CN102536671B - 风力涡轮机、控制风力涡轮机的方法和空气调节系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及风力涡轮机、控制风力涡轮机的方法和空气调节系统。具体地，提供了一种包括空气调节系统的风力涡轮机，该空气调节系统实现为控制该风力涡轮机的机舱（10）的内部（15）的气候，由此该空气调节系统包括实现为利用来自该风力涡轮机的外面（18）的进气（16）使该内部（15）通风的至少一个进气系统（1）。该空气调节系统的特征在于实现为加热所述进气（16）的加热器（23）。
Description
技术领域
本发明涉及包括空气调节系统的风力涡轮机，该空气调节系统实现为控制该风力涡轮机的机舱内部的气候（climatisation），由此该空气调节系统包括进气系统，所述进气系统实现为利用来自该风力涡轮机外面的进气使该内部通风。本发明还涉及用于控制风力涡轮机的方法和风力涡轮机的空气调节系统。
背景技术
风力涡轮机通常包括塔身和位于该塔身上端的机舱，该机舱具有包围着机舱内部的护罩。包括一个或多个叶片的风力涡轮机的转子轮毂被定位在该机舱的一端。如果发电机是间接驱动发电机，则该转子轮毂被连接到主轴，该主轴突出到该机舱内到达与发电机相连接的齿轮箱。否则，如果该发电机是无齿轮直接驱动发电机，则该发电机的转子由转子轮毂直接驱动，其中该发电机被放置在该转子轮毂与该机舱之间并连接到该转子轮毂和该机舱。可以直接从该机舱的内部接近该发电机和该轮毂。通常，风力涡轮机的若干装置位于机舱中，例如，制动器系统和控制器，在齿轮传动式风力涡轮机中还有齿轮箱和发电机。
发明内容
US2008/0197638A1公开了一种具有发电机的机舱，其中在该机舱内布置有通风机或风扇，其驱动外面的空气通过定位于塔身与该机舱之间的向下开口的间隙进入该机舱。该风扇可以与第二风扇一起确保该机舱中过压，并且最后该空气通过该机舱上的空气间隙流出。潮气将无法从吸入的空气中被去除。因此，潮气将沉积在该发电机的线圈上或者沉积在该机舱中的装置上，从而减少了风力涡轮机的寿命。
本发明的目的是要提供一种寿命延长的风力涡轮机。
本发明的目的通过权利要求1所述的风力涡轮机、权利要求15所述的用于控制风力涡轮机的方法以及权利要求16所述的风力涡轮机的空气调节系统来实现。
相应地，该风力涡轮机包括空气调节系统，该空气调节系统实现为控制该风力涡轮机的内部的气候，由此该空气调节系统包括至少一个进气系统，该进气系统实现为利用来自该风力涡轮机外面的进气使该内部通风，其特征在于，所述空气调节系统（特别是进气系统）包括加热器，其实现为加热从外面吸纳的空气。
根据本发明，提供了一种控制包括空气调节系统的风力涡轮机的方法，该空气调节系统实现为控制该风力涡轮机的内部的气候，由此该空气调节系统包括利用从风力涡轮机的外面吸纳的空气使该内部通风的至少一个进气系统，其中通过加热器给该进气加热。
可以以用于更新已存在的风轮涡轮机的改进的成套装置的形式，提供这种包括实现为利用来自该风力涡轮机的外面的进气使该内部通风至少一个进气系统和实现为加热来自外面的进气的加热器的空气调节系统。
优选地，根据本发明的这种风力涡轮机的空气调节系统可以包括用于控制输送到该机舱中的空气的量的控制器。
借助于根据本发明的加热器，在允许该空气扩散到该机舱的内部之前对其加热。通过预热来自外面的进气，可以确保该机舱的内部是温暖干燥的，这防止潮气沉积在该机舱中的装置上，特别地，防止沉积在发电机的绕组上。
由从属权利要求给出了本发明的特别有利的实施例和特征，如在下面的描述所揭示的。因此，在风力涡轮机的上下文中所揭示的特征也可以在控制风力涡轮机的方法的上下文中被实现。
该加热器能够包括电加热器。这种电加热器易于安装在风力涡轮机中并且易于控制。在优选的实施例中，该加热器包括连接到该风力涡轮机的液体冷却系统的热交换器。这种液体冷却系统通常为闭合回路，其中循环冷却液被必须要冷却的部件加热，例如，被发电机或用于冷却电控制系统等的热交换器加热，并且将热能从这样的部件输送到该机舱外面的热交换器，在该热交换器处，该冷却液再次被冷却。根据本发明的这个优选实施例，该热交换器将来自该冷却液体的热能传递至从外面吸纳的空气。相应地，该实施例重新利用必须要被冷却的（特别是发电机的）部件的热能。为了此目的，该液体冷却系统优选连接到该风力涡轮机的发电机和/或电气部件的冷却系统，以将来自该发电机和/或该冷却系统的热能传递到该热交换器。
