[实用新型]水平轴风力发电传动装置及水平轴风力发电站

说明书

技术领域

实用新型是对水平轴风力发电传动装置，及风力发电站的改进，尤其涉及一种传动平稳、发电机振动小、转速稳定、发电品质好的风力发电传动装置，及具有前述优点，并机械故障少，重量轻的风力发电站。

背景技术

水平轴风力发电站(例如兆瓦级)风力产生的旋转动力向发电机传递，不论是直通式传动(连接桨叶主轴直连发电机轴)；还是增速多级传动(桨叶主轴与发电机轴间串接增速器)，前后级均为硬联接传动。然而实际天空中风速可以说是瞬息万变，硬联接传动，由于受控制系统时间常数(控制系统动态响应)制约，变桨机构只能是″宏观调控″，桨叶角度改变不可能像风那样改变得这么快，这样阵风冲击等造成的震动毫无疑问地传给了发电机。其次，兆瓦级风力发电桨叶长达25-40米，围转直径达50-80米，如此庞大结构，动平衡实际没法做，静平衡精度也难以做得十分高，以及装配不能绝对同心，各浆叶角存在偏差等都可带来转动振动，这些转动振动也毫无疑问地传给了发电机。这些振动都有可能造成发电机和轴承等发生故障。统计世界各国风力发电站，发生三大类故障中，机械转动系统包括桨叶、增速齿轮箱(增速器)、发电机、大轴和轴承故障，约占总故障46％左右，在这46％故障中发电机和发电机有关的故障占20％左右。特别是，强度比平均值高许多的突风，使桨叶突然受到冲击，这种冲击直接传递至发电机，其引起的损坏相当严重。据德国统计资料：引起最长停机时间故障部件处在第一位的是发电机，单故障最长停机时间处在第一位的也是发电机。

此外，由于风力发电控制系统只能作长周期控制，对风变短周期基本无能为力，风速瞬息万变，在硬联接传动下，风速变化使桨叶产生的转速波动直接传给发电机，使得发电机在一定范围内时快时慢，转速不稳，直接影响发电品质，从而限制了风力发电并网运行，因此一般风力发电并网超过8％，就会对电网安全带来隐患，成为制约区域大规模风力发电的一个障碍。

再就是，如果风力发电突发故障需要紧急停车，兆瓦级大功率难以直接紧急刹车，只能花费一定时间先顺桨，然后靠阻力作用使其慢下来，慢到一定程度，由刹车机构刹车，这种延时刹车不利于紧急停车的实现，有可能加剧故障甚至损坏整个发电站。

中国专利CN1661229公开的垂直轴风力发电站，在增速齿轮箱与同步发电机间串接调速型液力偶合器，其目的是使发电机在低风速时能获得大的出力，在高风速时减小发电机出力而保护发电机，在风速不断快速变化时能够保持出力稳定，从而降低对电网安全运行造成影响。为实现此目的串接调速型液力偶合器，采用反向连接，即输出端接主动端，输入端接负载，此反向连接当无风或微风时，发电机停止工作，液力偶合器则因缺乏动力无法正常工作。其次，应用液力偶合器调节发出功率大小，客观上高风速时桨叶所发出功率大于同步发电机所需功率，多余功率消耗在液力偶器液体上，使液力偶合器中液体很块升温造成液体汽化，会导致液力偶合器效率下降。甚至使液力偶合器无法工作，因此实际上这种液力偶器反向串接是不可取的。

其次，现有风力发电站，不仅上述缺陷客观存在，而且因桨叶变桨矩装置较多采用分立齿轮驱动方式，变桨矩调角机构结构复杂，调角一致性差，组成部件及运动部件多，结构链长，故障发生概率大，可靠性差；特别是桨毂需支撑上述变桨矩机构，造成体积和重量都十分巨大，例如1.5兆瓦风力发电站，浆毂、加上桨叶及调桨机构重量，以及承受几十吨离心力，桨毂壳体厚度十分大，达20-30mm，自身重达十余吨，加上变桨机构，整个桨毂重达30吨左右，不仅制造难度极大，转动平衡困难，制造成本高，约占总成本10-15％，而且还使得转动主轴直径要求也大，重量大高空安装也困难。这些都值得进一步改进。

实用新型内容

实用新型第一目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种能有效减少发电机振动冲击，稳定发电品质的水平轴风力发电传动装置。

实用新型另一目的在于提供一种既能有效减少发电机振动冲击，稳定发电品质，而且重量又轻，造价低，机械故障少，可靠性高的水平轴风力发电站。

实用新型第一目的实现，主要改进是在串联传动的发电机前串接有液力偶合器，通过串接液力偶合器，使桨叶主轴传递扭矩至发电机的硬联接传动，成为隔振柔性、转速波动小的柔性传动，从而不仅能有效隔断发电机前的转动振动，而且使发电机转速相对更稳定，不易受瞬息万变风速波动，有效保护了发电机，稳定了发电品质，克服了现有技术的不足，实现实用新型目的。具体说，实用新型水平轴风力发电传动装置，包括串联连接的转动主轴、增速器、发电机，其特征在于增速器和发电机转轴间串联顺接有液力偶合器。