CN111148898A - 具有液压泵的风力涡轮发电机 - Google Patents

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Abstract

具有液压泵的风力涡轮发电机，风力涡轮机包括塔架(2)和头部(6)，所述头部安装在所述塔架(2)的上端处，围绕头部轴线旋转，其中，螺旋桨(9)安装到所述头部(6)上，围绕螺旋桨轴线旋转，其中，设置由所述螺旋桨(9)驱动的液压泵(10)，其中，所述液压泵(10)基本上设置在所述螺旋桨(9)中。

Description

具有液压泵的风力涡轮发电机
本发明涉及一种风力涡轮机结构，该风力涡轮机结构包括至少一个液压泵结构，所述至少一个液压泵结构通过至少一个螺旋桨由风驱动或至少能够由风驱动。
使用安装在风力涡轮机的头部或机舱中的液压泵(而不是发电机)的风力涡轮机在本领域中是众所周知的。
US8622719公开了一种风力涡轮发电机，其中径向活塞泵设置在风力涡轮机的头部或机舱中，连接到液压马达上，进而连接到发电机上。具有中心毂的螺旋桨通过中心轴连接到头部上，所述中心轴驱动头部壳体内的液压泵。该泵用于泵送油。US2014/0086733公开了类似的系统。
从现有技术中，还已知风力涡轮机设置有其他类型的液压泵，例如，离心泵或径向泵或轴向泵。在这些已知系统中，泵或者设置在头部中，由延伸到头部壳体中的螺旋桨的轴驱动，或者设置为靠近塔底或塔脚，通过延伸穿过头部和塔架的轴和齿轮系统由螺旋桨的轴驱动。
本公开的目的是提供一种包括液压泵的风力涡轮机的替代结构。本公开的目的是提供具有相对容易建造和/或维护(特别是维修)的液压泵的风力涡轮机。本公开的目的是提供具有液压泵的风力涡轮机，其允许相对容易维修液压泵或其部件。本公开的目的是提供包括具有液压泵的风力涡轮机的系统，其保养费用低，需要的维修时间短。本公开进一步旨在并提供用于安装和/或维护使用液压泵的风力涡轮机和风电场的方法和系统。
这些和其他目的中的至少一个或一些可以通过根据本公开的风力涡轮机、系统和/或方法来实现。
在第一方面中，根据本公开的风力涡轮机包括塔架和头部，所述头部安装在所述塔架的上端处，围绕头部轴线旋转，其中，螺旋桨安装到所述头部上，围绕螺旋桨轴线旋转。螺旋桨轴线可以是物理轴线或虚拟轴线。设置液压泵，由所述螺旋桨驱动。根据本公开，液压泵基本上设置在螺旋桨中或螺旋桨上。
在本公开中，液压泵应理解为至少指用于通过流体回路泵送流体(例如水，例如淡水或盐水，例如海水)的泵。例如，这种泵可以连接到另一个液压泵或发动机上，或形成其一部分。这种另一个泵或发动机可以例如是发动机或发电机，例如，用于产生电流和/或热量和/或冷却。本公开的液压泵也可以连接到其他设备上，例如工业设备、储水器或其他加压流体操作系统。
在本公开中，提供一种基本上位于螺旋桨中或螺旋桨上的泵应该理解为意味着泵的至少一个基本部件安装成与螺旋桨上以与螺旋桨一起移动，并在使用过程中围绕所述螺旋桨轴线旋转。泵的另一个部件可以设置在风力涡轮机的头部或机舱中。安装在螺旋桨中或螺旋桨上的部件优选地可以与螺旋桨或至少与螺旋桨的毂部一起放置在壳体或机舱上和从壳体或机舱移除。
在实施例中，泵可以包括一系列气缸，所述气缸安装在从头部或机舱延伸的中轴或轴线上或者形成在所述壳体或机舱中。气缸具有从中轴或轴线(优选地基本上径向)向外延伸的中心轴线，并且气缸在面向外侧的一侧处开口。活塞在每个气缸中延伸，活塞具有面向相应气缸的底部的头部以及面向外的足部分，活塞延伸出相应的气缸之外。驱动环安装为围绕活塞的足部分，该驱动环具有中心开口，所述中心开口具有非圆形横截面，使得当所述驱动环围绕中轴或轴线旋转时，活塞被迫进入相应气缸，优选地进入相应气缸并离开相应气缸。
在实施例中，至少一个柔性衬套环或衬套环组件安装在所述驱动环与活塞的足部分之间，使得当驱动环旋转时，衬套环被弯曲，驱动活塞进入相应气缸。
在实施例中，轴承设置在所述驱动环与活塞的足部分之间，使得当驱动环旋转时，轴承迫使活塞进入相应气缸中。
在优选实施例中，气缸安装成具有在围绕所述中轴或轴线对称地延伸的圆圈上的气缸的开口端，使得在离中轴或轴线最远的第一端位置与离中轴或轴线最近的第二端位置之间活塞都可以移动，第一端位置与轴线或中轴距离相等，而第二端位置与中轴或轴线距离相等。
在实施例中，驱动环可以具有中心开口，所述中心开口具有波动内表面，使得当驱动环旋转时，所述表面的顶部和谷底将交替地例如通过滚柱轴承或衬套环或环组件直接或间接地接合活塞的足部分。在实施例中，驱动环可以具有中心开口，所述中心开口具有光滑的、基本上呈椭圆形的表面，用于例如通过滚柱轴承或衬套环或环组件，直接或间接地接合足部分。在实施例中，驱动环可以设置有中心开口，所述中心开口限定面向活塞的外周表面，滚轮设置在所述表面中或设置在所述表面上，用于例如通过柔性衬套或衬套组件直接地或间接地接合所述活塞的足部分。
在实施例中，在底端处的每个气缸设置有至少一个流体入口和流体出口，分别耦合到流体入口管路和流体出口管路，所述管路可以通过中轴或轴线延伸到壳体中。优选地，入口和出口中的至少一个设置有单向阀，使得当相应气缸中的活塞向外移动时，流体通过入口进入气缸中，并且当活塞向内移动时，所述流体通过出口排出。
在替代实施例中，泵可以设计为轴向泵，其中，优选地，所述泵的定子连接到中轴或轴线上或者由中轴或轴线形成，并且转子设置在螺旋桨的毂部中或由螺旋桨的毂部提供。
