CN113279901A - 一种机舱带有辅助支撑结构的双风轮风电机组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机舱带有辅助支撑结构的双风轮风电机组,包括前风轮、后风轮、机舱、后部机舱支撑结构、前部机舱支撑结构、偏航系统和塔筒;塔筒呈上下两段结构,下段的塔筒设置在地面上,下段的塔筒通过偏航系统连接上段的塔筒;机舱设置在塔筒的上端,机舱的前后两侧分别设置有前部机舱支撑结构和后部机舱支撑结构进行支撑,前部机舱支撑结构的一端连接机舱的前侧部位,前部机舱支撑结构的另一端连接上段的塔筒;后部机舱支撑结构的一端的连接机舱的后侧部位,后部机舱支撑结构的另一端连接上段的塔筒;前风轮的前轮毂连接机舱的前端部位,后风轮的后轮毂连接机舱的后端部位。解决了气动效率和结构稳定性的矛盾。
Description
技术领域
本发明属于风电技术领域,具体属于一种机舱带有辅助支撑结构的双风轮风电机组。
背景技术
双风轮风电机组是一种新型的风能利用装置,它具有两个风轮,可在同平面布置也可在不同平面布置,分别形成并列式和串列式两种结构。并列式双风轮并未增大风能吸收面积,且两风轮容易产生结构干扰,风轮直径难以做到很大,这种结构的风能利用系数和发电量并未实现很大提升。而串列式双风轮结构的两个风轮不受结构方面限制,风轮前后布置可以有效吸收前风轮的剩余风能,实现风能梯级利用,提高风能利用系数和发电量。
虽然串列式双风轮的风轮布置受结构影响较小,但两风轮间存在气动干扰。为减小气动干扰影响,理论上两个风轮应增大间距。这将增大两风轮间机舱尺寸,提高机舱质量,对塔筒、基础结构造成很大影响,容易发生结构失稳,并导致风电机组支撑结构成本大幅提升。因此,对于串列式双风轮风电机组,提高气动性能与提高结构稳定性存在矛盾,且这种矛盾随着机组容量、风轮直径增大而更加明显。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题,本发明提供一种带有机舱辅助支撑结构的双风轮风电机组,风轮系统采用双风轮结构,在机舱下端增加辅助支撑结构,解决了气动效率和结构稳定性之间的矛盾,在增大双风轮间距,提高风能利用效率的同时,保证机组稳定性满足要求,有利于双风轮风电机组的大型化。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种机舱带有辅助支撑结构的双风轮风电机组,包括前风轮、后风轮、机舱、后部机舱支撑结构、前部机舱支撑结构、偏航系统和塔筒;
所述塔筒呈上下两段结构,下段的塔筒设置在地面上,下段的塔筒通过偏航系统连接上段的塔筒;
所述机舱设置在塔筒的上端,所述机舱的前后两侧分别设置有前部机舱支撑结构和后部机舱支撑结构进行支撑,所述前部机舱支撑结构的一端连接机舱的前侧部位,前部机舱支撑结构的另一端连接上段的塔筒;所述后部机舱支撑结构的一端的连接机舱的后侧部位,后部机舱支撑结构的另一端连接上段的塔筒;
所述前风轮的前轮毂连接机舱的前端部位,所述后风轮的后轮毂连接机舱的后端部位。
优选的,所述下段的塔筒与偏航系统之间通过塔筒法兰进行连接。
优选的,所述机舱为整体机舱或分段机舱;所述分段机舱分为前段机舱和后段机舱,所述前段机舱连接前部机舱支撑结构,所述后段机舱连接后部机舱支撑结构,所述前段机舱和后段机舱之间间隙设置。
优选的,所述前风轮与后风轮的旋转方向相反。
优选的,所述前风轮的叶片与前轮毂的连接部位设置有变桨系统,所述变桨系统对前风轮的叶片进行变桨控制;所述后风轮的叶片与后轮毂的连接部位设置有变桨系统,所述变桨系统对后风轮的叶片进行变桨控制。
优选的,所述前风轮和后风轮的叶片数量为1~4片,所述前风轮和后风轮的叶片材质为木质、玻璃纤维或碳纤维。
优选的,所述前风轮的直径范围为20~300米,前风轮与后风轮的直径比为0.1~10。
优选的,所述后部机舱支撑结构和前部机舱支撑结构的数量为1个或多个。
