一种立体三角垂轴共架构级联式发电风塔及实施方法_3

文档序号:8279132阅读:来源:国知局
成2采用立体三角垂轴共架构级联式风机构成,三轴鼎立、一塔三机、行星合力、同步驱动,传动总成3采用摩擦传动系与齿轮传动系的二级传动模式,直接驱动发电总成4的永磁直流发电机发电,至少不低于三个以上的主发电机40围绕传动总成3的转盘轮组件31卧式对称布置,光伏总成5设置在塔架的三个塔顶面上,本实施例塔高按比例常数100设计,其高宽比按1:0.7的比例整定,中立管柱130与外立管柱12的直径比例按1:3来制定,则塔高100米,面宽70米,其迎风面积可折算为100*70*3=21000平方米,扫风面积按10%计算约为81000平方米,折合发电功率可获得40MW以上,辅助光伏发电功率达100KW以上。
[0036]由附图7所示的视图进一步描述本发明,其塔架总成I采用立体三角形主体框架构建,设有顶层附属隔层135,具有旅游观光功能,风机总成2采用立体三角垂轴共架构级联式风机构成,三轴鼎立、一塔三机、行星合力、同步驱动,传动总成3采用摩擦传动系构成二级传动模式,直接驱动发电总成4的永磁直流发电机发电,至少不低于三个以上的内置主发电机40围绕传动总成3的转盘轮组件31卧式对称布置,同时还设有至少不低于三台靠摩擦传动的外置主发电机40与传动总成3的摩擦传动组件30配合发电,其发电功率更大,光伏总成5设置在塔架的三个塔顶面上,本实施例塔高按比例常数80设计,其高宽比按2:1.5的比例整定,中立管柱130与外立管柱12的直径比例按2:5来制定,则塔高160米,宽120米,其迎风面积可折算为160*120*3=57600平方米,扫风面积按10%计算约为324000平方米,折合发电功率可获得162MW以上,辅助光伏发电功率达300KW以上。
[0037]由附图8所示的视图进一步描述本发明,其塔架总成I采用立体三角形主体框架构建,采用了塔架中段增加隔层135的稳定结构,风机总成2采用立体三角垂轴共架构级联式风机构成,三轴鼎立、一塔三机、行星合力、同步驱动,传动总成3将转盘轮组件31中的变径轮314改成了中置发电机的永磁转子,而在塔基部分11设有分体式发电机的定制电枢并与永磁转子配合构成中置发电机发电,同时在塔间还设有相同的传动总成3及发电总成4构成,其塔高可以构建的更高,发电功率可以扩展的更大,光伏总成5设置在塔架的三个塔顶面上,本实施例塔高同样可参考附图2、附图7的是实施例按比例常数80设计,其高宽比按2:1.5的比例整定,中立管柱130与外立管柱12的直径比例按2:5来制定,则塔高160米,宽120米,其迎风面积可折算为160*120*3=57600平方米,扫风面积按10%计算约为324000平方米,折合发电功率可获得162MW以上,辅助光伏发电功率达300KW以上。
[0038]由附图9所示的电气原理图实例进一步描述本发明,包括发电总成4及光伏总成5的电气系统构成;光伏总成5为独立的发电储能系统,其特征在于太阳能电池板50构成阵列将太阳的光能转换为电能,并与汇流单元51构成电气连接,一路经控制单元52连接到储能单元53进行储能,一路经光伏逆变单元54进行DC-AC转换,最后连接到供电单元55上一方面向附属用电设备供电,一方面向发电总成4供电,恒磁单兀56连接到磁悬浮轴承组件24上的恒磁驱动器241受主控单元45调控,发电总成4的主发电机40由多台并联构成,由传动总成3驱动发电,主发电机40与变流单元41、磁电调控单元42、主控单元45、变电单元46、并网系统47构成电气连接,经变流单元41将电力输送给变电单元46进行变电处理,最后经并网系统47实现电力并网输出,磁电调控单元42由主控单元45控制选择主发电机40的工作模式,以便匹配直流发电机或交流发电机,辅助电动发电机43与双向逆变驱动单元44、主控单元45、变电单元46、并网系统47实现电气连接,通过主控单元45的控制决定辅助电动发电机43的电动-发电之间实现工作模式转换及助力调控;所述的主控单元45与传感监控单元48、执行终端49构成电气连接,通过传感监控单元48采集整个风塔的风速、发电总成4的电压、电流、转速、频率、温度等关键参数进行数据分析处理,最后由执行终端49执行动作指令去操控电控设备维持发电系统的正常工作。
[0039]综上所述,本发明的立体三角垂轴共架构级联式发电风塔具有结构简单、稳定可靠、一塔三机、共架发电的技术优势,可与现有塔高100米,单机功率高达6MW的水平轴式风力发电机三台总功率18丽相比,同等高度的本发明的发电风塔,总功率高达28丽以上,发电功率提高60%左右,但其技术成本、发电成本、建造成本、维护成本均减小30%以上、而抗风能力则提高100%,不会出现倒塔的现象,本发明的塔架结构较为复杂,这是其与众不同之处,但加工工艺、建造工艺独特、安装调试简单、调运施工方便又是其明显的优势,必将彻底取代水平轴式风电成为陆地风力发电的主流,本发明推广实施将是风电中的核电,堪比核电更具可实施优势,没有核废料、不产生二次危害、不污染环境,发电功率大,建造成本低、安全可靠。
