一种10MW级垂直轴风电机组结构

一种10mw级垂直轴风电机组结构
技术领域
1.本发明涉及风力发电机组技术领域，具体涉及一种10mw级垂直轴风电机组结构。


背景技术：

2.目前，10mw级垂直轴风力发电机组的结构型式主要有darrieus型和h型两种，前者因外形类似“灯笼”又称φ型风力机，叶片中部通过数根支撑杆与转轴联结，上下两端向内弯曲收拢固定于转轴外侧，整个风轮中部向外凸出，与h型机组结构相比，相同的扫风面积darrieus型结构的径向尺寸更大，机组运行时轴线在顶部位置的水平位移量很大，虽然两种结构均可用斜拉索与安装平台进行固定，但由于固定点距底部支点距离较远，拉索的垂度增大，特别是h型机组风轮叶片的上端，在旋转时很容易触碰拉索而引发事故停机，甚至极端工况时会导致机组整体倾覆的灾难发生。
3.为了克服上述两种垂直轴风力发电机组的结构技术上存在的不足，本发明提出一种10mw级垂直轴风力发电机组新型结构型式，可最大程度降低机组顶部位移量，分散顶部结构受力，增强结构整体的抗倾覆能力，提高机组运行的安全性和稳定性。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种垂直轴风电机组结构，以解决现有技术中风机叶片在旋转时容易触碰索体而引发故障或安全事故的技术问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
6.本发明提供的一种10mw级垂直轴风电机组结构，包括立柱，所述立柱上由上至下依次设置有预张紧组件、预应力调节组件、回转支撑组件以及发电机组，所述预张紧组件包括连接与所述立柱上端的锥筒，所述锥筒与所述立柱连接处设置有连接块，所述连接块上水平设置有多个径向横梁，多个所述径向横梁远离所述连接块的一侧设置有水平横梁，且所述水平横梁的两端端头分别与相邻所述径向横梁连接；所述锥筒上侧侧壁设置有多个预紧拉索，多个所述预紧拉索远离所述锥筒的一端分别连接于所述径向横梁远离所述连接块的一侧侧壁上。
7.可选的或优选的，所述预应力调节组件包括多个索体，多个所述索体的一端连接于所述预张紧组件上，所述索体另一端活动连接于平台面；所述索体上且远离所述预张紧组件的一侧设置有阻尼器。
8.可选的或优选的，所述回转支撑组件包括风轮架，所述风轮架与所述立柱之间由上至下依次等间距设置有上支撑轴承、中支撑轴承以及下支撑轴承；所述上支撑轴承、中支撑轴承和下支撑轴承的内环分别与所述立柱固定连接，所述风轮架分别与所述上支撑轴承、中支撑轴承和下支撑轴承的外环固定连接。
9.可选的或优选的，多个所述径向横梁远离所述连接块的一端端头设置有传感器；所述传感器为振动传感器、张力传感器或角度传感器。
10.可选的或优选的，所述锥筒的锥度不大于1:80。
11.可选的或优选的，相邻所述径向横梁之间夹角为90
°
；所述水平衡梁与所述径向横梁之间夹角为45
°
。
12.可选的或优选的，所述索体与平台面之间形成一夹角，且所述夹角不大于45
°
。
13.可选的或优选的，所述发电机组包括风力发电机、齿轮箱以及传动组件，所述传动组件用于将风轮转矩传递至齿轮箱；所述风力发电机与所述齿轮箱通过弹性联轴器同轴连接；所述齿轮箱与所述风力发电机靠近安装平台面的一侧分别设置有减震装置。
14.基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：
15.(1)本发明提供的一种10mw级垂直轴风电机组结构，通过设置有预张紧组件，形成一塔型预张紧顶部结构，提高机组顶部结构水平刚度；
16.(2)通过设置有预应力调节组件，其能够根据每条索体在实际工作中受力不同，实时调整预紧力的大小，确保机组预张紧组件中四根预紧拉索方向的水平位移量差值最小，从而降低机组运行时在轴线方向上的振动；
17.(3)通过设置有回转支撑组件，即在轴向上等间距布置三个双排球式回转支撑轴承，使风轮的水平气动载荷均衡地从轴承外圈传递至内圈锥筒，最大程度降低风轮顶部水平位移，以提高机组运行的稳定性；
18.(4)通过将发电机组水平布置，从而降低机组设备重心，增强机组抗震防风防倾覆能力。
