CN101943139B - 用于风力发电机组的自适应型防风沙装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于风力发电机组的自适应型防风沙装置。现有的设备抗风沙能力差，结构复杂。本发明采用过滤网和过滤器组成的空气过滤装置实现对风沙环境中外界空气的过滤；通过螺杆压缩机将过滤后的空气压入舱体内部；风机主轴的转动通过合理配比的带轮和齿轮传动系统传递给过滤器和压缩机，从而无需额外增加动力系统就可实现过滤和增压；压入舱体的空气保证舱体内气压高于外界大气压，使得风沙无法从舱体有转动副或安装间隙处进入舱体，实现防风沙功能。

Description

用于风力发电机组的自适应型防风沙装置

技术领域

本发明属于电力防护设备技术领域，涉及一种用于风力发电机组的自适应型防风沙装置。

背景技术

风力发电是清洁能源技术的重要发展方向。目前风力发电正向大型化发展。我国陆路风电场主要集中在东北、内蒙和新疆等风能资源丰富的地区。而这些地区风沙较多，天空风沙弥漫，风场中往往伴随有风沙和扬尘。风沙对风力发电机组的影响主要有对轴承、齿轮、转轴等转动传动系统的侵害和对发电机及其控制系统的侵害。沙尘对转动传动链的侵害，会引起转动运动中出现振动、卡死、疲劳、磨损等损害，造成机械设备的失效。所以风沙的侵入会增加风电机组的维修成本、降低风力发电机的使用寿命，并存在重大事故隐患。工作在风沙环境中的风电机组破坏率高达40％～50％。因此，防风沙风力发电技术和装备已经成为我国北方风力发电发展的技术瓶颈。国外由于风电机的使用环境相对我国较好，对防风沙的研究较少。

目前小功率风力发电机组可密封安装在发电机外壳内。但大中型功率风电机组虽然安装在舱体内，但由于存在安装间隙、转动副配合、发电机散热和排水、维修人员进出门或窗等，舱体无法做到完全密封来防风沙。目前的大中型风力发电机仅能通过增强舱体的密闭性来防止风沙侵入。而风沙中的沙粒大的直径可达几个毫米，小的可为粉尘，很细微，粒径约5～30微米。仅通过改善密闭性和采用高性能防沙过滤网(如纸质滤器)的防风沙性能有限。由于发电机组安装在舱体内，所以设计具有防风沙功能的舱体就很必要。目前，防风沙舱体的设计集中在发电机舱体方面，如我国实用新型专利(专利号：200920151479.3)防风沙型风力发电机机舱，利用前舱和后舱结构，中间设置有带通气孔隔板，以及设置在不同部位的进气孔、排气孔、通气孔来防止发电机机舱内空气对流和排出空气所夹杂的灰尘。而针对大中型风力发电机组，受风沙侵害的不仅仅发电机，更重要的是传动系统，所以设计具有防风沙功能的发电机组(包含传动系统和发电机)舱体具有很好的实用性。

防风沙技术在电力机车通风系统中有较多研究，集中在独立通风、多级空气过滤和通风管道结构设计上。机车的通风系统总的设计思路是：初级过滤后的空气进入大的箱体，进行储气、除尘，然后进入细滤器再进入牵引电机通风系统。设计的关键是通风机的防风沙装置，相关专利有我国实用新型专利(专利号：200820222888.3)机车牵引电机通风机防风沙装置，主要由过滤箱模块和排尘通风机组成，两级过滤，动力除尘，独立风道。

目前风电机领域采用的防风沙技术总体上是被动式的，考虑到过滤网的通气性能以及密封元件的老化问题，无法适应长期防风沙要求。而引入复杂的过滤器通风系统又涉及到动力和能耗问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种用于风力发电机组的自适应型防风沙装置。

本发明包括风力发电机组舱体和舱体内的过滤增压传动装置，风力发电机组舱体分为三段，依次是碗状的头部、两端开放的圆筒形的身部和圆凸面的尾部。头部、身部和尾部依次拼接形成风力发电机组舱体，舱体外的身部设置有偏航轴承，该身部上还开有窗口。

过滤增压传动装置包括多个皮带轮、第一锥齿轮换向机构、第二锥齿轮换向机构、螺杆式压缩机、缓冲气箱、旋风式过滤器、过滤气箱和过滤网。

舱体头部的中央位置安装有主轴轴承，舱体内的主轴一端设置在主轴轴承内，另一端与传动装置的输入端连接，传动装置的输出端与风力发电机连接。

靠近传动装置的主轴上套置有第一皮带轮，第一皮带轮通过皮带与第二皮带轮连接，第二皮带轮的输出轴与第一锥齿轮换向机构中的主动锥齿轮连接，第一锥齿轮换向机构中的从动锥齿轮输出轴通过皮带与第二锥齿轮换向机构中的主动锥齿轮连接，第二锥齿轮换向机构中的从动锥齿轮输出轴上依次设置有第三皮带轮和第四皮带轮，所述的第一锥齿轮换向机构中的从动锥齿轮与第二锥齿轮换向机构中的主动锥齿轮均平行设置在靠近舱体腔内底部。

