CN104114861B - 具有水平的转子轴和位于下部的驱动部的风能发电设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于大的结构高度和兆瓦级功率的具有水平的转子轴和位于在轮毂高度之下任意高度上的驱动部的风能发电设备，其中，使整个位于旋转驱动部之上的具有转子叶的塔部分在风中旋转。在具有转子叶片的轮毂高度上从风中获得的扭矩通过转子轮毂传递到一个或多个上部绳传动盘上、传递到具有发电机的下部绳传动盘和驱动中央部的区域中，这些绳传动盘布置在转子轴上并且具有与该功率相应的单件式或多件式的无端部绳式传动机构。下部绳传动盘以可摆动的或垂直运动的方式构造在驱动部的平台上，从而其同时用作无端部绳式传动机构的配重。在平台上方，每个绳传动部单独地获得另一防止绳长度差的张紧装置。从可实施成传动机构的下部绳传动盘开始，动力传动系统双重地向两侧或者单一地向一侧继续引导到无传动的发电机或者传动机构/发电机组件。

Description

具有水平的转子轴和位于下部的驱动部的风能发电设备

技术领域

本发明涉及一种用于大的结构高度和兆瓦功率的风能发电设备，其具有水平的转子轴和位于轮毂高度以下的驱动部，在其中，具有转子叶片的整个塔立在风中。

背景技术

具有水平转子轴的风能发电设备，通常将风在转子叶片上产生的扭矩，在可旋转的舱室上在轮毂高度上通过水平的驱动轴、通过传动机构引导到发电机轴上、或者在无传动机构的驱动部的情况中根据结构情况直接引导到发电机的转子或定子上。在图1中示出了该传统的结构形式，并且在实施例的开头详细进行描述。

其表明，所有产生能量的且传递能量的驱动件位于转子轴附近，即，位于风能发电设备的轮毂高度附近。

此外，从文献DE 202009 009 517 Ul中已知一种具有水平轴和可旋转的塔的风能发电设备，其中，该发明的目的在于，不同地且更简单地安装用于舱室的旋转驱动部，用于塔向下旋转。

从文献DE 102008024829A1中已知一种风力发电设备，在其中，发电机布置在底部的区域中，具有从转子到发电机的力传递装置和带有离合器装置的振动蓄能器，该振动蓄能器从发电机的一定最小转速开始才将振动量置于运动中。

从关于风能发电设备的专业文献的权威著作中：Erich Hau,Springer出版社，2008版，Technik,Einsatz von Windkraftanlagen以及Siegfried Heier，Windkraftanlagen 2009，Vieweg und Teuber出版社，此外已知关于具有水平转子轴的小型风能发电设备的位于下方的驱动设备的解决方案，其通过在轮毂高度上的转子轴处的锥齿轮传动部将驱动功率通过刚性轴向下引导通过塔，并且在塔底部中，传动机构与发电机一起以垂直的布置方案布置，或者发电机通过另一锥齿轮传动部而布置在水平位置中。这种类型的从上部转子轴到下部发电机轴的力传递仅可经济性地用在结构高度和功率受限的风能发电设备中。

发明内容

本发明的目的在于，持续地控制在轮毂高度上增加的固有质量和用于实施成越来越大的风能发电设备的尺寸对振动系统、系统稳定性和强度的影响；此外，限制用于在越来越大的轮毂高度上变大且变重的构件的越来越高的装配和分配成本，并且满足针对装配的起重要求的协调，以及满足针对制造商和服务商的可能性，不必在轮毂高度上完成所有修理、维护和所需的养护工作，并且在较低的高度上具有明显更低的成本和风险。

该目标通过以下方式实现，即，重新构造风能发电设备的驱动方案，并且将动力传动系统的主要大质量的构件从在轮毂高度上的可旋转舱室中转移到在轮毂高度之下的较低的结构高度上，至在用于塔的旋转连接部和轮毂高度之间的布置高度上。在塔上的轮毂高度中，仅保留带有转子轮毂连同转子叶片的转子轴的支承部。不需要也不再设置可旋转的舱室。

在具有转子叶片的轮毂高度上从风中获得的扭矩通过转子轮毂利用其转速传递到一个或多个上部绳式传动盘上，传递到布置在轮毂高度以下的驱动部的区域中，绳式传动盘布置在转子轴上并且具有与该功率相应的单件式或多件式的传动盘机构。

在此，具有传动机构和/或发电机的、布置在上部传动盘之下的第二传动盘或多个传动盘以可在垂直方向上自由运动、优选摆动的方式布置，即，其同时用作配重。传动盘与传动机构和/或传动机构的组合优选地也可构造成戈培传动机构(Koepetrieb)。

