[發明專利]風力渦輪機系統和組裝風力渦輪機系統的方法

在審

• 申請號: 201810151877.9
• 申請日: 2014-09-05
• 公開（公告）號: CN108194262A
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 喬治·埃拉努維克;弗蘭克·W·庫珀;喬斯·喬治·加壓瑞·維洛里亞
• 申請（專利權）人: 弗特諾瓦有限責任公司
• 主分類號: F03D3/06
• 分類號: F03D3/06;F03D3/02;F03D7/06;F03D9/25;F03D13/20;F03D80/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 郭雪茹

本發明公開了一種風力渦輪機系統，所述風力渦輪機系統包括：風力渦輪機單元，所述風力渦輪機單元包括轉盤托架以及轉盤，所述轉盤支承在所述轉盤托架上，使得所述轉盤能夠繞著轉盤托架旋轉，其中所述轉盤托架包括內部空間和一垂直通道，所述內部空間用于容納發電機定子，所述垂直通道延伸穿過所述轉盤托架的徑向中心以便接納垂直桅桿，并且垂直通道被構造成防止所述轉盤托架繞著被接納在垂直通道中的桅桿旋轉，所述轉盤包括具有用于容納發電機轉子的內部空間的轉盤輪轂、從所述轉盤輪轂的外表面向外延伸的多對轉盤臂以及在各對轉盤臂中的轉盤臂之間延伸的轉盤葉片，所述轉盤托架包括外周通道，所述外周通道繞所述轉盤托架的外表面呈周向延伸以用于容納并能夠旋轉地支承轉盤輪轂，以及所述渦輪機單元是多個渦輪機段組裝而成的模塊化渦輪機單元，所述渦輪機段是可拆卸地聯接到相鄰渦輪機段以組裝整個渦輪機單元的圓周段。

本申請是2016年4月27日進入國家階段、國家申請號為201480059108.6、發明名稱為“獨立式發電垂直軸風力渦輪機系統”的分案申請。

技術領域

本發明涉及發電行業。具體地講，本發明涉及一種垂直軸風力渦輪機系統，所述垂直軸風力渦輪機系統具有一個或多個獨立渦輪機單元以便經由直驅式發電機捕獲風的動能并將動能轉換為電能。

背景技術

風車，即一般而言的旋轉渦輪機，已用于研磨谷物、泵送水，并且在二十世紀開始被用作風力渦輪機，將風的動能轉換為電能。傳統上，用于風力發電的風力渦輪機是水平軸渦輪機，該渦輪機的氣動葉片徑向地布置在水平軸周圍并且固定到安裝于垂直桅桿頂部的軸。

自采用水平軸風力渦輪機起，多年來，水平軸風力渦輪機的尺寸和容量已增加，以便從單桅桿產生更多動力，從而設法利用規模經濟降低其在使用期內發電的成本。較大水平軸風力渦輪機產生的額外動力需要較大容量的發電機，若采取當前使用的發電機技術，發電機會成比例地變大和變重。因此，水平軸風力渦輪機容量的顯著增加，要求其部件顯著更大并且被構造成能承受顯著更大的負載。例如，發電機的尺寸增加需要整個葉片結構的長度和總體尺寸增加，以適應葉片將受到的額外的重量和增加的力。然而，水平軸風力渦輪機的葉片長度存在實際限制。另外，增加葉片的長度會使葉片的制造及運輸更復雜且更昂貴，近海組裝時尤其如此，因為近海組裝將需要大型航海起重機來安裝、維護和改裝發電機。

風力渦輪機發電機的尺寸增加還會使這些發電機的組裝復雜化。目前，常規發電機需要由起重機提升風力渦輪機部件，以便經由桅桿頂端而定位和固定到垂直桅桿。在水平軸渦輪機和垂直軸風力渦輪機中都是如此，在水平軸渦輪機中，風力渦輪機位于桅桿的頂端，而在垂直軸風力渦輪機中，風力渦輪機被提升到桅桿頂端之上，然后降低以將桅桿頂端穿過開口插入到風力渦輪機中。因此，在任一種軸類型中，發電機尺寸的增加，將需要越來越龐大的起重機和提升設備來提起風力渦輪機單元，以便經由桅桿頂端安裝到桅桿。

發電機尺寸的增加還會帶來部件故障和維護相關的更復雜問題。較大的發電機一般將需要較多的部件，而風力渦輪機的幾乎所有部件都可能引發潛在操作故障。也就是說，如果渦輪機中的一個部件發生故障，則整個渦輪機會停止發電。當風力渦輪機暴露于易結冰的環境條件中時，部件發生故障的可能性增大。即使未發生部件故障，由于較大的發電機具有較大的積冰表面積，這將為維護帶來更大的問題。葉片上的積冰會降低氣動效率，從而降低渦輪機的動力轉換能力。過多的積冰還會導致動態負載大于根據設計規范的容許值，在這些情況下操作人員需要停用渦輪機以防損壞。

因此，本領域仍然需要穩固構造的渦輪機系統，不僅可以產生更大量級的電能，同時還能承受與增加的輸出相伴存在的增加的應力。還需要這樣的渦輪機系統，該渦輪機系統有助于單獨部件的可及性、維護和更換，并且在維護和維修時無需關閉系統，使得系統可繼續產生電能，即便此時發電能力更低。還需要這樣的渦輪機系統，該渦輪機系統可用商業施工設備來組裝，尤其是在近海應用中，從而可免去相當昂貴的大型航海起重機的任何需求。還需要抑制過多積冰的系統。

發明內容