專利名稱：能自動對風的多轉子風力發電系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于風能利用領域，涉及能自動對風的多轉子風力發電系統。
背景技術：
隨著世界性能源危機和全球環境污染加劇，許多國家都更加重視潔凈的可再生能源的研究、開發和利用。全球風能理事會指出，風力發電技術相比其它可再生能源技術而言更成熟，其效率也更高，產業前景最好，其開發利用增長率遠高于常規能源，風力發電技術是世界上發展最快的可再生能源技術之一。風輪是風能轉換為機械能的核心部件，因此葉片的性能決定風電機組的性能，葉片在設計壽命期內的安全穩定運行至關重要。水平軸風力發電機的葉片在旋轉過程中，受水平推力、慣性力和重力的綜合作用。受風切變影響，水平推力的大小始終變化，無論對葉片還是傳動系統和塔架都產生大的交變載荷；慣性力的方向隨時變化；重力在葉片根部產生一個與旋轉頻率同頻率的交變載荷。上述三個交變載荷以及由此產生的振動是葉片破壞的主要原因。風力發電機單機功率越做越大，目前國際上比較一致的看法是單機功率越大， 成本越低，其原因是一般認為風力機功率越大，所需的風力機數目越少，需要維修的部件越少，成本越低。實際上，由于受建筑物和地面的摩擦作用，隨著高度的增加，風速逐漸增大，這種現象稱之為風切變，葉片在回轉平面內處于不同位置時，風速會有差異，因而在回轉平面垂直方向上葉片承受的水平推力和回轉力矩的大小會不同，導致葉片受到疲勞載荷。同時，重力也會在葉片上產生交變載荷。因此，葉片越長，重量越重，受風切變和重力載荷的影響越大，導致葉片所承受的交變載荷越大，葉片越容易發生破壞。目前，大型風力發電機葉片破壞的報道還不多見，主要是因為安裝時間短，問題還沒有完全暴露，若干年后，也許會大面積爆發。一旦出現問題，風電場由于停機、停電造成經濟損失，再算上維修、吊裝及更換零部件、超限運輸、重復安裝等等花費，加之風機大多安裝在偏遠或者交通不便的地區，吊裝拆卸難度大，最后付出的代價巨大。因此，雖然風電機組的制造成本隨功率增加而降低，但考慮到后期的維修等費用，其總成本反而會上升。另一方面，巨型風電機組其葉片長度將達到 60-70m,陸上運輸、安裝極為困難，安裝用的吊車容量將超過1200-1400t，很多地區不具備這個條件，從而限制了巨型風電機組的使用。戶外工作的風力機有一定的額定工作風速，當風速低于額定風速時，為了使發電量最大化，需要使風輪迎風，而當風速高于額定風速，為了保護風力機，需要進行偏航。目前通常使用回轉驅動裝置，時刻監測風速，隨時進行調向，回轉驅動裝置不僅工作條件較差，而且成本高。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供能自動對風的多轉子風力發電系統。 本發明的技術方案概述如下能自動對風的多轉子風力發電系統，包括塔架1、梁5和風力機，還包括A回轉軸承 2、B回轉軸承3、框架4和尾舵8，A回轉軸承設置在塔架頂部，B回轉軸承設置在塔架的中部，A回轉軸承和B回轉軸承的內圈固定在塔架上，框架固定連接在A回轉軸承和B回轉軸承的外圈上，梁的一端與框架連接，風力機與梁固定連接，風力機包括風輪6和機艙7，風力機為2-100個，框架兩側的梁的長度相等，框架一側的梁上設置的風力機的數量比另一側的梁上設置的風力機的數量多1-20個，尾舵與框架、梁或/和機艙通過銷軸進行連接。框架為平面結構或空間立體結構，組成框架的桿為方管、圓管、工字鋼、槽鋼、方鋼、圓鋼或角鋼。尾舵的數目為1-100個。風力機為迎風式。本發明還可以包括桅9，桅的一端連接在所述塔架上。桅為3-40 個。