专利名称：基于链轮增速的低额定转速半直驱风力发电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风力发电系统，尤其是涉及一种基于链轮增速的低额定转速半直 驱风力发电系统。
背景技术：
陆地风能资源区域，以年平均风功率密度为指标，可划分为4个区，即风能资源丰 富区、风能资源较丰富区、风能资源可利用区、风能资源贫乏区。以中国为例，陆地风能资 源分区及占全国国土面积的百分比见表1。中国陆地风能资源可利用的区域占国土面积约 76%。表1为中国陆地风能资源分区及占全国国土面积的百分比。表 1 目前规模化的风能开发利用主要在风能资源丰富的高风速区，即集中在三北地区 和东南沿海，这部分地区仅占国土面积的8% ；而风能资源较丰富区和风能资源可利用区， 属年均风速> 3. 5m/s小时数为2000 5000小时的低风速区，风能资源没有得到有效开发 利用。为实现低风速地区风能资源的有效利用，必须有适用的低额定风速风力发电机。 现有风力发电技术在低风速地区的应用存在如下局限(1)额定风速高，一般在8 12m/s间。低风速地区，尤其是风能资源可利用区，年 平均风速一般处于蒲氏3级(3. 4m/s 5. 4m/s)或略高，高额定风速风力发电机不适用。(2)中、小功率(50kW及以下功率)风力发电机，一般都采用直驱方式。低风速地 区使用，因风机转速较低(80rpm以下)，采用常规高额定转速(150rpm及以上)发电机难以 满足匹配要求，而配置低额定转速发电机，又存在体积、重量大，费用高的问题。(3)直驱型风电机，当叶轮直径过大，如超过10米时，偶发性大风下转速大，叶轮 的安全隐患过大。(4)现有风力发电机叶片翼型，最佳风能利用系数的风速区段一般为8 12m/s 间，低风速条件下，尤其是低于6m/s风速区段时，风能利用系数较差，难以满足低风速条件下俘获风能最大化。(5)常规中、小功率风电机一般采用永磁同步发电机，因齿槽效应的作用，发电机 在起动或运转时，会产生较大的起动转矩，且电磁转矩产生脉动。同时铁芯的应用使得发电 机重量增大、铁芯损耗的存在又使损耗增大。综上所述，常规高额定风速风力发电机不适用于风能资源较丰富区和风能资源可 利用区，针对低风速地区，需研制开发适用的低额定转速、高效、经济可靠的风力发电系统， 以实现低风速环境下的高效、可靠风电功率转换。作为目前风能利用的缺口及风能利用局限的完善和补充，研制并推广低额定风速 风力发电具有广泛的经济和社会价值。低风速风力发电机为达到降低费用，提高性价比目的，一般在风力机和发电机间 配置增速机构，以匹配动力传动的转速。齿轮传动尽管优点很多，但其价格较高，所以风轮直径较小的风力机不宜采用，否 则将使机舱重量增加，整机造价高。
发明内容发明所要解决技术问题是提供一种适用于低风速地区的高效、经济可靠的风力发 电系统。为解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于链轮增速的低额定转速半直驱风 力发电系统，包括风叶，风叶通过主轴、刹车机构、增速机构与发电机相连，其特征在于所 述增速机构为链条、链轮传动机构，包括安装在低速轴上的第一链轮，所述第一链轮通过链 条与中间传动轴上的第二链轮相连，中间传动轴另一侧的第三链轮通过链条与发电机上的 第四链轮相连，所述第一链轮和第三链轮为大链轮，所述第二链轮和第四链轮为小链轮。增速比为4时，所述第一链轮和第三链轮为32齿，所述第二链轮和第四链轮为16 齿。本实用新型所达到的有益效果本实用新型的风力发电系统，增速传动机构采用链条、链轮传动，与带轮传动相 比，链轮传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比，需要的张紧力小，作用在轴 上的压力也小，可以减少轴承的摩擦损失；结构紧凑，能在温度较高、有油污等恶劣环境条 件下工作。与齿轮箱传动相比，价格很低，且使机舱重量减轻，整机造价降低。
