CN117832970B - 一种海上风电机组的大功率旋转导电装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种海上风电机组的大功率旋转导电装置，用于解决现有技术中现有风力发电机组的旋转导电装置无法满足海上大功率电能传输的问题。包括同轴设置的转子组件和定子组件，转子组件转动设置在定子组件内；转子组件包括沿竖直方向依次设置的若干导电环，若干导电环均通过第一导电机构与风电机组的发电机连接；定子组件包括沿竖直方向依次设置的若干电刷机构，若干电刷机构分别通过若干第二导电机构与风电机组的塔基变流器连接；所述电刷机构包括若干双层刷盒，双层刷盒内均安装有两个电刷。本申请通过设置双层刷盒和电刷，在相同的安装空间下实现了更多电刷的安装，在同等尺寸下实现更大功率电能的传输，满足海上大功率的电能传输的需求。

Description

一种海上风电机组的大功率旋转导电装置

技术领域

本发明涉及风力发电领域，特别是一种海上风电机组的大功率旋转导电装置。

背景技术

随着我国对风力发电系统的不断发展，陆地风资源开发所剩不多，各风电主机企业均纷纷加大海上风电的投入，近年来近海区域风电已得到批量运用验证，深远海的风电资源也已着手开发，由于海上风电基础建设成本要比陆地高得多，故海上风电机需要发展大兆瓦机组方能降低土地占有率达到降本增效目的。

传统的风力发电机组传输电缆需要从旋转机舱内的发电机连接到塔基的变流器上，电缆一端是动态旋转，另一端与塔筒固定，故需要预留十几米悬空可活动的电缆来适应机舱的旋转。同时需要限制机舱旋转的角度，避免电缆扭断。该方式随着电缆的增多，电缆自重的增大，对悬吊电缆的支架产生很大的作用力。尤其在海上风况比较恶劣，常伴随台风，需要更大的机舱旋转角度，旋转角度的增大会导致电缆扭结在一起，绝缘层容易出现摩擦破损导致电缆短路打火等重大事故。

因此，随着风力发电技术的发展旋转导电装置被广泛应用于风力发电机组的发电机与塔基变流器的电能传输上，但随着风力发电机组兆瓦数的增加，旋转导电装置输入输出电缆数量、截面积均需要增加，这为现有的旋转导电装置的电缆布置方式带来困难；且随着电机组兆瓦数的增加电刷和导电环的数量也会增加，在有限的安装空间内完成电刷的安装存在困难，同时海上的盐雾浓度较高，盐雾进入导电装置中，容易腐蚀循环导电装置，降低其使用寿命和其连续工作的稳定性。

发明内容

本发明的目的就是提供一种海上风电机组的大功率旋转导电装置。用于解决现有技术中现有风力发电机组的旋转导电装置无法满足海上大功率电能传输需求的问题。

一种海上风电机组的大功率旋转导电装置，包括同轴设置的转子组件和定子组件，所述转子组件转动设置在所述定子组件内；

所述转子组件包括沿竖直方向依次设置的若干导电环，若干所述导电环均通过第一导电机构与风电机组的发电机连接；

所述定子组件包括沿竖直方向依次设置的若干电刷机构，若干所述电刷机构分别通过若干第二导电机构与风电机组的塔基变流器连接；

所述电刷机构包括若干双层刷盒，所述双层刷盒内均安装有两个电刷，所述电刷与导电环滑动接触进行电能传输。

可选的，所述定子组件还包括安装架，若干所述电刷机构沿竖直方向依次设置在所述安装架内；

所述安装架的前后两侧壁上分别安装有第一接线箱和第二接线箱，所述安装架左右两侧壁上分别安装有盐雾过滤箱和离心风机箱，所述第一接线箱、第二接线箱、盐雾过滤箱和离心风机箱分别与所述安装架的四个侧壁密封连接；

所述盐雾过滤箱内安装有盐雾过滤器机构，所述离心风机箱内安装有离心风机机构，所述盐雾过滤箱的侧壁上开设有进气口，所述离心风机箱的侧壁上开设有出气口，对向设置的盐雾过滤器机构与离心风机机构用于对大功率旋转导电装置进行冷却降温。

可选的，所述转子组件还包括中心轴，若干所述导电环沿所述中心轴竖直方向依次设置，若干所述导电环上方的中心轴上固定安装有限位轴承板；

所述安装架顶端安装有上盖板，所述上盖板的下端面与所述限位轴承板的上端面之间通过V型密封圈密封连接，所述中心轴上安装有若干绝缘管，若干所述导电环分别套装在若干绝缘管上。

