超大型風(fēng)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(fēng)力發(fā)電機組，包括基礎(chǔ)，設(shè)于基礎(chǔ)上的塔架，塔架采用空間桁架結(jié)構(gòu)，機艙罩殼安裝于塔架頂端的環(huán)型槽軌上，并設(shè)有偏航裝置和偏航剎車，機艙罩殼內(nèi)設(shè)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(shè)有風(fēng)輪剎車裝置和軸承，雙掠面多葉片拉索式風(fēng)輪的風(fēng)輪輪轂伸入機艙罩殼內(nèi)與軸承外側(cè)剛性聯(lián)結(jié)；機艙罩殼與風(fēng)輪輪轂形成柔性封閉接觸并可相對轉(zhuǎn)動；風(fēng)輪輪轂前端安裝有整流罩，整流罩前端內(nèi)設(shè)有風(fēng)速風(fēng)向傳感器與監(jiān)控系統(tǒng)無線連接。該超大型風(fēng)力發(fā)電機組，大幅增加了單機功率，減少了風(fēng)電場占地面積，降低了風(fēng)機安裝、運維成本，廣泛適用于環(huán)境狀況各異的海陸風(fēng)電場。
【專利說明】
超大型風(fēng)力發(fā)電機組
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及發(fā)電裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種超大型風(fēng)力發(fā)電機組。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力發(fā)電，就是將流動空氣的動能通過風(fēng)輪轉(zhuǎn)換為機械能，再驅(qū)動電機發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電是舉世公認的綠色新能源技術(shù)，世界各國正在積極推廣以應(yīng)對全球氣候變暖。中國風(fēng)電發(fā)展規(guī)模領(lǐng)先全球，屢計裝機容量已超過I億千瓦。傳統(tǒng)風(fēng)電技術(shù)臻于成熟，從葉片設(shè)計制造、風(fēng)機監(jiān)控到發(fā)電系統(tǒng)，都體現(xiàn)了當(dāng)今世界的先進技術(shù)水平。但是傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機組，受葉片材料、制造工藝、設(shè)計理論與技術(shù)路線的束縛，無法大幅提高單臺風(fēng)機功率，難以高效良性地開發(fā)利用風(fēng)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(fēng)機功率偏小，存在許多弊端。首先，就風(fēng)電本身而言，由于風(fēng)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(dǎo)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(yán)重影響了風(fēng)電發(fā)展。其次，不利于風(fēng)電的市場化運作。多數(shù)風(fēng)電場均由大量的小功率風(fēng)機組成，這種機群模式拼湊的所謂大規(guī)模風(fēng)電，使得陸上風(fēng)電場占地面積龐大，海上風(fēng)電場導(dǎo)致航行不便，且安裝運營維護成本大增。多數(shù)風(fēng)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(fēng)電機型，水平軸三葉片風(fēng)機作為最佳方案，占據(jù)了正在運營的風(fēng)電機組的絕大多數(shù)。出于競爭的需要，設(shè)計師們都想突破風(fēng)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(fēng)電機組已于2014年通過測試，其單臺風(fēng)機功率達8000kw，葉片長度80m，風(fēng)輪直徑164m，風(fēng)輪掃掠面積21124m2，這是目前世界最大的風(fēng)電機組。業(yè)內(nèi)人士預(yù)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(shè)計理論和傳統(tǒng)技術(shù)，短時間內(nèi)大幅度提高單臺風(fēng)機功率的可能性不大。究其原因，風(fēng)機功率的大小除了與風(fēng)速直接相關(guān)，還與風(fēng)輪掃掠面積正相關(guān)。而風(fēng)速是外在不可控因素，欲提高風(fēng)機功率，人為可控的方法就是增加風(fēng)輪掃掠面積，而這正是問題的關(guān)鍵所在。就目前的材料與制造技術(shù)而言，如果不突破傳統(tǒng)的設(shè)計理念與技術(shù)路線，根本做不到大幅增加風(fēng)輪掃掠面積。
[0005]因此，有必要設(shè)計一種超大型風(fēng)力發(fā)電機組，以解決上述技術(shù)問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]針對【背景技術(shù)】中存在的問題，本實用新型目的是提供一種超大型風(fēng)力發(fā)電機組，大幅度增加風(fēng)機的單機功率，減少風(fēng)電場使用面積，降低風(fēng)機安裝、運維成本，以滿足風(fēng)電大規(guī)模高效開發(fā)的要求。不僅陸上風(fēng)電場占地面積極小，海上風(fēng)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(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:一種超大型風(fēng)力發(fā)電機組，包括基礎(chǔ)，設(shè)于基礎(chǔ)上的塔架，塔架采用空間桁架結(jié)構(gòu)，機艙罩殼安裝于塔架的頂端，并設(shè)有偏航裝置和偏航剎車，機艙罩殼內(nèi)設(shè)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(shè)有風(fēng)輪剎車裝置和軸承，雙掠面多葉片拉索式風(fēng)輪的風(fēng)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(jié)，機艙罩殼與風(fēng)輪輪轂形成柔性封閉接觸并可作相對轉(zhuǎn)動，風(fēng)輪輪轂前端安裝設(shè)有整流罩，整流罩前端內(nèi)設(shè)有風(fēng)速風(fēng)向傳感器與監(jiān)控系統(tǒng)無線聯(lián)絡(luò)連接。
[0008]在上述技術(shù)方案中，所述塔架的頂部設(shè)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(shù)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(shù)方案中，所述風(fēng)輪輪轂上的風(fēng)輪設(shè)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(shù)方案中，所述風(fēng)輪最外緣的翼型梁上設(shè)有氣動減速裝置。
[0012]在上述技術(shù)方案中，所述風(fēng)輪的葉尖位置設(shè)有航空警示燈。
