CN1298062A - 一种多叶片风轮机驱动的风力发电机系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多叶片风轮机驱动的风力发电机系统,属于一种杨式风轮机驱动的风力发电机。它包括由风轮机、发电机和自动控制等部分组成。风扇由多片主叶片和相同数量的副叶片及多个叶盘组成,风扇向前有一个迎风角,并采用定桨角结构,然后通过轴经增速器后带动转子。在恒频方式上采用了快速响应励磁来跟踪风速变化。具有风扇效率高,功率大,可靠性高,发电质量稳定的特点,单机容量可比现有风力发电机增加3倍。

Description

一种多叶片风轮机驱动的风力发电机系统

本发明涉及一种大功率的风力发电装置，它特别涉及一种采用多叶片风轮机驱动的风力发电机系统。

在本发明提出前，现有的风力发电机的驱动部份-风轮机，均采用传统的少风叶的结构设计：即风轮机上所采用的叶片数量很少，具有较高旋转速度的风扇来驱动风力发电机。这样的技术具有如下缺点：

1、现有的风轮机桨叶少，风扇的桨叶作为接收风能的基本部件，其面积和数量对风轮机的效率产生直接的影响。现有的风轮机为片面追求转速，而忽视风扇的最重要的因素-力矩，叶片数量减到最低限度，现有发电用的风轮机一般采用三叶或两片桨叶。其中三叶片的风能利用率约为21％～24％，二叶片仅约13％～18％，由于风能接收率低，导致风扇效率低，输出转矩小。这个因素使发电机容量受到很大制约，使风力发电一直停留在小功率水平上。

2、现有的风力发电机为了提高单机容量，不在风扇叶片的数量上想办法，而是大幅度加长叶片，例如将叶片加长到50米以上，整个风扇直径超过100米，这样的风轮机叶梢又不能安装加固环，并且这类风轮机一般工作在强风力场中，极易引起风扇叶片发生“颤振”而折断。可靠性差，也制约着风力发电机不能走向实用化和大功率化。

3、现有的风力发电机机体结构不好，空间利用率差：机组总体积/发电机体积差，以一台100KW的风力发电机为例，内部的发电机仅占很小的空间，而增速器、离合器、制动器及转向器等，却占据了发电机总成大部份空间。

现有的风力发电机的结构可以参见《航空知识》1994年节8期中“利用风能，造福人类”一文。

气象学家及科学家在分析了所建立的大气环流模型后发现，大气低层的对流气团所包含的风能是非常巨大的，并估算出所蕴藏的可为人类利用的能量。在目前可再生能源中，只有水力和地热发电技术是成熟的。但能供发电用的地热资源分布极有限，不能形成规模；而水电又面临一些环境问题，如水土流失造成泥沙淀积库底，库容减少太快，造成电站容量急剧减小。因此各国科学家仍寄希望于风能和太阳能，并为此孜孜不倦努力。

本发明的目的是提供一种克服现有技术的不足，提供一种充分利用风能资源，具有高风电转换效率的多叶片风轮所驱动的大功率风力发电系统。

本发明的目的可以通过如下技术措施实现。

这种多叶片风轮机驱动的风力发电机系统，它包括由风轮机、发电机和自动控制等部份组成：

A．它的风轮机由许多风扇叶片，多个叶片支撑盘(叶盘)、转轴等组成。在叶片之间用加固环联接各叶片。风轮机通过增速器带动发电机的转子旋转而发出电能。

B．它的发电机部份中，采用紧凑的一体化发电机结构，在靠近风扇一侧是励磁机。在风冷机组中，在转子轴安装有冷却风扇，后部装有制冷空调器；在风扇散热及内冷循环系统中，安装有冷却泵和输液泵以及分配器，在发电机外壳上，安装有风速，风向检测装置和寻风向的转向器、液压、制动锁定器和离合器。

C．在自动控制部份中，采用电子计算机来管理和控制发电机运行，并在转子、定子之间和转向器与铁塔连接处采用特制的光电传输装置。

发电机由几大部件组成：风轮机的风扇叶片，叶片盘、离合器和增速器、励磁机、发电机的定子、转子、冷却装置、底座及转向装置，这几大部份如图12所示。发电机外壳也是定子外壳，增速器、离合器均安装于发电机前端的内部。

所述的风轮机上的风扇、为获得高效的风功率，采用了多叶片结构，为了获得最大的强度，采用了多叶盘和定桨角结构。

风扇叶片作为接收风能的唯一元件，其面积的大小和数量的多少直接影响着风能的接收效果，对于叶片的形式，如升力型或阻力型，二者能效上的区别并不大。因此风扇叶片总面积与风轮机扫掠面积的比例，直接决定了风轮机效率的高低。

根据这一理论，风轮机的风能接收率应符合下式：

风力作用于风扇的功率可大概表示为： $P=\frac{1}{2}{V}^3\mathrm{\ρ\ξFn}------\left(2\right)$

因为风轮机的风效与风扇径的平方成正比，也跟叶片的面积和数量n成正比，因此风扇获取的风功率可以用下式来说明，并进一步可表示为： $P=\left(\frac{1}{2}{V}^3{L}^2\mathrm{\ξ}\stackrel{\‾}{w}\mathrm{\ρ}\right)n------\left(3\right)$

式中V为风速，m/s；L为叶片长度，也为风扇半径R，为m；ξ这里为一个常数，为0.41；w为叶片的梢部的平均宽度，为m；ρ为空气密度系数，在本公式中以海平面的空气密度为1；n为叶片数量。

上式是可以用数字求解的。例如在不知道发电机功率的情况下，仅根据风轮机所给出的叶片长度L，宽度w及数量n，就可求出该风力发电机的功率。现用(3)式试求美国加州一台2叶浆的大型风力发电机。该机建于1941年，风扇直径53米，即R=L=26.5米，当风速14m/s时，机组输出1250kw功率。该机叶片宽为1.6米左右；设ρ在海平面为1；而在海拔2000米时为0.92，在3000米时为0.89；而该机安装地点海拔约300米，ρ≈1。

先求出每片叶片可获的功率，即先求括弧内的部份。将上述数据代入(3)式：

P=(1/2×14³×26.5²×0.41×1.6×1)×2

 =(1/2×2744×26.52×0.41×1.6×1)×2

 =(1,372×702.12×0.41×1.6×1)×2

 =(963,418×0.41×1.6×1)×2

 =(395,001×1.6×1)×2

 =632,001×2

 =1,264,003(w)

该机每片叶浆在14m/s的风速时可以获约632,001瓦功率，该机为2片，共可获1264,003瓦，即1,264千瓦的功率，基本上与该机实际容量相当。由上式可以看出，叶片数量关系应是并联关系，所以用n来表不叶片的数量。该机每片功率为632kw，要获得6-7倍的功率就可多安装6-7片的数量。上述公式在图4曲线的“拐点”前部有效，但在“拐点”后则欠准确。

根据(1)式，风效的百分比为： $E_F=\frac{\frac{1}{2}{V}^3\mathrm{\ρ}{R}^2\mathrm{\ξ}\stackrel{\‾}{w}n}{\frac{1}{2}{V}^3\mathrm{\ρ\π}{R}^2}\×100\%---\left(4\right)$

(4)式为直接计算风效的方程式。

由于风轮机只能在风力场中获取部份风功率，这部份风功率能达到多少，可以用图3来说明。图上的风速V₁为进风；V₂为风扇后的出风。两个状态下，风扇的作功为零：1、当V₁-V₂=0时，即当V₁=V₂时，风势能未对风扇作什么功，因为风速V₂没有衰减，表示风扇没有或仅有极少面积的叶片，风畅通无阻到达后面，风势能基本没有作功。

