一种风力发电机组风叶分段设计安装式风轮的制作方法

1.本发明属于风力发电技术领域,具体涉及一种风力发电机组风叶分段设计安装式风轮。


背景技术：

2.在大力发展风力发电机组安装的背景下，人们在追逐风机安装数量的同时也在追求风轮捕风效率的提高。目前国内外的风力发电机组，绝大部分都是采用在一个轮毂上面安装三片风叶的风轮。现有三风叶风轮捕风转换效率cp值为0.42～0.48，风能转换效率相对较低。目前有双轮对转涡轮；双轮桨叶；双轮对转压气机等双轮技术在航空飞机、火电汽轮机、燃气轮机等行业中显示出其性能的优越性。采用双风轮技术应用于大型风力发电机组设计制造中，提高捕获风能转换效率是本发明的目地。


技术实现要素：

3.本发明的风叶分段安装式风轮相当于双风轮功效，具有能够吸收更多风能的效果。相比单风轮机组同功率下会很大程度降低风轮直径提高扑风功率；相比塔筒前后分别安装风轮的双风轮风力机组；减少一条传动链；减少可能发生故障点，降低制造成本，同时降低整机可能发生的不平衡负载。本发明主要解决的技术问题是将现有三风叶风轮风能捕风转换效率cp值在0.42～0.48提高到0.64～0.72,提供了一种风力发电机组的风叶分段设计安装式风轮，解决该问题的技术方案如下：
4.本发明的一种风力发电机组的风叶分段设计安装式风轮，由轮毂、前段风叶、后段风叶和轮毂罩组成，前段风叶和后段风叶分段设置在轮毂上，前段风叶纵向中心点f与后段风叶纵向中心点e之间的距离是后段风叶长度的0.04～0.09倍，前段风叶的长度是后段风叶长度的0.75～1.2倍，轮毂、主传动轴、增速箱和发电机的中心轴线与主机水平中心线的配装仰角θ为4
°
～8.5
°
，轮毂的右端与主传动轴连接，轮毂罩罩在风轮上。
5.本发明的一种风力发电机组的风叶分段设计安装式风轮的有益效果：一、采用一个轮毂上分段设置风叶的风轮cp值提高到0.64～0.72，提高风力发电功率160％以上，年增加发电1500小时以上；二、采用风叶分段式风轮相当于在原有一个风轮基础上增加了约一倍的风轮扑风效能。难度在于增加了一个风轮的重量和弯矩给塔筒和基础带来增加的载荷。创新点在于发明人通过综合研究风叶分段设计安装式风轮前段风叶安装中心与后段风叶安装中心不同间距,前段风叶与后段风叶不同长度形成前后风轮不同面积比等之间的特性规律。包括对风轮在不同风速下获得的功率、推力、纵向力、横向力、倾覆力矩和偏航力矩通过仿真计算获得清楚描述前后两段风叶的距离、风叶长度比、风轮的安装仰角θ、前、后段风叶在轮毂上安装锥角度数、风叶数量和前、后段风叶安装相位角等多项最佳的设计数据。减小了风力发电机组塔筒、基础载荷和风机塔筒效应引发的循环载荷振动的问题；三、风叶分段安装式风轮由两个风轮扑风，比较塔筒上、下风向各安装风轮的双风轮风力机组减少了塔筒效应引起的循环载荷，减少了一个传动链装置，节约整机、塔筒和基础制造成本的
40％。本发明的风叶分段安装式风轮适用于有齿轮增速箱的大型风力发电机组和直驱式风力发电机组。
附图说明
6.图1是本发明一种风力发电机组的风叶分段设计安装式风轮的结构示意图，图2是图1中两叶片的风叶分段式风轮的结构示意图，图3是图2的侧视图，图4是图1中三叶片的风叶分段式风轮的结构示意图，图5是图4的左视图，图6是采用直驱式风力发电机组的风叶分段式风轮结构示意图。图中1是风轮，2是增速箱，2-1是增速箱索紧盘，3是发电机，4是主传动轴，5是主轴承座及轴承，6是增速箱支撑座，7是主机座，8是风机塔筒，9是偏航轴承系统，12是主控制柜，18是前段风叶变桨驱动控制柜，19是后段风叶变桨驱动控制柜，13是变流器柜，14是变流器控制柜，15是冷却器柜，16是变浆轴承系统，17是主机舱罩,20是前段风叶安装在变桨轴承活动环上。
具体实施方式
7.具体实施方式一、结合图1描述实施方式，本实施方式由轮毂1-1、前段风叶1-2、后段风叶1-3和轮毂罩1-4组成，其特征在于:前段风叶1-2和后段风叶1-3分段设置在轮毂1-1上，前段风叶1-2纵向中心点f与后段风叶1-3纵向中心点e之间的距离是后段风叶1-3长度的0.04～0.09倍，前段风叶1-2的长度是后段风叶1-3长度的0.75～1.2倍，轮毂1-1、主传动轴4、增速箱2和发电机3的中心轴线与主机水平中心线22的配装仰角θ为4
°
～8.5
°
，轮毂1-1的右端与主传动轴4连接，轮毂罩1-4罩在风轮1上。
8.所述的关键技术还在于风轮1与主传动轴4设计安装相对于主机水平中心线22仰角θ为4
°
～8.5
