CN105909462A - 大型双风轮风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型双风轮风力发电机组，属于发电机领域，以解决现有单风轮风力发电机组单机容量小、发电机组投资大、发电量少等问题。它包括塔架筒、机舱座、风轮、叶片、传动装置、发电机，所述风轮、叶片、传动装置分别为两组，分别对称布置在发电机的两侧，第一组传动装置包括依次连接的第一主轴、第一联轴器、第一低齿轮轴、第一齿轮箱、第一高速轴、第一弹性联轴器；第二组传动装置包括依次连接的第二主轴、第二联轴器、第二低齿轮轴、第二齿轮箱、第二高速轴、第二弹性联轴器，第一弹性联轴器和第二弹性联轴器分别与发电机两端的双出轴相连接。本发明双风轮风力发电机组运转安全可靠，容易制造、安装、维护。

Description

大型双风轮风力发电机组

技术领域

本发明属于发电机领域，具体涉及一种大型双风轮风力发电机组。

背景技术

清洁能源是当今世界各国需求的重要能源之一，如太阳能发电和风力发电等，近年来世界各国发展的非常迅猛。在我国太阳能发电和风力发电都发展的特别快，补充了能源不足，取得了很大效果，与较大成就。同时太阳能和风能的能源投资建设也存在着投资大，单机发电量少的问题，特别是风力发电机组，单风轮风力发电机组大型（MW级）以上的，如美国、丹麦和德国等风力机风轮直径作成60m至100m，风力发电机组发电量2MW—3MW,由于风轮直径越大、塔架越高，作用到风轮叶片上的风力风速就越大带动发电机发电量就越多，同时投资大，技术性要求高,安全性差和维护困难等。

发明内容

本发明的目的是提供一种大型双风轮风力发电机组，以解决现有单风轮风力发电机组单机容量小、发电机组投资大、发电量少、维护困难等问题。

本发明技术方案如下：一种大型双风轮风力发电机组，包括塔架筒、机舱座、风轮、叶片、传动装置、发电机，所述风轮、叶片、传动装置分别为两组，分别对称布置在发电机的两侧，风轮由第一风轮和第二风轮组成，叶片由第一叶片和第二叶片组成，第一组传动装置包括依次连接的第一主轴、第一联轴器、第一低齿轮轴、第一齿轮箱、第一高速轴、第一弹性联轴器；第二组传动装置包括依次连接的第二主轴、第二联轴器、第二低齿轮轴、第二齿轮箱、第二高速轴、第二弹性联轴器，第一弹性联轴器和第二弹性联轴器分别与发电机两端的轴相连接，第一主轴和第二主轴分别连接第一风轮和第二风轮，第一主轴和第二主轴外分别设有第一轴承和第二轴承。

风轮（包括叶片）转速（20—30）r/min，驱动齿轮箱后，齿轮箱的转速就增到1000—1500rpm左右，齿轮箱一般采用行星齿轮，齿轮箱就带动异步发电机组旋转发电。

作为本发明的进一步改进，它还包括机舱罩，所述传动装置和发电机设在机舱罩31中。

作为本发明的进一步改进，所述塔架筒18与机舱座1之间设有塔架座，塔架座中设有转动装置，所述转动装置包括转盘13、支承座14，转盘13呈圆柱形，其下方带有螺杆131，在支承座14顶面安装有支承座轴承26，减小转动时阻力，螺杆131插入支承座14的中心孔14-2中活动固定，转盘13在支承座14 上转动。在支承座14的中心孔上下两端分别安装有第一滚柱轴承27、第二滚柱轴承28，以防止双风轮转动连同机舱运动时机舱倾斜，转动不灵活。

作为本发明的进一步改进，在第一低齿轮轴121和第二低齿轮轴122上分别设有第一制动器701和第二制动器702。

作为本发明的进一步改进，所述机舱座1上安装有电机齿轮调向系统, 电机齿轮调向系统包括调向齿轮电机15-1、减速器15-2、电机齿轮15-3，调向齿轮电机15-1安装在机舱座1上，调向齿轮电机15-1连接减速器15-2和电机齿轮15-3，电机齿轮15-3与所述支承座14上端的大齿圈14-1啮合。

