CN102619691B - 塔式涡轮风电装置 - Google Patents

Abstract

本发明塔式涡轮风电装置，风动涡轮(1)中心柱(2)联接盘(3)涡轮套轴(5)，是一种不受风速风向影响一塔配置多台直流发电机广泛用于各类风域开发风电的设备，分4级，A小型涡轮直径8米，最大设计塔高32米，机房内对称配置4台直流发电机总容量500KW，布防在流动沙害前沿阻挡风力起“防沙林”作用，B中型涡轮直径16米适用塔高48米，4台直流发电机总容量3200KW，塔高可作设计调整32米时可御时速100KM以上大风，均为中心柱标准段部件组装；C大型、D超大型涡轮直径64米以上，暂不涉及；具有这种结构的风电装置占地少，噪音小，不因大风而停机，无坠落倒塌之患，有明显的社会经济效益。

Description

塔式涡轮风电装置

所属技术领域

本发明涉及一种能广泛适用在各类风域生产风电及防治风害(灾)的塔式涡轮风电装置。

背景技术

目前，开发这种天然、清洁可再生风能资源不仅是世界各国的共识，简直是人类的渴求，天赐风能的可开采储量十分巨大，若能有效开发其中的1％，则全世界的能源结构就会发生很大变化，煤炭、石油这些不可再生资源将不再主要用于发电、动力机具的燃料，生态环境中碳排放量也将大幅度减少，在这种急需的大环境中风电生产与日俱增，如公知的投入实用的旋桨式风电装置，由于整体结构只适于在风能资源丰富、风速、风向符合设计要求，无突发性大风的风域组建大型、超大型风电机群采集风电，旋桨转动时产生的噪音远远超标，不得不远离城镇，不能防御风害及适应风速变化大时发电量也随之变化的要求，使得在各类风域开发风电的广泛性上存在不足。

发明内容

本发明提供的塔式涡轮风电装置是一种不受风速、风向影响，一塔配置多台直流发电机适应风速变化时发电量也相应的随之变化，可在各类风域组建大型、超大型风电体系，分4级，A小型，涡轮直径8米，最大设计塔高32米，机房内对称配置两组共4台直流发电机，最大总装机容量500KW，阵列布置在有流动沙害前沿阻挡风力降低近地层风速起“防沙林”作用；B中型，涡轮直径16米，最大设计塔高64米，机房内对称配置两组4台直流发电机，最大总装机容量5000KW，塔高设定为32米时可御时速100KM以上的大风，适于在各类风域中开发风电资源；上述两种均是按模数化设计中心柱及风动涡轮标准段部件组装的，塔高可随气象资料作设计调整，可搬迁；C大型，涡轮直径32米，D超大型，涡轮直径64米以上，因***复杂，不适在本文中论述。

本发明的目的是这样实现的，一种塔式涡轮风电装置，在中心柱外套设同心风动涡轮套轴，轴末端设45°伞齿轮盘及4个从动伞形齿轮分别经轴承座、离合器、变速箱与直流发电机联接，完成将风动能(E＝1/2MV²)转换为机械能、电能经变配电***输出的流程；风动涡轮的同心套轴及顶盖是联为一体的旋转体在塔顶由滚球体支撑与中心柱的间隙为80～100毫米，套轴末端45°伞齿轮盘设置在可调节涡轮旋转体重力荷载的基座滚柱轴承装置上与滚球体共同承担重力荷载；涡轮轮叶是半圆柱形变断面中空弧形叶板与套轴联接成三个首尾相联的圆柱面流线形空腔构成永远同一方向绕中心柱旋转的涡轮，这样三等分圆柱面转动力矩大、噪音小、结构简捷。轮叶内外壳板面构成的三角壳体与套轴整合成一个力学结构十分稳定的涡轮整体，叶壳中设加强肋并充填高强度聚酯发泡物使涡轮旋转体更严密牢固；对称的两组4个轴承座是所属从动伞齿轮传动的支撑及固定主动伞齿轮盘的“卡具”固定点，离合器受计算机控制，风力强度3～4级时联接一台直流发电机工作，，5～7级时使其对称的一组两台机工作，8～12级时两组4台直流发电机全部投入运转，适应在风速变化时发电量也随之变化；采用阵列、矩阵等集群式布防在有风害地区抗御风灾的机理是用“能量守恒定律”“动能公式”等物理力学方法计算出经阻挡后保护区内近地层风速的下降值，当其小于灾害风速时就达到了减灾的目的。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明

