CN103133250A - 风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风力发电机组，包括塔筒，其中还包括主轴、环形同步发电机和叶片，主轴与塔筒固定连接；环形同步发电机围设在主轴外侧，且所述环形同步发电机的定子与所述主轴固定设置；叶片设置在环形同步发电机的外侧，且与所述环形同步发电机的转子固定连接，所述环形同步发电机的转子相对于所述主轴转动连接。主轴与塔筒之间具体通过主机架固定连接，主轴与主机架螺栓连接。本发明提供的风力发电机组，结构紧凑，容易制造加工，易于安装，且可维护性强，在与现有技术选择相同长度的叶片时，本发明提供的风力发电机组的叶片捕风面积更大，捕获的风能更多。

Description

风力发电机组

技术领域

本发明涉及风力发电技术，尤其涉及一种风力发电机组。

背景技术

目前，能源短缺以及大量使用传统化石能源对气候环境所造成的问题越来越严重，人们对可再生清洁能源技术尤其是风力发电技术日益关注。随着空气动力学、控制技术、发电机技术的发展和新材料的应用，风力发电技术发展迅速，主流风电机组单机容量已达到兆瓦级。

风力发电机组包括固定在地面上的塔筒、与塔筒固定连接的机舱，罩设在机舱外侧的机舱罩，与机舱通过主轴连接的轮毂，设置在轮毂上的叶片，以及罩设在轮毂罩外侧的轮毂罩。塔筒是整个风力发电机组的承载部件。

现有风力发电机组的应用范围逐渐转向海上风电场，其塔筒承载的机舱和叶轮在内的塔顶重量越来越大，增加了风力发电机组的安装难度，也限制了风力发电机组向大功率发展。

发明内容

本发明目的在于提供一种风力发电机组，以优化现有的风力发电机组结构，减小其安装难度。

本发明提供一种风力发电机组，包括塔筒，其中，还包括：

主轴，与所述塔筒固定连接；

环形同步发电机，围设在所述主轴外侧，且所述环形同步发电机的定子与所述主轴固定设置；

叶片，设置在所述环形同步发电机的外侧，且与所述环形同步发电机的转子固定连接，所述环形同步发电机的转子相对于所述主轴转动连接。

如上所述的风力发电机组，优选的是：

所述叶片与所述转子通过变桨系统连接，所述变桨系统包括变桨轴承和变桨驱动器，所述变桨轴承的内圈与所述转子固定连接，所述变桨轴承的外圈与所述变桨驱动器齿轮啮合，所述叶片安装在所述变桨轴承上。

如上所述的风力发电机组，优选的是：

所述定子与所述主轴之间通过法兰固定连接。

如上所述的风力发电机组，优选的是：

所述主轴上设置有前轴承对和后轴承，所述前轴承对和所述后轴承分设在所述定子的两侧，且所述前轴承对中的两个轴承以相向的方式安装，所述前轴承对和后轴承用于支撑所述转子。

如上所述的风力发电机组，优选的是：

所述前轴承对通过前转子端盖固定，所述前转子端盖的内圆安装所述前轴承对，所述前转子端盖的外圆与所述转子固定；和/或

所述后轴承通过后转子端盖固定，所述后转子端盖的内圆安装所述后轴承，所述后转子端盖的外圆与所述转子固定。

如上所述的风力发电机组，优选的是：

所述前轴承对中的两个轴承都为单列圆锥滚子轴承；和/或

所述后轴承为圆柱滚子轴承。

如上所述的风力发电机组，优选的是：

所述前转子端盖和/或所述后转子端盖上开设有减重孔。

如上所述的风力发电机组，优选的是：

所述叶片的数量至少为两根，且均匀设置在所述环形同步发电机上。

如上所述的风力发电机组，优选的是：

所述环形同步发电机外侧设置导流罩，所述叶片伸出所述导流罩。

本发明提供的风力发电机组，结构紧凑，部件数量少，减轻了塔顶的重量。由于其质量轻便，更适用于海上风电场，可以简化安装。由于其包括的部件较少，后续的部件维护也更加简单；另外，在与现有技术选择相同长度的叶片时，本发明提供的风力发电机组的叶片捕风面积更大，捕获的风能更多。

