專利名稱：塔式渦輪風電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能廣泛適用在各類風域生產(chǎn)風電及防治風害(災)的塔式渦輪風電裝置。
背景技術(shù)：
目前，開發(fā)這種天然、清潔可再生風能資源不僅是世界各國的共識，簡直是人類的渴求，天賜風能的可開采儲量十分巨大，若能有效開發(fā)其中的I %，則全世界的能源結(jié)構(gòu)就會發(fā)生很大變化，煤炭、石油這些不可再生資源將不再主要用于發(fā)電、動カ機具的燃料，生態(tài)環(huán)境中碳排放量也將大幅度減少，在這種急需的大環(huán)境中風電生產(chǎn)與日俱增，如公知的投入實用的旋槳式風電裝置，由于整體結(jié)構(gòu)只適于在風能資源豐富、風速、風向符合設計要求，無突發(fā)性大風的風域組建大型、超大型風電機群采集風電，旋槳轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的噪音遠遠超標，不得不遠離城鎮(zhèn)，不能防御風害及適應風速變化大時發(fā)電量也隨之變化的要求，使得在各類風域開發(fā)風電的廣泛性上存在不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的塔式渦輪風電裝置是ー種不受風速、風向影響，一塔配置多臺直流發(fā)電機適應風速變化時發(fā)電量也相應的隨之變化，可在各類風域組建大型、超大型風電體系，分4級，A小型，渦輪直徑8米，最大設計塔高32米，機房內(nèi)對稱配置兩組共4臺直流發(fā)電機，最大總裝機容量500KW，陣列布置在有流動沙害前沿阻擋風カ降低近地層風速起“防沙林”作用中型，渦輪直徑16米，最大設計塔高64米，機房內(nèi)對稱配置兩組4臺直流發(fā)電機，最大總裝機容量5000KW，塔高設定為32米時可御時速100KM以上的大風，適于在各類風域中開發(fā)風電資源；上述兩種均是按模數(shù)化設計中心柱及風動渦輪標準段部件組裝的，塔高可隨氣象資料作設計調(diào)整，可搬遷；C大型，渦輪直徑32米，D超大型，渦輪直徑64米以上，因系統(tǒng)復雜，不適在本文中論述。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，ー種塔式渦輪風電裝置，在中心柱外套設同心風動渦輪套軸，軸末端設45°傘齒輪盤及4個從動傘形齒輪分別經(jīng)軸承座、離合器、變速箱與直流發(fā)電機聯(lián)接，完成將風動能(E = 1/2MV2)轉(zhuǎn)換為機械能、電能經(jīng)變配電系統(tǒng)輸出的流程；風動渦輪的同心套軸及頂蓋是聯(lián)為一體的旋轉(zhuǎn)體在塔頂由滾球體支撐與中心柱的間隙為80 100毫米，套軸末端45°傘齒輪盤設置在可調(diào)節(jié)渦輪旋轉(zhuǎn)體重力荷載的基座滾柱軸承裝置上與滾球體共同承擔重力荷載；渦輪輪葉是半圓柱形變斷面中空弧形葉板與套軸聯(lián)接成三個首尾相聯(lián)的圓柱面流線形空腔構(gòu)成永遠同一方向繞中心柱旋轉(zhuǎn)的渦輪，這樣三等分圓柱面轉(zhuǎn)動カ矩大、噪音小、結(jié)構(gòu)簡捷。輪葉內(nèi)外殼板面構(gòu)成的三角殼體與套軸整合成一個力學結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定的渦輪整體，葉殼中設加強 肋并充填高強度聚酯發(fā)泡物使渦輪旋轉(zhuǎn)體更嚴密牢固；対稱的兩組4個軸承座是所屬從動傘齒輪傳動的支撐及固定主動傘齒輪盤的“卡具”固定點，離合器受計算機控制，風カ強度3 4級時聯(lián)接一臺直流發(fā)電機工作，，5 7級時使其対稱的一組兩臺機工作，8 12級時兩組4臺直流發(fā)電機全部投入運轉(zhuǎn)，適應在風速變化時發(fā)電量也隨之變化；采用陣列、矩陣等集群式布防在有風害地區(qū)抗御風災的機理是用“能量守恒定律” “動能公式”等物理力學方法計算出經(jīng)阻擋后保護區(qū)內(nèi)近地層風速的下降值，當其小于災害風速時就達到了減災的目的。