图1是本发明的安装配置图

图2是图1的I-I剖视图

图1、图2中风动涡轮1、中心柱2、连接盘3、连接螺栓4、涡轮套轴5、轴基连接盘及螺栓6、翼端连接盘及螺栓7、翼端托滚座8、安装平台9、钢柱10、离合器11、伞齿轮箱12、变速箱13、直流发电机14、轴承座15、从动伞齿轮16、主动伞齿轮盘及套轴17、基座滚柱轴承装置18、计算机19、变配电***20、基础锚杆21、基础22、爬梯23、通道24、机房建筑25、涡轮套轴基底连接盘及螺栓26、中心柱内联接螺栓27、润滑剂灌注管28、抗侯防腐涂料29、托座30、滚球瓦31、滚球体32、避雷设施33、顶座34、顶盖35、螺栓36。

具体实施方式

在图1所示的实施例中是前述B中型塔式涡轮风电装置，风动涡轮(1)直径16米，适用塔高48米。对称配置两组直流发电机(14)第一组每台600KW，第二组每台1000KW，总装机容量3200KW，受计算机(19)控制离合器(11)完成联结，3～4级风时联结一台600KW直流发电机启动运行，依次5～7级风，8～12级风时联结4台直流发电机全部运行，输出电能3200KW，实现随风域风速变化大(含突发性大风)发电量也随之变化的要求，可以单塔或集群在各类风域开发风电时具有广泛的适应性，生产的电力经变配电***(20)馈入电网及蓄电池，风动涡轮(1)是由半圆柱形变断面中空弧状叶板与涡轮套轴(5)联接成三个首尾相接的圆柱面流线形空腔构成永远同一方向绕中心柱(2)旋转的涡轮标准段，段高3.2米，直径16米，再经轴基联接盘及螺栓(6)翼端联接盘及螺栓(7)组装成塔高48米风动涡轮(1)的整体；半圆柱形变断面中空弧状叶板及两端封堵的材质是不锈钢薄板，中空间隙内的加强肋是薄壁不锈钢管，全部焊接制作，与涡轮套轴(5)轴基联接盘(6)、翼端联接盘(7)的联接也均为焊接，涡轮套轴(5)内径3.4米，采用厚16毫米耐腐蚀高强度钢板卷焊制作，两个端头用材质相同宽500毫米钢板带焊接加强，轴基联接盘(6)内径3.4米，外径5.4米，厚16毫米，盘面联接螺栓M22、间距160毫米，共两列列间距160毫米，翼端联接盘(7)外径16米，内径14.8米，厚16毫米，盘面联接螺栓M22，间距300毫米，共两列，列层间距150毫米完成上述涡轮3.2米高标准段的制作后，注入高强度聚酯发泡物密实充填，使之牢固的结成一个整体；中心柱(2)是由高3.2米，外径3.2米，内径2.0米高强度钢筋混凝土(混凝土标号大于300号，含钢量大于2.5％)预制的标准件。在两个端头的外侧埋设带宽300毫米，厚16毫米的钢板箍，箍端面焊有外径3.3米内径2.7米厚16毫米的联接盘(3)，50毫米的盘缘上设有M20联接螺栓(4)联接的钻孔间距150毫米，内侧在直径1.6米处预埋内径30毫米的管钢作螺栓孔，间距180毫米配M24内侧联接螺栓(27)联接，将预制的标准段部件共15件按施工组织设计组装成高48米整体结构的中心柱(2)；基础(22)是混凝土标号不低于250号、合钢量大于1％的钢筋混凝土整体构筑物、设通道(24)、爬梯(23)用于安装内侧螺栓(27)及运转后每半年需从润滑剂灌注管(28)向滚球瓦(31)加灌润滑剂，基础锚杆(21)间距a×a＝800×800毫米，长度不小于3.0米，直径大于毫米的厚壁钢管制成，滚球体(32)高锰铸制，直径0.8米，空心内径0.5米，椭圆度20毫米，表面要求研磨成镜面光泽装在顶座(34)的托座(30)内，托座内衬高锰钢板锻制的厚60毫米外径0.97米，内径0.85米，椭圆度20毫米，径向圆周有润滑剂沟槽两道，槽深0.8毫米，宽10毫米与润滑剂灌注管(28)相通的滚球瓦(31)；基座滚柱轴承装置(18)是用厚20毫米优质钢板制成外径4.2米，内径3.25米高0.4米，拼接安装在中心柱(2)基部基础上的环形槽状盒体，主动伞齿轮盘及套轴(17)与第一层滚柱轴承配合，套轴端部的凸缘伸入盒体内侧的定位导槽内，滚柱轴承的底盘接第二层由许多固定的平头圆柱弹簧组成的弹簧层，底板接第三层，液压伸缩层，层底设压力传感器，受计算机控制，使滚柱轴承与滚球体支撑涡轮旋转体总重力荷载能合理分配，达到最有利于涡轮旋转体转动的目的；顶盖(35)为高锰钢铸制、螺栓(36)为高强度螺栓，与滚球体(32)接触的圆弧曲面R＝410毫米。要求抛光，以涡轮套轴(5)内径3.4米处为起点45°角与滚球体的曲面相交，顶盖的联接盘缘厚100毫米，以外盘面直径4.4米处为起点46°角交汇成顶盖的塔顶，做成球面曲率半径R＝0.2米的塔顶，顶端设置常规避雷设施(33)，顶盖盘缘与涡轮套轴(5)的联接盘是等外径5.4米，连接螺栓M22.两列列间距160毫米，螺栓间距160毫米，第一列螺栓中心线直径5.24米；上述实施是将风能转换为机械能的动力部分；主动伞齿轮盘及套轴(17)、从动伞齿轮(16)、轴承座(15)、变速箱(13)、离合器(11)、基座滚柱轴承装置(18)、伞齿轮箱(12)等是将机械能传送至直流发电机(14)主轴的机械动力传送部分，由机械能制造专业按风电总工室提供的基础条件和要求设计制造；直流发电机(14)、变配电***(20)、计算机(19)等是将机械能转变为电能输出、储存的部分，由电机制造、输变电、工业自动化、计算机等专业按总工室提供的基础数据及要求设计制造完成的；如上所述在现有技术条件下实施本发明塔式涡轮风电装置的整个工程是完全可行的。

