[發(fā)明專利]一種基于行星齒輪的輪轂雙葉輪反向旋轉(zhuǎn)的風(fēng)電機組

在審

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• 申請日: 2021-12-16
• 公開（公告）號: CN114109710A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋斌;胡書舉;馮帥;孟巖峰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院電工研究所
• 主分類號: F03D1/02
• 分類號: F03D1/02;F03D9/25;F03D15/10
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 金怡

本發(fā)明涉及一種基于行星齒輪的輪轂雙葉輪反向旋轉(zhuǎn)的風(fēng)電機組，包括：塔架、輪轂、前葉輪、后葉輪、傳動系統(tǒng)、機艙；其中，前葉輪、后葉輪在輪轂上呈前、后布置，前葉輪直徑不超過后葉輪直徑；前后葉輪獨立旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向相反；前葉輪主軸和后葉輪主軸為同軸心布局，前葉輪主軸穿過機組輪轂并套在后葉輪主軸中間，輪轂前、后端各有一個軸承安裝孔，前葉輪軸承安裝在輪轂內(nèi)部；后葉輪軸承通過軸承座安裝在機艙內(nèi)部；前、后葉輪主軸與雙輸入行星輪系進行連接，該行星輪系中行星架部件和內(nèi)齒圈軸部件為動力輸入部件；前葉輪主軸與行星架部件進行連接，后葉輪主軸與內(nèi)齒圈部件進行連接，雙輸入行星輪系后面通過傳動系統(tǒng)連接到發(fā)電機。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風(fēng)電機組領(lǐng)域，尤其是一種基于行星齒輪的輪轂雙葉輪反向旋轉(zhuǎn)的風(fēng)電機組。

背景技術(shù)

風(fēng)電已成為現(xiàn)階段發(fā)展最快的可再生能源之一，預(yù)計到2030年，全球風(fēng)電累計裝機容量達2000吉瓦。根據(jù)目前全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平，當前陸上風(fēng)電成本已接近或低于水電成本，但海上風(fēng)電成本仍與水電、火電等能源成本有較大差距。因此如何提高風(fēng)電機組風(fēng)能利用效率、降低度電成本，實現(xiàn)平價上網(wǎng)，是當今全球風(fēng)電行業(yè)面臨的共性關(guān)鍵難題。高效率地獲取風(fēng)能資源是全球風(fēng)電技術(shù)發(fā)展的有效動力。探索新型高效風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，是實現(xiàn)風(fēng)電機組平價上網(wǎng)的有效措施之一。

在探索新型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)方面，美國、丹麥、德國等歐美國家已全面開展，包括概念設(shè)計、性能分析、樣機研制與試驗等。國內(nèi)近年來開始關(guān)注并開展研究，目前已有概念方案提出，如明陽智慧能源集團股份公司(周名軍，張啟應(yīng)，鄒荔兵等.耐腐蝕的雙葉輪風(fēng)力發(fā)電裝置.中國專利，202020763915.92020-05-11.)提出了一種呈Y字型排布的雙風(fēng)輪風(fēng)電機組，通過使用雙葉輪的形式，確保發(fā)電穩(wěn)定性，提升發(fā)電量。北京金風(fēng)科創(chuàng)風(fēng)電設(shè)備有限公司(周海霞，李會勛，翟永.一種多葉輪風(fēng)力發(fā)電機組.中國專利，201922217990.5.2019-12-11)提出了一種多葉輪風(fēng)電機組，該機組通過設(shè)置在塔架不同高度處的多個風(fēng)輪實現(xiàn)對風(fēng)能最大化利用。以上提出的新型風(fēng)電技術(shù)路線通過采用多個葉輪共同進行風(fēng)能捕獲，以提升總體捕獲能力，但未能有效改善和提升每個子葉輪的風(fēng)能捕獲效率。

發(fā)明內(nèi)容

為提高風(fēng)電機組風(fēng)能捕獲效率，本發(fā)明提出一種基于行星齒輪的輪轂雙葉輪反向旋轉(zhuǎn)的風(fēng)電機組，通過在輪轂上設(shè)置兩組獨立旋轉(zhuǎn)的葉輪以共同進行風(fēng)能捕獲，可有效降低輪轂處氣動損失以及葉輪尾流損失，同時前、后葉輪流場相互作用也可改善整體氣動性能，提升葉輪風(fēng)能捕獲效率。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于行星齒輪的輪轂雙葉輪反向旋轉(zhuǎn)的風(fēng)電機組，包括：塔架、輪轂、前葉輪、后葉輪、傳動系統(tǒng)、機艙；其中，前葉輪、后葉輪在輪轂上呈前、后布置，前、后葉輪上的葉片數(shù)量相同或者不同，前葉輪直徑不超過后葉輪直徑；前后葉輪獨立旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向相反；

前葉輪主軸和后葉輪主軸為同軸心布局，前葉輪主軸穿過機組輪轂并套在后葉輪主軸中間，輪轂前、后端各有一個軸承安裝孔，前葉輪軸承安裝在輪轂內(nèi)部；后葉輪軸承通過軸承座安裝在機艙內(nèi)部；

前、后葉輪主軸與雙輸入行星輪系進行連接，該行星輪系中行星架部件和內(nèi)齒圈軸部件為動力輸入部件；前葉輪主軸與行星架部件進行連接，后葉輪主軸與內(nèi)齒圈軸部件進行連接，雙輸入行星輪系后面通過傳動系統(tǒng)連接到發(fā)電機。

進一步的，在風(fēng)速作用下，前、后葉輪分別帶動雙輸入行星輪系中行星架和內(nèi)齒圈軸部件進行旋轉(zhuǎn)，行星輪系中太陽輪為動力輸出部件；前、后葉輪動力經(jīng)雙輸入行星輪系合成后，通過太陽輪軸輸出至發(fā)電機中。

進一步的，雙輸入行星輪系為一級增速系統(tǒng)，包括：行星架、內(nèi)齒圈軸、內(nèi)齒圈、行星輪、太陽輪；其中，內(nèi)齒圈軸與行星架分別為該行星輪系的動力輸入部件，太陽輪為動力輸出部件；機組前葉輪主軸與行星架連接，前葉輪動力傳遞至行星輪上；后葉輪主軸與內(nèi)齒圈軸連接，后葉輪動力傳遞至內(nèi)齒圈；在風(fēng)速作用下，前、后葉輪反向獨立旋轉(zhuǎn)，并分別帶動行星架和內(nèi)齒圈軸進行旋轉(zhuǎn)。