǎo)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(fēng)力發(fā)電機(jī)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(fēng)電場由于停機(jī)、停電造成經(jīng)濟(jì)損失，再算上維修、吊裝及更換零部件、超限運(yùn)輸、重復(fù)安裝等等花費，加之風(fēng)機(jī)大多安裝在偏遠(yuǎn)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(fēng)電機(jī)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(fēng)電機(jī)組其葉片長度將達(dá)到 60-70m,陸上運(yùn)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(fēng)電機(jī)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(shù)中存在的不足，提供一種帶有尾舵的多轉(zhuǎn)子風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下一種帶有尾舵的多轉(zhuǎn)子風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括下部塔架1、回轉(zhuǎn)軸承3和風(fēng)力機(jī)，還包括上部塔架2、梁6和尾舵7，回轉(zhuǎn)軸承設(shè)置在上部塔架和下部塔架之間，梁的一端與上部塔架固定連接，風(fēng)力機(jī)與上部塔架的頂部或/和梁固定連接，風(fēng)力機(jī)包括風(fēng)輪4和機(jī)艙5，風(fēng)力機(jī)為2-100個，上部塔架兩側(cè)的梁的長度相等，上部塔架一側(cè)的梁上設(shè)置的風(fēng)力機(jī)的數(shù)量比另一側(cè)梁上設(shè)置的風(fēng)力機(jī)的數(shù)量多1-20個，尾舵與上部塔架、梁或/和機(jī)艙通過銷軸進(jìn)行連接。尾舵的數(shù)目為1-100個。一種帶有尾舵的多轉(zhuǎn)子風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)還可以包括桅8，桅的一端連接在下部塔架上。桅為3-40 個。風(fēng)力機(jī)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(fēng)力機(jī)，其葉片短，在高度方向上受風(fēng)切變影響小，短葉片的疲勞載荷小，同時短葉片的制造技術(shù)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(shù)的普通風(fēng)電機(jī)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(fēng)力機(jī)僅僅需要考慮風(fēng)力機(jī)側(cè)向的相互影響， 大大節(jié)省了占地面積。同時，中、小型機(jī)組的尾流影響距離短，在風(fēng)電場內(nèi)可以布置更多本發(fā)明，有利于提高風(fēng)電場的總裝機(jī)容量，提高風(fēng)電場的經(jīng)濟(jì)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(fēng)力機(jī)的安裝結(jié)構(gòu)，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(jī)械就可以進(jìn)行設(shè)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(fēng)力機(jī)，其葉片不僅短而且重量輕，運(yùn)輸方便和更換簡便；二是規(guī)模化效益高，利于集成化和模塊化和規(guī)模化，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益；三是中、小型風(fēng)力機(jī)技術(shù)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(fēng)力機(jī)的方式， 當(dāng)單個或某幾個風(fēng)力機(jī)發(fā)生故障，不會對其他風(fēng)力機(jī)產(chǎn)生影響，系統(tǒng)仍然能夠基本保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)。風(fēng)電場的風(fēng)力機(jī)數(shù)目更多，單個風(fēng)力機(jī)發(fā)生故障對系統(tǒng)和電網(wǎng)的影響微乎其微。(6)應(yīng)用范圍廣。與大型和巨型風(fēng)電機(jī)組相比，本發(fā)明由于采用中、小型風(fēng)力機(jī)，無論是對風(fēng)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(yīng)用范圍。(7)取消了機(jī)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(fēng)力機(jī)的整體回轉(zhuǎn)，因此不需要在單個風(fēng)力機(jī)的機(jī)艙內(nèi)設(shè)置回轉(zhuǎn)軸承或回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置。(8)自動對風(fēng)、偏航和安全保護(hù)。尾舵在風(fēng)速小于額定風(fēng)速時產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)力矩驅(qū)動回轉(zhuǎn)軸承以上部分進(jìn)行對風(fēng)。不對稱布置的風(fēng)力機(jī)在風(fēng)速大于額定風(fēng)速時產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)力矩驅(qū)動回轉(zhuǎn)軸承以上部分進(jìn)行偏航。(9)不需要驅(qū)動系統(tǒng)。由于結(jié)構(gòu)的對風(fēng)、偏航和安全保護(hù)通過設(shè)計的尾舵都可以實現(xiàn)，因此不需要再設(shè)置液壓式或電機(jī)驅(qū)動式的回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置。


圖1為帶有尾舵的多轉(zhuǎn)子風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的示意圖。
