CN106168197A - 用于电力系统的电缆扭转裕度系统 - Google Patents

Abstract

提供的是一种用于风力涡轮系统的电缆扭转裕度系统。该系统包括：中心齿轮，其安置在风力涡轮的塔架内；枢轴盘，其与中心齿轮连接；多个杠杆部件，各自包括多个电缆，并且彼此以预定的距离间隔开，多个杠杆部件与枢轴盘的表面可枢转地连接，并且围绕中心齿轮可旋转的；以及多个压缩部件，每个压缩部件与每个杠杆部件相对应，并且基于施加于相应的杠杆部件的多个电缆的径向力而调整相应的杠杆部件的位置。

Description

用于电力系统的电缆扭转裕度系统

技术领域

本发明大体上涉及用于电力系统的电缆扭转裕度(cable twist allowance)系统。具体地，本发明涉及用于诸如风力涡轮系统的电力系统的电缆扭转裕度系统。

背景技术

在风力涡轮系统中，风力涡轮将风的动能转换成要被供给用于电网的机械能。在图1中示出常规的风力涡轮系统的示例。图1的系统包括具有塔架4的风力涡轮2，塔架4用于支撑包括用于操作系统的各种构件的机舱6。一些构件包括用于驱动风力涡轮2的驱动链8。

轮毂9具有多个可旋转的叶片10，其在驱动链8的端部形成转子。叶片10旋转，以驱动齿轮箱12，齿轮箱12与发电机14和控制系统16连接。控制系统16从风速仪(即，风速监测仪) 18接收输入，风速仪18测量风速和方向。多个电缆20从发电机14延伸，以将电力提供给电网。

控制系统16提供控制信号，以用于风力涡轮2的运行。偏航驱动器24和偏航甲板26为风力涡轮2提供偏航定向。由控制系统16基于从风速仪18接收的信息而控制偏航定向。

用于在风力涡轮系统中敷设电缆的常规的方法涉及，将电缆悬挂于自由悬挂环中达合适的距离，然后，将电缆以带式布置附接至塔架4的侧壁。自由悬挂环允许由于偏航驱动器24的运行而导致的电缆的扭转。然而，该方法可能导致电缆20在塔架4内过度扭转且过度拥挤。该过度扭转和过度拥挤导致电缆的过度加热和磨损，这导致机舱6内的构件的故障。该故障造成电力通过塔架和至电网的供给中的干扰。

发明内容

考虑到前面提到的缺陷，需要提供防止敷设于其中的电缆的过度拥挤和过度加热的电缆扭转裕度系统的方法及系统。

在一个示范性的实施例中，提供用于风力涡轮系统的电缆扭转裕度系统。该系统包括：中心齿轮，其安置在风力涡轮的塔架内；枢轴盘，其与中心齿轮连接；多个杠杆部件，各自包括多个电缆，并且，彼此以预定的距离间隔开，多个杠杆部件与枢轴盘的表面可枢转地连接，并且围绕中心齿轮可旋转的；以及多个压缩部件，每个压缩部件与每个杠杆部件相对应，并且基于施加于相应的杠杆部件的多个电缆的径向力而调整相应的杠杆部件的位置。

在另一示范性的实施例中，提供用于风力涡轮系统的电缆扭转裕度系统。该系统包括：箍部分，其容纳在风力涡轮的塔架内，并且包括多个开口；以及多个电缆，其安置于电缆组中，且在开口内接收。一些电缆组沿着箍部分的外周缘区域安置，而剩余的一些电缆组沿着箍部分的内表面安置。在由于施加于电缆的径向力而导致多个电缆扭转时，使箍部分变形，并且将电缆组的位置调整为箍部分的中心区域中。

本发明的第一技术方案提供了一种用于风力涡轮的电缆扭转裕度系统，包括：中心齿轮，其安置在风力涡轮的塔架内；枢轴盘，其与所述中心齿轮连接；多个杠杆部件，各自包括多个电缆，且彼此间隔开预定的距离，所述多个杠杆部件与所述枢轴盘的表面可枢转地连接，且围绕所述中心齿轮可旋转的；以及多个压缩部件，各自对应于杠杆部件，且基于施加于相应的杠杆部件的所述多个电缆的径向力而调整所述杠杆部件的位置。

本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，所述中心齿轮包括位于其周缘区域处的多个齿轮，且所述多个杠杆部件各自包括位于其与所述中心齿轮的所述多个齿轮相对应且接合的区域处的多个齿轮。