2．当V₂=0时，这时表示风扇后面没有风，表示风扇不通，风扇的作功也为零。

有关这一论点，可以参见附图3。在图4的曲线中，风扇的两头转速均为0，但随着叶片面积和数量增加，风轮机上的功率就呈上升趋势，但这时风扇的转速则呈下降趋势，这一点也与叶片的增加而减慢，如图5所示。考虑到这两者的曲线发展，因此在设计风轮机时这两个因素应综合考虑。但其中叶片面积和数量是最主要因素。而转速是一个次要因素。因此从图4上也可以看出，当叶片面积到达一定数量后，风轮机功率增加不很显著，但转速却下降明显，当转速下降到零时，风扇的输出功率也为零。因此图4线顶部的前部就是风扇叶片数量的最佳值。这里V₁和V₂仅是指风速之比值，设V₁为1，那么V₂可以是0.4～0.25。对于单级风扇，V₂可以设为0.4～0.3；对于多级风扇来说，该系数V₂可以低到0.25。如换算成风功率，就应乘上立方后的1/2。因此风扇后的余风功率为： $P_2=\frac{1}{2}{V}_2^3\mathrm{\ρ\π}{R}^2------\left(5\right)$

风扇的总功率P₁为： $P_1=\frac{1}{2}{V}_1^3\mathrm{\ρ\π}{R}^2---\left(6\right)$

因此风轮机的风效比F_E可以表示为：

因此，风效比F_E为： $F_E=\frac{P_1}{P_2}------\left(8\right)$

所以 $F_E=\frac{\frac{1}{2}{V}_1^3\mathrm{\ρ\π}{R}^2}{\frac{1}{2}{V}_2^3\mathrm{\ρ\π}{R}^2}---\left(9\right)$

显然，上述风效比F_E的比值越大，表示风轮机风效就越高。因此，如同空调器中的“能效比”用来评价一部空调是否省电一样，“风效比”方程(9)也是评价一台风轮机的接收效率高低的重要的分析方法。

反过来，将(9)式上、下对调后乘上百分比，也可求得风扇接收效率的百分比。第一步，先求尾风V₂的功率百分比，即： $P_2\%=\frac{\frac{1}{2}{V}_2^3\mathrm{\π}{R}^2\mathrm{\ρ}}{\frac{1}{2}{V}_1^3\mathrm{\π}{R}^2\mathrm{\ρ}}\×100\%---\left(10\right)$

然后风轮机风效E_f用下式求出： $E_F=100\%\frac{\frac{1}{2}{V}_2^3\mathrm{\π}{R}^2\mathrm{\ρ}}{\frac{1}{2}{V}_1^3\mathrm{\π}{R}^2\mathrm{\ρ}}\×100---\left(11\right)$

以上的两种风效分析方程组中，方程(3)、(4)与(7)、(8)并不矛盾，且是统一的。在经过公式(8)、(9)、(10)后，方程(11)又回到了(4)，只是从不同的角度来分析风效方程式。

如最先用上述公式求出风轮机的效率E_F后，再分别求出每片叶片的单片效率E_f： $E_f=(100\%-\frac{\frac{1}{2}{V}_2^3\mathrm{\π}{R}^2\mathrm{\ρ}}{\frac{1}{2}{V}_1^3\mathrm{\π}{R}^2\mathrm{\ρ}}\×100\%)/n---\left(12\right)$

这样，就对风轮机的风效分析能够一目了然了。上述(12)式对图4曲线的上“拐点”前部有效。

上述的风效理论方程组为本发明所特有的基础理论，为本发明奠定了理论基础。用于说明风力机的风能效率问题。

由于以上的风力接收率理论与现有的风轮机风效理论有所矛盾，特别是与现有的叶尖速比Dr/V的风效理论发生冲突，故在本发明的说明书中用了一定的篇幅来阐述这一理论。叶尖速比Dr/V是目前衡量和评估风轮机风效的基本依据。该理论认为转速r最重要，而忽视了风轮机的力矩F。

所述的风轮机采用单风扇结构，风扇安装在发电机前端，为增加接收面积，并采用主叶片(1)和副叶片(2)交错安装来达到这一目的。在风扇叶片的外端部份分别安装有2-4道加固环(3)，使各叶片在风扇上连接成一个整体，以防叶片在大风中发生颤振。

所述的风轮机叶盘采用多个叶盘来支撑风扇叶片：其中主叶片(1)分别交错安装在各自的叶盘(8)上；在主叶片与主叶片之间安装有副叶片(2)，加固环(3)分别连接主副叶片。根据电机容量在中、小功率机组中，可以采用1～3个叶盘；在大容量风力发电机中，因叶片重，扭矩太大，叶盘所承受的载荷很大，为了分散载荷，大容量机组采用了多个叶盘来分担载荷的方式，这种多叶盘和用主、副叶片，或只用主叶片并采用加固环所组成的风轮机称为杨式风轮机，主要用于本发明中的大、中、小功率风力发电机中。

所述的冷却方式有两种：一种是风冷方式，另一种是内冷方式。在风冷方式中采用玻璃钢叶片，并在发电机内采用内部空气闭路循环和制冷空调器来完成冷却内部空气。在内冷方式中，则来用金属中空散热叶片，并在轴内及定、转子空芯导线内开设有冷却液通道，用冷却泵来输送冷却液。

所述的主副叶片(1)、(2)，均由骨架铧头楔(9)为主要承力结构。在玻璃钢叶片中，骨架由2-3根超强钢盒梁(10)构成主要承力结构，并焊上横向的叶筋(11)，构成骨架。并将骨架放在模具中充填塑料泡沫(12)，然后包裹一层环氧一碳纤维的复合材料(13)，最后在叶片的外边包裹一层薄的铝合金蒙皮(14)，这层蒙皮主要保护复合材料不被风雨侵蚀，并导电防雷。有关叶片的制造方法类似直升机旋翼技术，属公知技术，不再叙述。

在金属空心散热叶片中骨架的结构同上述的一样。但外面包裹的不是玻璃钢材料，而是铝合金或钛合金蒙皮并通过锌合金低温焊料“扩散焊”连接而成。骨架中的盒梁兼作冷却液通道，通过液环(16)流通冷却液来完成循环。

所述的风冷式机组采用内循环空气强冷送风装置和制冷空调器两部分组成。在电机主轴(17)的两端安装有冷却风扇，在定、转子的铁芯和线槽内，都开有径向和轴向两种综合式风道。发电机容量越大，风道越多，有关内循环风冷结构属公知技术，不再途述。在电机内的主风道上装有空气过滤器(18)，并经过制冷空调的蒸发器组成的空气冷却器(19)后，再经过轴后风扇(20)送到各个定、转子风道。

所述的制冷空调压缩机由冷凝器(21)、排气扇(22)、空调压缩机(23)、热力膨涨阀(24)、蒸发器(空气冷却器)(19)等组成。冷凝散热器(21)安装在机尾周围。排气扇(22)后面的空间内，压缩机固定在发电机后端盖的机座上。

所述的内冷式发电机组是采用氟化碳作冷却剂，为了提高电机的绝缘和耐压性能，在氟化碳中加入少量的六氟化硫气体。内冷式机组叶片散热器(1)、(2)、波纹密封管(25)、(26)、冷却剂分配器(27)、定、转子空芯绕组、冷却泵(28)、送液泵(29)、定子送液泵(30)等组成。由于定、转子同时用空芯导线来实现内冷，因此可称为“双液内冷式风力发电机”。

