CN220667720U - 一种共轴式反向双叶轮传动链结构及风力发电机组 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种共轴式反向双叶轮传动链结构及风力发电机组，该传动链结构包括：前叶轮、永磁发电机、后叶轮和换向齿轮箱，其中，所述永磁发电机水平布置，所述前叶轮与永磁发电机的转子旋转轴的一端直接耦合，所述后叶轮通过换向齿轮箱与永磁发电机的转子旋转轴的另一端连接，前、后叶轮反向转动并同时驱动永磁发电机的转子。本实用新型在不增加叶片长度的情况下，增加叶轮输出功率，以达到增加风力发电机组容量的目的，优化整机载荷，降低轮毂中心高度，便于机组吊装。
Description
技术领域
本实用新型涉及风力发电的技术领域，尤其是指一种共轴式反向双叶轮传动链结构及风力发电机组。
背景技术
为了提高风力发电机组的经济性，降低风电场度电成本，提高市场竞争力，主要技术手段就是提高单机容量。根据贝兹理论，风能利用系数极限是0.593，而且只是个理论数值，目前主流风力发电机组叶片的CP只有0.4以下。为了提高机组单机容量，目前整机开发商采取的措施的加长叶片长度，增加叶轮扫风面积。随着叶片长度的增加，也对叶片的设计提出了更高技术的要求。另外一方面，随着叶片的加长，风力发电机组塔筒也需要相应加长。机组轮毂中心高度也随着增加，对吊装设备也提出更高的要求；陆上运输对长叶片也存在诸多限制。目前已有专利CN201310217550.4提出双叶轮结构，机舱两端分别安装有参数相同、转向相反的前叶轮和后叶轮，前叶轮和后叶轮分别通过前叶轮轴和后叶轮轴与机舱内的机械合成机构连接，机械合成机构通过磁悬浮长轴与桁架塔底部的变速增速箱连接，变速增速箱连接发电机。结构较为复杂，未有实际应用案例。
实用新型内容
本实用新型的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种共轴式反向双叶轮传动链结构，在不增加叶片长度的情况下，增加叶轮输出功率，以达到增加风力发电机组容量的目的，优化整机载荷，降低轮毂中心高度，便于机组吊装。
本实用新型的第二目的在于提供一种风力发电机组。
本实用新型的第一目的通过下述技术方案实现：一种共轴式反向双叶轮传动链结构，包括：前叶轮、永磁发电机、后叶轮和换向齿轮箱，其中，所述永磁发电机水平布置，所述前叶轮与永磁发电机的转子旋转轴的一端直接耦合，所述后叶轮通过换向齿轮箱与永磁发电机的转子旋转轴的另一端连接，前、后叶轮反向转动并同时驱动永磁发电机的转子。
进一步，所述永磁发电机为内转子+外定子结构，所述转子旋转轴贯穿整个发电机并向两端伸出。
进一步，所述换向齿轮箱与永磁发电机的外壳通过螺纹接头连接在一起，作为载荷传递部件。
本实用新型的第二目的通过下述技术方案实现：一种风力发电机组，包括上述的共轴式反向双叶轮传动链结构以及塔架和活动安装在该塔架顶部的机舱，其中，所述永磁发电机安装在机舱的顶部，所述机舱内安装有控制柜、发电机出口断路器柜、液压润滑冷却系统和偏航系统。
进一步，所述前叶轮和后叶轮均设计有锥角，以确保叶片与塔架以及两个叶轮叶尖之间的安全距离。
进一步，所述前叶轮与后叶轮的叶片一一对应，且相对应的两只叶片之间的夹角在安装和运行时保持为60°，以减少两个叶轮转动尾流的相互影响。
进一步，所述前叶轮为上风向叶轮，其正面作为迎风面，所述后叶轮为下风向叶轮。
进一步，所述前叶轮和后叶轮的轮毂内分别配置独立的变桨控制系统，两个叶轮的叶片变桨角度能设定不同值。
进一步，所述前叶轮和后叶轮的叶片与轮毂刚性连接，减少变桨轴承和变桨控制系统。
进一步，所述永磁发电机通过高强螺栓与机舱连接。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、前后共轴式双叶轮设计，两个叶轮的反扭矩可以相互抵消，平衡前后载荷，增加机组的稳定性，降低整机极限载荷，优化整机疲劳载荷。
2、采用共轴双叶轮结构，可以降低机组切入风速，增加可利用风速范围，提高机组整体经济效益。
3、双叶轮设计，增加叶轮风能利用系数，机组在相同的输出功率下，可缩短叶片长度，同时减小叶根直径，降低叶片技术要求和整机载荷及主要部件载荷，如变桨轴承和主轴承。
4、降低叶片、轮毂和主机的重量，方便陆上运输。
5、降低轮毂中心高度，减小对吊装设备的要求。
6、加长发电机长度，可减小发电机直径，减少主机运输限制。
7、前、后叶轮设计有一定锥角，确保叶片和塔架以及双叶轮叶尖之间的安全距离。
8、前、后叶轮在安装和运行时，相对应两只叶片之间夹角需保证为60°，用于减少前后两个叶轮转动尾流的相互影响，最大限度利用风能。
9、若风力发电机组安装区域为受台风影响或极限风速较高的区域，机组前、后叶轮的轮毂内可分别配置独立的变桨控制系统，根据机组实际运行工况，由整机主控系统分别对两套变桨控制系统输出独立的变桨命令，前、后叶轮的叶片变桨角度可设定不同值。