作为本发明的进一步改进，在所述第一齿轮箱801和第二齿轮箱802上设有润滑系统，第一齿轮箱801和第二齿轮箱802内设有温度传感器。

作为本发明的进一步改进，机舱座1上设有空气冷却器和加热器。

作为本发明的进一步改进，在机舱罩31上安装有避雷装置19。防止雷电对风力机的破坏。

作为本发明的进一步改进，塔架座由塔架上座24和塔架底座17通过大圆管16焊接而成，塔架上座24与机舱座1底面之间安有钢球32，塔架底座17上设有螺栓孔30，塔架底座17与塔架筒18联接固定。

作为本发明的进一步改进，塔架上座24与塔架底座17通过大径钢管16焊接而成。

本发明研制的大型（MW级）双风轮风力发电机组是大容量水平轴式风力发电机组。

对于目前我国生产的单风轮600KW风力发电机组，若技术参数不发生大的改变，如机舱和塔架等加以改造，再加一套风力机系统及传动系统，选用双出轴（通轴）异步发电机，就能够改造成大型双风轮风力发电机组可实现接近1.2MW的发电量。

叶片与轮毂相对固定采用定桨距风轮，风轮大多采用固定式轮毂，即悬臂叶片和主轴都固定在轮毂上（无铰链），结构简单可靠。

发电机采用通轴（双出轴）异步发电机，输出功率可据双风轮风力机输入给发机轴的功率大小。

同时为了使下游风轮叶片不受上游风轮叶片的影响，上游或下游风轮叶片，在垂直水平轴的同一个风轮上投影，两个叶片间夹角为60°通过风轮主轴与联接器联接就可实现。

大型双风轮风力发电机组的偏航系统（调向系统）的作用是转动机舱，使风轮永远迎风转动，

在支承座14顶面安装有支承座轴承26（止推轴承）和支承座14的中心孔上下两端分别安装有第一滚柱轴承27、第二滚柱轴承28，以防止由于双风轮及机舱较长造成转动时歪斜，

支撑机舱座的塔架座要根据两个风轮和齿轮箱和发电机，机舱座等重量以及转动贯量大小要严格计量强度和柔性刚度，适当加大特殊风力风速下的安全系数，确保塔架座既安全稳定，适当加大塔架座支撑面积，又结构紧凑，对下游风轮减小风的阻力和减小振动噪声。

根据风能基本定义可知，风能是空气流动产生的动能，其大小与空气密度，流往叶片面积和空气速度三次方成正比，又根据风轮和空气动力特性可知，风轮的力，力矩，输出的功率大小，即风作用在风轮上的功率

风轮输出有效功率为，作用在叶轮上总推力

风流过风轮叶片的体积，扭矩，角速度，叶片数，由此风轮输出转矩，通过联轴器给增速箱，增速箱增速后即高速轴通过联轴器与发电机轴相连，带动异步发电机旋转发电。风轮在一定范围风力风速下，风轮驱动齿轮的功率越大，带动发电机发电功率越大。因此双风轮发电机组易实现大型双风轮风力发电机组发电。

综合所述，本发明大型双风轮风力发电机组，比国内外现有的单风轮驱动转矩（在风力风速和塔高度同等参数条件下）大接近一倍,并且两个风轮风力风速驱动两个齿轮箱，带动同一个双出轴（通轴）异步发电机组旋转发电，发电量也多一倍，即输出功率也接近大一倍。能节省大量建设费用，大大的增加发电量。由于两个风轮齿轮增速器等传动系统相对双出轴（通轴）异步发电机对称布置，且整个发电组最重的发电机设在机舱座中心上，即安装在塔架座中心处，风轮和机舱座运转动载荷基本平衡，运转安全可靠，比一般单风轮运转安全可靠性，有很大提高。安装调试和维护也比较简单方便。在风轮风力风速和驱动转矩等参数和发电机输出功率相同的条件，双风轮发电机要比单风轮发电机结构尺寸小一倍，不仅风轮直径小并且塔架可以做低一些，在海上可建设双风轮发电机组发电比较方便，比在海上建设单风轮发电机组容易许多，且能减小大量建设费用，增加发电量。

