CN102758731A

CN102758731A - 一种风电机组

Info

Publication number: CN102758731A
Application number: CN2011101097265A
Authority: CN
Inventors: 李泽宇
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-04-29
Filing date: 2011-04-29
Publication date: 2012-10-31

Abstract

本发明公开了用于风力发电的并网式水平轴风力发电机组，包括塔架，拉索，机舱总装部件和风轮，其特征是构成风轮的各叶片向外侧倾斜，叶片与水平轴的中心线之间的夹角小于80度角；其塔架是由可以独立拆装的塔架短节首尾相接组装而成的；其拉索中最上边的一层拉索与塔架之间的连接点在塔架的上部。该风电机组的塔架重量轻，便于运输，还可以采用液压顶升法安装和拆卸，各种设备可以定期大修或定期更换，克服了原有风电机组对材质和寿命要求过高的问题，所以有利于提高国产化率和降低成本。

Description

一种风电机组

技术领域

本发明涉及一种用风力发电的并网式水平轴风力发电机组。风力发电机组按输出方式可以分为所发电力可并入电网的并网发电机组和所发电能就地使用的分散风力发电机，在一般情况下，前者是选用大型和中型风力发电机组，后者常选用小型风力发电机。本发明一种风力发电机组属于大型和中型风力发电机组。按结构风力发电机组又可分为水平轴和垂直轴风力发电机组两种，本发明属于水平轴风力发电机组。

背景技术

水平轴大中型风力发电机组包括由传动装置、发电装置、偏航系统、主机架、机舱、支撑机舱的高达几十米甚至上百米的塔架，由叶片及轮毂组成的风轮，有一种风轮中还装有变桨距装置。

水平轴风电机组的风轮围绕水平的轴线旋转，风轮旋转平面大致与风的流入方向垂直。大型水平轴风轮的各叶片的方向是沿水平轴半径的延长线的方向，在圆周方向上均布于垂直于水平轴的同一个平面内。

水平轴风电机组的塔架不仅要承受风压，还要同时承受风电机组运行过程中的全部动静载荷。塔架的结构有钢筒、混凝土和桁架等形式，目前大型风电机组多采用钢筒塔架。钢筒直径可达到七、八米甚至十几米，运输十分困难。为了运输方便，钢筒塔架一般需要将塔筒分段并分片制造，到现场再组装，这样解决了可运输的问题，但是却降低了钢筒的强度和刚度，从而增加了重量和成本，此外现场安装的工作量也太大。为了减小水平轴和机舱架的弯矩，风轮不能探出塔架过长的距离。为了叶片不碰塔架，塔架应尽量做成上下等直径的圆柱形。可是因为塔架的下部受到的弯矩最大，确实有必要加大下部直径，所以实际采用的塔架的纵断面的形状一般都是两个腰接近平行的梯形。这样形状的塔架的优点是可以使用长叶片而不碰塔架，有利于提高发电量。但是它的缺点是为了增加塔架的根部的强度，需要增加整个塔架的直径，这样也就增大了成本。如果不增加塔架直径，会有压杆失稳的问题。为了避免失稳，可以采用拉索加固，为了风叶不碰拉索，需要一方面减短风叶，另一方面需要降低拉索与塔架之间的连接点，即只能在塔架中段固定拉索，显然这样的结构会使塔架大大增高，所以适合用在小型风力发电机上。由于存在上述的问题，目前大型的风力发电机组上，不得不越来越多地采用混凝土塔架。这种塔架无疑使工程量、运输量增大，又不可拆卸，所以塔架顶部的设备维修也不方便。由于以往的各种塔架都是先从塔架的下部安装和施工，最后把上百吨的各种设备吊装到百米高空，难度很大。而且一旦安装好就很难拆卸下来，所以不能定期大修，这样就要求塔架上的各种设备具有高可靠性和具有长寿命。这种要求对降低成本，提高国产化率和大规模生产极为不利。

发明内容

1.本发明的目的是提供一种可以使用长叶片，可以克服塔架压杆失稳的问题，可以使整个风力发电机组重量轻、强度高，便于维修的一种风电机组。为了解决上述问题，本发明一种风电机组包括塔架，拉索，机舱总装部件和风轮，其特征是构成风轮的各叶片向外侧倾斜，叶片与水平轴的中心线之间的夹角小于80度角；其塔架是由可以独立拆装的塔架短节首尾相接组装而成的；其拉索中最上边的一层拉索与塔架之间的连接点在塔架的上部。

如上所述的一种风电机组，其特征是采用短节拼装结构的塔架短节上设有液压顶升承力件，在部分短节上设有防止塔架倾倒的拉索连接件，所谓液压顶升是指在风力发电的现场总装风力发电机组时先把最上面的短节竖立在工位上，再把机舱总成部件安装在最上边的短节上，然后在拉索的保护下用液压的力量顶起并安装下边一个短节的施工方法。