附图说明

图1为本发明实施例提供的风力发电机组的结构示意图；

图2为图1的B部分放大示意图；

图3为本发明实施例提供的风力发电机组支撑结构的结构示意图；

图4为图3的A-A向剖视图；

图5为本发明实施例提供的风力发电机组前转子端盖的结构示意图。

1-塔筒；             2-主轴；                   3-环形同步发电机；

4-叶片；             5-主机架；                 31-定子；

32-转子；            6-变桨系统；               7-支撑结构；

61-变桨轴承；        62-变桨驱动器；            8-连接法兰；

9-导流罩；           10-法兰；                  11-前轴承对；

12-后轴承；          13-前转子端盖；            14-后转子端盖；

15-螺栓孔；          16-减重孔。

具体实施方式

现有的风力发电机组包括叶片、轮毂、主轴、增速箱、发电机和主机架等部件，而本发明提供的风力发电机组包含的部件相对较少，且不影响整个风力发电机的风能捕获与发电性能。

参见图1-图2，图1为本发明实施例提供的风力发电机组的结构示意图，图2为图1的B部分放大示意图。本发明实施例提供一种风力发电机组，包括塔筒1，其中还包括主轴2、环形同步发电机3和叶片4，主轴2与塔筒1固定连接；环形同步发电机3围设在主轴2外侧，且环形同步发电机3的定子31与主轴2固定设置；叶片4设置在环形同步发电机3的外侧，且与环形同步发电机3的转子32固定连接，环形同步发电机3的转子相对于主轴2转动连接。主轴2与塔筒1之间具体通过主机架5固定连接，主轴2与主机架5螺栓连接。环形同步发电机3可以为永磁发电机或电励磁发电机。

此处，风力发电机主要包括叶片、环形电机、主轴和主机架，叶片用于捕获风能，并带动环形同步发电机的转子转动，环形同步发电机的定子相对于主轴固定，以实现环形同步发电机的发电。由于叶片连接在环形同步发电机的转子上，故采用上述的传动链形式，可以省去轮毂设计；另一方面，环形同步发电机的定子直接与主轴固定，也大大缩短了传动链轴向尺寸，大幅度降低了风力发电机组的重量。

为了提高风电机组的防腐蚀性，环形同步发电机3外侧可设置导流罩9，叶片4伸出导流罩9。

参见图2-图4，具体地，叶片4与转子32通过变桨系统6连接，变桨系统6包括变桨轴承61和变桨驱动器62，变桨轴承61的内圈与转子32固定连接，变桨轴承61的外圈与变桨驱动器62齿轮啮合，叶片4安装在变桨轴承61上，具体地叶片4安装在变桨轴承61的外圈上。此处，转子32上设置有支撑结构7，在支撑结构7上安装了连接法兰8，变桨轴承61的内圈与该连接法兰8固定连接。变桨轴承61的外圈带齿轮，以和变桨驱动器62的驱动齿轮啮合。图3为支撑结构的结构示意图，图4为图3的A-A向剖视图。

为了保证主轴受力均匀，优选的是，叶片4的数量至少为两根，且均匀设置在环形同步发电机3上，此处以设置三根叶片4为例。

实际应用中，可选的是，定子31与主轴2之间通过法兰10固定连接。法兰10固定设置在主轴2中部的外侧，定子31与主轴2之间螺栓固定。

进一步地，主轴2上设置有前轴承对11和后轴承12，前轴承对和后轴承分设在定子31的两侧，且每组前轴承对中的两个轴承以相向的方式安装，前轴承对11和后轴承12用于支撑转子32。后轴承的数量可以为一个或多个，此处以一个示意。

参见图2，前轴承对和后轴承的固定，优选的是使用以下方式实现：前轴承对11通过前转子端盖13固定，前转子端盖13的内圆安装前轴承对11，前转子端盖13的外圆与转子32固定；和/或后轴承12通过后转子端盖14固定，后转子端盖14的内圆安装后轴承12，后转子端盖14的外圆与转子32固定。具体地，前转子端盖13和后转子端盖14都与转子32上的支撑结构7固定。

具体地，前轴承对11中的两个轴承都为单列圆锥滚子轴承；和/或后轴承12为圆柱滚子轴承。前轴承对中的两个轴承采用两个单列圆锥滚子轴承，且以面对面的方式安装，这样的布置形式，具有较好的刚性，具有很高的轴向力和弯矩等载荷吸收能力。后轴承可采用圆柱滚子轴承，能将很大的径向力传递到主轴上。