[0013]本實用新型超大型風(fēng)力發(fā)電機組，通過采用雙掠面多葉片拉索式風(fēng)輪，大幅度增加風(fēng)輪掃掠面積，塔架采用空間桁架結(jié)構(gòu)，高度可以隨風(fēng)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(fēng)力發(fā)電機組，大幅度增加單機功率，大大減少了風(fēng)電場使用面積，降低了風(fēng)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(fēng)電場。不僅陸上風(fēng)電場占地面積極小，海上風(fēng)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(fēng)力發(fā)電機組結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為圖1中環(huán)形槽式軌道結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面將結(jié)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(shù)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├绢I(lǐng)域普通技術(shù)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(fēng)力發(fā)電機組，發(fā)電功率達lOOMw，包括基礎(chǔ)I，設(shè)于基礎(chǔ)I上的塔架2，機艙罩殼8安裝于塔架2的頂端，并設(shè)有偏航裝置4和偏航剎車5，機艙罩殼8內(nèi)設(shè)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(chǔ)I，占地面積50mX50m，分為承臺與基粧兩部分。基粧由密布鋼管粧群組成，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(chǔ)占地面積，塔架2與基礎(chǔ)連接件預(yù)埋在承臺中心部位?；A(chǔ)1、塔架2、機艙罩殼8、風(fēng)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(fēng)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(jié)構(gòu)，所述塔架2的頂部設(shè)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(fēng)輪20直徑，設(shè)定塔架2高度325m，風(fēng)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(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)。
[0020]其中，監(jiān)控系統(tǒng)6較為復(fù)雜，各類傳感器、執(zhí)行機構(gòu)等分布在機艙、風(fēng)輪、塔架、基礎(chǔ)等部件的內(nèi)外側(cè)，形成全方位的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，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(gòu)，風(fēng)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(fēng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shè)有風(fēng)輪剎車裝置14和軸承16，風(fēng)輪剎車裝置14，風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩高達30000噸.米，按所需制動力矩設(shè)置多臺剎車裝置，監(jiān)控程序設(shè)置為在啟動制動剎車前，先啟動葉尖氣動減速、偏航順風(fēng)程序，以最大限度減小制動力矩。雙掠面多葉片拉索式風(fēng)輪20的風(fēng)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(jié)。機艙罩殼8與風(fēng)輪輪轂17形成柔性封閉接觸并可作相對轉(zhuǎn)動，風(fēng)輪輪轂17安裝設(shè)有整流罩18，整流罩18前端內(nèi)設(shè)有風(fēng)速風(fēng)向傳感器19與監(jiān)控系統(tǒng)6無線連接，長度約3m，風(fēng)速風(fēng)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(luò)。此風(fēng)速風(fēng)向傳感器19位于迎風(fēng)方向的最前沿和風(fēng)輪中心，受擾程度最小，其風(fēng)向可視作整個流場的來流方向，風(fēng)速可視為垂直方向風(fēng)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(fēng)輪輪轂17上的雙掠面多葉片拉索式風(fēng)輪20設(shè)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(fēng)電場風(fēng)速等參數(shù)確定。與風(fēng)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(gòu)件，也是軸向整流葉片。
[0023]所述雙掠面多葉片拉索式風(fēng)輪20最外緣的翼型梁23上設(shè)有氣動減速裝置24。當(dāng)來流速度超過設(shè)定風(fēng)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(fēng)面積，使雙掠面多葉片拉索式風(fēng)輪20受氣動阻力減速。所述雙掠面多葉片拉索式風(fēng)輪20的葉尖位置設(shè)有航空警示燈25，分布在葉尖位置，前后掃掠面各12只，每當(dāng)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(shè)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(luò)。
[0024]本實用新型超大型風(fēng)力發(fā)電機組，通過采用雙掠面多葉片拉索式風(fēng)輪20，大幅度增加風(fēng)輪掃掠面積，塔架2采用空間桁架結(jié)構(gòu)，高度可以隨風(fēng)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(fēng)力發(fā)電機組，是目前世界最大風(fēng)電機組的12.5倍，不僅大大減少了風(fēng)電場使用面積，而且降低了風(fēng)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(fēng)電場。不僅陸上風(fēng)電場占地面積極小，海上風(fēng)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(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種超大型風(fēng)力發(fā)電機組，其特征在于:包括基礎(chǔ)，設(shè)于基礎(chǔ)上的塔架，塔架采用空間桁架結(jié)構(gòu)，機艙罩殼安裝于塔架的頂端，并設(shè)有偏航裝置和偏航剎車，機艙罩殼內(nèi)設(shè)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(shè)有風(fēng)輪剎車裝置和軸承，雙掠面多葉片拉索式風(fēng)輪的風(fēng)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(jié)，機艙罩殼與風(fēng)輪輪轂形成柔性封閉接觸并可作相對轉(zhuǎn)動，風(fēng)輪輪轂前端安裝設(shè)有整流罩，整流罩前端內(nèi)設(shè)有風(fēng)速風(fēng)向傳感器與監(jiān)控系統(tǒng)無線聯(lián)絡(luò)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超大型風(fēng)力發(fā)電機組，其特征在于:所述塔架的頂部設(shè)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(quán)利要求1所述的超大型風(fēng)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(quán)利要求1所述的超大型風(fēng)力發(fā)電機組，其特征在于:所述風(fēng)輪輪轂上的風(fēng)輪設(shè)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(quán)利要求4所述的超大型風(fēng)力發(fā)電機組，其特征在于:所述風(fēng)輪最外緣的翼型梁上設(shè)有氣動減速裝置。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超大型風(fēng)力發(fā)電機組，其特征在于:所述風(fēng)輪的葉尖位置設(shè)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