本發明還可以包括中間回轉軸承10，中間回轉軸承位于A回轉軸承和B回轉軸承之間，中間回轉軸承的內圈固定在塔架上，中間回轉軸承的外圈與框架固定連接，中間回轉軸承的數目為1-10個。風力機的功率為優選0. 5 500kW，最好是2 lOOkW。本發明的優點和積極效果是(1)葉片壽命長。本發明的上部塔架上安裝多個中、小型風力機，其葉片短，在高度方向上受風切變影響小，短葉片的疲勞載荷小，同時短葉片的制造技術成熟，性能穩定，因而葉片的壽命長。(2)占地面積小。考慮到尾流的影響，現有技術的普通風電機組在安裝時要相隔一定的距離，而本發明的在一個塔架上的多個風力機僅僅需要考慮風力機側向的相互影響， 大大節省了占地面積。同時，中、小型機組的尾流影響距離短，在風電場內可以布置更多本發明，有利于提高風電場的總裝機容量，提高風電場的經濟效益。(3)獨特的安裝方式。本發明的塔架連接有梁，在正常使用時，作為風力機的安裝結構，在安裝和維修時梁可以作為吊支架，不需要或者僅需要小型起吊機械就可以進行設備安裝與拆裝，有效降低安裝維修成本。(4)維修成本低。主要體現在以下幾個方面一是由于采用中、小型風力機，其葉片不僅短而且重量輕，運輸方便和更換簡便；二是規模化效益高，利于集成化和模塊化和規模化，降低生產成本，提高經濟效益；三是中、小型風力機技術成熟，零部件價格便宜。(5)系統的可靠性好。本發明由于采用的是在一個塔架上布置多個風力機的方式， 當單個或某幾個風力機發生故障，不會對其他風力機產生影響，系統仍然能夠基本保持正常運轉。風電場的風力機數目更多，單個風力機發生故障對系統和電網的影響微乎其微。(6)應用范圍廣。與大型和巨型風電機組相比，本發明由于采用中、小型風力機，無論是對風場條件、地理位置還是占地面積的要求要低的多，大大拓展了本系統的應用范圍。(7)由于在塔架的頂部和中部各布置了一個回轉軸承，在承受風產生的水平推力作用不會對兩個回轉軸承產生彎矩，與現有技術的普通風電機組相比，回轉軸承的受力情況大為改善。(8)自動對風、偏航和安全保護。尾舵在風速小于額定風速時產生的回轉力矩驅動 B回轉軸承以上部分進行對風。不對稱布置的風力機在風速大于額定風速時產生的回轉力矩驅動B回轉軸承以上部分進行偏航。(9)不需要驅動裝置。由于結構的對風、偏航和安全保護通過尾舵都可以實現，因此不需要再設置液壓式或電機驅動式的回轉驅動裝置。
圖1為能自動對風的多轉子風力發電系統的示意圖。圖2為能自動對風的多轉子風力發電系統另一種形式的示意圖。圖3為能自動對風的多轉子風力發電系統的俯視示意圖。圖4為能自動對風的多轉子風力發電系統另一種形式的俯視示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的實施做進一步詳述，以下詳述只是描述性的，不是限定性的，不能限定本發明專利的保護范圍。能自動對風的多轉子風力發電系統，包括塔架1、梁5和風力機，還包括A回轉軸承 2、B回轉軸承3、框架4和尾舵8，A回轉軸承設置在塔架頂部，B回轉軸承設置在塔架的中部，A回轉軸承和B回轉軸承的內圈固定在塔架上，框架固定連接在A回轉軸承和B回轉軸承的外圈上，梁的一端與框架連接，風力機與梁固定連接，風力機包括風輪6和機艙7，風力機為2-100個，框架兩側的梁的長度相等，框架一側的梁上設置的風力機的數量比另一側的梁上設置的風力機的數量多1-20個，尾舵與框架、梁或/和機艙通過銷軸進行連接。框架為平面結構或空間立體結構，組成框架的桿為方管、圓管、工字鋼、槽鋼、方鋼、圓鋼或角鋼。尾舵的數目為1-100個。風力機為迎風式。本發明還可以包括桅9，桅的一端連接在所述塔架上。