在替代实施例中，泵设置有行星牵引装置或摩擦驱动装置。
在实施例中，例如，如所述用于风力涡轮机中的泵可以包括非圆形驱动装置，用于使活塞和/或气缸径向延伸，直接地或间接地接合所述活塞和/或气缸，而可以设置牵引装置和/或摩擦驱动装置，所述装置接合所述非圆形驱动装置和螺旋桨的毂部，或接合这个毂部的一个部件，例如另一个环，在毂部或至少螺旋桨与驱动环之间形成齿轮。
在实施例中，根据本公开的风力涡轮机可以包括安装在头部上或由头部提供的起重机(crane)，螺旋桨可以通过所述起重机被提升。优选地，可以用起重机将螺旋桨从塔架的头部提升到脚部附近的位置，反之亦然。起重机优选地设置在头部上，尤其是在所述头部的顶部上。在实施例中，起重机可以被设计用于用液压泵的基本部件来提升螺旋桨，尤其是安装在螺旋桨中或螺旋桨上的泵的部件。
在实施例中，具有安装在螺旋桨中或安装在螺旋桨上的泵的部件的螺旋桨可以被替换螺旋桨所替换，使得可以在移除的螺旋桨上执行维护，而无需长期中断涡轮机的操作。
在进一步的阐述中，根据本公开的风力涡轮机(尤其是其液压泵)连接到发电机上。液压泵可以通过液压马达或水力涡轮机(例如通过佩尔顿式水力涡轮机)连接到发电机上。
在另一个方面中，本公开涉及用于安装和/或维护风力涡轮机(尤其是根据本公开的风力涡轮机)的系统。所述系统包括至少一个船舶，所述船舶具有适用于承载风力涡轮机的螺旋桨系统的可移动的、优选地运动补偿平台。所述平台进一步适用于将人员转移到风力涡轮机并从风力涡轮机转移人员，将螺旋桨系统安装到所述风力涡轮机或将从所述风力涡轮机取回螺旋桨系统。
在另一个方面中，本公开涉及用于安装和/或维护风力涡轮机的方法。在这种方法中，可以将具有头部的塔架放置在选定的位置中，并且将螺旋桨系统运送到所述塔架，所述螺旋桨系统包括液压泵的至少一个基本部件。将螺旋桨系统提升到头部，使得液压泵可以组装在涡轮机中，和/或可以连接到延伸通过塔架和头部的液压回路上。螺旋桨系统连接到头部上。
在实施例中，根据本公开的方法可以设计用于维护风力发电场，所述风力发电场包括一系列风力涡轮机，优选地，根据本公开的风力涡轮机，其中，所述系列的涡轮机包括N个涡轮机，每个涡轮机包括螺旋桨系统。为了与N个螺旋桨系统中的任何一个交换，设置至少一个另一个螺旋桨系统。为了维护螺旋桨系统，将螺旋桨系统从风力涡轮机上移除，并被所述另一个螺旋桨系统替换，其中，移除的螺旋桨系统可以运送到远离相应风力涡轮机或风力发电场的维护位置，或可以在现场执行维护。
在本公开中，公开了用于海上或岸上安装的风力涡轮机。优选地，根据本公开的风力涡轮机在海上使用，其中，水(尤其是海水)被用作通过液压泵泵送的流体。
为了进一步阐述本发明，下文将参照附图公开和讨论本发明的实施例。其中示意性地示出：
图1为连接到一个设备的若干风力涡轮机；
图2在涡轮机的一部分的横截面，示出液压泵；
图3为具有轴或轴线的螺旋桨的毂部和安装到毂部上的液压泵；
图4为根据本公开的液压马达的侧视图；
图5为根据图4的液压马达的前视图；
图6为根据图4和图5的液压马达的沿图4中的线A–A截取的部分横截面；
图7A、图7B和图7C为根据本公开的泵的三个位置，尤其是根据图6的泵的三个位置，其中，图7B中的驱动环相对于其在图7A中的位置旋转了90度以上；
图8为液压泵的替代实施例的沿图4中的线A–A截取的横截面侧视图；
图9A、图9B和图9C为根据本公开的泵的三个位置，尤其是根据图8的泵的三个位置，其中，图9B中的驱动环相对于其在图9A中的位置旋转了30度以上，并且该驱动环在图9C中相对于图9A的位置旋转了90度以上；
图10为气缸中的活塞，其连接到流体的入口管路和出口管路上，具有用于活塞的驱动系统的一部分，其中，从气缸中的活塞示出了两个位置；
图11为液压泵中的两个驱动元件之间的传输；
图12示意性地示出液压泵的一部分；
图13为具有多排气缸和活塞的液压泵；
图14为具有起重机的风力涡轮机的一部分的透视图；
图15为根据图14的风力涡轮机的一部分的侧视图；
图16为用于安装、拆卸和/或修理风力涡轮机的螺旋桨和/或液压泵或其部件的方法中的不同步骤；
图17为螺旋桨和/或泵的修理和/或维护步骤，包括拆卸螺旋桨；
图18为从风力涡轮机的头部之内进行泵维护和/或修理的步骤；
图19为连接到发电机上的风力涡轮机的横截面侧视图；
图20为具有泵的风力涡轮机的部分断开的头部的透视图；
图21为在单排的实施例中根据图8和图9的泵的一部分的横截面侧视图；以及
图22为在双排的实施例中根据图8和图9的泵的一部分的横截面侧视图，具有如图所示的螺旋桨的一部分。
在本说明中，仅以示例的方式示出并公开本发明的实施例。这些不应被解释或理解为以任何方式限制本发明的范围。在本说明中，相同或相似的元件由相同或相似的附图标记表示。在本说明中，应参考作为待泵送流体的海水来讨论本发明的实施例。然而，在本发明中也可以使用其他流体。
在本说明中，除非另有规定，否则应将上面和下面、顶部和底部等的参考视为风力涡轮机的正常方向。这例如在附图中(尤其是图1)示出，其中，顶部、底部、上和下由箭头和适当的词语表示，仅用于指示目的。这不一定反映本公开的涡轮机或其部件的所使用的方向。
在附图中，以示例的方式示出了风力涡轮机，其具有螺旋桨，所述螺旋桨具有两个或三个叶片，所述叶片在与毂部相反的方向上延伸。然而，应当清楚的是，如本领域已知的，可以在本公开的螺旋桨中设置任意数量的叶片。
