CN109424496A - 风力涡轮机 - Google Patents

Abstract

一种风力涡轮机（1），包括：塔（4）；可旋转地连接到塔（4）的机舱（3）；用于使机舱（3）相对于塔（4）转动的偏航马达（10）；偏航制动器（11），其被构造成将机舱（3）相对于塔（4）固定并且被构造成被从开放位置带入制动位置以及从制动位置带入开放位置，其中偏航制动器（11）被预张紧到制动位置中；开关（12），其被电连接到偏航马达（10）和偏航制动器（11）并且被构造成被从断开状态带入闭合状态以及从闭合状态带入断开状态，其中，当开关（12）被从闭合状态带入断开状态时，至偏航制动器（11）和偏航马达（10）的电力供给被中断并且偏航制动器（11）通过至少部分地释放预张力而进入制动位置中。

Description

风力涡轮机

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮机。

背景技术

现代的风力涡轮机包括塔和可旋转地连接到该塔的机舱。此外，可提供偏航马达以用于使机舱相对于塔围绕该塔的高度轴线旋转。尤其在维护等期间将机舱相对于塔固定可能是有用的，例如用于满足安全需求。

本质地公知的是，从机舱手动降下带齿的钢块以使其与塔的带齿的偏航环变得倾斜，从而使得借助于形状锁定（positive locking）来阻止机舱相对于塔的旋转。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种改进的风力涡轮机。

因此，提供了一种风力涡轮机。该风力涡轮机包括塔、可旋转地连接到该塔的机舱、用于使机舱相对于该塔转动的偏航马达和偏航制动器，该偏航制动器被构造成将机舱相对于塔固定并且被构造成被从开放位置带到制动位置中以及从制动位置带到开放位置中，并且其中该偏航制动器被预张紧到制动位置中。风力涡轮机包括被电连接到偏航马达和偏航制动器的开关，并且该开关被构造成从断开状态被带入到闭合状态以及从闭合状态被带入到断开状态，其中，当该开关从闭合状态被带到断开状态时，至偏航制动器和偏航马达的电力供给被中断并且偏航制动器通过至少部分地释放预张力而进入制动位置中。

风力涡轮机的一个优点在于，刚好在借助于仅仅一个开关来切断偏航马达之后，偏航制动器就被自动促动并且不需要电能。因此，提高了尤其对维护人员而言的风力涡轮机的可管理性。此外，偏航制动器被设计成在电力供给被中断的情况下掉入制动位置的安全系统，这是因为偏航制动器被预张紧到制动位置中。此外，减少或者完全地避免用于促动偏航制动器的手动操作。这种手动操作通常是耗时的，这是因为并非在机舱相对于塔的每一位置中都可能实现形状锁定。此外，这种手动操作可能对身体要求很高。

“风力涡轮机”在本文中指的是将风的动能转换成旋转能量的装置，该旋转能量可通过该装置再被转换成电能。

优选地，风力涡轮机包括例如借助于轴承（尤其是摩擦轴承或滚动轴承）可旋转地连接到机舱的轮毂。偏航马达可被设置成至少部分地位于机舱和/或塔的内部。要理解的是，可设置多于一个偏航马达，即两个偏航马达、三个偏航马达或者更多个偏航马达。替代性地，风力涡轮机包括仅仅一个偏航马达。

“预张紧（的）”可意味着势能被存储在偏航制动器的元件中和/或意味着可在不需要其他能量或其他能量储备的情况下施加制动力。“至少部分地释放预张力”意味着制动力在制动期间可通过偏航制动器来施加以及意味着制动力可通过导致所述制动力的剩余的预张力来施加。

“电连接”意味着提供了电连接的元件之间的电连接手段。优选地，提供了在这种两个元件之间的布线。

此外，可提供被连接到轮毂的叶片。风力涡轮机优选地包括多于一个叶片。特别地，风力涡轮机包括三个或者更多个叶片。优选地，单独的调节设备以及单独的叶片轴承与每个叶片相关联。叶片轴承或者每个叶片轴承优选地包括摩擦轴承或滚动接触轴承。

