双层水平反向旋转随动变角桨叶推挽驱动风力发电机组制造技术

本发明专利技术“双层水平反向旋转随动变角桨叶推挽驱动风力发电机组”属新型、绿色、可再生能源技术领域，风力发电技术。主要解决了如下技术问题：一、在我的《６ＭＷ水平旋转随动变角桨叶立轴直驱永磁同步风力发电机组》风电技术的基础上进一步研究开发，完全自主知识产权。采用立轴、双层水平反向旋转随动变角的大直径，大面积，主要靠钢绞线柔性连接桨叶结构的风机。二、推挽传动机构使反向旋转的上、下两个风机主轴推挽驱动中间轴带动发电机，功率叠加。三、独特的控制系统保证双层桨叶边推动上、下主轴反向旋转边自行调整迎风、顺风角度。四、因单机容量高达１２ＭＷ，节省了大量的基础和配套费用，用其建造风电场的总费用可降低４０％以上。

【技术实现步骤摘要】

先进、新型、绿色可再生能源，风力发电技术。
技术介绍
在我的《水平旋转随动变角桨叶直驱式永磁同步风力发电机组》风电技术的基础上进一步研究开发，自主创新，完全自主知识产权。
技术实现思路
本人独立开发的新型机组，其主要特点为，将两台水平旋转随动变角桨叶风机同轴安装在同一立轴上，推挽传动机构使双层反向旋转的两个风机主轴推挽驱动中间轴带动发电机，使功率叠加。构思新颖且经实验反复考证，技术创新、实用。其特点是效率高、结构牢、重量轻、造价低、易维护、运行可靠，输出功率大，可达12MW，首次突破一万KW级。 一、风机； 1、在我研制6MW水平旋转随动变角桨叶直驱永磁同步风力发电机组时就发现，虽然风机桨叶直径达九十多米，却只能有一半平面迎风，推动主轴旋转，而另一半却为使风机能正常旋转而不得不调整为水平状态，以最大限度地减小风阻。如果能把主轴另一侧的风力也利用起来，将可成倍地提高风机的出力。于是，经多方推敲、实验，立轴、双层、水平旋转随动变角桨叶结构的风力发电机组的方案逐渐成熟。工作时，安装在垂直轴上，上下两层的桨叶同时被风力推动，旋转方向相反，经特殊的机构一推一拉驱动第二轴旋转。在这里，水平分布的两组六片桨叶由专用工控计算机控制，经由直流电机，减速机等组成的执行机构调整，在任意风向时每层均有一片桨叶平面迎风，推动主轴旋转，而绕主轴180°的另一片桨叶则调整为水平状态，立面迎风，对风的阻力很小。随着主轴的转动，每层六片桨叶的角度被不断随机调整，一直保持上述状态，即上、下两层桨叶在主轴的两侧始终有两片桨叶迎风，推拉第三轴旋转，同时有两片桨叶为顺风状态，减小桨叶旋转的阻力，形成对发电机轴推挽驱动的态势。在风机桨叶直径范围内捕捉风能，最大限度地把风能转化为两根风机主轴的旋转机械能，且立轴所承受的侧向推力趋零。由专用工控计算机控制，随风力大小、周波高低和负载大小，执行机构自动调整迎风侧桨叶的角度。当遇到风力达到10级以上等极端情况时，两层六片桨叶均调整至0度(既与水平面平行)，同时，刹车系统启动，保证风机不受损坏。 2、为获得更多的能量，就要加大桨叶直径，由于用了大量的无缝钢管和钢绞线，使风机整体结构即庞大又轻巧，平视象两座钢索斜拉桥，鸟瞰则如蜘蛛网，整体为柔性连接，故结构牢，重量轻，耐疲劳，迎风有效面积大。两层桨叶要在相对反向旋转的同时对主轴一推一挽实现力的叠加，这在机械结构的设计、加工的精度和难度方面都有很大的困难，但经过多次的设计、实验、改进，再反复计算、加工制作模型、试验，现已有了重大突破，经实验完全可以满足上述要求。 3、为了防止雷电破坏，立轴的顶端和两层六片桨叶支撑轴外端都设有放电尖端，既避雷针，经支撑轴、钢绞线、主轴外套联为一体，为避免雷电电流烧伤轴承，通过多套大面积的滑环和含铜炭刷与防雷接地网相连。 