一种适用于风电机组的双偏航装置

1.本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种适用于风电机组的双偏航装置。


背景技术：

2.由于水平轴风电机组技术具有风能转换率高、转轴较短等优势，是目前市场上风电的主流机型。但是随着风力机组大型化尤其是向海上发展后，常规机型逐渐暴露出尺寸重量大、重心高、叶轮直径大等严峻挑战。为了适应新的发展，国内外学者探索出了新型多风轮机组的高效风能转换形式，多叶轮风电机组通过降低单机容量缓解机组大型化带来的结构、成本等问题。
3.文章《thestructuraldesignandpreliminaryaerodynamicevaluationofamulti-rotor systemasasolutionforoffshore》(《一种海上多旋翼系统的结构设计和初步气动评估的解决方案》)、《differentoptionsformulti-rotorwindturbinegridconnection》(《多转子风力发电机并网的不同方法》)、中国发明专利申请cn201110241037、cn202010398856研究提出了不同结构形式的多叶轮风电机组的排布方式，但是并未对多风轮机组的偏航装置做进一步研究和说明。文章《aerodynengineeringdatasheetscdnezzyhoch2》(《aerodyn的scd工程设计》)、《benchmarkofpivotbuoyversusotherfloatingsystems》(《枢轴浮标与其他浮动系统的基准》)研究提出了下风向和单点系泊新型风电机组形式，但是被动偏航并不适用于我国广大海域。
4.中国发明专利申请cn201680073884、cn201980074953公开了一种用于多风轮风电机组的偏航装置和机组，该机组系统由两排平行的两风轮机组构成，偏航装置采用包围塔架的同轴结构，内壁与塔架固定，外壁相对塔架可以旋转，从而完成机组偏航。但是这种偏航装置支撑结构受力不佳、偏航角度受限，未能体现模块标准化思路，适用性不强。
5.中国实用新型专利申请cn201922217990公开了一种在塔架的不同高度处独立偏航的多叶轮风电机组，每个叶轮处均设有偏航装置，该结构虽从高度实现了风能最大化利用，但是偏航装置复杂，偏航部件成倍增加，没有解决机组大型化的载荷和成本问题。中国发明专利申请cn201310225055公开了一种整体偏航的海上风电场，多台机组固定于一个海上环状漂浮平台实现整体偏航，但漂浮平台庞大昂贵暂时不具有可行性。中国发明专利申请cn201910332817公开了一种海上浮式多风轮风力机主动偏航系统，但并未考虑机组的支撑结构和陆上机组的情况。


