CN114718814A - 一种水平翼风力发电装置及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水平翼风力发电装置及其安装方法，包括机房、塔筒和扇叶，所述机房内设有减速机、发电机、逆变器和配电柜，所述扇叶的输出轴与减速机的输入端连接，所述减速机的输出端和发电机的输入端连接，所述发电机通过逆变器及配电柜将电力输出，所述扇叶通过回转支承设于塔筒的顶端，所述输出轴的与回转支承连接，所述机房设于地面基座上。本发明的扇叶总成水平安装，可以全风向发电，吸收360°任何风向的风能，全风向发电，减速机、发电机等为落地式安装成本降低，制造运输安装维护成本低，发电出勤出力高、投资少，产出大，结构简单、扇叶全吸能、惯性大、面积重量比大、扇叶重量功率比大、传动机构少，扇叶的输出轴与减速机的输入端连接，传动零距离，并且整体装置重心向下，稳定性较好。

Description

一种水平翼风力发电装置及其安装方法

技术领域

本发明涉及发电机技术领域，尤其是一种水平翼风力发电装置及其安装方法。

背景技术

风力发电一直都是以绿色环保的新型能源被人们重视和利用，特别是以石化为能源为主的今天，高污染成为当下必须急于解决的问题。风力发电的优点已被大众所熟知和接受，但它的弊端也同时显现，特别是风力发电大型化和特大型化，最近几年各国都争相往超大型化方向进行研发和制造。由原来的的几百千瓦，到上千千瓦，现在已出现1.3至1.5万千瓦。这种超大功率的风力发电机，全部几乎用同一技术路径，那就沿席了上百年的水平轴风力发电机技术路径。这种技术路径它在小功率风力发电机就能发挥它的优势，但无休止的大型化反而变成了劣势。这种缺点和不足主要体现在以下几点：

一、背离自然法则：

众所周知，风能无所不在，可以为人类所利用，但风能它也有它的运行轨迹，几乎所有的风能，虽然风向不定，但它也有规律可循，那就是风的流动方向基本是和地平面平行运动，那么我们要最大程度和最高效的捕获风能，只有充分认识理解风能的特性和运行轨迹，才能依据它的特点和运行规律制定和捕获风能的最佳方案和方法。从物理的最基本原理是，获得最大推力能量是和力的方向相向而行，形成一条直线，才能吸收得到能量最大的转换。传统的水平轴扇叶叶面迎风旋转的这种方案首先就背离了基本物理能量捕获转换理论。所以效能低下。在此技术上基础上，越是追求大型化，效能越低，投资回报遥遥无期。这种技术路径的的弊端在陆地上的低效和回报周期漫长已众所周知，新趋势又转移到海上，所谓海上风力大，发电量就大，其实不然，首先陆地上的风能只利用了极少一部分，因为这种技术路线上的错误，在陆地上只能依靠国家补贴才能生存。这种技术路径在陆地上还稍微综合效能高一点，在海上效能只会更低，因为这种技术路径的致命缺点是风力6级以下基本不发电，或者发电很少，甚至被自身所消耗，也就是说风力小了吹不动笨重的叶片，只有风力大的时候才能转动。正常发电风力7级至9级。超过9级又发不了电，叶片快速旋转的离心力引起的应力在较短时间不能消除，叶片就直接折断损毁，实际的正常风力窗口期很小，风力利用段窄。也就是说这种技术路径的风力发电机风小不发电，风大不能发电。如果在到大风大浪的海上发电，建设安装成本，铺设海底电缆等是陆地的数倍，陆地上的大风都只能停机，海上发电效能可想而知，投资回报周期根本无法确定，究其原因，还是海上发电还有政府补贴。

二、具体因素

(1)对风转：由于水平轴风力发电机风叶旋转方向是正对风方旋转，风力流动的切割力对扇叶的横向挤压推力，使叶片承受超高负荷，叶片因应力集中无法释放和消除，容易受损或折断。任何材料的性能都有它的极限值，这种只适合于小型风力发电机，也就是较短叶片；

(2)需对风方：弃风严重，浪费资源，风力的流动是没有固定方向性的，这种结构就只有正对一个风向才能发挥较好效能，风向稍微偏移，效能大打折扣，如果安装追风仪和系统，机构复杂，成本高昂，得不偿失；

(3)无惯性效应：因叶片对风旋转，叶片被迎面而来的风力风压压在叶片上，叶片和风向正好呈180度，叶片的旋转是依靠叶片的倾斜角度强行将风力的行进方向改变，通过风力行进改变过程中滑过叶片时从而推动叶片旋转，这样因改变了风力的行进方向就使效能大打折扣，其结果，就是众所熟知转得慢的原因，每分钟20-30转，从而无法获得高速旋转的惯性效应；

