CN107120227A - 一种双叶轮、双发电机系统的风力发电机组 - Google Patents

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罗方正
李润祥
张亦澄
李长亮
袁飞
杨帆
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    • F03D1/02—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor  having a plurality of rotors
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

本发明公开了一种双叶轮、双发电机系统的风力发电机组，包括塔架、机舱、上风向发电单元和下风向发电单元，机舱设置在塔架的顶部，上风向发电单元和下风向发电单元均设置在机舱上；上风向发电单元包括上风向叶轮、上风向主轴和上风向发电机，上风向叶轮设置在机舱的前端，上风向叶轮通过上风向主轴与上风向发电机连接；下风向发电单元包括下风向叶轮、下风向主轴和下风向发电机，下风向叶轮设置在机舱的后端，下风向叶轮通过下风向主轴与下风向发电机连接。本发明的风力发电机组，风能利用率较高、发电效率较高、稳定性较高，有益于降低设备成本和度电成本，适于推广应用。

Description

一种双叶轮、双发电机系统的风力发电机组
技术领域
本发明涉及风力发电机组技术领域，特别是涉及一种双叶轮、双发电机系统的风力发电机组。
背景技术
由于风力发电技术的飞速发展，风电市场已经趋于饱和，提高单位土地面积上的风能利用率愈加重要。
目前主流风机分为两种，一种是双馈风力发电机组，另一种是直驱风力发电机组，这两种风电机组采用的都是一个塔筒配套一个叶轮，以及一套发电机系统，由于塔筒造价昂贵，这种方式不仅浪费了器材，而且单位土地面积上的风能利用率较低，发电效率亟待提高。
风机叶片的重量比较大，所以机舱的重心位于机舱的前端，并不是位于塔筒的轴线上，导致产生了不平衡，在静态动态过程中风力发电机组的稳定性均较差。
传统风机的叶轮都处于上风向，偏航动作时需要偏航驱动电机驱动对风，在对风动作时对于偏航系统的稳定性要求也很高。
鉴于此类情况，加大风电机组的单机发电量已经是现在各大风机厂商的工作重点，单纯的增加塔筒高度、增大叶轮直径会对风机的稳定性造成一定的影响，并且也会增加成本。
因此，如何创设一种风能利用率较高、发电效率较高且稳定性较高的风力发电机组，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种风能利用率较高、发电效率较高且稳定性较高的双叶轮、双发电机系统的风力发电机组，以克服现有的风力发电机组，风能利用率较低，发电效率较低，并且稳定性较差的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种双叶轮、双发电机系统的风力发电机组，包括塔架、机舱、上风向发电单元和下风向发电单元，所述机舱设置在所述塔架的顶部，所述上风向发电单元和下风向发电单元均设置在所述机舱上；所述上风向发电单元包括上风向叶轮、上风向主轴和上风向发电机，所述上风向叶轮设置在所述机舱的前端，所述上风向叶轮通过所述上风向主轴与所述上风向发电机连接；所述下风向发电单元包括下风向叶轮、下风向主轴和下风向发电机，所述下风向叶轮设置在所述机舱的后端，所述下风向叶轮通过所述下风向主轴与所述下风向发电机连接。
作为本发明的一种改进，所述上风向发电单元还包括传动系统，所述上风向发电机采用双馈异步发电机，所述上风向主轴通过所述传动系统与所述双馈异步发电机连接。
进一步改进，所述下风向发电机采用永磁直驱同步发电机。
进一步改进，所述上风向叶轮与下风向叶轮旋转方向相反。
进一步改进，所述上风向叶轮的直径小于所述下风向叶轮的直径。
进一步改进，所述风力发电机组为下风向偏航风力发电机组。
由于采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：
1、本发明双叶轮、双发电机系统的风力发电机组，一个塔架上同时设有两组叶轮和两台发电机，两组叶轮同时、分别驱动两台发电机工作，在单位土地面积上能够捕获更多的风能，提高了风能利用率，并且节约了风力发电器材，降低了设备成本，降低了度电成本，并且上风向叶轮和下风向叶轮分置机舱前、后两端的结构，可以通过调节塔筒顶部法兰与机舱连接处的位置来实现平衡，上风向叶轮、下风向叶轮及机舱的重量相对平衡的作用在塔架上，使得该风力发电机组的稳定性相对较高，具有良好的推广价值。
2、上风向叶轮和下风向叶轮在风机运行时旋转方向相反，产生的陀螺力矩是相反的，部分力矩相互抵消，有益于提高偏航时的稳定性。
3、上风向叶轮直径要小于下风向叶轮直径，使得风经过上风向叶轮后仍然能够被下风向叶轮很好的利用，以提高下风向发电单元的发电效率。