在风扇前端的整流罩(7)内安装有过滤器(31)，冷却气泵(28)，输液泵(29)。从发电机来的热气经第二、一级增速器及离合器(32)之间的波纹回液管(26)进入气泵(28)，送至风扇散热器。经风扇散热器后的液态冷却剂进入过滤器(31)，过滤器内有干燥剂，如硅胶或分子筛，以滤掉其中水份，后经过总送液泵(29)、三级出液波纹管(25)进入分配器(27)，然后进入定子；另一小部份则直接进入转子出液总管(33)后进入转子空芯导线。在转子的导线的尾端，有回液总管(34)。回液总管(34)与轴的回液道(35)相通。在定子进线端安装有一个供液泵(30)。输液泵一头接分配器，另一头接供液总管(33)。分配器(27)是一个园形的双层盒、固定在主轴尾部的轴承架上。靠近轴承一侧是回液室(37)，后面是出液室(38)。出液室口就是中心孔，该孔靠一段波纹管(39)与轴端口的出液口相联，以与回液室隔离。出液室用一条金属管与定子的供液泵(30)相连，供液泵连接定子的输液总管，向定子绕组供液。定子的回液则通过另一根金属管与分配器的回液室与定子回液总管联通来完成回液。可见，分配器是用来将轴内总液道中的冷却剂分配到定子去循环的一个关键部件。

为了防止分配器漏泄，在主轴的轴承(40)后面安装有一有个密封装置(41)，该装置由尼龙环和“O”型胶圈构成。

在定子的进液端有一输液泵(30)，以增加定子液流量；在转子中只是靠转子的离心力和风扇上的送液泵(29)来完成循环。

轴上有二条输液道：一条输液道，另一条为回液道。因定子散热量于转子6倍，因此转、定子的液道截面积之比为1∶6，而轴输、回液道截面积为1+6=7。

在定、转子的输液结构中，空心导线均以“电气串联”、“冷却剂并联”、的联接方式。有关技术类似“双水内冷汽轮发电机”技术，属公知技术，不再叙述。

上述的冷却剂分配比例除了截面积这比例外，还要靠定子上的分配输液泵(30)来保证分配比例的正确。在发电机外壳上，还安装一个储液瓶(42)，用以添加冷却剂。内冷方式主要用于大型风力发电机，并安装在沙漠地区，用于提灌。

所述的风轮机风扇叶片不采用现有风扇叶片的可变桨角方式，而是采用定桨角叶片，在叶盘上设计时，就将桨角固定在一个最佳角度上。因为变桨角叶片的强度，远远低于定桨角风扇，在大功率条件下，是难以提高可靠性，而且变桨角的机构复杂，不易维修。定浆角风扇具有很高的比强度。

所述的风轮机在本发明中是采用一个多叶片风扇，但其风接收效率并不低。根据杨氏风效方程来看，风势能作用于风扇上不是增加转速r，而是增加风轮机扭矩。根据动量守恒定律：P=M·V=m·v，可以得到下述一个用于旋转转矩的动量转矩守恒的公式：

            P·L₁·r₁=P·l₂·r₂

这里P是力点，L是指力臂长度，r是转速。总的动量矩是三者之积：如代入本发明中，那么风轮机的叶片长度就是L₁，P是叶端处的作用力P点，r₁为初级转速，也是风扇转速。方程右边就是经增速后的转矩功率P₂。经过增速后的发电机轴上的输入齿臂为l₂，l₂为电机轴输入齿轮的半径，r₂为轴转速，可见经增速后的风轮机功率P仍是不变的。本发明与对转式发电机的区别在于：本发明是一台风扇，风力场总功率全部在前面风扇上作功；而对转发电机是两级风扇，前风扇只接收少部份风功率，完成第一次作功，而大部份风力穿过前风扇后再次对后风扇进行二次作功。其风轮机效率均取决于叶片的面积和数量n。

所述的风扇直径很大，叶片比较多，风扇转速也比较低，但风轮机的力矩非常大。为了获取必要的转速，必须通过增速器将低速、大扭矩增速成高速来完成这一工作。在风扇轴的输入端，安装有一部离合器(32)，以便在检修时能断开动力。在离合器输出轴后为第一级增带器的增入端，经过第一级增速后，转速增加至n₁倍，再通过中间过桥齿轮(43)与中心轴齿轮(44)的第二级增速成n₂倍后，转速就增加成n₁×n₂，中心轴次级齿轮与第二级中间过桥齿(45)初级又将此转速增加为n₃，这一级的总转速为n₁×n₂×n₃，这时第二中间过桥齿的次级齿轮发电机主轴(17)齿轮相连，并将转速增加n₄倍，这时总增速比为n₁×n₂×n₃×n₄=Nr倍，因此这台4级增速器的增速比为1∶n₁×n₂×n₃×n₄，n为增速比。

所述的增速器除可以采用同轴线行星齿轮增速器外，也可采用非同轴线三级增速器，如图23所示。风扇轴经磨擦片离合器(115)后经第一中间过桥齿轮(43)和第二中间过桥齿轮(45)后驱动电机主轴(17)。共增速比为1∶n₁×n₂×n₃。

所述的发电机部份为二级励磁，励磁机安装在发电机前端，第一级为永磁式励磁机(46)，第二级为交流励磁机(47)，在交励机后面则是发电机。在励磁方式上采用旋转整流器可控硅来快速响应由计算机发出的励磁指令以适应风量变化。

所述的转向器是由底盘(48)、底座(49)、转向电机(50)和蜗轮(51)、蜗杆(52)组成。底座(49)安装在发电机外壳下面。在底盘(48)下面安装有一个剖面为“T”字型的空心钢管(53)，作为为转轴，转轴上分别安装轴承(54)、(55)，其中止推轴承(54)为1盘，(55)为两盘。这三盘轴承均与底座相连；底盘(48)边沿上，设置有四道集电环(56)，分别为A、B、C三相和零线。在集电环下方，安装有避雷金属环(57)，它同避雷电刷(58)相连，避雷电刷通过导线与大地相连。在底座上安装有二台转向电机(50)，电动机呈对称排列，并通过蜗杆减速器带动发电机转向。这两台电动机旋向相反，使之能使转向器呈偶力矩转动。底座和底盘之间安装有密封盖，以防尘埃进入。

所述的转向电机(50)上的蜗减速器是一种滚动式蜗杆减速器。电动机轴是一根空芯蜗杆，上面车有滚珠螺旋槽，槽两端各一个回珠孔(59)。当滚珠蜗杆通过滚珠(60)与蜗轮(51)传递动力时，滚珠便通过槽徐徐运动，将蜗轮驱动，同时滚珠通过前端的孔进入中空轴内，通过轴后孔再循环至槽中。这样就将普通磨擦传动变成了滚动传动，大大提高了可靠性。

所述的液压制动器和锁定器由液压油泵(63)、油管(64)、电磁阀(65)、制动磨擦盘(66)、制动蹄(67)、作动器(68)和锁定器(69)组成。液压油泵(63)安装在外壳外面下方。通过两条钢质油管与之相连，油管(64)的一端按电磁阀(65)，电磁阀另一端连接制动蹄(67)上的油缸。制动摩擦盘(66)安装在发电机主轴上。锁定器(69)安装在外壳上，锁孔在与离合器(32)对应。

液压制动器和锁定器除用于事故应急外，也用于检修发电机用。锁定器还用于发电机群启动时能同时运转，完成准同步。而离合器则用于检修增速器箱时能断开风扇转矩。

所述的风速、风向检测装置是：第一测风装置安装在发电机上，第二次测风装置安装在铁塔上。风向、风速检测量安装在测风钢管(70)上，其中风向检测器是用风标(71)带动轴上一只无触点测位器(72)旋转后，利用点电位来测量风力发电机与来风之间的角度；风速检测量也可安装在测风管上，由一个小风车(73)带动一只测速发电机(74)旋转，测速电机输出电压的高低表示风车转速的高低。风向检测器是由许多霍尔元件(75)和一个永久磁针组成。具体结构是在一园筒的内下端，沿着圆周安装有30-60只霍尔元件(75)，风标轴驱动磁针指向的霍尔元件感应出电流，根据此测出风标的角度。