优选的,所述机舱的长度为10~50米,机舱的截面为圆形、椭圆形或方形;所述塔筒的高度为50~400米,所述塔筒的材质为钢、混凝土、或两者的组合,所述塔筒的截面为圆形、方形等,截面直径为3~15米。
优选的,所述后部机舱支撑结构和前部机舱支撑结构与机舱和塔筒之间均通过焊接或法兰盘螺栓连接。
与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:
本发明公开的一种带有机舱辅助支撑结构的双风轮风电机组,采用双风轮结构形式,后风轮可以充分捕获前风轮剩余风能,实现风能的梯级利用,提高风电机组综合风能利用系数,减少尾流影响,提升整场发电效率;机舱及风轮系统除用塔筒直接支撑外,还增加前、后机舱的辅助支撑结构,提高机舱稳定性,可使机舱少受结构约束,机舱长度(即前后风轮的间距)可以更长,有利于降低前后风轮气动干扰,进一步提高双风轮风电机组效率;机组偏航装置位于前、后机舱的辅助支撑结构与塔筒连接处下方,偏航系统动作时,偏航轴承上方的机舱、辅助支撑结构、上部塔筒同步转动,可实现有效偏航,不受结构复杂性提高的影响。本发明提高了双风轮风机机组的发电性能和结构稳定性,解决了双风轮风电机组气动性能与结构稳定性之间的矛盾,具有良好的经济效益和应用前景。
进一步的,通过设置前风轮与后风轮的旋转方向相反,可以有效抵消单风轮转动时产生的水平转动惯量,提高风电机组稳定性。
进一步的,通过设置变桨系统,可以实现叶片的变桨控制,前风轮1与后风轮2的转速、转向、桨角均可各自根据实际情况设定和改变,不互相影响。
进一步的,通过设置前机舱辅助支撑结构和后机舱辅助支撑结构的数量为1个或多个,可以根据前后风轮直径及机舱重量设定具体数量,提高机组稳定性作用。
附图说明
图1为本发明的实施例1的结构示意图;
图2为本发明的实施例1的结构侧面示意图;
图3为本发明的实施例2的结构示意图;
图4为本发明的实施例2的结构侧面示意图;
附图中:前风轮1、后风轮2、后轮毂3、机舱4、前轮毂5、后部机舱支撑结构6、前部机舱支撑结构7、偏航系统8、塔筒法兰9、塔筒10。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明,所述是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
如图1和图2所示,本发明的一种带有机舱辅助支撑结构的双风轮风电机组,包括前风轮1、后风轮2、后轮毂3、机舱4、前轮毂5、后部机舱支撑结构6、前部机舱支撑结构7、偏航系统8、塔筒法兰9、塔筒10。前风轮叶片数量为1~4个,后风轮数量为1~4个,均匀分布在圆周平面上。本实施例中优选前风轮1、后风轮2各有3个叶片。
前风轮直径范围在20~300米,前风轮直径为后风轮直径的0.1~10倍。本实施例中优选前风轮1直径150米,后风轮2直径80米。前风轮1与前轮毂5、后风轮2与后轮毂3之间采用法兰盘连接。前轮毂5和后轮毂3分别在机舱4两侧。每个叶片与轮毂连接的法兰盘处有变桨系统,可以实现叶片的变桨控制。前风轮1与后风轮2的转速为0~50rpm、转向为顺时针或逆时针,且前风轮1与后风轮2的转速、转向、桨角均可各自根据实际情况设定和改变,不互相影响。本实施例中优选前、后风轮叶片均采用玻璃纤维和碳纤维的混合材质。
本实施例中优选前、后风轮旋转方向相反,可以有效抵消单风轮转动时产生的水平转动惯量,提高风电机组稳定性。
机舱4中装有传动链、发电机、变流器、通风系统、控制系统等设备,以及主机架、支撑座等结构。传动链形式可为带高速齿轮箱的高速传动或带中速齿轮箱的中速传动或无齿轮箱的低速传动等。传动链为两条,分别与前风轮1和后风轮2相连,传递两个风轮捕获的能量。发电机与传动链相连,数量为1或2个,为励磁异步发电机或永磁同步发电机。传动链包括齿轮箱、主轴、轴承等,形式可为带高速齿轮箱的高速传动、中速齿轮箱的中速传动、无齿轮箱的低速传动等。
