CN110425096A - 一种塔扇风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风力发电设备技术领域，公开了一种塔扇风力发电机组，包括塔筒基座和设置在塔筒基座上的塔筒本体，塔筒本体内设有发电机，塔筒本体包括多个同轴设置的塔筒单元，塔筒单元包括塔筒、设置在塔筒内的传动组件和用于驱动传动组件转动的叶片驱动组件，叶片驱动组件包括叶片安装环和叶片组件，叶片安装环同轴转动设置在塔筒上，叶片组件安装在叶片安装环上，叶片安装环通过传动组件与发电机传动连接；本发明提供的一种塔扇风力发电机组，能够根据海、陆基环境进行自适应调节，避免叶片以及机组的损坏，整体提高了海、陆基风机风力发电机组运行的安全性和可靠性，发电效率提高，安装维护成本低。

Description

一种塔扇风力发电机组

技术领域

本发明涉及风力发电设备技术领域，具体涉及一种塔扇风力发电机组。

背景技术

随着目前海、陆基风力发电机组单机功率越来越大，叶片也越来越大，成本也越来越高。陆地上连片开发的空间越来越小，目前主流趋向于分散式开发思路，寻找有限空间开发风资源，这样对风电设备运输、成本、周围环境、人员后期维护安全提出了很大的挑战。预计后续海、陆基风机所处的自然环境越发恶劣，强海啸、强台风容易致使叶片折断打到塔筒上，容易导致机组损毁，尤其是深海风机的开发，目前国内尚属空白。

目前，风力发电机主要有两类，即水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机，水平轴风力发电机技术较为成熟，但由于结构设计的限制，水平轴风力发电机具有一些不可避免的缺陷，叶片只能够利用单方向来风，因此必须要安装昂贵的偏航装置实现对叶片的转动，调节叶片的迎风面；此外，水平轴风力发电机的发电机安装在塔筒的顶部，安装维修的成本高。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种塔扇风力发电机组，能够根据海、陆基环境进行自适应调节，避免叶片以及机组的损坏，整体提高了海、陆基风机风力发电机组运行的安全性和可靠性，发电效率提高，安装维护成本低。

本发明所采用的技术方案为：

一种塔扇风力发电机组，包括塔筒基座和设置在塔筒基座上的塔筒本体，所述塔筒本体内设有发电机，所述塔筒本体包括多个同轴设置的塔筒单元，所述塔筒单元包括塔筒、设置在塔筒内的传动组件和用于驱动传动组件转动的叶片驱动组件，所述叶片驱动组件包括叶片安装环和叶片组件，所述叶片安装环同轴转动设置在塔筒上，所述叶片组件安装在叶片安装环上，所述叶片安装环通过传动组件与发电机传动连接。

本设计结构改变传统的水平轴风力发电机在海、陆基风力发电的应用，本设计中，叶片安装环同轴转动设置在塔筒上，叶片安装环用于实现对叶片组件的安装，叶片组件受风力驱动，使得叶片安装环在塔筒上转动，塔筒内设有传动组件，并通过传动组件将扭矩传递给发电机，实现发电机的发电，传动组件的设置使得发电机可以安装在塔筒本体内较低的位置，便于后期维护，降低维护成本。

进一步的，所述叶片组件包括机械臂和叶片，所述机械臂沿着叶片安装环周向均匀设置有多个，所述叶片设置在机械臂的端部。

根据使用状态，由于叶片设置在机械臂上，机械臂能够很好的实现对叶片工作状态的切换，也即是，正常工作状态下，机械臂伸出，叶片能够受风力的驱动，达到发电的目的；当恶劣天气时，通过机械臂实现对叶片的收拢，叶片能够抱住塔筒，可起到扰流作用，减少卡门漩涡效应对设备造成的损坏。

进一步的，所述叶片组件包括蜂巢式叶片，所述蜂巢式叶片包括套设在叶片安装环上的环形圈，所述环形圈的外壁上均匀设置有蜂巢式结构。

具体的，环形圈采用树脂或碳纤维等轻质材料制成，具有轻质的特性，减轻运转的负重，环形圈外壁上均匀设置的蜂巢式结构能够增大迎风面积，更够在更低的速度启动发电机，蜂巢式叶片在风力作用下，能够实现对叶片安装环的带动，叶片安装环转动，通过传动组件将扭矩传递给发电机，实现发电机的发电。

