CN102165188B - 风力涡轮机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风力涡轮机，其包括：塔架(23)；由竖向筒(24)支承在塔架上面的机舱(29)，竖向筒(24)包围上室(52)；转子，其随支承于轴承(17，31)中的大约水平的轴(32)旋转，轴承(17，31)安装于机舱中，在轴的一端的是带涡轮叶片(5)的轮毂(3)且在轴的另一端的是发电机转子(27)，发电机转子(27)旋转伴有在发电机定子(11)内部的窄间隙(44)，发电机定子安装成其外表面抵靠机舱(29)的外壁(9)，该外壁可在其外表面上具有冷却条(37)或类似物。根据本发明，风力涡轮机包括第一冷却系统，该第一冷却系统用于冷却位于上室(52)中的发电机定子(11)的外表面的部分(19)和/或机舱(29)的外壁(9)的部分(19)。

Description

风力涡轮机

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的风力涡轮机。

背景技术

在已知风力涡轮机中，发电机定子具有良好导热能力且在发电机定子中生成的热通过机舱外壁向周围环境空气散去。但已发现在紧邻上室上方的发电机定子中生成的热更难去除且发电机定子中的温度在该区域中更高。这导致发电机定子中不一致的变形，使得在发电机定子与发电机转子之间的窄间隙在整个圆周上不均匀，甚至可能接近零，这是不希望发生的。

发明内容

为了克服这个缺点，风力涡轮机是根据权利要求1。以此方式，所生成的热直接沿着最短路径朝向发电机定子的外表面和/或机舱的外壁传导且在发电机定子的圆周中并无温差，使得发电机定子与发电机转子之间的间隙大致恒定。

根据一实施例，风力涡轮机是根据权利要求2。通过在发电机定子中使用传感器，第一冷却系统能够使冷却适应不同情形，诸如机舱上太阳辐射的强度或方向的变化。

根据一实施例，风力涡轮机是根据权利要求3。以此方式，该冷却更加精确地适应发电机定子圆周上的温度分布。

根据一实施例，风力涡轮机是根据权利要求4。通过利用循环空气来冷却定子，可提供一种冷却能力强且可靠的冷却系统。

根据一实施例，风力涡轮机是根据权利要求5。这使得能进行更高效的定子冷却。

根据一实施例，风力涡轮机是根据权利要求6。以此方式，防止由于温差造成发电机定子变形所致的损坏。

根据一实施例，风力涡轮机是根据权利要求7。以此方式，发电机定子也从其内表面冷却。

根据一实施例，风力涡轮机是根据权利要求8。在竖向筒中，空气是适度清洁，使得被引导穿过发电机中的窄间隙的空气是清洁的且防止污染发电机。

根据一实施例，风力涡轮机是根据权利要求9。靠近塔架顶部的环境空气比塔架底部的环境空气冷几度且在竖向筒的背风侧，进入竖向的空气流入比较少遭受暴风雨。以此方式，进入到竖向筒中的空气最有利于冷却发电机定子。

附图说明

在下文中，借助于附图，通过描述风力涡轮机的实施例来更详细地解释本发明，在附图中：

图1示出带有风力涡轮机机舱的塔架顶部示意截面图；

图2示出风力涡轮机的机舱的侧视图；

图3示出图1的截面的细节；以及

图4示出图3的截面IV-IV。

具体实施方式

偏航轴承22安装于塔架23上。在图示实施例中，塔架23是圆柱形或略微圆锥形管，其安装于地基上。塔架23可具有不同形状，诸如桁架。偏航轴承22支承圆柱形壳体24，圆柱形壳体24经由连接凸缘28联接到机舱29的外部壳体9上。圆柱形壳体24形成上室52，上室52具有大约2m的高度，使得在偏航轴承22上方存在充分空间供操作者站立。在圆柱形壳体24的上室52中，偏航驱动器25安装于齿轮齿上，齿轮齿为偏航轴承22的部分，偏航驱动器25用于旋转机舱29，使得带叶片5的轮毂3的旋转轴线33可在风向中定向，风驱动风力涡轮机的叶片5。圆柱形壳体24和/或连接凸缘28的直径大于外部壳体9直径的50％或大约等于60％，使得圆柱形壳体24和/或连接凸缘28显著地加固外部壳体9且确保其圆度。

外部壳体9与连接凸缘29能够一起由铸造金属(诸如铸钢)制成单件。浇注此工件使得在连接凸缘28的内部存在部分开口或完全开口而不是外部壳体9的圆柱形壁是有利的。在此情况下，优选地，板19焊接或安装于此开口中以在机舱29下方的上室52与发电机内部之间做出分隔。在另一实施例中，作为连接凸缘28和外部壳体9由铸造制成的替代，它们能够由板材或管材焊接成。

