CN101634273B - 用于风力涡轮机的可膨胀线路支撑件 - Google Patents

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Abstract

一种风力涡轮机(2)，包括：塔(4)、用于在塔(4)上旋转的叶片(10)、连接到叶片(10)并具有轴向孔(200)的转子轴(116)、设置在孔(200)中并用于传送信号的线路(202)和用于将线路(202)从孔(200)内部的转子轴(116)间隔的支撑件(206)。

Description

用于风力涡轮机的可膨胀线路支撑件
技术领域
这里描述的主题一般地涉及风力涡轮机、结构，尤其涉及用于风力涡轮机的可膨胀电缆支撑件。
背景技术
风力涡轮机是用于将风中的动能转化为机械能的机械装置。如果机械能直接被例如是用于抽水或碾麦的机械使用，那么风力涡轮机可以作为风力发动机。同样地，如果机械能转化为电，那么机械装置也可作为风力发电机或风力发电站。
风力涡轮机通常根据叶片绕其垂直或水平轴旋转来归类。一种所谓的水平轴风力发电机在图1中示意性示出。用于风力涡轮机2的此特定配置包括支撑包围传动系统8的机舱6的塔4。叶片10设置在轮毂上以在传动系统8的一个末端形成“转子”在机舱6外面。旋转叶片10驱动连接到位于传动系统8的另一个末端的发电机14的传动箱12，该传动系统8与可接收来自风速计18的输入的控制系统16一起设置在机舱6的内部。
叶片10由移动的空气产生提升和俘获动量，该移动空气被施加于转子为叶片在“转子平面”内旋转。各叶片通常紧固在它的“根”端，然后径向“向外地”“跨”到自由“尖”端。叶片的前部或“前缘”连接叶片首先接触空气的最前端点。叶片的后部或“后缘”是被前缘分离的气流在经过叶片的吸力和压力面之后再结合的地方。“弦线”在越过叶片的典型的气流方向上连接叶片的前缘和后缘。弦线的长度是简单的“弦”。
“攻角”是用来描述叶片10的弦线和表示叶片和空气之间相对运动的矢量之间的角度术语。“变螺距(pitching)”指旋转整个叶片10的攻角向风或脱离风，目的是为了控制旋转速度和/或来自风的功率吸收量。例如，使叶片“向顺浆(feather)”变螺距，以将叶片10的前缘朝向风的方向旋转，而使叶片“向失速(stall)”变螺距以使叶片前缘朝脱离风的方向旋转。
对于所谓的“螺距控制(pitch control)”风力涡轮机，可以每当风改变时调整螺距，目的是为了使转子叶片保持在最佳角度并使对于所有的风速功率输出最大化。例如，控制系统16可每秒几次检查涡轮机2的功率输出。当功率输出变得太高时，然后控制系统16将信号发送到使叶片10稍稍脱离风的叶片螺距机构(在图1中未示出)。当风速慢下来时，叶片10转回到向风。
共同受让的标题为“Methods and Apparatus for Pitch ControlPower Conversion”的美国第7126236号专利通过引用结合于本文中，且部分地在图2中重现。控制系统16(来自图1)包括一个或多个位于控制面板112内的控制器，其用于整个系统的监测和控制，包括螺距和速度调节、高速轴和偏转制动应用、偏转和泵电动机应用以及故障监测。
控制系统16将控制信号提供给驱动轮毂110的可变叶片螺距驱动器或致动器114以便控制叶片10(图1)的螺距。风力涡轮机2的传动系统8(图1)包括连接到轮毂110的主传动轴116(也指“低速轴”)和传动箱12。来自传动箱对立末端的高速轴用来驱动第一发电机120。在某些配置中，转矩经由联接器122传送。
叶片螺距控制信号典型地以来自控制系统16的电脉冲信号的形式提供，该信号自连接到传动箱12背面的滑环沿延伸通过轴116中心处的孔的电缆被传送。然而，旋转轴116可破坏电缆的外部保护涂层，这就可使电路短路或干扰那些控制信号的传送。
发明内容
与此传统方法相关的这些和其它缺点在本文中的不同实施例中通过提供风力涡轮机来解决。该风力涡轮机包括：塔；用于在塔上旋转的叶片；连接到叶片并具有轴向孔的转子轴；设置在孔中并用于传送信号的线路；以及用于在孔内部将线路与转子轴间隔开的支撑件。
附图说明
该技术的各个方面现在将参考下列图(“图”)进行描述，这些图形不是一定是按比例画出的，但在整个几个视图各视图中使用相同的参考数字表示相应的部件。
图1是传统风力发电机的示意性侧视图；
图2是图1所示的传统风力发电机的机舱和轮毂的截断正投影视图；
图3是图2所示的转子轴和传动箱的示意性的局部横断面；
图4是沿图3中的截面线IV-IV剖取的横断面视图；
图5是沿图3中的截面线IV-IV剖取的备选横断面视图；
图6是图5所示的处于展开配置中的垫子的平面图；
图7是沿图6中的截面线VII-VII剖取的横断面视图。
部件列表：
2风力涡轮机      14发电机
4塔              16控制系统
