CN213144660U - 一种大功率垂直轴风电机组 - Google Patents

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蔡彬
张健
褚晓广
田玉蓉
谌义喜
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Abstract

本实用新型一种大功率垂直轴风电机组，属于风电领域。该风电机组包括风轮部分、主轴、主轴连接法兰、主轴轴承、联轴器、发电机、风速仪、塔架、变流器***、主控***；风轮部分包括轮毂、变桨***、导流罩、叶片和叶片支架，叶片支架与轮毂连接固定，叶片与叶片支架固定；主轴与轮毂固定；主轴的另一端与联轴器固定；联轴器的另一端与发电机的转轴固定。风速小于额定风速时，叶片在风力作用下，带动轮毂旋转，轮毂带动主轴旋转，主轴通过联轴器带动发电机旋转发电，变流器***实施MPPT控制。风速大于额定风速小于切出风速时，变流器***实施恒功率控制，变桨***实施桨距角控制。本实用新型结构巧妙，安装运维简便、成本低，风能利用率高。

Description

一种大功率垂直轴风电机组
技术领域
本实用新型涉及一种风力发电机组，尤其是一种大功率垂直轴风电机组，属于风电领域。
背景技术
目前大功率风力发电机以水平轴风力发电机为主流产品。但水平轴风力发电机存在需要偏航对风、控制复杂困难、安装维修不便、成本高等固有缺陷，影响其健康发展。
垂直轴风电机组的发电机可安装在地面，具有无需偏航装置、无需解缆、安装简便、运行维护成本低、投资小等优势，已在中小功率等级风力发电机中得以应用。但也存在功率小、叶片桨距角调节困难、风能利用率低等缺陷。随着风电的发展，急需研发大功率垂直轴风电机组。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于：针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种功率大、叶片桨距角易于调节、风能利用率高的垂直轴风电机组。
为了达到以上目的，本实用新型一种大功率垂直轴风电机组，包括：风轮部分、主轴、主轴连接法兰、主轴轴承、联轴器、发电机、风速仪、塔架、变流器***、主控***。
所述风轮部分包括轮毂、变桨***、导流罩、叶片和叶片支架；所述变桨***包括变桨电机、变桨减速器和变桨轴承，均安装在所述轮毂内；所述叶片支架与所述轮毂连接，通过所述变桨轴承与所述变桨减速器连接固定；所述叶片与所述叶片支架固定。
所述主轴通过所述主轴连接法兰与所述轮毂固定，所述主轴轴承套装在所述主轴外侧，确保主轴不偏离其旋转轴线；所述主轴的另一端与所述联轴器固定；所述联轴器的另一端与所述发电机的转轴固定。
所述主轴、联轴器、发电机、变流器***、主控***均安装于所述塔架内，所述发电机、所述变流器***及所述主控***均安装于所述塔架底部。
所述风速仪固定在所述导流罩上。
本实用新型的有益效果是：
1)由于风轮部分采用轮毂，因而可使用大型化叶片，实现大功率发电。
2)风力发电机、变流器***、主控***均安装在塔架底部，因此，安装、运行维护便捷，成本大大降低；另一方面，一旦发生故障，可以迅速修复，使得停电时间缩短，从而增加发电量，提高发电效率。
3)变桨***使得桨距角易于调节，可有效调控风能捕获，确保机组安全。
附图说明
图1为本实用新型一种大功率垂直轴风电机组的结构示意图。
图2为本实用新型主轴示意图。
图3为本实用新型轮毂、变桨***、导流罩示意图。
图4为本实用新型一种大功率垂直轴风电机组的另一例结构示意图。
图5为本实用新型叶片桨距角调节示意图。
图中标号：1-轮毂，2-变桨***，3-主轴，31-主轴连接法兰，32-主轴前后轴承，33-主轴后轴承，4-联轴器，5-叶片支架，6-叶片，7-风速仪，8-发电机，81-发电机转轴，9-塔架，10-机房，11-导流罩。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作进一步详细说明。
如图1所示，本实用新型一种大功率垂直轴风电机组，包括：风轮部分、主轴3、主轴连接法兰31、主轴轴承(包括主轴前轴承32、主轴后轴承33)，联轴器4、发电机8、风速仪7、塔架9、变流器***、主控***。