本发明的第三技术方案是在第一技术方案中，杠杆压缩部件包括弹簧部件。

本发明的第四技术方案是在第一技术方案中，每个压缩部件沿着所述中心齿轮的所述周缘区域将杠杆部件连接至相邻的杠杆部件。

本发明的第五技术方案是在第一技术方案中，所述电缆扭转裕度系统的直径取决于施加于所述多个电缆的径向力而变化，这调整具有所述多个电缆的相应的杠杆部件的位置。

本发明的第六技术方案是在第二技术方案中，每个杠杆部件包括位于所述杠杆部件的包括所述多个齿轮的一端的相对端处的容纳区段，以用于将电缆容纳在其中。

本发明的第七技术方案是在第五技术方案中，所述容纳区段由配置成将所述电缆约束在所述容纳区段内的导线约束部分形成。

本发明的第八技术方案是在第一技术方案中，所述压缩部件沿着所述中心齿轮的中心区表面安置，且布置成与一个或更多个杠杆部件相对应且连接。

本发明的第九技术方案是在第八技术方案中，所述压缩部件基于施加于相应的杠杆部件内的所述多个电缆的径向力而调整相应的杠杆部件的位置。

本发明的第十技术方案是在第九技术方案中，所述中心齿轮对于每个剩余的杠杆部件的位置，使相应的杠杆部件的位置重现，以与所述相应的杠杆部件的所述位置相对应。

本发明的第十一技术方案提供了一种用于执行在风力涡轮系统内的电缆扭转裕度的方法，所述方法包括：将包括多个电缆的电缆组接收于附接至容纳于所述风力涡轮系统的塔架内的电缆扭转裕度系统内的中心齿轮的杠杆部件的容纳区段内；以及基于施加于所述杠杆部件的电缆组内的所述多个电缆的径向力而调整杠杆部件的位置。

本发明的第十二技术方案是在第十一技术方案中，所述杠杆部件与连接至所述中心齿轮的枢轴盘可枢转地连接，且围绕所述中心齿轮可旋转的。

本发明的第十三技术方案是在第十一技术方案中，使用沿着所述中心齿轮的表面将所述杠杆部件附接至相邻的杠杆部件的压缩部件来调整所述杠杆部件的位置。

本发明的第十四技术方案是在第十一技术方案中，调整所述杠杆部件的位置调整所述塔架内的所述电缆扭转裕度系统的直径。

本发明的第十五技术方案提供了一种执行风力涡轮系统内的电缆扭转裕度的方法，所述方法包括：将电缆组布置于所述风力涡轮系统的塔架的中心区域中的柱中；以及在施加径向力时，经由调整及张拉装置而调整每个电缆组的位置，以调整所述柱的直径。

本发明的第十六技术方案是在第十五技术方案中，箍部分容纳在包括用于接收所述电缆组的多个开口的所述塔架内，所述方法还包括：将一些电缆组沿着所述箍部分的外周缘区域安置，并且将剩余的一些电缆组沿着所述箍部分的内表面安置，以及 在由于径向力施加于电缆而导致电缆扭转时，使所述箍部分变形，且将所述电缆组的位置调整为所述箍部分的中心区域中。

本发明的第十七技术方案是在第十六技术方案中，还包括：将所述电缆组布置成交错式之字形布置。

本发明的第十八技术方案是在第十五技术方案中，多个箍部分容纳在所述塔架内，各自包括位于其中心区域中的开口，所述方法还包括：将多个电缆安置于一个箍部分的所述中心区域的内侧和沿着与所述一个箍部分相邻的另一箍部分的周缘区域的外侧，其中所述多个电缆安置成交错式之字形布置。

本发明的第十九技术方案是在第十八技术方案中，每个电缆的扭转长度裕度取决于所述电缆的期望的扭转角度和所述电缆的长度。

前文广泛地概述各种实施例的一些方面及特征，这些实施例应当被解释为只不过是本公开的各种可能的应用的说明的实施例。通过以不同的方式应用所公开的信息或使所公开的实施例的各种方面结合，从而能够获得其他有益的结果。因此，除了由权利要求限定的范围之外，还结合附图来参考示范性的实施例的详述，由此，可以获得其他方面及更全面的理解。

