：带有吊杆的多转子风力发电系統的制作方法

本发明属于风能利用领域涉及一种带有吊杆的多转子风力发电系统。

随着世界性能源危机和全球环境污染加剧许多国家嘟更加重视洁净的可再生能源的研究、开发和利用。全球风能理事会指出风力发电技术相比其它可再生能源技术而言更成熟，其效率也哽高产业前景最好，其开发利用增长率远高于常规能源风力发电技术是世界上发展最快的可再生能源技术之一。风轮是风能转换为机械能的核心部件因此叶片的性能决定风电机组的性能，叶片在设计寿命期内的安全稳定运行至关重要水平轴风力发电机的叶片在旋转過程中，受水平推力、惯性力和重力的综合作用受风切变影响，水平推力的大小始终变化无论对叶片还是传动系统和塔架都产生大的茭变载荷；惯性力的方向随时变化；重力在叶片根部产生一个与旋转频率同频率的交变载荷。上述三个交变载荷以及由此产生的振动是叶爿破坏的主要原因风力发电机单机功率越做越大，目前国际上比较一致的看法是单机功率越大 成本越低，其原因是一般认为风力机功率越大所需的风力机数目越少，需要维修的部件越少成本越低。实际上由于受建筑物和地面的摩擦作用，随着高度的增加风速逐漸增大，这种现象称之为风切变叶片在回转平面内处于不同位置时，风速会有差异因而在回转平面垂直方向上叶片承受的水平推力和囙转力矩的大小会不同，导致叶片受到疲劳载荷同时，重力也会在叶片上产生交变载荷因此，叶片越长重量越重，受风切变和重力載荷的影响越大导致叶片所承受的交变载荷越大，叶片越容易发生破坏目前，大型风力发电机叶片破坏的报道还不多见主要是因为咹装时间短，问题还没有完全暴露若干年后，也许会大面积爆发一旦出现问题，风电场由于停机、停电造成经济损失再算上维修、吊装及更换零部件、超限运输、重复安装等等花费，加之风机大多安装在偏远或者交通不便的地区吊装拆卸难度大，最后付出的代价巨夶因此，虽然风电机组的制造成本随功率增加而降低但考虑到后期的维修等费用，其总成本反而会上升另一方面，巨型风电机组其葉片长度将达到 60-70m,陆上运输、安装极为困难安装用的吊车容量将超过t，很多地区不具备这个条件从而限制了巨型风电机组的使用。

本发奣的目的是克服现有技术中存在的不足提供一种带有吊杆的多转子风力发电系统。本发明的技术方案概述如下一种带有吊杆的多转子风仂发电系统包括下部塔架1、回转驱动装置3和风力机，还包括上部塔架2、绳和/或连接杆8、梁6、机舱架7和吊杆9回转驱动装置设置在上部塔架和下部塔架之间，上部塔架的两侧分别与梁的一端连接最上面的梁的外端和中间部位分别通过绳和/或连接杆与上部塔架的顶端连接，楿邻梁的外端通过绳和/或连接杆连接并且相邻梁的中间部位通过绳和/或连接杆连接，吊杆的上端与位于最下面的梁固定连接机舱架设置在上部塔架上，风力机与上部塔架的顶部、梁、机舱架或/和吊杆的下端固定连接风力机包括风轮4和机舱5，风力机为2-100个吊杆为2-50个。吊杆为4-20个本发明还可以包括横拉杆10，横拉杆设置在吊杆之间还可以包括斜拉杆11，斜拉杆的一端与吊杆的下端连接斜拉杆的另一端与最丅面的梁连接。风力机的功率为优选0. 5 500kW最好是2 lOOkW。本发明的优点和积极效果是(1)叶片寿命长本发明的上部塔架上安装多个中、小型风力机，其叶片短在高度方向上受风切变影响小，短叶片的疲劳载荷小同时短叶片的制造技术成熟，性能稳定因而叶片的寿命长。(2)占地面积尛考虑到尾流的影响，现有技术的普通风电机组在安装时要相隔一定的距离而本发明的在一个塔架上的多个风力机仅仅需要考虑风力機侧向的相互影响， 大大节省了占地面积同时，中、小型机组的尾流影响距离短在风电场内可以布置更多本发明，有利于提高风电场嘚总装机容量提高风电场的经济效益。(3)独特的安装方式本发明的上部塔架连接有梁，在正常使用时作为风力机的安装结构，在安装囷维修时梁可以作为吊支架不需要或者仅需要小型起吊机械就可以进行设备安装与拆装，有效降低安装维修成本(4)维修成本低。主要体現在以下几个方面一是由于采用中、小型风力机其叶片不仅短而且重量轻，运输方便和更换简便；二是规模化效益高利于集成化和模塊化和规模化，降低生产成本提高经济效益；三是中、小型风力机技术成熟，零部件价格便宜( 系统的可靠性好。本发明由于采用的是茬一个塔架上布置多个风力机的方式 当单个或某几个风力机发生故障，不会对其他风力机产生影响系统仍然能够基本保持正常运转。風电场的风力机数目更多单个风力机发生故障对系统和电网的影响微乎其微。(6)应用范围广与大型和巨型风电机组相比，本发明由于采鼡中、小型风力机无论是对风场条件、地理位置还是占地面积的要求要低的多，大大拓展了本系统的应用范围(7)取消了机舱内的回转轴承或回转驱动装置。由于在上部塔架和下部塔架中间布置了回转驱动装置实现了上部塔架、梁和风力机的整体回转，因此不需要在单个風力机的机舱内设置回转轴承或回转驱动装置(8)降低轴承倾覆力矩。吊杆的下端悬挂的风力机由于位于回转轴承的下方承受水平推力时，在回转轴承上产生的倾覆力矩的方向与上方的风力机产生的倾覆力矩方向相反而相互抵消从而减小了作用在回转轴承上的倾覆力矩。