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進ー步說明圖I是本發(fā) 明的安裝配置2是圖I的I-I剖視I、圖2中風動渦輪I、中心柱2、連接盤3、連接螺栓4、渦輪套軸5、軸基連接盤及螺栓6、翼端連接盤及螺栓7、翼端托滾座8、安裝平臺9、鋼柱10、離合器11、傘齒輪箱12、變速箱13、直流發(fā)電機14、軸承座15、從動傘齒輪16、主動傘齒輪盤及套軸17、基座滾柱軸承裝置18、計算機19、變配電系統(tǒng)20、基礎錨桿21、基礎22、爬梯23、通道24、機房建筑25、渦輪套軸基底連接盤及螺栓26、中心柱內(nèi)聯(lián)接螺栓27、潤滑劑灌注管28、抗侯防腐涂料29、托座30、滾球瓦31、滾球體32、避雷設施33、頂座34、頂蓋35、螺栓36。
具體實施例方式在圖I所示的實施例中是前述B中型塔式渦輪風電裝置，風動渦輪(I)直徑16米，適用塔高48米。對稱配置兩組直流發(fā)電機(14)第一組每臺600KW，第二組每臺1000KW，總裝機容量3200KW，受計算機(19)控制離合器(11)完成聯(lián)結(jié)，3 4級風時聯(lián)結(jié)一臺600KW直流發(fā)電機啟動運行，依次5 7級風，8 12級風時聯(lián)結(jié)4臺直流發(fā)電機全部運行，輸出電能3200KW，實現(xiàn)隨風域風速變化大(含突發(fā)性大風)發(fā)電量也隨之變化的要求，可以單塔或集群在各類風域開發(fā)風電時具有廣泛的適應性，生產(chǎn)的電力經(jīng)變配電系統(tǒng)(20)饋入電網(wǎng)及蓄電池，風動渦輪(I)是由半圓柱形變斷面中空弧狀葉板與渦輪套軸(5)聯(lián)接成三個首尾相接的圓柱面流線形空腔構(gòu)成永遠同一方向繞中心柱(2)旋轉(zhuǎn)的渦輪標準段，段高3. 2米，直徑16米，再經(jīng)軸基聯(lián)接盤及螺栓(6)翼端聯(lián)接盤及螺栓(7)組裝成塔高48米風動渦輪(I)的整體；半圓柱形變斷面中空弧狀葉板及兩端封堵的材質(zhì)是不銹鋼薄板，中空間隙內(nèi)的加強肋是薄壁不銹鋼管，全部焊接制作，與渦輪套軸(5)軸基聯(lián)接盤出)、翼端聯(lián)接盤(7)的聯(lián)接也均為焊接，渦輪套軸(5)內(nèi)徑3. 4米，采用厚16毫米耐腐蝕高強度鋼板卷焊制作，兩個端頭用材質(zhì)相同寬500毫米鋼板帶焊接加強，軸基聯(lián)接盤￠)內(nèi)徑3. 4米，外徑5. 4米，厚16毫米，盤面聯(lián)接螺栓M22、間距160毫米，共兩列列間距160毫米，翼端聯(lián)接盤(7)外徑16米，內(nèi)徑14. 8米，厚16毫米，盤面聯(lián)接螺栓M22，間距300毫米，共兩列，列層間距150毫米完成上述渦輪3. 2米高標準段的制作后，注入高強度聚酯發(fā)泡物密實充填，使之牢固的結(jié)成ー個整體；中心柱(2)是由高3. 2米，外徑3. 2米，內(nèi)徑2. O米高強度鋼筋混凝土(混凝土標號大于300號，含鋼量大于2. 5% )預制的標準件。在兩個端頭的外側(cè)埋設帶寬300毫米，厚16毫米的鋼板箍，箍端面焊有外徑3. 3米內(nèi)徑2. 