[发明专利]一种组合式螺旋叶轮风力发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电设备，尤其为一种特大型风力发电设备。 

背景技术

大型风力发电设备，尤其是兆瓦级风力发电设备，若采用传统水平轴式浆状风叶，单个风叶长度要达到五十米至七十米，无论是塔架的竖立，浆状风叶的生产、运输、安装等，都会遇到难题。近些年，垂直轴风力发电设备普遍受到关注，但是，要达到兆瓦级，垂直轴风力发电设备的风叶制造一直是困扰业界的一个重大难题，因为兆瓦级垂直轴式风力发电设备的风叶既有形状要求，还有尺度要求，如此之大尺度要求下制造出规定的风叶形状，加工制造难度是十分困难，甚至可以说，几乎是不可能的。此外，兆瓦级风电设备风叶是庞大的，自身重量也可观，其起动风速要求也会相应较高，如何保证此类风电设备在较低风速条件下能够起动，这也是此类风电设备所面临并需要解决的难题之一。 

发明内容

本发明目的是，提供一种垂直轴式的螺旋叶轮风力发电系统，解决兆瓦级风电设备巨大叶轮制造、运输、安装所面临的难题，同时，有效降低兆瓦级风电设备的起动负载。 

为实现上述目的，本发明解决的主要技术问题是，第一，采用组合式螺旋叶轮设计，化整为零，体积庞大的螺旋叶轮是由若干块叶轮构件相互组装拼接构成，从而大大降低大型叶轮的制造运输安装成本；第二，对于一个螺旋叶轮，采用多个较小功率发电机组来替代传统单一的较大功率发电机组，并且通过离合机构，使多个小功率发电机组按实际需要离合，一方面可以减少风电叶轮起动负载，降低对起动风速的要求，另一方面可以根据风场风速变化情况，实时离合配载合适数量的小功率发电机组；第三，在叶轮和支承架之间，采用磁悬浮轴承，减少了叶轮转动时的摩擦阻力，从而也降低叶轮的起动风速。 

本发明技术方案是：所给出的组合式螺旋叶轮风力发电系统构成包括有，螺旋叶轮、传动机构、发电机组和支承架，螺旋叶轮通过传动机构连接发电机组，传动机构既与螺旋叶轮相连接，又与若干个发电机组转子轴相连接，其中螺旋叶轮是由若干个叶轮垂直构件沿该螺旋叶轮轴向拼接组合而成，所述的叶轮垂直构件又是由若干叶轮水平构件沿螺旋叶轮的径向拼接组合而成(参见图1、图2、图3)，所述叶轮水平构件分为中轴构件(参见图6)，中间构件(参见图7、图8)和边缘构件(参见图9)，若干中间构件对称位于中轴构件两侧，两个边缘构件位于中间构件外侧(参见图4、图5)。所述中轴构件、中间构件、边缘构件的周边有翻边，翻边朝向构件凹曲面方向，翻边上 设置有等距离通孔，相邻构件翻边贴靠并铆固。当螺旋叶轮各构件装配成整体螺旋叶轮后，在螺旋叶轮凹曲面由于各构件翻边形成许多规则化的突起，这些突起也起到了阻风作用，进而使整个螺旋叶轮的内凹曲面上所受到风力更大于外凸曲面上所受到风力，加大该螺旋叶轮的旋转力矩。 

在上述技术方案中，所述的中轴构件、中间构件和边缘构件周边形状为矩形或三角形或六边形，中轴构件与中间构件之间，中间构件与中间构件之间，中间构件与边缘构件之间沿轴向和径向相互拼接组合成螺旋叶轮。上述构件可以采用对位拼接(参见图10和图12)，也可以采用错位拼接，以获得更佳的结构强度(参见图11和图13)。 

在上述技术方案中，所述传动机构由圆环状齿轮和传动齿轮构成，圆环状齿轮与螺旋叶轮固定连接，若干传动齿轮与圆环状齿轮呈外啮合或内啮合，若干传动齿轮分别一一对应地与若干发电机组转子轴连接。还可以在传动齿轮与发电机组转子轴之间设置有离合装置，该离合装置由励磁定块、复位弹簧、滑动销块构成，励磁定块、复位弹簧、滑动销块依次套装于发电机组转子轴，传动齿轮与发电机组转子轴呈松配合连接，滑动销块通过键槽与发电机组转子呈滑动配合，在复位弹簧张力作用下，滑动销块销键插入到传动齿轮销孔内，传动齿轮与发电机组转子轴同步转动，当励磁定块产生磁力，滑动销块受磁力吸引，克服复位弹簧张力而位移，使滑动销块销键退出传动齿轮销孔，发电机组转子轴脱离与传动齿轮的同步连接。 

在上述技术方案中，增加风速风向仪和自动控制装置，该自动控 制装置包括有信号处理电路、单片机控制电路和发电机组离合装置驱动电路，该自动控制装置接收处理风速风向仪信号，经单片机运算判断处理，再向所述驱动电路发出指令，由该驱动电路驱动相应的发电机组的离合装置的离或合，进而改变风力发电系统起动或运行负载。这样，当螺旋叶轮起动时，系统可以根据当时实际风力大小，自动调整减少与叶轮相连接的发电机组的个数，进而降低叶轮起动惯量，叶轮一经起动，系统可再次根据风力大小，将与叶轮相连接的发电机组个数自动调整到最佳数量。