一种风力发电装置的制作方法

1.本说明书实施例涉及风力发电机技术领域，尤其涉及一种风力发电装置。


背景技术：

2.风能是一种可再生的绿色环保型能源，在全球能源短缺和环境污染日益严重的情况下有效开发和利用风力发电，无论在经济效益还是在社会效益，其发展前景都是可观的。风能与其他能源相比，具有明显的优势，它蕴藏量大，是水能的10倍，分布广泛，永不枯竭，风力发电，是当代人利用风能最常见的形式，自19世纪末，风力发电得到了迅猛发展。
3.风能通过叶轮转换成机械能，发电机又将机械能转换为电能，然后通过线路连接，变压器在进行升压处理，然后以高压的方式连接到风电场的中心电站。高压方式传输的目的在于相比低压而言，相同容量时候，电流更小，对线路的截面要求越低，线路的投资越小。
4.随着风力发电技术的发展，单机发电容量越来越大，由于单机容量的增加，发电和变电的模式也必然发生变化，早期的风力发电变压器一般都置于地面，机舱至变压器之间的线路为低压线路，但随着单机容量的不断变大，低压线路的电流也不断变大，从而造成线路的成本占比也不断提升。因此，目前的大容量风力发电机组都将变压器置于塔上，这样塔筒内的输电电缆为高压电缆，电缆截面要求降低，相对电压升高造成电缆绝缘要求提高而形成的成本升高，当达到一定容量后，高压线路传输对比低压传输，还是经济的。同时变压器置于塔上，还有无需地面变压器机位征地、线路损耗小、维护性好、散热好等优点。
5.现有的安装于塔筒内的变压器，与发电机组本体结构的连接一般为固定连接，如焊接或者螺丝连接。


技术实现要素：

6.本说明书实施例提供一种风力发电装置及其安装方法方法及装置，在满足变压器等部件安装连接要求同时，还能改善整个风力发电机组的动态特性，在发电机组主体结构振动时，还能实现消能、减振的效果。
7.本说明书实施例是这样实现的：
8.本说明书实施例提供的一种风力发电装置，所述装置包括：大质量元件、阻尼装置和发电机组主体结构，其中，所述大质量元件与所述发电机组主体结构通过活动连接件连接，所述大质量元件能够通过所述活动连接件与所述发电机组主体结构发生相对运动，所述阻尼装置的一端连接所述大质量元件，所述阻尼装置的另一端连接所述发电机组主体结构或所述活动连接件，所述阻尼装置用于减缓所述相对运动。
9.本说明书一个实施例实现了能够达到以下有益效果：通过活动连接件的方式对大质量元件和发电机组本体结构进行活动连接，在外部风力的作用下，大质量元件会发生相对于发电机组本体机构的运动，采用阻尼装置对大质量元件进行消能，从而减缓大质量元件的振动幅度和振动时间。
10.另外，当大质量元件为变压器等器件时，变压器和阻尼装置构成一个被动减振系
统，这个系统可以将自己的振动频率调整到发电机组主体结构的主要频率附近，通过与发电机组主体结构的相互作用，可以实现能量由发电机组主体结构向被动减振系统的转移，达到减少发电机组主体结构振动的目的。
附图说明
11.为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
12.图1为本说明书实施例提供的风力发电装置的实施例一的结构示意图；
13.图2为本说明书实施例提供的风力发电装置的实施例二的结构示意图；
14.图3为本说明书实施例提供的风力发电装置的实施例三的结构示意图；
15.图4为本说明书实施例提供的风力发电装置的实施例四的结构示意图；
16.图5为本说明书实施例提供的一种风力发电装置的安装方法的流程示意图。
具体实施方式
17.为使本说明书一个或多个实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书具体实施例及相应的附图对本说明书一个或多个实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本说明书的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本说明书一个或多个实施例保护的范围。
18.以下结合附图，详细说明本说明书各实施例提供的技术方案。
