一种机械液力混合传动式双风轮风力发电机及其控制方法技术

本发明专利技术提供了一种机械液力混合传动式双风轮风力发电机及其控制方法，大叶轮和小叶轮分别连接差速器的输入轴，差速器的输出轴连接第一增速箱，第一增速箱的输出轴与小功率发电机相连，所述第一增速箱与塔筒之间安装风力发电机偏航系统，传动方式采用机械液力混合传动，液力传动系统包括液压泵，单向阀，安全阀，油箱和液压马达，液压马达的输出轴连接第二增速箱，第二增速箱的输出轴连接大功率发电机。解决双叶轮风力发电机传动链长、重心高、维修困难、海上漂浮式双叶轮风力机难以抵抗风暴，本发明专利技术提供一种机械液力混合传动式双风轮风力发电机及其控制方法。力发电机及其控制方法。力发电机及其控制方法。

【技术实现步骤摘要】
一种机械液力混合传动式双风轮风力发电机及其控制方法


[0001]本专利技术涉及风力发电领域，具体涉及一种机械液力混合传动式双风轮风力发电机及其控制方法。

技术介绍

[0002]1.风是取之不尽、用之不竭的，而且不会对自然界造成公害和污染，是一种非常适合因地制宜使用的新能源，风力发电机将风能转换为机械能，再转换为电能。
[0003]2.近几年世界风力机新增装机容量持续攀升，随着风力发电技术的不断发展，已有的双叶轮风力发电机存在着双叶轮风电机组传动链长，齿轮箱故障率高，机舱重量大，稳定性差（重心高），维修困难的问题，海上漂浮式双风轮风力机难以抵抗风暴，风电装备的维护成本，运行可靠性和使用寿命等问题日益受到关注。
[0004]3.对于单叶轮风力发电机来说，增大叶片尺寸成为提升捕能效率的主要方式，传统单叶轮风力发电机的风能捕获效率已逼近理论极限，进一步提升的难度和代价极大，与传统单叶轮风力发电机相比，双叶轮风力发电机可实现单机成本降低10%，风能利用率提高15%，风机叶轮尺寸缩小近一半，额定功率下等效单位扫风面积的风能捕获功率提升至原来的2倍左右，在同样面积的风电场，双叶轮风力发电机的使用，可将机位数和发电量大幅提升50%以上，大量节省国土资源，双叶轮风力发电机对材料、制造、运输、安装、维修的要求更低，成本也随之降低，应用前景极为广阔。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于：为提高风能捕获效率，增加发电量，解决双叶轮风力发电机传动链长、重心高、维修困难、海上漂浮式双叶轮风力机难以抵抗风暴，本专利技术提供一种机械液力混合传动式双风轮风力发电机及其控制方法。
[0006]为了实现上述的技术特征，本专利技术的目的是这样实现的：一种机械液力混合传动式双风轮风力发电机，包括大叶轮，小叶轮，塔筒，机舱，风力发电机偏航系统，差速器，第一增速箱，小功率发电机，液压泵，单向阀，安全阀，油箱，液压马达，第二增速箱和大功率发电机，所述大叶轮和小叶轮分别连接差速器的输入轴，差速器的输出轴连接第一增速箱，第一增速箱的输出轴与小功率发电机相连，所述第一增速箱与塔筒之间安装风力发电机偏航系统，传动方式采用机械液力混合传动，液力传动系统包括液压泵，单向阀，安全阀，油箱和液压马达，液压马达的输出轴连接第二增速箱，第二增速箱的输出轴连接大功率发电机。
[0007]所述机械液力混合传动过程中，当风速低于设定风速标准时，差速器输出轴带动第一增速箱，经第一增速箱提高转速后，由小功率发电机将机械能转化为电能；当风速高于设定风速标准时，部分机械能由小功率发电机转化为电能，液力传动系统将另一部分机械能转化为液压能并传动到塔筒底部的第二增速箱，经第二增速箱提高转速后由大功率发电机将机械能转化为电能。
[0008]所述第一增速箱包括第一太阳轮，第一太阳轮与第一行星轮啮合传动，第一行星
轮与机箱内部的第一齿圈啮合传动，第一行星轮安装在第一行星架上，第一行星架的主轴上配合安装有差速器的第一锥齿轮，第一太阳轮的轮轴另一端安装有第二锥齿轮。
[0009]所述第一增速箱的增速比在1/40
‑
1/130之间，所述小功率发电机的功率在5MW
‑
10MW之间，所述第二增速箱的增速比在1/60
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1/150之间，所述大功率发电机的功率在6MW
‑
15MW之间。
[0010]所述大叶轮和小叶轮、差速器和第一增速箱安装在风力发电机偏航系统上，所述风力发电机偏航系统固定在塔筒上，所述塔筒安装在地面或海上漂浮式平台上。
[0011]所述第二增速箱包括第二太阳轮，第二太阳轮与第二行星轮啮合传动，第二行星轮与机箱内部的第二齿圈啮合传动，第二行星轮安装在第二行星架上。
[0012]一种机械液力混合传动式双风轮风力发电机的控制方法，包括以下步骤：在风力发电机中，大叶轮和小叶轮分别连接差速器输入端，将双叶轮流入的功率合流，经差速器的输出轴输出，差速器的输出端连接第一增速箱，当风吹动大叶轮和小叶轮旋转时，风能转化为机械能；第一增速箱输出端连接小功率发电机，经第一增速箱提高转速后由小功率发电机将机械能转化为电能；风力发电机需要最大限度的获取风能，但风的方向随时可能改变，机舱安装在风力发电机偏航系统上，当风速和风向改变时，机舱顶部的速度传感器将风速、风向信号发送到电子控制器，电子控制器向风力发电机偏航系统发送信号使偏航马达转动机舱，使得大叶轮和小叶轮始终正对风向。
[0013]大叶轮和小叶轮分别连接差速器输入轴，风带动大叶轮和小叶轮旋转，大叶轮和小叶轮带动差速器输入轴，小功率发电机内安装有定子和转子，差速器输出轴带动发电机转子在定子中旋转，做切割磁感线运动，从而产生感应电动势，风能转化为机械能；当风速低于设定风速标准时，差速器输出轴带动第一增速箱，经第一增速箱提高转速后由小功率发电机将机械能转化为电能，当风速高于设定风速标准时，部分机械能由小功率发电机转化为电能，液压传动系统将另一部分机械能转化为液压能并传动到塔筒底部的第二增速箱，第二增速箱将液压能转化为机械能并提高转速后带动大功率发电机，将机械能转化为电能。
