CN101839221A - 新型垂直轴兆瓦级风力发电传动系统 - Google Patents

新型垂直轴兆瓦级风力发电传动系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于风力发电领域，涉及垂直轴风力发电系统技术，特别涉及一种新型垂直轴兆瓦级风力发电传动系统，该传动系统由转子、叶片、斜撑杆、斜拉杆、斜撑铰链、三联铰链、变桨机构、同步轴、定位转轴、空心立轴、调心轴承一、调心轴承二和大齿圈、齿轮轴、增速箱、同步发电机和摩擦盘及立式盘式制动器等构成；大齿圈同时带动多个齿轮轴及增速箱和同步发电机同时工作；空心立和同步发电机、增速箱共同布置在固定平台上，共用避雷针、避雷针固定导柱、连接座通过空心立轴装在固定平台上，当风力吹动叶片通过连杆带动转子、大齿圈及齿轮轴，通过增速箱和涨紧联接套，带动同步发电机工作，本发明的优点是能提高风能利用率，转子转向与风向和风力大小无关，有自动变桨功能减轻整机重量，系统噪音低、避雷系统，可同时驱动多台发电机同时工作。

Description

新型垂直轴兆瓦级风力发电传动系统
技术领域
本发明属于风力发电领域，涉及垂直轴风力发电系统技术，特别涉及一种新型垂直轴兆瓦级风力发电传动系统。
背景技术
目前兆瓦级风力发电机械传动系统技术，主要以水平轴机械传动机构为主；水平轴有带增速机和无增速机两种系统；都同样以直线形式布置或并列布置在一个可以正反旋转(小于3圈)的回转机舱(或平台)上，回转机舱(或平台)通过带齿圈的(滚动式)偏航轴承，磨擦盘、制动器、驱动器连接来实现机舱随时正反转动或停止；其机械传动系统的不足之处是整机体积大、重量重、传动系统复杂、电线排缆及计数系统故障率高、制造成本高、噪音大、寿命短、风能利用率低，使用维护成本高。现有的垂直轴风力发电系统以小型为主，是在立式发电机轴端直接与风叶转轴相联或通过多级齿轮传动在侧面相联接，从而达到发电的目的，这种传动结构简单，但发电功率较小，只能满足离网型发电要求。而新型兆瓦级垂直轴风力发电传动系统，利用增速结构技术组合将多台同步发电机组同时布在一个固定平台上。风力启动风叶转子转动，带动公用大齿圈及多个独立增速箱同时工作，每个风叶具有独立的变浆机构和公用避雷系统，风叶转动与风向和大小无关，没有偏航及排缆和计数系统从而达到克服现有风力发电机械传动系统的不足之处。
发明内容
新型垂直轴兆瓦级风力发电系统发明的目的：
(1)提高风能利用率，工作风速范围宽2~11级风；转子转向与风向和风力大小无关。
(2)结构简单，减轻整机重量约15~25％，(对同种规格机型)降低成本。
(3)简化传动系统，采用共用避雷系统。
(4)取消解缆、排缆系统和电力滑环传动及计数系统。
(5)取消偏航轴承和偏航驱动系统。
(6)工作噪音低，使用寿命长。
(7)可同时驱动多台发电机组工作。
(8)可以很方便将现有水平轴风电机组改为垂直轴风电机组。
本发明新型兆瓦级垂直轴风力发电机械传动系统其特征在于：系统结构组成由转子(4)和空心立轴(17)、定位转轴(2)、调心轴承一(1)、调心轴承二(15)、大齿圈(21)、齿轮轴一(20)、增速箱(18)、同步发电机(30)、涨紧联接套一(31)、涨紧联接套二(28)、涨紧联接套三(5)、摩擦盘(27)、叶片(14)、同步轴(41)、和自动变浆机构(40)等组成；当风力启动叶片(14)并通过自动变浆机构(40)和水平连杆(11)与转子(4)一起转动；转子(4)与大齿圈(21)联在一起转动带动齿轮轴一(20)和增速箱(18)工作，增速箱(18)中高速齿轮轴(44)通过涨紧联接套三(31)带动永磁同步发电机(30)工作；齿轮轴一(20)与增速箱(18)和发电机(30)及支座，可多台同时布置在固定平台上，调心轴承一(1)、调心轴承二(15)用于支承定位转子(4)转动，并承受轴向和