[发明专利]海陆巨能风电机组与提水机组

说明书

技术领域

本发明涉及一种全新类型的风力发电机组和风力提水机组，其结构形态尤其适合海上与陆地平川建设特大功率风力发电、风力提水工程采用。

背景技术

无论任何形态、结构、规格的风电机组，其实现大功率巨能出力能力目标的基础条件最终是要取决于在该机组上安装的所有风轮所能形成的总体有效采风面积的大小与转化为有效出力能力的多少，机组体积虽然十分庞大，旋转活动范围虽然十分广泛，而其所能形成的有效采风面积确是很小时，其也难于实现大功率巨能出力能力的设计目标，并且由于特大规格叶片重量巨大，其所形成的出力转换效果恰是相反。

水平轴叶桨迎风旋转式风力发电机组是当今全球风电设备中应用最为广泛、规格型号最为齐全的机型形态，其风轮的直径最初较小，中小型叶桨风轮具有选材、制造、安装、应用简单方便，叶片设计安装形态多种多样，如：三叶片型、多叶片型、叶片自行支撑安装型、在叶片支撑架上分布安装超薄叶片型、低速风轮型、高速风轮型等。

中小型叶桨迎风旋转式风轮旋转速度很快，风轮转动的范围与风轮对风旋转所需活动空间的范围较小或是很小，但是其在单位活动空间内所能形成的有效采风面积确是很大，叶片的乘风出力转换能力也很强，也就是说：其风轮的采风用风能力均很强。中小型风轮转头对风方式灵活，结构简单多样。中小风轮短小叶片抗击恶劣风力冲击的能力优异，叶片制造方便，造价便宜等其独有的诸多性能优势。

然而，随着人们对风电机组大功率需求的推进，水平轴叶桨迎风旋转式风电机组的风轮直径正在逐步加大，并且向着更大规格的方向加快发展，当前国外较大型的风轮旋径已达126米。然而实践数据与应用结果确实证明，当风轮旋转直径放大到超出一定区域范围限制的情况下，其性能指标就将出现逐渐下降乃至急剧变差的发展趋势，且该趋势是随着风轮直径的进一步超限放大呈现出几何级数加剧恶化的态势。

如：人们通过放大风轮直径所能多增的机组出力，与其所需要配合增加的旋转扫风面积与所需配合增加的风轮旋转体积的比值在急速下降，而在其巨大的旋转扫风面积内确有大量风能流动空间长期空置或无效存在，从而导致优质风场风能资源有效利用程度的大幅降低，通过层层设置的稀疏采风风轮的风电机组形成增加迎风能力水平，又会导致前后风机的相互影响，导致综合建设成本的大幅度增加。

此外，向更大直径发展的风轮其单位时间旋转转数是在向着加剧降低的方向发展，从而导致与其配合的齿轮箱传动比值设计需求的急剧上升，这又将导致齿轮箱设计加工难度的大幅增加；超大直径风轮叶片形成的叶片力矩巨大，将将导致对其选择材料强度与品质需求的快速提升，从而导致材料成本与设备制造成本的大幅提高；也将导致调控结构复杂，调控困难，调控效果较差，故障率高等系列问题的发生。而如果只是单一采用建设小风轮的机组，其难于形成广泛高大采风用风与形成巨能出力的目标。

此外，超大直径水平轴叶桨迎风旋转式风电机组在海上建设，其对于安装基础稳定性的要求极大，单一直立高耸塔架实现基础结构稳定建设十分困难或是成本极高，其更难以向更高的天空发展；超大直径叶片海上安装与维护困难，使其整体对风旋转更加困难；而海上风电建设如果单一采用中小型风轮机组更将得不偿失。

实际证明：与单一风轮的迎风式风电机组比较，海上风电建设最理想的机型是立轴式形态，其可通过立式传动轴的向下延伸使发电机设置在机组的最下部，甚可设在海底的岩石上，使其结构更加稳定并且安装维护方便，并且能够有利于抵抗台风的冲击。但是，在海上建设的风电机组其单机功率不能过小，而现有的立轴式风电机组均难于实现单机较大功率出力能力设计的要求，从而使其难于在海上应用。

通过上述各个方面的总揽过程可见，尤其是在海上建设的大型风电机组，其更宜采用“将众多个中小直径风轮一体化安装并使其实现集中聚能出力，且可使各个小风轮实现单独旋转对风”的机型；海上大型风电机组还更宜采用一体化设置整体宏大的、相互依托支撑的框架式稳定结构形态等诸多独特的建设应用要求。

中国发明专利[200710177693.1]提出了一种“多风轮液压聚能风力发电机组”的立轴式特大功率风电机组的技术解决方案，其可实现如上所述的小风轮、大用风、高用风、广用风等各方面的优势作用，其是采用将多个分布设置在整体宏大、相互依托支撑框架上的小风轮上形成的分散风力动能，通过液压转换装置与液压传动系统装置的一体化配合，通过液压传动方式汇集到在中部设置的“多压点桨轮式水(液)轮机”集中释放形成集中巨大出力能力，从而形成大功率风力发电出力能力目标，其各个小风轮可单独转向对风。