CN103380296B

CN103380296B - 风力发电装置

Info

Publication number: CN103380296B
Application number: CN201280009607.5A
Authority: CN
Inventors: 佐藤慎辅; 平井滋登; 中村泰辅; 松尾毅; 五岛忠八; 冈野靖
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2012-02-09
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2032-02-09
Also published as: CN103380296A; US20120256425A1; WO2012114891A1; JP2012177326A; JP5449235B2; US8502407B2

Abstract

一种风力发电装置（1A），其实施了旋翼毂内设备的排热对策，在风车翼受到风力而旋转的旋翼毂（4）驱动设置在机舱的内部的发电机进行发电，机舱被设置在立设于基础上的塔的上端部，并且在旋翼毂（4）的内部设置轮毂控制盘（20A），在轮毂控制盘（20A）的壳体（21），设置在壳体（21）的内外形成流动的换气扇（30）。

Description

风力发电装置

技术领域

本发明涉及一种风力发电装置，其能够良好地保持设置在旋翼毂内部的控制盘内的环境。

背景技术

风力发电装置（以下，也称为“风车”）是：具有风车翼的旋翼毂受到风力而旋转，通过利用增速机使该旋转增速等操作，驱动发电机发电的装置。

上述旋翼毂设置在风车用塔（以下，称为“塔”）上，安装在能够偏摆旋转的机舱端部，被支承成能够围绕大致水平的横向旋转轴线旋转。

在图5所示的以往的风力发电装置1中，图中的符号2是塔，3是机舱，4是旋翼毂，安装在旋翼毂4的风车翼被省略。

风力发电装置1的旋翼毂4构成为：在作为铸造部件的旋翼毂本体41的周围覆盖树脂制成的机头盖42，在旋翼毂本体41的内部设置轮毂控制盘20、主轴承10等的机头内设备。这样的机头内设备因为随着风力发电装置1的运作而发热，在旋翼毂4内部，从机头内设备发生排热。

另一方面，有必要根据风力发电装置1的设置环境保护上述机头内设备以防湿气、盐分。为此，旋翼毂本体41的结构对外气是密闭的，成为轮毂控制盘20等机头内设备的排热容易在内部聚积的结构。

例如像轮毂控制盘20这样的电气控制设备类，从构成的电气部件等决定的温度条件的上限开始，在规定值以上的高温环境中不能保证稳定的动作，因此，无法保证能够支持风力发电装置1的继续运转。即，如果轮毂控制盘20的内部温度成为规定值以上的高温，则难以继续风力发电装置1的稳定运转。

作为冷却上述旋翼毂内的内部设备的技术，例如，已提出的方案有：在旋翼毂的前端部设置空气取入口（例如，参照专利文献1）。

现有技术文献

专利文献1：美国专利申请公开第2009/0060748号说明书

发明内容

发明要解决的技术问题

如上所述，在使风力发电装置1的旋翼毂本体41内成为密闭空间的情况下，因为在内部设置有发热的设备类（以下，称为“发热设备”），内部温度的上升而成为了稳定的继续运转的障碍。

但是在风力发电装置1的运转中，通过旋翼毂4的旋转，离心力在起作用，因此在旋翼毂本体41的内部，如图5所示，形成的温度分布为：在靠近旋转轴的中心部的区域（虚线所围的高温区域Th）聚积设备排热，成为高温。即，在旋翼毂41以及机头盖42的内部形成的温度分布为：从靠近旋转轴的中心部向机头盖42的外周面方向温度降低。

由于旋翼毂本体41的外表面温度以及旋翼毂盖42的外表面温度，和外气温度的温度差小，在风力发电装置1的运转中产生的机头内设备的排热处于难以从旋翼毂4高效地向外气散热的状况。因此，在旋翼毂本体41的内部，排热不向外气散热而变得容易聚积，高温区域Th的温度具有进一步上升而成为高温的趋势。基于这样的背景，在风力发电装置中，人们希望旋翼毂内设备的排热对策。