根据实施例，开关包括第一开关元件和第二开关元件，所述第一开关元件与第二开关元件被串联地电连接并且每个均被构造成中断至偏航马达和偏航制动器的电力供给。

因此，提供了两种不同的可能性以用于中断至偏航马达和偏航制动器的电力供给。每个开关元件可被从断开状态带入闭合状态以及从闭合状态带入断开状态。

根据又一实施例，风力涡轮机包括控制设备，该控制设备被构造成控制第一开关元件和第二开关元件的功能以及被构造成当第一开关元件和/或第二开关元件的功能受到影响时将第一开关元件和/或第二开关元件带入断开状态。

“功能”意味着确保开关元件的断开和/或闭合。这具有提供安全系统的优点，该安全系统在两个开关元件出现故障时进行控制。控制设备被构造成操作两个开关元件。优选地，该控制设备包括或者是安全继电器。该控制设备被优选地电连接到第一开关元件和第二开关元件。

根据又一实施例，风力涡轮机包括每个均被电连接到偏航马达的三根线导体以及中性缆线，其中每个开关元件包括四个开关部件，并且其中第一开关元件的开关部件中的一者分别在每个线导体处以及在中性缆线处与第二开关元件的开关部件中的一者串联地连接。

优选地，第一开关元件的四个开关部件被连接到彼此，尤其被机械地连接，使得四个开关部件是可同时操作的或可同时切换的。优选地，第二开关元件的四个开关部件被连接到彼此，尤其被机械地连接，使得四个开关部件也是可同时操作的或可同时切换的。特别地，三根线导体与中性缆线被连接到偏航马达的Y形连接（或星形连接）。要理解的是，偏航马达可仅仅用作Y形连接或者Δ连接或者进行交替。替代性地，可提供单相交流偏航马达或直流偏航马达。优选地，换流器和/或三相变压器和/或三相变压-整流器等等被互连在偏航马达与三根线导体和中性缆线之间。因此，单相交流偏航马达或直流偏航马达可通过三相电力系统被供能，这是因为可调整至偏航马达的电力供给。替代性地，可提供交流电力系统，偏航马达被直接或间接地电连接到所述交流电力系统。

根据又一实施例，偏航制动器被电连接到线导体和中性缆线中的至少一者或者仅仅一者。

优选地，偏航制动器的第一缆线被电连接到中性缆线，并且被连接或被插接在偏航马达与第二开关元件的开关部件之间。优选地，偏航制动器的第二缆线被电连接到三根线导体的一者，并且被连接或被插接在偏航马达与第二开关元件的开关部件之间。

根据又一实施例，风力涡轮机包括主开关，该主开关被电连接到控制设备并且被构造成被从闭合状态带入断开状态以及从断开状态带入闭合状态，其中该控制设备被构造成当主开关被从闭合状态带入断开状态时将第一开关元件和/或第二开关元件从闭合状态带入断开状态。

因此，主开关操作控制设备并且间接地操作第一开关元件和第二开关元件。

根据又一实施例，主开关可锁定在断开状态。

“可锁定（的）”意味着开关被构造成借助于锁定设备被锁定在断开状态。优选地，这种锁定仅可由钥匙设备释放。这具有如下优势，主开关可被安全地保持在断开状态，使得维护人员可在风力涡轮机处安全地工作。优选地，主开关也可锁定在闭合状态。

根据又一实施例，风力涡轮机包括被构造成将主开关锁定在断开状态的挂锁。

因此，提供了实用的解决方案以用于将开关锁定在断开状态并且可以避免意外的切换操作。优选地，挂锁也被构造成将开关锁定在闭合状态。要理解的是，可使用每种类型的锁来取代挂锁。

根据又一实施例，主开关包括旋钮，其被构造成将主开关从断开状态带入闭合状态以及从闭合状态带入断开状态。

因此，主开关可以由操作人员手动操作。替代性地，主开关包括钮、尤其是按钮，其构造成将主开关从断开状态带入闭合状态以及从闭合状态带入断开状态。

根据又一实施例，偏航制动器包括被构造成被预张紧到制动位置中的弹簧元件。

这具有提供可靠并且耐用的能量存储的优点。要理解的是，可使用多于一个的弹簧元件，例如两个弹簧元件、三个弹簧元件、四个弹簧元件、五个弹簧元件、六个弹簧元件或者更多个弹簧元件。优选地，该弹簧元件包括或者是碟形弹簧、螺旋弹簧和/或板簧。优选地，偏航制动器被提供为弹簧促动的制动器。

