CN102536666A - 一种大型直驱风力双发电机系统和安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种大型直驱风力双发电机系统，包括塔架、底座、左发电机组、右发电机组、叶片、轮毂、动轴和主轴，左发电机组和右发电机组为直驱式外转子风力发电机，叶片直接安装在轮毂上，轮毂的左右两侧分别直接安装左发电机组和右发电机组的转子，轮毂的中心安装在动轴上，动轴通过轴承安装在主轴上，左发电机组和右发电机组的定子分别对应其配套的转子安装在主轴上，主轴再与底座安装在一起，底座安装在塔架上。本发明还公开了一种大型直驱风力双发电机系统的安装方法。本发明减小发电机体积，提高发电效率，方便制造和安装。

Description

一种大型直驱风力双发电机系统和安装方法

技术领域

本发明涉及风力发电领域，尤其是海上大型风力发电机组，特指一种大型直驱风力双发电机系统，并与其安装方法有关。

背景技术

目前，风力发电技术正朝大型永磁直驱方向发展。主流技术2MW、2.5MW、3MW、5MW也已经出现，甚至提出了10MW的技术方案。但是，由于永磁直驱方案中风轮转速较低（约18rpm），要把功率提高到很大容量必须要有很大气隙直径，比如有人测算，当功率提高到10MW时，气隙直径会达到10米以上，如此一来，使得发电机体积特别大，给制造、安装、运行和维护带来很大的困难。

而且，现有风力发电机的传动系统为叶片获得风能传给轮毂，轮毂再传给轴，轴再传给发电机的转子。这样的多级传动会损失部分风能而降低发电效率，同时增加风力发电机复杂程度和降低系统的可靠性。

总之，现有技术的风力发电机难以获得特大功率，如10MW，无法满足市场对特大功率的风力发电需求。有鉴于此，本发明人专门研制一种大型直驱风力双发电机，本案由此产生。

发明内容

为了解决市场对特大功率的风力发电需求，本发明的目的在于提供一种大型直驱风力双发电机系统和安装方法，减小发电机体积，提高发电效率，方便制造和安装。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种大型直驱风力双发电机系统，包括塔架、底座、左发电机组、右发电机组、叶片、轮毂、动轴和主轴，左发电机组和右发电机组为直驱式外转子风力发电机，叶片直接安装在轮毂上，轮毂的左右两侧分别直接安装左发电机组和右发电机组的转子，轮毂的中心安装在动轴上，动轴通过轴承安装在主轴上，左发电机组和右发电机组的定子分别对应其配套的转子安装在主轴上，主轴再与底座安装在一起，底座安装在塔架上。

其中， 所述轮毂的形状为圆柱形，轮毂的圆柱面在三个等分圆柱的位置形成安装叶片的叶片法兰，轮毂的左右两侧嵌入安装左发电机组和右发电机组的转子，圆柱面的内侧有供两个转子安装的左法兰和右法兰以及三个支撑圆柱面的辐条，三个辐条在三个等分圆柱的叶片法兰的中心处，三个辐条的下端有两个供与动轴安装的动轴法兰。

所述叶片为独立的变浆系统。

所述左发电机组和右发电机组分别由转子、定子和法兰盘组成，法兰盘安装在转子的外端面上，法兰盘的内孔直径小于定子的外径，定子套置在转子中并由法兰盘限位。

所述转子由转子架和永磁体组成，转子架的形状为圆柱形，转子架的圆柱面内侧固定永磁体，圆柱面的外端部有安装法兰盘的外法兰、内端部有安装轮毂的内法兰。

所述定子由定子架和线圈组成，定子架的形状为圆柱形，定子架的圆柱面是线圈安装面，圆柱面的内侧有支撑线圈安装面的工字形辐条，在线圈安装面的外端部有在组装时连接法兰盘的外法兰，工字形辐条下端连接着一个主轴法兰。

所述主轴为一个具有两变径阶梯的空心轴，两变径阶梯分别是连接底座的粗径阶梯和安装动轴的细径阶梯，粗径阶梯的端面形成连接底座的底座法兰，粗径阶梯上和细径阶梯的端面分别形成安装左发电机组和右发电机组的左法兰和右法兰。

