[发明专利]10MW级座台式感应子风力发电机系统

说明书

发明领域

本发明属于机械电气技术领域，具体地说，是提出一种采用座台式承载体结构的水平轴感应子风力发电机系统装置。

背景技术

风力涡轮机是将风的动能转变为适合发电机轴旋转的机械能，带动发电机旋转发电的新能源装置，产业实践证明，在目前广泛使用的水平轴涡轮发电机中，单机功率的增大，有利于降低单位功率装机容量的成本和风力发电的度电成本，因此，单机额定功率容量不断增大，水平轴涡轮机的单机功率已普遍从上世纪末的兆瓦级升高到目前的3～6兆瓦级，并正向10～20兆瓦级的目标迈进，这是风电技术发展的总趋势。为增加截风面积，叶片的长度也在材料技术和制造工艺技术进步的基础上不断增长，但由于叶片的悬臂梁结构强度低，受剪切力影响难以继续增加长度，有资料表明，在特大型涡轮机中，随着叶片长度的提高，额定功率成平方函数增加，而制造成本却成立方关系增长，所以单机功率的提高受到叶片经济性技术性的双重限制，现有传统技术都已很难满足单机功率大幅提升的需求，此外，大型化同样会受制于其他风电配套部件，例如发电机体积和重量也随之增大，包括塔筒、变桨和对风偏航等系统性问题也日益突出，都有待涡轮机技术方案的突破。

发明内容

本发明的目的是解决大型化所带来的超长叶片、超重机舱，以及偏航装置、机械制动等多种技术挑战，有必要采用新的涡轮叶片结构和发电机结构相结合的方法来解决大型化所产生的问题，那就是采用带环的二段叶片，而环上安装的发电机转子又使发电机大直径化和轻量化，而所有这些改进，必须采用大型风电系统的新结构——座台才能实现。中国发明专利申请201310006369.9，《10MW级座台式导风体涡轮发电机系统》提出的座台式构造为风电系统的大型化开创了新思路，本发明是对不采用上述发明的导风体而创新的另一种大型化风电系统的技术方案。

本发明的大型水平轴风力发电机系统主要由涡轮机、轴系、制动器、发电机、塔架和座台组成，其特征为，涡轮机由长短二段叶片组成，短叶片(2)一端连接在涡轮机主轴(1)的轮毂上，另一端通过连接圆环(4)与长叶片(3)相连；发电机为感应子发电机，发电机的定子(5)固定在塔筒(6)上，感应子转子(41)安装在连接圆环(4)上；主轴(1)上只安装制动器(7)；塔筒承载着整个涡轮发电机组的重量并固定在座台(9)上；座台(9)可以水平旋转对风，执行偏航、调风和辅助制动的功能。

本发明的技术效果是多方面的，首先叶片通过连接圆环分为二段，一是减少了长叶片的弯矩，改善受力状况，也降低了制造和运输的成本；二是采用开放式的大直径的感应子交流发电机增加磁力线切割速度，有利于降低发电机重量，更有利于通过自然风解决电机散热问题；采用座台结构，既可以偏航对风，又可以执行偏航、调风和辅助制动的功能，从而既省略变桨装置，降低成本，同时又可提高切出风速，增加发电量。

附图说明

图1、本发明的座台式感应子风力发电机系统的上部结构简图。

图2、感应子发电机原理示意图。

图3、双边定子感应子发电机示意图。

图4、本发明系统的座台结构示意图。

图5、单边感应子发电机的磁悬浮结构原理图。

图6、一种带有防倾倒钩的轨道式座台轮系结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明系统的上部结构图。从图中可以看出，在主轴(1)的轮毂上，安装有短叶片(2)，然后短叶片(2)又与连接圆环(4)连接，所以短叶片(2)不再是单端悬臂梁，强度得到提高，此时再将长叶片(3)连接在连接圆环(4)上，相当于将叶片缩短，或相当于将传统涡轮机叶片分成二截，中间的连接得到加强，叶片的刚度和强度都得到提高。短叶片(2)可以采用三叶片，也可采用三个以上的多叶片，如图中即为五叶片，短叶片与长叶片可以交叉配置，以减少塔筒对风力的塔影效应，风轮机旋转更平稳。对于10MW级风力涡轮机来说，叶片总长度约在80～100米之间，其中一种方案是，可以分配短叶片(2)约在20～45米而长叶片(3)约在50～60米之间，当然具体分配应兼顾涡轮机和发电机的空气动力学仿真、样机实验、性能优化和经济性具体确定。