19.在风力发电装置中，由于机组容量的增大，为了减少电流损耗以及成本，变压器等大质量元件需要安装在发电机组本体结构内部。比较常用的方式是，采用焊接或者螺丝固定的方式固定在发电机组本体结构上。但是，由于风力发电装置的高度比较高，往往是几十米甚至是上百米，而且是在设置在风力比较大的环境中，因此，在外部风力的作用下，发电机组本体结构会发生摆动。过大的振幅会造成风力发电机组的破坏，本装置的目的在于避免风力发电机组主体结构的共振破坏，同时可以控制风力发电机组主体结构的振幅。
20.当大质量元件为变压器等器件时，变压器和阻尼装置构成一个被动减振系统。在外部风力的作用下，阻尼装置能够迅速响应，吸收能量，发挥良好的减振效果，设置阻尼装置后发电机组主体结构的振动响应有较明显的减低，耗能性能良好。
21.由于采用了活动连接件和阻尼装置代替固定连接件，即使长时间使用也不会发生脱落等问题，可以提高大质量元件的使用的稳定性和安全性。
22.为了解决现有技术中的缺陷，本方案给出了以下实施例：
23.本说明书实施例提供了一种风力发电装置，所述装置可以包括：大质量元件、阻尼装置和发电机组主体结构，其中，所述大质量元件与所述发电机组主体结构通过活动连接件连接，所述大质量元件能够通过所述活动连接件与所述发电机组主体结构发生相对运动，所述阻尼装置的一端连接所述大质量元件，所述阻尼装置的另一端连接所述发电机组主体结构或所述活动连接件，所述阻尼装置用于减缓所述相对运动。
24.需要说明的是，大质量元件可以是任何需要与主体结构进行连接的具有大质量的元件、部件、器件、结构或者组合件。大质量元件可以是发挥特殊的作用或者功能的器件，如变压器、变流器、冷却装置或液压装置等，还可以仅仅是一个质量块。
25.在本实施例中，大质量元件并不限定特定的形状，可以是规则的立方体、圆柱体等，还可以是没有特定形状的元器件，这里并不做具体的限定。
26.另外，需要说明的是，对于大质量元件的重量也不做具体限定，大质量元件可以是一个相对的概念，即相对于固定装置而定。比如，对于风力发电装置，可以是大于一个特定的重量，就可以称为大质量元件，比如500kg。不同规模或者容量的风力发电机组，定义大质量元件的标准也不相同。
27.发电机组本体结构可以理解为风力发电装置的本体结构，可以包括塔筒以及设置在塔筒上方的机舱。为了固定大质量元件，大质量元件可以通过活动连接件和发电机组本体结构连接。其中，发电机组本体结构的任何一个位置都可以作为与活动连接件的点。
28.其中，所述大质量元件可以位于发电机组主体结构的塔筒内部且靠近上端的位置，例如，大质量元件可以以悬挂的方式设置在塔筒顶端的上部，大质量元件还可以以两端支撑的方式悬空在塔筒的内部。
29.另外，所述大质量元件还可以位于发电机组机舱的内部或外部，例如机舱内部可以是机舱的顶部、底部、侧部；机舱外部可以是机舱上部或下部，这里并不做具体限定。
30.在本实施例中，活动连接件可以是刚性组件，还可以是挠性组件，具体的可以是连杆机构、滑轮、铰链、弹簧和钢丝绳中的至少一种。
31.需要说明的是，本实施例中的活动连接件可以是一个、两个或者多个单一组件构成的。如果活动连接件的构成组件多于一个，那么，多个构成组件之间相互作用，共同完成对大质量元件与发电机组本体结构的连接作用。例如，连接活动件可以包括多个连接杆，或者由滑轮和弹簧构成，或者由铰链和钢丝绳构成。
32.另外，连接杆、弹簧和滑轮还可以起到支撑作用，而铰链和钢丝绳只能起到连接作用，无法起到支撑作用，可以根据各个构成的不同特性，有针对性的进行组合。
33.以连杆机构为例，所述活动连接件至少包括第一连接杆和第二连接杆，所述第一连接杆和所述第二连接杆的一端分别连接所述大质量元件的两个不同的位置，所述第一连接杆和所述第二连接杆的另一端通过铰点与所述发电机组主体结构连接，第一连接杆和第二连接杆可以环绕铰点旋转。
34.其中，第一连接杆、第二连接杆、发电机组本体结构和大质量元件可以共同构成四杆机构，发电机组本体结构和大质量元件也作为四杆机构的两个构件。在这种连接结构下，大质量元件可以在四杆机构所在的平面中作转动运动。
35.上述例子，只是介绍了四杆机构的连接方式，当然，还可以增加连接杆的数量，构成五杆机构、六杆机构或者其他多杆机构，这里并不做具体限定。
36.在本实施例中，阻尼装置可以理解为可以提供运动的阻力，耗减运动能量的装置；也可以理解为，为了当受到冲击而产生的振动很快衰减所制成的增加阻尼的装置。阻尼装置常见的有阻尼器，阻尼器能够使仪表可动部分迅速停止在稳定偏转位置上的装置。阻尼器的安装方式可为多种，目的是使大质量单元在运动方向上起到消能作用。
