大型感应子可带磁悬浮结构风力发电机组制造技术

本发明专利技术披露的水平轴风力发电机组，由大小二段叶片通过连接圆环构成长大风叶整体，发电机为大直径分体定子的感应子结构，安装于塔筒外端，感应子转子在连接圆环上，发电机磁场可兼具磁悬浮结构功能，不增加成本且大大减轻了主轴负荷，有利于减摩降噪和提高机组发电量，机组可供利用范围为从中小型到超大型功率，特别适合10兆瓦级机组。

Large induction variable band magnetic suspension structure wind power generator set

Horizontal axis wind turbine is disclosed, by two section size of leaves by connecting a ring up fan whole induction sub structure of large diameter split stator generator is installed at the tower cylinder end, induction rotor in the generator is connected with the ring, a magnetic levitation magnetic field can both structure and function, and the cost is not increased greatly reduce the spindle load to friction reducing noise and increasing the power generation capacity, unit available range from small to large power, especially for the 10 MW unit.

【技术实现步骤摘要】
大型感应子可带磁悬浮结构风力发电机组专利
本专利技术属于机械电气
，具体地说，是提出一种采用双节叶片结构涡轮机的水平轴感应子风力发电机组装置。
技术介绍
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发电机中，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3～6兆瓦级水平，并正向10～20兆瓦级的目标迈进，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，受剪切力影响难以继续增加长度。有资料表明，在特大型涡轮机中，随着叶片长度的提高，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约束，现有传统技术都已很难满足单机功率大幅提升的技术经济需求，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。中国专利技术专利申请201310041144.7，《10MW级座台式感应子风力发电机系统》提出了对上述传统机组缺陷的改进，但是其中的座台式承载体结构，使整个塔筒转动偏航的方案，整体重量大，结构复杂，转动不便，需作实质性的改进。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决大型化所带来的超长叶片、超重直驱发动机，以及偏航装置、机械制动等多种技术挑战，有必要采用新的涡轮叶片结构和发电机结构，与先进传动结构相结合的方法来解决大型化所带来的的一系列问题，那就是采用带环的二段叶片，而环上安装的发电机转子又使发电机大直径化和轻量化，而所有这些改进，必须采用大型风电系统的新结构——座台才容易实现。中国专利技术专利申请201310041144.7，《10MW级座台式感应子风力发电机系统》提出的座台式构造为风电系统的大型化开创了新思路，本专利技术是对该系统中座台结构等改进所产生的新技术方案。本专利技术的大型水平轴风力发电机组主要由涡轮机、轴系、制动器、发电机、塔筒组成，其特征为，涡轮机由长短二段叶片组成，短叶片(2)一端连接在涡轮机主轴(1)的轮毂上，另一端通过连接圆环(4)与长叶片(3)相连接；发电机为分体式感应子发电机，感应子转子(41)安装在连接圆环(4)上，感应绕组和磁场在定子上，发电机的定子(5)与涡轮机叶片同步水平旋转对风，执行偏航功能；塔筒固定在地基上。本专利技术的技术效果是多方面的，首先叶片通过连接圆环分为二段，一是减少了长叶片的弯矩，增加叶片强度刚度，改善受力状况，也降低了制造和运输的成本；二是采用开放式的大直径感应子交流发电机增加磁力线切割速度，有利于降低发电机重量，更有利于通过自然风解决电机散热问题；采用固定的塔筒来代替原来必须整体转动的座台结构，改善了偏航对风的转动惯量，也省略了复杂的转动座台，降低了成本。附图说明图1、本专利技术的机组的上部结构简图。图2、6个小叶片的局部涡轮机图。图3、感应子发电机原理示意图。图4、双边定子感应子发电机示意图。图5、带上下端单边定子的感应子风电机组外形示意图。图6、单边感应子发电机的磁悬浮结构原理图。具体实施方式图1为本专利技术机组的上部结构图。