本发明作用到双风轮叶片上的风力风速接近作用对单风接叶片上的风力风速一倍，带动发电机组发电量就接近增加一倍。就能解决相对风轮直径不要特别大、塔架也不要求特别高，相对投资成本大大降低，技术要求不那么特别高，且双风轮风力发电机组运转安全可靠，容易制造、安装、维护。

附图说明

图1为一种大型双风轮风力发电机组的结构示意图；

图2为一种大型双风轮风力发电机组中转动装置的结构示意图；

图3为一种大型双风轮风力发电机组中转盘的结构示意图；

图4为一种大型双风轮风力发电机组中支承座的结构示意图；

图5为一种大型双风轮风力发电机组中塔架底座的结构示意图。

附图标记含义如下：机舱座1；第一风轮201；第二风轮202；第一叶片301；第二叶片302；第一轴承401；第二轴承402；第一主轴501；第二主轴502；第一联轴器601；第二联轴器602；第一制动器701；第二制动器702；第一齿轮箱801；第二齿轮箱802；第一高速轴901；第二高速轴902；第一弹性联轴器101；第二弹性联轴器102；第一低齿轮轴121；第二低齿轮轴122；发动机11；转盘13；螺杆131；支承座14；大齿圈14-1；中心孔14-2；调向齿轮电机15-1；减速器15-2；电机齿轮15-3；大圆管16；塔架底座17；塔架筒18；避雷装置19；螺栓22；塔架上座24；支承座轴承26；第一滚柱轴承27；第二

滚柱轴承28；螺栓孔30；机舱罩31；钢球32。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示，一种大型双风轮风力发电机组，包括塔架筒18、机舱座1、风轮、叶片、传动装置、发电机11，风轮、叶片、传动装置分别为两组，分别对称布置在发电机11的两侧，风轮由第一风轮201和第二风轮202组成，叶片由第一叶片301和第二叶片302组成，第一组传动装置包括依次连接的第一主轴501、第一联轴器601、第一低齿轮轴121、第一齿轮箱801、第一高速轴901、第一弹性联轴器101；第二组传动装置包括依次连接的第二主轴502、第二联轴器602、第二低齿轮轴122、第二齿轮箱802、第二高速轴902、第二弹性联轴器102，第一弹性联轴器101和第二弹性联轴器102分别与发电机11的双出轴（通轴）相连接，第一主轴501和第二主轴502分别连接第一风轮201和第二风轮202，第一主轴501和第二主轴502外分别设有第一轴承401和第二轴承402。传动装置和发电机设在机舱罩31中。

如图3－图4所示，塔架筒18与机舱座1之间设有塔架座，塔架座中设有转动装置，转动装置包括转盘13、支承座14，转盘13呈圆柱形，其下方带有螺杆131，在支承座14顶面安装有支承座轴承26，螺杆131插入支承座14的中心孔14-2中活动固定，即用螺钉23加垫片联接固定，并且螺杆长一些，螺杆联接固定后还能转动。这样转盘13底面就与支承座14接触，且转盘13在支承座14 上转动。在支承座14的中心孔上下两端分别安装有第一滚柱轴承27、第二滚柱轴承28。该支承座14的底部设有螺栓小孔，用多个螺栓联接紧固到塔架底座17上。

在第一低齿轮轴121和第二低齿轮轴122上分别设有第一制动器701和第二制动器702。联轴器为液压盘式制动器，用于工作时紧急停车，非工作时作为锁定制动使用，第一制动器701和第二制动器702动作时需液压系统工作，启动第一制动器701和第二制动器702时压力降低，制动闸瓦通过弹簧力压在制动盘上。液压系统重新加压时，第一制动器701和第二制动器702松开。制动器闸瓦的磨损情况经检测并在PC显示控制，制动器闸瓦可以自动调整，保持在正确的位置。