在附图中，以示例的方式示出了风力涡轮机，其中水从水体(尤其是湖或海)中抽取，并通过液压泵向上泵送通过塔架，然后再向下泵送到发电机上。包括涡轮机中的液压泵的流体回路可以是开路或闭路，并且可以包括其他流体，尤其是在闭路中。替代地，液压泵可以连接到涡轮机头部中的发电机上。替代地，液压泵可以用于将水(例如海水)泵送入存储设施中，使得所述水可以根据需要用于为连接到所述存储设施上的发电机供电。
图1示意性地示出了一系列风力涡轮机1，在本实施例中图示为海上安装的风力涡轮机，即，风力涡轮机1，其具有放置在定位于开放水域5(例如，海或海洋)的底部4处的地基3上的塔架2。每个风力涡轮机1具有安装在塔架2的顶端7上的头部6，头部或机舱6可以围绕塔架2的基本垂直轴线X旋转。在头部的一端8处设置螺旋桨9，安装为使得它可以围绕螺旋桨轴线Y旋转，所述螺旋桨轴线Y基本上水平延伸，基本上垂直于塔架2的纵向轴线X。如本领域已知的，在塔架2与头部6之间设置适当的轴承和传动装置，用以允许控制头部相对于盛行风向的定位。
在风力涡轮机1中，例如如图2所示，设置由螺旋桨9驱动的液压泵10。例如如图10和图19示意性地所示，液压泵10连接到入口管路11和出口管路12上，以泵送流体。例如，在图1所示的实施例中，水可以从水体5通过入口管路11向上泵送，并且通过出口管路泵出，所述出口管路向下穿过塔架2并朝向流体的目的地延伸。在图1中，作为示例，这个目的地示为设置在设备14中的发电机13，正如将要讨论的。水通过管道15以相对高的压力从塔架2泵送到发电机13，用于驱动发电机13并发电。
在本发明的实施例中，涡轮机1包括塔架2和头部6，所述头部安装在所述塔架2的上端7处，能够围绕头部轴线X旋转，其中，螺旋桨9安装在所述头部6上，能够围绕螺旋桨轴线Y旋转，其中，设置由所述螺旋桨9驱动的液压泵10。液压泵10基本上设置在螺旋桨9中。在实施例中，头部6可以包括中轴(nave)16，其中，泵与螺旋桨9一起至少部分地围绕从所述头部6延伸的所述中轴16的一部分旋转。中轴16可以形成为或可以设置有液压泵10的基本上静止的部件17，并且其中，螺旋桨9包括液压泵10的旋转部件18。在这些实施例中，例如如图2和图3所示，中轴16可以包括位于所述头部6内的第一部件19和以可释放的方式连接到所述第一部件19上的第二部件20。然后，所述第二部件20可以设置在所述液压泵10中或由所述液压泵10提供，延伸到螺旋桨9中。
在实施例中，例如如图2和图3所示，螺旋桨9包括毂部21，螺旋桨9的叶片22从所述毂部延伸。如在图3中可见，中轴16的第二部件20可以从毂部21延伸，其中，毂部21可以围绕所述第二部件20旋转。泵10连接到毂部21上，并连接到第二部件20上，使得毂部21相对于第二部件20的旋转将导致通过液压泵10进行泵送。毂部21可以进一步以已知方式相对于头部6被传动和被支撑，例如，通过毂部21的面向头部6的表面25与头部6的相邻表面之间的适当的轴承(未示出)。如图3所示，毂部21可以形成为使得例如泵10直接放置在毂部21的主体21A之外，例如，放置在中轴16、16A上或上方，而所述中轴仍应被视为至少基本上位于螺旋桨9中或毂部21中。
包括入口管路11和出口管路12的流体回路23延伸穿过塔架2和头部6，其中流体回路23包括延伸到螺旋桨9的毂部21内的部件24。所述部件24包括液压泵10的至少一部分。
在本发明的实施例中，液压泵10设置在螺旋桨9的毂部21中，使得泵10可以与螺旋桨9一起从头部6上被移除。为此，例如，入口管路11和出口管路12必须从回路23断开，并且必须断开中轴19、20的第一部件与第二部件之间的连接，之后，螺旋桨9可以与毂部21以及泵10一起被移除，包括中轴16的第二部件20。在这个方面中，中轴16必须被理解为诸如第一部件19和第二部件20的元件的结构或组件，这些元件在使用过程中相对于头部6是静止的，并且支撑泵10以及回路23的一部分。
附加地或替代地，泵10可以包括安装部件26，所述安装部件26可以可移除地固定在相对于头部6中的或从头部6延伸的中轴16静止的位置中，或者可以连接到头部6上，用于安装泵。在这种实施例中，为了移除泵10，如图10示意性地所示，释放安装部件。在如图10所示的实施例中，泵10可以具有固定在平台或托架或此类安装部件26上的内部件10A，其可以例如栓接或以其他方式在静止位置上固定到头部6。具有泵10的移动组件10B的毂部21被所述安装部件26支撑，使得其可以围绕着围绕螺旋桨轴线Y的所述静止部件10A旋转。在这个实施例中，从头部6上释放安装部件26并从泵10上断开回路23将允许从头部6上移除螺旋桨9与泵10。
至少一个阀27可以设置在回路23中，用于在移除泵10时关闭回路23。
通过允许泵10与螺旋桨9或至少与毂部21一起放置在涡轮机1中和/或从涡轮机1上移除，尤其是放置到头部6上和/或从头部6上移除，可以非常容易地进行组装，尤其是对涡轮机1提供维护，而无需长时间的不工作或停机，从而提高涡轮机的效率。此外，它还为建造、维护和/或维修提供了非常实用和廉价的系统和方法。