所述的自动控制部份中安装有A、B、C三部单片计算机分别完成发电机各参数的检测、指标和操作功能的设定，断电保护、相互之间的通讯，以及与电站总控制室之间的通讯，这样就组成了一个微型网络。A计算机实现全部操作功能及参数设定，它的采样接受发电机的输出电压、电流、频率、相序、绕组温升、风向、风速等传感信号。输出相应的控制信号，并完成同B、C计算机之间的通讯；B计算机安装在内转子轴上，实现转子检测，控制励磁强度，并完成励磁机的其他工程参数采样、控制等。C计算机安装在塔下的控制室内的控制柜里，完成发电机及其相关控制参数的仪表显示。实现与A计算机和电站总控制之间的数据通讯，并接受A计算机和电站总控室发来的各种继电保护信号。完成定子、转子的过流，过压、绕组温升、频率、相位失步，欠压各项继电保护和显示，以及发电机的液压制动、锁定、开锁等功能。

发电机附加设备用的工作电源是通过一台小型变压器将定子的电压、中的任意一相变成低压，提供给这些附加设备的。这些设备是：转向电机、电子计算机、控制室内的开关、仪表、蓄电池。蓄电池作为备用电源，为上述设备提供备用电源。

所述的发电机的转速采用计算机并通两种方式来控制。1、通过可控硅的励磁电压U来控制发电机的输出电压。具体方法是：根据风量的大小来与电网相位角进行比较后，再来调节旋转整流器的可控硅的励磁量，以调节发电机输出电压，来调节转速。这与现有的风力发电机采用变桨角来调转速不同，因为本发明中叶片的桨角是固定的。例如：1．当来风太大时，发电机转速开始上升，此时励磁加大，输出电压长高，该机负荷加重，转速趋于下降；反之，转速趋于上升。2．当风量持续上升进，计算机根据程序的安排，开始下达转向指令，使发电机转离来风方向，以接收最合适的风量。由于发电机质量较重，阵风的变化不会影响转速。可以用同一相序来比较相位角电压，来求得相位角差。如A为线路的A相，A′为发电机的电机的A相。两组电压UA、UA经互感器降压后送入A/D转换器转换成数字信号后送入计算机进行比较。其相位角差可有下式表示：

±ΔUsinθ=UAsinθ-UA′sinθ

式中：Usinθ为电压相位角为V/sinθ°；

UA′sinθ为发电机电压V/sinθ°；

ΔUsinθ为两者的相位角差。

当ΔUsinθ为正时，表示发电机相位超前，风量增加，此时励磁应加大，转速下降；当ΔUsin°为负时，表示发电机相位滞后，风量减少，励磁应减少，转速开始上升。当ΔUsin°为零时，表示二者已准确同步，励磁不变。

上述的二级调控方式只能恒频，但不能恒压，电压随风有一定起伏，但可以控制在±2％以内。当与电网并网后，这种电压波动就已消除，不会出现在网中。当与柴油电站并行时，就应附有一套储能和补偿系统来支持独立运行。

所述的自动控制技术中，采用了光电数字传输装置。在发电机增速器的外壳内面安装有数只光电发射管(76)和光电接收管(77)，光电接收管与发射管呈交错安装在刹车磨擦盘后的轴上，以及外壳内面上，当外壳激光二极管发射时，对面的接收管就工作；当转子上的激光二极管工作时，外壳上激光管停止，而接收管则工作。

在底座(49)上安装有一个光电转接器(78)，以便将定、转子各项工况数据传递到下面控制室(79)中，该光电转接器的结构是由转动部份和固定部份组成。上部份是旋转激光筒，筒内装信号驱动放大器(80)，前置放大器(81)，两对红外光二极管(76)、(77)。在旋转激光筒的下面是固定筒。激光转筒固定在发电机的底盘轴上，下面的固定光筒则固定在蜗轮罩上，底座则固定在铁塔(5)上。其工作原理是：当A计算机传来的串行信号经旋动筒(82)内的驱动放大器(80)放大后，送入红外激光二极管(76)进行电-光转换，照射到下面后光电接收管(77)上，再变成数字电流信号，经过前置放大器放大后，沿电缆送入控制室(79)的C计算机中去；反之亦然。定、动筒光电二极管各为二付，每付二只：一只作发射红外线，另一支则用于接收对面发射来的红外线，并将光信号转变成电流信号。

所述的励磁机第一级为永磁励磁机(46)，永磁励磁机，输出的交流送入交流励磁机。本发明的转速是靠励磁控制的，因此主轴(17)上的旋转整流器必须用可控硅来快速响应从B计算机发出的增、减、灭磁指令。以适应风场中风力的变化。

本发明同已有技术相比具有如下优点：

1．风扇效率高，由于采用了多叶片，大直径的风扇，在同直径、同风力条件下，风能接收率大大提高，平均高于现有风力发电站的3倍。

2．风扇叶盘采用了多个叶盘来安装叶片，并将叶片牢固地固定在所有叶盘上，使风轮机效率在成倍提高的同时，可靠性不仅不降低，反而有所提高，这使发电机可以有较长的时间的免维护运行，提高了电站运行效率，减少了维修成本。

3．采用风冷式发电机具有冷却系统简单、可靠性高、叶片轻、叶片的比强度高，制造成本低，适合于大、中、小各容量的机组，除沙漠外的大部份地区都能用，并能用于被现有理论认为风力太低的地区。

4、采用了一体化发电机组结构，使发电机组结构紧凑，发电机体积约占70％，比现有风力发电机的比容积提高许多。

5、采用了光、机、电一体化自动控制结构。避免了可靠性低的缺点。

6、与同直径现有三叶桨风力发电机相比，风冷机组的风效提高了3-4倍，但制造成本仅增加2.5倍，纯效益提高1倍，但长期益效可达几十倍，同样规模电站，占地少70％。

上述的有的主要部件的结构与对转式风力发电机相同，也可以同时用在本发明中，本发明的风冷使用环境与内冷发电机有所不同：主要用于空气的较清洁的风力环境中，这种环境在中国东北和沿海近内陆地带很多，如吉林省的天池，青藏高原及东南地区；而内冷机组则主要用于沙漠戈壁地区，例如：中国西北和中东干旱地区，用来提灌和大规模的海水淡化，将在这些地区将受到欢迎。希望世界上第一座最先进的风力发电站出现在中国土地上。