可选的，所述第一导电机构包括若干导电环母排和沿所述中心轴轴线等角度阵列设置的若干转子母排；

若干所述导电环母排的一端分别若干所述导电环电连接，若干所述导电环母排的另一端分别与若干转子母排电连接；

所述转子母排的上端均密封的穿过所述限位轴承板并安装有若干输入端子，所述输入端子均通过输入电缆与风电机组的发电机定子电连接。

可选的，所述转子组件还包括驱动杆，以及固定安装在所述中心轴顶端的顶部法兰板；

所述顶部法兰板上安装有驱动块，所述驱动块上开设有驱动滑槽，所述驱动杆的一端与风电机组机舱固定连接，所述驱动杆的另一端沿所述驱动滑槽滑动；

所述中心轴的下端与轴承盒内的轴承内圈连接，所述安装架的底端安装有下底板，所述轴承盒固定安装在所述下底板上。

可选的，所述定子组件还包括轴线沿竖直方向设置的若干绝缘杆，所述绝缘杆的两端分别固定在所述上盖板和下底板上，若干电刷机构沿竖直方向因此安装在所述绝缘杆上。

可选的，所述电刷机构还包括两个沿所述中心轴轴线旋转180°设置的两个均流母排；

所述均流母排的两端分别安装在两个绝缘杆上，所述均流母排上均安装有若干双层刷盒，若干双层刷盒沿所述中心轴轴线等角度阵列安装在所述均流母排上；

所述均流母排的为弧形安装板，所述均流母排的内侧壁上开设安装槽，所述双层刷盒卡放在所述安装槽内，所述双层刷盒两侧的安装支耳通过螺钉锁附在所述均流母排上。

可选的，所述双层刷盒的两个安装腔内均设置有电刷和弹簧，所述弹簧的一端与电刷远离转子组件的一端连接，所述弹簧的另一端与安装在所述安装腔外侧壁上的弹簧压板连接；

所述电刷的一端与柔性电刷刷辫的一端电连接，所述柔性电刷刷辫的另一端均与均流母排电连接，所述双层刷盒两个的柔性电刷刷辫分别与所述均流母排的上下端面电连接。

可选的，所述第二导电机构均包括对称设置的两个U形定子母排，所述U形定子母排的两端分别通过两个转接母排与电刷机构的两个均流母排电连接；

所述U形定子母排上均安装有若干与其电连接的输出端子，所述输出端子均通过输出电缆与风电机组的塔基变流器电连接，两侧的输出电缆分别位于所述第一接线箱和第二接线箱内，且所述输出电缆的一端均密封穿过所述第一接线箱或第二接线箱。

可选的，位于安装架同侧的若干U形定子母排安装输出端子的横梁与安装架侧壁之间的距离均不相同。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

1、本申请通过设置双层刷盒和电刷，在相同的安装空间下实现了更多电刷的安装，在同等尺寸下能够实现更大功率电能的传输，能够更好的满足海上大功率电能传输的需求。

2、本申请通过V型密封圈实现了上盖板与限位轴承板的转动密封，并通过第一接线箱、第二接线箱、盐雾过滤箱、离心风机箱、上盖板、V型密封圈、限位轴承板和上盖板使安装架内形成相对密封腔体，该密封腔体的密封等级能达到IP55，当离心风机机构打开时，气体仅能从盐雾过滤箱上的进气口进入并从离心风机箱上的排气口排出，盐雾过滤机构对进气中的盐雾进行过滤，保证了旋转导电机构不会受到盐雾的侵蚀和氧化，提高了旋转导电装置的使用寿命和运行的稳定性。

3、本申请通过沿中心轴轴线等角度阵列设置若干导电环母排和转子母排，并在转子母排顶端安装多个输入端子，使其能够同时能够与多根输入线缆连接，使转子输入端能够满足海上大功率电能传输的需求。

4、本申请通过U形定子母排和转接母排同时连接两侧的若干电刷，并在U形定子母排上设置若干输出端子，并将竖直方向的若干U形定子母排错位设置，使U形定子母排能够同时连接多根输出电缆，且多个U形定子母排的输出电缆彼此不会交叉，实现了大功率电能的传输。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

本发明的附图说明如下。

图1为本发明大功率旋转导电装置的结构示意图。

图2为本发明大功率旋转导电装置的左侧视图。

图3为本发明转子组件的结构示意图。

图4为本发明定子组件的结构示意图。

图5为本发明限位轴承板、V型密封圈与安装架的剖视图。

图6为本发明双层刷盒的结构示意图。

图7为本发明图1中A处的局部放大图。

图8为本发明图4中B处的局部放大图。

图9为本发明图5中C处的局部放大图。

图中：1-转子组件；101-导电环；102-中心轴；103-限位轴承板；104-V型密封圈；105-导电环母排；106-转子母排；107-输入端子；108-驱动杆；109-顶部法兰板；110-驱动块；111-驱动滑槽；112-轴承盒；113-密封圈轴套；114-转子防护板；115-输入电缆。