从图中可以看出，在主轴(1)的轮毂上，安装有短叶片(2)，短叶片(2)的原自由端与连接圆环(4)连接，所以短叶片(2)不再是单端悬臂梁，强度得到提高，此时再将长叶片(3)连接在连接圆环(4)上，相当于将叶片缩短，或相当于将传统涡轮机叶片分成二截，中间的连接得到加强，叶片的刚度和强度都得到提高。短叶片(2)可以采用三叶片，也可采用三个以上的多叶片，如图中即为五叶片，短叶片与长叶片可以交叉配置，以减少塔筒对风力的塔影效应，风轮机旋转更平稳。对于10MW级风力涡轮机来说，叶片总长度约在80～100米之间，其中一种方案是，可以分配短叶片(2)约在20～45米而长叶片(3)约在50～60米之间，当然具体分配应兼顾涡轮机和发电机的空气动力学特性，可通过计算机仿真、样机实验具体确定，达到性能优化和经济性的目标。本专利技术与被改进的原有专利的第一个区别是，中国专利技术专利申请201310041144.7，《10MW级座台式感应子风力发电机系统》提出的塔筒安装在座台上，塔筒可水平旋转，而本专利技术的塔筒固定在地基上，不可转动，消除了座台结构。当然，小风叶也可采用如图2的6片结构，其优点是，其一，小叶片增多有利于增强连接圆环的刚度，使发动机保持稳得的磁结构特性，其二，大小叶片在连接圆环的同一位置连接，也可使大叶片处于连接圆环的刚度最强的位置上。图2为6个小叶片的局部涡轮机图。从图中可见到大小风叶连接于同一连接圆环位置。本专利技术机组涡轮机的变桨装置只设置在短叶片(2)或长叶片(3)上，不必在两种叶片上都设置变桨装置。在短叶片上设置的优点是接近供电源或供气源，维修保养也比较方便；设置在长叶片上的优点是长叶片与现有风机叶片变浆结构比较接近，可利用现有叶片布置。变桨装置的另一功能是协助涡轮机的制动，集中设置的制动器安装在主轴处，但涡轮机在工作转速下机组转动能量太大，很难利用制动器达到制动目标，必须靠变桨装置来降低转动力矩，甚至于产生一个反向力矩来实现空气动力学上的制动，只有在涡轮机转速很低的情况下，制动器才允许抱闸制动。发电机定子固定的方式有两种，一种是发电机安装在塔筒(6)的旋转平台(61)上，旋转平台可与风叶同步转动对风，相对于塔筒水平旋转，同步方式有交流绕线电机同步和自整角同步控制驱动等方式。另一方案是将塔筒分为两截，上截为上塔筒，可相对于下截的下塔筒转动，发电机定子体直接固定在塔筒(6)的外表面上，该方案与现有传统涡轮机机舱相对塔筒(6)水平旋转的效果相同。将机舱分成上下两截后，下截机舱与现有传统机舱相同，固定安装在地基上，而下截机舱的上端的小机舱，整体结构一起转动，比原有全部塔筒和座台整体旋转对风，轻松得多，同样达到发电机和风叶同步对风的目标。其特征为，发电机为感应子分体定子，定子体固定安装在上塔筒(6)的外表面上，通过上塔筒相对于下塔筒的水平旋转偏航对风。制动器(7)配合对主轴(1)制动。感应子发电机是利用感应子(相当于带齿槽的转子)的齿部和槽部磁阻的不同(齿上气隙磁阻小、磁通密度高，槽上磁通密度较低)，在转子转动时，感应子使定子电枢绕组的磁通周期性脉动，从而在绕组中产生感应电动势，感应子发电机是一种交流电机。其电枢绕组和磁体都嵌在定子铁心上，转子上没有绕组，只是一个表面均匀开槽的感应子。因此，感应子发电机结构简单，转子强度大，可以有较高转速。感应子发电机曾在铁路客车中广泛采用，是一项成熟技术。通常的发电机都由一个圆形的转子体和一个圆形的定子体构成，转子通常处于定子体内，电磁作用面为转子的外圆柱面和定子的内圆柱面，旋转磁场就在定转子间如时针一样转动。由于风力涡轮机的低转速特点，使发电机电枢绕组的磁力线切割速度非常低，即使很大体积重量的发电机，其功率容量仍然很小。这就是为什么当今的主流风电机组采用齿轮箱的根本原因，因为齿轮箱将涡轮机的转速提高到适合发电机需要的相对较本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种主要由涡轮机、轴系、制动器、发电机、塔筒组成的风力发电机组，其特征为，涡轮机由长短二段叶片组成，短叶片(2)一端连接在涡轮机主轴(1)的轮毂上，另一端通过连接圆环(4)与长叶片(3)相连接；发电机为分体定子感应子发电机，感应子转子(41)安装在连接圆环(4)上，感应绕组和磁场在定子上，发电机的定子(5)与涡轮机叶片同步水平旋转对风，执行偏航功能；塔筒固定在地基上。

【技术特征摘要】
1.一种主要由涡轮机、轴系、制动器、发电机、塔筒组成的风力发电机组，其特征为，涡轮机由长短二段叶片组成，短叶片(2)一端连接在涡轮机主轴(1)的轮毂上，另一端通过连接圆环(4)与长叶片(3)相连接；发电机为分体定子感应子发电机，感应子转子(41)安装在连接圆环(4)上，感应绕组和磁场在定子上，发电机的定子(5)与涡轮机叶片同步水平旋转对风，执行偏航功能；塔筒固定在地基上。2.根据权利要求1所述的风力发电机组，其特征为，小风叶为6片结构。3.根据权利要求1所述的风力发电机组，其特征为，变桨装置设置在短叶片(2)或长叶片(3)的其中之一上。4.根据权利要求1所述的风力发电机组，其特征为，发电机为感应子分体定子，定子体安装在塔筒(6)的旋转平台(61)上，旋转平台可与风叶同步转动对风。5.权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：於岳亮，於宙，瑞秋，
申请(专利权)人：上海稳得新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31