以下是对本发明的说明书附图进行说明。

图1·本发明的风力发电机组的总体外观平视图。

图2·本发明中风力发电机组的外观侧视图。

图3·本发明中风风轮机中讲解风效原理的进风V1与出风V2之间的风能效率关系图。

图4·本发明中风轮机叶片的数量n与风能接收效率之间的曲线图。

图5·本发明中风轮机转速r与叶片数量n之间的关系图。

图6·本发明中电子测位器结构示意图。

图7·本发明中风扇叶片、叶盘结构图。

图8·本发明中风扇主叶片在各个叶盘上的排列顺序的展开图。

图9·本发明中各叶盘的轴向前倾角及液道流通示意图。

图10·本发明中玻璃钢叶片的结构图。

图11·本发明中发电机空气内冷循环结构示意图。

图12·本发胆中风冷发电机的总体结构图。

图13·本发明中转向器的滚珠式蜗轮减速器结构图。

图14·本发明中四级增速器及传动部份机械示意图。

图15·本发明中计算机自动控制系统的局域网及光电环结构。

图16·本发明中光电转接器的结构图。

图17·本发明中离合器结合示意图。

图18·本发明中离合器断开示意图。

图19·本发明中风扇散热器和内冷式机组冷却部份的示意图。

图20·本发明中分配器的结构图。

图21·本发明中风扇散热及内冷机组的总体结构图。

图22·本发明中励磁电原理图。

图23·本发明中三级增速器的风冷式风力发电机结构示意图。

本发明的实施例1。

参见说明书书附图1-18。

这种风力发电机系统由一台多叶片风轮机和发电机(4)组成。风轮机的风扇安装在发电机前面。风扇通过叶盘(8)和轴(83)经过离合器(32)来驱动增速器旋转，经过4级增速后将动力输出到励磁机(46)、(47)和发电机主轴(17)上，然后驱动发电机转子旋转。冷却部份采用风冷循环和空调制冷来完成。

风扇采用了多叶片方式，叶片由主叶片(1)和副叶片(2)组成，主叶片(1)利用叶根部的铧头楔(9)波纹沟插进各自叶盘的楔孔中，叶片按顺序依次排列，如图7、图8所示。叶盘可以是1-6只，用这种结构来提高叶盘的结构强度。在每片之间都安装有副叶片(2)，主、副叶片呈交错安装。在主、付叶片之间用2-4道加固环(3)来连接，以加强风扇的结构强度。副叶片(2)长度仅占35％-40％。

每只叶盘可以安装5-10片主叶片(1)，每只叶盘的顺序是预选设计好的，每个盘的叶片也是按各自的盘来设计的，安装时不能搞错。每只叶盘对于来风方向有一个倾角，前面第一只盘最小，依次向后，各个叶盘倾角越来越大，这样就使叶片向前倾一个角度，以保证叶片有足够的迎风强度。这一结构如图9所示，最终使各个叶片的叶梢在第一叶盘的叶梢处在轴向方向上平行，如图2所示。

风扇叶片的结构是由骨架的塑料泡沫(12)，环氧－－碳纤维(13)和薄铝包裹(14)构成。其中骨架是由2-3根超强钢质的空芯盒梁(10)和横向的叶筋(11)构成，如图10所示，在叶筋上开有孔，以减轻重量。在骨架的空隙内，填充有泡沫塑料(12)。在泡沫塑料(12)上，包裹有一层预浸式环氧-碳纤维带(13)，在叶片最外面铺有一层铝皮(14)，在叶片距叶根70％处安装有空芯加固环(3)，加固环可以为1-4道，在加固环中间有扁法兰盘，两边的法兰盘用螺栓连接，组成一个完整的风扇总成。副叶片也采用与主叶片相同的结构，仅是长度比较短，并且没有铧头楔。

风扇除了用上述主、副叶片安装的方式外，也可以用1-5个叶盘组成全部由主叶片所组成的风轮机，这种由主叶片组成的风能机叶片梢部也安装有1-4道加固环(3)。

叶片的根部装有铧头状楔头，楔头上有凹凸起伏的沟纹，利用这种沟纹将楔头牢牢地卡在楔孔里，如图10所示。上述叶片的制造工艺与直升机旋翼工艺相似。

在本实施例中，定、转子铁芯及线槽内都开有径向和轴向两种气道，在主轴的两端都安装有冷却风扇(20)，在主风道上安有空气过滤器(84)、并在尾部安装有空气冷却器(19)。空气冷却器上安装有许多翅片，它实际上是组成制冷空调器的一部蒸发器，内部用氟利昂或氟化碳或氨作制冷剂。在机组的尾部的外部安装着冷凝器(21)、排风扇(22)、空调压缩机(23)以及热力膨涨阀等。经压缩机压缩后的过热制冷剂经尾部的冷凝器(21)散热后流经空气冷却器(19)，以冷却电机内的热空气。如图12所示。整个空气冷却机组的工作原理示意图如图11所示。

在底座及转向驱动部份由底盘(48)、底座(49)相互成为发电机的底座转向器；在底盘(48)的轴(53)上安装有蜗轮减速器。在底盘的下侧安装有剖面为“T”字型的空心钢管(53)作为转轴，转轴上安装有2盘轴向轴承(55)和一盘大型止推轴承(54)。这三盘转承承受发电机的轴向和径向应力。在底盘上，设置有四道集电环(56)，分别引出A、B、C和零相交流电。在与之对应的外边设置有四只电刷(85)，电刷座安装在底座(49)上，以引出电能。在集电环下方，安装有避雷环(57)，它同避雷刷(58)相连，刷座连线通过铁塔连接大地。在底座上安装有2台转向电机(50)，电机呈对称排列，并通过蜗轮减速器带动发电机转向。这两台电机旋向相反。底座、底盘之间的外面安装有密封盖，以防止尘埃进入。

转向电机(50)上的蜗轮减速器是一种滚动式蜗杆减减速器，如图13所示。电动机轴是一根空芯蜗杆，上面有滚珠螺旋槽，槽两端各有一个回珠孔(59)。当蜗杆通过滚珠(60)与蜗轮(51)传递动力时，滚珠便通过轴后侧孔再循环到螺旋槽中。这样就将普通磨擦传动变成了滚动传动。在螺旋蜗杆处，安有一滚珠罩(86)与电机固定在一起。在蜗轮减速器上安装有一付防尘外罩，分成上罩(61)和下罩(62)。上下罩固定在滚珠罩和电机外壳上。上罩与T型轴相连处安有密封胶圈(87)，下盖的中孔则固定光电转接器的定筒(88)。动筒(82)则插进T型轴的中孔中。减速器全部用润滑脂润滑。

液压制动器由液压油泵(63)、油管(64)、电磁阀(65)制动磨擦盘(66)，制动碲(67)、作动器(68)组成。油泵(63)、油管(64)、电磁阀均安装在一个箱子内，箱子则安装在外壳上。制动磨擦盘(66)、安装在转子轴上，作动器则安装在与之相应的外壳内部上。液压锁定器(69)安装在与制动片对应的外壳内。锁定器(69)也是由电磁阀、作动器(89)、锁舌组成。锁定器的锁舌对应于离合器(32)上，即在锁盘上钻出一个孔，使锁舌能伸入其中。如图12所示。当发电机被制动而减速到一定速度后，锁定器就开始进入工作状态，将发电机锁定。上述装置除了具有自动启动外，也具有备份的手动功能，手动功能安装在塔下控制室里，供维修人员操作。

发电机的离合器为花键式轴向离合器，由离合器筒(32)、拨叉(105)、液压作动器(68)组成。如图17、18所示，当离合器筒在拨叉的轴向力作用下，离合器开始与风扇主轴(94)断开；当需要结合增速齿轮时，拨叉呈相反运动，这时用刹车调节增速器转速与风扇转速一致时，就很容易将离合器筒导上输入轴和输出轴上。如图17所示。离合器筒内面有花键槽，与两边轴上的槽一样大小。离合器主要是检修增速齿轮时提供方便。当然，如果增速器可靠性很高，也可以不用离合器。

增速器是由4级增速齿轮构成；第一级齿轮组离合器后，与第一套过桥行星齿(43)组成第一级增速，行星齿的后一个齿轮与中心过桥齿轮相连，组成第二级；中心过桥齿轮与第二付过桥行星齿(45)组成第三级，然后该行星齿的后面的齿轮又与发电机主轴上的齿轮相连，组成第四级增速器，以使发电机达到规定转速。如图14所示。整个增速器用润滑脂润滑。