(4)顶置发电机弊端：扇叶和减速箱及发电机和刹车系统都设置在塔筒顶端，重心偏高，对塔筒、基础提出了更高的要求，扇叶吊装安装更高的要求，同时也带来了安全风险；

(5)保养维护：因主要设备在塔筒上端，平时的保养维护都得需人工高空作业，这样使运营成本上升；

(6)投入产出效率低：三叶横向式风机由于无论是风力捕获方式或设备结构都是属于能量转换低，设备投资高的一种大型风力设备。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足之处，提供一种水平翼风力发电装置及其安装方法，扇叶顺风旋转，全风向发力，发电效率高，具有一定的惯性效应，且安装维护方便。

本发明的目的是以下述方式实现的：

一种水平翼风力发电装置，包括机房、塔筒和扇叶，所述机房内设有减速机、发电机、逆变器和配电柜，所述扇叶的输出轴与减速机的输入端连接，所述减速机的输出端和发电机的输入端连接，所述发电机通过逆变器及配电柜将电力输出，所述扇叶通过回转支承设于塔筒的顶端，所述回转支承连接有刹车系统，所述输出轴的与回转支承连接，所述机房设于地面基座上。

作为本发明技术方案的一种可选方案，所述塔筒由若干段塔筒模块组成，所述输出轴由若干段轴模块组成。

作为本发明技术方案的一种可选方案，所述塔筒内设有若干用于固定输出轴的轴承座。

作为本发明技术方案的一种可选方案，所述扇叶的上方沿塔筒的延伸方向连接有顶柱，所述顶柱的顶端设有风向仪和风速仪。

作为本发明技术方案的一种可选方案，所述扇叶有若干片，若干片所述扇叶沿圆周方向均匀排列，相邻两片所述扇叶通过拉线一连接。

作为本发明技术方案的一种可选方案，所述扇叶的受风面为凹形，背风面为凸形。

作为本发明技术方案的一种可选方案，所述顶柱的上端设有轴承，所述扇叶通过拉线二与轴承连接。

作为本发明技术方案的一种可选方案，所述塔筒通过拉线三与基座连接。

另外，本发明还提供了一种上述水平翼风力发电装置的安装方法，包括以下步骤：

步骤一：根据地质实际情况和承重压力，做好基座、拉线三的固定锚具和预埋件，在每段塔筒模块内壁中固定好轴承座，并将每段轴模块分别设于每段塔筒模块；

步骤二：在基座上安装好液压顶升机构，在液压顶升机构上端的支承台上将每片扇叶安装在扇叶座上完成扇叶总成，用拉线一将相邻的叶片连接安装好，在扇叶座上安装好顶柱，在顶柱上安装好风向仪、风速仪和轴承，扇叶通过拉线二与轴承连接安装好，并通过钢丝绳拉力调整器将拉线一和拉线二拉紧，达到所设计的拉力力矩；

步骤三：将最顶端的塔筒模块的顶端安装好回转支承和刹车系统；

步骤四：液压顶升机构进行分段顶升，顶升到相应规定高度后停止，由吊车将带组装好回转支承的塔筒模块吊入预留顶升机构平台，塔筒模块到位后，塔筒模块上端的回转支承和扇叶的扇叶座相连并固定，完成后吊装下一段塔筒模块，安装工艺工序和上一级塔筒一样；

步骤五：塔筒模块安装的同时把轴模块连接法兰同时安装固定，直到最底部分段塔筒安装完毕，整个塔筒扇叶组件全部安装完成；

步骤六：在基座上建好机房，将最底端的轴模块与机房内的减速机连接；

步骤七：分别将拉线三固定于顶部塔筒模块的拉环上和地面固定锚具上，并通过钢丝绳拉力调整器将拉线三拉紧，达到所设计的拉力力矩。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的扇叶总成水平安装，可以全风向发电，吸收360°任何风向的风能，全风向发电；

(2)本发明的塔筒、输出轴和扇叶等全模块化，无大件运输、无大件便道、无特大型吊机、无特大型基础、无需抗侧向力重力基础、安装简单、安装施工时间短、结构简单、维修保养方便；

(3)本发明的扇叶之间设有拉线，并且，每片扇叶与顶柱上轴承连接，塔筒顶部和预埋基础通过拉线连接，保证扇叶正常运转以及塔筒的稳定性，节省成本；

(4)本发明的水平翼风力发电装置的减速机、发电机等为落地式安装成本降低，制造运输安装维护成本低，发电出勤出力高、投资少，产出大；

(5)本发明的水平翼风力发电装置的结构简单、扇叶全吸能、惯性大、面积重量比大、扇叶重量功率比大、传动机构少，扇叶的输出轴与减速机的输入端连接，传动零距离，并且整体装置重心向下，稳定性较好；

