CN211950739U - 一种升力叶桨垂直轴塔支大功率低风速风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种升力叶桨垂直轴塔支大功率低风速风力发电机组，涉及风力发电机组技术领域。本实用新型包括叶桨、主体支承塔架，叶桨一表面通过连接臂与空间结构转轮活动连接；空间结构转轮由连接臂、主拉杆、中间转筒架、控制轨轮盘组成，连接臂是空间结构转轮的外伸臂；叶桨连接点为六个。本实用新型提供的垂直轴塔支大功率低风速风力发电机组，叶桨的升力系数大，风能利用率高，叶桨通过变角变桨来改变叶桨攻角，降低起动风速，起动后根据功率输出状态随时可调整攻角提高尖速比，增大输出功率，在风速过大时又可进行攻角调整降低尖速比，减少风轮转速。

Description

一种升力叶桨垂直轴塔支大功率低风速风力发电机组

技术领域

本实用新型属于风力发电机组技术领域，特别是涉及一种升力叶桨垂直轴塔支大功率低风速风力发电机组。

背景技术

风力发电机是将风的动能转换成电能的机械装置，这个转化过程的第一步就是由叶桨将风能转化为机械能，第二步通过连接传递装置把机械能传递给发电机，第三步由发电机将机械能转化成电能输出。

垂直轴风力发电机组通常是指旋转轴垂直于地面的风力发电机组。垂直轴风力发电机组无需对风，在风向利用上具有天然的优势，随着风能产业高速发展，低风速地区的风电开发方兴未艾，低风速启动的高效风力发电机组的市场潜力很大，但是对于大型垂直轴风力发电机组而言，其结构部分最为关键，结构部分的成败就是大型垂直轴风力发电机组的成败。

在低风速风场，风速小、风的动能小、风叶在风的作用下单位面积获取的能量少，要使风力发电机在不同风力条件下能够打破低风速启动的困局，解决在不同风况条件下不能持续发电的技术问题，使垂直轴风力发电机组适用于年平均风速在3m/s～8m/s的低风速风场，同时提高垂直轴塔支大功率低风速风力发电机组的发电效率和风能利用率，就得从多方面做出创新和改进，从总体上创造出一种高可靠性，高集成度，高效率，智能化，投资省，运维成本低的低风速发电的风力发电机组。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种升力叶桨垂直轴塔支大功率低风速风力发电机组，解决了现有技术中低风速垂直轴风力发电机组装机功率小，在不同风力条件下不能持续发电，启动风速大的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型为一种升力叶桨垂直轴塔支大功率低风速风力发电机组，包括叶桨、主体支承塔架，所述叶桨一表面通过连接臂与空间结构转轮活动连接；所述空间结构转轮由连接臂、主拉杆5、中间转筒架、控制轨轮盘组成，所述连接臂是空间结构转轮的外伸臂；所述叶桨连接点为六个，其中二个所述叶桨上的连接点用调角驱动齿轮啮合连接有齿轮连杆，所述齿轮连杆另一端连接到空间结构转轮的连接臂上；所述空间结构转轮上部转动安装在中心支承连接箱上，所述中心支承连接箱固定安装到主体支承塔架顶端，所述中心支承连接箱底部固定连接有中心主轴；所述中心主轴底端通过连轴器固定连接有增速箱，所述增速箱的输出轴通过联轴器固定连接有永磁发电机；所述叶桨一表面通过角调桨系统与连接臂转动连接。

进一步地，所述控制轨轮盘内侧配套安装制动刹车系统，所述制动刹车系统安装在主体支承塔架的中部平台上。

进一步地，所述中心支承连接箱由箱体、支承轴承、中心轴、连接件、润滑系统组成。

进一步地，所述叶桨断面为非对称型，经实测最大升力系数达到Cι＝1.65，叶桨调角范围在-10°～35°之间。

进一步地，所述控制轨轮盘，安装在中间转筒架下部，是一个T形断面的圆环。

进一步地，所述中心主轴为钢管传动刚性轴或液压传动柔性轴。

本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型提供的垂直轴塔支大功率低风速风力发电机组，叶桨的升力系数大，风能利用率高，叶桨通过变角变桨来改变叶桨攻角，降低起动风速，起动后根据功率输出状态随时可调整攻角提高尖速比，增大输出功率，在风速过大时又可进行攻角调整降低尖速比，减少风轮转速。

