CN101225799B - 一种带球铰底座的垂直轴风电机组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型垂直轴风电机组，尤其是一种带球铰底座的垂直轴风电机组。该种形式的风电机组不仅取消膜片联轴器和球铰组成的软连接，也能够简化支架结构，改善直驱发电机径向轴承的工作状况，并可以改善机组系统稳定性能。

Description

一种带球铰底座的垂直轴风电机组
技术领域
本发明涉及一种新型垂直轴风电机组，尤其是一种带球铰底座的垂直轴风电机组。
背景技术
目前，风力发电的主要设备有两种，水平轴风电机组和垂直轴风电机组，这两类机组的结构形式、运行工况和采用的设备不完全相同。水平轴风电机组的叶片绕平行于地面的水平轴旋转，被普遍应用在风力发电中。垂直轴风电机组的叶片绕垂直与地面的竖轴旋转，典型的垂直轴风电机组是Darrieus型。1931年Darrieus在美国申请了专利，提出了一种垂直轴风电机组。
上世纪80-90年代，国外出现了大量的垂直轴风电机组，并且研制了4兆瓦的Darrieus风电机组。Darrieus型垂直轴风电机组一般由顶部轴承装置、风轮、回转支撑装置、软连接、制动系统、齿轮箱、发电机、钢丝绳张紧及阻尼系统、电气及控制系统等组成。风轮由叶片、主轴、横支撑等组成。由于风轮垂直安装，所以Darrieus型垂直轴风电机组一般都在风轮底部设回转支撑装置，上端设顶部轴承装置，采用钢丝绳在风轮的顶端与地面拉紧固定。风轮在气动载荷的作用下旋转通过软连接、齿轮箱驱动发电机发电。其中的软连接由膜片联轴器和球铰组成，膜联轴器用来传递扭矩，并隔离风轮主轴的偏摆和振动，改善齿轮箱输入轴的工作状况。由于膜联轴器不能承受风轮的自重和钢丝绳在垂直方向向下的压力，所以软连接还包括了一个球铰。
这样的结构存在着2个技术问题：一是机组结构复杂，不仅需要软连接而且还需要固定回转支撑装置和软连接的钢结构或者混凝土支架；二是机组的回转支撑装置和软连接固定在支架上，齿轮箱和发电机通过底座直接固定在地面上，由于受到膜片联轴器变形量的限制，在风轮主轴有大的偏摆和振动的情况下，膜片联轴器和齿轮箱经常受到损伤。现有的产品和技术还没有能够解决上述2个突出的问题。
发明内容
本发明提出了一种带球铰底座的垂直轴风电机组，包括弹性支撑4、球铰底座5和直驱发电机3，其中直驱发电机3安装固定在球铰底座5上，球铰底座的四周布置有弹性支撑4。
本发明的技术方案还可以是：一种垂直轴风电机组，包括：顶部轴承装置1、风轮2、直驱发电机3、弹性支撑4、球铰底座5、电气及控制系统6、机房7、钢丝绳系统8；其中，风轮2的上端通过顶部轴承装置1由钢丝绳系统8与地面拉紧，风轮的下端直接连接直驱发电机3的输入轴，直驱发电机3安装固定在球铰底座5上，球铰底座的四周布置有弹性支撑4。
上述带球铰底座的垂直轴风电机组的球铰底座的结构为：球铰顶座9通过螺栓和直驱发电机3连接，球铰底座10安装固定在地面的地脚螺栓上，球铰顶座9和球铰底座10连接部分为同心同直径的球体。球铰顶座9和球铰底座10用耐磨材料球墨铸铁铸造制造，上面开有储油槽，结构还包括：11卸油口、12橡胶密封、13加油口。
本发明的有益效果有三：一是由于机组的主要设备安装在球铰底座上，直驱发电机将和风轮一起偏摆，这样就可以避免直驱发电机径向轴承因为风轮的偏摆而受力，改善了直驱发电机的工作状况；二是可以根据机组振动性能要求准确的计算弹性支撑的刚度系数等参数，设计和制造满足机组动态性能的弹性支撑来确保机组整体的动态性能和稳定性能；三是可以取消膜片联轴器和球铰组成的软连接，简化了支架结构。
附图说明：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1：带球铰底座的垂直轴风电机组组成
图2：球铰底座结构
图中，1.顶部轴承装置、2.风轮、3.直驱发电机、4.弹性支撑、5.球铰底座、6.电气及控制系统、7.机房、8.钢丝绳系统、9.球铰顶座10.球铰底座、11.卸油口、12.橡胶密封、13.加油口。
具体实施方式
在图1中，风轮2的上端通过顶部轴承装置1由钢丝绳系统8与地面拉紧，风轮2的下端直接连接直驱发电机3的输入轴，直驱发电机3带有底部推力轴承、径向轴承和机械制动系统，安装固定在球铰底座5上。风轮2在风力的作用下旋转，直接带动直驱发电机3，完成风力发电的过程。顶部轴承装置1、弹性支撑4、球铰底座5和钢丝绳系统8保证了风轮的正常旋转和机组的稳定性能。
图2示出了球铰底座结构。球铰顶座9通过螺栓和直驱发电机3连接，球铰底座10安装固定在地面的地脚螺栓上，球铰顶座9和球铰底座10连接部分为同心同直径的球体，因此当球铰底座10固定在地面后，球铰顶座9可以绕球心转动。球铰顶座9和球铰底座10可以用耐磨材料制造(例如球墨铸铁铸造)，上面可以开有储油槽，可以通过加油口13注入润滑油，使得球铰顶座9和球铰底座10连接的球体部分完全浸泡在润滑油中，以减少阻力和球体部分的表面磨损，卸油口11可以定期将脏油放出，橡胶密封12可以防止灰尘等进入润滑油中。
在这个实施例中，采用了带球铰底座结构。球铰底座5固定在地面基础上，由于直驱发电机3和风轮2一起安装在球铰底座5上，因此它们将一起偏摆，可以避免直驱发电机3的输入轴相对发电机定子的偏摆和振动。这样的结构就可以取消软连接，简化支架结构，改善直驱发电机径向轴承的工作状况和改善机组整体动态性能和稳定性能。

Claims (3)

1.一种垂直轴风电机组，其特征在于包括顶部轴承装置(1)、风轮(2)、直驱发电机(3)、弹性支撑(4)、球铰底座(5)、电气及控制系统(6)、机房(7)、钢丝绳系统(8)；其中，风轮(2)的上端通过顶部轴承装置(1)由钢丝绳系统(8)与地面拉紧，风轮(2)的下端直接连接直驱发电机(3)的输入轴，直驱发电机(3)安装固定在球铰底座(5)上，球铰底座的四周布置有弹性支撑(4)。
2.如权利要求1所述的垂直轴风电机组，其特征在于球铰底座的结构为：球铰顶座(9)通过螺栓和直驱发电机(3)连接，球铰底座(10)安装固定在地面的地脚螺栓上，球铰顶座(9)和球铰底座(10)连接部分为同心同直径的球体，上面开有储油槽，结构包括：卸油口(11)、橡胶密封(12)、加油口(13)。
3.如权利要求1或2所述的垂直轴风电机组，其特征在于球铰顶座(9)和球铰底座(10)用耐磨材料球墨铸铁铸造。
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