[实用新型]塔式涡轮风电装置

说明书

所属技术领域

本实用新型涉及一种能广泛适用在各类风域大功率廉价开发风能资源的塔式涡轮风电装置。

背景技术

目前，开发清洁的风能资源是各国的共识，2015年11月巴黎气候大会之后凸显重视，我国为此将目前的1.3亿KW风电机组装机容量增加到2020年的2.5亿KW，兑现大会上的承诺“可再生能源将为全国能源份额的15％”。然而当今全世界唯一通行的水平轴旋桨风电机组从磨房到发电得力于科技进步走到今天的兆瓦级，但整机结构没有本质变化，仍处于“原生态”，使得在大功率状态下出现许多不足和弊端，功率越大弊端越大至无以成章，不能适应在恶劣风况下生存。例证：“风能”2015年2期88页刊载吴文伟先生文，2013年9月21日“天兔”台风过境广东红海湾风电场，阵风16～17级，全场25台660KW机组10台被彻底摧毁……。据此，3000KW/台～8000KW/台，能在此类风况下生存没有力证，都是结构上的弊端出了问题。简述于下：1)，主体结构——塔筒，是自由端(塔顶)承载机仓全部重力G，旋桨水平推力FH，弯矩M1，转动力矩M2，扭矩M3的单一柱体构件，结构力学、结构设计中称这种受力状态的构件为压、弯、扭最不利构件，加之细长比(柱径与长度比)远超设计规范的最大值12，100％可认定是高危不稳定构件；2)，风轮，旋桨长＞50M，轮径＞100M，承担不均匀风力动荷载、离心力、弯矩、转动力矩、扭矩等多函外力的壳体，亦可称高危结构部件；3)根据1)、2)所述的整机结构应认定为单一柱体顶端独立支撑工作部件的高危不稳定结构，4)，效率低(风能转换率)即通过旋桨扫掠面积全部风动能功率与额定输出功率之比。例证：旋桨机组FC127-5000，在风速V＝13M/S，额定输出功率5000KW，效率仅为3.3％，然后顺浆卸掉多余风能功率曲线拉平至V＝30M/S时完全制动停车弃风，效率＝0；5)，根据4)所述，适应的风况有限，只能在设定风速内有限运转，现行旋桨机组通例，转速＜20转/分，风速V≤10～12M/秒，超之计算机指令“顺桨”卸风保全，V≤20(30)M/S，指令停车弃风，V＞50M/S时整机只能挺立10～3秒后被摧毁倒塔。上述弊端与不足，使水平轴旋桨机组事实上已走到了它不能脱困的“技术瓶颈”，因此要承担大规模大功率开发风电的重任，唯一解决方案只有创新，提升设计理念，从整机结构着手，彻底摆脱旋桨结构的约束，研创适应于在任何风况、风域开发风电的新型机组。前专利ZL201110279979.7塔式涡轮风电装置在设计中虽然解决了不受风速风向影响及永不倒塔的工作状态，也突破了大功率(1万KW)的装机容量，但在计算机模型的深入研究中仍显现出不足与弊端制约了它的优点。简述如下：1)中心柱，是涡轮旋转体的旋转中心，仅承接由滚柱轴承装置分配来的少量重力作为旋转定位的中心压力，事实上使涡轮旋转体稳定运行的重要因素是其本身旋转时产生的离心力，如陀螺及陀螺定位原理，而非中心柱。因而它的设置必然使相应的涡轮套轴、伞齿轮盘、滚柱轴承装置等主要部件是大尺寸的，装机容量大于1万KW/台时尤为突出，使加工、运输、安装都十分不便；2)不设制动装置，虽说制动对机组的工作状态并无大用，但应对设备运行的突发故障，制动停车是不可缺失的；3)在大功率机组中，套轴与伞齿轮盘是刚性连接的整体长度＞100M支撑在滚柱轴承装置上，靠计算机调控液压伸缩层的有限弹性变量来保证齿轮的咬合精度减震降噪，但由于它们的直径＞5M，制作工艺、安装精度达标的难度大，必然影响系统运行的平稳和调试难度；4)大功率机组套轴直径＞5M，减少了涡轮叶板的受风面积，从而影响整机的发电功率。

实用新型内容