2、本实用新型中机组的风轮在运行过程中受力比其他类型的垂直轴风力机和水平轴风力机都要好，风轮既是结果体系又是储能体系，风的湍流对叶桨的影响经过风轮的储能过程，传递给中心主轴的能量就会变得均衡稳定，风轮的疲劳寿命更长，刚度大，惯性大，运行平稳，单位投资低，风轮下部的稳定和平衡控制轨轮盘即可保证风轮的稳定运行，又能对风轮进行制动刹车，在特殊风况下保证机组的安全。

3、本实用新型锥形支承塔架受力合理，承载力大，抵抗相同载荷的风力机时用料更省。

4、本实用新型重型设备和常维护设备安装在地面方便运维和检修，可降低重型设备的冗余量，提高设备效率，节省大量的资金。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型升力叶桨垂直轴塔支大功率低风速风力发电机组的结构正视图；

图2为本实用新型的结构俯视图；

图3为本实用新型的结构剖视图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-叶桨，2-连接臂，3-齿轮连杆，4-空间结构转轮，5-主拉杆，6-中间转筒架，7-控制轨轮盘，8-制动刹车系统，9-中心支承连接箱，10-主体支承塔架，11-中心主轴，12-增速箱，13-永磁发电机，14-变流器，15-电磁兼容EMC系统，16-电力埋地输出，17-自控系统，18-监控系统，19-润滑系统，20-设备机房，21-钢筋砼基础，22-变角调桨系统，23-防灾保护系统，24-避雷埋地系统，25-接零埋地系统。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-3所示，本实用新型为一种升力叶桨垂直轴塔支大功率低风速风力发电机组，包括叶桨1，叶桨1通过空间结构转轮4的连接臂2连接，叶桨1与空间结构转轮4和中心支承连接箱9组成一个运动的风能收集和转换的整体运转风轮，每叶桨1连接点为六个，其中二个用调角驱动齿轮啮合连接齿轮连杆3，叶桨1在运行过程中具有调整角度的能力，齿轮连杆3另一端连接到空间结构转轮4的连接臂2上，连接臂2是空间结构转轮4的外伸臂，每叶桨1上下共二主支，空间结构转轮4由连接臂2、主拉杆5、中间转筒架6、控制轨轮盘7组成，控制轨轮盘7内侧配套安装制动刹车系统8，制动刹车系统8安装在主体支承塔架10的中部平台上，空间结构转轮4上部安装在中心支承连接箱9上，中心支承连接箱9安装到主体支承塔架10顶端，中心支承连接箱9同时连接中心主轴11，中心支承连接箱9由箱体、支承轴承、中心轴、连接件、润滑系统、数据系统组成，它传递风轮的垂直载荷、水平载荷、扭矩，精度要求高，主体支承塔架10 是整个风力发电机组的受力支承结构，为锥形钢管框架—锥形支撑结构体系，通过钢筋砼基础21与地基组成一个整体，将风力发电机的载荷传递给地基，中心主轴11通过连轴器连接下部的增速箱12，增速箱12连接永磁发电机13，永磁发电机13发出的电能通过电气系统向外输出电能，主要重型设备和常维护设备均安装在地面，主要重型设备和常维护设备包括如图3 所示的变流器14、电磁兼容EMC系统15，电力埋地输出16，自控系统17，监控系统18，润滑系统19，设备机房20，钢筋砼基础21，变角调桨系统 22，防灾保护系统23，避雷埋地系统24，接零埋地系统25等设备，提高风力发电机组的运行安全。

上述升力叶桨垂直轴塔支大功率低风速风力发电机组，可做到满足装机功率要求的扫风面积；通过叶桨1和变角调桨系统22的配合来有效解决起动力矩和输出功率的有机关系，达到低风速起动，高效率输出的目的；中心支承连接箱9的旋转半径小，采用的支承轴承摩擦因数小，因而摩擦力也小，能有效保证很小的起动力矩，高效率的传递；风轮的刚性和惯性都大，能达到运行平稳的目的，保障了电力输出的稳定；增速箱12采用1:25 的小变速比，内部采用行星齿轮和对称布局，传递损失少；发电机13采用低速永磁同步发电机，发电效率高；运行采用全自动管理系统，各系统自动匹配运行，整机效率高。

叶桨1断面为非对称型，经实测最大升力系数达到Cι＝1.65，叶桨调角范围在-10°～35°之间，在不同的风速区段都能达到高的利用率和特定的设计目的，与其他风叶类型相比在低风速区段的使用价值特别突出。

