CN102272447B - 风力涡轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种风力涡轮机(2)，其包括塔架(3)、安装在所述塔架(3)顶端的机舱(4)以及具有至少一个滑环(11)的滑环组件(1)，其中第一缆线(6)经由所述滑环组件(1)的内孔(12)从所述机舱(4)延伸到所述塔架(3)，并且至少一条第二缆线(7a，7b)经由所述至少一个滑环(11)从所述机舱(4)延伸到所述塔架(3)，藉此在所述第一缆线(6)的外周边和所述至少一个滑环(11)的内周边之间形成一段屏蔽距离。本发明还涉及滑环组件(1)的用途，所述滑环组件(1)包括至少一个滑环(11)，用于屏蔽风力涡轮机(2)的缆线(6，7a，7b)。

Description

风力涡轮机
技术领域
本发明总体上涉及一种风力涡轮机，其包括塔架、机舱以及具有至少一个滑环的滑环组件。第一缆线经由所述滑环组件的内孔延伸并且至少一条第二缆线经由所述至少一个滑环延伸。在所述第一缆线外周边和所述至少一个滑环的内周边之间形成一段屏蔽距离。本发明还涉及包括用于屏蔽风力涡轮机中缆线的至少一个滑环的滑环组件的用途。
背景技术
风力涡轮机一般包括塔架、机舱、至少一个叶片以及布置在所述塔架和所述机舱之间的偏转轴承。高压缆线从布置在所述机舱内的发电机拉出来、通过所述塔架的内部空间下到地面。通常，所述缆线具有60-110mm的直径。此高压缆线并不是从所述机舱延伸穿过所述塔架的内部的唯一缆线，但也有诸如信号缆线等等的其它附加缆线以相同的方式延伸穿过所述塔架。正常地，这些缆线被安装在所述高压缆线的外表面上。为了避免来自所述高压缆线的干扰，这些高压缆线必须设置有外部屏蔽，因此增加它的厚度、重量和成本。
在运作中，为了使所述叶片朝向风正确地取向，所述机舱围绕所述偏转轴承转动。这种转动被传输给缆线，从而同样地扭转或转动。为了允许这种扭转，所述缆线必须具有自由长度，所述自由长度在中心悬挂穿过所述塔架的上部部分。沿着所述塔架的下部部分，所述缆线被固定到所述塔架的内壁。沿着所述壁，所述附加缆线和所述高压缆线是分开的。这样，所述扭转一般只限制到缆线沿着所述塔架的上部部分的自由长度。
正常地，为了避免对缆线的任何损伤，所述机舱在必须重新转动回到其原始位置之前被允许转动大约五圈。
由于所述高压缆线需要避免布置在所述塔架内的附加缆线的干扰的额外屏蔽，因此所述高压缆线是昂贵并且笨重的。
此外，为了允许由于所述机舱的转动而扭转，所有缆线必须制作成具有额外长度，这附加地增加了所述缆线的重量和成本。
GB 2 167 612公布了一种风力涡轮发电机系统，其具有在机舱上安装的发电机，所述在机舱上安装的发电机设有滑环组件。来自所述发电机的功率缆线从所述机舱经由滑环延伸到所述塔架。
发明内容
鉴于上述，本发明的目的是提供一种针对上述技术和现有技术的改进。
特别是，目的是减少所述高压缆线的重量和成本。
另一目的是减少围绕所述高压缆线布置的外部屏蔽的需求。
根据第一方面，本发明通过风力涡轮机来实现，所述风力涡轮机包括塔架、布置在所述塔架顶端的机舱以及具有至少一个滑环的滑环组件，其中第一缆线经由所述滑环组件的内孔从所述机舱延伸到所述塔架，并且至少一条第二缆线经由所述至少一个滑环从所述机舱延伸到所述塔架，藉此在所述第一缆线的外周边和所述至少一个滑环的内周边之间形成一段屏蔽距离。
一个优点是所述第一缆线与所述至少一条第二缆线通过所述滑环组件而隔离，从而形成屏蔽。所述第一缆线延伸穿过所述滑环组件的内孔。所述第一缆线经由所述至少一个滑环延伸，例如使得所述至少一条第二缆线的第一部分连接到所述滑环组件的至少一个滑环。在所述至少一条第二缆线传输的信号和/或功率经过所述滑环组件。例如，所述至少一条第二缆线的第二部分可以连接到所述滑环组件的静止部件，并所述至少一条第二缆线的所述第二部分然后可以从所述滑环组件朝向所述塔架壁或布置在所述塔架内的梯子导向。如果配置有多条第二缆线，那么每条第二缆线连接到独立滑环。所述第一缆线可以是高压缆线或者类似缆线，并且所述至少一条第二缆线可以是诸如信号缆线、功率缆线、或者类似缆线的任何附加缆线。