技术实现要素：

6.为了解决上述问题，本发明提出一种适用于风电机组的双偏航装置，通过两套偏航系统，完成多风轮风电机组的整体偏航动作，支撑结构受力较好，降低单个偏航轴承的尺寸重量与载荷、适用我国广大海域，提升新型机组稳定性和可靠性。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.一种适用于风电机组的双偏航装置，包括偏航系统和偏航支撑结构；所述偏航系
统包括上偏航系统、下偏航系统；所述上偏航系统和下偏航系统固定安装在塔架的上下两端；所述上偏航系统在风轮扫琼面中心之上；所述偏航支撑结构固定于偏航系统上，将多个机舱与偏航系统连接，偏航系统驱动实施多风轮风电机组的偏航动作。
9.进一步地，所述上偏航系统包括第一偏航驱动系统、第一偏航制动系统、第一安装法兰、保护舱；所述偏航驱动系统包括第一偏航轴承、第一偏航驱动电机，所述偏航轴承的固定圈通过安装法兰与塔架固定，回转圈驱动保护舱实施偏航动作；所述第一偏航制动系统与安装法兰固定连接以限制保护舱的相对转动；所述保护舱包括第一桁架连接模块。
10.进一步地，所述下偏航系统包括第二偏航驱动系统、第二偏航制动系统、第二安装法兰、回转舱；所述第二偏航驱动系统包括第二偏航轴承、第二偏航驱动电机，所述第二偏航轴承固定圈通过第二安装法兰与塔架固定，回转圈驱动回转舱实施偏航动作；所述第二偏航制动系统与安装法兰固定连接以限制偏航的回转舱的相对转动；所述回转舱包括第二桁架连接模块、密封圈；所述回转舱外部具有耐腐蚀层。
11.进一步地，所述偏航支撑结构包括上受拉桁架、下受压桁架；所述偏航支撑结构正视截面呈左右对称的四边形；所述上受拉桁架通过第一桁架连接模块将上偏航系统与风电机组的机舱连接；所述下受压桁架通过第二桁架连接模块将下偏航系统与风电机组的机舱连接；所述上受拉桁架为一组支撑架呈v型展开；所述下受压桁架为两组支撑架分别位于回转架前后两侧呈v型展开；所述上受拉桁架、下受压桁架与机组的机舱连接点处在机组重心所在垂直面上。
12.进一步地，所述上偏航系的第一偏航驱动电机、下偏航系统的第二偏航驱动电机为2-4个；所述上偏航系统的第一桁架连接模块、下偏航系统的第二桁架连接模块为2-4组；所述保护舱和回转舱为圆形截面且回转中心与机组重心重合。
13.进一步地，所述上偏航系统与塔架连接处高于左右两侧机组机舱2-10m；所述下偏航系统与塔架连接处高于塔架根部基础或海平面5-20m。
14.进一步地，所述偏航支撑结构的上受拉桁架的v型角度为160
°‑
177
°
；所述偏航支撑结构的下受压桁架的v型角度为72
°‑
100
°
；所述偏航支撑结构连接的左右两侧机组的风轮最小间隙为5-20m。
15.进一步地，所述上偏航系统可去除驱动系统，保持被动偏航，由下偏航系统驱动实现整体偏航动作；所述上、下偏航系统配置有角度传感器、温度传感器。
16.进一步地，所述风电机组的不同机头采用水平轴直驱、双馈、半直驱中的同一种风机类型。
17.进一步地，所述双偏航装置适用于双风轮机组或并列式多风轮机组整体偏航。
18.进一步地，所述塔架是塔筒或钢架形式。
19.本发明至少具有以下有益效果：
20.新型多风轮风电机组可以极大缓解大型装备和部件设计、制造、运输、安装与维护难度大的问题，本发明的新型机组双偏航装置，通过两套偏航系统驱动机组整体偏航，进一步减轻了多风轮机组的偏航轴承压力，机组载荷更加均匀，降低偏航轴承的加工难度，提高新型机组稳定性。
21.本发明的偏航支撑结构优化传统塔架形式，优选支撑角度和高度，机组主应力受压，次应力受拉，刚度高，适应新型机组对多机头支撑的需求。
附图说明
22.图1为本发明提出的一种适用于风电机组的双偏航装置示意图；
23.图2为本发明的上偏航结构示意图；
24.图3为本发明的下偏航结构示意图。
