一種帶球鉸底座的垂直軸風電機組的製作方法

2023-12-04 01:17:41

專利名稱：一種帶球鉸底座的垂直軸風電機組的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種新型垂直軸風電機組，尤其是一種帶球鉸底座的垂直軸 風電機組。
技術背景目前，風力發電的主要設備有兩種，水平軸風電機組和垂直軸風電機組， 這兩類機組的結構形式、運行工況和採用的設備不完全相同。水平軸風電機 組的葉片繞平行於地面的水平軸旋轉，被普遍應用在風力發電中。垂直軸風電機組的葉片繞垂直與地面的豎軸旋轉，典型的垂直軸風電機組是Darrieus 型。1931年Darrieus在美國申請了專利，提出了一種垂直軸風電機組。上世紀80-90年代，國外出現了大量的垂直軸風電機組，並且研製了4 兆瓦的Darrieus風電機組。Darrieus型垂直軸風電機組一般由頂部軸承裝 置、風輪、迴轉支撐裝置、軟連接、制動系統、齒輪箱、發電機、鋼絲繩張 緊及阻尼系統、電氣及控制系統等組成。風輪由葉片、主軸、橫支撐等組成。 由於風輪垂直安裝，所以Darrieus型垂直軸風電機組一般都在風輪底部設 迴轉支撐裝置，上端設頂部軸承裝置，採用鋼絲繩在風輪的頂端與地面拉緊 固定。風輪在氣動載荷的作用下旋轉通過軟連接、齒輪箱驅動發電機發電。 其中的軟連接由膜片聯軸器和球鉸組成，膜聯軸器用來傳遞扭矩，並隔離風 輪主軸的偏擺和振動，改善齒輪箱輸入軸的工作狀況。由於膜聯軸器不能承 受風輪的自重和鋼絲繩在垂直方向向下的壓力，所以軟連接還包括了一個球 鉸。這樣的結構存在著2個技術問題 一是機組結構複雜，不僅需要軟連接 而且還需要固定迴轉支撐裝置和軟連接的鋼結構或者混凝土支架；二是機組 的迴轉支撐裝置和軟連接固定在支架上，齒輪箱和發電機通過底座直接固定 在地面上，由於受到膜片聯軸器變形量的限制，在風輪主軸有大的偏擺和振 動的情況下，膜片聯軸器和齒輪箱經常受到損傷。現有的產品和技術還沒有 能夠解決上述2個突出的問題。發明內容本發明提出了一種帶球鉸底座的垂直軸風電機組，包括彈性支撐4、球 鉸底座5和直驅發電機3，其中直驅發電機3安裝固定在球鉸底座5上，球鉸底 座的四周布置有彈性支撐4。本發明的技術方案還可以是 一種垂直軸風電機組，包括頂部軸承裝置l、風輪2、直驅發電機3、彈性支撐4、球鉸底座5、電氣及控制系統6、 機房7、鋼絲繩系統8;其中，風輪2的上端通過頂部軸承裝置1由鋼絲繩 系統8與地面拉緊，風輪的下端直接連接直驅發電機3的輸入軸，直驅發電 機3安裝固定在球鉸底座5上，球鉸底座的四周布置有彈性支撐4。上述帶球鉸底座的垂直軸風電機組的球鉸底座的結構為球鉸頂座9通 過螺栓和直驅發電機3連接，球鉸底座10安裝固定在地面的地腳螺栓上， 球鉸頂座9和球鉸底座10連接部分為同心同直徑的球體。球鉸頂座9和球 鉸底座10用耐磨材料球墨鑄鐵鑄造製造，上面開有儲油槽,結構還包括11 卸油口、 12橡膠密封、13加油口。本發明的有益效果有三 一是由於機組的主要設備安裝在球鉸底座上， 直驅發電機將和風輪一起偏擺，這樣就可以避免直驅發電機徑向軸承因為風 輪的偏擺而受力，改善了直驅發電機的工作狀況；二是可以根據機組振動性能要求準確的計算彈性支撐的剛度係數等參數，設計和製造滿足機組動態性能的彈性支撐來確保機組整體的動態性能和穩定性能；三是可以取消膜片聯軸器和球鉸組成的軟連接，簡化了支架結構。