正如例如在图2中以横截面示意性地所示，液压泵10可以包括一系列在气缸31中可移动的活塞30。例如，气缸31可以安装为相对于中轴16和/或安装部件26静止，活塞30通过螺旋桨9的旋转(尤其是毂部21围绕所述轴线Y的旋转)被推入所述气缸31中并允许从所述气缸中移出。入口11和出口12可以连接到气缸31上，正如例如在图10中示意性地所示，使得当活塞30被如将要讨论的操作或驱动机构32沿如表示为Fin的方向朝向气缸31的底端33推入气缸31中时，诸如水的流体通过出口12被挤出气缸31，而当活塞30沿相反的方向Fout移动时，液体通过入口11被吸入气缸中。适当的单向阀11A、12A可以分别设置在入口11和出口12中。可以设置单排气缸31和活塞30，或者多排，正如例如在图2和图11中可见。通过设置多排，可以使用相对小的气缸，但提供了相对大体积的要泵送的液体。
在实施例中，每个活塞30的端部34可以连接到驱动机构32上，使得可以沿方向Fin推动活塞30，也可以沿方向Fout拉动活塞30。附加地或替代地，可以在入口管路11中稍微对流体进行加压，使得其通过入口11进入气缸中，沿方向Fout推动活塞30。
图4至图6通过示例示意性地公开了具有驱动机构32的实施例的泵10的实施例。该泵包括内部件10A和外部件10B，外部件10B围绕着围绕泵轴线P的内部件10A旋转，在使用中，所述泵轴线优选地与螺旋桨轴线Y一致。示为圆形的外部件10A设置为具有安装措施35，用于将其连接到螺旋桨9的毂部21上。在此，措施35示为延伸穿过凸缘36的孔，用于将泵的外部件10B栓接到毂部21上。内部件10A还设置有安装措施37，用于将内部件安装到中轴16和/或安装部件26上，或者以其他方式安装在相对于壳体固定的位置中，使得当螺旋桨围绕所述轴线Y旋转时，它不会围绕螺旋桨轴线Y旋转。为此，在所示的实施例中，内部件包括一系列孔37，所述孔延伸穿过中心部件38，基本上平行于泵轴线P，所述中心部件38可以通过所述孔栓接到活塞中。
在中心部件38中，设置一系列气缸31，每个气缸具有中心轴线Ac，中心轴线Ac从轴线P基本上径向向外延伸，从底端33延伸到面向外部的相对开口端39。入口11和出口12延伸穿过中心部件38，例如穿过中轴16进入头部6并向下到塔架2。在实施例中，气缸31可以集成到中心部件38。在其他实施例中，气缸可以安装在所述中心部件38中，例如，使得气缸可以从中心部件38缩回到中心开口40或中轴16中，例如用于从头部6之内进行维护。
中心部件38可以具有基本上圆形的外周41，气缸的开口端39位于其中和/或在其中开口。活塞30装配在气缸内，具有伸出气缸31外的端部34以及面向气缸底端33的头部42。柔性衬套环或环组件43设置为延伸到活塞的端部或足部分34上。衬套环43例如可以是金属或塑料环或由金属和塑料层的化合物或夹层制成的环。处于放松位置的环可以具有基本上圆形的横截面，其直径Dliner略大于在外周41上测量的中心部件38的外径Dcentral，使得当所述衬套环43放置为围绕中心部件38时，在中心部件38的外周41与环43的内侧之间存在空间。
设置驱动环44，其具有非圆形并且优选地基本上椭圆形的中心开口45，围绕中心部件和衬套环43延伸，使得衬套环43被强制成类似的非圆形并且优选地基本上椭圆形的形状，正如例如图6所示。轴承46(例如滚柱)，可以设置在衬套环43的外表面47与驱动环44的中心开口的内表面48之间。驱动环44、衬套环43和轴承46的配置优选地为，使得衬套环43的短轴线或最小宽度W43(min)与中心部件38的外径Dcentral大约相同，而长轴线或最大宽度W43(max)大于中心部件38的外径Dcentral。在图6中，示出长轴线W43(max)是垂直的，短轴线W43(max)是水平的。因此，在这个实施例中，在中心部件38的上方和下方设置空间49，以允许活塞30在这些区域中向外移动，从到中轴或轴线P最近的第二端位置到离中轴或轴线P最远的第一端位置，而在中心部件的左侧和右侧处，衬套环43接近或甚至邻接中心部件38的周边，因此相应活塞30被迫进入与中轴或轴线P最近的第二端位置中。
驱动环44围绕优选地是相对有弹性的柔性衬套43的旋转将使衬套环43挠曲，使得长轴线W43(max)和短轴W43(min)将围绕轴线P旋转，正如在图7A和图7B中示意性地示出的。在图7A中，长轴线W43(max)基本上垂直地延伸，短轴线W43(min)基本水平地延伸，而在图7B中，驱动环54已经围绕泵的轴线P，并且相对于保持静止的中心部件38，旋转大约N*90度的角度，N是整数。衬套环43优选地也是静止的，它只挠曲而不围绕轴线P旋转。因此，当驱动环44旋转时，衬套环43挠曲，将活塞30驱动到相应气缸31中。轴承或滚柱48将减少驱动环44与衬套环43之间的摩擦。
驱动环44可以直接连接到泵10的外部件10B上，或形成泵10的外部件10B的一个整体部分，因此将与毂部21和螺旋桨9一起以相同的转速旋转。在实施例中，可以省略衬套环或环组件43和/或滚柱46，使得例如驱动环44的内表面48直接接合活塞30或者滚柱接合活塞30。活塞优选地具有略向外凸起的球形外端，以便使活塞30与驱动机构32之间的接触平滑。
在实施例中，驱动环44可以形成用于活塞和/或气缸的非圆形驱动，直接或间接接合活塞30，而可以设置牵引和/或摩擦驱动，接合驱动环44和毂部21或接合毂部21的一部分，例如另一个环51，在毂部21或至少螺旋桨9与驱动环44之间形成传动装置70。这种传动装置70可以具有的优点在于，它可以提高驱动环44相对于毂部21和/或螺旋桨9的转速。此外，附加地或替代地，这种传动装置可以降低螺旋桨9上或来自螺旋桨9的扭矩。这种传动装置70可以具有的优点在于，可以提供相对缓慢旋转的螺旋桨9用于相对快速移动的驱动环44，并因此提供快速移动的活塞30，增加要泵送的液体的体积和/或被泵送的液体的压力。