另一个优点是减少所述第一缆线外部屏蔽的需要，这是由于所述第一缆线经由所述滑环组件与所述至少一条第二缆线隔离。不是在所述第一缆线使用外部屏蔽，而是通过所述滑环组件在所述第一缆线的外周边和所述至少一个滑环的内周边之间形成的屏蔽距离确保所述至少一个滑环布置在离所述第一缆线预定的距离以获得足够的屏蔽。所述屏蔽可以由布置在所述滑环组件的所述内孔中的空气、材料或者元件、或者是上述的组合来提供。通过减少对外部屏蔽的需求，所述第一缆线的重量和成本都减少。
此外的优点是由于所述至少一条第二缆线没有附连到所述第一缆线，所述第一缆线相对于所述至少一条第二缆线独立地并且自由地布置，并且反之亦然。因此，所述第一缆线可以在所述滑环组件的所述内孔内转动或扭转而不会转动或扭转所述至少一条第二缆线。还有，由于所述至少一条第二缆线连接到可旋转的所述滑环，所述至少一条第二缆线相对于所述第一缆线是自由旋转的。当所述机舱绕着所述偏转轴承转动时，所述第一缆线和所述至少一条第二缆线可以不必要相同程度地转动。
所述至少一条第二缆线可以经由所述至少一个滑环从所述机舱延伸到所述塔架，其中所述至少一条第二缆线的第一部分连接到所述至少一个滑环的第一接线端，并且所述至少一条第二缆线的第二部分连接到所述滑环组件的第二接线端。因此，由所述至少一条第二缆线的所述第一部分传输的信号和/或功率经过所述滑环组件到所述至少一条第二缆线的所述第二部分。
所述第二接线端可以布置在所述滑环组件的静止部件上。
在所述内孔的周边到所述第一缆线的外周边之间的屏蔽距离至少可以是130mm。这一距离已经证明通常确保当高压缆线只使用距离屏蔽隔离时在风能应用中可以得到足够的屏蔽。自然地，所需距离取决于用于屏蔽所述第一缆线的材料、通过所述第一缆线传输的信号的类型、所述第一缆线传输的功率等等。例如，所述屏蔽可以由空气、屏蔽材料、距离构件、或者其组合获得。
所述屏蔽距离可以由在所述滑环组件和所述第一缆线之间延伸的距离构件来确保。所述距离构件保证信号和/或功率从所述至少一条第二缆线传输到其中的所述滑环组件和所述第一缆线之间保持足够的距离，以获取其间的屏蔽。
所述滑环组件可以是筒型的或者是端面型的。在筒型的滑环组件中，所述滑环一个接一个布置在彼此的顶端。一条第二缆线可以连接到所述顶端滑环，另一条第二缆线可以连接到布置在所述顶端滑环下面的所述下一个滑环，以此类推。在所述筒型滑环中，每条第二缆线连接到独立滑环。在端面型的滑环组件中，所述滑环被布置在盘形物端面上，一个滑环被布置在另一个滑环的内部。在所述端面型的滑环组件中，每条第二缆线连接到独立滑环。
所述滑环组件可以附连到所述机舱。因此当所述机舱转动时所述至少一个滑环旋转。
所述滑环组件可以附连到适用于支承所述第一缆线的缆线支持架。所述缆线支持架适用于支承第一缆线和将所述第一缆线朝向所述滑环组件的内孔导向。
所述滑环组件可以附连到所述塔架。可替代地，或者作为补充，所述滑环组件的静止部件可以附连到所述塔并且由所述塔架支承。
所述滑环组件可以包括所述至少一个滑环和静止部件，所述至少一个滑环可以附连到所述机舱并且所述静止部件可以附连到所述塔架。
所述至少一条第二缆线在穿过所述滑环组件后可以远离所述第一缆线导向。所述至少一条第二缆线可以朝向诸如塔架壁或者布置在所述塔架内的梯子导向，并且可以沿着所述塔架壁或所述梯子朝向所述塔架的下部部分延伸。
根据第二方面，本发明通过滑环组件的用途来实现，所述滑环组件包括至少一个滑环，用于屏蔽在风力涡轮机中的缆线，其中第一缆线延伸穿过所述滑环组件的内孔，并且至少一条第二缆线经由所述至少一个滑环延伸，藉此在所述第一缆线的外周边和所述至少一个滑环的内周边之间形成一段屏蔽距离。
