CN110291290A - 具有径流式涡轮机和发电机的风力发电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有径流式涡轮机和发电机(9)的风力发电设备，其中，两个并列且平行地取向的径流式涡轮机各布置有竖直的转子轴(1)，所述转子轴相互连接并且能够围绕平行于所述转子轴(1)的摆动轴线摆动，其中，所述摆动轴线和V形的风力分配器布置在所述转子轴(1)的连接线的外面，并且两者都位于该连接线的相同侧，其特征在于，同一个发电机(9)能够由两个转子轴(1)经由驱动轴(7)来驱动。建议将图1作为摘要附图。

Description

具有径流式涡轮机和发电机的风力发电设备
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的、具有径流式涡轮机和发电机的风力发电设备。
背景技术
这种风力发电设备由EP2652318Bl已知。在此已经提到了用于两个涡轮机的发电机以及电磁制动器。
当每个径流式涡轮机通过传动带将机械能传递给单独的发电机时，会出现以下问题：
由于压入轴承中的带张而紧引起高的动力传递损失。高压力通过轴承摩擦引起能量损失；但是，为了以低振动和低磨损的方式运行带而需要高压力。由于在风强烈变化的情况下的转矩波动，带被极端地加载并且甚至可能超负载。带由于湿气和温度差而老化造成过早的失效并且导致运行时间缩短。
此外，产生了噪声排放，其取决于转速和负载并且使整个系统的优点最小化。
US4084918A同样示出一种具有两个并列且平行定向的、各具有一个竖直的转子轴的径流式涡轮机的风力发电设备，转子轴相互连接并且可绕平行于转子轴的摆动轴线摆动，其中，V形的风力分配器布置在转子轴连接线之外，并且同一个发电机可以由两个转子轴经由驱动轴来驱动。风力发电设备的发电机由两个转子轴分别通过斜齿轮传动装置驱动，该斜齿轮传动装置设计用于传动和转动方向反转。此外，与本发明中一样，径流式涡轮机通过驱动轴机械地耦合。
由US4293274已知一种具有竖直的径流式涡轮机的风力发电设备，该径流式涡轮机具有斜齿轮传动装置18和在转子轴11与发电机22之间的分离离合器，该分离离合器在过载时断开连接。
发明内容
本发明的任务在于，在开头所述类型的风力发电设备中提高安全性和效率。尤其，在两个径流式涡轮机的不均匀的风负载下和在风非常强的情况下的过压下，应当以简单、成本有利和有效的方式避免风力发电设备的振动。上述其它问题也应被解决。
根据本发明，在开头所述类型的风力发电设备中，该任务通过权利要求1的特征得以解决。
根据本发明，设置特别的安全装置，以避免在风非常强的情况下发电机过载。这些安全装置是三级的。首先，实施电气制动。如果这不够，则控制装置激活机械制动器；并且如果这还不够，则第三安全级、即分离离合器的激活进行作用。
由上述现有技术中没有得知用于避免强风时发电机过载的多级安全装置。根据本发明的三级安全装置，即第一电气制动、第二机械制动和第三激活分离离合器，在所引用的现有技术中没有描述，也没有描述单独的部件。
由此，尤其实现了设备的无摩擦的、少维护的运行。
本发明的有利构型在从属权利要求中予以说明。
机械传输损耗被极大地减小。通过降低机械影响实现了效率的提高。通过在斜齿轮传动装置中的传动和转动方向反转的结合，代替倒挡传动装置和带传动装置，减小了传输损耗。
通过具有轴和离合器的斜齿轮传动装置，维护耗费(例如更换磨损件)被降低到最小并且部件的寿命提高。
与带传动装置相比，通过减少构件和用具有较小的磨损和损失特性以及较高的老化稳定性的高精度构件来代替，也显著提高了机械能传递的可靠性和使用寿命。
此外，通过所述的措施强烈地降低了噪声排放，这提高了应用可能性(使用地点)。
通过使用高质量部件和去除易老化的构件，将维护耗费降低到最小。此外，主要使用标准构件使得可以快速地提供备件。相应地，停机时间被最小化。
通过在从转子到发电机的过渡中使用所谓的断开式传动装置提高了安全性，断开式传动装置在极端天气(高风速/高阵风)情况下安全制动器过载或失效时将转子与发电机分离。在极端条件的情况下，尤其在风速很高且阵风导致达到与位置相关的或用户特定的设备最大设计能力的情况下，发电机在到达临界区域之前与驱动装置(转子)断开。由此确保了，即使在不太可能发生的安全制动器过度运行的情况下，也不会出现可能损坏设备或伤及人员的、危险的过电压。
有利的是，转子的机械耦合——用于更好地对准和减小调节振动以及设备的运行——通过仅一个发电机发生。通过转子的耦合，使风力发电设备的定向过程的振动特性最小化并且因此改善馈入单元的调节特性并且优化收益。此外，耦合使得能够借助于仅一个发电机来运行设备，这降低了成本并且提高了效率。
根据本发明，特别重要的是，实现了提高的保护功能和提高效率以及耐久性。
在此，术语“驱动系”是指用于将旋转能量从径流式涡轮机的对应转子轴(1)传输至发电机(9)的机械构件。
通过以所述形式使用驱动系，优化了设备的运行本身以及运行可靠性。此外，机械损耗和电损耗被最小化，因此效率被提高。通过使用由已建立的制造商提供的标准构件，可以确保能够及时实现备件供应。
附图说明
下面借助附图详细说明本发明的实施例。在所有附图中，相同的附图标记具有相同的含义，因此在适当时仅被说明一次。
附图中：
图1示出整个驱动系从后面看的侧视图，具有所有传递力的部件和带转子轴(1)的、供应动力的转子的局部区段；
图2示出驱动系的连同制动钳(4.1)的俯视图(顶视图)；
图3示出驱动系的左侧视图；
图4示出根据图1的驱动系的、发电机与发电机左侧传动装置之间的局部区段。
具体实施方式
具有两个转子轴(1)的、前置的、产生能量的设备(能量源)将动能通过联轴器(2)通过轴(1.1)供应到驱动系。具有离合器的制动盘(4)将轴(1.1)与斜齿轮传动装置(5)连接，该斜齿轮传动装置传动所供入的能量(根据发电机的功率设计而设定传动比)并且确保联轴器(6)、轴(7)、分离离合器(8)和发电机(9)的正确转动方向。发电机(9)将供入到它的动能转化为电能。
此外，斜齿轮传动装置(5)还用于传动和用于转动方向反转。
优选地，代替唯一的发电机(9)，也可以在壳体中设置多个发电机，例如以附加的绕组对的形式。在此，一个绕组对可以设置用于低功率而另一个绕组对可以设置用于较高功率。可以设置多达三个绕组对。
在发电机(9)过载的情况下，这里未示出的控制装置(逆变器和控制逻辑装置)试图通过电气制动来耗散过剩的能量。如果这不成功，则通过制动钳(4.1)激活具有制动盘(4)的机械制动器。如果这也不够并且在分离离合器(8)上达到预定的转矩——可能通过控制装置的预定的极限参数产生，则分离离合器(8)将发电机(9)与通过轴(7)进行的能量供应分离。这于是导致发电机(9)的停机状态并且因此导致动力消失。由此，发电机不再有过压的危险。这既在发电机(9)的左侧也在右侧发生，即对于两个转子都发生。
因此，作为本发明的有利构型提出，控制装置在达到预定的参数时通过施加给发电机(9)的负载来产生预定的转矩，该预定的转矩触发分离离合器(8)并且将转子轴(1)与发电机(9)分离。所述的预定的参数可以是不同的，并且尤其取决于风力发电设备的构造形式和具体的技术特性。
本发明的另一优点在于：安全制动器可比通常情况更小，因为在安全事故(故障情况)下并且在过载情况下，发电机与电源断开并且因此不再存在由于过压引起的危险。此外，涡轮机设计或能量发生器的结构不必升级成非得能承受较大的力，即在这种情况下通过通常所需的较大制动器而产生的较高制动转矩。
本发明的另一优点在于提高了设备的安装便利性，因为驱动系可以作为预装配的构件来提供，这使得装配误差和对准误差减小。
参考标记列表
1 转子轴
1.1 用于供入能量的轴
2 转子的联轴器
3 支承/导向轴承
4 带离合器的制动盘
4.1 制动钳
5 斜齿轮传动装置
6 联轴器
7 驱动轴，轴
8 分离离合器
9 发电机
10 驱动系的支承横梁
11 风力涡轮机的立管