10、若风力发电机组安装区域极限风速较小，相对于传统单叶轮结构，双叶轮结构更适合采用定桨距设计方案和主动失速控制方法，实现机组在额定风速以上的功率限制。叶片与轮毂刚性连接，可以减少变桨轴承和变桨控制系统，降低机组成本的同时提高整机设备的可靠性，减少运维成本。
附图说明
图1为共轴式反向双叶轮传动链结构在风力发电机组上的安装示意图之一。
图2为共轴式反向双叶轮传动链结构在风力发电机组上的安装示意图之二。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例1
如图1所示，本实施例公开了一种共轴式反向双叶轮传动链结构，包括：前叶轮1、永磁发电机2、后叶轮3和换向齿轮箱4，其中，永磁发电机2水平布置，前叶轮1与永磁发电机2的转子旋转轴的一端直接耦合，后叶轮3通过换向齿轮箱4与永磁发电机2的转子旋转轴的另一端连接，前、后叶轮1、3反向转动并同时驱动永磁发电机2的转子。
具体地，换向齿轮箱4与永磁发电机2的外壳通过螺纹接头连接在一起，作为载荷传递部件。
具体地，永磁发电机2为内转子(磁极)+外定子(绕组)结构，转子旋转轴贯穿整个发电机并向两端伸出。
具体地，永磁发电机2的外壳采用铸造钢铁，承载前、后叶轮1、3载荷。
实施例2
参见图1所示，本实施例公开了一种风力发电机组，包括实施例1所述的共轴式反向双叶轮传动链结构以及塔架5和活动安装在该塔架5顶部的机舱6，其中，永磁发电机2通过高强螺栓安装在机舱6的顶部，机舱6内安装有控制柜、发电机出口断路器柜、液压润滑冷却系统和偏航系统，前叶轮1和后叶轮3均设计有一定锥角，以确保叶片与塔架5以及两个叶轮叶尖之间的安全距离。
如图2所示，前叶轮1与后叶轮3的叶片一一对应，且相对应的两只叶片之间的夹角在安装和运行时需保证为60°，减少两个叶轮转动尾流的相互影响，最大限度利用风能。机组默认前叶轮1正面作为迎风面，为上风向，机组运行时，前叶轮1顺时针旋转；后叶轮3为下风向，机组运行时，后叶轮3逆时针旋转。
若风力发电机组安装区域为受台风影响或极限风速较高的区域，机组前、后叶轮1、3的轮毂内分别配置独立的变桨控制系统，根据机组实际运行工况，由整机主控系统分别对两套变桨控制系统输出独立的变桨命令，前、后叶轮1、3的叶片变桨角度可设定不同值。
若风力发电机组安装区域极限风速较小，相对于传统单叶轮结构，双叶轮结构更适合采用定桨距设计方案和主动失速控制方法，实现机组在额定风速以上的功率限制。叶片与轮毂刚性连接，减少变桨轴承和变桨控制系统，降低机组成本的同时提高整机设备的可靠性，减少运维成本。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种共轴式反向双叶轮传动链结构，其特征在于，包括：前叶轮(1)、永磁发电机(2)、后叶轮(3)和换向齿轮箱(4)，其中，所述永磁发电机(2)水平布置，所述前叶轮(1)与永磁发电机(2)的转子旋转轴的一端直接耦合，所述后叶轮(3)通过换向齿轮箱(4)与永磁发电机(2)的转子旋转轴的另一端连接，前叶轮(1)、后叶轮(3)反向转动并同时驱动永磁发电机(2)的转子。
2.根据权利要求1所述的一种共轴式反向双叶轮传动链结构，其特征在于：所述永磁发电机(2)为内转子+外定子结构，所述转子旋转轴贯穿整个发电机并向两端伸出。
3.根据权利要求2所述的一种共轴式反向双叶轮传动链结构，其特征在于：所述换向齿轮箱(4)与永磁发电机(2)的外壳通过螺纹接头连接在一起，作为载荷传递部件。
4.一种风力发电机组，其特征在于，包括权利要求1至3任一项所述的共轴式反向双叶轮传动链结构以及塔架(5)和活动安装在该塔架(5)顶部的机舱(6)，其中，所述永磁发电机(2)安装在机舱(6)的顶部，所述机舱(6)内安装有控制柜、发电机出口断路器柜、液压润滑冷却系统和偏航系统。
5.根据权利要求4所述的一种风力发电机组，其特征在于：所述前叶轮(1)和后叶轮(3)均设计有锥角，以确保叶片与塔架(5)以及两个叶轮叶尖之间的安全距离。
6.根据权利要求5所述的一种风力发电机组，其特征在于：所述前叶轮(1)与后叶轮(3)的叶片一一对应，且相对应的两只叶片之间的夹角在安装和运行时保持为60°，以减少两个叶轮转动尾流的相互影响。
7.根据权利要求6所述的一种风力发电机组，其特征在于：所述前叶轮(1)为上风向叶轮，其正面作为迎风面，所述后叶轮(3)为下风向叶轮。
8.根据权利要求7所述的一种风力发电机组，其特征在于：所述前叶轮(1)和后叶轮(3)的轮毂内分别配置独立的变桨控制系统，两个叶轮的叶片变桨角度能设定不同值。
9.根据权利要求7所述的一种风力发电机组，其特征在于：所述前叶轮(1)和后叶轮(3)的叶片与轮毂刚性连接，减少变桨轴承和变桨控制系统。
10.根据权利要求4至9任一项所述的一种风力发电机组，其特征在于：所述永磁发电机(2)通过高强螺栓与机舱(6)连接。
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