[发明专利]无电控涡轮式中型离网风力发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种中型离网风力发电机结构，具体是指无电控涡轮式中型离网风力发电机。

背景技术

由于风的方向和大小具有不确定性和间歇性，使得现有风电技术只能广泛利用电力电子装置才能实现标准电能输出；因此，目前世界上所有中型离网风力发电机均具有如下特点：

一、跟踪风向不可或缺的采用风向传感器、控制器、蓄电池、逆变器、电动机等电力电子装置，它的工作原理就是通过机舱外部的风向传感器，判定其叶轮的对风角度，再通过机舱内的控制器，给予电动机驱动水平旋转装置指令，带动齿轮在齿圈上旋转一定角度，达到叶轮对风位置。

二、现有控制叶轮转速的方法主要有如下三种：①偏航技术，即当风力过大时，风速传感器把信号传递给机舱内的电子控制器，经其对风速的判断，指令电动机驱动机舱旋转，以改变叶轮的对风角度，从而降低风力对叶片的作用力；②变桨距，通过液压传动使叶片原位旋转对风角度，进而达到减小风力对叶片的作用力，实现控制转速的目的；③在叶轮的尖端增设阻尼机构，当风速过大时，启动阻尼机构，使叶轮在旋转中增加空气阻力，从而控制转速。以上三种方法均采用了复杂的机构与电力电子装置相配合实现转速控制，然而这些控制转速的方法仅达到了防止叶轮飞车的目的，却仍然达不到发电稳频的要求。这时，风力发电机发出的电能还需要由交流电转变为直流电储存于蓄电池，再经过逆变器转变为稳频的交流电输出，同样造成了机械及电力电子装置的复杂性。

三、利用电力电子装置驱动制动系统，实现对风力发电机转速和转矩的控制，其电能同样来源于蓄电池提供。

四、所有需要传动增速的中型离网风力发电机，均采用齿轮箱增速，而风力发电机所采用的齿轮箱，由于其加工精度、使用寿命、制造材料等均要求很高，使其成为影响风力发电机可靠性的关键部件，导致工程造价与维修维护成本过高。

因此，在上述风力发电的四项应用技术中，所存在的突出问题是，风力发电机中的电力电子元器件易被腐蚀或损坏，齿轮箱长期运转造成磨损严重，从而使风力发电机故障率高、对使用条件要求高、对使用人员和维修人员专业素质要求高、维护维修难度大，并且由于这些电力电子装置及相应执行机构的配置，造成机械结构复杂，从而使工程造价居高不下。

而在海岛与无电网覆盖的边远地区，通常这些地区风能资源丰富，但由于存在上述问题，故造成了现有的中型离网风力发电机在这些地区很难普及应用，使得现在有人居住的海岛或需要用电的边远地区，仍然使用大功率柴油发电机供电。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷而提供一种无电控机械自动跟踪风向、机械自动稳转速/稳频输出电能、机械自动控制叶轮转矩和采用链条轮增速传动装置进行传动增速的无电控涡轮式中型离网风力发电机，这种风力发电机由于采用全机械自动化的独立供电，故能减少电力电子装置的应用，降低安全风速的使用要求，并具有环境适应能力强、应用场所广泛、耐腐蚀易维护、故障率低、工程造价低等特点。

本发明的技术问题通过以下技术方案实现：

一种无电控涡轮式中型离网风力发电机，包括机架、叶轮轴和叶轮，所述的机架具有竖直部和水平部，该水平部由竖直部顶端单向悬臂伸出，并与所述竖直部呈直角关系，该竖直部内设有竖直转动安装的立轴，且立轴下端伸出竖直部作固定安装，并使机架以立轴为中心自由旋转；所述的机架外设有发电机、油箱和转矩液压控制器，该油箱内设有稳流量液压转速控制装置，该发电机的电机轴与稳流量液压转速控制装置的油泵作驱动连接；所述的叶轮轴水平转动安装在水平部内，该叶轮轴的前端伸出悬臂并安装转矩盘和叶轮，后端伸出水平部与所述发电机的电机轴之间设有作传动连接的链条轮增速传动装置；所述的转矩液压控制器与所述油泵之间设有互相连接的油管，该转矩液压控制器控制所述转矩盘的转矩。

所述的叶轮包括安装在叶轮轴上的轮毂，该轮毂的外圆周面上设有多根呈放射状分布的辐杆，在多根辐杆的外端设有至少两圈轮辋，每相邻两圈轮辋之间设有多个环形均布的叶片，该多个环形均布的叶片与叶轮轴的径向距离相等；所述的轮毂外圆周面上还设有与所述辐杆数量相等的辐条，每根辐条的内端均连接在轮毂上，外端均向外倾斜连接在辐杆的外端。

所述的轮毂位于转矩盘的外侧，该轮毂与转矩盘之间设有法兰连接，所述的每根辐条的内端均连接在轮毂的法兰连接处，所述的辐条、辐杆和轮毂形成三角形框架连接。

所述的叶轮最大旋转外径到叶轮轴和立轴的两轴延长线交点的假想连线A构成锥角θ，该锥角θ＜150°。