附图说明
19.图1是本发明一种10mw级垂直轴风电机组结构的整体结构示意图；
20.图2是本发明一种10mw级垂直轴风电机组结构中预张紧组件的结构示意图。
21.图中：1、立柱；2、锥筒；3、连接块；4、径向横梁；5、水平横梁；6、预紧拉索；7、索体；8、阻尼器；9、风轮架；10、上支撑轴承；11、中支撑轴承；12、下支撑轴承；13、传感器；14、风力发电机；15、齿轮箱；16、弹性联轴器；17、减震装置；18、预紧力调节器。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例都属于本发明保护的范围。
23.【实施例】
24.请参阅图1，一种10mw级垂直轴风电机组结构，其风轮直径为120m，高度为180m，可抵抗风力等级为14级，其包括立柱1，立柱1的底端通过法兰与安装平台固定连接，立柱1上部设置有预张紧组件，上述预张紧组件包括连接于立柱1上端的锥筒2，锥筒2与立柱1连接处设置有连接块3，连接块3用于实现立柱1和锥筒2间的固定连接，锥筒2的由20mm钢板卷压而成，其锥度不大于1:80。
25.本实施例中，连接块3上水平设置有四根径向横梁4，上述四根径向横梁4之间的夹角为90度；四根径向横梁4远离所述连接块3的一侧设置有水平横梁5，且水平衡梁5的两端端头分别与相邻径向横梁4固定连接，即径向横梁4两两之间设置有一水平衡梁5，其中水平
衡梁5端头与径向横梁4之间的夹角为45
°
，上述径向横梁4与水平衡梁5均为低合金高强度16mm壁厚钢管。
26.上述径向横梁4远离所述连接块3的一端端头均设置有传感器13。
27.本实施例中，传感器13为振动传感器。
28.锥筒2上部侧壁设置有四根预紧拉索6，四根预紧拉索6一端铰接于锥筒2侧壁，另一端分别铰接于四根径向横梁4远离连接块3的一侧侧壁。径向横梁4外侧设置有多个耳板，上述多个耳板用于连接预应力调节组件，并将机组顶部运行时产生的不平衡载荷传递给机组安装品台。
29.预应力调节组件包括四根直径60-90mm高强度钢索形成的索体7，其强度等级为1860mpa，工作时预应力不低于400mpa，索体7的一端通过上述耳板与机组顶部预张紧组件连接，另一端铰接于机组安装平台面。具体的，索体7与机组安装平台面形成一个夹角，且该夹角不大于45
°
。
30.本实施例中，索体7远离预张紧组件的一侧设置有阻尼器8，阻尼器8的阻尼比为0.3-0.5％，能够抑制5.0hz一下的低频震源。索体7靠近预张紧组件的一侧设置有预紧力调节器18，上述预紧力调节器可以根据每根索体7的实际工作受力大小实时调整预紧力大小，确保四根索体7方向的水平位移量差值最小，以降低机组运行时轴线方向上的振动。
31.回转支撑组件包括风轮架9，风轮架9与立柱1之间由上至下依次等间距设置有上支撑轴承10、中支撑轴承11以及下支撑轴承12；上支撑轴承10、中支撑轴承11和下支撑轴承12的内环分别与立柱1固定连接，风轮架9分别与上支撑轴承10、中支撑轴承11和下支撑轴承12的外环固定连接。
32.本实施例中，用于支撑和连接风轮的立柱1由若干段锥形筒节组焊而成，上述回转支撑组件在立柱1的底部直径不小于6000mm，中部直径不小于5000mm，顶部直径不小于3000mm。通过轴向等间距布置的三个双排球式回转支撑轴承(即上支撑轴承10、中支撑轴承11和下支撑轴承12)，使风轮的水平气动载荷均衡地从轴承外圈传递至内圈锥筒，最大程度降低风轮顶部水平位移，以提高机组运行的稳定性。
33.本实施例中，上支撑轴承10为推力调心轴承，用于承载风轮轴向重量，且将风轮旋转结构的轴向载荷传递至安装平台面，使机组整体受力均匀合理。
34.发电机组与上述结构在平台上进行水平布置，齿轮箱15和风力发电机14中心至平台安装面高度不超过1800mm，外形长径比1.20～1.80，上述齿轮箱15和风力发电机14与平台安装面设置减震装置17，本实施例中，减震装置17为减震垫。
35.齿轮箱15和风力发电机14轴向通过弹性联轴器16进行连接，限制轴向最大窜动量不超过0.50mm，最大程度降低平台上设备重心，增强机组抗震抗风防倾覆能力。