(6)本发明采用液压顶升工艺完成安装，无需大型吊车进行吊装，特别是吊装上端几段塔筒，和顶端扇叶吊装，需考虑气象因素，特别是风力因素，包括雾天，都会对吊装产生不利的影响。采用液压顶升安装工艺，只需小型吊车协助分段模块化装配即可，安全性高，对天气要求低，特别是是风力和雾天，只要天气不是特别极端恶劣，全年大部分时间都可施工。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明水平翼风力发电装置的立体结构示意图；

图2为本发明水平翼风力发电装置的俯视图；

图3为本发明中塔筒的内部结构示意图。

附图标记：

1-机房；2-塔筒；201-塔筒模块；3-扇叶；4-减速机；5-发电机；6-逆变器；7-配电柜；8-输出轴；801-轴模块；9-回转支承；10-轴承座；11-顶柱；12-风向仪；13-拉线一；14-轴承；15-拉线二；16-拉线三；17-基座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”等应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中介媒体相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-3所示，一种水平翼风力发电装置，包括机房1、塔筒2和扇叶3，机房1内设有减速机4、发电机5、逆变器6和配电柜7，扇叶7的输出轴8与减速机4的输入端连接，减速机4的输出端和发电机5的输入端连接，发电机5通过逆变器6及配电柜7将电力输出，扇叶3通过回转支承9设于塔筒2的顶端，输出轴8的与回转支承9连接，机房1设于地面基座17上。

作为本实施例的进一步方案，所述塔筒2由若干段塔筒模块201组成，所述输出轴8由若干段轴模块801组成，每段塔筒模块201内，设有若干用于固定输出轴8的轴承座10，相邻两段塔筒模块201和相邻两段轴模块801均通过法兰盘连接，塔筒2通过拉线三16与基座17连接。

作为本实施例的进一步方案，扇叶3的上方沿塔筒2的延伸方向连接有顶柱11，顶柱11的顶端设有风向仪12和风速仪，顶柱11的上端设有轴承14，扇叶3通过拉线二15与轴承14连接。

作为本实施例的进一步方案，扇叶3有若干片，若干片扇叶3沿圆周方向均匀排列设于扇叶座上，相邻两片所述扇叶4通过拉线一13连接，扇叶3的受风面为凹形，吸收风能大，背风面为凸形，风阻小，扇叶座与回转支承9的转动内圈连接，回转支承9的转动内圈与输出轴8连接。

本发明的塔筒2、输出轴8和扇叶3等全模块化，无大件运输、无大件便道、无特大型吊机、无特大型基础、无需抗侧向力重力基础、安装简单、安装施工时间短、结构简单、维修保养方便，扇叶总成水平安装，可以全风向发电，吸收360°任何风向的风能，全风向发电，扇叶3之间设有拉线，并且，每片扇叶3与顶柱11上端的轴承14连接，保证扇叶3正常运转，节省成本；本发明的水平翼风力发电装置的减速机4、发电机5等为落地式安装成本降低，制造运输安装维护成本低，发电出勤出力高、投资少，产出大；本发明的水平翼风力发电装置的结构简单、扇叶3全吸能、惯性大、面积重量比大、扇叶重量功率比大、传动机构少，扇叶3的输出轴8与减速机4的输入端连接，传动零距离，并且整体装置重心向下，稳定性较好。

另外，本发明还提供了一种上述水平翼风力发电装置的安装方法，包括以下步骤：

步骤一：根据地质实际情况和承重压力，做好基座17、拉线三16的固定锚具和预埋件，在每段塔筒模块201内壁中固定好轴承座10，并将每段轴模块801分别设于每段塔筒模块201；

步骤二：在基座上安装好液压顶升机构，在液压顶升机构上端的支承台上将每片扇叶3安装在扇叶座上完成扇叶总成，用拉线一13将相邻的叶片13连接安装好，在扇叶座上安装好顶柱11，在顶柱11上安装好风向仪12、风速仪和轴承14，扇叶3通过拉线二15与轴承14连接安装好，并通过钢丝绳拉力调整器将拉线一13和拉线二15拉紧，达到所设计的拉力力矩；

步骤三：将最顶端的塔筒模块201的顶端安装好回转支承9和刹车系统；

步骤四：液压顶升机构进行分段顶升，顶升到相应规定高度后停止，由吊车将带组装好回转支承9的塔筒模块201吊入预留顶升机构平台，塔筒模块201到位后，塔筒模块201上端的回转支承9和扇叶3的扇叶座相连并固定，完成后吊装下一段塔筒模块201，安装工艺工序和上一级塔筒一样；