在一个示范性实施例中，该机舱可以只包括位于该风力涡轮机的迎风面上的开口，用于借助于风使该引擎的内部通风。在一个优选实施例中，该空气调节系统包括实现为从外面向该内部输送空气的风扇。这允许用特定速率（例如，每小时特定的量）将空气输送到该内部中，从而防止潮气沉积。进一步地，这还允许将该风扇布置在该风力涡轮机的背风面上。然而，清楚的是，包括风扇的进气系统还与迎风面上的开口一起使用。
在一个具体的优选实施例中，该进气系统包括实现为过滤来自外面的进气的过滤器。该过滤器将阻止盐粒或者其它颗粒，因此它们不会被吸入到该内部中。这防止灰尘和/或盐粒的沉积。
优选地，该过滤器可以由纺织材料制成。为了清洁该过滤器，该材料能够被周期性地更换或清洁。清洁过滤器的另一选择可以是通过该过滤器产生逆流。例如，正常情况下，该风扇能够在第一方向上被驱动，而在与第一方向相反的第二方向上产生这种逆流。
如上所说明的，该机舱包括包围该机舱的内部的护罩。在优选的实施例中，这些进气系统中的至少一个包括在该护罩中。例如，该护罩可以具有实现为将通过该进气系统从外面吸入的空气输送到该内部的开口。优选地，该风扇能够固定在该开口中，该开口容纳用于过滤通过该开口从外面吸入的空气的过滤器。
此外，这些进气系统中的至少一个可以位于该塔身中和/或位于该塔身与该机舱之间的接合部，使得空气可以从该塔身通过该加热器和塔身-机舱-接合部传播到该机舱的内部中。在这种实施例中，该塔身可以具有合适的开口以便该空气可以进入该塔身中。
进一步地，该进气系统优选实现为相对于该内部的外面产生并维持该内部的过压。这防止潮湿和盐从该机舱的护罩的其它开口（例如，该护罩的不同部分之间的间隙或者该护罩与该主轴之间的间隙等等）进入该机舱。来自该机舱的过压空气可以被引导到该发电机中，以避免潮湿的和含盐的空气进入该发电机。
在优选的实施例中，在实现为使空气流出该机舱的内部的护罩中的空气出口开口中提供单向密封或单向阀。这种单向密封或阀确保没有（未过滤的）空气可以通过该空气出口进入该机舱，从而防止进入灰尘颗粒。
优选地，该空气调节系统可以包括温度传感器布置，该温度传感器布置包括实现为测量该风力涡轮机的内部的温度和/或发电机的温度的多个温度传感器。
为了将所测量的温度与选定的温度进行比较，在特定的优选实施例中，该空气调节系统可以包括与该温度传感器布置的传感器相连接的控制器。这允许对该机舱的内部进行精确的温度控制。依据所测量的温度，该加热器能够被激活或去激活以修正空气的温度。
在优选的实施例中，提供了作为该空气调节系统的一部分的加热器旁路系统，其允许进入的空气绕开该加热器。这种旁路系统包括实现为减少输送到该加热器的空气的量的机构。作为补充或作为替代，这允许通过依据由温度传感器测量的温度控制输送到该加热器的空气的量来修正该加热器的温度，以控制该机舱中的温度。换句话说，该控制器可以确保通过根据加热器的温度控制对进来的空气的加热和/或通过修正输送到该机舱中的空气的量而将该温度保持在选定的设定点温度。
在优选的实施例中，旁路系统包括执行器和阀或挡板，由此该执行器连接到该阀或挡板，以将该阀或挡板定位在至少两个不同的位置，并且由此该控制器被连接到该执行器以控制该执行器。特别地，该挡板可以定位在全开位置和全关位置之间的任何位置。该执行器能够是电/液/气控马达。根据该挡板的位置，能够修正输送到该热交换器的吸纳的空气的量。因此，依据利用温度传感器测量的温度，或多或少地加热从外面吸纳的空气。这允许根据该机舱外面的温度对加热进行修正。
进一步地，该空气调节系统可以包括由控制器控制的冷却液旁路，以便控制输送到液-气热交换器的冷却液的量。这允许通过减少去往液-气热交换器的冷却液的流量而快速加热该机舱的内部。
附图说明
根据下文结合附图所作的详细描述，本发明的其它目的和特征将变得明显。然而，应该理解，附图仅仅是为了例示的目的而绘制的并非要限制本发明。附图中，相同的附图标记始终表示相同的对象。图中的对象不一定是按比例绘制的。
图1示出了根据本发明的风力涡轮机的横截面。
具体实施方式
图1所示风力涡轮机（例如，海上无齿轮直接驱动风力涡轮机）包括枢转地安装在塔身13上的机舱10。机舱10包括包围机舱10的护罩20。该护罩可以包围风力涡轮机的各种部件，例如，电控制系统（未示出）。与机舱10和机舱10的内部15相连接的发电机5被附接，用于将机械能转化为电能。发电机5的转子（未示出）与轮毂11刚性地固定在一起，轮毂11包括用于将风能转化为轮毂11的旋转的叶片12，叶片12转而驱动发电机5的转子产生电能。