第三皮带轮的正上方设置有第五皮带轮，第五皮带轮的输出轴与螺杆式压缩机的转动轴连接，螺杆式压缩机的出气孔位于舱体内，螺杆式压缩机的进气孔位于缓冲气箱内，缓冲气箱为内部中空的圆锥台，缓冲气箱的小圆面为顶盖，大圆面为底盖。

第四皮带轮的正上方设置有第六皮带轮，第六皮带轮位于螺杆式压缩机下方，第六皮带轮输出轴穿过缓冲气箱的顶盖与设置在缓冲气箱的底盖上的第七皮带轮连接；第七皮带轮通过皮带带动旋风式过滤器主轴转动。旋风式过滤器设置在缓冲气箱和过滤气箱之间，过滤气箱位于旋风式过滤器和舱体尾部之间。

缓冲气箱底盖靠近旋风式过滤器的下侧开有第一排沙孔，第一排沙孔通过集沙板连接至第二排沙孔，过滤气箱与第二排沙孔联通，第二排沙孔开在舱体尾部；与过滤气箱对应的舱体尾部装有过滤网。

本发明相比于现有技术具有以下有益效果：

长效性：由于本发明采用舱体正压技术来防风沙侵入舱体，即主动将风沙向舱外吹，变被动防风沙为主动防风沙。舱体无需经常更换密封件、更新转动润滑系统，所以防风沙效果好、效力长久。

无需额外动力：由于通过传动系统借用了风机主轴的转动动力，无需额外的动力源，使得装置结构简单。

自适应性能：设计的传动系统合理配置了风机主轴与压缩机转轴、过滤器转轴的传动比，使得压缩机和过滤器的输出功效随着主轴的转速而正比变化，而风机主轴的转速与风沙速度成正比，所以本发明具有自适应特点，能够在低风沙风速下，保持较低的正压；高风沙风速下，保持较高的正压。

具有通用性和经济性：不影响风力发电机组的原有安装方法，不影响发电机原有的通风散热工作，只是需略微增加舱体尾端的体积，从而使得本发明很容易通过对已有大中型风力发电机舱体的改造而实现。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，用于风力发电机组的自适应型防风沙装置包括风力发电机组舱体和舱体内的过滤增压传动装置，风力发电机组舱体分为三段，依次是碗状的头部29、两端开放的圆筒形的身部5和圆凸面的尾部12。头部29、身部5和尾部12依次拼接形成风力发电机组舱体，舱体外的身部设置有偏航轴承25，偏航轴承25用于与风力发电机塔架连接，该身部上还开有窗口10。

过滤增压传动装置包括多个皮带轮、第一锥齿轮换向机构、第二锥齿轮换向机构、螺杆式压缩机8、缓冲气箱11、旋风式过滤器15、过滤气箱14和过滤网16。

舱体头部29的中央位置安装有主轴轴承1，舱体内的主轴2一端设置在主轴轴承1内，另一端与传动装置3的输入端连接，传动装置3的输出端与风力发电机4连接。

靠近传动装置3的主轴2上套置有第一皮带轮28，第一皮带轮28通过皮带与第二皮带轮27连接，第二皮带轮27的输出轴与第一锥齿轮换向机构中的主动锥齿轮26-1连接，第一锥齿轮换向机构中的从动锥齿轮26-2输出轴通过皮带与第二锥齿轮换向机构中的主动锥齿轮24-2连接，第二锥齿轮换向机构中的从动锥齿轮24-1输出轴上依次设置有第三皮带轮23和第四皮带轮22，第一锥齿轮换向机构中的从动锥齿轮与第二锥齿轮换向机构中的主动锥齿轮均平行设置在靠近舱体腔内底部。

第三皮带轮23的正上方设置有第五皮带轮6，第五皮带轮6的输出轴与螺杆式压缩机8的转动轴连接，螺杆式压缩机8的出气孔7位于舱体内，螺杆式压缩机8的进气孔9位于缓冲气箱11内，为了保证安装的稳定性，采用金属架13对称固定连接缓冲气箱和舱体尾部，缓冲气箱11为内部中空的圆锥台，缓冲气箱11的小圆面为顶盖，大圆面为底盖。

第四皮带轮22的正上方设置有第六皮带轮21，第六皮带轮21位于螺杆式压缩机8下方，第六皮带轮21输出轴穿过缓冲气箱11的顶盖与设置在缓冲气箱11的底盖上的第七皮带轮17连接；第七皮带轮17通过皮带带动旋风式过滤器15主轴转动。旋风式过滤器15设置在缓冲气箱11和过滤气箱14之间，过滤气箱14位于旋风式过滤器15和舱体尾部12之间，过滤气箱采用金属薄板材制作。