步骤五：塔筒模块201安装的同时把轴模块801连接法兰同时安装固定，直到最底部分段塔筒安装完毕，整个塔筒扇叶组件全部安装完成；

步骤六：在基座17上建好机房1，将最底端的轴模块801与机房内的减速机4连接；

步骤七：分别将拉线三16固定于顶部塔筒模块201的拉环上和地面固定锚具上，并通过钢丝绳拉力调整器将拉线三16拉紧，达到所设计的拉力力矩。

本发明采用液压顶升工艺完成安装，无需大型吊车进行吊装，特别是吊装上端几段塔筒，和顶端扇叶吊装，需考虑气象因素，特别是风力因素，包括雾天，都会对吊装产生不利的影响。采用液压顶升安装工艺，只需小型吊车协助分段模块化装配即可，安全性高，对天气要求低，特别是是风力和雾天，只要天气不是特别极端恶劣，全年大部分时间都可施工。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础；当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种水平翼风力发电装置，包括机房(1)、塔筒(2)和扇叶(3)，所述机房(1)内设有减速机(4)、发电机(5)、逆变器(6)和配电柜(7)，所述扇叶(7)的输出轴(8)与减速机(4)的输入端连接，所述减速机(4)的输出端和发电机(5)的输入端连接，所述发电机(5)通过逆变器(6)及配电柜(7)将电力输出，其特征在于，所述扇叶(3)通过回转支承(9)设于塔筒(2)的顶端，所述回转支承(8)连接有刹车系统，所述输出轴(8)的与回转支承(9)连接，所述机房(1)设于地面基座(17)上。

2.根据权利要求1所述的一种水平翼风力发电装置，其特征在于，所述塔筒(2)由若干段塔筒模块(201)组成，所述输出轴(8)由若干段轴模块(801)组成。

3.根据权利要求1所述的一种水平翼风力发电装置，其特征在于，所述塔筒(2)内设有若干用于固定输出轴(8)的轴承座(10)。

4.根据权利要求1所述的一种水平翼风力发电装置，其特征在于，所述扇叶(3)的上方沿塔筒(2)的延伸方向连接有顶柱(11)，所述顶柱(11)的顶端设有风向仪(12)和风速仪。

5.根据权利要求1所述的一种水平翼风力发电装置，其特征在于，所述扇叶(3)有若干片，若干片所述扇叶(3)沿圆周方向均匀排列，相邻两片所述扇叶(4)通过拉线一(13)连接。

6.根据权利要求1所述的一种水平翼风力发电装置，其特征在于，所述扇叶(3)的受风面为凹形，背风面为凸形。

7.根据权利要求4所述的一种水平翼风力发电装置，其特征在于，所述顶柱(11)的上端设有轴承(14)，所述扇叶(3)通过拉线二(15)与轴承(14)连接。

8.根据权利要求1所述的一种水平翼风力发电装置，其特征在于，所述塔筒(2)通过拉线三(16)与基座(17)连接。

9.一种权利要求1-8任意一项所述水平翼风力发电装置的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：根据地质实际情况和承重压力，做好基座(17)、拉线三(16)的固定锚具和预埋件，在每段塔筒模块(201)内壁中固定好轴承座(10)，并将每段轴模块(801)分别设于每段塔筒模块(201)；

步骤二：在基座上安装好液压顶升机构，在液压顶升机构上端的支承台上将每片扇叶(3)安装在扇叶座上完成扇叶总成，用拉线一(13)将相邻的叶片(13)连接安装好，在扇叶座上安装好顶柱(11)，在顶柱(11)上安装好风向仪(12)、风速仪和轴承(14)，扇叶(3)通过拉线二(15)与轴承(14)连接安装好，并通过钢丝绳拉力调整器将拉线一(13)和拉线二(15)拉紧，达到所设计的拉力力矩；

步骤三：将最顶端的塔筒模块(201)的顶端安装好回转支承(9)和刹车系统；

步骤四：液压顶升机构进行分段顶升，顶升到相应规定高度后停止，由吊车将带组装好回转支承(9)的塔筒模块(201)吊入预留顶升机构平台，塔筒模块(201)到位后，塔筒模块(201)上端的回转支承(9)和扇叶(3)的扇叶座相连并固定，完成后吊装下一段塔筒模块(201)，安装工艺工序和上一级塔筒一样；

步骤五：塔筒模块(201)安装的同时把轴模块(801)连接法兰同时安装固定，直到最底部分段塔筒安装完毕，整个塔筒扇叶组件全部安装完成；

步骤六：在基座(17)上建好机房(1)，将最底端的轴模块(801)与机房内的减速机(4)连接；

步骤七：分别将拉线三(16)固定于顶部塔筒模块(201)的拉环上和地面固定锚具上，并通过钢丝绳拉力调整器将拉线三(16)拉紧，达到所设计的拉力力矩。

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