根据又一实施例，偏航制动器包括致动器，其被构造成将偏航制动器带入开放位置中并且同时地将偏航制动器预张紧到制动位置中。

因此，该致动器必须克服诸如弹簧力以预张紧偏航制动器。优选地，该致动器包括液压致动器和/或电动马达。优选地，该致动器借助于被连接到中性缆线的第一缆线以及被连接到三根线导体中的一者的第二缆线被供电。

根据又一实施例，偏航制动器包括在偏航制动器的制动位置中相互作用的至少两个摩擦元件。

优选地，偏航制动器通过摩擦元件的摩擦来制动。优选地，至少一个摩擦元件包括摩擦衬垫。

根据又一实施例，偏航马达包括定子和转子，其中至少两个摩擦元件中的一者被直接地或者间接地机械地连接到该转子，并且该至少两个摩擦元件中的另一者被直接地或者间接地机械地连接到该定子。

“被直接地或者间接地机械地连接”意味着刚性连接或经由传动装置的连接。优选地，偏航制动器包括制动盘以及至少一个制动靴，其中两个摩擦元件中的一者包括制动盘并且两个摩擦元件中的另一者包括至少一个制动靴。要理解的是，可提供多于两个摩擦元件，它们是摩擦对。具体地，可提供两个、三个、四个、五个或者更多个摩擦对。

根据又一实施例，风力涡轮机包括被构造成向偏航马达以及偏航制动器提供电能的电流源、电压源和/或其他设备。

本发明的其他可能的实施方式或者替代性的解决方案还包括针对实施例在上文中或下文中描述的特征的各种组合，所述组合在本文中未被明确提及。本领域的技术人员还可将单独的或者分离的方面和特征添加到本发明的最基本的形式中。

附图说明

本发明的其他实施例、特征以及优点从后面的描述以及从属权利要求并且结合附图将变得显而易见，在附图中：

图1是根据一个实施例的风力涡轮机的透视图；

图2是根据一个实施例的风力涡轮机转子叶片的透视图；

图3示出了根据一个实施例的风力涡轮机的偏航马达以及偏航制动器的示意性电路图；以及

图4示出了根据又一实施例的偏航马达以及偏航制动器的示意性电路图。

具体实施方式

在附图中，除非另有说明，相同的附图标记表示相同或者功能上等同的元件。

图1示出了根据实施例的风力涡轮机1。

风力涡轮机1包括连接到设置在机舱3内部的发电机（未示出）上的转子2。机舱3被设置在风力涡轮机1的塔4的上端。机舱3被可旋转地连接到塔4。

转子2包括三个叶片5。叶片5被直接地或间接地连接到风力涡轮机1的轮毂6上。这种转子2可具有在诸如30米到160米或者更多米的范围的直径。叶片5经受高的风载荷。同时，叶片5需要是轻质的。由于这些原因，现代风力涡轮机中的叶片5由纤维增强的复合材料制成。其中，出于成本原因，玻璃纤维相对于碳纤维通常是优选的。通常，使用呈单向纤维垫形式的玻璃纤维。

图2示出了根据一个实施例的叶片5。

叶片5包括被成形以最佳地利用风能的空气动力学地设计的部分7和用于将叶片连接到轮毂6的叶片根部8。

图3示出了偏航马达和偏航制动器的示意性电路图。

电路图9包括用于将机舱3相对于塔4转动的偏航马达10。该偏航马达10可为交流马达、三相交流马达或直流马达。替代性地，该偏航马达10可包括可包含液压泵（未示出）的液压致动器。此外，提供了偏航制动器11，其被构造成将机舱3相对于塔4固定并且被构造成从开放位置被带入制动位置中以及从制动位置被带入开放位置中。偏航制动器11被预张紧到制动位置中。

此外，提供了开关12，其被电连接到偏航马达10和偏航制动器11。开关12被构造成被从断开状态带入闭合状态以及从闭合状态带入断开状态。当开关12被从闭合状态带入到断开状态时，至偏航制动器11和偏航马达10的电力供给被中断并且偏航制动器11通过至少部分地释放预张力而进入到制动位置中。此外，在电路图9中示出了电源13。电源13可为交流电力系统、三相电力系统或者直流电力系统。此外，电源13可包括可设置在风力涡轮机1内部或者外部的电流源或者电压源。特别地，电流源或电压源可以是电力供应网络的一部分，电力供应网络向多个风力涡轮机或者其他耗电部件供能。