缓冲气箱11底盖靠近旋风式过滤器15的下侧开有第一排沙孔20，第一排沙孔20通过集沙板19连接至第二排沙孔18，即在第一排沙孔20和第二排沙孔18之间搭建集沙板19，便于缓冲气箱11内的小颗粒通过集沙板19排到第二排沙孔18而排除舱内，排沙孔的孔径一般在3～6cm之间；与过滤气箱14对应的舱体尾部12装有过滤网16，过滤网与舱体尾部用橡胶密封。

由于过滤器和压缩机的转速都高于主轴的转速，所以第一皮带轮和第二皮带轮应采取增速方式，即第一皮带轮齿数大于第二皮带轮齿数，实现第一级的增速。第四皮带轮和第六皮带轮可实现第二级增速，第七皮带轮和旋风式过滤器主轴可实现第三级增速，从而实现旋风式过滤器所需的高转速。第三皮带轮与第五皮带轮实现第二级增速，从而达到螺杆式压缩机所需转速。第一锥齿轮换向机构与第二锥齿轮换向机构的传动比可为1∶1，也可适当做增速传动。

工作时，风的流通方向如图中空心箭头所示。外界的风首先通过过滤网进入过滤气箱，实现第一级过滤。而后通过过滤器进入缓冲气箱，实现第二级过滤。缓冲气箱中的空气所含微量沙尘可在大体积气箱内、重力作用下，下沉到缓冲气箱的底部，实现第三级过滤。缓冲气箱内的清洁空气通过进气口进入压缩机被压缩，从出气口增压后排入舱体。由于舱体存在轴承配合安装和窗口，增压后的气体将会从轴承安装位、窗口等存在间隙处慢速地排入外界大气中。

排尘中，沙尘的排除如图中实心箭头所示。过滤箱体中的沙尘由于沉降从其与第二排沙孔联通处排出舱体；缓冲气箱中的沙尘依次通过第一排沙孔、集沙板和第二排沙孔排出舱体。

Claims (1)

1.用于风力发电机组的自适应型防风沙装置，包括风力发电机组舱体和舱体内的过滤增压传动装置，风力发电机组舱体分为三段，依次是碗状的头部、两端开放的圆筒形的身部和圆凸面的尾部；头部、身部和尾部依次拼接形成风力发电机组舱体，舱体外的身部设置有偏航轴承，该身部上还开有窗口，其特征在于：

过滤增压传动装置包括多个皮带轮、第一锥齿轮换向机构、第二锥齿轮换向机构、螺杆式压缩机、缓冲气箱、旋风式过滤器、过滤气箱和过滤网；

舱体头部的中央位置安装有主轴轴承，舱体内的主轴一端设置在主轴轴承内，另一端与传动装置的输入端连接，传动装置的输出端与风力发电机连接；

靠近传动装置的主轴上套置有第一皮带轮，第一皮带轮通过皮带与第二皮带轮连接，第二皮带轮的输出轴与第一锥齿轮换向机构中的主动锥齿轮连接，第一锥齿轮换向机构中的从动锥齿轮输出轴通过皮带与第二锥齿轮换向机构中的主动锥齿轮连接，第二锥齿轮换向机构中的从动锥齿轮输出轴上依次设置有第三皮带轮和第四皮带轮，所述的第一锥齿轮换向机构中的从动锥齿轮与第二锥齿轮换向机构中的主动锥齿轮均平行设置在靠近舱体腔内底部；

第三皮带轮的正上方设置有第五皮带轮，第五皮带轮的输出轴与螺杆式压缩机的转动轴连接，螺杆式压缩机的出气孔位于舱体内，螺杆式压缩机的进气孔位于缓冲气箱内，缓冲气箱为内部中空的圆锥台，缓冲气箱的小圆面为顶盖，大圆面为底盖；

第四皮带轮的正上方设置有第六皮带轮，第六皮带轮位于螺杆式压缩机下方，第六皮带轮输出轴穿过缓冲气箱的顶盖与设置在缓冲气箱的底盖上的第七皮带轮连接；第七皮带轮通过皮带带动旋风式过滤器主轴转动；旋风式过滤器设置在缓冲气箱和过滤气箱之间，过滤气箱位于旋风式过滤器和舱体尾部之间；

缓冲气箱底盖靠近旋风式过滤器的下侧开有第一排沙孔，第一排沙孔通过集沙板连接至第二排沙孔，过滤气箱与第二排沙孔联通，第二排沙孔开在舱体尾部；与过滤气箱对应的舱体尾部装有过滤网。

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