径向作用，自动变浆机构(40)可根据风力大小自动带动同步轴(41)、叶片(14)一起转动，以适应风力大小稳定工作，也用于紧急制动，自动变浆机构(40)，可根据风力大小正反90°转动，避雷针(6)、避雷针固定导柱(32)、连接座(33)组成壁雷装置，避雷针(6)通过绝缘套(75)和绝缘端盖(68)、绝缘联接支座(80)与固定平台(34)上绝缘连接座(33)联接并通过电缆与大地联接，摩擦盘(27)和立式盘式制动器(26)用于系统紧急制动和工作制动，通过支承底座(29)固定在平台(34)上。
本发明新型兆瓦级垂直轴风力发电机械传动系统技术方案是：由带一组垂直叶片及联杆的回转转子立轴与公用转动大齿圈和布置在固定平台上的多台增速机齿轮传动系统及多台制动盘、多台制动器和多台同步发电机组和固定平台机仓壳体组成；固定平台底面凸台可以和任意风机塔体最高处法兰相联结，形成立轴转子回转大齿圈增速齿轮机传动系统，每个叶片具有独立的变浆机构和公用避雷系统；实现风力发电工作传动功能。
本发明新型的有益效果是可以从2级到11级大风都能工作发电，叶片和转子工作方向与风向及其大小无关，并且能自动变浆结构简单，与同种规格整机重量相比重量轻15~25％，降低产品成本，取消偏航轴承及偏航驱动检测控制系统，取消偏航排缆、解缆系统及计数系统；有定浆和变浆机构。增加共用避雷放电系统，降低叶片制造和维护使用成本，维护简单、可靠、噪音低、使用寿命长。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明新型带变浆功能叶片回转体和固定平台主视横剖面构造图
图2是本发明新型定浆叶片回转体和固定平台主视横剖面构造图
图3是图1中增速齿轮箱轴向剖视结构图
图4是图1中定位转轴轴线剖视结构图(共用避雷针系统)
图5是双联铰链沿轴线剖结构视图
图6是自动变浆结构剖视图和自动变浆机构俯视图
图7是图1俯视图
图中1.调心轴承一，2.定位转轴，3.压盖，4.转子，5.涨紧联接套一，6.避雷针，7.护罩，8.转动滑环，9.双联铰链，10.密封环一，11.水平连杆，12.斜撑铰链，13.斜撑杆，14.叶片，15.调心轴承二，16.密封环二，17.空心立轴，18.增速箱，19.密封油盘，20.齿轮轴一，21.大齿圈，22.三联铰链，23.斜拉杆，24.机舱壳体，25.支撑底座，26.立式盘式制动器，27.摩擦盘，28.涨紧联接套二，29.支撑底座，30.同步发电机，31.涨紧联接套三，32.避雷针固定导柱，33.连接座，34.固定平台，35.复合磁力密封一，36.筒体联接法兰，37.复合磁力密封二，38.联接螺栓一，39.联接螺栓二，40.自动变浆机构，41.同步轴，42.增速箱体，43.复合密封盖一，44.高速齿轮轴，45.隔套，46.轴承一，47.增速箱盖，48.端盖一，49.隔套一，50.隔套二，51.齿轮轴二，52.端盖二，53.轴承二，54.涨紧套一，55.大齿轮一，56.端盖三，57.轴承三，58.隔套三，59.涨紧套二，60.大齿轮二，61.隔套四，62.复合密封盖二，63.绝缘隔套，64.绝缘端盖，65.密封环五，66.密封护盖，67.调心轴承，68.螺纹压紧套，69.调心轴承三，70.隔套五，71.导线绝缘套筒，72.密封环三，73.密封环四，74.固定滑环，75.绝缘支座，76.心轴，77.垫，78.锁紧螺钉，79.垫圈，80.壳体，81.蜗杆，82.蜗轮，83.密封环，84.密封环，85.钢球，86.内圈，87.轴向盘式制动器，88.螺栓一，89.端盖，90.螺栓二，91.轴承，92.同步驱动器装置，93.螺栓三，94.钢缆，95.吊环螺钉，96.锁紧螺母。
具体实施方式
