CN107420274B - 风力发电机组 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种风力发电机组，包括机舱和塔筒；机舱安装在塔筒的顶部，并且机舱和塔筒之间通过偏航轴承连接；在机舱的底部安装与偏航轴承同轴布置的转轴，在转轴上安装两个或两个以上间隔布置且相互绝缘的转子滑道，每个转子滑道对应与一根机舱电缆导通；在塔筒中设有与转子滑道一一配合的定子滑道，每个定子滑道与一根塔筒电缆导通。本发明实施例提供的风力发电机组，机舱电缆和塔筒电缆通过滑环连接作为传输电力的主电缆，使机舱电缆相对于机舱处于相对静止状态，塔筒电缆相对于塔筒处于静止状态，从而使电缆在机舱偏航的过程中不会产生扭缆现象，从而可以降低主电缆的技术特性要求，无需电缆高耐扭，高耐磨性能，使得电缆成本降低。

Description

风力发电机组
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体的说涉及一种通过导电滑环实现机舱与塔筒之间的电缆连接的风力发电机组。
背景技术
偏航系统是风力发电机组的重要组成部分之一，它主要有两个功能：一、风力发电机组的偏航系统也称为对风装置，其作用在于当风速矢量的方向变化时，能够快速平稳地对准风向，以便风轮获得最大的风能；二、当风力发电机组由于偏航作用，机舱内引出的电缆发生缠绕时，自动解缆。
一般偏航系统是由回转支撑轴承、弹簧阻尼装置和电机驱动的齿轮传动机构组成的，带有内齿的偏航轴承用螺栓连接在塔筒顶部，内环与机舱座连接，外环与塔架法兰连接。
当前风力发电机组的主电缆敷设工艺都是从发电机定子绕组出线(或者中间经过发电机开关柜)通过电缆桥架固定在塔筒顶部平台穿过平台中孔，然后自然悬垂在上段塔筒内直到马鞍平台。马鞍平台处为了适应偏航扭缆，电缆在此处需要预留一定的长度余量并弯曲成马鞍形状(电缆外围敷设电缆护圈)；在电缆束处安装行程开关，当其触点与电缆束连接，当电缆束随机舱转动到一定程度即启动开关。当机身在同一方向己旋转2转(720度)，且风力发电机组不处在工作区域(即10分钟平均风速低于切入风速)，系统进入解缆程序。解缆过程中，当风力发电机组回到工作区域(即10分钟平均风速高于切入风速)，系统停止解缆程序，进入发电程序，但当机身在同一方向己旋转2.5转(900度)，偏航限位动作扭缆保护，系统强行进入解缆程序，此时系统停止全部工作，直至解缆完成。当风速超过25m/s时，自动解缆停止。
当前行业内通用的偏航段的电缆敷设工艺存在如下不足:
1、偏航扭缆对电缆的技术工艺要求较高，要求其具有优异的抗扭转性能和弯曲性能：成品电缆在-40℃的低温环境下，能经受正、反各四转为一次、扭转角度为360°，次数不少于3000次的抗扭转性能试验，要求电缆试验结束后导体不发生断裂、护套表面不产生裂纹。普通电缆不适合在低温情况下扭转，这些要求限制用于偏航段的电缆必须具有耐磨、耐扭、耐低温等特性，使得主电缆的成本高居不下。
2、随着5MW，6MW及以上大功率机组的推出，在1000V以下电压下的机组主功率电缆束直径非常大(如6MW级主电缆束直径达到600mm)，实施扭缆非常困难，会使得偏航系统功率加大，故障增多。
3、偏航扭缆决定了电缆经常处于扭曲，摩擦的运动状态，使得电缆磨损、开裂的故障概率增大。
4、为了适应偏航扭缆，必须预留马鞍平台处的电缆长度余量，使得配套电缆成本增高。
发明内容
鉴于以上所述的技术问题，本发明实施例提供了一种风力发电机组，解决风力发电机组偏航扭缆的问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种风力发电机组，包括：
机舱；
塔筒；
所述机舱安装在所述塔筒的顶部，并且所述机舱和所述塔筒之间通过偏航轴承连接；
在所述机舱的底部安装与所述偏航轴承同轴布置的转轴，在所述转轴上安装两个或两个以上间隔布置且相互绝缘的转子滑道，每个所述转子滑道对应与一根机舱电缆导通；
