[发明专利]立轴巨能风电机组及海上浮动巨能风电机组

说明书

技术领域

本发明涉及一种立轴巨能风电机组及海上浮动巨能风电机组，通过优化风轮调控结构和传动结构可使其整机结构与性能更加简捷、高效、节省、美观。

背景技术

风电产业优质化、规模化发展的基础是风电机组的大型化能力扩展，这是全球性的技术难题，当前的大型风机是在小型风机整机形态下通过逐步放大风轮的直径规格形成的，因而引发了以‘扫风面积’设计计算风轮出力能力理论的形成发展，致使现有大型风电机组的风轮叶片同时存在着‘扫风面积’和‘乘风面积’两种不同的出力拓展设计理论，并且形成了相互矛盾、相互影响、相互制约，因此导致了许多整机结构性矛盾问题的同步拓展放大与现实问题的群发，如：采用超长延伸叶片加大‘扫风面积’的大型化拓展方式会导致风轮超重、启动困难、转速降低，使叶尖速度超快形成空气阻力，使叶尖乘风出力面积不足其运行面积的1%；还将迫使塔筒加高形成‘杠杆撬动基础效应’，这在海上风电更加凸显，还致使调控能力更显不足，风能利用程度进一步降低，制造安装成本与故障危险率快速放大，而通过延长叶片产生的叶片乘风面积的增加量并不多、并不快、并不易，从而形成了大型化能力拓展的‘天花板’；此外，大型化风电机组只有设置了‘多发电机调控系统’才能形成经济适应性的功能表现解决问题的根本出路是创新形成适合大型风机需求特点的整机机型。

此外，用现有形态的风机建设沿岸海上风电成本巨大、困难重重，用其发展深海海上风电则永远无法实现，而采用浮动风电机组将是最为理想的选择，浮动方式是海上风电产业技术的发展方向。

与浮动基础实现最佳配合的是立轴风机，其可使机组整体重心下移形成浮动所必须的力学条件；但是当前所有立轴风机均难于形成大型化设计，更不具备大幅度的调控性能，解决上述问题的根本出路同样是创新形成适合浮动风电力学需求条件的特大化海上风电机组整机机型。

对于特大型风机大范围广泛乘风运行方式来讲，采用风帆式乘风出力方式比较涡轮式乘风出力方式的形成优势更多更大，风帆式乘风是风力直接推动叶片形成出力，乘风出力效率大，微风利用能力强，拓展乘风面积即是拓展乘风出力，因此拓展与调控乘风出力能力十分方便准确，拓展与调控出力采用的技术理论方法完全一致。

特大化风机采用立轴机型是最佳选择，其可形成许多天生便利及成本减低因素，立轴风机的形成出力方式=迎风侧乘风出力－逆风侧回转阻力，中国发明专利200810119889.X提出的立轴巨能风力发电机组和201210108866.5提出的海上浮动式巨能风电机组技术方案中采用的立轴巨能风机的乘风出力方式实现了立轴风机出力能力的最大化，其整体结构全方位地适合特大型风机的应用要求，形成了全面优化的整机性能表现。

但在上述机组创新技术方案中，对于驱动调控风轮排列叶片的结构是采用‘在旋转风力板上的适当位置同时设置由微型电机驱动控制的推拉调控结构实现旋转风力板上迎风逆变板在迎风位置时的开闭形态操作’的调控结构与调控方式，而该结构与调控方式分离分散，调控点多重，导致调控系统整体结构复杂。

（在本发明中将上述风轮调控结构的整体结构称为：定向盘调控系统；将系统中的对风导轨盘称为：定向盘；将迎风逆变板称为：排列叶片）

此外，对于原有立轴巨能风电机组创新技术方案中采用的在塔筒外设置上下传动轴的结构也有进一步完善与形成更优结构设计的必要性。

发明内容  

本发明提出了一种可使风轮调控结构简捷、调控方便快速准确的定向盘调控系统实现对原有结构的替代；同时提出将原有风轮轴与上下传动轴实现一体化设计并将其置于风机塔筒内部的直接传动系统结构实现对原有结构的替代；还同时提出一种适合与全新传动结构配合安装的多发电机调控系统的分布设置传动结构，其共同构成了本发明全新整机结构与性能表现的立轴巨能风力发电机组及海上浮动巨能风电机组，同比可大幅实现简捷、高效、节省、美观、耐用。            

对本发明立轴巨能风电机组中立式风轮结构的描述是：在风机的上部设置环绕风机塔筒旋转的立式风轮，立式风轮通常均布4-6个旋转风力板，更大直径的风轮可设置8-10个旋转风力板，旋转风力板由风轮架与在旋转风力板的外侧设置的排列叶片组合构成，排列叶片可实现共同驱动其中每个叶片移动调控变化的操作；其通常采用纵向排列设置形成类似百叶窗的形态，对各旋转风力板的强化支撑方式是采用在风轮轴的顶部集中设置斜拉钢丝绳分别连接各个旋转风力板形成‘伞式斜拉桥’的结构，使各超长的旋转风力板无悬空吃力结构形成，同时将上中下风轮架串联形成一体化框架结构，使排列叶片不承担风轮的结构性受力。