本发明鉴于上述情况，旨在提供一种实施旋翼毂内设备的排热对策的风力发电装置。

解决技术问题的技术方案

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术手段。

本发明涉及的风力发电装置，在风车翼受到风力而旋转的旋翼毂驱动设置在机舱的内部的发电机进行发电，所述机舱被设置在立设于基础上的塔的上端部，并且在所述旋翼毂的内部设有发热设备，在所述发热设备的壳体，设有在该壳体的内外形成空气流的换气扇。

根据这样的风力发电装置，因为在所述发热设备的壳体设置了在该壳体的内外形成空气流的换气扇，对在发热设备的壳体内聚积的排热进行换气，能够将发热设备内部温度保持为低，并且，产生搅拌作为密闭空间的旋翼毂本体内的空气流。因此，能够使旋翼毂本体41内部的空气温度平稳化，进一步地，能够促进旋翼毂本体41内外的热交换。无需为了各自的用途分别设置风扇，有利于成本和配置空间。

在上述的风力发电装置中，优选地，所述换气扇配置成形成通过所述旋翼毂本体的中心部的空气流。由此，旋转轴向附近的高温空气变得容易被搅拌，能够解除在旋翼毂的内部形成的空气的温度分布，使其大致均一化。

在上述的发明中，特别是像控制盘那样具有重量的发热设备，为了防止所述旋翼毂的旋转轴的偏心，优选地配置在所述旋翼毂的轴心附近。

在上述的发明中，对所述壳体表面的旋翼毂的旋转轴向两面，所述换气扇设置在至少一侧的面。即，壳体的换气扇设置面是：成为旋转轴向的旋翼毂前端侧的一面、成为旋转轴向的主轴承侧（机舱侧）的一面，或者，成为旋转轴向的旋翼毂前端侧和主轴承侧的两面中的任一个。

此外，在所述换气扇中，可以使用将所述发热设备的壳体内部空气向所述旋翼毂的中心部送风的风扇，或者，将所述发热设备的壳体内部空气向所述旋翼毂本体内壁的机舱侧面送风的风扇。

在上述的发明中，优选地，所述换气扇是使所述壳体内部空气向所述壳体外部流出的排气扇，在所述壳体的吸气口安装压损部件。由此，能够防止或者抑制雨水等异物侵入到发热设备的内部。

在这种情况下的压损部件是指百叶窗、除尘过滤器以及除盐过滤器等。

发明的效果

根据上述的本发明，实施将聚积在控制盘等发热设备内的排热换气，将发热设备内部温度保持为低的排热对策，防止成为超过由构成发热设备的电气部件等决定的温度条件的上限的高温环境，从而保证继续稳定的动作。

此外，在将发热设备内的排热换气，促进散热的排热对策之外，搅拌旋翼毂本体内部空气从而解除温度分布。因此，旋翼毂本体内部和旋翼毂本体外的温度差变大，促进来自旋翼毂本体的散热。即，将旋翼毂本体内的排热高效地向外部散热，使旋翼毂本体内的环境维持在规定温度以下，由此能够继续发热设备的稳定运转。

附图说明

[图1A]图1A是表示本发明涉及的风力发电装置的第一实施方式的图，是旋翼毂内部的概括结构图。

[图1B]图1B是表示本发明涉及的风力发电装置中第一实施方式的图，是表示控制盘的外观的立体图。

[图2]图2是表示风力发电装置的概要的侧视图。

[图3]图3是本发明涉及的风力发电装置中，表示第二实施方式的旋翼毂内部的概括结构图。

[图4]图4是本发明涉及的风力发电装置中，表示第三实施方式的旋翼毂内部的概括结构图。

[图5]图5是表示旋翼毂内部的以往的结构的概括结构图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明涉及的风力发电装置的一个实施方式进行说明。