在所示实施例中，传动装置70可以通过具有外圆周表面50的驱动环44来设置，而外部件10B包括具有中心开口52的外环51，所述中心开口设置有内圆周表面53。在所述圆周面50、53之间设置一系列轴承或滚柱54，使得在螺旋桨9和毂部21旋转时，轴承或滚柱54旋转，在外环51与驱动环44之间形成传动装置。传动装置可以通过驱动环44的外表面和外环的内表面的直径以及轴承或滚柱54的直径来定义。在实施例中，轴承或滚柱可以具有恒定的直径。如在图11中示意性地所示，轴承或滚柱54可以具有第一部件54A和第二部件54B，所述第一部件54A具有直径D54A，所述第二部件54B具有直径D54B，直径D54B小于直径D54A，因此设置用于阶梯表面55。例如，外环51的内表面53可以接合第二部件54B，外表面50接合第一部件54A。因此，可以在与螺旋桨9一起旋转的外环51与驱动活塞30的驱动环44的旋转之间定义驱动比。
在优选实施例中，气缸30被安装成具有它们的开口端，所述开口端在围绕所述中轴或轴线P对称地延伸的圆圈上，使得活塞30在离中轴或轴线最远的第一端位置与离中轴或轴线最近的第二端位置之间都可以移动，第一端位置与轴线或中轴距离相等，而第二端位置与中轴或轴线距离相等。
在实施例中，如图12和图13所示，驱动环44可以具有中心开口45，所述中心开口具有波动的内表面48，使得当驱动环44交替旋转时，所述表面48的顶部48A和谷底48B将接合活塞30的足部分。这种接合可以例如通过衬套环或环组件43直接地或间接地进行。在图12中，示出中心部分38具有沿轴线P的轴向方向延伸的凹槽或接头57，用于将中心部分安装在具有对应肋(未示出)的中轴16上，以便防止中心部分的旋转。
图8和图9A至图9C示出了根据本公开的泵10的实施例，其类似于图4至图7的泵的实施例。相同部件或元件具有相同附图标记。然而，在本实施例中，每个活塞30被设置成：在面向外的端部或足部分34处设置至少一个轴承60，接合驱动环44的内表面48。因此，驱动环44的旋转再次迫使活塞30进入气缸31中或允许它们被再次向外推。
在所示实施例中，每个活塞30设置有轴承组件61，轴承组件61包括至少两个轴承60，例如具有平行滚动轴62的并列滚柱轴承60，并列滚柱轴承承载在轴承保持器或轴承座63中。轴承保持器63可以通过枢转轴64安装在活塞30的足部分34上，所述枢转轴例如基本上平行于轴承60的滚动轴62延伸。这允许轴承保持器63相对于活塞30的位置对应于与轴承60接合的驱动环44的表面48的相应部分而移动。
在图4至图7和图8和图9的实施例中，仅以示例的方式示出了五个气缸-活塞组件。应清楚的是，可以设置任意数量的气缸-活塞组件，这取决于气缸和活塞30、31的尺寸以及泵的可用空间，例如取决于毂部21、头部6的内部容积和直径、中轴或安装部件的尺寸、螺旋桨尺寸等。
在图12中，示出了可以设置多个平行排的气缸和活塞30、31。驱动机构32可以设计为同时和同步驱动在平行于轴线P的列中的活塞，使得它们同时到达它们的端部位置。然而，它们也可以交替地被驱动到它们的端部位置，使得：在给定的时刻，一个这样的活塞沿向外方向Pout移动，其时这一排中的另一个所述活塞沿相反的向内方向Pin移动，因此至少部分地补偿力。
如图1所示，本公开的风力涡轮机1(尤其是泵10)可以连接到设置在设备14中的发电机13上。水通过管道15以相对高的压力从塔架2泵送到发电机13，用于驱动发电机13并发电。在所示实施例中，发电机13通过泵60连接到管道上，尤其是通过佩尔顿式(Peltontype)泵连接到管道上。发电机13可以是多驱动发电机13，其中，第一驱动装置由所述泵60提供，并且第二驱动装置由另一类型驱动装置61提供。这种第二类型驱动装置61可以例如是焚烧炉类型驱动装置，例如化石燃料驱动装置或地热驱动的驱动装置、潮汐驱动装置、太阳能驱动装置或废热驱动的驱动装置等。
不是将管道15直接连接到发电机13上，而是将由泵15泵送的水存储在存储系统中，例如水箱或水池或此类储水器中，用于通过再次从此类储水器中释放水来驱动发电机(例如涡轮机)。替代地，泵送的水可以用于其他目的。
在实施例中，例如如前所述的风力涡轮机可以设置有起重机100，用于提升螺旋桨9或至少毂部21和/或泵，优选地，具有泵10或其部件的毂部21。在所示的实施例中，起重机100可以安装在头部6上，尤其是其顶部侧101上。例如，起重机100可以具有可折叠和/或伸缩臂102，使得其自由端103可以在第一位置与第二位置之间移动，所述第一位置在图14中示出，其远离螺旋桨9的毂部21上方移动，所述第二位置在图15中示出，其中所述自由端103位于毂部21上方。提升线104(例如缆绳或链条)可以连接到螺旋桨9的毂部21上，使得起重机100能够承受螺旋桨9的重量，之后，螺旋桨可以从头部6被释放，并且可以降低，例如降低到地面或水平面或船舶等，以便运输、检查、维护，修理或以其他方式处理螺旋桨或其部件，例如泵10或其零件(如有规定)。类似地，可以使用起重机100将螺旋桨9向上提升到头部。在所示的实施例中，起重机100相对于头部6可枢转，使得它可以存储在缩回和/或折叠的位置中，例如抵靠着头部的外表面的位置或者储物架(storage bay)或其他这样的装置105中的位置。
通过设置起重机100，可以防止需要将重型设备(例如浮式码头、起重机等)带进或带出风力涡轮机。