图4示出了根据又一实施例的偏航马达10和偏航制动器11的示意性电路图9。

开关12包括两个开关元件14、15，所述两个开关元件被串联地电连接并且每个开关元件被构造成中断至偏航马达10和偏航制动器11的电力供给。此外，提供了控制设备16。控制设备16被构造成控制开关元件14、15的功能并且被构造成在开关元件14和/或开关元件15的功能受到影响时将开关元件14（也称为第一开关元件）和/或开关元件15（也称为第二开关元件）带入断开状态。优选地，该控制设备16包括或者是安全继电器。

此外，提供了三根线导体17、18、19和中性缆线20，它们每者都被电连接到偏航马达10。每个开关元件14、15包括四个开关部件21、22、23、24、25、26、27、28，每个开关部件被设置为具有断开状态和闭合状态的开关。开关元件14的开关部件21、22、23、24中的一者分别在每根线导体17、18、19处和在中性缆线20处与开关元件15的开关部件25、26、27、28中的一者串联地连接。优选地，开关部件21、22、23、24、25、26、27、28被设置为接触器。

线导体17、18、19和中性缆线20优选地还被连接到会话单元29，该会话单元还被连接到偏航马达10。在该情况下，线导体17、18、19和中性缆线20经由会话单元29被电连接到偏航马达10。优选地，会话单元29包括换流器和/或变压器（尤其是三相变压器），和/或变压-整流器（尤其是三相变压-整流器）。因此，经由三相电力系统可向诸如单相交流马达、三相交流马达、直流马达等等的每一种类型的电动马达供能，这是因为可调节至偏航马达10的电力供给。

偏航制动器11包括被电连接到线导体19的缆线30（也称为第一缆线）和被电连接到中性缆线20的缆线31（也称为第二缆线），以用于向偏航制动器11供能。

此外，设置了主开关32，该主开关被电连接到控制设备16并且被构造成被从闭合状态带入断开状态以及从断开状态带入闭合状态。控制设备16被构造成在主开关32被从闭合状态带入断开状态时将开关元件14和/或开关元件15从闭合状态带入断开状态。主开关32可包括两个断路器33、34，所述断路器可被断开以用于中断至控制设备16的电力供给并且因此用于激活用于操作开关元件14、15的控制设备16。优选地，开关元件14的四个开关部件21、22、23、24被连接到彼此，尤其是机械地连接，使得四个开关部件21、22、23、24是同时可操作的或可切换的。优选地，开关元件15的四个开关部件25、26、27、28被连接到彼此，尤其是机械地连接，使得四个开关部件25、26、27、28也是同时可操作的或可切换的。

优选地，主开关32经由挂锁35能够锁定在断开状态。因此，挂锁35被构造成将主开关32锁定在断开状态。优选地，主开关32包括旋钮，其被构造成将主开关32从断开状态带入闭合状态以及从闭合状态带入断开状态。要理解的是，可通过例如维护人员的人工操作来操作旋钮。

此外，偏航制动器11包括：弹簧元件36，其被构造成被预张紧到制动位置中；以及致动器37，其被构造成将偏航制动器11带入开放位置并且同时将偏航制动器11或者其弹簧元件36预张紧到制动位置中。

特别地，偏航制动器11可包括至少两个摩擦元件38、39，它们在偏航制动器11的制动位置（如在图4中示意地示出）中彼此相互作用。

偏航马达11包括定子40和转子41，其中至少两个摩擦元件38、39中的一者被直接地或间接地机械地连接到转子41，并且至少两个摩擦元件38、39中的另一者被直接地或间接地机械地连接到定子40。因此，偏航马达10的定子40和转子41可被阻塞。

为维护人员简化了将机舱3相对于塔4进行锁定的原理。首先，尤其在释放挂锁35之后，应该通过手工操作来操作主开关32。现在两个断路器33、34被断开。相应地，控制设备16通过操作开关元件14和开关元件15来断开所述开关元件14和开关元件15，或者说断开其开关部件21、22、23、24、25、26、27、28。因此，至偏航马达10的电力供给被中断，并且偏航制动器11被促动。因此，现在阻止了偏航制动器11的释放以及偏航马达10的促动并且机舱3不能偏航。要理解的是，取代如在图3和图4中所示出的一个偏航马达10，可连接多个偏航马达。