6机舱            110轮毂
8传动系统        114叶片螺距致动器
10叶片           116转轴
12传动箱         120发电机
200孔            208指状物
202线路          210紧固件
204滑环          212阀
206线路支撑件    214弹性材料
具体实施方式
图3是图2中的传动箱12和转子轴116的示意性的局部横断面。转子轴116包括轴向孔200，该轴向孔200容纳一个或多个用来传送例如滑环到图2所示的叶片螺距致动器114的之间的信号的线路202。本文所用的用语“线路”广义上包括电引线、导体、电线、电缆、接电绳(cord)、气动和液压传送器、波导装置和例如光纤的纤维。用语“信号”不限于通信信号，并可包括功率和/或功率信号。例如，线路可以传送电功率。
图4是沿图3中的截面线IV-IV剖取的转子轴116的横断面视图，其包括用于将这些线路202中的一个或者多个与孔200内部的转子轴206间隔的线路支撑件206的一个示例。然而，线路支撑件也可用在其它孔中(例如管道系统)和/或支撑其它元件(例如管道)。线路支撑件的一部分也可延伸超过轴向孔200的末端。
在图4中，图示的线路支撑件206具有一个或多个可选的指状物208，其用来将支撑件206定位在孔200中。在该示例中，7个指状物208从在轴线方向上设置的线路径向延伸，并且这些指状物沿大体上平行于线路202的垫子的长度延伸。然而，可提供任何其它数目的指状物208和/或取向。例如，指状物可设置成大体上垂直于线路202，围绕线路以螺旋配置，和/或仅部分地或间歇地延伸经过线路支撑件202的宽度和/或长度。各个指状物208也可用有弹性的和/或可压缩的材料(例如泡沫橡胶)填充，以为指状物提供额外的结构刚度。如图5所示，线路支撑件206可备选地不具有指状物208，以致支撑件206具有大体上一致的厚度。
图6图示了图5所示的线路支撑件206在展开配置中的平面图，而图7图示了沿截面线VII-VII剖取的横断面。图6图示了一种线路支撑件206可配置成垫子的方式。线路202置于线路支撑件206的一侧，然后线路支撑件206围绕线路202卷起以便包围或部分地包围线路202。紧固件210可提供在线路支撑件206上，以将线路支撑件围绕线路202紧固。例如，紧固件可包括钩和环形紧固件、扣条、螺栓、螺钉、帽螺钉、柱螺栓、带扣、纽扣、夹具、扣钩、夹子、金属扣眼、挂钉、针、环、带、揿钮、绑带、U形钉、大头钉、栓带、套索钉、楔锚固装置和/或拉链。紧固件210可设置在垫子的一侧或者多侧，例如以为了更好地固定。
线路支撑件206也可膨胀以便填充或部分地填充转子轴116中的孔200。例如，线路支撑件206可具有阀212、塞子或其它封盖，以允许流体添加到或从支撑件的内部移除。在这种配置中，在卷绕、压缩、以及将线路支撑件206围绕线路紧固后，例如可进一步通过使用连接至阀212的真空泵抽取空气来压缩线路支撑件。经进一步压缩的线路支撑件206和线路202可轻易地插入孔200内。一旦在孔200内部，线路支撑件206可被增压，以便填充或部分地填充孔200。可备选地，或另外地，线路支撑件206可用弹性材料214(图7)例如泡沫橡胶来填充，以便阀212可简单地被重新打开，目的是为了允许指状物中的弹性材料膨胀。在这种配置中，线路支撑件206是自膨胀的。虽然图7图示了围绕线路202卷绕之前在膨胀配置中的线路支撑件206，但是线路支撑件也可在阀212关闭的情况下保持在压缩或部分压缩配置中，目的是为了便于在线路支撑件和线路插入到孔200之前将压缩的线路支撑件围绕线路卷绕以及线路支撑件通过打开阀而膨胀。
线路支撑件206提供优于传统方法的各种优点。例如，该装置避免了用凌乱的和有毒的聚氨酯泡沫来间隔和/或固定管道系统中的电缆和其它线路202，另外该泡沫需要相当长的时间固化且一旦它被设置后仍然容易被振动和/或其它移动所破坏。当膨胀时，电缆支撑件206也提供一定级别的振动阻尼，而该较硬的支撑件、例如传统的电缆管道不能提供。电缆支撑件206也允许线路202容易地插入到紧密空间，然后一旦它们在孔200的内部或其它空间时有助于保护那些线的整个长度。例如，支撑件206有助于使孔200内的电缆或其它线路上的动态应力最小化。线路202也可预包装在线路支撑件206中，目的是为了简化现场安装。通过支撑件206能够在被抽压时从孔200中轻易地移除以及然后在重新增压时轻易地重新插入，使线路202及周围设备的安装和维护便于进行。
应该强调的是，上文所描述的实施例和尤其是任何“优选实施例仅仅是本文已然提出的用来为此技术的不同方面提供清晰理解的不同实施方式的示例。在本质上不脱离下列权利要求的适当结构所单独定义的保护范围下，本领域技术人员将能够改变许多这些实施例。

