一种无叶片大功率双馈型风力发电机组制造技术

本实用新型专利技术涉及一种无叶片大功率双馈型风力发电机组，属于风电领域。该风电机组包括风力气轮机、磁齿轮箱、双馈型风力发电机及其变流器系统等；风力气轮机包括气流增速器、导气部件、工作部件、排气管和偏航部件；磁齿轮箱包括低速级、中速级和高速级磁齿轮、输入轴、输出轴等，磁齿轮为同轴磁齿轮；双馈型风力发电机的变流器系统包括网侧变流器、转子侧变流器、双向直流变流器、储能设备。本实用新型专利技术无需叶片、无需润滑、无需解缆，安装简便，可大大降低运输、安装、运维成本，实现风电机组轻量化、小型化、低成本、高效益，消除了超大功率风电机组的发展瓶颈。组的发展瓶颈。组的发展瓶颈。

【技术实现步骤摘要】
一种无叶片大功率双馈型风力发电机组


[0001]本技术涉及一种风力发电机组，尤其是一种无叶片大功率双馈型风力发电机组，属于风力发电


技术介绍

[0002]目前大功率水平轴风电机组均需叶片捕获风能以实现风能转化为机械能；而双馈型风电机组还均需风电齿轮箱实现增速，把较低的风轮转速提升到较高的双馈型发电机转子转速。这两个因素使得现有风电机组存在如下固有缺陷：
[0003]第一，以水平轴风电机组为例，每台风机一般均采用3只叶片，每只叶片长而重，长达数十米至百米，重达数吨至十几吨，运输困难、安装不便，尤其是超大功率风电机组，叶片更长更重，运输、安装、运维难度大、成本高，严重制约了风电机组向超大功率的发展。
[0004]第二，在切入风速和额定风速之间，为了实现最大功率点跟踪(MPPT)，必须根据风速调节风轮转速，使其工作在最佳工作点上，控制复杂，同时使风电机组的旋转部件在实现 MPPT过程中承受很高的机械应力，导致其寿命缩短。
[0005]第三，双馈型风力发电机是高速电机，必须采用齿轮箱实现增速。而现有风电齿轮箱为机械啮合式，需要复杂笨重的润滑注油冷却系统，故障率高、运行维护费用高，严重制约双馈型风力发电机组健康发展，尤其是向更大功率发展。