在发电机和塔上各安装一个测风装置。测风装置由有一根测风钢管(70)，钢管上安装有风向、风速测量的传感器。发电机测风管长度不很高，只要测出风向即可。测风器另一付安装在铁塔上，刚好在风扇的半径外，如图1所示。风向检测器由风向标(71)和检测电位器(72)组成，这只测位器是一只无触点磁敏电位器。上许多霍尔元件(75)在电测计内排列成一圈，风标轴带动一根小永久磁针(90)转动，磁针下面的霍尔元件就表示来风方向。测位器中间的霍尔元件在计算机中“置零”，由风标表示的角度减去“零”后就得到了发电机应偏转的角度。

因本发明多叶片风轮机对来风衰减较大，风扇后面的风速不一定准确，要靠铁塔上的测速器来提供直接风速。风速吹动一只小风车(73)并驱动一只测速发电机(74)旋转，测速电机可以是模拟或数字的，输出的电压或数字脉冲代表风车的转速的高低。

当风力过低时，发电机产生的电压、输出的频率都将低于电网标准，这时电站与电网解列。

本系统的自动控制部份采用了三台计算机组成微型局域网进行自动控制。它们的工作过程如下：

A计算机是主控计算机，主要管理发电机的全部操作功能和定子各参数的设定、计算，同时发出指令给B、C计算机，还将这些参数送到C计算机完成显示，以及多个继电保护信号的发送。同时，接受C计算机送来的有关电站总控制室发来的信号，完成对风向、风量、频率、相位角、电压、电流、绕组温升等的计算。并控制这些参数。其单片机采用总线为16位的CPU。

B计算机是一台16位CPU的单片机，用以检测转子的各工况参数。这些参数有励磁机的电流、电压、各绕组的温升、整流器温升绕组接地短路等检测。并将这些数据变成数字信号后通过光-电数字传输与A计算机完成通讯。该机还要承担A计算机传来的定子电压，经过A/D转换器传输给B计算机，并通过该机送入旋转整流器的可控硅中去控制励磁电压。

励磁量是由A计算机根据风速大小来计算出风量后将数据送入B计算机，然后B计算机快速控制轴上旋转整流器的单向可控硅的导通角来进行快速励磁控制，以使定子输出电压与风量成正比，同时与转向相结合，以使发电机恒速、恒频。励磁工作原理如图22所示。

C计算机安装在塔下的控制柜内。也是由一台16位CPU的单片机组成。主要负责仪表显示、继电保护、发电机停车检修制动。当定、转子短路、过流、过压、相位失步等故障出现时，由A计算机将这些故障信号送到C计算机后，由C计算机执行继电保护，并将故障信号显示在塔下控制室的仪表上，同时传输给电站总控制室，总控制计算机也将显示，报警和打印出这些故障，并发出停机指令。

上述A、B计算机之间的通讯采有光－－电接收、发射二极管组件完成。这些组件由红外线二极管组成一个园环线阵列来实现。即由发射管(76)和接收管(77)交错安装在一个园型转接环来组成，转子光电园环组安装在轴(17)上，定子转接环(91)安装在对应的外壳内面。

上述的由计算机组成的自动控制系统所组成的微型局域网和光-电转换装置见图15所示。

为了避免雷击，本系统还设计有随机避雷针(90)，安装在发电机中央。避雷针下部是空心钢管，金同导线穿过钢管，连接在底盘下面的一圈铜环(57)上；在底座上安装有一只避雷电刷(58)与之相连；电刷的另一端通过导线接大地，避雷装置如图12所示。

主控电缆的结构是在电缆的上部安装有一支光电转接器，光电转接器如图16所示。该转接器的上部是旋转激光筒，筒内装有驱动放大器(80)，前置放大器(81)，两对红外光二极管。在旋转激光筒的下面，是固定激光筒(88)，激光转筒固定在发电机的底盘(48)上，下面的固定光筒则固定在蜗轮护罩(62)上，如图12所示。其工作原理是：当A计算机传来的串行信号经旋转筒内的驱动放大器(80)放大后，送入红外线激光二极管(76)进到光-电转换，照射到下面的光电接收管(77)上，再度变成数字电流信号，经过前置放大器放大后，沿信号电缆送入控制室(79)的C计算机中去。光电二极管各为2对：一只作发射红外线，另一只接收红外线，并将光信号转变成电信号。反之，当控制室送来的串行数字信号也经过上述逆过程入A计算机中去。

本发明的实施例2。

参见说明书附图1-11、图13、图15、16、图22、图23。

实施例2与实施例1的区别仅在于增速器和离合器部份。本例采用三级非同轴线增速器和磨擦片式离合器，如图23所示。风扇轴(17)经过磨擦片离合器(115)后驱动第一级增速齿轮经第一中间过桥齿轮(43)后驱动第二过桥齿轮(45)后驱动发电机轴齿轮和轴(17)。冷却器(19)安装在发电机上方，并轴向通风，同时没有锁定器。如图23所示。其他部份与实施例1一样，不再叙述。

本实施例用于中、小型风力发电机。可用于边远哨卡、海岛等，主用于提供电源和与电渗析系统配套后用于海水淡化，其效率是太阳能蒸馏法的6倍。

本发明的实施例3。

参见说明书附图1-9、图13-21。

实施例3与实施例1的区别仅在于冷却部份。本例采用定、转子空心导线内冷加风轮机空心叶片散热器来完成冷却。由空心叶片(1)和叶盘(8)和轴构成散热器，由双层波纹管(25)、(26)和分配器(27)组成连接体，由定、转子的供、回集液管(33)、(34)通向定、转子的空心导线，并由总送液泵(29)、定子泵(30)和冷却泵(28)来输送各部份的冷却液。

空心叶片盒梁除作结构承力外，兼流通冷却液。铧头楔连通输回液管：叶盘如为偶数，则1、3等单为出液管或回液管，2、4为回液管或出液管；叶盘为奇数，则出、回液管都就有。如图7、8、9所示，叶片安插也按一定叶距安插。在叶片稍部有2-3道加固环(3)，下端有1-2道冷却液环(16)。主、副叶片(2)结构相同，交错安装，并有各环来联接，如图7所示，主叶片为连接冷却液用。其中一片为出液，相邻两片为回液，出、回液交错安装在叶盘上，经定子、回液管(34)送出的气态冷剂进入分配器(27)、轴道，与转子送来的气态冷剂汇合，经波纹管3、2、1后，进入冷却泵(28)、输送到奇数叶片中去，经数叶片后已冷却成液态，经干燥过滤器(31)、泵(29)。再经过波纹管1、2、3中的送液管送到轴尾的分配器中，一部份进入出液室(38)，另一部份进入转子。进入出液室的冷剂经定子送液泵(30)送入供液总管而进入定子导线内，进入转子的那部份也经转子集液总管(33)进入转子导线内。经冷却定、转子后回到回液集液总管(34)，这时冷却剂已气化，定子回液经分配器回液室收集进入轴道中与转子回液汇合，经波纹管3、2、1进入冷却泵(28)中，再次泵入叶片，完成下一次循环。整个液内冷部份示意图见19所示。

冷却液为氟化碳，为增强氟化碳的绝缘性能，可加入少量六氟化硫。

定、转子绕组采用液路并联、电路串联方式。其结构类似双水内冷结构，属公知技术，不再叙述。

波纹管中有张力簧、端口为尼龙磨擦环(103)，各段均有内、外两层、分别连通输、回液管，以完成冷却剂的密封。在电机主轴尾端的轴承架(92)上安装有分配器(27)，分配器用于将冷却剂从轴中分配至定子绕组中。分配器是一个双层的园盒，内层为回液室(37)，外层为出液室(38)。回液室与轴内的回液道相通；出液室则通过一段波纹管(39)与轴中心的出液孔连通，并与回液室隔离，如图20所示。为了防止冷却剂漏泄，在轴承(40)后面安装有一个密封装置(41)，密封装置由尼龙环和几只“O”型密封圈组成。本实施例总成见图21所示。