前转子端盖的结构示意图参见图5，后转子端盖也可采取这种结构。上述前轴承对和后轴承的固定原理相同，以前轴承对11的固定为例介绍如下：前转子端盖13的内圆用来安装前轴承对11的两个轴承，外圆附近设置一组螺栓孔15，通过螺栓与发电机的转子32相连接。这样的轴承布置形式，承载能力大，能够满足大功率机组的载荷要求，并且传递载荷均匀，能很好的保证定子与转子之间的气隙不发生大的改变，进而减少气隙不均匀带来的发电机振动与电能质量下降。

优选的是，前转子端盖13和/或后转子端盖14上开设有减重孔16。在保证强度的基础上，开了一组减重孔，用来降低前转子端盖和后转子端盖重量，同时也可作为安装与维修时人员进出发电机的通道。

进一步的，为了提高海上机组的可维护性与可更换性，前转子端盖和后转子端盖完全可以像切蛋糕那样分成若干部分，在安装时拼组成整体，这样便于加工和运输，并且当发电机内部需要维修与更换部件时，也可局部拆卸转子端盖。

本发明实施例提供的风力发电机组的传动链在车间组装是很容易的：首先将后轴承安装在后转子端盖内，再将后转子端盖套到轴上相应位置，用螺栓固定，再将发电机转子套到主轴上，用螺栓将转子与后转子端盖互相固定。接着将发电机的定子套到主轴上，用螺栓将定子固定到主轴中部的法兰上，最后再安装前轴承对和前转子端盖。

在现场吊装时，只需将组装在一起的发电机和轴承等整体吊起，用螺栓安装到主机架上即可。

与已有技术相同的是，该风力发电机组还带有偏航系统，以实现自动对风来捕获最大的风能。偏航系统包括偏航轴承、偏航驱动器和偏航制动盘组成。

该风力发电机组还可以在主机架上安装维修吊车(图中未示出)，用来移动日常维护所需的工具、部件等，当机组部件发生故障时，也可利用此吊车将大部件拆分后进行更换。

本发明实施例提供的风力发电机组，结构紧凑，部件数量少，减轻了塔顶的重量。由于其质量轻便，更适用于海上风电场，可以简化安装。由于其包括的部件较少，后续的部件维护也更加简单。本发明实施例提供的风力发电机组，容易制造加工，易于安装，且可维护性强。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种风力发电机组，包括塔筒，其特征在于，还包括：

主轴，与所述塔筒固定连接；

环形同步发电机，围设在所述主轴外侧，且所述环形同步发电机的定子与所述主轴固定设置；

叶片，设置在所述环形同步发电机的外侧，且与所述环形同步发电机的转子固定连接，所述环形同步发电机的转子相对于所述主轴转动连接。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于：

所述叶片与所述转子通过变桨系统连接，所述变桨系统包括变桨轴承和变桨驱动器，所述变桨轴承的内圈与所述转子固定连接，所述变桨轴承的外圈与所述变桨驱动器齿轮啮合，所述叶片安装在所述变桨轴承上。

3.根据权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于：

所述定子与所述主轴之间通过法兰固定连接。

4.根据权利要求3所述的风力发电机组，其特征在于：所述主轴上设置有前轴承对和后轴承，所述前轴承对和所述后轴承分设在所述定子的两侧，且所述前轴承对中的两个轴承以相向的方式安装，所述前轴承对和后轴承用于支撑所述转子。

5.根据权利要求4所述的风力发电机组，其特征在于：

所述前轴承对通过前转子端盖固定，所述前转子端盖的内圆安装所述前轴承对，所述前转子端盖的外圆与所述转子固定；和/或

所述后轴承通过后转子端盖固定，所述后转子端盖的内圆安装所述后轴承，所述后转子端盖的外圆与所述转子固定。

6.根据权利要求4所述的风力发电机组，其特征在于：

所述前轴承对中的两个轴承都为单列圆锥滚子轴承；和/或

所述后轴承为圆柱滚子轴承。

7.根据权利要求4所述的风力发电机组，其特征在于：

所述前转子端盖和/或所述后转子端盖上开设有减重孔。

8.根据权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于：

所述叶片的数量至少为两根，且均匀设置在所述环形同步发电机上。

9.根据权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于：

所述环形同步发电机外侧设置导流罩，所述叶片伸出所述导流罩。

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