37.根据阻尼原理的不同，阻尼器可以分为固体粘滞阻尼器、空气阻尼器、摩擦阻尼器
和液压阻尼器。本实施例优选的可以采用摩擦阻尼器和液压阻尼器。
38.当采用液压阻尼器时，可以设置控制器，人为或者自动调整液压阻尼器的阻尼特性。例如，主动调整阻尼特性的信号可以来自于风力发电机组的主控制器和/或传感器。
39.对于阻尼器的选择，可以根据大质量元件的重量、活动连接件接头的位置、连接件长度和连接方式等确定。例如，阻尼器的最大阻尼力可以大于2000kn，活塞的最大行程小于500mm。
40.活动连接件可以起到限制大质量元件的部分自由度的作用，因此，大质量元件只能在特定的自由度范围内运动。大质量元件相对于发电机组本体结构的相对运动可以是转动和平动。而设置阻尼装置的作用就是减缓相对运动，直至大质量元件静止。
41.假设活动连接件与大质量元件、发电机组本体结构构成的四杆机构，那么大质量元件可以在四杆机构所在的平面内做转动。此时，阻尼装置的作用力只要包括抑制所述转动的作用力即可以实现阻尼效果。也就是说，阻尼装置的作用方向需要在大质量元件运动的矢量方向的反方向存在一定投影。
42.其中，阻尼装置的一端需要连接大质量元件，阻尼装置的另一端可以连接在发电机组本体结构上，也可以连接在活动连接件上。
43.当所述相对运动为转动时，所述转动中心可以位于大质量元件的内部，还可以位于大质量元件的外部。
44.转动中心位于大质量元件的外部的连接方式很多，例如，通过2个连接杆将大质量元件悬挂在发电机组的塔筒上(类似于沙袋)，其转动中心在连接杆和发电机组本体结构的连接处。
45.转动中心位于大质量元件的内部的一种连接方式可以是：将大质量元件通过带有铰点的连接件与发电机组本体结构连接，其中，连接件与发电机组本体结构固定连接，连接件与大质量元件连接的一端带有铰点，且插入大质量元件的内部，从而令大质量元件能够以铰点为中心进行转动。
46.当活动连接件或阻尼器的连接位置使得大质量单元的转动中心高于大质量元件的重心时，此时，在安装时，可以使用简单的提升工具直接提升大质量单元，无需再使用支撑结构。
47.当活动连接件或阻尼器的连接位置使得大质量单元的转动中心低于大质量元件的重心时，如果不增加支撑结构，在安装时，大质量元件会发生转动，此时需要增加支撑结构对大质量元件进行支撑。
48.当所述相对运动为平动时，可以采用转轮的方式对大质量元件进行连接。其中，所述转轮设置在所述大质量元件的底部，且与所述发电机组主体结构接触。在该实施例中，需要有一个平台支撑大质量元件，该平台可以是发电机组塔筒的顶端平面，还可以是机舱内部的底端平面，还可以是机舱外部顶端的平面。当然，如果有其他操作平台可以为大质量元件做支撑也可以加以利用。大质量元件在转轮和支撑平台的作用下，可以在支撑平台所在的平面做平动，其存在2个自由度。此时，阻尼装置一端连接大质量元件，另一端连接在发电机组本体机构的侧面，其中，阻尼装置所在的直线不能与支撑平面垂直，即，可以限定阻尼装置所在的直线与支撑平面的夹角小于90
°
。
49.另外，为了提高阻尼效果，所述活动连接件还可以包括弹性元件，所述弹性元件的
一端与所述大质量元件连接，另一端与所述发电机组主体结构连接。可选的，所述弹性元件可以包括弹簧和橡胶。
50.以弹簧为例，弹簧的设置方向可以和阻尼装置互相平平，或者两者的设置方向的夹角小于预设的角度，可以是3
°
或5
°
，这个值可以根据情况具体限定。
51.需要说明的是，根据具体的情况，部分或全部活动连接件的连接位置可以改变或调整，部分或全部活动连接件可在长度、方向和/或位置上进行修改或调整。
52.其中，对连接位置和连杆之间的长度、距离和角度进行了修改，目的是调整大质量元件与风力发电机和塔架结构组成系统的动态特性。另外，前后向和/或横向的动态特性可被控制系统主动地调整，目的是减少对外部或内部激振的响应。
53.风力发电装置中，用于能量传输、冷却和其他设施的电缆和管道，这些部件的连接位置、设计和固定应确保给定大质量元件的相对运动自由度。
54.下面通过举例的方式，参见附图对本技术的技术方案进行形象的解释说明。
55.实施例一
56.图1为本说明书实施例提供的风力发电装置的实施例一的结构示意图。如图1所述，所述风力发电装置包括：第一连接杆11、第二连接杆12、发电机组本体结构13、阻尼装置14和大质量元件15。