尽管已按照优选的实施例描述了本发明，对本领域的技术人员显而易见的是，在所有实施例中，变形都是可能的。

Claims (14)

1.一种风力涡轮机（1），所述风力涡轮机包括：塔（4）；可旋转地连接到所述塔（4）的机舱（3）；用于使所述机舱（3）相对于所述塔（4）转动的偏航马达（10）；偏航制动器（11），其被构造成将所述机舱（3）相对于所述塔（4）固定并且被构造成被从开放位置带入制动位置以及从制动位置带入开放位置，其中所述偏航制动器（11）被预张紧到制动位置中；开关（12），其被电连接到所述偏航马达（10）和所述偏航制动器（11）并且被构造成被从断开状态带入闭合状态以及从闭合状态带入断开状态，其中，当所述开关（12）被从闭合状态带入断开状态时，至所述偏航制动器（11）和所述偏航马达（10）的电力供给被中断并且所述偏航制动器（11）通过至少部分地释放预张力而进入所述制动位置中。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中所述开关（12）包括第一开关元件（14）和第二开关元件（15），所述第一开关元件（14）和第二开关元件（15）被串联地电连接并且每个均被构造成中断至所述偏航马达（10）和偏航制动器（11）的电力供给。

3.根据权利要求2所述的风力涡轮机，还包括控制设备（16），所述控制设备被构造成控制所述第一开关元件（14）和第二开关元件（15）的功能，并且被构造成在所述第一开关元件（14）和/或第二开关元件（15）的功能受到影响时将所述第一开关元件（14）和/或第二开关元件（15）带入断开状态。

4.根据权利要求2或3所述的风力涡轮机，还包括均被电连接到所述偏航马达（10）的三根线导体（17、18、19）以及中性缆线（20），其中每个开关元件（14、15）包括四个开关部件（21、22、23、24、25、26、27、28），并且其中所述第一开关元件（14）的所述开关部件（21、22、23、24）中的一者分别在每根线导体（17、18、19）处和在中性缆线（20）处与所述第二开关元件（15）的所述开关部件（25、26、27、28）中的一者串联地连接。

5.根据权利要求4所述的风力涡轮机，其中所述偏航制动器（11）被电连接到所述线导体（17、18、19）和所述中性缆线（20）中的至少一者，或者仅仅一者。

6.根据权利要求3到5中任一项所述的风力涡轮机，还包括主开关（32），所述主开关被电连接到所述控制设备（16）并且被构造成被从闭合状态带入断开状态以及从断开状态带入闭合状态，其中所述控制设备（16）被构造成当所述主开关（32）被从闭合状态带入到断开状态时将所述第一开关元件（14）和/或第二开关元件（15）从闭合状态带入断开状态。

7.根据权利要求6所述的风力涡轮机，其中所述主开关（32）能够被锁定在所述断开状态。

8.根据权利要求7所述的风力涡轮机，还包括被构造成将所述主开关（32）锁定在所述断开状态的挂锁（35）。

9.根据权利要求6到8中任一项所述的风力涡轮机，其中所述主开关（32）包括旋钮，所述旋钮被构造成将所述主开关（32）从断开状态带入闭合状态以及从闭合状态带入断开状态。

10.根据权利要求1到9中任一项所述的风力涡轮机，其中所述偏航制动器（11）包括被构造成被预张紧到所述制动位置中的弹簧元件（36）。

11.根据权利要求1到10中任一项所述的风力涡轮机，其中所述偏航制动器（11）包括致动器（37），所述致动器被构造成将所述偏航制动器（11）带入开放位置并且同时将所述偏航制动器（11）预张紧到所述制动位置中。

12.根据权利要求1到11中任一项所述的风力涡轮机，其中所述偏航制动器（11）包括至少两个摩擦元件（38、39），所述至少两个摩擦元件在所述偏航制动器（11）的制动位置中彼此相互作用。

13.根据权利要求12所述的风力涡轮机，其中所述偏航马达（10）包括定子（40）以及转子（41），并且其中所述至少两个摩擦元件（38、39）的一者被直接地或间接地机械地连接到所述转子（41），并且所述至少两个摩擦元件（38、39）的另一者被直接地或间接地机械地连接到所述定子（40）。

14.根据权利要求1到13中任一项所述的风力涡轮机，还包括被构造成向所述偏航马达（10）和所述偏航制动器（11）提供电能的电流源（13）、电压源（13）和/或其他设备。