本实施例主要用于大型，如3000KW至6000KW以上的发电机，并主要用于沙漠等特殊环境。

本实施例其他部份与实施例1完全一样。

本发明中各部份零部件名称：

主叶片(1)，副叶片(2)，加固环(3)，发电机(4)，铁塔(5)，随机避雷针(6)，整流罩(7)，叶盘(8)，铧头楔(9)，叶片盒梁(10)，叶筋(11)，塑料泡沫(12)，环氧一面纤维包裹层(13)，铝合金蒙皮(14)，端盖加强筋(15)，冷却液环(16)，发电机主轴(17)，空气过滤器(18)，空气冷却器(19)，风扇(20)，空调冷凝器(21)，排气风扇(22)，空调压调机(23)，热力膨胀阀(24)，波纹密封管内管(25)，波纹密封管外管(26)，冷却剂分配器(27)，冷却泵(28)，总送液泵(29)，定子送液泵(30)，过滤器(31)，离合器(32)，出液总管(33)，回液总管(34)，轴回液道(35)，输液道(36)，回液室(37)，出液室(38)，出液波纹管(39)，主轴轴承(40)，轴密封装置(41)，储液瓶(42)，第一级中间过桥齿轮(43)，中心轴齿轮(44)，第二级中间过桥齿轮(45)，永磁励磁机(46)，交流励磁机(47)，底盘(48)，底座(49)，转向电机(50)，蜗轮(51)，蜗杆(52)，“T”型转轴(53)，止推轴承(54)，轴向轴承(55)，集电环(56)，避雷环(57)，避雷电刷(58)，滚珠回珠孔(59)，滚珠(60)，上防护罩盒(61)，下防护罩盒(62)，液压泵(63)，油管(64)，电磁阀(65)，制动磨擦盘(66)，制动蹄(67)，作动器(68)，锁定器(69)，测风钢管(70)，风标(71)，测位器(72)，小风车(73)，测速发电机(74)，霍尔元件(75)，光电发射管(76)，光电接收管(77)，光电转接器(78)，小控制室(79)，驱动放大器(80)，前置放大器(81)，动筒(82)，风扇轴(83)，空气过滤器(84)，电刷(85)，滚珠罩(86)，密封胶圈(87)，定筒(88)，锁定器作动器(89)，小磁针(90)，光电转接环(91)，轴承架(92)，锁舌(93)，风扇轴(94)，轴端内孔(95)，轴端外环孔(96)，第一双层波纹管(97)，第二波纹管(98)，第三波纹管(99)，防尘罩(100)，转接器集电环(101)，电刷(102)，尼龙环(103)，花键(104)，拨叉(105)，外壳(106)，端盖(107)，底盘加强筋(108)，螺栓(109)，尼龙接头(110)，过桥齿轮轴承(111)，光电环(112)，定子(113)，中间过桥齿轮轴承(114)，磨擦式离合器(115)，电线(116)，轴承(117)。

Claims (10)

1．一种多叶片风轮机驱动的风力发电机系统，它包括由风轮机，发电机和自动控制等部份组成，其特征在于：

A．它的风轮机由多叶片风扇，多个叶片盘和转轴等组成，风扇通过离合器和增速器后带动发电机的转子旋转。

B．它的发电机部份中，定子上绕有发电机的输出线圈，在靠近风扇一侧的是励磁机；发电机可以采用内闭路风冷循环加制冷空调散热，或者是采用风轮机散热器加发电机内冷；在发电机外壳与铁塔上，安装有风速，风向检测装置和适应风向的转向器，液压制动器。

C．在自动控制部份中，采用电子计算机来管理和控制定子，转子的运行，在计算机之间设置有光电传输装置和光电转接器。

2．根据权利要求1所述的一种多叶片风轮机驱动的风力发电机系统，其特征在于其中所述的风轮机风扇安装的叶片可以是由主、副叶片所组成的多叶片风扇；或者是只由主叶片(1)及1-6只叶盘组成的风扇；风扇上叶梢部均带有1-4道加固环(3)；叶片分主叶片(1)和副叶片(2)种。叶盘(8)在风扇轴上的安装在轴向上向前倾斜一些角度；从第一级叶盘开始向前倾斜，后面叶盘依次向前倾斜角度比前一个叶盘均增加一定角度；在风冷发电机中采用玻璃钢叶片；而在内冷式发电机中则采用空芯金属叶片；玻璃钢叶片是由超强钢骨架，泡沫塑料(12)充填后，环氧一碳纤维玻璃钢带包裹，外包一层铝合金皮(14)后制成；叶根安装有带波纹沟状的铧头楔并镶嵌在叶盘(8)上；在叶片外端安装有2-4道加固环(3)，主，副叶片通过加固环连接在一起，在金属空芯叶片外端安装有2-3道加固环(3)，在加固环(3)下面安装有1-2道冷却液环(16)；主、副叶片在风扇上呈交错安装：其中主叶片(1)分别安装在1-6个叶盘(8)上，每个叶盘可以安装玻璃钢叶片7-30片，或安装空芯散热叶片5-10片；玻璃钢叶片只有1-4道加固环(3)而无冷却液环(16)；在空芯叶片中每片输液叶片的相邻两边即是回液叶片，在空芯叶片楔头下安装有输液管，所有的冷却液管均并联，即输液管与输液管并，回液管与回液管并，然后经过滤器(31)与泵(29)后送入供液道，上述各叶盘是通花键固定在风轮机主轴上，冷却剂采用氟化碳和六氟化硫组成；风扇轴(94)中有总输、回液道(35)。

3．根据权利要求1所述的一种多叶片风轮机驱动的风力发电机系统，其特征在于其中所述的风轮机经过可以是花键筒式离合器(32)后经过四级行星齿轮增速器传动力给转子，也可以是摩擦离合器(115)后经过三级非轴线增速器传动力给转子；花键筒式离合器(32)通过液压作动器(68)驱动拨叉带动筒式离合器进行离合；在四级增速器中，离合器(32)输出轴齿轮驱动第一级行星齿轮组(43)，经中心轴齿轮组(44)，再经第二行星齿轮组(45)后驱动发电机主轴齿轮，完成增速；在三级增速器中则通过第一、第二级过桥齿轮组(43)、(45)来完成增速；增速器使用润滑脂润滑；当采用内冷方式时，风扇输出轴(94)、中心轴过桥齿轮轴(44)、发电机转子轴(17)都具有轴内和输回液通道(35)并在端面有内孔(95)和外园孔(96)，并在内孔、外孔上各安装有一个双层波纹管(25)、(26)来组成1、2、3级动密封。波纹管内有张力簧，管口安装有耐摩擦的尼龙环(103)。

