CN104405590A - 一种叶轮直接驱动风力发电机 - Google Patents

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韩长伟
高德忠
宋清玉
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Abstract

本发明公开了一种叶轮直接驱动风力发电机，包括风机叶轮、液压缸、凸轮转盘、高低压油路、主框架、塔筒、油箱、蓄能器、高速液压马达和发电机，液压缸活塞与凸轮转盘相接触，高压油路连接液压缸与蓄能器，低压油路连接液压缸与油箱，蓄能器与高速液压马达相连接，油箱与高速液压马达相连接，高速液压马达与发电机相连接。本发明利用液压传动技术解决了现有技术中存在的难点：首先，通过液压容积调速将不稳定的风能转换成工频发电机所要求的稳定转速，有效的实现对发电机恒频控制；其次，液压传动为柔性动力传递，使发电系统的布局灵活安装方便，有利于其资源的优化配置和产品功能调节的扩展，还可进行多方面控制，实现系统压力的稳定和持续发电。

Description

一种叶轮直接驱动风力发电机
技术领域
本发明涉及一种大兆瓦陆上及海上风力发电技术，特别是一种叶轮直接驱动风力发电机。
背景技术
随着社会对环境问题的关注及能源危机，风能作为一种清洁能源具有很高的利用价值。为了提高风力发电厂的发电功率及发电效率，风力发电机单机功率朝着大功率的方向发展。现有的风力发电机一般是叶轮驱动增速机然后带动发电机，还有就是叶轮直接驱动风力发电机，就是所谓的直驱风机(不带增速机的风机叫直驱风机)。目前风力发电机单机功率已达数兆瓦，叶轮直径达上百米。然而，由于风速的时变性及季节性，导致通过风力发电机发出的电能功率和频率很难保持稳定，要想将风力发电机接入电网，需要用变流器及变压器将发出的电能转换成电网需要的电压和频率，由于大兆瓦变流器的技术难度大，成本很高，而且风力发电还存在着在社会用电高峰期没有风，而在低峰期风又比较大，由于电能存储难度很大，严重制约了风力发电机的发展。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种可以将风能转换成频率稳定的电能的叶轮直接驱动风力发电机。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种叶轮直接驱动风力发电机，包括风机叶轮、液压缸、弹簧、凸轮转盘、轴承、支架、高压油路、低压油路、主框架、塔筒、油箱、蓄能器、高速液压马达和发电机，所述的叶轮与凸轮转盘相连接，凸轮转盘通过轴承安装在支架上，支架与安装在塔筒顶部的主框架相连接，液压缸缸体与支架相连接，弹簧安装在液压缸的缸体和活塞之间，液压缸活塞与凸轮转盘相接触，高压油路连接液压缸的出油口与蓄能器，低压油路连接液压缸的进油口与油箱，蓄能器与高速液压马达进油口相连接，油箱与高速液压马达出油口相连接，高速液压马达与发电机相连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、液压式直驱凸轮风机是指将风轮和发电机之间的机械传动链替换成液压柔性传动系统的风力发电机系统。液压传动技术具有传动平稳、体积小、质量轻、承载能力大、结构简单、寿命长等优点，本发明利用液压传动技术解决了现有技术中存在的难点：
首先，通过液压容积调速将不稳定的风能转换成工频发电机所要求的稳定转速，有效的实现对发电机恒频控制；
其次，液压传动为柔性动力传递，使发电系统的布局灵活安装方便，有利于其资源的优化配置和产品功能调节的扩展，还可进行多方面控制，比如增加蓄能器储能，实现系统压力的稳定和持续发电。
2、本发明中，风机叶轮带动凸轮转盘转动，凸轮转盘驱动液压缸的活塞上下运动，即通过凸轮转盘将叶轮的旋转运动变为液压缸活塞的直线运动，从而实现将风能转换液压能的过程。
3、本发明中，蓄能器可以将用电低峰期多余的风能以液压能的形式存储起来，在用电高峰期将存储的液压能装换成电能，进而解决了用电高峰期没有风，而在低峰期风又比较大的难题。
4、本发明中，在风速低于风机额定风速时，利用液压系统中的压力油驱动变桨系统，调整叶片桨距角来捕获最大风能；在风速高于风机额定风速时，通过调整液压传动系统压力来提高叶轮扭矩，进而控制叶轮转速。实现了通过控制易于控制的液压系统来控制风机的目的。
5、本发明中，蓄能器可以稳定液压传动系统的压力和流量，尽管风具有时变性，该液压传动系统也可以为高速液压马达提供持续稳定的液压能，从而可以驱动发电机来提供稳定的电能。
附图说明
本发明共有附图3张，其中：
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明中凸轮转盘与液压缸的布置图。
图3为图2的A-A视图。
1、叶轮，2、液压缸，3、弹簧，4、凸轮转盘，5、轴承，6、支架，7、高压管路，8、低压管路，9、主框架，10、塔筒，11、油箱，12、蓄能器，13、高速液压马达，14、发电机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步地说明。本发明工作时，风驱动叶片带动叶轮1转动，叶轮1带动凸轮转盘4转动。绕凸轮转盘4有8个均布的液压缸2，缸体安装在支架6上，支架6固定在主框架9上，液压缸2的柱塞通过安装在柱塞上的滚轮与凸轮转盘4接触，同时柱塞上安装有弹簧3，以保证滚轮与凸轮转盘4时刻贴合，当凸轮转盘4转动时，凸轮转盘4驱动液压缸2的活塞做往复运动，从而实现机械能转化为液压能的过程。由液压缸2产生的高压油经过高压油路7传送给高速液压马达13，驱动高速液压马达13转动，高速液压马达13通过联轴器与发电机14相连接，进而驱动发电机14发电，完成电能转化过程。在高压油路7上安装有蓄能器12，以稳定系统压力及储存多余液压能。从高速液压马达13流出的液压油经低压油路8流回油箱11，以完成液压油的循环使用。

Claims (1)

1.一种叶轮直接驱动风力发电机，其特征在于：包括风机叶轮(1)、液压缸(2)、弹簧(3)、凸轮转盘(4)、轴承(5)、支架(6)、高压油路(7)、低压油路(8)、主框架(9)、塔筒(10)、油箱(11)、蓄能器(12)、高速液压马达(13)和发电机(14)，所述的叶轮(1)与凸轮转盘(4)相连接，凸轮转盘(4)通过轴承(5)安装在支架(6)上，支架(6)与安装在塔筒(10)顶部的主框架(9)相连接，液压缸(2)缸体与支架(6)相连接，弹簧(3)安装在液压缸(2)的缸体和活塞之间，液压缸(2)活塞与凸轮转盘(4)相接触，高压油路(7)连接液压缸(2)的出油口与蓄能器(12)，低压油路(8)连接液压缸(2)的进油口与油箱(11)，蓄能器(12)与高速液压马达(13)进油口相连接，油箱(11)与高速液压马达(13)出油口相连接，高速液压马达(13)与发电机(14)相连接。
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