7米厚16毫米的聯(lián)接盤(3)，50毫米的盤緣上設有M20聯(lián)接螺栓⑷聯(lián)接的鉆孔028,間距150毫米，內(nèi)側(cè)在直徑I. 6米處預埋內(nèi)徑30毫米的管鋼作螺栓孔，間距180毫米配M24內(nèi)側(cè)聯(lián)接螺栓(27)聯(lián)接，將預制的標準段部件共15件按施工組織設計組裝成高48米整體結(jié)構(gòu)的中心柱(2);基礎(22)是混凝土標號不低于250號、合鋼量大于I %的鋼筋混凝土整體構(gòu)筑物、設通道(24)、爬梯(23)用于安裝內(nèi)側(cè)螺栓(27)及運轉(zhuǎn)后每半年需從潤滑劑灌注管(28)向滾球瓦(31)加灌潤滑劑，基礎錨桿(21)間距aXa = 800X800毫米，長度不小于3. O米，直徑大于032毫米的厚壁鋼管制成，滾球體(32)高錳鑄制，直徑O. 8米，空心內(nèi)徑O. 5米，橢圓度20毫米，表面要求研磨成鏡面光澤裝在頂座(34)的托座(30)內(nèi)，托座內(nèi)襯高錳鋼板鍛制的厚60毫米外徑O. 97米，內(nèi)徑O. 85米，橢圓度20毫米，徑向圓周有潤滑劑溝槽兩道，槽深O. 8毫米，寬10毫米與潤滑劑灌注管(28)相通的滾球瓦(31);基座滾柱軸承裝置(18)是用厚20毫米優(yōu)質(zhì)鋼板制成外徑4. 2米，內(nèi)徑3. 25米高O. 4米，拼接安裝在中心柱(2)基部基礎上的環(huán)形槽狀盒體，主動傘齒輪盤及套軸(17)與第一層滾柱軸承配合，套軸端部的凸緣伸入盒體內(nèi)側(cè)的定位導槽內(nèi)，滾柱軸承的底盤接第二層由許多固定的平頭圓柱彈簧組成的彈簧層，底板接第三層，液壓伸縮層，層底設壓カ傳感器，受計算機控制，使?jié)L柱軸承與滾球體支撐渦輪旋轉(zhuǎn)體總重力荷載能合理分配，達到最有利于渦輪旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動的目的；頂蓋(35)為高錳鋼鑄制、螺栓(36)為高強度螺栓，與滾球體(32)接觸的圓弧曲面R = 410毫米。要求拋光，以渦輪套軸(5)內(nèi)徑3. 4米處為起點45°角與滾球體的曲面相交，頂蓋的聯(lián)接盤緣厚100毫米，以外盤面直徑4. 4米處為起點46°角交匯成頂蓋的塔頂，做成球面曲率半徑R = O. 2米的塔頂，頂端設置常規(guī)避雷設施(33)，頂蓋盤緣與渦輪套軸(5)的聯(lián)接盤是等外徑5. 4米，連接螺栓M22.兩列列間距160毫米，螺栓間距160毫米，第一列螺栓中心線直徑5. 24米；上述實施是將風能轉(zhuǎn)換為機械能的動カ部分；主動傘齒輪盤及套軸(17)、從動傘齒輪(16)、軸承座(15)、變速箱(13)、離合器(11)、基座滾柱軸承裝置(18)、傘齒輪箱(12)等是將機械能傳送至直流發(fā)電機(14)主軸的機械動カ傳送部分，由機械能制造專業(yè)按風電總エ室提供的基礎條件和要求設計制造；直流發(fā)電機(14)、變配電系統(tǒng)(20)、計算機(19)等是將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茌敵?、儲存的部分，由電機制造、輸變電、エ業(yè)自動化、計算機等專業(yè)按總エ室提供的基礎數(shù)據(jù)及要求設計制造完成的；如上所述在現(xiàn)有技術(shù)條件下實施本發(fā)明塔式渦輪風電裝置的整個工程是完全可行的。
具有這種渦輪結(jié)構(gòu)的風電裝置，象ー個(群)旋轉(zhuǎn)的“柱”，占地少、噪音小、簡捷明快，無墜落倒塌等安全隱患，解決了旋槳式風電裝置因風速變化大和突發(fā)性大風停機的不足，拓寬了風電裝置用途的廣泛性，大規(guī)模陣列、矩陣集群布置在有風害的地區(qū)，不僅可獲得豐碩的風電資源，還可降低和減免風災。經(jīng)濟效益和社會效益是十分顯著的。
權(quán)利要求