一种大型直驱风力双发电机系统的安装方法，按如下步骤完成：

第一步，将左发电机组的永磁体安装在转子架上，将线圈安装在定子架的线圈安装面上，将转子架的外法兰安装在法兰盘上，将定子架的外法兰连接在法兰盘上，安装成左发电机组；同样，将右发电机组的永磁体安装在转子架上，将线圈安装在定子架的线圈安装面上，将转子架的外法兰安装在法兰盘上，将定子架的外法兰连接在法兰盘上，安装成右发电机组；

第二步，将叶片安装在轮毂的叶片法兰上；

第三步，将动轴通过轴承安装在主轴上，构成主轴套件；

第四步，将底座安装在塔架上；

第五步，将主轴套件通过主轴的底座法兰安装在底座上；

第六步，将左发电机组通过其定子架的主轴法兰安装在主轴的左法兰上；

第七步，将安装了叶片的轮毂通过其动轴法兰安装在动轴上；并将左发电机组通过其转子架的内法兰安装轮毂的左法兰上；

第八步，将右发电机组通过其定子架的主轴法兰安装在主轴的右法兰上，并通过其转子架的内法兰安装轮毂的右法兰上；

第九步，拆除左发电机组定子架的外法兰与法兰盘之间的连接螺栓；并拆除右发电机组定子架的外法兰与法兰盘之间的连接螺栓，即完成系统安装。

采用上述方案后，本发明的传动系统为风能通过叶片传给轮毂，轮毂再传给双发电机组，比现有的直驱风力发电减少的传动环节，因此，减少能量的损失提高发电效率，同时也减少传动过程中的一些部件，减小发电机体积，使其结构简单，提高风力发电的发电效率和系统的可靠性，方便制造和安装。

附图说明

图1是本发明的立体示意图（省去塔架和叶片）；

图2是本发明的剖视图（省去塔架）；

图3是轮毂的立体示意图；

图4是轮毂的侧视图；

图5是图4的截面图；

图6是定子架的立体示意图；

图7是定子架的侧视图；

图8是图7的截面图；

图9是主轴的立体示意图；

图10是右发电机组的安装剖视图；

图11是左发电机组的安装剖视图；

图12是轮毂和叶片的安装剖视图；

图13是主轴和动轴的安装剖视图；

图14是底座和塔架的安装剖视图；

图15是底座和主轴、动轴的安装剖视图；

图16是主轴和左发电机组的安装剖视图；

图17是主轴和轮毂的安装剖视图；

图18是主轴和右发电机组的安装剖视图。

标号说明

塔架1                        底座2

左发电机组3            右发电机组4

转子11                      转子架111

永磁体112                外法兰113

内法兰114                定子12

定子架121                线圈122

辐条123                    外法兰124

主轴法兰125            法兰盘13

叶片5                        轮毂6

叶片法兰61              左法兰62

右法兰63                  辐条64

动轴法兰65              动轴7

主轴8                        底座法兰81

左法兰82                  右法兰83

轴承9                        螺栓10。

具体实施方式

如图1至图2所示，本发明揭示了一种大型直驱风力双发电机系统，包括塔架1、底座2、左发电机组3、右发电机组4、叶片5、轮毂6、动轴7和主轴8。

底座2安装在塔架1上。

左发电机组3和右发电机组4为直驱式外转子风力发电机。左发电机组3和右发电机组4由转子11、定子12和法兰盘13组成。法兰盘13安装在转子11的外端面上，法兰盘13的内孔直径小于定子12的外径，使定子12套置在转子11中后被法兰盘13限位。其中，转子11具体是由转子架111和永磁体112组成，转子架111的形状为圆柱形，转子架111的圆柱面内侧固定永磁体112，圆柱面的外端部有安装法兰盘1的外法兰113、内端部有与轮毂6安装的内法兰114。定子12由定子架121和线圈122组成，定子架121的形状如图6至图8所示为圆柱形，定子架121的圆柱面是线圈122的安装面，圆柱面的内侧有支撑线圈安装面的工字形辐条123，在线圈安装面的外端部有在组装时连接法兰盘13的外法兰124，工字形辐条下端连接着一个主轴法兰125。