根据图1的风力涡轮机包括直接驱动器，在该直接驱动器中，带有叶片12的轮毂11直接机械联接到发电机5的转子而其间没有任何齿轮。
为了冷却发电机5，提供了液体冷却系统14。液体冷却系统14包括位于机舱10的外面的液-空热交换器9，用于通过将发电机5产生的热传递到经过机舱10的空气而使在液体冷却系统14中循环的冷却液冷却。
该风力涡轮机包括实现为控制机舱10的内部15中的气候的空气调节系统。这个空气调节系统包括：用于使机舱10的内部15通风的进气系统1；具有两个用于测量机舱10的内部15中的温度并且位于内部15的外面18的温度传感器8、8'的温度传感器布置；以及控制器7，其基于由温度传感器布置测量的温度值控制该空气调节系统的至少部分。
在该图中示出的实施例中，护罩20提供有开口22以将空气输送到机舱10的内部15中。开口22在该风力涡轮机的背风面，由此带有叶片12的轮毂11位于迎风面上。
进气系统1进一步包括风扇2，其在工作时从该机舱的外面18吸入空气。例如，该风扇是由电动马达（未示出）驱动的。风扇2被实现为相对于内部15的外面18在内部15中生成并维持超压（优选地，超大气压力）。
此外，空气调节系统包括：用于加热机舱10的进气16的加热器23；用于过滤进气16的过滤器21；以及加热器旁路系统4，其具有实现为控制接触加热器23的传送空气部分和绕开加热器23的空气部分的机构。
为了确保合适的空气流过机舱10的内部15，机舱10提供有两个单向阀6、6'，由于超压，空气可以通过两个单向阀6、6'从内部15流到机舱10的外面18。第一单向阀6位于机舱10的顶部并且第二单向阀6'位于机舱10的下部。该空气流也可以经过附接到机舱10的发电机5。这依据发电机5与加热过的空气的温度相比是温暖还是冷来增加发电机的冷却。如果发电机5比空气温暖，则空气流可以增加对发电机5的冷却。
过滤器21提供在风扇2后方的流向上以确保盐颗粒或其它颗粒不会被吸入到机舱10中。加热器23提供在过滤器21后方的流向上。
在示出的实施例中，加热器23包括与液体冷却系统14联接的热交换器3以冷却发电机5。相应地，热的冷却液从发电机5输送到热交换器3，并加热风扇2从外面18吸入到机舱10的内部的空气。可以额外提供电加热器，例如，以便通过加热来自外面18的进气16而辅助热交换器3。
在过滤器21与热交换器3之间布置了旁路系统4，其包括用于打开和关闭加热器旁路24的挡板17。挡板17连接到执行器（未示出），以将挡板17定位于全开或全关之间的任何位置。该执行器可以是电/液/气控马达。根据挡板17的位置，修正经过热交换器3的来自外面18的进气16的量，并且相应地修正经过加热器旁路24的空气的量。因此，从外面16吸纳的空气或多或少被加热。
控制器7被连接到执行器以驱动执行器。此外，控制器7无线或通过金属线连接到温度传感器8、8'。一个温度传感器8感测机舱10内部的空气的温度以及发电机5的温度。其它温度传感器8'感测外面18的温度。控制器7控制机舱10和/或发电机5中的温度以确保该温度在选定的温度之上。优选地，提供了提高防止潮气沉积的精确性的露点传感器。
进一步地，控制器7连接到风扇2以相对于内部15的外面18维持内部15中的超大气压力。
相应地，控制器7依据温度传感器8、8'驱动执行器，以或多或少打开或关闭挡板，以或多或少打开加热器旁路24，以改变空气的量，以将机舱10的内部15中的温度维持在选定的温度之上。
冷却液体旁路25被提供作为液体冷却系统14的部分，这允许循环冷却液绕开机舱10的外面的热交换器9。这种冷却液旁路25包括两个阀26、27以减少输送到热交换器9的冷却液的量。作为补充或作为替代，这允许通过改变输送到机舱10的外面18的热能的量来修正加热器23的温度，以控制该机舱中的温度。换句话说，能够减少浪费到风力涡轮机环境中的热能的量，以加快速对进气16的加热。这允许改善热能重新利用的程度。
尽管已经以优选实施例及其变形的形式描述了本发明，不过，应该理解，在不背离本发明的范围的情况下可以进行各种其它修改和变形。为清楚起见，应该理解，本申请中表示英语不定冠词的用语“一”的使用并不排除多个，并且“包括”并不排除其它步骤或元件。