如图2所示，风力发电装置1A包括：风车用塔2（以下，称为“塔”），其立设于基础B上；机舱3，其设置在塔2的上端；旋翼毂4，其被支承成能够围绕大致水平的横向的旋转轴线旋转，且设在机舱3的前端部侧。

在旋翼毂4安装有围绕该旋转轴线形成放射状的多片（例如三片）风车翼5。由此，将从旋翼毂4的旋转轴线方向吹到风车翼5的风力变换为使旋翼毂4围绕旋转轴线周围旋转的动力。

在机舱3的外周面适当位置（例如，上部等）设置测定周边的风速值的风速计、测定风向的风向计等。

即，在风力发电装置1A，在风车翼5受到风力而围绕大致水平的旋转轴线旋转的旋翼毂4驱动设置在机舱3内部的发电机（未图示）进行发电，并且机舱3设置在立设于基础B上的塔2的上端部，能够进行偏摆旋转。

此外，图示的塔2是钢制的单级式，通过将分割为多个的塔部分的凸缘（未图示）连接，成为确保了必要长度（高度）的圆筒塔。

<第一实施方式>

例如图1A所示，上述风力发电装置1A的旋翼毂4构成为具有旋翼毂本体41和机头盖42。通常的旋翼毂本体41是铸造部件，在旋翼毂本体41的周围形成空间部43，旋翼毂41的外周被树脂制成的机头盖42覆盖。

在旋翼毂4的内部，设置有例如像通过液压对风车翼5进行仰俯（ピッチ）控制的轮毂控制盘20A这样的由多个电气部件构成的控制盘等电气设备类、例如像主轴承10这样的具有滑动部的驱动系部件等机头内设备。这样的机头内设备是随着风力发电装置1A的运作发热的发热设备，有必要根据风力发电装置1的设置环境保护上述机头内设备以防湿气、盐分。因此，旋翼毂本体41相对于外气成为密闭结构。

其中，在例如像轮毂控制盘20A这样的机头内设备的控制盘，设有在壳体21的内部空气形成流动的换气扇30。在图示的结构例中，在直方体形状的壳体21的一面安装换气扇30。此外，在与换气扇相同的壳体面开口的吸气口22安装有压损部件（圧損要素）23。该压损部件23用于防止雨、尘埃等异物侵入轮毂控制盘20A内，例如有效的有百叶窗、除尘以及除盐用过滤器。

换气扇30是将壳体21内的空气吸出的排气扇，使通过排热温度上升的壳体内部空气向壳体21外（旋翼毂4的旋翼毂本体41内）流出。另一方面，通过换气扇30的动作，在壳体21的内部，从吸气口22导入旋翼毂本体41的机头内部空气，由此高温的壳体内部空气被换气成相对低温的机头内部空气。

此外，在这种情况下的换气扇30设置在旋翼毂4的旋转轴向上成为旋翼毂前端4a侧的壳体21的面（图1A的纸面左侧的面）。

根据这样的风力发电装置1A，轮毂控制盘20A的壳体21具有在壳体内部空气形成流动的换气扇30，因此能够将聚积在控制盘内的排热换气，保持内部温度为低。在轮毂控制盘20A的壳体21内，因为防止了成为超过由电气部件等构成部件决定的温度条件的上限的高温环境，从而轮毂控制盘20A能够继续稳定的动作。

此外，排出到壳体21外的空气流动搅拌旋翼毂本体41内部，其结果是，能够使旋翼毂本体41内部的空气温度平稳化。无需为了各自的用途分别设置风扇，也有利于成本和配置空间。

优选地，上述的风力发电装置1A的换气扇30被配置成形成通过所述旋翼毂本体41的中心部的空气流。

此外，在上述的发明中，特别是像控制盘那样具有重量的发热设备，为了防止所述旋翼毂的旋转轴的偏心，优选地配置在所述旋翼毂的轴心附近。例如，如图1A的形态所示，如果将轮毂控制盘20A设置在旋翼毂本体41的机舱3侧，使换气扇30的旋转轴中心定位成与旋翼毂4的旋转轴中心大致一致，则从壳体21内流出的空气的流动通过旋翼毂本体41的中心部。