附图说明

图1是常规的风力涡轮系统的示意侧视图。

图2A是能够在本发明的一个或更多个实施例内实施的电缆扭转裕度系统的示意顶视图。

图2B是能够在本发明的一个或更多个实施例内实施的在图2A中示出的电缆扭转裕度系统的杠杆的分解图。

图3A和图3B是能够在本发明的一个或更多个备选的实施例内实施的电缆扭转裕度系统的示意顶视图。

图4是能够在本发明的一个或更多个备选的实施例内实施的如图3A和图3B中所示的电缆扭转裕度系统的示意图。

图5是图示根据本发明的一个或更多个实施例的用于执行如图4中所示的敷设电缆的之字形位移的之字形位移电缆参数的图表。

图6是图示能够在本发明的实施例中实施的在图2A中示出的用于在系统中执行电缆扭转裕度的示范性的方法的流程图。

图7是图示能够在本发明的实施例中实施的用于在图3A中所示出的系统内执行电缆扭转裕度的示范性的方法的流程图。

附图仅用于图示优选的实施例的目的，且不被解释为限制本公开。考虑到下文允许描述附图，本公开的新颖的方面应当对本领域普通技术人员显而易见。该详述使用数字标示和字母标示来指附图中的特征。使用附图和描述中的相同的或类似的标示来指本发明的实施例的相同的或类似的零件。

具体实施方式

根据要求，在本文中公开详细的实施例。必须理解，所公开的实施例只不过是各种形式及备选的形式的示范性的实施例。如本文中所使用的，单词“示范性的”广泛地用于指充当图示、试样、模型或模式的实施例。附图不一定按比例绘制，且可以使某些特征扩大或最小化，以示出特定的构件的细节。在其他实例中，未详细地描述对本领域普通技术人员已知的众所周知的构件、系统、材料或方法，以便避免使本公开模糊。因此，本文中所公开的具体的结构及功能细节不被解释为限制的，而只不过是权利要求的基础和教导本领域技术人员的具有代表性的基础。

本发明的示范性的实施例提供电缆扭转裕度系统，该系统能够在诸如风力涡轮系统的电力系统内实施，以防止电缆在塔架内过度扭转且过度拥挤。本发明不限于用于风力涡轮系统中，且因此可以在任何类型的电力系统或包括用于在其中供电的电缆布置的其他系统内实施。

本发明提供电缆扭转裕度系统，该系统通过个别的电缆组上的径向力而对风力涡轮系统的塔架中的电缆的柱的表面上的轴向张力进行控制。

图2A是能够在本发明的一个或更多个实施例内实施的电缆扭转裕度系统100的示意顶视图。图2B是能够在本发明的一个或更多个实施例内实施的在图2A中示出的电缆扭转裕度系统的杠杆的分解图。现在，将在下文中参考图2A和图2B而讨论关于根据本发明的一个或更多个实施例的电缆扭转裕度系统的细节。

如图所示，电缆扭转裕度系统100包括连接在一起的中心齿轮102和枢轴盘105。例如，中心齿轮102以在大约50英寸至50英尺的范围内变动的直径形成。中心齿轮102定位在风力涡轮系统的塔架内。例如，中心齿轮102可以由包括金属和硬塑料的材料形成。可以将单个中心齿轮102或多个中心齿轮102设置于塔架内，以用于支撑敷设在其中的电缆。本发明不限于特定的数量的中心齿轮102。

中心齿轮102包括沿着其周缘区域的多个齿轮104，以用于配合。

电缆扭转裕度系统100还包括多个杠杆部件106，这些杠杆部件106沿着枢轴盘103的表面彼此以预定的距离间隔开。如图2B中所示，杠杆部件106各自包括用于与枢轴盘103的表面可枢转地连接的开口105和位于部件的一端的用于与中心齿轮102的对应的齿轮104接合的多个齿轮108。杠杆部件106经由齿轮108而可旋转地附接至中心齿轮102。每个杠杆部件106还包括沿着杠杆部件106的周缘区域111的位于相对端的容纳区段110，以用于将电缆112容纳在其中。

容纳区段110由导线约束部分114形成，从而创建杠杆部件106内用于接收电缆112的空间。导线约束部分114配置成约束电缆110。如图所示，电缆112包括表示形成于电缆组中的三相AC电力系统的三个单独的电缆。然而，本发明不限于三相电力系统。例如，电缆112可以包括低压(最高为105°C)电力电缆、中压(大约180°C)电力电缆。然而，本发明不限于此。

如图2A中所示，电缆扭转裕度系统100还包括杠杆压缩部件116，杠杆压缩部件116配置成将杠杆部件106与相邻的杠杆部件106连接。杠杆压缩部件116可以是适合于本文中所阐述的目的的弹簧或任何类型的压缩机构。