1.一種塔式渦輪風電裝置，其特征是在中心柱外設同心風動渦輪套軸，軸末端設45°傘齒輪盤及4個從動傘齒輪分別經(jīng)軸承座、離合器、變速箱與直流發(fā)電機聯(lián)接，完成將風動能轉(zhuǎn)換為機械能電能經(jīng)變配系統(tǒng)輸出的流程；風動渦輪的同心套軸與頂蓋是聯(lián)為一體的旋轉(zhuǎn)體，在塔頂由滾球體支撐與中心柱之間設有工作間隙，套軸末端45°傘齒輪盤設置在可調(diào)節(jié)渦輪旋轉(zhuǎn)體重力荷載的基座滾柱軸承裝置上與滾球體共同承擔重力荷載；渦輪輪葉是半圓柱形變斷面中空弧形葉板與套軸聯(lián)接成圓柱面流線形空腔并整合成三角柱狀的渦輪整體，葉殼中設加強肋，充填高強度聚酯發(fā)泡物；對稱的兩組4個軸承座是所屬從動傘齒輪的傳動支撐及固定主動傘齒輪盤的“卡具”固定點，離合器受計算機控制，風力強度3 4級時聯(lián)接一臺直流發(fā)電機工作，5 7級時使對稱的一組兩臺機工作，8 12級時使兩組4臺機全部投入運轉(zhuǎn)，適應風速變化發(fā)電量也隨之變化；抗御風災的機理是用“能量守恒定律” “動能公式”等物理 力學方法計算出經(jīng)阻擋后保護區(qū)內(nèi)近地層風速的下降值，當其小于災害風速時就達到了減災的目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的塔式渦輪風動裝置，其特征是按模數(shù)化設計中心柱及風動渦輪的標準段部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述，其特征是中心柱材質(zhì)是高強度鋼筋混凝土(混凝土標號不低于300號，合鋼量大于2. 5%)預制的標準段部件，風動渦輪材質(zhì)輪殼為不銹鋼薄板，渦輪套軸為耐腐蝕高強度鋼板均焊接制作，殼板間充填高強度聚酯發(fā)泡物，輪殼的半圓柱形變斷面中空弧形葉板與渦輪套軸連接成渦輪的標準段部件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述，其特征是將預制的標準段部件按所屬風域氣象資料設計組裝成渦輪風電裝置的實用塔高。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述，其特征是根據(jù)該實用塔高渦輪風電裝置的總功率設計套軸末端45傘齒輪盤及所屬的從動傘齒輪、軸承座、變速箱及與之匹配的直流發(fā)電機。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、‘2、3、4、5所述的塔式渦輪風電裝置，其特征是渦輪旋轉(zhuǎn)體的重力荷載是由塔頂?shù)臐L球體及基座滾柱軸承裝置共同承擔，受壓力傳感器監(jiān)測計算機控制液壓系統(tǒng)來完成。
7.根據(jù)權(quán)利要求I 6所述的塔式渦輪風電裝置，其特征是可以單塔或集群在各類風域開發(fā)風電。
全文摘要
本發(fā)明塔式渦輪風電裝置，風動渦輪(1)中心柱(2)聯(lián)接盤(3)渦輪套軸(5)，是一種不受風速風向影響一塔配置多臺直流發(fā)電機廣泛用于各類風域開發(fā)風電的設備，分4級，A小型渦輪直徑8米，最大設計塔高32米，機房內(nèi)對稱配置4臺直流發(fā)電機總?cè)萘?00KW，布防在流動沙害前沿阻擋風力起“防沙林”作用，B中型渦輪直徑16米適用塔高48米，4臺直流發(fā)電機總?cè)萘?200KW，塔高可作設計調(diào)整32米時可御時速100KM以上大風，均為中心柱標準段部件組裝；C大型、D超大型渦輪直徑64米以上，暫不涉及；具有這種結(jié)構(gòu)的風電裝置占地少，噪音小，不因大風而停機，無墜落倒塌之患，有明顯的社會經(jīng)濟效益。
文檔編號F03D9/00GK102619691SQ201110279979
公開日2012年8月1日 申請日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者秦壽生 申請人:秦壽生