Claims (16)

1.一种风力涡轮机，包括：
塔；
用于在塔上旋转的叶片；
连接到叶片并具有轴向孔的转子轴；
设置在孔中并用于传送信号的线路；以及
用于将线路在孔内从转子轴间隔的支撑件，所述支撑件在孔内围绕所述线路卷绕，
其中所述支撑件径向膨胀以至少部分地填充所述线路和所述轴向孔的内壁之间的环状空间，并且其中所述支撑件包括多个用于将支撑件定位在转予轴中的指状物。
2.如权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述支撑件膨胀以基本上填充所述线路和所述轴向孔的内壁之间的环状空间。
3.如权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述指状物相对于线路径向地延伸。
4.如权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述指状物还沿着基本上平行于所述线路的所述支撑件的长度延伸。
5.如权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述支撑件包括用于将所述支撑件围绕所述线路固定的紧固件。
6.如权利要求5所述的风力涡轮机，其特征在于，所述紧固件包括钧和环紧固件。
7.如权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述支撑件具有阀、塞子或其它封盖，以允许流体添加到所述支撑件的内部或从所述支撑件的内部移除。
8.如权利要求4所述的风力涡轮机，其特征在于，所述支撑件还包括钩和环紧固件，用于将所述支撑件围绕所述线路固定。
9.如权利要求3所述的风力涡轮机，其特征在于，所述支撑件还具有阀、塞子或其它封盖，以允许流体添加到所述支撑件的内部或从所述支撑件的内部移除。
10.如权利要求6所述的风力涡轮机，其特征在于，所述支撑件还具有阀、塞子或其它封盖，以允许流体添加到所述支撑件的内部或从所述支撑件的内部移除。
11.如权利要求3所述的风力涡轮机，其特征在于，所述支撑件还包括钩和环紧固件，用于将所述支撑件围绕所述线路固定。
12.如权利要求2所述的风力涡轮机，其特征在于，所述支撑件还具有阀、塞子或其它封盖，以允许流体添加到所述支撑件的内部或从所述支撑件的内部移除。
13.如权利要求4所述的风力涡轮机，其特征在于，所述支撑件还具有阀、塞子或其它封盖，以允许流体添加到所述支撑件的内部或从所述支撑件的内部移除。
14.如权利要求7所述的风力涡轮机，其特征在于，所述支撑件是自膨胀型。
15.如权利要求9所述的风力涡轮机，其特征在于，所述支撑件是自膨胀型。
16.如权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述支撑件是自膨胀型。
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