[發明專利]一種帶有尾舵的多轉子風力發電系統

有效

• 申請號: 201110241036.5
• 申請日: 2011-08-19
• 公開（公告）號: CN102322400A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 朱麗;王一平;黃群武
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: F03D9/00
• 分類號: F03D9/00;F03D1/02;F03D11/00;F03D7/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 陸藝

技術領域

本發明屬于風能利用領域，涉及一種帶有尾舵的多轉子風力發電系統。

背景技術

隨著世界性能源危機和全球環境污染加劇，許多國家都更加重視潔凈的可再生能源的研究、開發和利用。全球風能理事會指出，風力發電技術相比其它可再生能源技術而言更成熟，其效率也更高，產業前景最好，其開發利用增長率遠高于常規能源，風力發電技術是世界上發展最快的可再生能源技術之一。

風輪是風能轉換為機械能的核心部件，因此葉片的性能決定風電機組的性能，葉片在設計壽命期內的安全穩定運行至關重要。水平軸風力發電機的葉片在旋轉過程中，受水平推力、慣性力和重力的綜合作用。受風切變影響，水平推力的大小始終變化，無論對葉片還是傳動系統和塔架都產生大的交變載荷；慣性力的方向隨時變化；重力在葉片根部產生一個與旋轉頻率同頻率的交變載荷。上述三個交變載荷以及由此產生的振動是葉片破壞的主要原因。

風力發電機單機功率越做越大，目前國際上比較一致的看法是：單機功率越大，成本越低，其原因是一般認為風力機功率越大，所需的風力機數目越少，需要維修的部件越少，成本越低。

實際上，由于受建筑物和地面的摩擦作用，隨著高度的增加，風速逐漸增大，這種現象稱之為風切變，葉片在回轉平面內處于不同位置時，風速會有差異，因而在回轉平面垂直方向上葉片承受的水平推力和回轉力矩的大小會不同，導致葉片受到疲勞載荷。同時，重力也會在葉片上產生交變載荷。因此，葉片越長，重量越重，受風切變和重力載荷的影響越大，導致葉片所承受的交變載荷越大，葉片越容易發生破壞。目前，大型風力發電機葉片破壞的報道還不多見，主要是因為安裝時間短，問題還沒有完全暴露，若干年后，也許會大面積爆發。一旦出現問題，風電場由于停機、停電造成經濟損失，再算上維修、吊裝及更換零部件、超限運輸、重復安裝等等花費，加之風機大多安裝在偏遠或者交通不便的地區，吊裝拆卸難度大，最后付出的代價巨大。因此，雖然風電機組的制造成本隨功率增加而降低，但考慮到后期的維修等費用，其總成本反而會上升。另一方面，巨型風電機組其葉片長度將達到60-70m，陸上運輸、安裝極為困難，安裝用的吊車容量將超過1200-1400t，很多地區不具備這個條件，從而限制了巨型風電機組的使用。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種帶有尾舵的多轉子風力發電系統。

本發明的技術方案概述如下：

一種帶有尾舵的多轉子風力發電系統，包括下部塔架1、回轉軸承3和風力機，還包括上部塔架2、梁6和尾舵7，回轉軸承設置在上部塔架和下部塔架之間，梁的一端與上部塔架固定連接，風力機與上部塔架的頂部或/和梁固定連接，風力機包括風輪4和機艙5，風力機為2-100個，上部塔架兩側的梁的長度相等，上部塔架一側的梁上設置的風力機的數量比另一側梁上設置的風力機的數量多1-20個，尾舵與上部塔架、梁或/和機艙通過銷軸進行連接。

尾舵的數目為1-100個。

一種帶有尾舵的多轉子風力發電系統還可以包括桅8，桅的一端連接在下部塔架上。

桅為3-40個。

風力機的功率為優選0.5～500kW，最好是2～100kW。

本發明的優點和積極效果是：

(1)葉片壽命長。本發明的上部塔架上安裝多個中、小型風力機，其葉片短，在高度方向上受風切變影響小，短葉片的疲勞載荷小，同時短葉片的制造技術成熟，性能穩定，因而葉片的壽命長。

(2)占地面積小。考慮到尾流的影響，現有技術的普通風電機組在安裝時要相隔一定的距離，而本發明的在一個塔架上的多個風力機僅僅需要考慮風力機側向的相互影響，大大節省了占地面積。同時，中、小型機組的尾流影響距離短，在風電場內可以布置更多本發明，有利于提高風電場的總裝機容量，提高風電場的經濟效益。

(3)獨特的安裝方式。本發明的上部塔架連接有梁，在正常使用時，作為風力機的安裝結構，在安裝和維修時梁可以作為吊支架，不需要或者僅需要小型起吊機械就可以進行設備安裝與拆裝，有效降低安裝維修成本。

(4)維修成本低。主要體現在以下幾個方面：一是由于采用中、小型風力機，其葉片不僅短而且重量輕，運輸方便和更換簡便；二是規模化效益高，利于集成化和模塊化和規模化，降低生產成本，提高經濟效益；三是中、小型風力機技術成熟，零部件價格便宜。