在所述塔筒中设有与所述转子滑道一一配合的定子滑道，每个所述定子滑道与一根塔筒电缆导通。
可选择地，在所述机舱的底部还安装与所述偏航轴承同轴布置的光纤滑环，所述光纤滑环的一端与机舱光纤连接，另一端与塔筒光纤连接。
可选择地，所述光纤滑环置于所述转轴内并位于所述转轴的轴线上。
可选择地，在所述转子滑道与所述定子滑道之间设有导电弹片，通过导电弹片使所述转子滑道与所述定子滑道导通。
可选择地，所述导电弹片设有多个，并且沿着所述转子滑道的圆周均匀分布。
可选择地，所述导电弹片的顶端凸出于所述转子滑道的表面，并与所述定子滑道滑动连接。
所述导电弹片沿着径向向外侧凸伸。
可选择地，所述转子滑道与所述定子滑道之间设有若干个导电辊轮，所述导电辊轮被安装在所述转子滑道和所述定子滑道中的一个上，并且与所述转子滑道和所述定子滑道中的另一个滚动接触。
可选择地，所述导电辊轮通过弹性支撑结构对应连接在所述转子滑道或所述定子滑道上。
可选择地，所述塔筒电缆连接在所述塔筒内部的接线箱，并且自所述接线箱伸出并沿着所述塔筒的内壁向下布置。
本发明实施例提供的风力发电机组，机舱电缆和塔筒电缆通过滑环连接作为传输电力的主电缆，使机舱电缆相对于机舱处于相对静止状态，塔筒电缆相对于塔筒处于静止状态，从而使电缆在机舱偏航的过程中不会产生扭缆现象，从而可以降低主电缆的技术特性要求，无需电缆高耐扭，高耐磨性能，使得电缆成本降低。
本发明实施例提供的风力发电机组，从塔筒顶部平台出来的主电缆可以顺延塔筒壁固定(与现有电缆在中下段塔筒内的敷设工艺相同)，主电缆无需扭缆和解缆。电缆采用滑环过渡连接，对偏航的负载影响极小(可忽略不计)，可以减少扭缆导致的偏航故障率；由于电缆在偏航状态下可以处于固定敷设状态，所以不会有相对运动带来的磨损，也不会因电缆扭曲而产生开裂。
本发明实施例提供的风力发电机组，与现有技术的风力发电机组相比，电缆无需扭缆和解缆，无需电缆在马鞍平台处预留长度余量，可以降低电缆使用成本。
附图说明
从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明，其中：
通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显,其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
图1是本发明一实施例提供的滑环装置的结构示意图；
图2是本发明一实施例提供的滑环装置的立体结构示意图。
图中：
100、机舱；101、机舱电缆；
200、塔筒；201、塔筒电缆；
300、转轴；310、光纤滑环；311、机舱光纤；312、塔筒光纤；
410、转子滑道；411、导电弹片；420、定子滑道；
500、偏航轴承。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中，为了清晰，可能夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的主要技术创意。
如图1和图2所示，本发明实施例提供一种风力发电机组，包括机舱100和塔筒200；
其中，机舱100安装在塔筒200的顶部，并且机舱100和塔筒200之间通过偏航轴承500连接；
在机舱100的底部安装与偏航轴承500同轴布置的转轴300，在转轴300上安装两个或两个以上间隔布置且相互绝缘的转子滑道410，每个转子滑道410对应与一根机舱电缆101导通；
在塔筒200中设有与转子滑道410一一配合的定子滑道420，每个定子滑道420与一根塔筒电缆201导通。
其中的转轴300可以是实心轴，也可以是空心轴，也可以是圆筒状可以旋转的轴类部件，即使其能够随着机舱100的偏航而旋转即可；转轴的外表面可以是圆柱形，也可以是棱柱形，也就是说转轴的形状也不限定为圆形。
