[发明专利]风力涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电领域，具体地说，本发明涉及一种用于风力发电的风力涡轮机。 

背景技术

风力涡轮机是一种将风能转化为电能的装置，主要包括叶片、发电机、机械部件和电气部件等。无论是直驱式、双馈式还是中速或高速风力涡轮机，都具有包括多个叶片和一个轮毂的旋转叶轮系统，叶片可直接连接到轮毂上，亦可通过变桨轴承和变桨驱动连接到轮毂上。由于风速变化、风剪切、湍流、塔影和控制等因素，叶轮系统吸收的风能不恒定，且作用在每个叶片上载荷也时刻变化，导致传动系统、发电机系统、机舱系统和塔架基础等机械部件产生振动并危及机组运行安全、可靠性和收益率等。 

由于现代风力涡轮机的各叶片之间没有载荷传递而相对独立，使得叶片载荷都直接传递到叶轮的刚性轮毂上。因此，作用在所有叶片的动态振动载荷均通过叶轮的轮毂传递到发电机、主轴系、机舱、塔架和基础等部件。由于风力涡轮机叶片间相互独立，叶轮传递到风力涡轮机机体的振动载荷包括：3P/6P气动谐波、1P/2P/4P/5P/7P/8P摆振谐波、1P/2P/4P/8P挥舞谐波。这些振动谐波是导致传动系统、发电机系统、机舱系统和塔架基础等机械部件产生振动和疲劳并危及机组运行安全、可靠性和收益率等的根源。 

在专利申请CN103069158A中公开了直接驱动风力涡轮机的叶轮与发电机转子之间采用柔性连接，减小了叶轮系统传递到发电机转子的弯矩载荷，但是这种方式并不能从根本上进行减振和降载控制，不能有效减小叶轮对主轴系、机舱、塔架的振动和疲劳损坏，同时其减振效果对整机而言效能有限。在专利申请DE10239366A1中公开的风力涡轮机的叶轮与发电机高度集成，降低了风力涡轮机的重量和成本，同样难以有效降低发电机、轴系、机舱和塔架的振动和疲劳损坏。 

目前的风力涡轮机中，虽然通过独立变桨技术能降低整机振动和疲劳载 荷，但由于自然环境复杂多变和风力涡轮机运行状态复杂，控制策略需要根据特定环境和状态进行定制和优化。而且，独立变桨需要增加一套高可靠的载荷测量系统，必然增加系统的成本和复杂性。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有自平衡功能的叶轮的风力涡轮机。 

本发明的另一目的在于提供一种能够降低整机振动的风力涡轮机。 

本发明的另一目的在于提供一种能够有效降低叶轮的挥舞和摆振振动载荷的风力涡轮机。 

本发明的另一目的在于提供一种能够主动控制叶轮产生的振动的风力涡轮机。 

根据本发明的一方面，提供了一种风力涡轮机，包括：叶轮，包括至少两个叶片单元；主轴，叶轮安装在主轴上；和主机架，与塔架连接，以支撑主轴和叶轮。其中，每个叶片单元包括：叶片；和轮架，用于安装和支撑叶片，其中，所述至少两个叶片单元的轮架围绕主轴安装，其中，任何相邻的一对轮架通过沿着叶轮的周向布置的第一隔振阻尼器互相连接。 

第一隔振阻尼器的两端可分别与所述相邻的一对轮架连接。 

叶轮和主轴可通过第二隔振阻尼器彼此连接。 

所述主轴还可包括：中心轴，与主机架固定连接；转轴，套装在中心轴上，并通过第二隔振阻尼器与叶片单元的轮架连接；轴承，设置在中心轴和转轴之间，以支撑转轴和叶轮绕着中心轴旋转。 

第一隔振阻尼器可以是具有复合结构的阻尼器，该阻尼器可以具有预定的刚度和预定的阻尼系数。 

第一隔振阻尼器可以是具有恒定阻尼系数的被动阻尼器、变阻尼系数的半主动阻尼器或具有可调整阻尼系数的主动阻尼器。 

第二隔振阻尼器可以是具有复合结构的阻尼器，该阻尼器具有预定的刚度和预定的阻尼系数。 

第二隔振阻尼器可以是具有恒定阻尼系数的被动阻尼器、变阻尼系数的半主动阻尼器或具有可调整阻尼系数的主动阻尼器。 

轮架的前侧和后侧可分别通过第二隔振阻尼器与主轴的前端和后端连接。 

所述风力涡轮机还可包括：发电机的定子，与所述中心轴固定连接，位于叶轮的轮架和风机的主机架之间；发电机的转子，与所述转轴的后端机械连接，并能够围绕发电机的定子旋转。 

所述转轴可包括互相隔开预定距离的前端转轴和后端转轴，其中，前端转轴和轮架的前侧通过第二隔振阻尼器连接，后端转轴和轮架的后侧通过第二隔振阻尼器连接。 

所述风力涡轮机还可包括：发电机的定子，与所述中心轴固定连接，并位于前端转轴和后端转轴之间，其中，所述叶轮的轮架用作围绕发电机的定子旋转的发电机的转子。