[0040]本发明适于在陆地上构建10KW-1OMW-1(KMW中大型风塔式风力发电站,特别适于构建具有标志性建筑及观光功能的100MW超大功率风力发电站。
【主权项】
1.一种立体三角垂轴共架构级联式发电风塔及实施方法,属于风力发电技术领域的发明,包括I塔架总成,2风机总成,3传动总成,4发电总成,5光伏总成五大部分构成,其特征在于塔架总成I构成立体三角垂轴共架构框架,作为风机总成2的主轴框架及附属设施塔架,风机总成2以塔架总成为支撑构成三轴鼎立级联式风机阵列,一塔三机与传动总成3构成大转盘大扭矩三轴行星合力、同步传动机构,将风力转化为旋转的机械能驱动发电总成4,实现风能一机械能一电能的转换,再通过光伏总成5将光能转化为电能经过电气系统储能、逆变、控制转换,为塔架总成1、风机总成2、传动总成3、发电总成4及附属设施的电气设备提供独立的风光互补电力供应,从而构成本发明的独立权利要求1。
2.本发明的实施方法包括钢管塔柱结构实施与钢筋混凝土塔柱结构实施两种方法,两种实施方法包含塔基实施,由开挖地基、定位打桩、铺设地梁、整体浇筑四大工序完成塔基部分11的基准平台110的构建,然后是塔架的外立管柱12、中立管柱组件13及横梁组件15的同步构建,当采用钢管塔柱结构实施时,管柱采用内外三位一体锯齿波形焊接法实施,确保同轴定位精确,当采用钢筋混凝土塔柱结构实施时,管柱采用通天柱内外同步滑模连续浇筑设备实施;实施方法包括分段构建、分层套装、升序定装、降序安装、总体验装五大方法按顺序实施,所述的分段构建是在塔基上同步分段构建外立管柱12、中立管柱组件13的管柱,构建一段提升一段直至塔柱封顶;所述的分层套装是在同步构建完外立管柱12、中立管柱组件13的第一段管柱后,先拆除构建设备,然后分别在中立管柱组件13、外立管柱12的管柱上套装所有分层的包括定轴杆组件14、风机轮毂组件23、连轴杆组件24在内的构件,然后再重新安装校准构建设备开始第二段的构建;所述的升序定装是当分段构建完成第二段构建工序后转入第三段构建工序时进行全部套装构件的吊升及第一层的导流棚18、定轴杆组件14、中柱套环145、风机轮毂组件23、连轴杆组件24的固定与组装;所述的降序安装是在整个塔架框架构建完成后从上而下开始安装斜撑杆组件15、风机总成2的构件及附属设施的工序;所述的总体验装是在降序安装完成后进行的检验与安装调试工序,根据本发明的实施方法,可以构建高达1000米的发电风塔和高塔建筑,从而构成本发明的独立权利要求2。
3.根据权利要求1所述的塔架总成I由地梁组件10、塔基部分11、外立管柱12、中立管柱组件13、定轴杆组件14、斜支撑组件15、横梁组件16、顶梁组件17、导流棚18、避雷组件19构成;其特征在于地梁组件10通过混凝土浇筑构成塔基部分11,并以此为基础分别与外立管柱12、中立管柱组件13对应连接构成有地下七个支点的六角形地梁网结构,由三个外立管柱12构成地上有中立管柱13支撑的立体三角形主体框柱结构,由三个斜支杆组件14构成地上有中立管柱13支撑的立体三角形支撑框柱结构,并通过横梁组件16连接这两个相错60°角的三角形框柱构成一体,在外立管柱12与中立管柱组件13之间,通过定轴杆组件14构成可回转支撑,在中立管柱组件13与塔基部分11之间搭建起导流棚18,由中立管柱组件13、横梁组件16构建起塔顶隔层平台,由中立管柱组件13、横梁组件16与顶梁组件17构成立体三角菱形塔顶结构,塔顶上装有避雷组件19并通过电气连接至地梁组件10构成,整个塔架总成I可以归结为由一个在塔基部分11内的六角形平面地梁框架,一个“Λ”立体三角柱形主体框架,一个内“Y”星形顶撑支柱框架,一个外“Y”星形斜拉支撑框架,一个“Λ”立体三角菱形塔顶框架构成,从而构成一体化主体框架;塔架的高宽比按照黄金分割法比例整定1:0.618,实施时可以在1:0.7,2:1.5,3:2,4:3的比例之间选择,比例常数取30-80,中立管柱130与外立管柱12的直径比例可以按1:3、2:5、3:7、4:9来制定;所述的地梁组件10由地桩100,地梁101、地网102构成,其特征在于地桩100连接地梁101连接地网102在塔基部分11内构成六角形平面框架结构与外立管柱12、中立管柱组件13及斜支撑组件15之间构成基础连接,并通过混凝土浇筑与地桩100构成一体而成;所述的塔基部分11由基准平台110、环形浮槽111、地下室112、电梯通道113、入口通道114,电气设备115构成,其特征在于基准平台110是整个塔架的构建基础和基准,面上设有环形浮槽111及电气设备115,地下设有地下室112,在地下与地上的中立管柱组件13之间设有电梯通道113和入口通道114沟通整个塔基部分;所述的外立管柱12既是塔架的主体支柱又是风机总成2的主轴,外立管柱12是一个通天柱管型结构,管柱中间不设固定支撑连接,仅由定
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