进一步的，所述发电机为双转子发电机，所述塔筒单元设置有两个，相邻的两个塔筒垂直方向上同轴安装。

塔筒单元设置有两个，可以更好的配合双转子发电机，实现高效发电，塔筒单元可以进行模块化的设计，方便生产和装配，结构设计合理，可以根据使用需要，生产不同规格的大功率或特大功率风力发电机，能够很大程度的降低发电机组的设计制造成本，能够抵御海、陆基恶劣的工作环境，保证设备的安全性和可靠性，减少后期维护成本。

进一步的，为了方便在塔筒本体的顶部设置其他辅助设备，所述塔筒本体包括顶部塔筒，所述顶部塔筒同轴设置在塔筒的上方。

进一步的，为了实现对风速的导向和/或避雷效果，所述顶部塔筒上设有风速导向仪和/或避雷针

进一步的，所述顶部塔筒上设有导航灯。

进一步的，为了稳定塔筒本体，所述塔筒基座为漂浮式塔筒基座，所述漂浮式塔筒基座底部设置有陀螺仪。

进一步的，为了避免塔筒产生共振，保证塔筒本体的稳固性，所述塔筒本体内设有塔筒阻尼器。

进一步的，所述塔筒本体的下部内设有卧式电控、变流柜和主控系统。

本发明的有益效果为：本设计结构改变传统的水平轴风力发电机在海、陆基风力发电的应用，本设计中，叶片安装环同轴转动设置在塔筒上，叶片安装环用于实现对叶片组件的安装，叶片组件受风力驱动，使得叶片安装环在塔筒上转动，塔筒内设有传动组件，并通过传动组件将扭矩传递给发电机，实现发电机的发电，传动组件的设置使得发电机可以安装在塔筒本体内较低的位置，便于后期维护，降低维护成本。

附图说明

图1是本发明中一种实施例的结构示意图；

图2是本发明中传动组件与叶片安装环传动的结构示意图；

图3是本发明中另一种实施例的结构示意图；

图4是本发明中蜂巢式叶片的结构示意图。

图中：塔筒基座1；发电机2；塔筒3；传动齿轮4；传动轴5；齿轮组6；叶片安装环7；机械臂8；叶片9；顶部塔筒10；蜂巢式叶片11；环形圈11.1；蜂巢式结构11.2；风速导向仪12；避雷针13；导航灯14；塔筒阻尼器15；卧式电控、变流柜16。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。

实施例1：

如图1-图4所示，本实施例提供一种塔扇风力发电机组，包括塔筒基座1和设置在塔筒基座1上的塔筒本体，塔筒本体内设有发电机2，塔筒本体包括多个同轴设置的塔筒单元，塔筒单元包括塔筒3、设置在塔筒3内的传动组件和用于驱动传动组件转动的叶片驱动组件，叶片驱动组件包括叶片安装环7和叶片组件，叶片安装环7同轴转动设置在塔筒3上，叶片组件安装在叶片安装环7上，叶片安装环7通过传动组件与发电机2传动连接。

本设计结构改变传统的水平轴风力发电机2在海、陆基风力发电的应用，本设计中，叶片安装环7同轴转动设置在塔筒3上，叶片安装环7用于实现对叶片组件的安装，叶片组件受风力驱动，使得叶片安装环7在塔筒3上转动，塔筒3内设有传动组件，并通过传动组件将扭矩传递给发电机2，实现发电机2的发电，传动组件的设置使得发电机2可以安装在塔筒本体内较低的位置，便于后期维护，降低维护成本。

具体的，叶片安装环7为偏航齿圈，风吹动叶片组件带动偏航齿圈旋转，传动组件包括传动齿轮4和传动轴5，传动齿轮4安装在传动轴5上，偏航齿圈与传动齿轮4通过齿轮组6齿轮传动，通过传动齿轮4实现对传动轴5的驱动，传动轴5与发电机2传动连接，进而带动发电机2旋转切割磁力线发电。

实施例2：

本实施例是在上述实施例1的基础上进行优化限定。

如图1所示，叶片组件包括机械臂8和叶片9，机械臂8沿着叶片安装环7周向均匀设置有多个，叶片9设置在机械臂8的端部。

根据使用状态，由于叶片9设置在机械臂8上，机械臂8能够很好的实现对叶片9工作状态的切换，也即是，正常工作状态下，机械臂8伸出，叶片9能够受风力的驱动，达到发电的目的；当恶劣天气时，通过机械臂8实现对叶片9的收拢，叶片9能够抱住塔筒3，可起到扰流作用，减少卡门漩涡效应对设备造成的损坏。