外部壳体9形成机舱29的外部，当外部壳体9安装在带有定子绕组12的定子板11周围时，发电机紧挨在外部壳体9的内侧。由于发电，发电机也将在定子板11和/或定子绕组12中生成热，必须去除这些热。因此，定子板11直接地抵靠外部壳体9且优选地外部壳体9在其外侧上设有冷却翅片37，冷却翅片37由环境空气冷却。其它措施在下文中讨论。

外部壳体9的前端由前凸缘连接结构8连接到前盖7。前盖7可在其外侧表面上具有冷却翅片37。前轴承31安装于前盖7中。优选地，前盖7大致呈圆锥形，使得来自叶片5的轴向力以微小变形的直接方式导向至外部壳体9且从外部壳体9经由竖向连接凸缘28导向至圆柱形壁24和偏航轴承22。外部壳体9的后端由后凸缘连接结构35连接到后盖18。后轴承17安装于后盖18中。具有旋转轴线33的中空轴32安装于前轴承31和后轴承17中。发电机被设计成使得其重心(其主要由定子绕组12的重量确定)在偏航轴承22的外圆周内。优选地，前轴承31和后轴承17具有显著距离，例如至少是偏航轴承22的直径。前轴承31优选地在偏航轴承22的圆周前方且若可能，后轴承17在偏航轴承22的外圆周的另一侧上。

两个凸缘26将转子27连接到中空轴32。转子27随中空轴32和叶片5旋转且在其外圆周上具有永磁体(未图示)，永磁体与定子绕组12相互作用以在定子绕组12的电缆中产生电能。定子绕组12的电缆被引导穿过外部壳体9底部中的开口或板19中的开口到连接箱34，连接箱34位于圆柱形壳体24中。连接该连接箱34与转换器(其用于将所生成的交流电转换成直流电)或者将该连接箱34连接到其它连接件的电缆从连接箱34悬挂穿过偏航轴承22中的开口使得机舱29能够自由地旋转。

在外部壳体9的前端，中空轮毂3联接到中空轴32。在外部壳体9的后端，机舱29具有控制室15，控制室15的外侧与外部壳体9的外侧表面大致成直线地延伸。控制室15可从上室52经由圆柱形壳体24的壁中的开口21和通路20接近，通路20连接上室52与控制室15底板中的开口36。控制室15具有吊轨14，吊车(未图示)可在吊轨14上滑动。背向发电机的壁具有舱口16，舱口16倾斜且部分地在吊轨14下方，使得部件可通过舱口16从控制室15下放或吊起到控制室15内。

中空轮毂3具有轮毂室1，轮毂室1可通过中空轴32从控制室15接近。叶片5由叶片轴承2附连到轮毂3上且存在叶片驱动器(未图示)用于改变叶片桨距。为了减轻风中的流动阻力，由盖30包围轮毂3，盖30具有鼻部4。操作者可以容易的方式通过中空轴32接近轮毂室1以维护叶片5内部和叶片驱动器，叶片5内部和叶片驱动器可从轮毂室1接近。由此，操作者到达轮毂室1而无需穿过发电机内部且并不靠近定子绕组12的高压线。而且他还避开从塔架23中的连接箱34悬下的电缆。为了维护轮毂3外部和叶片5根部，轮毂3可经由控制室15顶板中的舱口13和由外部壳体9的顶表面上的栏杆10形成的路径而接近。在保护盖30中的舱口6使得能接近盖30内部和轮毂3外部以及叶片5根部。

为了去除在发电机中生成的热，外部壳体9由沿着其外表面流动的环境空气和(若可用)安装于外部壳体9的外表面上的冷却翅片37冷却。外部壳体9安装于连接凸缘28上以将机舱29连接到塔架23且在由连接凸缘28包围的上室52中并不存在去除过量热的环境空气。为了防止过多热积聚于塔架23上方区域中的发电机的定子板11和绕组12中，由连接凸缘28包围的外部壳体9的部分设有单独的冷却系统。在图示实施例中，在上室52中，冷却空气通道49抵靠板19的外表面安装，该板19以类似于外部壳体9与定子板11之间接触的方式与定子板11直接接触。冷却空气通道49具有入口空气传播喷嘴47用于将冷却空气通道49连接到第一通风器41，和出口空气连接喷嘴50用于将冷却空气通道49连接到外部壳体9中的空气出口51。第一通风器41沿着板19的外表面从上室52吹送空气，冷却翅片48可安装于板19的外表面上，且热空气通过空气出口51吹送到周围环境空气内。来自周围环境的空气可通过空气入口开口38进入上室52，空气入口开口38处于机舱29的背风侧使得冷且相对较干的空气被吸入到上室52内。