此外优选地，在具有传动机构和/或发电机的下部绳式传动盘处设置可自动接入和断开的附加配重，其根据需求的高度合理地调节无端部绳式传动机构的预紧。

最后，作为变型方案，除了重量的变化，也可通过液压系统调节预紧。

在平台之上，在多件式的绳式传动机构中，每个绳传动部可获得单个的绳张紧装置，因为每个绳可具有最小的长度差。从下部的绳式传动盘的支承开始，另一动力传动系统双重地根据每个侧布置或者单一地根据一个侧布置。

包含上部和下部驱动绳的塔，在基座之上或在其它高度上，借助于作为圆形轨迹载体、作为滚子旋转连接部的合适旋转方案或者以复合的结构形式，利用中央的栓支架和圆形的滚动轨道或行进轨道可旋转地支承，并且(如至今为止在塔上的舱室那样)然而现在作为没有舱室的塔利用在轮毂高度之下的驱动系统自动地立在风中。

本发明的优点在于，驱动传动系统从至今为止在轮毂高度中在舱室中的位置移动到在轮毂高度以下的较低的位置中，直至进入塔根部或者在塔根部旁，在旋转连接部之上的平台的可旋转的部分上，

-以改进整个风能发电设备的动态振动系统，

-以避免装配非常大的风能发电设备的特别重的构件，尤其避免在相关的轮毂高度上由于没有起重设备而安装兆瓦级的整个无传动的驱动部，

-避免出于相同的原因用于在该高度上分配和接合较重的构件的高成本，以及

-尤其地通过布置在轮毂高度之下直至布置在地面高度上，决定性地改进在驱动传动系统处的所有维修和维护工作。

附图说明

从以下仅示例性的且非限制性的描述中和在其中示出了优选实施例的附图中，得到本发明对象的其它细节和优点。其中：

图1以剖切的侧视图示出了根据现有技术的风能设备，

图2a以剖切的侧视图示出了在旋转连接部之上的带有在可旋转的塔中的绳式传动盘机构的根据本发明的实施方式的风能发电设备，

图2b以剖切的侧视图和后部视图示出了在旋转连接部之上的带有在可旋转的塔处的绳式传动盘机构的根据本发明的实施方式的风能发电设备，

图2c示出了带有布置在轮毂高度之下、在例如塔的一半高度上的驱动部的根据本发明的风能发电设备，所述塔具有从该高度开始的上部塔部分的旋转性和在该高度上的下部传动盘组件，

图2d示出了根据本发明的实施方式的风能发电设备，其具有在可旋转的塔处的绳式传动盘机构，并且在使用集成的戈培传动机构(Koepetriebe)作为在戈培传动机构的浮动悬挂部中的驱动中心时包括下部传动盘和所属的夹紧装置，

图3以旋转了90°的视图示出了带有浮动的夹紧装置的根据图2a的本发明的实施方式的风能发电设备，

图4示出了带有大直径的圆环轨道作为基座的根据本发明的实施方式的风能发电设备，塔在该基座上以圆环移动的方式利用转子在风中旋转，并且两侧支承的转子轴的单一或多重驱动部通过在轮毂高度之下的一个或多个塔平面中的无端部绳传动机构且通过圆环轨道将所获得的扭矩传导到集成的戈培发电机中或者传导到至今通常的发电机驱动部中，

图4a以轮廓图示出了具有在圆环轨迹上的四重支撑的根据图4的风能发电设备的下部分的概要图，以及

图4b以轮廓图示出了具有在圆环轨迹上的三重支撑的根据图4的风能发电设备的下部分的概要图。

具体实施方式

根据图1的由离合器、传动机构和发电机组成的具有水平地布置的驱动系统7的风能发电设备，以迄今已知的结构方式在锚定在基座1中的塔2之上结合了带有旋转驱动部的防倾覆的旋转连接部8。该旋转连接部8在塔之上容纳可旋转的舱室4，在所述舱室4中，在轮毂高度3上布置具有转子轮毂5、转子叶片6的转子叶片系统的所有功能构件以及具有轴承、离合器、传动机构和发电机的驱动系统7以及保护罩结构9。

在轮毂高度3上在可旋转的舱室4上的所有固有质量的和，随着轮毂高度3的增加和转子叶片直径6的变大、尤其在结合兆瓦功率的范围中无传动地驱动的情况下，与塔固有质量相关地以这样的程度增加，即，使得需要力求作为无传动的驱动的新型结构形式和整个驱动系统的新的结构布置方案。

根据图2a、2b、2c、2d和图3，代替根据图1的可旋转的舱室4，根据本发明的结构形式的具有水平的转子的风能发电设备在轮毂高度上具有可旋转的塔2。为此，在基座1之上且在塔底部之上的任意高度上，布置带有旋转机构的旋转连接部16。从其它大型起重机中已知这种旋转机构，并且用在用于风能发电设备的实际实施方案中是没有问题的。