桅為3-40 個。本發明還可以包括中間回轉軸承10，中間回轉軸承位于A回轉軸承和B回轉軸承之間，中間回轉軸承的內圈固定在塔架上，中間回轉軸承的外圈與框架固定連接，中間回轉軸承的數目為1-10個。風力機的功率為優選0. 5 500kW，最好是2 lOOkW。本發明專利的工作原理 為當風速達到風力機的啟動風速時，風力機開始轉動工作，產生的電能轉換成與電網同頻同相的電后連接到電網上進行并網發電，或輸送到蓄能系統進行儲能。尾舵在風速小于額定風速時產生的回轉力矩驅動B回轉軸承以上部分進行對風，不對稱布置的風力機在風速大于額定風速時產生的回轉力矩驅動B回轉軸承以上部分進行偏航。
權利要求
1.能自動對風的多轉子風力發電系統，包括塔架(1)、梁( 和風力機，其特征是還包括A回轉軸承(2)、B回轉軸承(3)、框架⑷和尾舵⑶，所述A回轉軸承設置在所述塔架頂部，所述B回轉軸承設置在所述塔架的中部，所述A回轉軸承和B回轉軸承的內圈固定在塔架上，所述框架固定連接在所述A回轉軸承和所述B回轉軸承的外圈上，所述梁的一端與所述框架連接，所述風力機與所述梁固定連接，所述風力機包括風輪(6)和機艙(7)，所述風力機為2-100個，所述框架兩側的梁的長度相等，框架一側的梁上設置的風力機的數量比另一側的梁上設置的風力機的數量多1-20個，所述尾舵與所述框架、所述梁或/和所述機艙通過銷軸進行連接。
2.根據權利要求1所述的能自動對風的多轉子風力發電系統，其特征是所述框架為平面結構或空間立體結構，組成框架的桿為方管、圓管、工字鋼、槽鋼、方鋼、圓鋼或角鋼。
3.根據權利要求1所述的能自動對風的多轉子風力發電系統，其特征是所述尾舵的數目為1-100個。
4.根據權利要求1所述的能自動對風的多轉子風力發電系統，其特征是所述風力機為迎風式。
5.根據權利要求1所述的能自動對風的多轉子風力發電系統，其特征還包括桅(9)，所述桅的一端連接在所述塔架上。
6.根據權利要求5所述的能自動對風的多轉子風力發電系統，其特征是所述桅為3-40個。
7.根據權利要求1所述的能自動對風的多轉子風力發電系統，其特征是還包括中間回轉軸承(10)，所述中間回轉軸承位于A回轉軸承和B回轉軸承之間，所述中間回轉軸承的內圈固定在塔架上，所述中間回轉軸承的外圈與所述框架固定連接，所述中間回轉軸承的數目為1-10個。
8.根據權利要求1或4所述的能自動對風的多轉子風力發電系統，其特征是所述風力機的功率為0. 5 500kffo
9.根據權利要求8所述的能自動對風的多轉子風力發電系統，其特征是所述風力機的功率為2 lOOkW。
全文摘要
本發明公開了能自動對風的多轉子風力發電系統，包括塔架1、梁5和風力機，還包括A回轉軸承2、B回轉軸承3、框架4和尾舵8，A回轉軸承設置在塔架頂部，B回轉軸承設置在塔架的中部，A回轉軸承和B回轉軸承的內圈固定在塔架上，框架固定連接在A回轉軸承和B回轉軸承的外圈上，梁的一端與框架連接，風力機與梁固定連接，風力機包括風輪6和機艙7，框架兩側的梁的長度相等，框架一側的梁上設置的風力機的數量比另一側的梁上設置的風力機的數量多，尾舵與框架、梁或/和機艙通過銷軸進行連接。本發明葉片壽命長；占地面積小；安裝和維修成本低；可靠性好；應用范圍廣；取消了機艙內的回轉軸承或回轉驅動裝置；自動對風和偏航。
文檔編號F03D9/00GK102305188SQ20111024063
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月19日 優先權日2011年8月19日
發明者朱麗, 王一平, 黃群武 申請人:天津大學