第一通风器31可取决于沿着外部壳体9的外表面的风速接通且其通风能力也可取决于风速。控制第一通风器31的更精确方式是通过传感器45测量定子板11或定子绕组12在圆周上的温度。在定子板11或定子绕组12中，安装六个或更多的传感器45，传感器线55将每个传感器45连接到温度控制系统39。控制线53将温度控制系统39连接到第一通风器41。如果控制系统39检测到传感器45中的一个或多个指示不同于其它传感器45的温度，这可能表明在发电机中生成的热绕该圆周均匀地去除且必须调整由冷却空气通道49冷却的区域的冷却，例如通过改变第一通风器41的循环能力。

在所描述的实施例中，冷却空气通道49在暴露给上室的板19的整个表面上循环空气。在不同实施例中，空气通道49可分成两个或更多通道使得板19的不同区域可以不同冷却能力冷却。这使得能以更高能力来冷却板19的左侧或右侧以便补偿由于(例如)太阳辐射所致的机舱29的一侧比另一侧更高的温度。在所描述的实施例中，通过通风而进行板19的冷却，但在不同实施例中，冷却位于上室52上方的板19和/或定子板11的其它方式可在其它方面，诸如利用冷却液体或者任何其它方式。

第二通风器42可循环来自上室52的空气通过空气管43到发电机外壳的前侧。在发电机外壳中，空气通过转子27与定子板11之间的间隙44流动到空气出口46，因此冷却定子板11。在传感器45检测到定子板11或定子绕组12中太高温度的情况下，由控制线54连接到温度控制系统39的第二通风器42被接通或增加其循环能力。以此方式，定子板11由环境空气和由第一通风器41循环的空气从外部冷却且由第二通风器42循环的空气从内部冷却。在图示实施例中，空气管43被部分地示出在圆柱形壁24外部且空气管43通过前盖7进入机舱29。对于技术人员而言，显然空气管43可位于许多其它位置且可(例如)通过板19或通过外部壳体9进入发电机的前区域。

传感器45或其中的至少两个可用于安全保护系统中，安全保护系统保卫发电机防止过热。在这种情况下，温度控制系统39可通过监视传感器45和在一个或多个传感器45指示的值与一个或多个其它传感器45给出的值显著不同时给出警告而检测发电机的过热。

Claims (9)

1.风力涡轮机，其包括：塔架(23)；由竖向筒(24)支承在塔架顶部的机舱(29)，竖向筒(24)包围上室 (52)；转子，其随支承于轴承(17，31)中的或多或少水平的轴(32)旋转，轴承(17，31)安装于机舱中，位于轴的一端的是带涡轮叶片(5)的轮毂 (3)且位于轴的另一端的是发电机转子(27)，发电机转子(27)旋转伴有在发电机定子(11)内部的窄间隙(44)，发电机定子安装成其外圆周表面抵靠机舱的外壁(9)，发电机定子设置在竖向筒的上面，使得发电机定子(11)的外表面的部分(19)和/或机舱(29)的外壁(9)的部分(19)位于上室中，风力涡轮机包括第一辅助冷却系统，第一辅助冷却系统位于上室(52)中, 用于冷却所述发电机定子(11)的外表面的部分(19)和/或机舱(29)的外壁(9)的部分(19)，

其中所述第一辅助冷却系统包括一个或多个通道以将冷却介质沿着位于上室中的发电机定子的外表面的部分或者机舱的外壁的部分进行引导。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中所述第一辅助冷却系统包括控制系统(39)，所述控制系统(39)连接到发电机定子(11)中的多个传感器(45)，所述传感器的数目为六个或更多。

3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机，其中所述第一辅助冷却系统包括控制系统(39)，所述控制系统(39)连接到发电机定子(11)中的多个传感器(45)，所述控制系统可设置不同冷却能力用于位于所述上室(52)中的外表面(19)和/或外壁(9)的不同部分。

4.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中所述第一辅助冷却系统包括控制系统(39)，所述控制系统(39)连接到发电机定子(11)的多个传感器(45)，所述控制系统联接到第一通风器(41)，所述第一通风器(41)在位于所述上室(52)中的发电机定子的外表面和/或机舱(29)的外壁上循环空气。

5.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机，其中位于所述上室(52)中的所述发电机定子(11)的外表面和/或所述机舱(29)的外壁(9)设有冷却肋(49)。

6.根据权利要求４所述的风力涡轮机，其中所述风力涡轮机具有综合安全保护系统，且所述控制系统(39)的所述传感器(45)中的至少两个是该安全保护系统的部分。

7.根据权利要求1或4所述的风力涡轮机，其中所述风力涡轮机包括带有第二通风器(42)的空气循环通道(43)，所述第二通风器(42)用于循环冷却空气通过在所述发电机定子(11)与所述发电机转子(27)之间的窄间隙(44)。

8.根据权利要求７所述的风力涡轮机，其中所述空气循环通道(43)将空气从所述竖向筒(24)内部引导至所述窄间隙(44)。

9.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中所述上室(52)在与所述轮毂(3)相反的侧部上具有冷却空气入口(38)。