叶桨1变角调桨系统22，当处于低风速环境，在起动风速时，自动管理系统根据风向实测值向每一个叶桨发送不同的变角指令，每一叶桨此时所处风向位置不一样变角角度是不一样的，随着位置的变化变角角度也会改变，谋求获取最大的中心扭矩，最终结果是起动风速很低，该机型最低起动风速实测值为1.8m/s(持续风速状态)；起动后当风轮转速达到2rpm 时，自动管理系统开始向每个叶桨发送变角指令，变角值逐步向同一值趋近，当风轮转速达到≥5rpm时，每个叶桨不管所处风向位置变角角值均为同一值，此时风力机整体谋求叶桨的风能利用最大化，功率输出最大值，当风轮转速达到16rpm时，自动管理系统开始向每个叶桨统一发送变角指令，实施变角降低叶桨的风能利用系数，保持风力发电机组功率恒定输出。

空间结构转轮4，由连接臂2、主拉杆5、中间转筒架6、控制轨轮盘7 组成，垂直剖面似一个蝴蝶形状，以杆件为基本单元组合成空间结构体系，将复杂的受力体转化为以拉压为主的杆件受力，优点是容易做到大尺度结构，节省材料，整体刚度好，达到垂直轴风力发电机大功率装机要求，主拉杆5主要承担叶桨的重量，风轮运动的离心力、风载荷产生的水平力、垂直力、扭矩、振动均由空间结构体系内部承担，最后往外传递的可简化为垂直载荷，水平载荷，扭矩三大类。

控制轨轮盘7，安装在中间转筒架6下部，是一个T形断面的圆环，控制风轮运转的振摆和水平的不平衡载荷，保证风轮平稳运行，抵抗风轮内部的部分离心力和水平载荷，在制动刹车作用下控制风轮降速或刹车，是风力发电机组的主要安全组件之一。

主体支承塔架10，是整个风力发电机组的受力支承结构，为锥形钢管框架—锥形支撑结构体系，是风力发电机组基础组件，支承风轮产生的所有载荷，通过基础21与地基组成一个整体，将风力发电机的各类载荷传递给地基。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种升力叶桨垂直轴塔支大功率低风速风力发电机组，包括叶桨(1)、主体支承塔架(10)，其特征在于，所述叶桨(1)一表面通过连接臂(2)与空间结构转轮(4)活动连接；

所述空间结构转轮(4)由连接臂(2)、主拉杆(5)、中间转筒架(6)、控制轨轮盘(7)组成，所述连接臂(2)是空间结构转轮(4)的外伸臂；

所述叶桨(1)连接点为六个，其中二个所述叶桨(1)上的连接点用调角驱动齿轮啮合连接有齿轮连杆(3)，所述齿轮连杆(3)另一端连接到空间结构转轮(4)的连接臂(2)上；

所述空间结构转轮(4)上部转动安装在中心支承连接箱(9)上，所述中心支承连接箱(9)固定安装到主体支承塔架(10)顶端，所述中心支承连接箱(9)底部固定连接有中心主轴(11)；

所述中心主轴(11)底端通过连轴器固定连接有增速箱(12)，所述增速箱(12)的输出轴通过联轴器固定连接有永磁发电机(13)；

所述叶桨(1)一表面通过角调桨系统(22)与连接臂(2)转动连接。

2.根据权利要求1所述的一种升力叶桨垂直轴塔支大功率低风速风力发电机组，其特征在于，所述控制轨轮盘(7)内侧配套安装制动刹车系统(8)，所述制动刹车系统(8)安装在主体支承塔架(10)的中部平台上。

3.根据权利要求1所述的一种升力叶桨垂直轴塔支大功率低风速风力发电机组，其特征在于，所述中心支承连接箱(9)由箱体、支承轴承、中心轴、连接件、润滑系统组成。

4.根据权利要求1所述的一种升力叶桨垂直轴塔支大功率低风速风力发电机组，其特征在于，所述叶桨(1)断面为非对称型，经实测最大升力系数达到Cι＝1.65，叶桨调角范围在-10°～35°之间。

5.根据权利要求1所述的一种升力叶桨垂直轴塔支大功率低风速风力发电机组，其特征在于，所述控制轨轮盘(7)，安装在中间转筒架(6)下部，是一个T形断面的圆环。

6.根据权利要求1所述的一种升力叶桨垂直轴塔支大功率低风速风力发电机组，其特征在于，所述中心主轴(11)为钢管传动刚性轴或液压传动柔性轴。

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