使用滑环组件用于在延伸穿过所述内孔的所述第一缆线和传送来自于所述至少一条第二缆线的信号和/或功率的滑环之间屏蔽的优点是由于所述第一缆线和所述至少一条第二缆线经由所述滑环组件的分离，减少在所述第一缆线外部屏蔽的需求。不是使用所述第一缆线的外部屏蔽，而是通过滑环组件所形成的在所述第一缆线的外周边和所述至少一个滑环内周边之间的屏蔽距离，确保所述至少一个滑环布置在离所述第一缆线预定的距离以获得足够的屏蔽距离。所述屏蔽可以通过布置在所述滑环组件的所述内孔内的空气、材料、或者其组合提供。由于减少外部屏蔽的需求，可以减少所述第一缆线的重量和成本。
此外的优点是由于所述至少一条第二缆线没有附连到所述第一缆线，所述第一缆线相对于所述至少一条第二缆线独立地和自由地布置，并且反之亦然。因此，所述第一缆线可以在所述滑环组件的所述内孔内转动或扭转而没有转动或扭转所述至少一条第二缆线。由于所述至少一条第二缆线经由所述至少一个滑环延伸，所述至少一条第二缆线相对于所述第一缆线自由转动。当所述机舱绕着所述偏转轴承转动时，所述第一缆线和所述至少一条第二缆线可以不必要相同程度地转动。
所述至少一条第二缆线可以经由所述至少一个滑环延伸，其中所述至少一条第二缆线的第一部分连接到所述至少一个滑环的第一接线端，并其所述至少一条第二缆线的第二部分连接到所述至少一个滑环组件的第二接线端。从而，通过所述至少一条第二缆线的第一部分传输的信号和/或功率经过所述滑环组件到所述至少一条第二缆线的第二部分。
从下面详细描述以及附加的权利要求和附图中，本发明的其它目的，特性和优势将会更明显。
一般来说，在权利要求中使用的所有术语可以根据它们在技术领域的一般意思解释，除非在本文以其它方式明确地声明。所有引用到“一/一个/该[元件、装置、组件、机构、步骤等等]”可以开放式地解释为引用至少一个所述的元件、装置、组件、机构、步骤等等的实例，除非在本文以其它方式明确地声明。在此公布的任何方法的所述步骤不必按确切的公布顺序执行，除非明确说明。
附图说明
通过本发明的优选实施例的下述描述性且非限制性的详细描述结合附图，将会更好地理解本发明的上述以及其它的目的、特性和优点，在附图中对于类似的元件将使用相同的附图标记，在附图中：
图1示意说明布置在风力涡轮机上的滑环组件。
图2示意说明布置在所述风力涡轮机内的图1所示的滑环组件的截面图。
图3更详细地示意说明筒型滑环组件。
图4更详细地示意说明端面型滑环组件。
具体实施方式
参考图1和图2，将描述使用在风力涡轮机2上的一种滑环组件1。风力涡轮机2包括塔架3、布置在塔架3顶端的机舱4以及滑环组件1。滑环组件1布置在风力涡轮机塔架3的上部部分中，靠近塔架3的顶部凸缘5。塔架3从地面延伸到机舱4。轴承(没有显示)可以布置在塔架3和机舱4之间，因而允许所述机舱4相对于塔架3转动。第一缆线6(其可以是高压缆线或类似缆线)通过塔架3的内部在竖直方向从机舱4向地面延伸。至少一条第二缆线7a、7b也在竖直方向从机舱4向地面延伸。至少一条第二缆线7a、7b可以是布置在塔架3内的信号缆线或者任何其它缆线。
为了便于理解本发明，只公布一条第二缆线，除非有其它说明。
滑环组件1包括至少一个可旋转的滑环11和静止部件10。滑环组件1是环形形状的并且具有轴向延伸的内孔12。信号和/或功率经由在旋转滑环11和静止部件10之间形成连接的滑环刷(未显示)从滑环11传输到所述静止部件10或者从所述静止部件10传输到滑环11。滑环组件1是任何常规类型的，本领域的技术人员可以很容易理解其功能和设计，藉此将不再详细地描述。
第一缆线6在竖直方向延伸穿过滑环组件1的内孔12。诸如盘或者轮辐或者填充所述内孔的材料的距离构件14可以布置在内孔12内。距离构件14可以在滑环组件1的内周边表面和第一缆线6的外周边之间延伸。距离构件14确保在第一缆线6和滑环组件1之间保持足够距离以获得第一缆线6需要的屏蔽。距离构件14的例子如图2所示。
第一缆线支架8可适用于将第一缆线6朝向滑环组件1的内孔12导向。第二缆线支架9可适用于将所述至少一条第二缆线的第一部分7a朝向滑环组件1导向。
滑环组件1通过支承结构20附连到第一缆线支架8，如图2所示。支承结构20附连到滑环组件1的旋转部分，即，至少一个滑环11。由此，当所述机舱转动时，支承结构20、至少一个滑环11以及至少一条第二缆线的第一部分7a一起旋转。可替代地，滑环组件1的静止部件10可以附连到塔架3，或者滑环组件1可以附连到支承结构20以及到塔架3。