这样设置的换气扇30在旋翼毂4的旋翼毂本体41内形成机头内部空气的循环流（图中的虚线箭头Af）。该循环流最初是从机舱3侧朝向旋翼毂前端4a侧流过旋翼毂41内的轴中心部的流动，但是因为在旋翼毂本体41的前端面41a遮挡了流路而转换方向，沿着旋翼毂本体41的内壁面折返。

其结果是，旋翼毂本体41内的循环流最终返回旋翼毂本体41的后端侧，因此旋翼毂本体41的内部空气被有效地搅拌，解除在旋翼毂本体41内形成的温度分布，使其大致均匀化。

此外，旋翼毂本体41的内部，通过旋翼毂4的旋转的离心力在起作用而使高温的空气容易在中心部聚集，因此通过轮毂控制盘20A的换气扇30将排气的空气流（风）直接吹在高温空气聚集的部分而搅拌的本实施方式，能够获得更高的搅拌效果，使温度分布均匀化。

如果通过这样的循环流的形成，旋翼毂本体41内部空气被搅拌而解除温度分布，则旋翼体本体41的壁面温度也上升，旋翼体本体41的外表面温度和空间部43内的温度差也变大。

此外，空间部43内的空气温度因为变得与成为机头盖42的外侧的外气温度大致相同，所以机头内部空气的温度以及旋翼毂本体41的外表面温度和外气的温度差也变大。

其结果是，促进了从高温侧的旋翼毂41向低温侧的外气的散热，旋翼毂4内的排热也高效地向外部散热，旋翼毂4的机头内部空气温度降低。

即，在旋翼毂4中，旋翼毂本体41的内部空气温度降低，因此能够将通过换气扇30换气的轮毂控制盘20A的壳体内部空气温度以更低温的空气换气。因此，将壳体内部空气维持在规定温度以下变得容易，轮毂控制盘20A的继续运转变得更加稳定。

此外，沿着旋翼毂本体41的内壁面的空气流增加沿着旋翼毂本体41的内壁面流动的空气流的流速（表面流速），因此通过伴随表面流速的增大的传热性能的提高，也能够促进机头内部空气的冷却。

这样，根据上述的实施方式，除了将轮毂控制盘20A内的排热换气而促进散热的排热对策之外，还能获得通过使机头内部空气的温度分布均匀化，增加旋翼毂本体41的内壁表面和外气的温度差，增加在旋翼毂本体41的内外的热交换量的排热对策。其结果是，防止壳体内部温度的上升，能够使设置在旋翼毂4内的轮毂控制盘20A进行稳定的运转。

<第二实施方式>

下面，参照图3对本发明涉及的风力发电装置的第二实施方式进行说明。此外，对与上述实施方式相同的部分标注相同的符号，省略其详细的说明。

该实施方式的风力发电装置1B的区别在于，设置在旋翼毂本体41内的轮毂控制盘20B的换气扇30的位置不同。即，换气扇30相对于轮毂控制盘20B的壳体21，设置在成为旋转轴向的主轴承10侧（机舱3侧）的面。

此外优选地，与上述的实施方式相同，换气扇30的位置被配置成在旋翼毂本体41的内部形成旋转轴向的空气流。但是，本实施方式中旋转轴向的空气流与上述实施方式成为相反方向，如图中虚线箭头Af所示，朝向主轴承10侧的流动成为主流。此外，在这种情况下的换气扇30也采用与上述的实施方式相同的排气扇。

来自这样设置的换气扇30的空气流，通过在旋翼毂41的主轴承10侧的内壁遮挡流路而转换方向，沿着旋翼毂本体41的内壁面折返，成为从旋翼毂本体41的前端通过旋翼毂本体41中心部的循环流。