本实施例中机舱内部有两条高速传动链,分别与前风轮1和后风轮2相连。高速传动链由低速轴、高速齿轮箱组、高速轴、发电机组成。发电机产生的电能通过变流器变流后由电缆输送至电网。
双风轮风电机组额定功率可以为0.5~15MW。本实施例中优选风电机组整机额定功率为8MW。塔筒10与机舱4中部通过法兰盘连接。塔筒为钢制,直径8米,高度180米,由3节拼接而成。前部机舱支撑结构、后部机舱支撑结构与机舱、塔筒之间为锚栓连接。前部机舱支撑结构、后部机舱支撑结构与塔筒连接处下方有偏航系统8,偏航系统下方为塔筒法兰9。塔筒法兰9将上部塔筒与中部塔筒连接。偏航系统8转动时,偏航系统上部的风轮、机舱、上部塔筒、机舱支撑结构整体转动。
本实施例中机舱长10~50米,截面为圆形、椭圆形或方形。本实施例中机舱内有两条传动链,分别与前、后风轮相连,传动链采用中速传动形式,发电机为中速永磁发电机。本实施例中机舱与塔筒直接相连时为固定式连接,如焊接型式或法兰盘螺栓连接等。前部机舱支撑结构、后部机舱支撑结构与机舱、塔筒之间的连接为固定式连接,如焊接型式、锚栓连接或法兰盘螺栓连接等。前部机舱支撑结构、后部机舱支撑结构与塔筒连接位置可在塔筒上半部任何位置。前部机舱支撑结构、后部机舱支撑结构可以分别为1个或多个,可以数量相等或不等,根据前后风轮直径及机舱重量设定具体数量。
采用本发明的带有机舱辅助支撑结构的双风轮风电机组后,后风轮可以充分捕获前风轮剩余风能,实现风能的梯级利用,提高风电机组综合风能利用系数,减少尾流影响,提升整场发电效率;机舱及风轮系统除用塔筒直接支撑外,还增加前、后机舱的辅助支撑结构,提高机舱稳定性,可使机舱少受结构约束,机舱长度(即前后风轮的间距)可以更长,有利于降低前后风轮气动干扰,进一步提高双风轮风电机组效率;机组偏航装置位于前、后机舱的辅助支撑结构与塔筒连接处下方,偏航系统动作时,偏航轴承上方的机舱、辅助支撑结构、上部塔筒同步转动,可实现有效偏航,不受结构复杂性提高的影响。
实施例2
如图3和图4所示,本发明的一种带有机舱辅助支撑结构的双风轮风电机组,包括前风轮1、后风轮2、后轮毂3、机舱4、前轮毂5、后机舱支撑结构6、前机舱支撑结构7、偏航系统8、塔筒法兰9、塔筒10。前风轮1、后风轮2各有3个叶片。前风轮1直径150米,后风轮2直径80米。前风轮1与前轮毂5、后风轮2与后轮毂3之间采用法兰盘连接。机舱4为分段机舱;分段机舱分为前段机舱和后段机舱,前段机舱连接前部机舱支撑结构7,后段机舱连接后部机舱支撑结构6,前段机舱和后段机舱之间间隙设置。
前轮毂5和后轮毂3分别在前段机舱和后段机舱的两侧。每个机舱内部各有1条传动链,分别与两个风轮1和后风轮2相连。传动链由轴承、发电机组成。发电机产生的电能通过装在前机舱支撑结构7、后机舱支撑结构6、塔筒10中的电缆输送到变流器变流后由电缆输送至电网。风电机组整机额定功率为8MW。塔筒10通过前机舱支撑结构7与前段机舱相连,通过后机舱支撑结构6与后段机舱连接。塔筒为钢制,直径8米,高度180米,由3节拼接而成。前机舱支撑结构7与前段机舱、后机舱支撑结构6与后段机舱之间为锚栓连接。前机舱支撑结构7、后机舱支撑结构6与塔筒10连接处下方有偏航系统8,偏航系统下方为塔筒法兰9。偏航系统8转动时,偏航系统上部的风轮、机舱、上部塔筒、机舱支撑结构整体转动。
机舱与塔筒可以直接相连,也可以仅通过前部机舱支撑结构和后部机舱支撑结构相连。双风轮结构形式,可以充分捕获前风轮剩余风能,实现风能的梯级利用,提高风电机组综合风能利用系数,减少尾流影响,提升整场发电效率;机舱及风轮系统除用塔筒直接支撑外,还增加前、后机舱的辅助支撑结构,提高机舱稳定性,可使机舱少受结构约束,机舱长度(即前后风轮的间距)可以更长,有利于降低前后风轮气动干扰,进一步提高双风轮风电机组效率;机组偏航装置位于前、后机舱的辅助支撑结构与塔筒连接处下方,偏航系统动作时,偏航轴承上方的机舱、辅助支撑结构、上部塔筒同步转动,可实现有效偏航,不受结构复杂性提高的影响。本发明提高了双风轮风机机组的发电性能和结构稳定性,解决了双风轮风电机组气动性能与结构稳定性之间的矛盾。