57.其中，第一连接杆11、第二连接杆12分别与电机组本体结构13和大质量元件15连接，且第一连接杆11、第二连接杆12与电机组本体结构13的连接位置不同，第一连接杆11、第二连接杆12与大质量元件15的连接位置也不相同。第一连接杆11、第二连接杆12、发电机组本体结构13和大质量元件15构成了四杆机构。大质量元件15可以在四杆机构所在的平面进行转动。其中，第一连接杆11、第二连接杆12与电机组本体结构13通过铰点连接，第一连接杆11和第二连接杆12可以绕着铰点转动。
58.另外，阻尼装置14的一端连接在大质量元件15上，另一端连接在发电机组本体结构13上。在其他的实施例中，阻尼装置14的另一端还可以连接在第一连接杆11或第二连接杆12。
59.需要说明的是，为了附图好描述，图1中的阻尼装置14设置在四杆机构所在的平面上，在其他实施例中，阻尼装置14还可以设置在四杆机构所在平面的外部。
60.实施例二
61.图2为本说明书实施例提供的风力发电装置的实施例二的结构示意图。如图2所述，所述风力发电装置包括：第一连接杆21、第二连接杆22、发电机组本体结构23、阻尼装置24和大质量元件25。
62.与实施例一不同的是，第一连接杆21、第二连接杆22与电机组本体结构23的接连点为同一个点26，且点26为大质量元件25的转动中心，另外，点27为大质量元件25的重心。阻尼装置24一端连接在大质量元件25上，另一端连接在发电机组本体结构23的侧部。
63.该实施例中，大质量元件25的转动中心在其外部。
64.实施例三
65.图3为本说明书实施例提供的风力发电装置的实施例三的结构示意图。如图3所述，所述风力发电装置包括：发电机组本体结构33、阻尼装置34和大质量元件35，其中，点31为大质量元件35的转动中心，点32为大质量元件35的重心。该实施例中，大质量元件25的转
动中心在其内部。
66.实施例四
67.图4为本说明书实施例提供的风力发电装置的实施例四的结构示意图。如图4所述，所述风力发电装置包括：滚轮41、弹簧42、发电机组本体结构43、阻尼装置44和大质量元件45，其中，大质量元件45在滚轮41和发电机组本体结构43的作用下做平面运动。由于，弹簧42和阻尼装置44平行设置，此时，大质量元件45只能沿着弹簧42和阻尼装置44的方向运动。
68.另外，还可以设置滑轨，令滚轮41在滑轨中定向运动，以限制大质量元件45的移动方向。
69.需要说明的是，上述实施例中只是说了彼此的不同，相同处可参见各个实施例的相关描述。
70.基于同样的原理，本说明书还提供了上述风力发电装置的安装方法，图5为本说明书实施例提供的一种风力发电装置的安装方法的流程示意图。
71.如图5所示，该流程可以包括以下步骤：
72.步骤510：在发电机组主体结构的内部选择与活动连接件连接的连接点位置。
73.其中，连接点位置可以是多个。连接点位置的选择可以根据大质量元件的重量、体积、形状和发电机组主体结构的内部结构进行确定。
74.步骤520：将所述活动连接件的一端固定于所述连接点位置，其中，所述活动连接件能够以所述连接点位置为中心进行转动。
75.步骤530：采用提升装置提升大质量元件，将所述活动连接件的另一端与所述大质量元件连接。
76.其中，所述提升装置包括可以滑轮和吊索装置。如果，大质量元件的重心高于其转动中心，还需要额外的支撑结构对大质量元件进行固定。
77.步骤540：按照预设方向安装阻尼装置，其中，所述预设方向由所述大质量元件的预估运动方向确定，所述预估运动方向由所述活动连接件的设置方向和设置位置确定。
78.对于阻尼装置的安装位置，可以综合考虑活动连接件的连接位置、长度、和方向进行确定。另外，还可以通过实验模拟的方式选择最优的安装位置。另外，可以根据大质量元件的重量和运动方式来确定阻尼参数，从而选择阻尼装置的型号。
79.需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
80.本领域技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。
81.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。