特大型垂直轴风力发电装置的机械传动系统

摘要

本发明公开了一种特大型垂直轴风力发电装置的机械传动系统，包括垂直轴、固定在垂直轴上的中心齿轮、发电机和基座，要点在于发电机为立式结构，电机轴线垂直于基座安装；在垂直轴底端的基座上设有承重轴承组，通过承重轴承组和支撑轴承固定垂直轴；在中心齿轮周边设置多个与发电机转轴连接的卫星齿轮，中心齿轮上设有制动盘和电控制动器，发电机转轴上连接电控离合器。本发明结构新颖，设计合理，性能可靠，运行安全稳定，在风速较小的情况下能够平稳启动，即使风速较大，也能够保持额定转速，有效地解决了大型垂直轴风力发电中机械传动问题，发电功率能够达到1.2MW以上。

说明书

所属技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体说是一种因风力将垂直轴产生的转动力矩传递给多台发电机的机械传递系统。

背景技术

特大型垂直轴式风力发电装置，一个很大的特点就是垂直轴的轴体长，自身重，安装与传递力矩比较困难。加上风速的不稳定性，给发电装置的启动和操控带来了很多问题。特别是要充分利用风能，实现大功率发电，就必须要稳定带动多台发电机同时运转。由于风力的不确定性，与其配套的发电机要么因风力小达不到发电机的工作转矩而处于待机启动状态；要么风力已达到单台发电机的工作转矩，但达不到多台发电机的启动转矩，仍然不能顺利启动发电。这样一来，发电系统的风能难以充分利用，发电效率大大降低，设备只能维持低水平运行。因此，稳定垂直轴的转速，控制电机的平稳启动与正常运转，设计科学合理的机械传动系统就成为特大型垂直轴风力发电装置能否正常运行发电的关键。

发明内容

为了解决特大型垂直轴式风力发电设备存在的不足，本发明提供一种根据风力变化，实时将各发电机组依次接入的特大型垂直轴风力发电装置的机械传动系统。

本发明所采用的技术方案是：这种特大型垂直轴风力发电装置的机械传动系统，包括垂直轴、固定于垂直轴上的中心齿轮、发电机和基座，其主要在于所说发电机设置为立式结构，电机轴线垂直于基座安装；在垂直轴底端的基座上设有承重轴承组，通过承重轴承组和支撑轴承固定垂直轴；在中心齿轮周边通过轴承设置3～5个与发电机转轴连接的卫星齿轮，中心齿轮与卫星齿轮啮合，中心齿轮的制动盘上连接1～5个电控制动器，发电机转轴上设有电控离合器。

本发明与现有技术相比的主要优点：

一是结构新颖，设计合理。发电机设置为立式结构，电机轴线垂直于基座安装；在中心齿轮的周边设置3～5个与发电机转轴连接的卫星齿轮，中心齿轮与卫星齿轮活动连接。这些结构的改进，从根本上解决了特大型垂直轴风力发电中存在的瓶颈问题。垂直轴下端经大型法兰与中心齿轮连接，中心齿轮由置于基座的轴承组支撑，垂直轴上的负载和中心齿轮的重力，也即轴向载荷由置于基座底部的承重轴承组承载。风车在风力作用下产生的转矩经垂直轴下端法兰使中心齿轮转动，中心齿轮带动周围对称安装的卫星齿轮。因卫星齿轮轴与发动机输入轴由电控离合器隔离，所以整个齿轮传动为空荷载启动，使齿轮系统轻松完成启动。随着转速上升，当达到设定转速时，传感器将信号发送到计算机，计算机下达指令闭合其中一台发电机离合器。由于离合器采用非直连型，本组的卫星齿轮将转矩逐渐传递给发电机，使发电机完成平稳的启动过程。第一机组工作正常后，速度传感器探知中心齿轮转速又达到设定转速时，又将信号发送到计算机，计算机又向与其对面的第二台机组发出命令。第二台离合器闭合，使第二台发电机组投入工作。风力足够大时，全部发电机投入运行。风力减弱时，上述过程反向执行，发电机依次退出。因而实现了对风能的充分利用，提高了发电效率，达到了大功率发电。

二是运行安全稳定，性能可靠。本发明的另一个特点是当全部发电机投入正常运行后，如果风力仍然过大，就会使中心齿轮转速上升，影响发电设备稳定运转。此时将按照程序设定数值与速度传感器发送的数据进行比对，当大于设定值时，向第一个电控制动器发出刹车指令。如果制动力不足以使中心齿轮按额定转速运行，控制程序将向与第一个制动器对面设置的第二台制动器发出指令使其闭合，依此类推，直至中心齿轮按照额定转速运行。有效地解决了大型垂直轴风力发电中机械传动问题，能够在风速较小的情况下平稳启动，即使风速较大，也能够保持额定转速。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：1.垂直轴，2.中心齿轮，3.卫星齿轮，4.电控离合器，5.电控制动器，6.轴承，7.支撑轴承，8.承重轴承组，9.基座，10.制动盘，11.发电机。

具体实施方式

下面结合实例对本发明作进一步说明。

如图1所示，这种1.2MW的特大型垂直轴风力发电装置的机械传动系统，包括直径d＝600mm的垂直轴1、固定在垂直轴1上的中心齿轮2，中心齿轮2直径d₁＝4250mm，齿数Z₁＝17，4台300KW的发电机11和基座9。发电机11为立式结构，发电机轴线垂直于基座9安装；在垂直轴1底端的基座9上设有承重轴承组8，通过承重轴承组8和支撑轴承7固定垂直轴1。在中心齿轮2周边通过轴承6对应设置4个与发电机11转轴连接的卫星齿轮3，卫星齿轮3直径d₂＝425mm，齿数Z₂＝170，速比i＝10。中心齿轮2与4个卫星齿轮3啮合。中心齿轮2上设有4台盘式制动盘10，制动盘10上设置电控制动器5，在发电机11转轴上连接非直连电控离合器4。

本发明的工作过程是：

在风力作用下，中心齿轮2空载启动。当转速n＞5r·p·m时(取速比λ＝.8)，电控离合器4之一开始闭合，卫星齿轮3将57.3KN的工作转矩传递给发电机11，使发电机11产生300KW的功率输出。当中心齿轮2转速仍然＞5r·p·m时，已投入运行的发电机11对面机组电控离合器4闭合，使第二台300KW发电机11投入运转。只要风力达3级或3级以上，其余发电机11将逐台投入运转。如果风力比较大，中心齿轮转速n＞5r·p·m时，4台盘式电控制动器5将逐台自动进入闭合状态，从而将中心齿轮2转速稳定在n＝5r·p·m。如果风力逐渐变小，中心齿轮2转速低于额定转速时，将按设定程序逐台断开发电机11的电控离合器4，使其中的一台发电机11退出运行状态。只要风车具有57.3KN的转矩，使中心齿轮2保持额定转速，至少可保证一台发电机11正常运转。