36.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换
和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种10mw级垂直轴风电机组结构，包括立柱(1)，所述立柱(1)上由上至下依次设置有预张紧组件、预应力调节组件、回转支撑组件以及发电机组，其特征在于：所述预张紧组件包括连接于所述立柱(1)上端的锥筒(2)，所述锥筒(2)与所述立柱(1)连接处设置有连接块(3)，所述连接块(3)上水平设置有多个径向横梁(4)，多个所述径向横梁(4)远离所述连接块(3)的一侧连接有水平横梁(5)，且所述水平横梁(5)的两端端头分别与相邻所述径向横梁(4)连接；所述锥筒(2)上部侧壁设置有多个预紧拉索(6)，多个所述预紧拉索(6)远离所述锥筒(2)的一端分别连接于所述径向横梁(4)远离所述连接块(3)的一侧侧壁上。2.根据权利要求1所述的10mw级垂直轴风电机组结构，其特征在于：所述预应力调节组件包括多个索体(7)，多个所述索体(7)的一端连接于所述预张紧组件上，所述索体(7)另一端活动连接于安装平台面；所述索体(7)靠近所述预张紧组件的一侧设置有预紧力调节器(18)，所述索体(7)靠近所述安装平台面的一侧设置有阻尼器(8)。3.根据权利要求1所述的10mw级垂直轴风电机组结构，其特征在于：所述回转支撑组件包括风轮架(9)，所述风轮架(9)与所述立柱(1)之间由上至下依次等间距设置有上支撑轴承(10)、中支撑轴承(11)以及下支撑轴承(12)；所述上支撑轴承(10)、中支撑轴承(11)和下支撑轴承(12)的内环分别与所述立柱(1)固定连接，所述风轮架(9)分别与所述上支撑轴承(10)、中支撑轴承(11)和下支撑轴承(12)的外环固定连接。4.根据权利要求1所述的10mw级垂直轴风电机组结构，其特征在于：多个所述径向横梁(4)远离所述连接块(3)的一端端头设置有传感器(13)；所述传感器(13)为振动传感器、张力传感器或角度传感器。5.根据权利要求1所述的10mw级垂直轴风电机组结构，其特征在于：所述锥筒(2)的锥度不大于1:80。6.根据权利要求1所述的10mw级垂直轴风电机组结构，其特征在于：相邻所述径向横梁(4)之间夹角为90
°
；所述水平衡梁(5)与所述径向横梁(4)之间夹角为45
°
。7.根据权利要求2所述的10mw级垂直轴风电机组结构，其特征在于：所述索体(7)与平台面之间形成夹角，且所述夹角不大于45
°
。8.根据权利要求1所述的10mw级垂直轴风电机组结构，其特征在于：所述发电机组包括风力发电机(14)、齿轮箱(15)以及传动组件(18)，所述传动组件(18)用于将风轮转矩传递至齿轮箱(15)；所述风力发电机(14)与所述齿轮箱(15)通过弹性联轴器(16)同轴连接；所述齿轮箱(15)与所述风力发电机(14)靠近安装平台面的一侧分别设置有减震装置(17)。9.根据权利要求3所述的10mw级垂直轴风电机组结构，其特征在于，所述上支撑轴承(10)为推力调心轴承(19)，所述推力调心轴承(19)用于将风轮旋转结构的轴向载荷传递至安装平台面。

技术总结
本发明公开了一种10MW级垂直轴风电机组结构，属于风力发电机组技术领域，解决现有技术中风机叶片在旋转时容易触碰索体而引发故障或安全事故的技术问题。它包括立柱，立柱上由上至下依次设置有预张紧组件、预应力调节组件、回转支撑组件以及发电机组，预张紧组件包括连接于立柱上端的锥筒，锥筒与立柱连接处设置有连接块，连接块上设置有多个径向横梁，多个径向横梁之间连接有水平横梁，且水平横梁分别与相邻径向横梁连接；锥筒上部侧壁设置有多个预紧拉索。本发明10MW级垂直轴风电机组结构，在调整好顶部四根斜拉索预紧力的情况下，可有效控制水平位移量，分散顶部结构受力，降低机组轴向振动，提高机组运行的安全性和稳定性。性。性。


技术研发人员：刘占芳 何涛 张凯 张浩
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：2023.05.11
技术公布日：2023/6/29