Claims (4)

1.一种具有径流式涡轮机和发电机(9)的风力发电设备，其中，设置有两个彼此并列且平行地取向的径流式涡轮机，每个径流式涡轮机均具有竖直的转子轴(1)，所述转子轴相互连接并且能够围绕平行于所述转子轴(1)的摆动轴线摆动，其中，所述摆动轴线和V形的风力分配器布置在所述转子轴(1)的连接线的外面并且两者位于该连接线的相同侧，
其中，所述发电机(9)通过传动装置(5)与所述转子轴(1)机械连接，并且同一个发电机(9)能够由两个转子轴(1)来驱动，
其特征在于，
所述发电机(9)能够通过驱动轴(7)来驱动，
在转子轴(1)与发电机(9)之间设置有分离离合器(8)，所述分离离合器在过载时将连接断开，
设有控制装置，所述控制装置在过载时触发所述分离离合器(8)，
所述控制装置在达到预定的参数时通过施加给所述发电机(9)的负载来产生预定的转矩，所述预定的转矩触发所述分离离合器(8)并且使所述转子轴(1)与所述发电机(9)分离，
设有具有制动盘(4)和制动钳(4.1)的机械制动器，
所述控制装置构造成使得在所述发电机(9)过载的情况下，所述控制装置通过电气制动耗散过剩的能量，如果这不够则激活所述机械制动器，如果还不够则在分离离合器(8)之一上达到预定的转矩，激活分离离合器(8)以使发电机(9)与通过轴(7)进行的能量供入分离。
2.根据权利要求1所述的风力发电设备，
其特征在于，
所述发电机(9)由所述两个转子轴(1)分别通过一个斜齿轮传动装置(5)来驱动。
3.根据权利要求2所述的风力发电设备，
其特征在于，
所述斜齿轮传动装置(5)被设计用于传动和转动方向反转。
4.根据权利要求1所述的风力发电设备，
其特征在于，
所述径流式涡轮机通过所述驱动轴(7)机械地耦合。
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Granted publication date: 20210316

Termination date: 20220205

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