在图1中，当风力启动转子(4)上叶片(14)并通过自动变浆机构(40)和水平连杆(11)铰链(9)、(22)与转子(4)相联并与大齿圈(21)一起旋转，大齿圈(21)同时带动多个齿轮轴(20)和立式增速箱(18)中高速齿轮轴(44)转动，并通过张紧连接套(31)带动同步发电机(30)工作，调心轴承一(1)和定位转轴(2)、压盖(3)、空心立轴(17)及调心轴承二(15)共同组成转子(4)支承系统，并承受轴向和径向作用力；转子(4)通过张紧连接套(5)与定位转轴(2)实现定心转动；齿轮轴一(20)下端部通过涨紧连接套(28)与摩擦盘(27)连接和立式盘形制动器(26)、支撑底座(29)组成制动系统，实现工作制动和紧急制动；大齿圈(21)和齿轮轴一(20)及增速箱(18)组成多级增速传动系统，根据风场风力条件可任意增减增速比；复合磁力密封二(37)、复合磁力密封一(35)为增速箱(18)高速齿轮轴(44)、齿轮轴一(20)机械磁力复合密封机构；密封环一(10)、密封环二(16)为调心轴承密封机构，带密封条接油盘(19)为齿轮轴一(20)和大齿圈(21)共用密封接油机构；自动变浆机构(40)和轴向盘式制动器(87)、联接螺栓一(38)、联接螺栓二(39)、内圈(88)与同步轴(41)共同组成同步自动变浆闭锁系统，从而使叶片转子获得最佳风能，避雷针(6)通过避雷针固定导柱(32)、连接座(33)与空心立轴(17)固定在固定平台上。
在图1中，新型垂直轴兆瓦级风力发电传动系统的另一特点是在固定平台(34)上可以同时布置多台套增速箱(18)、同步发电机(30)、摩擦盘(27)和立式盘式制动器(26)系统，通过转子(4)上大齿圈(21)同时转动带动多台同步发电机同时一起工作；而多台同步发电机仅需要一套控制系统完成，固定平台下端可以和筒体法兰固定在一起。
在图1中布置形式可根据风场风力条件设计成多种布置结构形式，取消自动变浆机构(40)、同步轴(41)和联接螺栓一(38)、联接螺栓二(39)，可适用于风力变化条件相对较好超大型定浆矩风机场合，见图2结构；以满足各种需求。
在图3中，增速箱(18)由大齿圈(21)带动齿轮轴一(20)转动，齿轮轴一(20)通过涨紧套二(59)与大齿轮二(60)相联结，并与齿轮轴二(51)啮合，齿轮轴二(51)通过涨紧套一(54)与大齿轮一(55)相联接并与高速齿轮轴(44)啮合形成增速系统，高速齿轮轴(44)通过涨紧联接套(31)带动同步发电机(30)工作；轴承一(46)、轴承二(53)、轴承三(57)用于承受高速齿轮轴(44)、齿轮轴一(20)、齿轮轴二(51)轴向和径向作用力，端盖一(48)、端盖二(52)、端盖三(56)用于调整轴承轴向间隙，并承受轴向力；复合密封盖一(43)、复合密封盖二(62)与复合磁力密封一(35)、复合磁力密封二(37)组成高速齿轮轴(44)、齿轮轴一(20)轴端双重复合密封，保证密封长久可靠，增速箱体(42)内底面设置有环形沉降收集槽，用于收集齿轮润滑油中杂质，增速箱盖上部环形槽用于收集意外漏油，并由联接管道及过滤器后进入油箱。
在图4中：避雷针(6)为三段螺纹连接组合件，下部避雷针固定导柱(32)经过连接座(33)与固定平台(34)联接接地，避雷针固定导柱(32)内部输电电缆与固定滑环(74)相联，并通过导线绝缘套筒(71)与转动滑环(8)联接，完成输电及信号传输工作。转动滑环(8)和定位转轴(2)端部连接，并通过涨紧联接套(5)与转子(4)联接成一体和叶片(14)、自动变浆机构(40)实现同步转动；调心轴承三(69)内圈支撑导线绝缘套筒、外圈和转子一起为转动，其轴向由隔套五(70)和螺纹压紧套(68)实现轴向定位；密封环一(10)、密封环三(72)、密封环四(73)为复合密封环，用于轴承下端轴向密封；绝缘端盖(64)和导线绝缘套筒(71)端部相联，密封护盖(66)和密封环五(65)用来防止雨水和尘土进入机舱内部，绝缘支座(75)用来支撑绝缘套筒。