如图2所示，机舱座1上安装有电机齿轮调向系统, 电机齿轮调向系统包括调向齿轮电机15-1、减速器15-2、电机齿轮15-3，调向齿轮电机15-1安装在机舱座1上，调向齿轮电机15-1连接减速器15-2和电机齿轮15-3，电机齿轮15-3与支承座14上端的大齿圈14-1啮合。

调向时，根据风向风速记录仪信号，由电机齿轮15-3与大齿圈14-1啮合转动，就带动转盘13连同机舱座1一起转动，实现双风轮发电机（偏航）调向系统，使风轮始终最佳迎着风向。一般由2-4台调向齿轮电机驱动。

调速时，当第一风轮201和第二风轮202包括第一叶片301和第二叶片302受到特别高的风速时，可用2台或4台电机齿轮15-3与支承座14啮合，带动机舱座1连同风轮包括（叶片）左右转动，减小风力机的风力风速，根据风向、风速仪测量反馈结果，使机舱连同风轮左右转一角度，机舱上的第一风轮201和第二风轮202不对高强风转动，而转一角度风力机的转速可降下来，偏的角度越大，风速降的越低，仍至风轮转动接近停止，即实现扭头调速。

由风力风速检测仪信号对电机齿轮调向和调速进行闭环自动控制。

在第一齿轮箱801和第二齿轮箱802上设有润滑系统，第一齿轮箱801和第二齿轮箱802内设有温度传感器。机舱座1上设有空气冷却器和加热器。在机舱罩31上安装有避雷装置19。

齿轮箱的冷却和加热是通过温度传感器和空气冷却器及加热器来实现齿轮箱的润滑油温的控制，自动给齿轮润滑。

在冷却回路中有一个热电旁路阀，当齿轮箱中润滑油温度过高时，传感器检测后将空气冷却器电子风扇打开进行风冷，直到齿轮箱中润滑油正常工作温度，当齿轮箱润滑油温度过低时温度传感器经检测后，使加热器开启，齿轮箱润滑油温迅速提高，达到齿轮箱正常工作油温为止关闭加热器。由此齿轮箱的润滑油的油温，通过温度传感器终身保持检测。另外发电机和变频器的冷却利用安装在机舱外的一台水冷空气冷却器进行冷却。

如图5所示，塔架座由塔架上座24和塔架底座17用4-8根厚壁大圆管16焊接而成，以减小上游风力、风速和下游风力风速对下游风力机的影响，防止其由此引起噪声和震动。

塔架上座24与在机舱座1底面之间安有钢球32，塔架底座17上设有螺栓孔30，塔架底座17与塔架筒18用螺栓22联接固定。塔架上座24增大对机舱座1的支承面积，增加机舱座1工作或转动时安全稳定。在机舱座1底面与塔架上座24上面，两个面中间安有钢球支承转动。机舱座1所有部件和连同机舱座1就与塔架上座24联接起来，机舱座1可以在塔架座上同支承座14转动。塔架底座17呈上小下大的圆锥形筒，底段基础塔架安全牢固。其他如发电机发电等各个系统这里就不详细叙述。

支承座14呈圆柱形。为了减小塔架对下风游风轮的风力和风速的影响，塔架筒18呈圆锥形。塔架柱与塔架底座刚性联结，底部基础联接安装牢固，圆锥形筒中间是空的，内设有梯子，以便上机舱上、安装、调试、维修等方便。

塔架整体和具体尺寸，根据双风轮发电机功率、机舱等和动载荷而定，水平轴式风力发电机的塔架的高度，一般是风轮直径的1.5倍左右。要求要有足够强度和刚度在较大的特殊风力和风速下能安全可靠运行。绝不能出现发生任何事故。

每个风轮有三个叶片，第一风轮201和第二风轮202的低转速驱动第一齿轮箱801、第二齿轮箱802的低速轴第一低齿轮轴121、第二低齿轮轴122，经第一齿轮箱801、第二齿轮箱802增速后，带动异步发电机11旋转发电。