具体的，机械臂8沿着叶片安装环7周向设有三个。

机械臂8采用六轴屈臂，通过控制六轴屈臂的转向伸缩，实现对叶片9的不同状态的调整，六轴屈臂为现有设计，针对六轴屈臂的具体结构在此不再赘述。

实施例3：

本实施例是在上述实施例1的基础上进行优化限定。

如图3所示，叶片组件包括蜂巢式叶片11，蜂巢式叶片11包括套设在叶片安装环上的环形圈11.1，环形圈11.1的外壁上均匀设置有蜂巢式结构11.2。

具体的，环形圈11.1采用树脂或碳纤维等轻质材料制成，具有轻质的特性，减轻运转的负重，环形圈11.1外壁上均匀设置的蜂巢式结构11.2能够增大迎风面积，更够在更低的速度启动发电机2，蜂巢式叶片11在风力作用下，能够实现对叶片安装环7的带动，叶片安装环7转动，通过传动组件将扭矩传递给发电机2，实现发电机2的发电。

蜂巢式叶片11采用一体式的结构设计，能够保证蜂巢式叶片11的结构强度，此外蜂巢式叶片11的设计解决了传统的叶片9在恶劣环境中工作容易出现毁损的问题。

实施例4：

本实施例是在上述实施例2或3的基础上进行优化限定。

发电机2为双转子发电机，塔筒单元设置有两个，相邻的两个塔筒3垂直方向上同轴安装。

塔筒单元设置有两个，可以更好的配合双转子发电机，实现高效发电，塔筒单元可以进行模块化的设计，方便生产和装配，结构设计合理，可以根据使用需要，生产不同规格的大功率或特大功率风力发电机2，能够很大程度的降低发电机2组的设计制造成本，能够抵御海、陆基恶劣的工作环境，保证设备的安全性和可靠性，减少后期维护成本。

实施例5：

本实施例是在上述实施例4的基础上进行优化限定。

为了方便在塔筒本体的顶部设置其他辅助设备，塔筒本体包括顶部塔筒10，顶部塔筒10同轴设置在塔筒3的上方。

实施例6：

本实施例是在上述实施例5的基础上进行优化限定。

为了实现对风速的导向和避雷效果，顶部塔筒10上设有风速导向仪12和避雷针13。

实施例7：

本实施例是在上述实施例5的基础上进行优化限定。

顶部塔筒10上设有导航灯14。

实施例8：

本实施例是在上述实施例1的基础上进行优化限定。

为了稳定塔筒本体，塔筒基座1为漂浮式塔筒基座，漂浮式塔筒基座底部设置有陀螺仪。

实施例9：

本实施例是在上述实施例1的基础上进行优化限定。

为了避免塔筒3产生共振，保证塔筒本体的稳固性，塔筒本体内设有塔筒阻尼器15。

实施例10：

本实施例是在上述实施例1的基础上进行优化限定。

塔筒本体的下部内设有卧式电控、变流柜16和主控系统。

漂浮式基础海上或者空中风机由于自然环境如强海啸、强台风会导致塔筒3产生震动或者倾斜，目前安装在塔基底部的电控柜由于是立式柜体，塔筒3晃动时可能会变形撕裂，为了避免此类型发生，本设计结构采用卧式电控、变流柜16能够避免该种情况的发生。

需要说明的是，也可以将变频器件固定在塔筒基座1上，避免在塔筒3晃动过程中电控柜对塔筒3造成的影响；此外，在塔筒基座1上可以增加减震装置，防止塔筒3震动产生的损坏现象。

实施例11：

本实施例是在上述实施例2或3的基础上进行优化限定。

发电机2为双转子发电机2，塔筒单元设置有两个，相邻的两个塔筒3垂直方向上同轴安装。

塔筒单元设置有两个，可以更好的配合双转子发电机，实现高效发电，塔筒单元可以进行模块化的设计，方便生产和装配，结构设计合理，可以根据使用需要，生产不同规格的大功率或特大功率风力发电机2，能够很大程度的降低发电机2组的设计制造成本，能够抵御海、陆基恶劣的工作环境，保证设备的安全性和可靠性，减少后期维护成本。