如上所述的一种风电机组，其特征是塔架的下部是混凝土结构，上部是钢制短节对接结构。

采用这样的结构后就可以从以下四个方面取得有益的效果。

1.可以使用长叶片增加发电量；

2.可以采用拉索来解决压杆失稳的问题和减轻塔架重量；

3.把塔架的各个短节做成相同的尺寸和形状，可以降低制造成本、运输成本和安装成本；

4.塔架可以用顶升法快速安装也可以用顶升法快速拆卸，这样就使定期大修塔顶上的设备成为可能，所以可以放松各个部件对制造质量和材质的要求，这样对降低造价，提高国产化率和大规模生产意义重大。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

图1是本发明一种风电机组的第一种实施方式的主视图。

图2是本发明一种风电机组的第一种实施方式图1中I处的放大图

图3是本发明一种风电机组的第二种实施方式的主视图。

图4是本发明一种风电机组的第二种实施方式图3中II处的放大图。

具体实施方式

结合图1和图2，本发明一种风电机组的第一种实施方式，包括把各风叶12安装在轮毂13上组成的风轮1，其中有些型号的风轮1还安装了变桨距装置，在第一种实施方式中叶片12向外侧倾斜，叶片12与水平轴中心线15成72°角，桁架结构的塔架短节7通过短节端面8与相邻的塔架短节连接而成的塔架3；包括了发电系统和各种附属系统的机舱总装部件2；连接在塔架3上部的拉索连接件16到基础14之间的上层拉索4，据需要而设置的下层拉索5，下层拉索5可以设多层，在极端风载荷小的风电机组中也可以不设置，下层拉索5与塔架3之间的连接点17可以根据抗失稳的需要安排在塔架的中部附近。在塔架短节7上还按液压顶升设备的要求设置了承力件9。在这样的风电机组中，由于风叶向外倾斜，即使把上层拉索4固定在塔架3的上部也不会碰到风叶12，所以塔架顶部所受到的横向力主要由上层拉索4承担，显然有利于减轻塔架的重量。下层拉索5可以解决塔架的压杆稳定的问题，所以塔架的横断面尺寸可以减小。目前应用最广泛的钢筒塔架是根部所受弯矩最大。本发明已经解决了这个问题，而且即使塔架与基础之间采用球形铰链连接，塔架也不会倾倒，所以不但可以减轻塔架重量，而且安全系数也可以得到保障。由于塔架采用了相同短节对接的结构，所以可以增大生产规模，降低成本。由于有拉索保护，所以可以采用液压顶升的施工方法低成本快速安装。这种方法是先把最上边的一节塔架在拉索保护下竖立在工位上，再把风轮、机舱总装部件中的各种设备吊装到这节塔架的上边，然后用液压缸顶升一个塔架短节的高度，接着从下部安装一节塔架，象这样依次装完。也可以用同样的方法依次拆完，大修后再重新安装。这样不但可以省去雇用大型吊装设备把上百吨重的设备吊装到百米高空的巨大费用，也可以解决目前的风电设备一旦安装就无法大修，因而不得不把各主要设备的寿命定为20年的老大难问题。现在中国的设备制造能力已相当可观，但要大幅度提高产品寿命对不少企业来说还需要多年的艰苦努力。正因为如此，目前很多风电机组的关键设备仍在大量进口。如果本发明允许把设备的大修周期缩短到5年，那么由现有企业，用现有的材料和工艺就可以突破瓶颈，以高国产化率来大规模生产。这样就可以以中国制造的低成本来弥补风力发电的高成本。从而可以用风电这个绿色能源替换煤电，减少碳排放。所以本发明一种风电机组的有益效果是相当巨大的。

结合图3和图4，在本发明一种风电机组的第二种实施方式中所采用的结构与第一种实施方式大同小异，区别仅在于把塔架3中的桁架结构的塔架短节7换成了钢筒结构的塔架短节10。承力件9和短节端面11的结构虽然与第一种实施方式有点区别，但功能是相同的，有益效果也相同。

第三种实施方式：为了能够抵抗车辆和泥石流等冲击和配合液压顶升设备，可以把塔架的下部做成混凝土结构，上部做成钢制的短节结构。从原理上来说与前两种实施方式相同。

Claims

1.用于风力发电的属于并网式水平轴风力发电机组的一种风电机组，包括塔架，拉索，机舱总装部件和风轮，其特征是构成风轮的各叶片向外侧倾斜，叶片与水平轴的中心线之间的夹角小于80度角；其塔架是由可以独立拆装的塔架短节首尾相接组装而成的；其拉索中最上边的一层拉索与塔架之间的连接点在塔架的上部。

2.如权利要求1所述的一种风电机组，其特征是采用短节拼装结构的塔架短节上设有液压顶升承力件，在部分短节上设有防止塔架倾倒的拉索连接件，所谓液压顶升是指在风力发电的现场总装风力发电机组时先把最上面的短节竖立在工位上，再把机舱总成部件安装在最上边的短节上，然后在拉索的保护下用液压的力量顶起并安装下边一个短节的施工方法。

3.如权利要求1所述的一种风电机组，其特征是塔架的下部是混凝土结构，上部是钢制短节对接结构。