图1为本实用新型的基于链轮增速的低额定转速半直驱风力发电系统结构示意 图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明。图1为本实用新型的基于链轮增速的低额定转速半直驱风力发电系统结构示意 图。本实用新型的基于链轮增速的低额定转速半直驱风力发电系统包括风叶(叶片1和轮 毂2)、刹车机构3、增速机构4、发电机5、偏航机构6、结构支撑梁7、底板8、混凝土杆塔9等
4构成。所述增速机构为链条、链轮传动机构，包括安装在低速轴上的第一链轮，所述第一链 轮通过链条与中间传动轴上的第二链轮相连，中间传动轴另一侧的第三链轮通过链条与发 电机上的第四链轮相连，所述第一链轮和第三链轮为大链轮，所述第二链轮和第四链轮为 小链轮。风力发电的增速传动机构采用链条、链轮传动。与带轮传动相比，链轮传动没有弹 性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比，需要的张紧力小，作用在轴上的压力也小，可以 减少轴承的摩擦损失；结构紧凑，能在温度较高、有油污等恶劣环境条件下工作。与齿轮箱 传动相比，价格很低，且使机舱重量减轻，整机造价降低。增速比i由下式给出， .πη 式中nD是发电机额定转速；η是风轮额定转速。风轮的转速主要取决于叶尖速比(最佳风能利用系数下的叶尖速比)， 式中λ是叶尖速比；ν是风轮转速；R是风轮半径。发明选用发电机的额定转速分别为200r/min、220r/min，风轮的最佳转速约在 50rpm 55rpm，确定增速传动机构的增速比为1 4。采用两级链轮传动增速，安装在低速 轴上的链轮(32齿)通过链条带动中间传动轴上的小链轮(16齿)，中间传动轴另一侧的大 链轮(32齿)通过链条带动发电机上的小链轮(16齿)，实现1 4的增速。有别于常规无增速机构的直驱型风电机组，本发明采用小传动比的半直驱方式， 实现了中、小功率风力发电的叶轮低额定转速(彡60rpm)，同时匹配150 250rpm左右额 定转速的发电机，使叶轮在低风速条件下达到最佳叶尖速比，同时又解决了低额定转速发 电机的体积、重量大，费用高的问题。采用高强度的链条链轮增速机构，实现了动力传动的高效率，避免了常规风电机 因采用齿轮箱增速带来的高费用及体积大、重量重的局限。本实用新型的保护范围不限于具体实施方式
中的保护范围，对具体实施方式
所做 出的不需创造性劳动的变形都属于本实用新型的保护范围。
权利要求一种基于链轮增速的低额定转速半直驱风力发电系统，包括风叶，风叶通过主轴、刹车机构、增速机构与发电机相连，其特征在于所述增速机构为链条、链轮传动机构，由两级增速机构组成，包括安装在低速轴上的第一链轮，所述第一链轮通过链条与中间传动轴上的第二链轮相连，中间传动轴另一侧的第三链轮通过链条与发电机上的第四链轮相连，所述第一链轮和第三链轮为大链轮，所述第二链轮和第四链轮为小链轮。
2.根据权利要求1所述的基于链轮增速的低额定转速半直驱风力发电系统，其特征在 于增速比为4时，所述第一链轮和第三链轮为32齿，所述第二链轮和第四链轮为16齿。
专利摘要本实用新型公开了一种基于链轮增速的低额定转速半直驱风力发电系统，包括风叶，风叶通过主轴、刹车机构、增速机构与发电机相连，其特征在于所述增速机构为链条、链轮传动机构，包括安装在低速轴上的第一链轮，所述第一链轮通过链条与中间传动轴上的第二链轮相连，中间传动轴另一侧的第三链轮通过链条与发电机上的第四链轮相连，所述第一链轮和第三链轮为大链轮，所述第二链轮和第四链轮为小链轮。本实用新型的风力发电系统，增速传动机构采用链条、链轮传动，结构紧凑，能在温度较高、有油污等恶劣环境条件下工作。采用两级增速传动，降低了机舱的高度和体积。与齿轮箱传动相比，价格很低，且使机舱重量减轻，整机造价降低。
文档编号F03D11/00GK201620997SQ20102012482
公开日2010年11月3日 申请日期2010年3月8日 优先权日2010年3月8日
发明者徐洪, 李群, 殷明慧, 江林, 蒯狄正 申请人:江苏省电力试验研究院有限公司