二、发电机 1、发电机转子由上下两层风机主轴推挽驱动的第三轴同轴联接，其上镶嵌着由钕铁硼永磁体构成的多极数发电机磁场，以适应风机主轴的低转速需要。当这个磁场随风机旋转时，就切割定子线圈，产生电能。 2、发电机的定子线圈采用高压连接，输出10KV50HZ的三相电能。由于转子上的钕铁硼永磁体磁极磁场极强，磁通密度很大，所以定子线圈每伏匝数较少。这样，定子线圈结构紧凑，效率高。并为连接成10KV高电压输出创造了有利条件。 3、为了调整上网电压和无功功率，与现有的各种永磁电机不同，特殊结构的钕铁硼永磁体多极数磁极与定子铁心之间，磁力间隙可调整。 三、自动控制系统 1、本风力发电机组的自动控制系统由双层水平反向平旋转随动变角桨叶计算机控制系统和若干可编程控制器及风向、风速传感器、定子线圈温度传感器、主轴转速传感器、输出电压变送器、电流变送器、有功功率变送器、无功功率变送器、等诸多传感器、变送器和若干电动执行机构组成。控制双层水平旋转随动变角桨叶边推动主轴旋转边自行调整迎风、顺风角度。 2、为考虑到电网事故、故障、本机检修、自然灾害和在各种极端情况下都能泰然处置，保证以工控机为核心的控制系统不间断的正常工作，确保电动执行机构能准确无误地把桨叶调整到需要的位置，控制电源采用配置了带浮充电源的蓄电池的直流供电系统。 3、当遇到风力达到10级以上等极端情况时，双层六片桨叶自动调整迎风角度，直至调至0度(既与水平面平行)，同时，刹车系统启动，保证风机不受损坏。 4、通过自动控制系统调整磁场间隙和调整迎风面桨叶角度，使周波、电压、无功功率与系统平衡，并获得最大输出的有功功率。 5、并网控制系统本系统用作风力发电机组安全并入和退出电网系统。因采用特殊结构，可调磁隙的永磁同步发电机，所以此风力发电机组并入和退出电网与传统的水电、火电机组并无两样。 四、与现有的风力发电机组比较，此双层水平反向旋转随动变角桨叶推挽驱动立轴式风力发电机组有以下优势 1、因为大半径、大面积的桨叶是直接被风推动而不是切风，且在直径90m长的迎风面上全面收集风能，所以可捕捉到更大的能量，因而可以做到12MW这样大的单机容量。 2、因推挽驱动，省去了机械损耗很大且故障率高的加速齿轮箱，降低了整机的造价，同时提高了效率并具有高可靠性。 3、风机整体结构为柔性连接，故从根本上解决了风机桨叶常年运行材料疲劳损坏的问题，桨叶材料选择范围宽，造价低。 4、因风机的双层桨叶绕立轴水平反向旋转，塔架承受的侧向力趋零，主要承担风力发电机组的自重力，所以对塔架的要求不高，甚至可在高层建筑物的顶层安装。这样就大大降低了风机和风电场的造价。 具体实施例方式 一、本人自2004年起，利用业余时间研制此风力发电机，经过几年的努力，在制作出第一台模型机的基础上，完成其全部的设计理念，并付诸实施。 二、500KW模型机正在制作中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术的技术特征主要有：立轴、双层水平反向旋转随动变角桨叶、整体柔性连接的的风机。在全直径范围内最大限度地把风能转化为上、下两根反向旋转的风机主轴旋转的机械能，经推挽机构驱动中间轴带动发电机发电。　双层水平反向旋转随动变角桨叶推挽驱动 风力发电机组。

【技术特征摘要】
本发明的技术特征主要有立轴、双层水平反向旋转随动变角桨叶、整体柔性连接的的风机。在全直径范围内最大限度地把风能转化为上、下两根反向旋转的风机主轴旋转的机械能，经推挽机构驱动中间轴带动发电机发电。1、双层水...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐锦镛，
申请(专利权)人：徐锦镛，
类型：发明
国别省市：15[中国|内蒙]