本发明大型双风轮风力发电机组，还能推动海上风力发电快速发展。即在与相同容量风力机发电量和各种单风轮风力发电机组相比，除多一个风轮（包括叶片、主轴、轴承、联轴器、低高速轴和齿轮箱外，其余全部零部件、尺寸、重量都小一倍，特别塔架安装高度可小1／3（难题得到解决），海上风力发电机难题之一解决，双风力机对称布置，对安装、运转、维护等，安全稳定有着很大的提高，可发展到浮动船上风力发电。综上所述：单风轮风力电机组在各种额定参数下，适当的增加一些部件就成为双风轮，而双风轮风力发电组的发电量比单风轮风力发电量多接近一倍。

Claims (9)

1.一种大型双风轮风力发电机组，包括塔架筒、机舱座、风轮、叶片、传动装置、发电机，其特征在于：所述风轮、叶片、传动装置分别为两组，分别对称布置在发电机（11）的两侧，风轮由第一风轮（201）和第二风轮（202）组成，叶片由第一叶片（301）和第二叶片（302）组成，第一组传动装置包括依次连接的第一主轴（501）、第一联轴器（601）、第一低齿轮轴（121）、第一齿轮箱（801）、第一高速轴（901）、第一弹性联轴器（101），第二组传动装置包括依次连接的第二主轴（502）、第二联轴器（602）、第二低齿轮轴（122）、第二齿轮箱（802）、第二高速轴（902）、第二弹性联轴器（102），第一弹性联轴器（101）和第二弹性联轴器（102）分别与发电机（11）两端的轴相连接，第一主轴（501）和第二主轴（502）分别连接第一风轮（201）和第二风轮（202），第一主轴（501）和第二主轴（502）外分别设有第一轴承（401）和第二轴承（402）。

2.根据权利要求1所述的大型双风轮风力发电机组，其特征在于：它还包括机舱罩（31），所述传动装置和发电机设在机舱罩（31）中。

3.根据权利要求1或2所述的大型双风轮风力发电机组，其特征在于：所述塔架筒（18）与机舱座（1）之间设有塔架座，塔架座中设有转动装置，所述转动装置包括转盘（13）、支承座（14），转盘（13）呈圆柱形，其下方带有螺杆（131），在支承座（14）顶面安装有支承座轴承（26），螺杆（131）插入支承座（14）的中心孔（14-2）中活动固定，转盘（13）在支承座（14）上转动；在支承座（14）的中心孔上下两端分别设有第一滚柱轴承（27）、第二滚柱轴承（28）。

4.根据权利要求3所述的大型双风轮风力发电机组，其特征在于：在第一低齿轮轴（121）和第二低齿轮轴（122）上分别设有第一制动器（701）和第二制动器（702）。

5.根据权利要求4所述的大型双风轮风力发电机组，其特征在于：所述机舱座（1）上安装有电机齿轮调向系统, 电机齿轮调向系统包括调向齿轮电机（15-1）、减速器（15-2）、电机齿轮（15-3），调向齿轮电机（15-1）安装在机舱座（1）上，调向齿轮电机（15-1）连接减速器（15-2）和电机齿轮（15-3），电机齿轮（15-3）与所述支承座（14）上端的大齿圈（14-1）啮合。

6.根据权利要求5所述的大型双风轮风力发电机组，其特征在于：在所述第一齿轮箱（801）和第二齿轮箱（802）上均设有润滑系统，第一齿轮箱（801）和第二齿轮箱（802）内均设有温度传感器。

7.根据权利要求6所述的大型双风轮风力发电机组，其特征在于：机舱座（1）上设有空气冷却器和加热器。

8.根据权利要求7所述的大型双风轮风力发电机组，其特征在于：在机舱罩（31）上安装有避雷装置（19）。

9.根据权利要求8所述的大型双风轮风力发电机组，其特征在于：塔架座由塔架上座（24）和塔架底座（17）通过大圆管（16）焊接而成，塔架上座（24）与机舱座（1）底面之间安有钢球（32），塔架底座（17）上设有螺栓孔（30），塔架底座（17）与塔架筒（18）联接固定。