[发明专利]集风立式风力发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域的一种立式风力发电系统。具体地说，涉及的是一种新型高效率集风立式风力发电系统。

背景技术

随着世界能源危机的发生，利用风力动能发电作为新能源已经成为现代社会发展的热点。传统的三浆叶风力发电机的发电机组与增速器均安装在塔筒顶端的高空，长大沉重的风叶斜挂在侧面，并需要重大的配重体。考虑到风叶、增速器，发电机组、配重体再加上沉重的机仓具有几百吨的重量，若利用塔筒支持在高空，则风力吹动会产生巨大的翻倒力矩，无法抵抗狂风的吹毁与冰冻的损坏，同时，传统风力发电机体积大，运输与维修难度大，且风力利用率低。虽然后继发展出的风力发电机部分克服了传统风力发电机的不足，但其仍存在风叶受风量小，风力启动力矩大，启动死角与换向死角大等缺陷。例如，现有翼型风叶受风面积小，风力利用率低，存在前翼面风阻大，换向死角大，风力利用率低，难于大容量化。

经对现有技术的文献检索发现，专利号ZL200430067146.5与专利公开号WO2007/140397A2中专利文献中记载的风力发电机中的风叶依然存在风力利用率低，在启动与旋转运动中存在启动死角与换向死角大的问题。

同样的，专利申请号200410023530.4的发明专利中所涉及的风力发电机的风叶系采用NACA0009翼型，该风叶受风面积小，风力利用率低，存在前翼面风阻面，在旋转运动中存在换向死角，难于大容量化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集风立式风力发电系统，其结构稳固、运行性能稳定，风力利用率高，便于组装维护，易于运输，从而克服了现有技术中的不足。

为实现上述发明目的，本发明所述的集风立式风力发电系统包括风动力系统、增速器系统、立式发电机系统、励磁并网控制系统。

所述风动力系统采用箱体框架结构，包含风叶系统和集风与保护系统；所述增速器系统采用立式增速器，其为偏心摆式双行星轮结构；所述发电机系统采用变极式立式异步发电机；所述立式发电机系统与增速器系统安装在地面上。

以下对本发明各个部分进行详细说明：

1.风动力系统

所述风动力系统采用箱体框架结构，其包括风叶机轴、风叶系统和集风与保护系统及其驱动系统。

1.1箱体框架结构

所述箱体框架结构可选自三角形框架系统、四角形框架系统、五角形框架系统、六角形框架系统、八角形框架系统以及N角形框架系统或圆形框架系统。通过采用箱体框架结构(风箱式框架式结构)，使得本发明的风力发电系统整体结构便于组装、维修与运输，总高度降低了2/3，节约原材料60％，便于陆地，山上与海上安装与运行，其中，小机型便于渔船、楼顶安装与运行；大机型便于陆地安装与运行；大型机组便于陆地，山上与海上大型风场安装与运行。

该箱体框架结构中还设置有上、下棚板，藉该上、下棚板可减少风沙与雨雪侵袭，减小冰冻对风力发电系统，尤其是风叶等的损坏。

优选的，该箱体框架结构上还可配套使用框架稳固系统，其采用在框架上方四角利用钢索固定到地面的固定墩，固定墩在四个立拄基座的对角延长线上。距离可为框架高度的1/3～1/1。本系统抗翻倒力矩大，稳固性能好，可以抗暴风吹毁力。

1.2风叶机轴

目前风力发电机容量较大，风叶较多，因此需要的风叶机轴较长，本发明采用大型多段组合式机轴，其系通过将一根长风力发电机的机轴分解为几段，并根据实际需要通过增减中段机轴组合成型。具体而言，该风叶机轴包括下轴端与上轴端，下轴管与上轴管，下轴连接盘与上轴连接盘，上风叶固定法兰盘、中风叶固定法兰盘与下风叶固定法兰盘，轴心定位销与固定螺栓与螺帽。其中，上轴端、上轴管、上轴连接盘，中风叶固定法兰盘和轴心定位销等组成上段机轴，下轴连接盘、下轴管，下轴端、下风叶固定法兰盘和固定螺栓等组成下段机轴。所述的下轴端与下轴管以及上轴端与上轴管均采用强配合焊接连接，下轴管和上轴管通过下轴连接盘、中风叶固定法兰盘、上轴连接盘和螺丝固定连接，且风叶机轴整体采用轴定位销中心定位。若有需要，还可增加一至多段中段机轴，所述中段机轴可由中段轴下连接盘、中段轴管和中段轴上连接盘等组成。中段机轴之间，以及中段机轴与上、下段机轴的连接结构与上述上、下段机轴的连接结构相似。

本发明中将风叶通过风叶固定法兰盘与风叶机轴进行连接固定，从而可以任意组合改变风叶角度，消除风叶死角，保持风力力矩的连续性，减小了机轴的形变与振动。同时，本发明的风叶机轴系采用空心式结构替换原有实心轴结构，重量轻，便于加工，节约大量的钢材，增加机轴的强度与旋转扭力矩，并便于组装与运输。