需要说明的是,以上所述仅为本发明实施方式之一,根据本发明所描述的系统所做的等效变化,均包括在本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做类似的方式替代,只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围,均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种机舱带有辅助支撑结构的双风轮风电机组,其特征在于,包括前风轮(1)、后风轮(2)、机舱(4)、后部机舱支撑结构(6)、前部机舱支撑结构(7)、偏航系统(8)和塔筒(10);
所述塔筒(10)呈上下两段结构,下段的塔筒(10)设置在地面上,下段的塔筒(10)通过偏航系统(8)连接上段的塔筒(10);
所述机舱(4)设置在塔筒(10)的上端,所述机舱(4)的前后两侧分别设置有前部机舱支撑结构(7)和后部机舱支撑结构(6)进行支撑,所述前部机舱支撑结构(7)的一端连接机舱(4)的前侧部位,前部机舱支撑结构(7)的另一端连接上段的塔筒(10);所述后部机舱支撑结构(6)的一端的连接机舱(4)的后侧部位,后部机舱支撑结构(6)的另一端连接上段的塔筒(10);
所述前风轮(1)的前轮毂(5)连接机舱(4)的前端部位,所述后风轮(2)的后轮毂(3)连接机舱(4)的后端部位。
2.根据权利要求1所述的一种机舱带有辅助支撑结构的双风轮风电机组,其特征在于,所述下段的塔筒(10)与偏航系统(8)之间通过塔筒法兰(9)进行连接。
3.根据权利要求1所述的一种机舱带有辅助支撑结构的双风轮风电机组,其特征在于,所述机舱(4)为整体机舱或分段机舱;所述分段机舱分为前段机舱和后段机舱,所述前段机舱连接前部机舱支撑结构(7),所述后段机舱连接后部机舱支撑结构(6),所述前段机舱和后段机舱之间间隙设置。
4.根据权利要求1所述的一种机舱带有辅助支撑结构的双风轮风电机组,其特征在于,所述前风轮(1)与后风轮(2)的旋转方向相反。
5.根据权利要求1所述的一种机舱带有辅助支撑结构的双风轮风电机组,其特征在于,所述前风轮(1)的叶片与前轮毂(5)的连接部位设置有变桨系统,所述变桨系统对前风轮(1)的叶片进行变桨控制;所述后风轮(2)的叶片与后轮毂(3)的连接部位设置有变桨系统,所述变桨系统对后风轮(2)的叶片进行变桨控制。
6.根据权利要求1所述的一种机舱带有辅助支撑结构的双风轮风电机组,其特征在于,所述前风轮(1)和后风轮(2)的叶片数量为1~4片,所述前风轮(1)和后风轮(2)的叶片材质为木质、玻璃纤维或碳纤维。
7.根据权利要求1所述的一种机舱带有辅助支撑结构的双风轮风电机组,其特征在于,所述前风轮(1)的直径范围为20~300米,前风轮(1)与后风轮(2)的直径比为0.1~10。
8.根据权利要求1所述的一种机舱带有辅助支撑结构的双风轮风电机组,其特征在于,所述后部机舱支撑结构(6)和前部机舱支撑结构(7)的数量为1个或多个。
9.根据权利要求1所述的一种机舱带有辅助支撑结构的双风轮风电机组,其特征在于,所述机舱(4)的长度为10~50米,机舱(4)的截面为圆形、椭圆形或方形;所述塔筒(10)的高度为50~400米,所述塔筒(10)的材质为钢、混凝土、或两者的组合,所述塔筒(10)的截面为圆形、方形等,截面直径为3~15米。
10.根据权利要求1所述的一种机舱带有辅助支撑结构的双风轮风电机组,其特征在于,所述后部机舱支撑结构(6)和前部机舱支撑结构(7)与机舱(4)和塔筒(10)之间均通过焊接或法兰盘螺栓连接。
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