本发明实施例提供的风力发电机组，机舱电缆和塔筒电缆通过滑环连接作为传输电力的主电缆，使机舱电缆相对于机舱处于相对静止状态，塔筒电缆相对于塔筒处于静止状态，从而使电缆在机舱偏航的过程中不会产生扭缆现象，从而可以降低主电缆的技术特性要求，无需电缆高耐扭，高耐磨性能，使得电缆成本降低。
本发明实施例提供的风力发电机组，从塔筒顶部平台出来的主电缆可以顺延塔筒壁固定(与现有电缆在中下段塔筒内的敷设工艺相同)，主电缆无需扭缆和解缆。电缆采用滑环过渡连接，对偏航的负载影响极小(可忽略不计)，可以减少扭缆导致的偏航故障率；由于电缆在偏航状态下可以处于固定敷设状态，所以不会有相对运动带来的磨损，也不会因电缆扭曲而产生开裂。
本发明实施例提供的风力发电机组，与现有技术的风力发电机组相比，电缆无需扭缆和解缆，无需电缆在马鞍平台处预留长度余量，可以降低电缆使用成本。
可选择地，本发明实施例提供的风力发电机组中，在机舱100的底部还安装与偏航轴承500同轴布置的光纤滑环310，光纤滑环310的一端与机舱光纤311连接，另一端与塔筒光纤312连接。通过在机舱100和塔筒200之间设计光纤滑环310，可以使机舱100和塔筒200之间的光纤不会随着机舱100的偏航而扭转，从而保证机舱100与塔筒200之间的光纤传输稳定，以实现机舱与塔筒底部的电气设备连接都是通过光纤滑环，而避免使用电缆控制。
可选择地，本发明实施例提供的风力发电机组中，光纤滑环310置于转轴300内并位于转轴300的轴线上。此时一般需要将转轴300设为中空结构，或者设为圆筒形结构，以将光纤滑环310设置在转轴的内部，以使其与转轴300同轴布置，在转轴300转动的过程中，光纤滑环310相对于转轴300的轴线的位置不变，从而使光纤滑环310下部的塔筒光纤312可以固定不动；在实施的过程中，可以将塔筒光纤312衍射塔筒200的内壁铺设，并沿着塔筒光纤312铺设的位置设置若干个固定装置，以使塔筒光纤312减少重力对其自身的拉伸作用，保证光纤的使用寿命以及光纤传输效果的稳定性。
可选择地，在实施本发明提供的风力发电机组的过程中，定子滑道420的周围设置绝缘板，以在定子滑道420外围形成安全防护罩，从而对工作人员进行安全隔离和保护，在必要的时候，可以在定子滑道420的外围设置接线柜体，从而进一步提升防护等级。
可选择地，本发明实施例提供的风力发电机组中，在转子滑道410与定子滑道420之间设有导电弹片411，通过导电弹片411使转子滑道410与定子滑道420导通。本实施例中，通过导电弹片411可以补偿风力发电机组在运行中因为振动、运转造成的偏移，确保每一侧碳刷都能紧密连接定子侧滑道，从而使机舱100和塔筒200之间的电力连接更稳定，避免因振动、运转而导致接触不良的问题；同时，也避免了大电流产生的电弧等现象，从而保证电力传输的安全。
可选择地，本发明实施例提供的风力发电机组中，导电弹片411设有多个，并且沿着转子滑道410的圆周均匀分布。通常地，通过多个沿着转子滑道410均匀分布的导电弹片411可以实现多角度、全方位的稳定连接，避免因其中一个导电弹片损坏而导致整个风力发电机组的电力传输故障。
可选择地，本发明实施例提供的风力发电机组中，导电弹片411的顶端凸出于转子滑道410的表面，并与定子滑道420滑动连接。
可选择地，本发明实施例提供的风力发电机组中，导电弹片411沿着径向向外侧凸伸。
可选择地，本发明实施例提供的风力发电机组中，转子滑道与定子滑道之间设有若干个导电辊轮，导电辊轮被安装在转子滑道和定子滑道中的一个上，并且与转子滑道和定子滑道中的另一个滚动接触。通过辊轮的设计，可以使转子滑道与定子滑道之间的滑动摩擦，替换为滚动摩擦，从而使二者之间的摩擦磨损更小，从而延长使用寿命；同时，由于滚动摩擦的摩擦阻力小，使用辊轮进行滚动连接时，可以增大辊轮与滑道之间的接触面积，以使电流传输更稳定；相比于滑动摩擦的摩擦面积越大，其摩擦阻力也就越大，显然采用滚动摩擦的辊轮使用效果更好。