25.附图中：1为上偏航系统、2为下偏航系统、3为偏航支撑结构、4为风轮、5为机舱、6为塔架、1.1为第一偏航驱动电机、1.2为第一偏航制动系统、1.3为第一安装法兰、1.4为保护舱、1.5为偏航轴承、1.6为第一桁架连接模块、2.1为第二偏航驱动电机、2.2为偏航轴承、2.3为第二偏航制动系统、2.4为第二安装法兰、2.5为回转舱、2.6为第二桁架连接模块、3.1为上受拉桁架、3.2为下受压桁架。
具体实施方式
26.以下结合附图对本发明的实施方式进行说明，所描述的实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
27.如图1所示，本发明的一种适用于风电机组的双偏航装置包括：偏航系统和偏航支撑结构3。所述偏航系统包括上偏航系统1和下偏航系统2。其中上偏航系统1和下偏航系统2固定安装在塔架6的上下两端；上偏航系统1在风轮扫琼面中心之上；偏航支撑结构3固定于偏航系统上，将多个机舱5与偏航系统连接，偏航系统驱动实施多风轮风电机组的偏航动作。
28.如图2所示，所述上偏航系统1包括第一偏航驱动系统、第一偏航制动系统1.2、第一安装法兰1.3、保护舱1.4。其中第一偏航驱动系统包括第一偏航轴承1.5、第一偏航驱动电机1.1，第一偏航轴承1.5的固定圈通过第一安装法兰1.3与塔架6固定，回转圈驱动保护舱1.4实施偏航动作；第一偏航制动系统1.2与第一安装法兰1.3固定连接以限制保护舱1.4的相对转动；保护舱1.4包括桁架连接模块1.6。
29.如图3所示，所述下偏航系统2包括第二偏航驱动系统、偏航制动系统2.3、第二安装法兰2.4、回转舱2.5。其中第二偏航驱动系统包括第二偏航轴承2.2、第二偏航驱动电机2.1，第二偏航轴承2.2的固定圈通过第二安装法兰2.4与塔架6固定，回转圈驱动回转舱2.5实施偏航动作；第二偏航制动系统2.3与第二安装法兰2.4固定连接以限制回转舱2.5的相对转动；回转舱2.5包括第二桁架连接模块2.6、密封圈；所述回转舱2.5外部具有耐腐蚀层。
30.如图1，图2，图3所示，所述偏航支撑结构3包括上受拉桁架3.1、下受压桁架3.2。偏航支撑结构3正视截面呈左右对称的四边形；所述上受拉桁架3.1通过第一桁架连接模块1.6将上偏航系统1与风电机组的机舱5连接；所述下受压桁架3.2通过第二桁架连接模块2.6将下偏航系统2与风电机组的机舱5连接；上受拉桁架3.1优选一组支撑架呈v型展开；下受压桁架3.2优选的两组支撑架分别位于回转架2.6前后两侧呈v型展开；所述上受拉桁架3.1、下受压桁架3.2与机组的机舱5连接点处在机组重心所在垂直面上。
31.优选的，上偏航系统1的第一偏航驱动电机1.1、下偏航系统2的第二偏航驱动电机2.1优选的为2-4个；上偏航系统1的第一桁架连接模块1.6、下偏航系统2的第二桁架连接模块2.6优选的为2-4组；所述保护舱1.4和回转舱2.5优选为圆形截面且回转中心与机组重心重合。
32.优选的，上偏航系统1与塔架6连接处优选的高于左右两侧机组的机舱2-10m；下偏
航系统2与塔架6连接处优选的高于塔架根部基础或海平面5-20m。
33.优选的，偏航支撑结构3的上受拉桁架3.1的v型角度优选的为160
°‑
177
°
；偏航支撑结构3的下受压桁架3.2的v型角度优选的为72
°‑
100
°
；偏航支撑结构3连接的左右两侧机组的风轮4最小间隙优选的为5-20m。
34.优选的，上偏航系统1可去除驱动系统，保持被动偏航，由下偏航系统2驱动实现整体偏航动作；优选的上下偏航系统配置有相应角度传感器、温度传感器等。
35.优选的，所述风电机组的不同机头采用水平轴直驱、双馈、半直驱中的同一种风机类型。
36.优选的，所述双偏航装置不仅适用于双风轮机组，也适用于并列式多风轮机组整体偏航。
37.优选的，所述塔架是塔筒或钢架形式。
