[发明专利]10MW级座台式复合风轮发电机系统

说明书

发明领域

本发明属于机械电气技术领域，具体地说，是提出一种用座台式结构承载导风体水平轴涡轮机和垂直轴风轮机组成的复合式风力涡轮发电系统装置。

背景技术

风力涡轮机是将风的动能转变为适合发电机轴旋转的机械能，带动发电机旋转发电的新能源装置，产业实践证明，在目前广泛使用的水平轴涡轮机中，单机功率的增大，有利于降低单位功率装机容量的成本和风力发电的度电成本，因此，单机额定功率容量不断增大，水平轴涡轮机的单机功率已普遍从上世纪末的兆瓦级升高到目前的3～6兆瓦级，并正向10～20兆瓦的目标迈进，这是风电技术发展的总趋势。为增加截风面积，叶片的长度也在材料技术和制造工艺技术进步的基础上不断增长，但由于叶片的悬臂梁结构强度低，难以承受强剪切力，有资料表明，在特大型涡轮机中，叶片长度的提高，可使额定功率成平方函数增加，而制造成本却成立方关系增长，所以单机功率的提高受到叶片经济性技术性的双重制约，现有传统技术都已很难满足单机功率大幅提升的需求，此外，大型化同样会受制于其他风电配套部件，例如发电机体积和重量也随之增大，包括塔筒、变桨和对风偏航等系统性问题也日益突出，都有待涡轮机技术方案的突破。

发明内容

本发明的目的是对中国发明专利申请201310006369.9，《10MW级座台式导风体涡轮发电机系统》的改进，即在原有水平轴涡轮发电机的基础上，增加至少二个系列的垂直轴风轮机复合结构组成的座台式风力发电系统装置，以提高系统的发电量。

本发明的措施是借助水平轴蜗轮机的导流槽，用来遮挡垂直轴风轮机逆向旋转的半边风轮，以增加垂直轴风轮机发电量的系统装置，本发明的系统是这样构建的，一种以导风体涡轮发电机系统为基础的座台式复合风轮发电机系统，其特征为，水平轴涡轮发电机组(1)中的涡轮机叶片处于由导流槽体构成的导风体(2)的中间最窄风道位置；机组(1)和导风体(2)都安装在座台(3)上；座台(3)可以在水平面内转动对风，执行偏航、调风和辅助制动停机的功能；在导风体(2)的左右二边座台上，还对称分布有二组垂直轴风轮机(4)，二组垂直轴风轮机(4)的转向相反。

本发明的座台式复合风轮发电机系统的优点是明显的，首先，垂直轴风轮机可以在原有座台式导风体水平轴涡轮发电机的基础上进一步增加垂直轴风轮机的发电量，使系统比原有单一的水平轴涡轮发电机具有更大的发电容量；其次，利用导风体的阻拦功能，减少了垂直轴风轮机，特别是阻力型风轮机的反向风阻力，有利于提高垂直轴风轮机的发电效率和发电量；第三，两种不同机组的结构件可以相互连接增加系统刚度，有利于降低强风造成的损毁风险，并增加强风速下的发电量。

附图说明

图1、本发明的座台式复合风轮发电机系统的平视结构简图。

图2、座台式复合风轮发电机系统的俯视结构简图。

图3、二段式垂直轴风机的座台式复合风轮发电机系统的侧视结构简图。

图4、座台的侧视结构简要示意图。

图5、荷重仅作用在地基平台的座台剖面侧视简要示意图。

图6、带有防倾倒钩的轨道式座台轮系。

具体实施方式

图1所示为本发明的座台式复合风轮发电机系统的平视结构简图。在图1中，涡轮机(1)的叶片处于由导流槽体构成的导风体(2)的中间最窄风道位置，涡轮机后端为发电机，二者直接连接，构成一个整体，整个机组的重力作用在导风体(2)上，然后通过导风体传递到座台(3)上，或者通过轴承作用在中心轴(32)上；中心轴固定于基础地平(5)中，因此，座台(3)可以围绕中心轴在水平面内转动对风，执行偏航、调风和辅助制动停机的功能。

涡轮机(1)的叶片处于由导风体(2)构成的导流槽体的中间最窄风道位置，进入导风体中的全部风流都受到导流作用流向槽体的中央，形成比原来风速高、密度大的集中动能吹向涡轮机，所以涡轮机的叶片就不需要像原来那么长、那么少的三叶片，就可以参照蒸气轮机或燃气轮机中的短叶片和多叶片形态，而采用中速涡轮叶片，以及单级或多级涡轮叶片。图中作为示意，画出的六叶片，只是一种示意方案，包括导风体设计在内的涡轮机具体叶片的数量、形状和级数，应根据空气动力学原理，区别低速和高速下涡轮机参数的悬殊差异，构成一种新的中速涡轮机。因此，本发明系统涡轮机(1)应根据涡轮机叶片处风速范围，按中速涡轮叶片线形、叶片数量和叶轮级数设计制造。