[0014]液压泵为系统提供压力油液，将机械能转化为液压能；控制调节装置单向阀，控制液体流向；安全阀用于控制液力传动系统中液体的压力，保证液力传动系统的稳定和安全；油箱用于储存液力传动系统中的液体；执行装置液压马达将液压能转变成机械能输出。
[0015]本专利技术有如下有益效果：1、本专利技术中采用机械液力混合传动方式，将双叶轮风力机部分机构放置在塔底，利用液压传动元件重量轻、体积小的优点，缩短双叶轮风力发电机传动链长度、减轻机舱重量，降低双叶轮风力发电机整机重心，将双叶轮风力发电机部分机构置于塔底，便于维修，同时提高海上漂浮式双叶轮风力发电机的抗风暴能力，采用机械液力混合传动，兼顾机械传动效率高和液力传动元件重量轻、体积小、反应速度快的优点，有效改善机械传动齿轮故障率高、传动距离短、液力传动传动效率低的缺点，解决现有技术中的不足。
[0016]2、本专利技术中差速器的两个输入轴连接大叶轮和小叶轮，解决双叶轮风力机运作时，风轮旋转转速不同造成动能内耗的问题。
[0017]3、本专利技术中大小功率不同的两个发电机适应不同风况，当风速低于设定风速标准
时由小功率发电机将机械能转化为电能；当风速高于设定风速标准时，由小功率发电机和大功率发电机同时将机械能转化为电能，提高风能利用率。
附图说明
[0018]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。
[0019]图1为本专利技术的整体结构示意图。
[0020]图2为本专利技术的内部结构示意图。
[0021]图3为本专利技术第一增速箱A处的局部放大图。
[0022]图4为本专利技术第二增速箱B处的局部放大图。
[0023]图中：1a
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大叶轮、1b
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小叶轮、2
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塔筒、3
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机舱、4
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机械液力混合传动式双风轮风力发电机，其特征在于：包括大叶轮（1a），小叶轮（1b），塔筒（2），机舱（3），风力发电机偏航系统（4），差速器（5），第一增速箱（6），小功率发电机（7），液压泵（8），单向阀（9），安全阀（10），油箱（11），液压马达（12），第二增速箱（13）和大功率发电机（14），所述大叶轮（1a）和小叶轮（1b）分别连接差速器（5）的输入轴，差速器（5）的输出轴连接第一增速箱（6），第一增速箱（6）的输出轴与小功率发电机（7）相连，所述第一增速箱（6）与塔筒（2）之间安装风力发电机偏航系统（4），传动方式采用机械液力混合传动，液力传动系统包括液压泵（8），单向阀（9），安全阀（10），油箱（11）和液压马达（12），液压马达（12）的输出轴连接第二增速箱（13），第二增速箱（13）的输出轴连接大功率发电机（14）。2.根据权利要求1所述一种机械液力混合传动式双风轮风力发电机，其特征在于：所述机械液力混合传动过程中，当风速低于设定风速标准时，差速器（5）输出轴带动第一增速箱（6），经第一增速箱（6）提高转速后，由小功率发电机（7）将机械能转化为电能；当风速高于设定风速标准时，部分机械能由小功率发电机（7）转化为电能，液力传动系统将另一部分机械能转化为液压能并传动到塔筒（2）底部的第二增速箱（13），经第二增速箱（13）提高转速后由大功率发电机（14）将机械能转化为电能。3.根据权利要求1所述一种机械液力混合传动式双风轮风力发电机，其特征在于：所述第一增速箱（6）包括第一太阳轮（6b），第一太阳轮（6b）与第一行星轮（6a）啮合传动，第一行星轮（6a）与机箱内部的第一齿圈（6d）啮合传动，第一行星轮（6a）安装在第一行星架（6c）上，第一行星架（6c）的主轴上配合安装有差速器（5）的第一锥齿轮（5a），第一太阳轮（6b）的轮轴另一端安装有第二锥齿轮（6e）。4.根据权利要求3所述一种机械液力混合传动式双风轮风力发电机，其特征在于：所述第一增速箱（6）的增速比在1/40
‑
1/130之间，所述小功率发电机（7）的功率在5MW
‑
10MW之间，所述第二增速箱（13）的增速比在1/60
‑
1/150之间，所述大功率发电机（14）的功率在6MW
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15MW之间。5.根据权利要求1所述一种机械液力混合传动式双风轮风力发电机，其特征在于：所述大叶轮（1a）和小叶轮（1b）、差速器（5）和第一增速箱（6）安装在风力发电机偏航系统（4）上，所述风力发电机偏航系统（4）固定在塔筒（2）上，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李垚，李炎炎，邓月，方子帆，董元发，倪高翔，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：