在图5中转子(4)和水平连杆(11)通过心轴(76)连接在一起做同步转动，锁紧螺钉(78)通过平垫(77)和弹簧垫圈(79)将心轴(76)锁紧，锁紧螺钉端面的小圆锥圆环与心轴(76)两端圆锥环形槽相配，当螺钉拧紧到规定力矩时，使心轴两端外圆变大，在锁紧螺钉根部断裂时保证心轴仍能正常工作，而不会脱落，水平连杆(11)由三个钢管以三角形结构布置，并在一定长度横截面内用三角形钢板加固相联，增强整体钢度。
在图6中，自动变浆机构(40)由壳体(80)、蜗杆(81)、蜗轮(82)、滚珠(85)、内圈(86)、轴承(91)、同步驱动装置(92)等组成。风叶(14)上连接板通过螺栓一(38)与蜗轮(82)端面相联接，蜗轮(82)内沟道通过钢球(85)与内圈(86)组成轴承回转体。内圈(86)通过螺栓二(39)和壳体(80)与水平连杆(11)固定在一起；蜗杆(81)两头中部由轴承(91)支撑并承受径向和轴向力，蜗杆(81)两端头部与同步驱动器装置(92)相联，组成双端变速同步驱动传动系统，轴向盘式制动器(87)端面通过钢缆(94)与蜗轮(82)端部相联结，其内孔与同步轴(41)相联，当需变浆时，轴向盘式制动器内摩擦盘头分离，同步驱动器装置(92)两端同时转动带动环面蜗杆(81)和蜗轮(82)转动，同时带动叶片(14)上连接板与叶片(14)一起转动，改变叶片(14)工作面和风向之间的夹角，达到改变转子(4)转速的目的，每个叶片(14)上可安装两个以上自动变浆机构通过同步轴(41)保证完成同步；当变浆完成时制动器闭合？和蜗轮幅？同时参与闭合锁紧工作。
在图7中，拉紧钢缆(94)两端通过吊环螺钉(95)和锁紧螺母(96)将转子(4)和水平连杆(11)端部连接在一起，防止水平连杆(11)高速旋转和在台风中发生侧弯曲。

Claims (4)

1.新型垂直轴兆瓦级风力发电传动系统，其特征在于：系统结构组成由转子(4)和空心立轴(17)、定位转轴(2)、调心轴承一(1)、调心轴承二(15)、大齿圈(21)、齿轮轴一(20)、增速箱(18)、同步发电机(30)、涨紧联接套一(31)、涨紧联接套二(28)、涨紧联接套三(5)、摩擦盘(27)、叶片(14)、同步轴(41)、和自动变浆机构(40)等组成；当风力启动叶片(14)并通过自动变浆机构(40)和水平连杆(11)与转子(4)一起转动；转子(4)与大齿圈(21)联在一起转动带动齿轮轴一(20)和增速箱(18)工作，增速箱(18)中高速齿轮轴(44)通过涨紧联接套三(31)带动同步发电机(30)工作；齿轮轴一(20)与增速箱(18)和发电机(30)及支座，可多台同时布置在固定平台上，调心轴承一(1)、调心轴承二(15)用于支承定位转子(4)转动，并承受轴向和径向作用，自动变浆机构(40)可根据风力大小自动带动同步轴(41)、叶片(14)一起转动，以适应风力大小稳定工作，也用于紧急制动，共用避雷针系统避雷针(6)通过绝缘套(75)和绝缘端盖(68)、绝缘联接支座(80)与固定平台(34)上绝缘连接座(33)联接并通过电缆与大地联接，摩擦盘(27)和立式盘式制动器(26)用于系统紧急制动和工作制动，通过支承底座(29)固定在平台(34)上。
2.根据权利要求1所述的新型垂直轴兆瓦级风力发电传动系统，其特征是：自动变浆机构(40)，可根据风力大小正反90°转动。
3.根据权利要求1所述的新型垂直轴兆瓦级风力发电传动系统，其特征是：由齿轮轴(20)、摩擦盘(27)、涨紧联接套(28)、立式盘式制动器(26)与支座(29)组成自动制动机构。
4.根据权利要求1所述的新型垂直轴兆瓦级风力发电传动系统其特征是：新型兆瓦级垂直轴风力发电传动系统中装有壁雷装置，由避雷针(6)、避雷针固定导柱(32)、连接座(33)组成。
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