根据本发明，根据图2c，整个驱动系统在任意高度上布置在可旋转的塔部分2a中或塔部分2a处。

根据图2c，所示出的结构形式的带有水平的转子的风能发电设备在轮毂高度3之下塔的任意高度上具有带有一个或多个旋转驱动部的旋转连接部16，其中，可旋转的塔部分2a具有相应的平台，用于容纳下部分的单件式或多件式的部分盘4或容纳集成的戈培传动部8连同具有作为以悬浮的或万向的方式悬挂的驱动中心的夹紧装置7的支承部。

在塔头部(图2a、图2b、图2c)上可旋转地支承有带有转子叶片6的转子轮毂5。在转子轴10上以防止旋转的方式布置一个上部或多个上部绳传动盘11、11a，单元件式或多元件式绳传动机构通过所述绳传动盘引导到下部绳传动盘12。由此，由风通过转子叶片6获得的扭矩垂直地被传递到下部绳传动盘12。

根据图2a、图2b、图2c的下部绳传动盘12可在不继续放大或缩小的情况下将扭矩直接传递到在绳传动盘12的两侧上的两个无传动的驱动部15上或者在绳传动盘12的一侧上的无传动的驱动部15上。

通过无传动的发电机的转子和定子布置在传动盘12的内部中，下部绳传动盘12也可构造成完整的驱动单元，例如在集成的戈培传动部的系统中已知的。下部绳传动盘12和所属的驱动系统部件共同地构造在平台13上。该平台13借助于铰接的悬挂部或合适的垂直引导部用作用于整个绳式传动机构的配重。

为了能够平衡在绳传动部的钢丝绳之间可能存在的纵向偏差，根据图3，可设置分别作用到钢丝绳上的张紧装置14。

对于发电机应获得与上部绳传动盘11由转子轴10向下给出的转速的不同的转速的情况，下部绳传动盘12可实施成具有不同直径、或者自身配备有单级的或多极的行星齿轮传动机构。

代替在图2a至2c和图3中示出的在上部的或下部的塔部分之间或者在塔和防倾覆的旋转连接部之间的防倾覆的旋转连接部16，根据图4、图4a和图4b可选择具有圆环轨道17的站立稳定的结构形式，具有四个工作轮组或三个工作轮组的包含行驶驱动部的相应地实施的塔根部2支撑在该圆环轨道17上。

在图4中示出，转子如何在两侧静态地确定，并且中间地支承在塔中。转子轴在转子轴支承部右侧和/或左侧的旁边载有上部传动盘，其将扭矩通过无端部传动部传递到下部传动盘上或者集成的戈培发电机上。

Claims (7)

1.一种具有水平的转子轴和位于下方的驱动部的风能发电设备，所述风能发电设备包括塔，所述塔相对于基座以用于跟随风向地防止倾覆的旋转连接的方式被支承，所述塔在轮毂高度上容纳配备有转子翼的水平的转子轴，具有联接到所述水平的转子轴上的引导到塔根部的区域中的机械的力传递，其中，从风中获得的功率由在轮毂高度(3)上的在可旋转的塔处或塔中的转子轴(10)借助于单件式的或多件式的且设有张紧装置的无端部绳式传动机构从上部绳传动盘向下传递到构造成传动机构或发电机的下部绳传动盘、或者传递到配备有传动机构的发电机或者无传动机构的发电机上以产生电流，其特征在于，为了平衡在无端部绳式传动机构中在垂直方向上的绳伸长，带有传动机构和/或发电机的下部绳传动盘以可自由运动的方式支承，从而所述上部绳传动盘和所述下部绳传动盘以及传动机构和/或发电机的固有质量将所需的绳预紧施加到无端部绳式传动机构上。

2.根据权利要求1所述的风能发电设备，其特征在于，下部绳传动盘和所关联的驱动系统的部件共同地构造在平台(13)上，其中，平台(13)具有铰接的悬挂部或者垂直的引导部作为用于整个绳式传动机构的配重。

3.根据权利要求1所述的风能发电设备，其特征在于，在所述上部绳传动盘和所述下部绳传动盘之间的多件式的无端部绳式传动机构由于单个钢丝绳的可能长度差而为单个钢丝绳分别给出附加的张紧装置。

4.根据权利要求2所述的风能发电设备，其特征在于，除了张紧整个传动机构之外，在所述上部绳传动盘和所述下部绳传动盘之间的多件式的无端部绳式传动机构由于单个钢丝绳的可能长度差而为单个钢丝绳分别给出附加的张紧装置。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的风能发电设备，其特征在于，所述上部绳传动盘和所述下部绳传动盘、传动机构和发电机构成的组合为集成的戈培发电机。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的风能发电设备，其特征在于，在具有传动机构和/或发电机的下部绳传动盘处设置可自动接入和断开的附加配重，该附加配重根据需求的高度合理地调节无端部绳式传动机构的预紧。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的风能发电设备，其特征在于，在具有传动机构和/或发电机的下部绳传动盘处设置液压机构，该液压机构根据需求的高度合理地调节无端部绳式传动机构的预紧。