叶片5直接安装在轮毂6上。叶片5为独立的变浆系统。

轮毂6的左右两侧分别直接安装左发电机组3和右发电机组4的转子11，轮毂6的中心安装在动轴7上。轮毂6的具体形状如图3至图5所示为圆柱形，轮毂6的圆柱面在三个等分圆柱的位置形成安装叶片5的叶片法兰61，轮毂6的左右两侧嵌入安装左发电机组3和右发电机组4的转子11，圆柱面的内侧有供左发电机组3转子11安装的左法兰62和供右发电机组4转子11安装的右法兰63以及三个支撑圆柱面的辐条64，三个辐条64在三个等分圆柱的叶片法兰61的中心处，三个辐条64的下端有两个供与动轴7安装的动轴法兰65。

动轴7通过轴承9安装在主轴8上。

主轴8与底座2安装在一起。主轴8上对应左发电机组3的转子11安装左发电机组3的定子12，对应右发电机组4的转子11安装右发电机组4的定子12。主轴8为一个具有两变径阶梯的空心轴，如图9所示，两变径阶梯分别是连接底座2的粗径阶梯和安装动轴7的细径阶梯，粗径阶梯的端面形成连接底座2的底座法兰81，粗径阶梯上形成安装左发电机组3的左法兰82，细径阶梯的端面形成安装右发电机组4的右法兰83。主轴8结构简化，且只受到弯矩的作用。

本发明按如下步骤安装：

第一步，如图10所示，将左发电机组3的永磁体112安装在转子架111上，将线圈122安装在定子架121的线圈安装面上，将转子架111的外法兰113安装在法兰盘13上，将定子架121的外法兰124连接在法兰盘13上，安装成左发电机组3。

同样如图11所示，将右发电机组4的永磁体112安装在转子架111上，将线圈122安装在定子架121的线圈安装面上，将转子架111的外法兰113安装在法兰盘13上，将定子架121的外法兰124连接在法兰盘13上，安装成右发电机组4。

第二步，如图12所示，将叶片5安装在轮毂6的叶片法兰61上。

第三步，如图13所示，将动轴7通过轴承9安装在主轴8上，构成主轴套件。

第四步，如图14所示，将底座2安装在塔架1上。

第五步，如图15所示，将主轴套件通过主轴8的底座法兰81安装在底座2上。

第六步，如图16所示，将左发电机组3通过其定子架121的主轴法兰125安装在主轴8的左法兰82上。

第七步，如图17所示，将安装了叶片5的轮毂6通过其动轴法兰65安装在动轴7上；并将左发电机组3通过其转子架111的内法兰114安装轮毂6的左法兰62上。

第八步，如图18所示，将右发电机组4通过其定子架121的主轴法兰125安装在主轴8的右法兰83上，并通过其转子架111的内法兰114安装轮毂6的右法兰63上。

第九步，拆除图18中左发电机组3定子架121的外法兰124与法兰盘13之间的连接螺栓10，和右发电机组4定子架121的外法兰124与法兰盘13之间的连接螺栓10，即完成系统安装。

对于特大型的直驱风力发电机而言，叶片5、轮毂6等一些部件的尺寸都增大，叶片5根部的直径很大，轮毂6的轴向长度很大，这样的结构造成轮毂6内部空间浪费，加大了主轴8的长度，增加主轴8的弯矩，以至于造成主要承重部件主轴8的设计和生产一些的难度，目前大部分的大型风力发电的主轴靠进口提供生产。本发明的直驱风力发电机为了简化结构、合理利用空间，采用了嵌入式的结构设计，很好利用轮毂6中多余的空间，减短了主轴7的长度，减少了主轴7的弯矩，减少主要承重部件主轴7的设计和生产一系列的难度，同时便于国产化生产，减少成本。另外，当功率提高到10MW时，气隙直径大约10m的特大型风力发电机，如果只有一个发电机，那么发电机的重量在运输和安装时存在很大的困难，本发明把发电机一分为二，刚好解决了运输和安装的问题。