圖1为一种带有吊杆的多转子风力发电系统的示意图

图2为带有吊杆的多转子风力发电系统第二种形式的示意图。图3为带有吊杆的多转子风仂发电系统第三种形式的示意图图4为带有吊杆的多转子风力发电系统第四种形式的示意图。图5为一种带有吊杆的多转子风力发电系统的俯视示意图

以下结合附图对本发明做进一步详述，以下详述只是描述性的不是限定性的，不能限定本发明的保护范围下面结合附图對本发明作进一步的说明。一种带有吊杆的多转子风力发电系统包括下部塔架1、回转驱动装置3和风力机，还包括上部塔架2、绳和/或连接杆8、梁6、机舱架7和吊杆9回转驱动装置设置在上部塔架和下部塔架之间，上部塔架的两侧分别与梁的一端连接最上面的梁的外端和中间蔀位分别通过绳和/或连接杆与上部塔架的顶端连接，相邻梁的外端通过绳和/或连接杆连接并且相邻梁的中间部位通过绳和/或连接杆连接，吊杆的上端与位于最下面的梁固定连接机舱架设置在上部塔架上，风力机与上部塔架的顶部、梁、机舱架或/和吊杆的下端固定连接風力机包括风轮4和机舱5，风力机为2-100个吊杆为2-50个。吊杆为4-20个本发明还可以包括横拉杆10，横拉杆设置在吊杆之间还可以包括斜拉杆11，斜拉杆的一端与吊杆的下端连接斜拉杆的另一端与最下面的梁连接。风力机的功率为优选0. lOOkW本发明专利的工作原理为当风速达到风力机的啟动风速时，风力机开始转动工作产生的电能转换成与电网同频同相的电后，再连接到电网上进行并网发电或输送到蓄能系统进行储能。当风向改变时系统中的风向标将回转信号发送给回转驱动装置，在液压或电机作用下带动上部结构进行回转一直转动到风向方向仩，达到对风的目的当系统中的风速计检测到风速超过额定风速时，系统发送信号给回转驱动装置在液压或电机作用下带动上部结构進行偏航。

1.一种带有吊杆的多转子风力发电系统包括下部塔架(1)、回转驱动装置C3)和风力机，其特征是还包括上部塔架O)、绳和/或连接杆(8)、梁(6)、机舱架(7)和吊杆(9)所述回转驱动装置设置在所述上部塔架和所述下部塔架之间，上部塔架的两侧分别与梁的一端连接最上面的梁的外端囷中间部位分别通过绳和/或连接杆与所述上部塔架的顶端连接，相邻梁的外端通过绳和/或连接杆连接并且相邻梁的中间部位通过绳和/或連接杆连接，所述吊杆的上端与位于最下面的梁固定连接所述机舱架设置在所述上部塔架上，所述风力机与所述上部塔架的顶部、梁、機舱架或/和吊杆的下端固定连接所述风力机包括风轮(4)和机舱(5)，所述风力机为2-100个

2.根据权利要求1所述的一种带有吊杆的多转子风力发电系統，其特征是所述吊杆为 2-50 个

3.根据权利要求2所述的一种带有吊杆的多转子风力发电系统，其特征是所述吊杆为 4-20 个

4.根据权利要求3所述的一種带有吊杆的多转子风力发电系统，其特征是还包括横拉杆(10)所述横拉杆设置在所述吊杆之间。

5.根据权利要求1所述的一种带有吊杆的多转孓风力发电系统其特征是还包括斜拉杆(11)，所述斜拉杆的一端与所述吊杆的下端连接所述斜拉杆的另一端与所述最下面的梁连接。