即使采用这样的结构，与上述的第一实施方式相同，除了将轮毂控制盘20B内的排热换气而促进散热的排热对策之外，还能获得上述的循环流高效地搅拌机头内部空气使温度分布均匀化，增加在旋翼毂本体41的内外的热交换量的排热对策。其结果是，防止壳体内部温度的上升，能够使设置在旋翼毂4内的轮毂控制盘20B进行稳定的运转。

<第三实施方式>

下面，参照图4对本发明涉及的风力发电装置的第三实施方式进行说明。此外，对与上述实施方式相同的部分标注相同的符号，省略其详细的说明。

该实施方式的风力发电装置1C的区别在于，设置在旋翼毂本体41内的轮毂控制盘20C的换气扇30的数量不同。即，换气扇30相对于轮毂控制盘20C的壳体21，设置在成为旋转轴向的旋翼毂前端4a侧的面以及成为旋转轴向的主轴承10侧（机舱3侧）的面的双方。

此外优选地，与上述的实施方式相同，对于换气扇30的位置，两台都被配置成在旋翼毂本体41的内部而形成旋转轴向的空气流。本实施方式中旋转轴向的空气流成为与第一实施方式相同的方向，如图中虚线箭头Af所示，朝向旋翼毂前端4a侧的流动成为主流。此外，在这种情况下的换气扇30也采用与上述的实施方式相同的排气扇。

即使采用这样的结构，与上述的实施方式相同，除了将轮毂控制盘20C内的排热换气而促进散热的排热对策之外，还能获得机头内部空气的循环流使机头内部空气的温度分布均匀化，增加在旋翼毂本体41的内外的热交换量的排热对策。其结果是，防止壳体内部温度的上升，能够使设置在旋翼毂4内的轮毂控制盘20C进行稳定的运转。此外，在这种情况下的吸气口位置没有特别的限定，可以在壳体21的适当位置设置一个或者多个。

如上所述，对壳体21的旋转轴向两面，本实施方式的换气扇30至少设置在一方的面。即，壳体21中换气扇30的设置面可以是：成为旋转轴向的旋翼毂前端4a侧的一面、成为旋转轴向的主轴承10侧的一面，或者，成为旋转轴向的旋翼毂前端4a侧和主轴承10侧的两面中的任一个。

此外，上述的实施方式的换气扇是从壳体21内将壳体内部空气排出的排气扇，但也可以采用向壳体21内吸入机头内部空气，从排气口将壳体内部空气排出的吸引扇。

此外，本发明并不限于上述的实施方式，在不超出其主旨的范围内能够做出适当的变更。

符号说明

1A～1C 风力发电装置2 塔3 机舱4 旋翼毂4a 旋翼毂前端5 风车翼10 主轴承20A～20C 轮毂控制盘（控制盘）21 壳体22 吸气口23 压损部件30 换气扇41 旋翼毂本体42 机头盖

Claims

1.一种风力发电装置，风车翼受到风力而旋转的旋翼毂驱动设置在机舱的内部的发电机进行发电，所述机舱被设置在立设于基础上的塔的上端部，并且在所述旋翼毂的内部设有发热设备，其特征在于，

所述旋翼毂具有旋翼毂本体，

所述发热设备设置于所述旋翼毂本体的内部，

所述旋翼毂本体相对于外气成为密闭结构，

在所述发热设备的壳体，设有在该壳体的内外形成空气的流动的换气扇。

2.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，所述换气扇配置成形成通过所述旋翼毂内的中心部的空气流。

3.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，所述发热设备配置在所述旋翼毂的轴心附近。

4.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，对所述壳体的旋转轴向两面，所述换气扇设置在至少一侧的面。

5.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，所述换气扇将所述发热设备的壳体内部空气向所述旋翼毂内的中心部送风。

6.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，所述换气扇将所述发热设备的壳体内部空气向所述旋翼毂内的机舱侧壁面送风。

7.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，所述换气扇是使所述壳体内部空气向所述壳体外流出的排气扇，在所述壳体的吸气口安装压损部件。