以上仅为本发明的较佳实施例，并非对其实施范围的限定，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，基于本案的设计要点，对其具体实施形态可以做出的种种变化，但均应落入本案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种大型直驱风力双发电机系统，其特征在于：包括塔架、底座、左发电机组、右发电机组、叶片、轮毂、动轴和主轴，左发电机组和右发电机组为直驱式外转子风力发电机，叶片直接安装在轮毂上，轮毂的左右两侧分别直接安装左发电机组和右发电机组的转子，轮毂的中心安装在动轴上，动轴通过轴承安装在主轴上，左发电机组和右发电机组的定子分别对应其配套的转子安装在主轴上，主轴再与底座安装在一起，底座安装在塔架上。

2.如权利要求1所述的一种大型直驱风力双发电机系统，其特征在于：轮毂的形状为圆柱形，轮毂的圆柱面在三个等分圆柱的位置形成安装叶片的叶片法兰，轮毂的左右两侧嵌入安装左发电机组和右发电机组的转子，圆柱面的内侧有供两个转子安装的左法兰和右法兰以及三个支撑圆柱面的辐条，三个辐条在三个等分圆柱的叶片法兰的中心处，三个辐条的下端有两个供与动轴安装的动轴法兰。

3.如权利要求1所述的一种大型直驱风力双发电机系统，其特征在于：叶片为独立的变浆系统。

4.如权利要求1所述的一种大型直驱风力双发电机系统，其特征在于：左发电机组和右发电机组分别由转子、定子和法兰盘组成，法兰盘安装在转子的外端面上，法兰盘的内孔直径小于定子的外径，定子套置在转子中并由法兰盘限位。

5.如权利要求1所述的一种大型直驱风力双发电机系统，其特征在于：转子由转子架和永磁体组成，转子架的形状为圆柱形，转子架的圆柱面内侧固定永磁体，圆柱面的外端部有安装法兰盘的外法兰、内端部有安装轮毂的内法兰。

6.如权利要求1所述的一种大型直驱风力双发电机系统，其特征在于：定子由定子架和线圈组成，定子架的形状为圆柱形，定子架的圆柱面是线圈安装面，圆柱面的内侧有支撑线圈安装面的工字形辐条，在线圈安装面的外端部有在组装时连接法兰盘的外法兰，工字形辐条下端连接着一个主轴法兰。

7.如权利要求1所述的一种大型直驱风力双发电机系统，其特征在于：主轴为一个具有两变径阶梯的空心轴，两变径阶梯分别是连接底座的粗径阶梯和安装动轴的细径阶梯，粗径阶梯的端面形成连接底座的底座法兰，粗径阶梯上和细径阶梯的端面分别形成安装左发电机组和右发电机组的左法兰和右法兰。

8.一种大型直驱风力双发电机系统的安装方法，其特征在于按如下步骤完成：

第一步，将左发电机组的永磁体安装在转子架上，将线圈安装在定子架的线圈安装面上，将转子架的外法兰安装在法兰盘上，将定子架的外法兰连接在法兰盘上，安装成左发电机组；同样，将右发电机组的永磁体安装在转子架上，将线圈安装在定子架的线圈安装面上，将转子架的外法兰安装在法兰盘上，将定子架的外法兰连接在法兰盘上，安装成右发电机组；

第二步，将叶片安装在轮毂的叶片法兰上；

第三步，将动轴通过轴承安装在主轴上，构成主轴套件；

第四步，将底座安装在塔架上；

第五步，将主轴套件通过主轴的底座法兰安装在底座上；

第六步，将左发电机组通过其定子架的主轴法兰安装在主轴的左法兰上；

第七步，将安装了叶片的轮毂通过其动轴法兰安装在动轴上；并将左发电机组通过其转子架的内法兰安装轮毂的左法兰上；

第八步，将右发电机组通过其定子架的主轴法兰安装在主轴的右法兰上，并通过其转子架的内法兰安装轮毂的右法兰上；

第九步，拆除左发电机组定子架的外法兰与法兰盘之间的连接螺栓；并拆除右发电机组定子架的外法兰与法兰盘之间的连接螺栓，即完成系统安装。

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