°
，这个仰角θ决定了风机塔架和基础部分承受风轮弯矩载荷的承载能力，对整机的经济性能指标的影响至关重要。
9.具体实施方式二、结合图1描述实施方式，本实施方式所述的轮毂1-1上前段风叶1-2和后段风叶1-3采用两片风叶或叁片风叶。
10.具体实施方式三、结合图1描述实施方式，本实施方式所述的轮毂1-1上前段风叶1-2的安装锥角为4
°
～6
°
，后段风叶1-3的安装锥角为0
°
～1
°
之间。
11.具体实施方式四、结合图1描述实施方式，本实施方式所述的采用每段两片风叶时，风叶在轮毂1-1圆周上180
°
等距设置，前段风叶1-2与后段风叶1-3的相位角差为90
°
。
12.具体实施方式五、结合图1描述实施方式，本实施方式所述的采用每段三片风叶时，风叶在轮毂1-1圆周上120
°
等距设置，前段风叶1-2与后段风叶1-3相位角差为30
°
～60
°
。
13.具体实施方式六、结合图1描述实施方式，本实施方式所述的由增速箱2、发电机3和主传动轴4组成的主机的仰角与轮毂1-1的仰角4
°
～8.5
°
相同。
14.具体实施方式七、结合图1描述实施方式，本实施方式所述的增速箱分三个增速等级类别。其增速比可分为低增比1:12～1:25；中增速比1:46～1:85，高增速比1:100～1:180。
15.具体实施方式八、结合图1描述实施方式，本实施方式所述的发电机3、增速箱2和主传动轴4中心均开有孔，用于通过变桨控制通讯和供电线路用。
16.具体实施方式九、结合图1描述实施方式，本实施方式所述的轮毂1-1为整体铸造件或分两段铸造件分别精加工后组装成一体。
17.本发明目的是提高风能的转换效率。风力发电功率p＝0.5xρxv3xsxcp。cp是功率系数(或整个机组的空气动力-机械-电气性能效率)p为风力机实际获得的轴功率，单位为w；ρ为空气密度，单位为kg/m3；s为风轮的扫风面积，单位为
㎡
；v为实际风速，单位为m/s。现有三风叶风轮cp值在0.42～0.48的范围。
18.以上所述之实施例只为本发明之较佳例，并非以此限制本发明的实施范围，其他任何的未背离本发明精华突出实质与原理下所有的改变、替代、组合简化均应为等效置换方式，涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种风力发电机组的风叶分段设计安装式风轮，它由轮毂、前段风叶、后段风叶和轮毂罩组成，其特征在于:前段风叶和后段风叶分段设置在轮毂上，前段风叶纵向中心点f与后段风叶纵向中心点e之间的距离是后段风叶长度的0.04～0.09倍，前段风叶的长度是后段风叶长度的0.75～1.2倍，轮毂、主传动轴、增速箱和发电机的中心线与主机水平中心线的配装仰角θ为4
°
～8.5
°
，轮毂的右端与主传动轴连接，轮毂罩罩在风轮上。2.根据权利要求1所述的一种风力发电机组的风叶分段设计安装式风轮，其特征在于:所述的轮毂上前段风叶和后段风叶每段采用两片风叶或叁片风叶。3.根据权利要求1所述的一种风力发电机组的风叶分段设计安装式风轮，其特征在于:所述的轮毂上前段风叶的安装锥角为4
°
～6
°
，后段风叶的安装锥角为0
°
～1
°
之间。4.根据权利要求1所述的一种风力发电机组的风叶分段设计安装式风轮，其特征在于:所述的采用每段两片风叶时，风叶在轮毂圆周上180
°
等距设置，前段风叶与后段风叶相位角差为90
°
。5.根据权利要求1所述的一种风力发电机组的风叶分段设计安装式风轮，其特征在于:所述的采用每段叁片风叶时，风叶在轮毂圆周上120
°
等距设置，前段风叶与后段风叶相位角差为30
°
～60
°
。6.根据权利要求1所述的一种风力发电机组的风叶分段设计安装式风轮，其特征在于:所述的轮毂为整体铸造件或分两段铸造件分别精加工后组装成一体。

技术总结
一种风力发电机组的风叶分段设计安装式风轮，它涉及风力发电风轮技术领域。它解决了现有功率系数Cp值低的问题。本发明采用前段风叶和后段风叶分段设置，前段风叶周向中心点F与后段风叶周向中心点E之间的距离是后段风叶长度的0.04～0.09倍，前段风叶的长度是后段风叶长度的0.75～1.2倍。本发明采用一个轮毂上分段设置风叶的风轮Cp值提高到0.64～0.72，提高风力发电效率160％，年增加发电1500小时以上。适用于大型风力发电机组和直驱式风力发电机组。机组。机组。


技术研发人员：华小平 刘子铭
受保护的技术使用者：刘子铭
技术研发日：2023.03.13
技术公布日：2023/6/7