在径向力施加于电缆112时，杠杆压缩部件116调整杠杆部件106的位置，并且，控制系统100上的轴向张力。仅出于图示的目的而在图2A中示出单个杠杆压缩部件116。电缆扭转裕度系统100包括多个杠杆压缩部件116，以沿着中心齿轮102的周缘区域将每个杠杆部件106与相邻的杠杆部件106连接。即，在本发明的实施例中，针对每个杠杆部件106而设置对应的杠杆压缩部件116。

如图2A中所示，杠杆部件106的位置可以取决于所施加的张力的量而在位置A、位置B和位置C变动。杠杆压缩部件116基于施加于杠杆部件106的张力而控制杠杆部件106的位置。例如，如果施加标称量的张力，例如，仅杠杆部件106的重量，则相应的杠杆部件106的位置是位置‘A’。因而，杠杆压缩部件116支配杠杆部件106的位置。

如果施加最小的张力，则将相应的杠杆部件106的位置调整为如图所示的位置‘B’。另一方面，如果施加大量的张力，则将相应的杠杆部件106的位置调整为位置C。杠杆压缩部件116尝试将杠杆部件106维持于位置‘A’，但可以基于电缆112上的力而调整位置。因而，电缆扭转裕度系统100的直径可能取决于施加于电缆112的力而变化。

杠杆运动的范围使电缆112的扭转与电缆扭转裕度系统的半径膨胀及压缩(即，直径)结合。

根据本发明的另一实施例，电缆扭转裕度系统100可以包括多个张力/压缩部件120，以代替杠杆压缩部件116。张力/压缩部件120沿着中心齿轮102的中心区表面125安置。张力/压缩部件120可以布置成与一个或更多个杠杆部件106相对应并连接。张力/压缩部件120配置成基于施加于电缆112的径向力而调整杠杆部件106的位置。

在该实施例中，中心齿轮102用于重现杠杆位置，以用于全部的杠杆部件106彼此相对应。

图3A和图3B是能够在本发明的一个或更多个备选的实施例内实施的电缆扭转裕度系统的示意顶视图。如图3A中所示，电缆扭转裕度系统200包括箍部分202，箍部分202包括开口203，以用于通过开口203而接收形成于电缆组206中的多个电缆204。将电缆204解开，并且，使箍部分202松开，使得一些电缆组206沿着箍部分202的外周缘区域208安置。

电缆组206的其余部分沿着箍部分202的内表面210安置。箍部分202由诸如橡胶之类的弹性材料或适合于本文中所阐述的目的的一些其他类型的柔性材料形成。如图3A中所示，在由于风力涡轮系统内的增大的张力而导致电缆204扭转时，使箍部分202变形，并且，将电缆组206的位置调整为位于箍部分202的中心区域212中。

图4是能够在本发明的一个或更多个备选的实施例内实施的如图3A和图3B中所示的电缆扭转裕度系统的示意图。如图4中所示，提供电缆扭转裕度系统300。电缆扭转裕度系统300包括交错式电缆之字形类型布置，以使电缆在风力涡轮系统的塔架内的过度扭转和过度拥挤极小化。

电缆扭转裕度系统300包括与图3A和图3B中所示出的箍部分202类似的多个箍部分302。箍部分302在沿着箍部分302的周缘区域308的外侧和箍部分302的中心区域310的内侧接收多个电缆304。电缆304在箍部分302之间布置成之字形。例如，电缆304a安置于一个箍部分302的中心区域310内侧，然后，以之字形的方式安置于另一个箍部分302外侧，以防止电缆304的过度拥挤和过度扭转。本发明不限于任何特定数量的箍部分302或电缆304，并且，可以根据需要而变化。

图5是图示根据本发明的一个或更多个实施例的如图4中所示的用于执行敷设电缆的之字形位移的之字形位移电缆参数的图表。如图表500中所示，电缆304(如图4中所描绘)的所要求的扭转裕度长度取决于每个电缆304的期望的转动或扭转角度和电缆304的长度。

例如，如果期望的转动或扭转角度是50度，并且，电缆304的长度是4英尺，则如线502所指示，需要的所要求的扭转裕度将是大约0.6英寸。如果电缆304具有相对于半径或转动角度而更长的长度，那么，如线504所指示，需要较小的所要求的扭转裕度长度来用于转动或扭转。能够通过将长度的平方根的平方加上在扭转部分中横过的总周长而估计螺旋线(电缆)的长度。这算出为，对于20英尺(ft)的6”半径柱间距，为大约7%的额外的长度，进行2.5次扭转绕转，或以沿着柱重复5次的之字形图案进行9”位移。