所述至少一条第二缆线被分成第一部分7a和第二部分7b。所述至少一条第二缆线的第一部分7a用第一接线端15连接到至少一个滑环11。至少一个滑环11经由滑环刷(未显示)从至少一条第二缆线的第一部分7a传输信号和/或功率到滑环组件1的静止部件10。所述至少一条第二缆线的第二部分7b连接到滑环组件1的静止部件10的第二接线端16。所述信号和/或功率用至少一条第二缆线的第二部分7b进一步向地面传输。
滑环组件1在延伸穿过滑环组件1的内孔12的第一缆线6与滑环11以及静止部件10之间形成距离。当第一缆线6延伸穿过内孔12并且至少一条第二缆线7a、7b连接到至少一个滑环11时，所述距离形成在第一缆线6和滑环组件1之间的屏蔽。由此，第一缆线6与至少一条第二缆线7a、7b经由至少一个滑环11传输的信号和/或功率分离。因此，来自诸如高压缆线的第一缆线6的干扰风险减少。
可以只通过距离、或者可以通过距离结合屏蔽材料来获得屏蔽。在只用距离的情况下，在所述内孔的周边和所述第一缆线的外周边之间的距离优选地是至少130mm。可替代地，或者作为结合，屏蔽材料可以布置在内孔12中。此外，距离构件14可以布置在内孔12中，在滑环组件1和第一缆线6之间延伸。距离构件14确保在第一缆线6和滑环组件1之间保持足够的距离。依赖于这一距离构件的设计，它可以添加屏蔽效果。例如，如果内孔12被屏蔽材料填满，所述屏蔽材料既作为提供额外屏蔽的绝缘体起作用、也作为距离构件起作用。
取决于通过第一缆线6和至少一条第二缆线7a、7b所传输的信号和/或功率，所述屏蔽可以是电屏蔽(例如用于防止电流泄漏)或者任何其他类型的屏蔽。
当机舱4转动时，第一缆线6在滑环组件1的内孔12内自由转动。由于至少一个滑环11相对于滑环组件1的静止部件10可旋转，当机舱4转动时，所述至少一条第二缆线的第一部分7a可以自由地旋转。由此，减少第一缆线6和所述至少一条第二缆线的7a、7b之间接合的风险。在穿过滑环组件1之后，所述至少一条第二缆线的第二部分7b可以朝向诸如塔架壁或布置在塔架3内的梯子19导向。
图3示意说明筒型的滑环组件1。在这个实施例中，三条第二缆线的第一部分70、71、72连接到滑环组件1的第一接线端15a、15b、15c。在筒型滑环组件1中，每个所述第二缆线的第一部分70、71、72连接到独立滑环11a、11b、11c的独立接线端15a、15b、15c。滑环11a、11b、11c一个布置在另一个的顶端，如图3所示。如前所述，滑环11a、11b、11c相对于滑环组件1的静止部件10可旋转。当机舱4转动时，滑环11a、11b、11c相对于静止部件10旋转。信号和/或功率经由滑环刷(未显示)从滑环11a、11b、11c传输到静止部件10或者从静止部件10传输到滑环11a、11b、11c。所述第二缆线的第二部分73、74、75连接到静止部件10的第二接线端(未显示)并且远离第一缆线6导向。
图4示意说明端面型的滑环组件1。在这个实施例中，三条第二缆线的第一部分70、71、72连接到滑环组件1的第一接线端15a、15b、15c。在端面型滑环组件1中，每个所述第二缆线的第一部分70、71、72连接到独立滑环11a、11b、11c的独立接线端15a、15b、15c。滑环11a、11b、11c布置在滑环组件1的端面上，如图4所示。当机舱4转动时，滑环11a、11b、11c相对于滑环组件1的静止部件10旋转。滑环11a、11b、11c彼此电隔离布置并且布置在滑环组件的端面上。因此，滑环11a、11b、11c一起旋转。在另一实施例中，滑环11a、11b、11c可以是允许滑环11a、11b、11c彼此独立地旋转的独立单元。
信号和/或功率经由滑环刷(未显示)从滑环11a、11b、11c传输到静止部件10或者从静止部件10传输到滑环11a、11b、11c。所述三条第二缆线的第二部分73、74、75连接到静止部件10的第二接线端16a、16b、16c并且远离第一缆线6导向。
