[发明专利]一种带球铰底座的垂直轴风电机组

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型垂直轴风电机组，尤其是一种带球铰底座的垂直轴风电机组。

背景技术

目前，风力发电的主要设备有两种，水平轴风电机组和垂直轴风电机组，这两类机组的结构形式、运行工况和采用的设备不完全相同。水平轴风电机组的叶片绕平行于地面的水平轴旋转，被普遍应用在风力发电中。垂直轴风电机组的叶片绕垂直与地面的竖轴旋转，典型的垂直轴风电机组是Darrieus型。1931年Darrieus在美国申请了专利，提出了一种垂直轴风电机组。

上世纪80-90年代，国外出现了大量的垂直轴风电机组，并且研制了4兆瓦的Darrieus风电机组。Darrieus型垂直轴风电机组一般由顶部轴承装置、风轮、回转支撑装置、软连接、制动系统、齿轮箱、发电机、钢丝绳张紧及阻尼系统、电气及控制系统等组成。风轮由叶片、主轴、横支撑等组成。由于风轮垂直安装，所以Darrieus型垂直轴风电机组一般都在风轮底部设回转支撑装置，上端设顶部轴承装置，采用钢丝绳在风轮的顶端与地面拉紧固定。风轮在气动载荷的作用下旋转通过软连接、齿轮箱驱动发电机发电。其中的软连接由膜片联轴器和球铰组成，膜联轴器用来传递扭矩，并隔离风轮主轴的偏摆和振动，改善齿轮箱输入轴的工作状况。由于膜联轴器不能承受风轮的自重和钢丝绳在垂直方向向下的压力，所以软连接还包括了一个球铰。

这样的结构存在着2个技术问题：一是机组结构复杂，不仅需要软连接而且还需要固定回转支撑装置和软连接的钢结构或者混凝土支架；二是机组的回转支撑装置和软连接固定在支架上，齿轮箱和发电机通过底座直接固定在地面上，由于受到膜片联轴器变形量的限制，在风轮主轴有大的偏摆和振动的情况下，膜片联轴器和齿轮箱经常受到损伤。现有的产品和技术还没有能够解决上述2个突出的问题。

发明内容

本发明提出了一种带球铰底座的垂直轴风电机组，包括弹性支撑4、球铰底座5和直驱发电机3，其中直驱发电机3安装固定在球铰底座5上，球铰底座的四周布置有弹性支撑4。

本发明的技术方案还可以是：一种垂直轴风电机组，包括：顶部轴承装置1、风轮2、直驱发电机3、弹性支撑4、球铰底座5、电气及控制系统6、机房7、钢丝绳系统8；其中，风轮2的上端通过顶部轴承装置1由钢丝绳系统8与地面拉紧，风轮的下端直接连接直驱发电机3的输入轴，直驱发电机3安装固定在球铰底座5上，球铰底座的四周布置有弹性支撑4。

上述带球铰底座的垂直轴风电机组的球铰底座的结构为：球铰顶座9通过螺栓和直驱发电机3连接，球铰底座10安装固定在地面的地脚螺栓上，球铰顶座9和球铰底座10连接部分为同心同直径的球体。球铰顶座9和球铰底座10用耐磨材料球墨铸铁铸造制造，上面开有储油槽，结构还包括：11卸油口、12橡胶密封、13加油口。

本发明的有益效果有三：一是由于机组的主要设备安装在球铰底座上，直驱发电机将和风轮一起偏摆，这样就可以避免直驱发电机径向轴承因为风轮的偏摆而受力，改善了直驱发电机的工作状况；二是可以根据机组振动性能要求准确的计算弹性支撑的刚度系数等参数，设计和制造满足机组动态性能的弹性支撑来确保机组整体的动态性能和稳定性能；三是可以取消膜片联轴器和球铰组成的软连接，简化了支架结构。

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：带球铰底座的垂直轴风电机组组成

图2：球铰底座结构

图中，1.顶部轴承装置、2.风轮、3.直驱发电机、4.弹性支撑、5.球铰底座、6.电气及控制系统、7.机房、8.钢丝绳系统、9.球铰顶座10.球铰底座、11.卸油口、12.橡胶密封、13.加油口。

具体实施方式

在图1中，风轮2的上端通过顶部轴承装置1由钢丝绳系统8与地面拉紧，风轮2的下端直接连接直驱发电机3的输入轴，直驱发电机3带有底部推力轴承、径向轴承和机械制动系统，安装固定在球铰底座5上。风轮2在风力的作用下旋转，直接带动直驱发电机3，完成风力发电的过程。顶部轴承装置1、弹性支撑4、球铰底座5和钢丝绳系统8保证了风轮的正常旋转和机组的稳定性能。