图6是图示能够在本发明的实施例中实施的用于在图2A中所示出的系统内执行电缆扭转裕度的示范性的方法的流程图。将参考图2A而描述方法600。该方法从操作610开始，在操作610，在容纳于风力涡轮系统的塔架内的电缆扭转裕度系统内接收电缆。在与电缆扭转裕度系统的中心齿轮的周缘区域附接的杠杆部件的容纳区段内接收电缆组中的电缆。

从操作610起，过程继续进行到操作620，在操作620，在将径向力施加于电缆时，基于所施加的张力的量，经由对应的杠杆压缩部件而调整相应的杠杆部件的位置。对杠杆部件的位置的调整导致对塔架内的电缆扭转裕度系统的直径的调整。

图7是图示用于在图3A中所示出的系统内执行电缆扭转裕度的示范性的方法的流程图。方法 700从操作710开始，在操作710，分组为电缆组的电缆以交错式之字形布置通过开口而插入电缆扭转裕度系统的箍部分的内部区域和周缘区域内。从操作710起，过程继续进行到操作720，在操作720，使电缆扭转，并且，使箍部分变形，以将电缆组的位置调整为箍部分的中心区域。

本发明的实施例提供防止电缆在电力系统(例如，风力涡轮系统的塔架)内的过度拥挤和过度扭转的优点。通过基于施加于电缆的径向力而控制系统上的轴向张力的刚性电缆布置来防止过度拥挤和过度扭转。

本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且，还允许任何本领域技术人员实践本发明，包括制作并使用任何装置或系统和执行任何并入的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，并且，可以包括本领域技术人员所想到的其他示例。如果这样的其他示例具有并非与权利要求的字面语言不同的结构元件，或如果这些示例包括与权利要求的字面语言无实质的差异的等效的结构元件，则这些示例旨在属于权利要求的范围内。

Claims (10)

1. 一种用于风力涡轮的电缆扭转裕度系统，包括：

中心齿轮，其安置在风力涡轮的塔架内；

枢轴盘，其与所述中心齿轮连接；

多个杠杆部件，各自包括多个电缆，且彼此间隔开预定的距离，所述多个杠杆部件与所述枢轴盘的表面可枢转地连接，且围绕所述中心齿轮可旋转的；以及

多个压缩部件，各自对应于杠杆部件，且基于施加于相应的杠杆部件的所述多个电缆的径向力而调整所述杠杆部件的位置。

2. 根据权利要求1所述的电缆扭转裕度系统，其特征在于，所述中心齿轮包括位于其周缘区域处的多个齿轮，且所述多个杠杆部件各自包括位于其与所述中心齿轮的所述多个齿轮相对应且接合的区域处的多个齿轮。

3. 根据权利要求1所述的电缆扭转裕度系统，其特征在于，杠杆压缩部件包括弹簧部件。

4. 根据权利要求1所述的电缆扭转裕度系统，其特征在于，每个压缩部件沿着所述中心齿轮的所述周缘区域将杠杆部件连接至相邻的杠杆部件。

5. 根据权利要求1所述的电缆扭转裕度系统，其特征在于，所述电缆扭转裕度系统的直径取决于施加于所述多个电缆的径向力而变化，这调整具有所述多个电缆的相应的杠杆部件的位置。

6. 根据权利要求2所述的电缆扭转裕度系统，其特征在于，每个杠杆部件包括位于所述杠杆部件的包括所述多个齿轮的一端的相对端处的容纳区段，以用于将电缆容纳在其中。

7. 根据权利要求5所述的电缆扭转裕度系统，其特征在于，所述容纳区段由配置成将所述电缆约束在所述容纳区段内的导线约束部分形成。

8. 根据权利要求1所述的电缆扭转裕度系统，其特征在于，所述压缩部件沿着所述中心齿轮的中心区表面安置，且布置成与一个或更多个杠杆部件相对应且连接。

9. 根据权利要求8所述的电缆扭转裕度系统，其特征在于，所述压缩部件基于施加于相应的杠杆部件内的所述多个电缆的径向力而调整相应的杠杆部件的位置。

10. 根据权利要求9所述的电缆扭转裕度系统，其特征在于，所述中心齿轮对于每个剩余的杠杆部件的位置，使相应的杠杆部件的位置重现，以与所述相应的杠杆部件的所述位置相对应。