上面参考几个实施例已经对本发明进行了主要描述。然而，对于本领域的技术人员理所当然明白，除了上面公布的实施例，其它实施例同样可能落入由所附权利要求限定的本发明的范围内。
例如，所述滑环组件可以考虑具有其它形状，并且因此，所述滑环组件的内孔可以具有其它形状。也可以考虑所述滑环组件可以是任何其它类型的。同样，可以考虑不止一条第一缆线可以延伸穿过所述滑环组件的内孔。

Claims (15)

1.一种风力涡轮机，包括塔架(3)、布置在所述塔架顶端的机舱(4)以及具有至少一个滑环(11)的滑环组件(1)，其特征在于： 
第一缆线(6)经由所述滑环组件的内孔(12)从所述机舱延伸到所述塔架，和 
至少一条第二缆线(7)经由所述至少一个滑环从所述机舱延伸到所述塔架， 
藉此在所述第一缆线的外周边和所述至少一个滑环的内周边之间形成一段屏蔽距离。 
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述至少一条第二缆线(7)经由所述至少一个滑环(11)从所述机舱(4)延伸到所述塔架(3)，其中所述至少一条第二缆线的第一部分连接到所述至少一个滑环的第一接线端(15)并且所述至少一条第二缆线的第二部分连接到所述滑环组件的第二接线端(16)。 
3.根据权利要求2所述的风力涡轮机，其特征在于，所述第二接线端(16)布置在所述滑环组件的静止部件(10)上。 
4.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，在所述内孔(12)的周边和所述第一缆线的外周边之间的所述屏蔽距离是至少130mm。 
5.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述屏蔽距离由在所述滑环组件(1)和所述第一缆线(6)之间延伸的距离构件(14)保证。 
6.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述滑环组件(1)是筒型或者端面型的。 
7.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述滑环组件(1)附连到所述机舱(4)。 
8.根据权利要求7所述的风力涡轮机，其特征在于，所述滑环组件(1)附连到适用于支承所述第一缆线的缆线支架(8,9)。 
9.根据权利要求1到6中任一项所述的风力涡轮机，其特征在于，所述滑环组件(1)附连到所述塔架(3)。 
10.根据权利要求1到6中任一项所述的风力涡轮机，其特征在于，所述滑环组件(1)包括所述至少一个滑环(11)和静止部件(10)，所述至少一个滑环附连到所述机舱(4)，并且所述静止部件(10)附连到所述塔架(3)。 
11.根据权利要求1到6中任一项所述的风力涡轮机，其特征在于，所述至少一条第二缆线(7)在穿过所述滑环组件(1)之后远离所述第一缆线(6)导向。 
12.根据权利要求1到6中任一项所述的风力涡轮机，其特征在于，所述第一缆线(6)是高压缆线。 
13.滑环组件(1)的用途，所述滑环组件(1)包括至少一个滑环(11)，用于屏蔽在风力涡轮机中的缆线，其特征在于， 
第一缆线(6)延伸穿过所述滑环组件的内孔(12)，和 
至少一条第二缆线(7)经由所述至少一个滑环延伸， 
藉此在所述第一缆线的外周边和所述至少一个滑环的内周边之间形成一段屏蔽距离。 
14.根据权利要求13的滑环组件的用途，其特征在于，所述至少一 条第二缆线(7)经由所述至少一个滑环(11)延伸，其中所述至少一条第二缆线的第一部分连接到所述至少一个滑环的第一接线端(15)并且所述至少一条第二缆线的第二部分连接到所述滑环组件(1)的第二接线端(16)。 
15.根据权利要求13到14中任一项所述的滑环组件的用途，其特征在于，所述第一缆线(6)是高压缆线。 
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