下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。 圖l:帶球鉸底座的垂直軸風電機組組成 圖2:球鉸底座結構圖中，l.頂部軸承裝置、2.風輪、3.直驅發電機、4.彈性支撐、5.球鉸 底座、6.電氣及控制系統、7.機房、8.鋼絲繩系統、9.球鉸頂座IO.球鉸底 座、ll.卸油口、 12.橡膠密封、13.加油口。
具體實施方式
在圖1中，風輪2的上端通過頂部軸承裝置1由鋼絲繩系統8與地面拉緊，風輪2的下端直接連接直驅發電機3的輸入軸，直驅發電機3帶有底部 推力軸承、徑向軸承和機械制動系統，安裝固定在球鉸底座5上。風輪2在 風力的作用下旋轉，直接帶動直驅發電機3，完成風力發電的過程。頂部軸 承裝置1、彈性支撐4、球鉸底座5和鋼絲繩系統8保證了風輪的正常旋轉 和機組的穩定性能。圖2示出了球鉸底座結構。球鉸頂座9通過螺栓和直驅發電機3連接， 球鉸底座10安裝固定在地面的地腳螺栓上，球鉸頂座9和球鉸底座10連接 部分為同心同直徑的球體，因此當球鉸底座10固定在地面後，球鉸頂座9 可以繞球心轉動。球鉸頂座9和球鉸底座10可以用耐磨材料製造(例如球 墨鑄鐵鑄造)，上面可以開有儲油槽，可以通過加油口 13注入潤滑油，使得 球鉸頂座9和球鉸底座10連接的球體部分完全浸泡在潤滑油中，以減少阻 力和球體部分的表面磨損，卸油口 ll可以定期將髒油放出，橡膠密封12可 以防止灰塵等進入潤滑油中。在這個實施例中，採用了帶球鉸底座結構。球鉸底座5固定在地面基礎 上，由於直驅發電機3和風輪2—起安裝在球鉸底座5上，因此它們將一起 偏擺，可以避免直驅發電機3的輸入軸相對發電機定子的偏擺和振動。這樣 的結構就可以取消軟連接，簡化支架結構，改善直驅發電機徑向軸承的工作 狀況和改善機組整體動態性能和穩定性能。
權利要求
1. 一種垂直軸風電機組，其特徵在於包括彈性支撐(4)、球鉸底座(5)和直驅發電機(3)，其中直驅發電機(3)安裝固定在球鉸底座(5)上，球鉸底座的四周布置有彈性支撐(4)。
2、 一種垂直軸風電機組，其特徵在於還包括頂部軸承裝置(1)、風輪 (2)、直驅發電機(3)、彈性支撐(4)、球鉸底座(5)、電氣及控制系統(6)、機房(7)、鋼絲繩系統(8);其中，風輪(2)的上端通過頂部軸承裝置(1)由 鋼絲繩系統(8)與地面拉緊，風輪的下端直接連接直驅發電機(3)的輸入軸， 直驅發電機(3)安裝固定在球鉸底座(5)上，球鉸底座的四周布置有彈性支撐 (4)。
3、 如權利要求1和2所述的垂直軸風電機組，其特徵在於球鉸底座的 結構為球鉸頂座(9)通過螺栓和直驅發電機(3)連接，球鉸底座(10) 安裝固定在地面的地腳螺栓上，球鉸頂座(9)和球鉸底座(10)連接部分 為同心同直徑的球體，上面開有儲油槽，結構還包括卸油口 (11)、橡膠 密封(12)、加油口 (13)。
4、 如權利要求l、 2和3所述的垂直軸風電機組，其特徵在於球鉸頂座 (9)和球鉸底座(10)用耐磨材料球墨鑄鐵鑄造。
全文摘要
本發明涉及一種新型垂直軸風電機組，尤其是一種帶球鉸底座的垂直軸風電機組。該種形式的風電機組不僅取消膜片聯軸器和球鉸組成的軟連接，也能夠簡化支架結構，改善直驅發電機徑向軸承的工作狀況，並可以改善機組系統穩定性能。
文檔編號F03D9/00GK101225799SQ20071006275
公開日2008年7月23日 申請日期2007年1月16日 優先權日2007年1月16日
發明者潘國平, 郭樹言 申請人:北京雙帆科技有限公司