[发明专利]一种风力发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电设备领域，特别是涉及一种风力发电系统。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。风很早就被人们利用来抽水、磨面等，而现在，人们感兴趣的是如何利用风来发电。

一般说来，3级风就有利用的价值。但从经济合理的角度出发，风速大于每秒4米才适宜于发电。据测定，一台55千瓦的风力发电机组，当风速每秒为9.5米时，机组的输出功率为55千瓦；当风速每秒8米时，功率为38千瓦；风速每秒为6米时，只有16千瓦；而风速为每秒5米时，仅为9.5千瓦。可见风力愈大，经济效益也愈大。但这些技术资料描述的是水平轴式风力发电系统，并不完善。

尽管风力发电机多种多样，但归纳起来可分为两类：水平轴风力发电机，风轮的旋转轴与风向平行；垂直轴风力发电机，风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向。商业化的水平轴风力发电机组一般采用齿轮箱以达到增速的目的，实现大功率发电。垂直轴风力发电机多采用外加的遮挡法、活动式变桨矩等被动的减少叶轮回转复位阻力的设计。国内国际对风能的需求具有持远性，而现行风力发电机的机型，源于古老、价格昂贵、对风力条件制约性强等因素，限制了内陆地区的风能利用和中型风力发电的企业化应用的普及。

风力发电机组中的齿轮箱是一个重要的机械部件，其主要功用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。通常风轮的转速很低，远达不到发电机发电所要求的转速，必须通过齿轮箱的增速作用来实现，故也将齿轮箱称之为增速箱。根据机组的总体布置要求，有时将与风轮轮毂直接相连的传动轴(俗称大轴)与齿轮箱合为一体，也有将大轴与齿轮箱分别布置，其间利用涨紧套装置或联轴节连接的结构。为了增加机组的制动能力，常常在齿轮箱的输入端或输出端设置刹车装置，配合叶尖制动(定浆距风轮)或变浆距制动装置共同对机组传动系统进行联合制动。风力发电机设备对齿轮箱要求很高：体积小、重量轻、可靠性高、寿命长、维修方便等。对齿轮箱中齿轮出现的故障，国内外的观察结果或报告都较为一致，即发生最多的仍为齿面的损坏，从应用初期的微点烛，到逐步扩展的大面积点烛，剥落或磨损。众多研究及观察表明，微点烛主要发生于低速级，其它级则很少发生。其原因一般认为是和风电齿轮箱的工作状态如速度及载荷变化频繁有关，此外齿面的粗糙度对微点烛的产生有直接影响。一些特殊气象状况的出现，皆可能导致风电机组发生故障，而狭小的机舱不可能像在地面那样具有牢固的机座基础，整个传动系的动力匹配和扭转振动的因素总是集中反映在某个薄弱环节上，大量的实践证明，这个环节常常是机组中的齿轮箱。齿轮箱润滑不良造成齿面、轴承过早磨损；冬季会出现过功率现象，过高载荷影响齿轮箱的寿命。由于齿轮失效造成设备停机的损失，变得更代价昂贵。风电涡轮自安装以后，就开始处于预期的高载荷应力作用下。这时，在增速器齿轮和轴承表面产生的高接触性应力将形成细微裂纹、凹陷、划伤、和其他不可恢复的磨损。

发电机一般采用单轮式。由外力让发电机转子旋转时，扭力却做无用功，扭力越大，对轴承的影响越严重。由于扭力的作用，造成发电机线圈磨损，定子磨损的故障占绝大多数。

垂直轴风力发电机需要克服的风力阻力问题，一般采用被动式遮挡板设计，虽然解决了叶轮回转复位的阻力，却浪费了绝大部分能源。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何提高风力发电的效率和可靠性，降低风力发电成本。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，提供一种风力发电系统，包括并列安装的若干风轮、设置于所述风轮前端的制动板、以及设置于所述风轮之间的发电机，所述发电机上安装有发电机双转子齿轮，每个所述风轮包括由顶部转子中心和底部转子中心构成的轴、若干绕所述轴呈放射状分布的扇叶，以及以每个所述风轮的扇叶外边缘为内径设置的风轮齿轮，所述风轮齿轮与所述发电机双转子齿轮分别啮合。

优选地，所述制动板包括两个弧面板，所述两个弧面板采用可开合式。

优选地，发电机采用双转子式发电机，双转子齿轮大小相等。

优选地，所述风轮为若干个，相邻的所述风轮呈正反方向安装。

优选地，所述风轮由顶部转子中心和底部转子中心构成的轴为虚拟轴或实体主轴，所述实体主轴上设置有支架以支撑并固定扇叶。

优选地，每个所述风轮上的扇叶呈放射性绕风轮的轴分布，每个扇叶由凸面和平面构成，所述平面上垂直设置有辅助风板。