Claims (14)
1.一种风力涡轮机，包括空气调节系统，所述空气调节系统实现为控制风力涡轮机的机舱（10）的内部（15）的气候，由此所述空气调节系统包括实现为利用来自所述风力涡轮机的外面（18）的进气（16）使所述内部（15）通风的一个或多个进气系统（1），并且其中所述空气调节系统包括实现为加热所述进气（16）的一个或多个加热器（23），其中所述机舱（10）包括包围所述机舱（10）的内部的护罩（20），并且其中所述进气系统（1）中的至少一个被包括在所述护罩（20）中，并且其中所述空气调节系统包括实现为测量所述机舱（10）内部的空气温度（8）和/或所述风力涡轮机的发电机（5）的温度和/或所述风力涡轮机的外面（18）环境空气的温度（8'）的温度传感器布置（8，8'）。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中所述加热器（23）中的至少一个包括电加热器。
3.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中所述加热器（23）中的至少一个包括热交换器（3），其连接到所述风力涡轮机的液体冷却系统（14）。
4.根据权利要求2所述的风力涡轮机，其中所述液体冷却系统（14）连接到发电机（5）和/或用于冷却所述风力涡轮机的电气部件的冷却系统，以将来自所述发电机（5）和/或所述冷却系统的热量传递至所述热交换器（3）。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的风力涡轮机，其中所述进气系统（1）包括实现为将进气（16）输送到所述内部（15）的一个或多个风扇（2）。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的风力涡轮机，其中所述进气系统（1）包括实现为过滤所述进气（16）的一个或多个空气过滤器（21）。
7.根据权利要求1至4中的任一项所述的风力涡轮机，其中所述进气系统（1）被实现为相对于所述内部（15）的外面在所述内部（15）中生成并维持超压。
8.根据权利要求7所述的风轮涡轮机，其中提供了实现为使空气流出所述机舱（10）的单向密封或单向阀（6，6'）。
9.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中所述空气调节系统包括连接到所述空气传感器布置（8，8'）的控制器（7）。
10.根据权利要求9所述的风力涡轮机，其中所述空气调节系统包括：
加热器旁路系统（4），具有实现为减小输送到所述加热器（23）的空气的量的机构，由此所述控制器（7）被实现为通过依据所测量的温度控制输送到所述加热器（23）的空气的量来控制所述机舱（15）内的空气温度和/或所述风力涡轮机的发电机（5）的温度。
11.根据权利要求10所述的风力涡轮机，其中所述旁路系统（4）包括执行器和阀或挡板（17），由此所述执行器连接到所述阀或挡板（17），用以将所述阀或挡板（17）定位在至少两个不同的位置，并且由此所述控制器（7）连接到所述执行器以控制所述执行器。
12.根据权利要求1至4中的任一项所述的风力涡轮机，其中来自所述加热器（23）的加热过的空气被引导到所述风力涡轮机的发电机（5）中。
13.一种控制风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机包括实现为控制风力涡轮机的内部（15）的空气调节系统，由此所述空气调节系统包括利用来自所述风力涡轮机的外面（18）的进气（16）使机舱（10）的内部（15）通风的至少一个进气系统（1），其中所述进气（16）被加热器（23）加热，其中所述机舱（10）包括包围所述机舱（10）的内部的护罩（20），并且其中所述进气系统（1）中的至少一个被包括在所述护罩（20）中，并且其中所述空气调节系统包括实现为测量所述机舱（10）内部的空气温度（8）和/或所述风力涡轮机的发电机（5）的温度和/或所述风力涡轮机的外面（18）环境空气的温度（8'）的温度传感器布置（8，8'）。
14.一种空气调节系统，其用于权利要求1至12中任一项所述的风力涡轮机。
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