如图1、图3所示，风轮部分包括轮毂1、变桨***2、导流罩11、叶片6和叶片支架5；变桨***2包括变桨电机、变桨减速器和变桨轴承，变桨电机与变桨减速器固定，安装在轮毂1内，变桨减速器与变桨轴承连接，变桨轴承外圈与轮毂1固定；导流罩11与轮毂1固定。
如图1所示，叶片支架5与轮毂1连接，通过变桨***2的变桨轴承与变桨减速器连接固定，叶片6与叶片支架5固定，共有3个叶片6。
主轴3通过主轴连接法兰31与轮毂1固定，主轴3的另一端与联轴器4固定；主轴轴承包括主轴前轴承32和主轴后第二轴承33，它们分别套装在主轴3外侧的两端；联轴器4的另一端与发电机8的转轴81固定(以发电机8为永磁直驱型风力发电机为例)。如果发电机8为双馈型风力发电机，则联轴器4的另一端与双馈型风力发电机的齿轮箱主轴固定，而双馈型风力发电机的齿轮箱的输出轴与双馈型风力发电机的转轴固定。
主轴3、联轴器4、发电机8、变流器***、主控***均安装于塔架9内，发电机8、变流器***及主控***均安装于塔架9的底部。
风速仪7固定在导流罩11上。
如图2所示，主轴连接法兰31固定在主轴3的前端，主轴前轴承32套装在主轴3外侧的前端。
进一步地，本实用新型另一实施例如图4所示，在地面建造机房10，可将与本实用新型风电机组配套的升压变压器、高低压开关设备安装其中，可省却常规的箱式变电站，更便于机组的运行维护。
上述大功率水平垂直轴风电机组，其控制采用如下步骤：
步骤1，当风速仪7检测到风速Vw处于切入风速Vin和额定风速VN之间时，即：Vin<Vw≤VN，主控***控制风电机组启动，变流器***控制发电机8的转速，实施最大功率点跟踪(MPPT)控制；叶片6在风力作用下，通过叶片支架5带动轮毂1旋转。由于主轴3通过主轴连接法兰31与轮毂1固定，因而轮毂1带动主轴3旋转，旋转过程中，主轴前轴承32和主轴后轴承33还可确保主轴3不偏离其旋转轴线。
步骤2，主轴3通过联轴器4带动发电机8的转轴81旋转，驱动发电机8发电。可选地，联轴器4也可以用离合器代替，离合器的固定套与主轴3固定，离合器的滑动套与发电机8的转轴81连接，其作用是：在紧急情况下，可实现发电机8与主轴3分离，确保发电机8的安全。
步骤3，当风速仪7检测到风速Vw大于额定风速VN，但小于切出风速Vout时，即：VN<Vw<Vout，则变流器***控制发电机8的转速，实施恒功率控制，此外，主控***控制变桨***2实行桨距角调节，使发电机8输出功率维持在其额定功率。如图5所示，当变桨***2驱动叶片支架5转动角度达到θ时，叶片6的高度H在受风面上的投影高度变为Hcosθ，则叶片6的受风面积将是原来的cosθ倍，因而捕获的风能下降cosθ倍，由此可调节发电机8的输出功率，确保其不超过发电机8的额定功率。
步骤4，当风速仪7检测到风速Vw大于切出风速Vout时，即：Vw>Vout，则主控***控制变桨***2实行顺桨，同时刹车(由主控***控制风电机组的刹车装置完成)、停机，确保整个风电机组安全。
由上可知，本实用新型具有结构巧妙、安装简便、运维成本低、风能利用率高、功率大等特点。此外，本实用新型采用变桨***使得桨距角易于调节，可有效调控风能捕获，确保机组安全。

Claims (1)

1.一种大功率垂直轴风电机组，其特征在于，包括：风轮部分、主轴、主轴连接法兰、主轴轴承、联轴器、发电机、风速仪、塔架、变流器***、主控***；
所述风轮部分包括轮毂、变桨***、导流罩、叶片和叶片支架；所述变桨***包括变桨电机、变桨减速器和变桨轴承，均安装在所述轮毂内；所述叶片支架与所述轮毂连接，通过所述变桨轴承与所述变桨减速器连接固定；所述叶片与所述叶片支架固定；
所述主轴通过所述主轴连接法兰与所述轮毂固定，所述主轴轴承套装在所述主轴外侧，确保主轴不偏离其旋转轴线；所述主轴的另一端与所述联轴器固定；所述联轴器的另一端与所述发电机的转轴固定；
所述主轴、联轴器、发电机、变流器***、主控***均安装于所述塔架内，所述发电机、所述变流器***及所述主控***均安装于所述塔架底部；
所述风速仪固定在所述导流罩上。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112096571A (zh) * 2020-10-05 2020-12-18 曲阜师范大学 一种大功率垂直轴风电机组及其控制方法
CN113586329A (zh) * 2021-07-16 2021-11-02 河海大学 一种新型垂直轴风电机组

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