对于用起重机100提升风力涡轮机的部件，还可以将其他临时部件连接到线104上，例如但不限于提升篮、磁铁等，用于保持和/或包含所述部件。
图16示意性地示出了拆卸和安装风力涡轮机1的螺旋桨9或至少螺旋桨9的毂部21的不同步骤。这可以包括也可以不包括所讨论的液压泵10的一部分或整个液压泵10。
在本实施例中，毂部21通过安装部件26连接到头部6上。例如，安装部件26可以是有角的，使得第一部件26A延伸到头部6的下面，而第二部件26B延伸到头部6的前面。设置适当的轴承(未示出)，用于将毂部21以及因此的螺旋桨9安装到安装部件26上，尤其是安装到第二部件26B上，使得使用中的螺旋桨可以围绕螺旋桨轴线Y旋转。安装部件26可以例如通过栓接连接到头部上，由附图标记26C表示的螺栓优选地可从头部6内部进入。
当必须移除螺旋桨9时，提升线104可以以适当的方式连接到毂部21和/或安装部件26上，之后，安装部件26可以从头部6释放。然后，带安装部件的毂部21和叶片22(如果适当)可以沿塔架2降低到例如在塔架2的足部处的平台105上。在海上应用中，平台105例如可以是已知来自在船舶106上的荷兰Ampelmann的运动补偿平台。然后，毂部21和/或安装部件26可以从提升线104释放并被带到不同的位置，可以进行维修、检查或以其他方式处理，例如清洁。在适当的处理之后，带安装部件26的毂部可以再次被提升到头部，以便重新装配。替代地，毂部21和/或安装部件26可以被替换为另一个毂部21和/或安装部件26，其原始部件被维修或丢弃。
在实施例中，例如在风电场中可以设置一系列的风力涡轮机1，例如N个风力涡轮机，而设置至少一个备用螺旋桨9和/或毂部21和/或泵10，即，存在可用于所述风电场的至少N+1个螺旋桨、毂部和/或泵。这意味着：在任何时候，都可以从风力涡轮机1上移除螺旋桨、毂部和/或泵，并替换为备用的螺旋桨、毂部和/或泵，然后可以进行维修，例如在现场维修。因此，在这样的风电场中，可以很大程度地限制风力涡轮机的停机时间。
图17以16幅图像示出了用于本公开的方法的实施例的故事板(story board)。这仅通过示例进行讨论，不应理解为限制本公开的范围。在本实施例中，使用具有运动补偿平台105(例如Ampelmann系统)的船舶106来维护海上风电场110。
在给出人员和岸上准备工作的指示(步骤1)之后，船舶106将带人员和设备到风电场(步骤2)，并且人员将换上适当的衣服，例如人员保护设备(PPE)(步骤3)。根据本公开，人员107优选地使用平台105在风力涡轮机1处离开(步骤4)。在风力涡轮机中，优选地设置有控制系统108，其可以打开维护模式(步骤5)，通过该模式，至少将螺旋桨9带入安全位置中以进行维护。然后，人员107通过电梯或楼梯到达头部6，优选地在塔架2内以进入头部或机舱(步骤6)，并允许人员接近起重机100。起重机100可以被激活，使得其被带入延伸位置中，以便将提升线104附接到螺旋桨9上，尤其是毂部21和/或安装部件26(步骤7)。然后，螺旋桨9和安装部件26(也称为DOT系统111)可以从头部6释放(步骤8)，使得可以使用起重机100将其降低到平台105(步骤9)。备用的DOT系统111可以被放置在平台105上，或者使用要被附接到头部6上(步骤11)的起重机100至少将备用的DOT系统111提升到头部(步骤10)。然后，可以从DOT系统111释放提升线104，并且将起重机100带回存储位置，在此之后，人员107可以通过塔架2向下返回(步骤12)，并且可以去激活维护模式(步骤13)，使得风力涡轮机可以再次运行。可以由船舶106搭载人员，优选地再次使用平台105(步骤14)。例如，移除的DOT系统111可以在船舶106的船板上维修(步骤15)，而使用船舶上的DOT系统111作为所述下一个风力涡轮机的备用，船舶106可以航行到风电场中的下一个风力涡轮机1，在如前面所讨论的步骤4处开始下一个循环，优选地重复该过程，直到风电场中的所有风力涡轮机都已被维修。
图18示意性地示出了用于在风力涡轮机1(尤其是其泵10上)执行的维护的故事板，所述维护可以在如参考图17所讨论的步骤15中从头部6内或例如在船舶106上执行。图18示意性地示出了这种维护中的十个步骤。首先收集适当的工具和备用部件，例如垫圈(步骤15.1)，之后，人员将例如通过如前面所讨论的泵10的中心部件38中的中心开口接近泵10(步骤15.2)。为此，例如，DOT系统111可以基本上水平地放置，毂部21的鼻部21A面向上方。然后，可以释放包括例如入口11和出口12连接的歧管112(步骤15.3)，之后，可以将歧管112移除(步骤15.4)。然后，可以移除相应气缸31和/或可以从气缸31中取出相应活塞30(步骤15.4)，例如，用于检查并在必要时更换垫圈30A(步骤15.5)，之后，可以重新安装活塞30和/或气缸31(步骤15.6)。然后，可以更换歧管112(步骤15.7)，并将其栓接回位置(步骤15.8)并正确连接。对于泵10的所有气缸31，可以重复步骤15.3至15.8。然后，在收集工具(步骤15.9)之后，人员可以再次离开DOT系统111(步骤15.10)，并且准备泵10，用于安装在同一个或另一个风力涡轮机中。