4．根据权利要求1所述的一种多叶片风轮机驱动的风力发电机系统，其特征在于其中所述发电机冷却部份有风扇散热式内冷和空调散热风冷式两种方式：在风冷式中，发电机定转子均设有轴向和径向的通风沟槽，并在转子两端安装有进、出风扇(20)。空气在发电机内和定、转子内循环冷却，在发电机尾部装有一台制冷空调器，空调冷疑器通过尾端排风扇向外排出热空气；空调蒸发器则安装在电机内，作为内循环空气的冷却器(19)；在内扇散热式内冷方式中，冷却剂是氟化碳和六氟化硫，冷却剂经风扇冷却后，经干燥过滤器(18)，总送液泵(29)，经过第1、2、3、段双层波纹管中的中心进入发电机主轴轴道(35)，一部份经转子送液总管送往转子绕组，另一大部份进入轴尾的波纹管分配器(27)，的进入出液室(38)，进入定子送液泵(37)；经定子绕组后的回液经分配器回液室进入轴内液道(35)后与转子回液汇合一起通过第3、2、1波纹管和外层回到冷却气泵(28)再进入空心叶片散热器进行散热后进入下一次循环；分配器是由一只双层园形盒构成，安装在轴尾的轴承架(29)上，内为出液室(38)，外为回液室(37)；回液室与轴外环回液道相连，出液室则通过一段波纹管(39)与轴中心孔的供液孔相连；出液室通过一段金属管与定子供液泵(30)后将冷却剂泵入定子绕组，定子绕组另一端则将汽化的冷却剂经回液总管收集后送入回液室后进入轴的外环回液道，并在轴内与转子回液汇合；在主轴尾轴承(40)后边设有密封装置(93)，密封装置为尼龙环及“O”型胶圈组成。

5．根据权利要求1所述的一种多叶片风轮机驱动的风力发电机系统，其特征在于其中所述的测风装置是：风向、风速检测器安装在测风钢管(70)上；其中，风向检测器是用风标(71)带动一只无触点测位器(72)旋转后，利用点电位来测量风力发电机与风扇之间的夹角；风速检测器安装在测风钢管上，由一小风车(73)带动一只测速发电机(74)旋转，测速发电机输出电压的高低表示风车转速高低，测速电机可以是数字式的，或者是模拟式的；风向检测器是由许多霍尔元件(75)和一外永远磁针组成。在一圆筒的内下端，沿着圆周安装有30-60只霍尔元件(75)、风标轴驱动磁针指向的霍尔元件感应电流，根据此测出风标的角度；测风装置一付安装在发电机上，另一付安装在铁塔上。

6．根据权利要求1所述的一种多叶片风轮机驱动风力发电机系统，其特征在于其中所述的转向器是由底盘(48)，底座(49)相互组成为发电机的底座兼转向器；在底盘的下面安装有剖面为“T”字型的空芯钢管(53)作为转轴，转轴(53)上安装有轴向轴承(55)2盘，止推轴承(54)1盘，这三盘轴承均与底座(49)相连。在底盘的边沿上设置有四道集电环(56)，在与集电环对应处安装有四只电刷(85)刷座固定在底座上；在集电环下方，安装有避雷金属环(57)，它同避雷电刷(58)相连，避雷电刷安在输出电刷(85)的对面，避雷电刷通导线或铁塔接大地，输出电刷测电通过电力电缆进入小控制室；底座与底盘的外边还安装有密封盖，以防尘埃进入；在发电机顶中央，安装有随机避雷针(90)，避雷针下部是空芯钢管，铜导线穿过钢管，连接在底盘下面的避雷环上；在底盘上安装有2台转向电动机(50)，电机呈对称排列，电动机通过蜗杆减速器带动发电机转向。

7．根据权利要求所述的一种多叶片风轮机驱动的风力发电机系统，其特征在于其中所述的液压制动器由液压油泵(63)，油管(64)、电磁阀(65)、制动摩擦盘(66)、制动蹄(67)等组成；液压锁定器主要由作动器(68)锁舌(93)组成；液压油泵(63)，电磁阀安装在外壳上，通过两条钢质油管与之相连，油管一端接电磁阀(65)，电磁阀另一端连接制动蹄(67)上的油缸，制动摩擦片(66)安装在发电机轴(17)输入齿轮与转子之间；在制动盘内面安装有作动器的油缸和制动瓦和输油管；锁定器(69)安装在外壳内板，其中输油管和回油管分别连接电磁阀(65)再通过电磁阀连接在主要的输油，回油管(64)。锁定器的锁舌(93)正对离合器(32)，并在离合器上钻一个锁舌孔，以使锁舌能伸入其中。

8．根据权利要求1所述的一种多叶片风轮机驱动的风力发电机系统，其特征在于其中所述的自动控制部份中分别安装有A、B、C三部单片计算机来完成发电机各项参数的检测、指标和操作功能的设定，继电保护，相互之间以及与电站总控制室之间的通迅，以此组成一个微型局域网；A计算机实现全部操作功能及参数设定，它的采样口接受发电机的输出电压，电流，频率，相序，绕组温升，风向，风速等传感信号，输出相应的控制信号，并完成B、C计算机的通迅；B计算机安装在内转子轴上，完成转子轴励磁电流、电压、短路接地、绕组温升、旋转整流器温升等项检测，并根据此来控制励磁强度，并将出故障信息通过光电传输装置送到A、C计算机去，及时在C计算机中显示，报警及进行继电保护；在励磁上，B计算机根据A计算机输出的风量数据来输出信号，来快速控制单向可控硅的导通角来快速控制励磁，以控制输出电压的高低来实现发电机转速稳定和恒频。C计算机装在塔下控制室(79)的控制柜里，完成发电机及其相关控制参数的仪表显示，并与A计算机和电站控制室之间的数据通迅，接受A计算机和电站总控室以来的各种继电保护信号，完成定、转子的过流、过压、欠压、绕组温升、频率、相位失步、的保护，以及发电机液压制动、锁定、开锁等功能。

9根据权利要求8所述的一种多叶片风轮机驱动的风力发电机系统，其特征在于其中所述的A、B、C三部电子计算机之间的通迅方式是在旋转和位移部份均采用数字光二电传输方式，方式是A计算机与B计算机；A计算机与C计算机之间进行；具体方式是A计算机与各个计算机之间都采用红外光激光二极管和光电二极管来完成发射、接收光电数字信号，每套光电装置由10-20支发射管和同数量的接收管组成一行园阵，接收管和发射管交错排列在一个园环上，园环圈安装在轴边沿上；在对应的外壳内侧上则安装有另一个光电环(91)，所有的发射和接收二极管均并联工作；在蜗轮减速器下面安装有一个光电转接器(78)，用来完成A计算机与C计算机的通迅，光电转接器为动筒和定筒，以及液压泵电源的电刷和集电环组成，光电转接器的动筒(82)与底盘转向器的轴孔相连，动筒(82)和定筒安装有2部驱动放大器(80)，前置放大器(81)和各两对红外发射、接收二极管，信号经驱动放大器(80)后送入前发射管，对面的接收管收到光信号将其转换成电信号后送入前置放大器(81)，反亦如此；在动筒(82)与定筒(88)的联结处，安装有轴承，在对应轴承的动筒外面的绝缘物上，镶嵌有二道集电环(701)，与集电环对应的下面定筒上安装有二只电刷(102)，为液压泵和转向电机及电子计算机等附属设备提供备用电源，在电刷外围安装有防尘罩(100)。

10．根据权利要求6所述的一种多叶片风轮机驱动的风力发电机系统的转向装置，其特征在于其中所述的蜗轮减速器是一种滚动式的蜗杆蜗轮减速器：在一根空心的螺杆(52)上加工有螺旋滚珠槽，槽上安装有滚珠(60)，螺旋槽两端有回珠孔(59)以构成滚珠循环；螺杆是一种滚动丝杠(52)；蜗轮(51)只与滚珠相接触，完成滚动传力，螺杆上有一个滚珠罩(86)并与电机外壳相联；在减速器的上面和下面都有防尘保护罩(61)(62)，下保护罩中心孔以固定光电转接器的定筒(88)，动筒则固定在转轴(53)的端口中，上、下保护罩用螺栓连在一起，并固定在转向电机外壳及滚珠保护罩(86)上，转向电机底座则固定在铁塔顶的内部，整个减速器完全密封，并用润滑脂润滑。

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