为了方便在塔筒本体的顶部设置其他辅助设备，塔筒本体包括顶部塔筒10，顶部塔筒10同轴设置在塔筒3的上方。

为了实现对风速的导向和/或避雷效果，顶部塔筒10上设有风速导向仪12和避雷针13。

顶部塔筒10上设有导航灯14。

为了稳定塔筒本体，塔筒基座1为漂浮式塔筒基座1，漂浮式塔筒基座1底部设置有陀螺仪。

为了避免塔筒3产生共振，保证塔筒本体的稳固性，塔筒本体内设有塔筒阻尼器15。

塔筒本体的下部内设有卧式电控、变流柜16和主控系统。

漂浮式基础海上或者空中风机由于自然环境如强海啸、强台风会导致塔筒3产生震动或者倾斜，目前安装在塔基底部的电控柜由于是立式柜体，塔筒3晃动时可能会变形撕裂，为了避免此类型发生，本设计结构采用卧式电控、变流柜16能够避免该种情况的发生。

需要说明的是，也可以将变频器件固定在塔筒基座1上，避免在塔筒3晃动过程中电控柜对塔筒3造成的影响；此外，在塔筒基座1上可以增加减震装置，防止塔筒3震动产生的损坏现象。

需要说明的是，上述实施例中，在塔筒3的顶部可以设计为平台的结构，作为维护用的飞机停机坪和维护人员进出塔筒内部进出口。

也可将塔筒3的顶部设计为圆锥形，人员维护从塔筒3的底部基础平台进入。

需要说明的是，当风场需要增加叶片驱动组件的数量时，可以再增加塔筒3的数量，也即是可以设置多个塔筒单元。

需要说明的是，塔筒本体的外壁、塔筒本体的顶部平台以及塔筒基座1都可以安装太阳能薄膜，实现风光互补，有效提高和补充发电效率。

需要说明的是，塔筒3外形结构也可以设计为竹节型结构，抵抗水平方向上的扭矩，同时能大大提高塔筒3横向抗挤压和抗剪切的能力。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种塔扇风力发电机组，其特征在于：包括塔筒基座和设置在塔筒基座上的塔筒本体，所述塔筒本体内设有发电机，所述塔筒本体包括多个同轴设置的塔筒单元，所述塔筒单元包括塔筒、设置在塔筒内的传动组件和用于驱动传动组件转动的叶片驱动组件，所述叶片驱动组件包括叶片安装环和叶片组件，所述叶片安装环同轴转动设置在塔筒上，所述叶片组件安装在叶片安装环上，所述叶片安装环通过传动组件与发电机传动连接。

2.根据权利要求1所述的一种塔扇风力发电机组，其特征在于：所述叶片组件包括机械臂和叶片，所述机械臂沿着叶片安装环周向均匀设置有多个，所述叶片设置在机械臂的端部。

3.根据权利要求1所述的一种塔扇风力发电机组，其特征在于：所述叶片组件包括蜂巢式叶片，所述蜂巢式叶片包括套设在叶片安装环上的环形圈，所述环形圈的外壁上均匀设置有蜂巢式结构。

4.根据权利要求2或3所述的一种塔扇风力发电机组，其特征在于：所述发电机为双转子发电机，所述塔筒单元设置有两个，相邻的两个塔筒垂直方向上同轴安装。

5.根据权利要求4所述的一种塔扇风力发电机组，其特征在于：所述塔筒本体包括顶部塔筒，所述顶部塔筒同轴设置在塔筒的上方。

6.根据权利要求5所述的一种塔扇风力发电机组，其特征在于：所述顶部塔筒上设有风速导向仪和/或避雷针。

7.根据权利要求5所述的一种塔扇风力发电机组，其特征在于：所述顶部塔筒上设有导航灯。

8.根据权利要求1所述的一种塔扇风力发电机组，其特征在于：所述塔筒基座为漂浮式塔筒基座，所述漂浮式塔筒基座底部设置有陀螺仪。

9.根据权利要求1所述的一种塔扇风力发电机组，其特征在于：所述塔筒本体内设有塔筒阻尼器。

10.根据权利要求1所述的一种塔扇风力发电机组，其特征在于：所述塔筒本体的下部内设有卧式电控、变流柜和主控系统。