图19示出了本公开的风力涡轮机1的替代用途，其中泵10集成在用于第一流体(例如油)的闭合回路中。如前所讨论的，泵10至少部分地并且优选地基本上完全地设置在螺旋桨9的毂部21中。马达113设置在塔架2中或塔架2附近，例如在塔架2的脚部114处。第一低压管路115从马达113向上延伸至泵10，尤其是其入口111，而第二高压管路116从泵10(尤其是其出口12)向下延伸至马达113。因此，第一流体被向上泵送至泵10，其中通过由螺旋桨9驱动的泵10来增加压力。然后，被强制向下的高压流体驱动马达113。马达113驱动第二泵117，例如盐水泵，第二泵可以将水(例如从放置风力涡轮机的水体5收集的水)泵送至例如在风电场中心的平台上的发电机13。发电机13可以被由第二泵117加压的海水驱动。在这种实施例中，泵10不需要与盐水兼容。
图20以透视图示意性地示出了具有部分断开的头部6的风力涡轮机1的一部分，其示出了具有部分断开的壳体的泵10，以及组合的入口管路11和出口管路12。
图21和图22以横截面侧视图示出了部分断裂开的泵10的一部分。正如在图21、图22和例如图4中可见的，泵10可以在图4所示的平面A—A上基本上是镜像对称的，垂直于泵的旋转轴线P和/或螺旋桨轴线Y延伸。
在图21中示出了单排实施例，即具有带活塞30的单排气缸31的泵10的实施例。每个活塞包括轴承座63，其轴承60承载在活塞足部34上，抵靠着驱动环44的内表面48运转。在图22中，示出了设置了带活塞30的两排平行的气缸31的实施例。正如在图22中可见的，尤其是一个外环或多个外环50可以通过毂部21连接到螺旋桨9上，在图22中部分地示出在右侧。因此，当螺旋桨9旋转时，毂部21将围绕螺旋桨轴线Y旋转，通过传动装置70旋转一个环或多个环50以及由此旋转驱动环44。这进而驱动活塞用于泵送。
正如在图22中可见的，每排R气缸31和活塞30可以基本上由图21所示的泵10形成，使得泵10可以是模块化的，其中，每个模块M可以例如包括一排R，外环50直接和/或通过毂部21连接到彼此上。因此，很容易实现缩放比例。在实施例中，可以在全部或部分模块M之间设置离合器，允许使用泵10中的一些或全部模块M，这取决于例如可用于驱动螺旋桨的风。
本发明决不限于上文特别公开和讨论的实施例。其许多变化是可能的，包括但不限于所示的和所描述的实施例的部件的组合。例如，气缸和活塞31、30可以设置在驱动环中，径向向内，其中，中心部分用于相对于泵轴线沿径向方向驱动活塞。在这种实施例中，优选的是将中心部分38连接到螺旋桨9的毂部21上，并将驱动环静止地安装在安装部件26上。驱动环中的气缸和中心部分中的气缸也可以组合。安装部件可以是单独的部件，或者可以是头部6的一部分。正如所讨论的，可以使用不同类型的泵10，例如但不限于本领域已知的离心泵、使用行星牵引装置或摩擦驱动装置的泵或轴向泵。这种泵安装在螺旋桨9中，尤其是在其毂部21中，使得可以将泵连同螺旋桨9一起从头部6上移除。在实施例中，起重机可以设置在不同的位置中，例如在头部6中或塔架2上。
这些和许多其他修改也被认为已经在本文中公开，包括但不限于在所呈现的本发明的范围内的所公开的本发明的元件的所有组合。

Claims (25)

1.风力涡轮机，其包括塔架和头部，所述头部安装在所述塔架的上端处，围绕头部轴线旋转，其中，螺旋桨安装到所述头部上，围绕螺旋桨轴线旋转，其中，设置由所述螺旋桨驱动的液压泵，其中，所述液压泵基本上设置在所述螺旋桨中。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中，所述头部设置有中轴，其中，所述泵的可移动部件与所述螺旋桨一起至少部分地围绕所述中轴的一部分旋转，其中，所述中轴形成或设置有所述液压泵的基本上静止部件，并且其中，所述螺旋桨包括所述液压泵的旋转部件。
3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机，其中，所述中轴包括在所述头部内的第一部件和以可释放的方式连接到所述第一部件上的第二部件，其中，所述第二部件设置在所述液压泵中或由所述液压泵提供。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机，其中，流体回路延伸穿过所述塔架和所述头部，所述流体回路包括延伸至所述螺旋桨的毂部内的部件，所述部件包括所述液压泵的至少一部分。
5.根据权利要求4所述的风力涡轮机，其中，所述流体回路包括设置在所述头部内或附近的至少一个阀，用于从所述液压泵上断开所述回路的流体入口通道，优选地，在所述头部内或附近进一步至少设置有第二阀，用于从所述液压泵上断开所述回路的出口通道。
6.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述泵是多活塞泵，包括中心部件和围绕所述中心部件延伸的驱动环，其中：
-所述中心部件包括一系列径向向外的气缸，具有相对于中心轴线沿所述径向方向在所述气缸中能够移动的活塞，其中，驱动环直接或间接地接合所述活塞，用于至少迫使活塞径向向内；和/或
-所述驱动环包括一系列径向向内的气缸，具有相对于中心轴线沿所述径向方向在所述气缸中能够移动的活塞，其中，所述中心部分直接或间接地接合所述活塞，用于至少迫使活塞径向向外。
7.根据权利要求6所述的风力涡轮机，其中，所述驱动环包括向内的非圆形表面，所述表面直接或间接地接合所述活塞。
8.根据权利要求7所述的风力涡轮机，其中，在所述驱动环的向内表面与所述活塞之间，设置柔性环或环组件，所述柔性环或环组件在使用过程中弯曲，用于驱动所述活塞。