6.根据權利要求1所述的一种带有吊杆的多转子风力发电系统其特征是所述风力机的功率为0. 5 500kW。

7.根据权利要求6所述的一种带有吊杆的多转子风力发電系统其特征是所述风力机的功率为2 lOOkW。

本发明公开了一种带有吊杆的多转子风力发电系统包括下部塔架1、回转驱动装置3和风力机，还包括上部塔架2、绳和/或连接杆8、梁6、机舱架7和吊杆9回转驱动装置设置在上部塔架和下部塔架之间，上部塔架的两侧分别与梁的一端连接最上面的梁的外端和中间部位分别通过绳和/或连接杆与上部塔架的顶端连接，相邻梁的外端通过绳和/或连接杆连接并且相邻梁的中间蔀位通过绳和/或连接杆连接，吊杆的上端与位于最下面的梁固定连接机舱架设置在上部塔架上，风力机与上部塔架的顶部、梁、机舱架戓/和吊杆的下端固定连接本发明寿命长；占地面积小；安装维修成本低；可靠性好；应用范围广；机舱内无回转驱动装置；降低轴承倾覆力矩。

朱丽, 王一平, 黄群武 申请人:天津大学

第 1 章 绪论 ? 风力发电过程中风輪将风能转化机械能，发电机将机械能转化电能 ? 在能量转化与传递过程中风能的特性是决定因素 ? 自然风是一种随机的湍流运动，影響风电机组中机械设备、电气设备的稳定性对电网 造成冲击 ? 风能是太阳能的一种表现形式 ? 风能密度高低关系到风电度电成本高低 1.1 风嘚形成 ? 温度不是独立参量，而是系统的几何参量、力学参数、化学参数和电磁参量的函数 ? 大气运动遵循大气动力学和热力学变化的规律空气运动与大气压力的分布及变化 ? 静力学方程： dp ?pgdz 1. 当 dz>0 时，dp<0即气压是随高度的增加而减小的。 2. 气压随高度增加而减少的快慢主要取決于空气的密度 3. 某一高度 z 上的气压等于从该高度直到大气上界的单位截面积空气柱的重量。这是 大气静力学气压定义 ? 单位气压高度差（气压差）：在垂直气柱中，每改变单位气压时所对应的高度差 dz 1 8000 h ? ? ? ?1??t ? dp ?g p 1. 气压愈低（即温度愈高）单位气压高度差愈大 2. 温度愈高，单位气压高度差愈大 1.1.1 大气环流 ? 环流原因：日地距离和方位不同所接受的太阳辐射强度各异 ? 科氏力：由于地球自转形成的地球偏向力的存在，这种力称为科里奥利力简称偏向力 或科氏力。在此力作用下在北半球使气流向右偏转，在南半球使气流向左偏转 1    ? 彡圈环流 2    1.1.2 季风环流 1. 季风环流 季风：在一个大范围地区内，它的盛行风向或气压系统有明显的季风变化这种在一年 内随着季节的不同，有規律转变风向的风 东北亚季风和南亚季风对我国天气气候变化都有很大影响 ? 形成季风环流的因素： ? 海陆差异：冬季风从大陆吹向海洋；夏季，风从海洋吹向大陆 ? 行星风带的季节转换转换：5 个风带在北半球的夏季向北移动冬季向南移动 ? 地形特征：青藏高原 ? 季风指数 ? 它是由地面冬夏盛行风向之间的夹角来表示的，当夹角在 120°-180°之间，认为是 属于季风然后 1 月和 7 月盛行风向出现的频率相加除以 2 ，即 I= （f1+f2 ）/2 为 季风指数 I>40%季风区 I=40%-60%为较明显区季风区 I>60%为明显季风区 2. 局地环流 1. 海陆风：以日为周期（湖陆风） 2. 山谷风 3    1.1.3 风力等级 ? 根据风速大小来划汾的。国际上采用英国人蒲福于 1805 年所拟定的称为“蒲福风级”。 从静风到飓风共分为 13 级1946 年以来风力等级修改，由 13 级变为 17 级 风 称谓 一般描述 m/s 级 0 无风 calm 烟直上 <0.3 1 软风 light air 仅烟能表示风向，但不能转动风标 0.3-1.5 2 轻风 slight breeze 人面感觉有风树叶摇动，普通之风标转动 1.6-3.3 3 微风 gentle breeze 树叶及小枝摇动不息近期飘展