具有这种涡轮结构的风电装置，象一个(群)旋转的“柱”，占地少、噪音小、简捷明快，无坠落倒塌等安全隐患，解决了旋桨式风电装置因风速变化大和突发性大风停机的不足，拓宽了风电装置用途的广泛性，大规模阵列、矩阵集群布置在有风害的地区，不仅可获得***的风电资源，还可降低和减免风灾。经济效益和社会效益是十分显著的。

Claims (6)

1.一种塔式涡轮风电装置，其特征是：在中心柱外设同心风动涡轮套轴，轴末端设45°伞齿轮盘及4个从动伞齿轮分别经轴承座、离合器、变速箱与直流发电机联接，完成将风动能转换为机械能、电能经变配***输出的流程；风动涡轮的同心套轴与顶盖是联为一体的旋转体，在塔顶由滚球体支撑，滚球体与中心柱之间设有工作间隙；套轴末端45°伞齿轮盘设置在可调节涡轮旋转体重力荷载的基座滚柱轴承装置上，基座滚柱轴承装置与滚球体共同承担重力荷载；涡轮轮叶是半圆柱形变断面中空弧形叶板与套轴联接成圆柱面流线形空腔并整合成三角柱状的涡轮整体，叶壳中设加强肋，充填高强度聚酯发泡物；对称的两组4个轴承座是所属从动伞齿轮的传动支撑及固定主动伞齿轮盘的卡具固定点；离合器受计算机控制，风力强度3～4级时联接一台直流发电机工作，5～7级时使对称的一组两台机工作，8～12级时使两组4台机全部投入运转，适应风速变化发电量也随之变化。 

2.根据权利要求1所述的塔式涡轮风电装置，其特征是：按模数化设计中心柱及风动涡轮的标准段部件。 

3.根据权利要求1或2所述的塔式涡轮风电装置，其特征是：中心柱材质是高强度钢筋混凝土预制的标准段部件；混凝土标号不低于300号，含钢量大于2.5％；风动涡轮材质轮壳为不锈钢薄板，涡轮套轴由耐腐蚀高强度钢板焊接制作；壳板间充填高强度聚酯发泡物，轮壳的半圆柱形变断面中空弧形叶板与涡轮套轴连接成涡轮的标准段部件。 

4.根据权利要求1或2所述的塔式涡轮风电装置，其特征是：将 预制的标准段部件按所属风域气象资料设计组装成涡轮风电装置的实用塔高。 

5.根据权利要求4所述的塔式涡轮风电装置，其特征是：根据该实用塔高及涡轮风电装置的总功率设计套轴末端45°伞齿轮盘及所属的从动伞齿轮、轴承座、变速箱及与之匹配的直流发电机。 

6.根据权利要求1、2或5所述的塔式涡轮风电装置，其特征是：涡轮旋转体的重力荷载是由塔顶的滚球体及基座滚柱轴承装置共同承担，受压力传感器监测计算机控制液压***来完成。