圖2為帶有尾舵的多轉(zhuǎn)子風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的俯視示意圖。圖3為帶有尾舵的多轉(zhuǎn)子風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)第二種形式的示意圖。圖4為帶有尾舵的多轉(zhuǎn)子風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)第二種形式的俯視示意圖。圖5為帶有尾舵的多轉(zhuǎn)子風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)第三種形式的俯視示意圖。圖6為正常運(yùn)行時的帶有尾舵的多轉(zhuǎn)子風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的俯視示意圖。圖7為順風(fēng)位置時的帶有尾舵的多轉(zhuǎn)子風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的俯視示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施做進(jìn)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)明專利的保護(hù)范圍。一種帶有尾舵的多轉(zhuǎn)子風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括下部塔架1、回轉(zhuǎn)軸承3和風(fēng)力機(jī)，還包括上部塔架2、梁6和尾舵7，回轉(zhuǎn)軸承設(shè)置在上部塔架和下部塔架之間，梁的一端與上部塔架固定連接，風(fēng)力機(jī)與上部塔架的頂部或/和梁固定連接，風(fēng)力機(jī)包括風(fēng)輪4和機(jī)艙5，風(fēng)力機(jī)為2-100個，上部塔架兩側(cè)的梁的長度相等，上部塔架一側(cè)的梁上設(shè)置的風(fēng)力機(jī)的數(shù)量比另一側(cè)梁上設(shè)置的風(fēng)力機(jī)的數(shù)量多1-20個，尾舵與上部塔架、梁或/和機(jī)艙通過銷軸進(jìn)行連接。尾舵的數(shù)目為1-100個。一種帶有尾舵的多轉(zhuǎn)子風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)還可以包括桅8，桅的一端連接在下部塔架上。桅為3-40 個。風(fēng)力機(jī)的功率為優(yōu)選0. 5 500kW，最好是2 lOOkW。尾舵在風(fēng)速小于額定風(fēng)速時產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)力矩驅(qū)動結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn)進(jìn)行對風(fēng)。不對稱布置的風(fēng)力機(jī)在風(fēng)速大于額定風(fēng)速時產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)力矩驅(qū)動結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn)進(jìn)行偏航。本發(fā)明專利的工作原理為當(dāng)風(fēng)速達(dá)到風(fēng)力機(jī)的啟動風(fēng)速時，風(fēng)力機(jī)開始轉(zhuǎn)動工作，在風(fēng)速還沒有達(dá)到限速風(fēng)速時，風(fēng)輪將在尾舵的作用下處在正對風(fēng)向的位置，也就是工作的位置。當(dāng)風(fēng)速大于限速風(fēng)速時，不對稱布置的結(jié)構(gòu)可促使風(fēng)輪產(chǎn)生一個順著風(fēng)向回轉(zhuǎn)的力矩，達(dá)到偏航和安全保護(hù)的目的。
權(quán)利要求
1.一種帶有尾舵的多轉(zhuǎn)子風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括下部塔架(1)、回轉(zhuǎn)軸承C3)和風(fēng)力機(jī)， 其特征是還包括上部塔架⑵、梁(6)和尾舵(7)，所述回轉(zhuǎn)軸承設(shè)置在所述上部塔架和所述下部塔架之間，所述梁的一端與上部塔架固定連接，所述風(fēng)力機(jī)與所述上部塔架的頂部或/和所述梁固定連接，所述風(fēng)力機(jī)包括風(fēng)輪(4)和機(jī)艙(5)，所述風(fēng)力機(jī)為2-100個，所述上部塔架兩側(cè)的梁的長度相等，上部塔架一側(cè)的梁上設(shè)置的風(fēng)力機(jī)的數(shù)量比另一側(cè)梁上設(shè)置的風(fēng)力機(jī)的數(shù)量多1-20個，所述尾舵與所述上部塔架、所述梁或/和所述機(jī)艙通過銷軸進(jìn)行連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有尾舵的多轉(zhuǎn)子風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征是所述尾舵的數(shù)目為1-100個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有尾舵的多轉(zhuǎn)子風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征還包括桅(8)， 所述桅的一端連接在所述下部塔架上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種帶有尾舵的多轉(zhuǎn)子風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征是所述桅為 3-40 個。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有尾舵的多轉(zhuǎn)子風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征是所述風(fēng)力機(jī)的功率為0. 5 500kW。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種帶有尾舵的多轉(zhuǎn)子風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征是所述風(fēng)力機(jī)的功率為2 lOOkW。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶有尾舵的多轉(zhuǎn)子風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括下部塔架1、回轉(zhuǎn)軸承3和風(fēng)力機(jī)，還包括上部塔架2、梁6和尾舵7，回轉(zhuǎn)軸承設(shè)置在上部塔架和下部塔架之間，梁的一端與上部塔架固定連接，風(fēng)力機(jī)與上部塔架的頂部或/和梁固定連接，風(fēng)力機(jī)包括風(fēng)輪4和機(jī)艙5，風(fēng)力機(jī)為2-100個，上部塔架兩側(cè)的梁的長度相等，上部塔架一側(cè)的梁上設(shè)置的風(fēng)力機(jī)的數(shù)量比另一側(cè)梁上設(shè)置的風(fēng)力機(jī)的數(shù)量多1-20個，尾舵與上部塔架、梁或/和機(jī)艙通過銷軸進(jìn)行連接。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是葉片壽命長，占地面積小，安裝成本低，維修成本低，可靠性好，應(yīng)用范圍廣，取消了機(jī)艙內(nèi)的回轉(zhuǎn)軸承或回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，自動對風(fēng)、偏航和安全保護(hù)。
文檔編號F03D1/02GK102322400SQ20111024103
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月19日 優(yōu)先權(quán)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(xué)