9.根据权利要求7所述的风力涡轮机，其中，在所述驱动环的向内表面与每个活塞之间，设置至少一个轴承，优选地，由轴承架或轴承座承载的至少两个轴承，所述轴承在使用过程中驱动所述活塞。
10.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中，使用也支撑所述螺旋桨的安装措施来将所述泵安装到所述头部上，其中，优选地，所述螺旋桨包括毂部，所述毂部具有连接到其上的一个或多个叶片，其中，所述毂部安装在从所述毂部延伸的至少一个支架上，所述支架以可释放的方式连接到所述头部上。
11.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述螺旋桨包括毂部，所述毂部具有连接到其上的一个或多个叶片，其中，所述毂部通过至少一个齿轮和/或轴承安装在所述壳体上，使得所述毂部可以通过所述齿轮和/或轴承相对于所述头部旋转。
12.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述泵包括用于使活塞和/或气缸径向延伸的非圆形驱动装置，所述非圆形驱动装置直接或间接地接合所述活塞和/或气缸，而设置牵引装置和/或摩擦驱动装置，接合所述非圆形驱动装置和所述螺旋桨的毂部或者接合这种毂部的一部分，在所述毂部或至少所述螺旋桨与所述非圆形驱动装置之间形成传动装置。
13.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中，起重机安装到所述头部上或由所述头部提供，通过所述起重机，所述螺旋桨可以从所述头部提升到所述塔架的脚部附近的位置，反之亦然，其中，所述起重机优选地设置在所述头部上，尤其是在所头部的顶部上。
14.根据权利要求13所述的风力涡轮机，其中，所述起重机被设置成用于用所述液压泵的至少一部分来提升所述螺旋桨，优选地，用所述整个液压泵来提升所述螺旋桨。
15.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中，具有设置在所述螺旋桨中或由所述螺旋桨提供的所述液压泵或其至少一部分的螺旋桨能够被替换为具有液压泵或其相应部件的替换螺旋桨。
16.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中，由所述螺旋桨提供的或设置在所述螺旋桨内的液压泵或其部件能够从所述头部之内进入。
17.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述液压泵优选地通过液压马达连接到发电机上，更优选地，通过佩尔顿式水力涡轮机连接到发电机上。
18.根据权利要求17所述的风力涡轮发电机，其中，所述发电机是多驱动发电机，其中，第一驱动装置由所述泵提供，并且第二驱动装置由另一类型驱动装置提供，例如，焚烧炉类型驱动装置，例如化石燃料驱动装置或地热驱动的驱动装置、潮汐驱动装置，太阳能驱动装置或废热驱动的驱动装置等。
19.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述液压泵连接到设备，例如工业设备，例如海水淡化设备。
20.用于根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机的泵。
21.用于安装和/或维护风力涡轮机、尤其是根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机的系统，其中，所述系统包括至少一个船舶，所述至少一个船舶设置有适于承载风力涡轮机的螺旋桨系统的能够移动的、优选地运动补偿的平台，其中，所述平台进一步适于将人员转移到风车上或从风车上转移人员，所述螺旋桨系统将要安装到所述风车，或者将要从所述风车中取回所述螺旋桨系统。
22.用于安装和/或维护风力涡轮机的方法，其中，将具有头部的塔架放置在选定的位置中，并且将螺旋桨系统运送到所述塔架，所述螺旋桨系统包括液压泵的至少一个基本部件，其中，所述螺旋桨系统被提升到所述头部，使得所述液压泵能够组装在所述风力涡轮机中，和/或能够连接到延伸穿过所述塔架和所述头部的液压回路，其中，所述螺旋桨系统连接到所述头部上。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，螺旋桨系统首先被从所述头部上移除，然后由替换螺旋桨系统替换。
24.根据权利要求22或23所述的方法，其中，使用设置在所述风力涡轮机上或由所述风力涡轮机设置的起重机来提升所述螺旋桨系统或每个螺旋桨系统，尤其是使用安装在所述风力涡轮机的头部上的起重机来提升所述螺旋桨系统或每个螺旋桨系统。
25.用于维护风电场的方法，所述风电场包括一系列的风力涡轮机，优选地根据权利要求1至21中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述系列涡轮机包括N个涡轮机，每个涡轮机包括螺旋桨系统，其中，设置至少一个其他螺旋桨系统，用以与N个螺旋桨系统中的任一个进行交换，其中，为了维护螺旋桨系统，将所述螺旋桨系统从所述风力涡轮机上移除并替换为所述其他螺旋桨系统，其中，被移除的所述螺旋桨系统可以被运送到远离相关风力涡轮机或风电场的维护位置。
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