可选择地，本发明实施例提供的风力发电机组中，导电辊轮通过弹性支撑结构对应连接在转子滑道或定子滑道上。由于辊轮本身不具有弹性，所以为了保证辊轮与滑道之间良好的接触效果，避免因风力发电机组的运转、振动而导致辊轮与滑道之间接触不良，从而使弹性支撑结构在应用于辊轮上时，辊轮与滑道之间的连接稳定性更好，也就使得电力传输的稳定性更好。
可选择地，本发明实施例提供的风力发电机组中，塔筒电缆连接在塔筒内部的接线箱，并且自接线箱伸出并沿着塔筒的内壁向下布置。由于机舱100在转动的过程中，不会导致塔筒200内部的塔筒电缆201产生扭缆现象，事实上，在通过导电滑环的结构设计，可以使塔筒电缆201不受到机舱偏航的影响。为了进一步降低塔筒电缆201承受重力产生的拉伸，可以将塔筒电缆201沿着塔筒200的内壁进行固定，并且可以设置若干个不同的固定块。
本领域技术人员应能理解，上述实施例均是示例性而非限制性的。在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。在权利要求书中，术语“包括”并不排除其他装置或步骤；不定冠词“一个”不排除多个；术语“第一”、“第二”用于标示名称而非用于表示任何特定的顺序。权利要求中的任何附图标记均不应被理解为对保护范围的限制。权利要求中出现的多个部分的功能可以由一个单独的硬件或软件模块来实现。某些技术特征出现在不同的从属权利要求中并不意味着不能将这些技术特征进行组合以取得有益效果。

Claims (7)

1.一种风力发电机组，包括：
机舱(100)；
塔筒(200)；
所述机舱(100)安装在所述塔筒(200)的顶部，并且所述机舱(100)和所述塔筒(200)之间通过偏航轴承(500)连接；
其特征在于，
在所述机舱(100)的底部安装与所述偏航轴承(500)同轴布置的转轴(300)，所述转轴(300)是实心轴，在所述转轴(300)上安装两个以上间隔布置且相互绝缘的转子滑道(410)，每个所述转子滑道(410)对应与一根机舱电缆(101)导通；
在所述塔筒(200)中设有与所述转子滑道(410)一一配合的定子滑道(420)，每个所述定子滑道(420)与一根塔筒电缆(201)导通，
其中，在所述转子滑道(410)与所述定子滑道(420)之间设有导电弹片(411)，通过导电弹片(411)使所述转子滑道(410)与所述定子滑道(420)导通，
或者，所述转子滑道与所述定子滑道之间设有若干个导电辊轮，所述导电辊轮被安装在所述转子滑道和所述定子滑道中的一个上，并且与所述转子滑道和所述定子滑道中的另一个滚动接触。
2.如权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，
在所述机舱(100)的底部还安装与所述偏航轴承(500)同轴布置的光纤滑环(310)，所述光纤滑环(310)的一端与机舱光纤(311)连接，另一端与塔筒光纤(312)连接。
3.如权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，
所述导电弹片(411)设有多个，并且沿着所述转子滑道(410)的圆周均匀分布。
4.如权利要求3所述的风力发电机组，其特征在于，
所述导电弹片(411)的顶端凸出于所述转子滑道(410)的表面，并与所述定子滑道(420)滑动连接。
5.如权利要求3所述的风力发电机组，其特征在于，
所述导电弹片(411)沿着径向向外侧凸伸。
6.如权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，
所述导电辊轮通过弹性支撑结构对应连接在所述转子滑道或所述定子滑道上。
7.如权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，
所述塔筒电缆连接在所述塔筒内部的接线箱，并且自所述接线箱伸出并沿着所述塔筒的内壁向下布置。
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