38.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种适用于风电机组的双偏航装置，其特征在于：包括偏航系统和偏航支撑结构；所述偏航系统包括上偏航系统、下偏航系统；所述上偏航系统和下偏航系统固定安装在塔架的上下两端；所述上偏航系统在风轮扫琼面中心之上；所述偏航支撑结构固定于偏航系统上，将多个机舱与偏航系统连接，偏航系统驱动实施多风轮风电机组的偏航动作。2.根据权利要求1所述的一种适用于风电机组的双偏航装置，其特征在于：所述上偏航系统包括第一偏航驱动系统、第一偏航制动系统、第一安装法兰、保护舱；所述偏航驱动系统包括第一偏航轴承、第一偏航驱动电机，所述偏航轴承的固定圈通过安装法兰与塔架固定，回转圈驱动保护舱实施偏航动作；所述第一偏航制动系统与安装法兰固定连接以限制保护舱的相对转动；所述保护舱包括第一桁架连接模块。3.根据权利要求1所述的一种适用于风电机组的双偏航装置，其特征在于：所述下偏航系统包括第二偏航驱动系统、第二偏航制动系统、第二安装法兰、回转舱；所述第二偏航驱动系统包括第二偏航轴承、第二偏航驱动电机，所述第二偏航轴承的固定圈通过第二安装法兰与塔架固定，回转圈驱动回转舱实施偏航动作；所述第二偏航制动系统与安装法兰固定连接以限制偏航的回转舱的相对转动；所述回转舱包括第二桁架连接模块、密封圈；所述回转舱外部具有耐腐蚀层。4.根据权利要求1所述的一种适用于风电机组的双偏航装置，其特征在于：所述偏航支撑结构包括上受拉桁架、下受压桁架；所述偏航支撑结构正视截面呈左右对称的四边形；所述上受拉桁架通过第一桁架连接模块将上偏航系统与风电机组的机舱连接；所述下受压桁架通过第二桁架连接模块将下偏航系统与风电机组的机舱连接；所述上受拉桁架为一组支撑架呈v型展开；所述下受压桁架为两组支撑架分别位于回转架前后两侧呈v型展开；所述上受拉桁架、下受压桁架与机组的机舱连接点处在机组重心所在垂直面上。5.根据权利要求1所述的一种适用于风电机组的双偏航装置，其特征在于：所述上偏航系统的第一偏航驱动电机、下偏航系统的第二偏航驱动电机为2-4个；所述上偏航系统的第一桁架连接模块、下偏航系统的第二桁架连接模块为2-4组；所述保护舱和回转舱为圆形截面且回转中心与机组重心重合。6.根据权利要求1所述的一种适用于风电机组的双偏航装置，其特征在于：所述上偏航系统与塔架连接处高于左右两侧机组机舱2-10m；所述下偏航系统与塔架连接处高于塔架根部基础或海平面5-20m。7.根据权利要求1所述的一种适用于风电机组的双偏航装置，其特征在于：所述偏航支撑结构的上受拉桁架的v型角度为160
°‑
177
°
；所述偏航支撑结构的下受压桁架的v型角度为72
°‑
100
°
；所述偏航支撑结构连接的左右两侧机组的风轮最小间隙为5-20m。8.根据权利要求1所述的一种适用于风电机组的双偏航装置，其特征在于：所述上偏航系统可去除驱动系统，保持被动偏航，由下偏航系统驱动实现整体偏航动作；所述上、下偏航系统配置有角度传感器、温度传感器。9.根据权利要求1所述的一种适用于风电机组的双偏航装置，其特征在于：所述风电机组的不同机头采用水平轴直驱、双馈、半直驱中的同一种风机类型。10.根据权利要求1所述的一种适用于风电机组的双偏航装置，其特征在于：所述双偏航装置适用于双风轮机组或并列式多风轮机组整体偏航。11.根据权利要求1所述的一种适用于风电机组的双偏航装置，其特征在于：所述塔架
是塔筒或钢架形式。

技术总结
本发明公开一种适用于风电机组的双偏航装置，属于风力发电领域，其中新型风电机组的双偏航装置包括上偏航系统、下偏航系统、偏航支撑结构。所述上偏航系统和下偏航系统固定安装在塔架的上下两端；所述上偏航系统在风轮扫琼面中心之上；所述偏航支撑结构固定于偏航系统上，将多个机舱与偏航系统连接，偏航系统驱动实施多风轮风电机组的偏航动作。本发明申请面向大型多风轮新型风电机组应用场景，通过两套偏航系统，完成多风轮风电机组的整体偏航动作，具有降低单个偏航轴承尺寸重量与载荷、可靠性高，稳定性强，低成本等优势，并具有海上应用的潜力。用的潜力。用的潜力。


技术研发人员：冯帅 胡书举 宋斌
受保护的技术使用者：中国科学院电工研究所
技术研发日：2023.03.01
技术公布日：2023/6/26