CN200949504Y - 一种弹性底座垂直轴风电机组 - Google Patents

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Abstract

一种可以取消软连接、简化支架结构，并可以改善齿轮箱工作状况的弹性底座垂直轴风电机组，其组成包括：顶部轴承装置、风轮、叶片攻角调整机构、底部轴承、机械制动系统、弹性底座、齿轮箱、发电机、钢丝绳阻尼系统和电气及控制系统，机组的主要设备：风轮、机械制动器、齿轮箱和发电机都安装固定在弹性底座上。风轮在风力的作用下旋转，经底部轴承、齿轮箱驱动发电机，完成风力发电的过程。叶片攻角调整机构可以调节风轮的输出功率和在大风情况下起到空气刹车的作用。

Description

一种弹性底座垂直轴风电机组
技术领域
本实用新型涉及一种新型垂直轴风电机组，尤其是一种弹性底座垂直轴风电机组。
背景技术
目前，风力发电的主要设备有两种，水平轴风电机组和垂直轴风电机组，这两类机组的结构形式、运行工况和采用的设备不完全相同。水平轴风电机组的叶片绕平行于地面的水平轴旋转，被普遍应用在风力发电中。垂直轴风电机组的叶片绕垂直与地面的竖轴旋转，典型的垂直轴风电机组是Darrieus型。1931年Darrieus在美国申请了专利(专利号1835018)，提出了一种垂直轴风电机组。
上世纪80-90年代，国外出现了大量的垂直轴风电机组，并且研制了4兆瓦的Darrieus风电机组。
垂直轴风电机组具有以下优点：
1)发电机、机械刹车装置、齿轮箱等主要设备安装在地面，所以系统整体结构简单，还可以采用大型垂直轴式直接驱动发电机。
2)由于叶片垂直安装，风向对发电的影响小，所以不需要水平轴风电机组必备的对风偏航装置，系统的控制更简单。
3)叶片可采用对称等截面，且叶片受力均匀，强度、刚度、动态性能容易得到保证，方便了设计和制造。
Darrieus型垂直轴风电机组一般由顶部轴承装置、风轮、回转支撑装置、软连接、制动系统、齿轮箱、发电机、钢丝绳张紧及阻尼系统、电气及控制系统等组成。风轮由叶片、主轴、横支撑等组成。
由于风轮垂直安装，所以Darrieus型垂直轴风电机组一般都在风轮底部设回转支撑装置，上端设顶部轴承装置，采用钢丝绳在风轮的顶端与地面拉紧固定。
风轮在气动载荷的作用下旋转通过软连接、齿轮箱驱动发电机发电。其中的软连接由膜片联轴器和球铰组成，膜联轴器用来传递扭矩，并隔离风轮主轴的偏摆和振动，改善齿轮箱输入轴的工作状况。由于膜联轴器不能承受风轮的自重和钢丝绳在垂直方向向下的压力，所以软连接还包括了一个球铰。
这样的结构存在着2个技术问题：一是机组结构复杂，不仅需要软连接而且还需要固定回转支撑装置和软连接的钢结构或者混凝土支架；二是机组的回转支撑装置和软连接固定在支架上，齿轮箱和发电机通过底座直接固定在地面上，由于受到膜片联轴器变形量的限制，在风轮主轴有大的偏摆和振动的情况下，膜片联轴器和齿轮箱经常受到损伤。
Darrieus型垂直轴风电机组的典型专利有：美国专利4449053、4664596、4808074、5252029、5531567、5499901、5375324。此外，Polytechnic InternationalPress 2002年出版的《Wind Turbine Design》中对Darrieus型垂直轴风电机组有详尽的描述，现有的产品和技术还没有能够解决上述2个突出的问题。
发明内容
为了克服现有Darrieus型垂直轴风电机组采用软连接存在的结构复杂和风轮主轴的偏摆和振动不能有效隔离的技术问题，本实用新型提出了一种新型弹性底座垂直轴风电机组，该种形式的风电机组不仅取消膜片联轴器和球铰组成的软连接，也能够简化支架结构，可以改善齿轮箱输入轴的工作状况，并可以改善机组系统稳定性能。
本实用新型解决其问题所采用的技术方案是：包括有弹性底座，风轮、机械制动系统、齿轮箱和发电机都安装固定在弹性底座上，弹性底座再固定在地面基础上。
所述齿轮箱的输出轴上直接安装立式发电机，输入轴上安装机械刹车制动盘，发电机和机械制动系统直接固定在齿轮箱的箱体上。
本实用新型的有益效果有三：一是由于机组的主要设备安装在弹性底座上，齿轮箱、发电机、机械制动系统将和风轮一起偏摆和振动，这样就可以避免齿轮箱输入轴的偏摆和振动，改善了齿轮箱的工作状况；二是可以根据机组振动性能要求准确的计算弹性底座的刚度系数等参数，设计和制造满足机组动态性能的弹性底座来确保机组整体的动态性能和稳定性能；三是可以取消膜片联轴器和球铰组成的软连接，简化了支架结构。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
图中，1.顶部轴承装置、2.风轮、3.叶片攻角调整机构、4.底部轴承、5.机械制动系统、6.弹性底座、7.齿轮箱、8.发电机、9.钢丝绳阻尼系统、10.电气及控制系统。
具体实施方式
在附图中，风轮(2)在风力的作下旋转，经底部轴承(4)、齿轮箱(7)驱动发电动(8)，完成风力发电的过程。叶片攻角调整机构(3)可以调节风轮的输出功率和在大风情况下起到空气刹车的作用。顶部轴承装置(1)、底部轴承(4)、弹性底座(6)、钢丝绳阻尼系统(9)保证了风轮的正常旋转和机组的稳定性能。
在这个实施例中，采用了弹性底座结构。弹性底座(6)由弹簧或者橡胶等弹性体制造。在弹性底座(6)上安装齿轮箱(7)，齿轮箱(7)的输出轴直接安装立式发电机(8)，齿轮箱(7)的输入轴上安装机械刹车制动盘，发电机(8)和机械制动系统(5)都直接固定在齿轮箱(7)的箱体上。
由于齿轮箱(7)、发电机(8)、机械制动系统(5)和风轮(2)一起安装在弹性底座(6)上，弹性底座(6)再固定在地面基础上，因此它们将一起偏摆和振动，可以避免齿轮箱(7)输入轴的偏摆和振动。
这样的结构就可以取消软连接，简化支架结构，改善齿轮箱的工作状况和改善机组整体动态性能和稳定性能。

Claims (2)

1、一种弹性底座垂直轴风电机组，由顶部轴承装置、风轮、叶片攻角调整机构、底部轴承、机械制动系统、齿轮箱、发电机、电气及控制系统和钢丝绳阻尼系统组成，其特征是：还包括有弹性底座，所述风轮、机械制动系统、齿轮箱和发电机都安装固定在弹性底座上，弹性底座再固定在地面基础上。
2、根据权利要求1所述的弹性底座垂直轴风电机组，其特征是：所述齿轮箱的输出轴上直接安装立式发电机，输入轴上安装机械刹车制动盘，发电机和机械制动系统直接固定在齿轮箱的箱体上。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106703989A (zh) * 2016-12-30 2017-05-24 广西玉柴机器股份有限公司 曲轴颈油道捅洗的支承装置
CN112648137A (zh) * 2021-01-19 2021-04-13 兰州理工大学 一种风电叶片多质点串联速度放大型减振装置及连接方法

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