4、由于下风向叶轮的直径较大，产生的力矩也较大，所以采用下风向偏航不需要偏航驱动装置就能够实现自动对风，对偏航系统的要求较小。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明双叶轮、双发电机系统的风力发电机组的原理示意图；
图2是本发明双叶轮、双发电机系统的风力发电机组的结构示意图；
其中，1、上风向叶轮，2、上风向主轴，3、传动系统，4、上风向发电机，5、机舱，6、下风向发电机，7、下风向主轴，8、下风向叶轮，9、塔架。
具体实施方式
参见图1和图2所示，本发明提供了一种双叶轮、双发电机系统的风力发电机组，包括塔架9、机舱5、上风向发电单元和下风向发电单元，机舱5设置在塔架9顶部，上风向发电单元和下风向发电单元均设置在机舱5上；上风向发电单元包括上风向叶轮1、上风向主轴2和上风向发电机4，上风向叶轮1设置在机舱5的前端，上风向叶轮1通过上风向主轴2与上风向发电机4连接；下风向发电单元包括下风向叶轮8、下风向主轴7和下风向发电机6，下风向叶轮8设置在机舱5的后端，下风向叶轮8通过下风向主轴7与下风向发电机6连接。
风从上风向叶轮1处吹来，以一定的速度和攻角作用于上风向叶轮1上，使上风向叶轮1产生转矩，驱动上风向主轴2旋转，将风能转化为旋转机械能，上风向主轴2带动上风向发电机4旋转，进而将旋转机械能转换成电能；然后再经过下风向叶轮8，下风向叶轮8再次将风能转化为旋转机械能，经过下风向主轴7的传递，带动下风向发电机6旋转，第二次将旋转机械能转换为电能，提高了风能利用率和发电效率；并且由于上风向叶轮1和下风向叶轮8分别设置在机舱5的前、后两端，机舱5及上、下风向叶轮1、8的重量相对平衡的作用在塔架9上，使得该风力发电机组的稳定性相对较高。
具体的，本实施例中上风向发电机4采用双馈异步发电机，上风向主轴2通过传动系统3与双馈异步发电机连接；下风向发电机6采用永磁直驱同步发电机，下风向主轴7直接与永磁直驱同步发电机连接。当然，上、下风向发电机4、6不仅限于采用双馈异步发电机和永磁直驱同步发电机。
为进一步提高风能的利用率，本实施例中下风向叶轮8与上风向叶轮1旋转方向相反，风经过上风向叶轮1后，短距离内空气的流动轨迹是一条螺旋线，沿主轴方向有径向的动能损失，采用下风向叶轮8与上风向叶轮1旋转方向相反的布置方式，能够获得更大的攻角，降低了气流损失，提高了气动效率。
并且由于上、下风向叶轮1、8旋转方向相反，使得上、下风向叶轮1、8旋转产生并传递到机舱5上的合力矩大幅降低，降低了风力发电机组偏航对风动作时的陀螺力矩，有益于提高偏航时的稳定性。
此外，还可将上风向叶轮1的直径设置成小于下风向叶轮8的直径，使得风经过上风向叶轮1后仍然能够被下风向叶轮8很好的利用，以提高下风向发电单元的发电效率。作为优选方案，该风力发电机组为下风向偏航风力发电机组，由于下风向叶轮8的直径较大，产生的力矩也较大，所以采用下风向偏航不需要偏航驱动装置就能够实现自动对风。
本发明的双叶轮、双发电机系统的风力发电机组，风能利用率较高、发电效率较高、稳定性较高，且偏航时不需要驱动装置就能够实现自动对风，有益于降低设备成本和度电成本，适于推广应用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种双叶轮、双发电机系统的风力发电机组，其特征在于，包括塔架、机舱、上风向发电单元和下风向发电单元，所述机舱设置在所述塔架的顶部，所述上风向发电单元和下风向发电单元均设置在所述机舱上；
所述上风向发电单元包括上风向叶轮、上风向主轴和上风向发电机，所述上风向叶轮设置在所述机舱的前端，所述上风向叶轮通过所述上风向主轴与所述上风向发电机连接；
所述下风向发电单元包括下风向叶轮、下风向主轴和下风向发电机，所述下风向叶轮设置在所述机舱的后端，所述下风向叶轮通过所述下风向主轴与所述下风向发电机连接。
2.根据权利要求1所述的双叶轮、双发电机系统的风力发电机组，其特征在于，所述上风向发电单元还包括传动系统，所述上风向发电机采用双馈异步发电机，所述上风向主轴通过所述传动系统与所述双馈异步发电机连接。
3.根据权利要求1所述的双叶轮、双发电机系统的风力发电机组，其特征在于，所述下风向发电机采用永磁直驱同步发电机。
4.根据权利要求1-3任一项所述的双叶轮、双发电机系统的风力发电机组，其特征在于，所述上风向叶轮与下风向叶轮旋转方向相反。
5.根据权利要求4所述的双叶轮、双发电机系统的风力发电机组，其特征在于，所述上风向叶轮的直径小于所述下风向叶轮的直径。
6.根据权利要求5所述的双叶轮、双发电机系统的风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组为下风向偏航风力发电机组。
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