技术实现思路

[0006]本技术的主要目的在于：针对现有技术的不足和空白，本技术提供一种无需叶片、无需复杂的注油润滑冷却系统，无需进行最大功率点跟踪，无需解缆的大功率双馈型风力发电机组，因而可实现风电机组轻量化、小型化、低成本、高效率，提高系统运行性能和可靠性。
[0007]为了达到以上目的，本技术一种无叶片大功率双馈型风力发电机组，包括：风力气轮机、磁齿轮箱、双馈型风力发电机及其变流器系统、塔架。
[0008]所述风力气轮机包括：气流增速器、导气部件、工作部件、排气管和偏航部件。
[0009]所述气流增速器是一种喇叭状管道，其大端口为引气口，风从大端口吹入，其小端口与所述导气部件固定。
[0010]所述导气部件包括导气圆管、导气机构、喷嘴；所述导气机构包括导叶和转轴机构，所述转轴机构用于调节所述导叶的导向角以改变气流的大小；所述导叶、转轴机构、喷嘴安装在所述导气圆管内，所述导气圆管的入口端与所述气流增速器的小端口固定。
[0011]所述工作部件包括转轮、主轴、主轴轴承、工作圆管；所述转轮安装在所述工作圆管的中部；所述主轴与所述转轮固定，所述主轴的另一端通过发电机联轴器与双馈型风力发电机的转轴固定；所述主轴轴承套装在主轴外侧，安装在所述工作圆管与所述塔架的结合处，承担转轮重力及径向推力；所述转轮、主轴、主轴轴承、发电机联轴器、双馈型风力发电机转轴均保持同心；所述工作圆管的一端与所述导气圆管固定，另一端与所述排气管固
定。
[0012]所述排气管为开口的喇叭状排气管道，其小端口与所述工作部件的工作圆管固定，其大端口为排气口；
[0013]所述偏航部件包括：尾舵、偏航轴承；所述尾舵安装固定在所述排气管的后端，所述偏航轴承安装在所述工作圆管与所述塔架的结合处，其外圈与所述塔架固定，其内圈套装在所述主轴轴承的外侧，并与所述工作圆管固定。
[0014]进一步地，为了提高气流功率和便于制动，所述风力气轮机可加装增压制动器，所述增压制动器包括两个管道：第一管道和第二管道；所述第一管道的一端安装固定在所述排气管外部的前面，另一端安装固定在所述导气圆管外部的前面；第二管道的一端安装固定在所述排气管外部的后面，另一端安装固定在所述气流增速器外部的后面。
[0015]进一步地，对于更大功率风电机组，所述偏航部件可采用偏航系统，所述偏航系统包括偏航大齿圈、侧面轴承、偏航驱动装置、偏航制动器；所述偏航大齿圈与塔架用螺栓固定；所述偏航驱动装置包括偏航电机及其减速器、小齿轮，所述小齿轮与偏航大齿圈相啮合，所述偏航驱动装置通过螺栓紧固在所述工作部件的工作圆管上。当风向改变时，所述偏航驱动装置驱动所述工作圆管旋转，实现偏航对风。所述偏航系统是现有水平轴风电机组偏航系统的简化版，由于双馈型风力发电机垂直安装在塔架内，无需解缆，所以无需偏航计数器和扭缆保护装置。
[0016]所述磁齿轮箱由低速级磁齿轮、中速级磁齿轮和高速级磁齿轮共三级磁齿轮以及输入轴、输出轴组成；所述低速级磁齿轮、中速级磁齿轮和高速级磁齿轮均为同轴磁齿轮，所述同轴磁齿轮包括：外转子、内转子、调磁环和机壳。
[0017]所述磁齿轮箱的输入轴通过耦合器与所述风力气轮机的主轴连接；所述磁齿轮箱的输出轴通过发电机联轴器与所述双馈型风力发电机的转轴固定。
[0018]所述双馈型风力发电机及其变流器系统包括：双馈型风力发电机、变流器系统；所述双馈型风力发电机包括三相交流定子和转子，所述三相交流定子通过升压变压器与电网连接；所述变流器系统包括转子侧变流器、网侧变流器、双向直流变流器、储能设备。所述转子侧变流器用于调控所述双馈型风力发电机的转子励磁电流及转速，从而控制所述双馈型风力发电机的定子电压，使其与电网电压同幅值、同相位、同频率，实现并网；所述网侧变流器为双向变流器，其交流侧与所述双馈型风力发电机的定子相连，其直流侧一端与所述转子侧变流器的直流侧相连，另一端与所述双向直流变流器相连；所述转子侧变流器的交流侧与所述双馈型风力发电机转子相连；所述双向直流变流器的另一端与所述储能设备相连。
[0019]本技术的有益效果是：
[0020]1)因为无需长而重的叶片，从而可大大降低运输、安装以及整机制造成本，真正实现风电机组轻量化、小型化、低成本的目标；
[0021]2)采用与现有风能捕获完全不同的机制，通过气流增速装置，使风速增速，大大提高了风能捕获效率，其效率可达90％以上，远超传统风力机风能利用系数的贝茨极限59.3％，使得风电机组体积大大缩小，消除了超大功率风电机组的发展瓶颈；
[0022]3)由于风力发电机垂直安装在塔架内，无需解缆，控制更简便，发电效率更高。
[0023]4)无需进行最大功率点跟踪，控制简便、运行灵活、寿命更长。
[0024]5)采用磁齿轮箱取代机械啮合式风电齿轮箱，无需复杂笨重的注油冷却系统，可大大降低齿轮箱的运维成本，提高风电场的经济效益。
附图说明
[0025]图1为本技术结构示意图。
[0026]图2为本技术采用增压制动器的结构示意图。
[0027]图3为本技术采用增压制动器和偏航系统的结构示意图。
[0028]图4为本技术采用的磁齿轮箱结构示意图。
[0029]图5为本技术磁齿轮箱的同轴磁齿轮结构示意图。
[0030]图6为采用本技术的风力发电系统拓扑结构图。
[0031]其中，1
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气流增速器；2
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导气部件，21
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导气圆管，22
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导气机构，221
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导叶，222
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无叶片大功率双馈型风力发电机组，其特征在于：包括：风力气轮机、磁齿轮箱、双馈型风力发电机及其变流器系统、塔架；所述风力气轮机包括：气流增速器、导气部件、工作部件、排气管和偏航部件；所述气流增速器是一种喇叭状管道，其大端口为引气口，风从大端口吹入，其小端口与所述导气部件固定；所述导气部件包括导气圆管、导气机构、喷嘴；所述导气机构包括导叶和转轴机构，所述转轴机构用于调节所述导叶的导向角以改变气流的大小；所述导叶、转轴机构、喷嘴安装在所述导气圆管内，所述导气圆管的入口端与所述气流增速器的小端口固定；所述工作部件包括转轮、主轴、主轴轴承、工作圆管；所述转轮安装在所述工作圆管的中部；所述主轴与所述转轮固定，所述主轴的另一端通过发电机联轴器与同步风力发电机的转轴固定；所述主轴轴承套装在主轴外侧，安装在所述工作圆管与所述塔架的结合处；所述转轮、主轴、主轴轴承、发电机联轴器、同步风力发电机转轴均保持同心；所述工作圆管的一端与所述导气圆管固定，另一端与所述排气管固定；所述排气管为开口的喇叭状排气管道，其小端口与所述工作部件的工作圆管固定，其大端口为排气口；所述偏航部件包括：尾舵、偏航轴承；所述尾舵安装固定在所述排气管的后端，所述偏航轴承安装在所述工作圆管与所述塔架的结合处，其外圈与所述塔架固定，其内圈套装在所述主轴轴承的外侧，并与所述工作圆管固定；所述磁齿轮箱由低速级磁齿轮、中速级磁齿轮和高速级磁齿轮共三级磁齿轮以及输入轴、输出轴组成；所述低速级磁齿轮、中速级磁齿轮和高速级磁齿轮均为同轴磁齿轮，所述同轴磁齿轮包括：外转子、内转子、调磁环和机壳；所述磁齿轮箱的输入轴通过耦合器与所述风力气轮机的主轴连接；所述磁齿轮箱的输...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡彬，陈玉庆，秦清海，刘莹，张维钰，
申请(专利权)人：曲阜师范大学，
类型：新型
国别省市：