2-定子组件；201-双层刷盒；202-电刷；203-安装架；204-第一接线箱；205-第二接线箱；206-盐雾过滤箱；207-离心风机箱；208-上盖板；209-下底板；210-绝缘杆；211-均流母排；212-弹簧；213-弹簧压板；214-柔性电刷刷辫；215-U形定子母排；216-转接母排；217-输出端子；218-底座；219-避让孔；220-输出电缆；2011-安装腔；2012-安装支耳。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例：

如图1、图2、图3、图4和图6所示的一种海上风电机组的大功率旋转导电装置，包括同轴设置的转子组件1和定子组件2，所述转子组件1转动设置在所述定子组件2内；

所述转子组件1包括沿竖直方向依次设置的若干导电环101，若干所述导电环101均通过第一导电机构与风电机组的发电机连接；

所述定子组件2包括沿竖直方向依次设置的若干电刷机构，若干所述电刷机构分别通过若干第二导电机构与风电机组的塔基变流器连接；

所述电刷机构包括若干双层刷盒201，所述双层刷盒201内均安装有两个电刷202，所述电刷202与导电环101滑动接触进行电能传输。

在本实施例中，电刷202与导电环101构成导电摩擦副组实现电能的传输，通过设置双层刷盒201，在相同的安装空间内能够安装更多的电刷202，使其能够满足海上大功率输电的要求。

如图1、图2和图4所示，所述定子组件2还包括安装架203，若干所述电刷机构沿竖直方向依次设置在所述安装架203内；

所述安装架203的前后两侧壁上分别安装有第一接线箱204和第二接线箱205，所述安装架203左右两侧壁上分别安装有盐雾过滤箱206和离心风机箱207，所述第一接线箱204、第二接线箱205、盐雾过滤箱206和离心风机箱207分别与所述安装架203的四个侧壁密封连接；

所述盐雾过滤箱206内安装有盐雾过滤器机构，所述离心风机箱207内安装有离心风机机构，所述盐雾过滤箱206的侧壁上开设有进气口，所述离心风机箱207的侧壁上开设有出气口，对向设置的盐雾过滤器机构与离心风机机构用于对大功率旋转导电装置进行冷却降温。

作为本发明的一种实施例，所述安装架203为矩形框架，安装架203底部设置有底座218，安装架203与底座218刚性连接固定，底座218与风力发电机组的塔筒平台刚性连接；所述离心风机机构包括安装在所述离心风机箱207内的若干离心风机，所述盐雾过滤器机构选用尺寸与盐雾过滤箱206内尺寸适配的盐雾过滤器。

如图1、图2、图3、图4、图5和图9所示，所述转子组件1还包括中心轴102，若干所述导电环101沿所述中心轴102竖直方向依次设置，若干所述导电环101上方的中心轴102上固定安装有限位轴承板103；

所述安装架203顶端安装有上盖板208，所述上盖板208的下端面与所述限位轴承板103的上端面之间通过V型密封圈104密封连接，所述中心轴102上安装有若干绝缘管，若干所述导电环101分别套装在若干绝缘管上。

在本实施例中，通过V型密封圈104实现了上盖板208与限位轴承板103的转动密封，并通过第一接线箱204、第二接线箱205、盐雾过滤箱206、离心风机箱207、上盖板208、V型密封圈104、限位轴承板103和上盖板208使安装架203内形成相对密封腔体，该密封腔体的密封等级能达到IP55，当离心风机机构打开时，气体仅能从盐雾过滤箱206上的进气口进入并从离心风机箱207上的排气口排出，盐雾过滤机构对进气中的盐雾进行过滤，保证了旋转导电机构不会受到盐雾的侵蚀和氧化，提高了旋转导电装置的使用寿命和运行的稳定性。

在本实施例中，V型密封圈104套装在密封圈轴套113上，所述密封圈轴套113固定安装在所述限位轴承板103的上端面上，在本实施例中，上盖板208上还安装有避让孔219，所述V型密封圈104的内径大于所述避让孔219的直径。

作为本发明的一种实施例，所述上盖板208的下端面上还安装有若干用于对限位轴承板103进行导向的导向轮(图中未示出)，若干导向轮沿限位轴承板103轴线等角度阵列设置，导向轮的外壁均与限位轴承板103的外壁接触导向。

如图1、图2、图3和图5所示，所述第一导电机构包括若干导电环母排105和沿所述中心轴102轴线等角度阵列设置的若干转子母排106；

若干所述导电环母排105的一端分别若干所述导电环101电连接，若干所述导电环母排105的另一端分别与若干转子母排106电连接；

所述转子母排106的上端均密封的穿过所述限位轴承板103并安装有若干输入端子107，所述输入端子107均通过输入电缆115与风电机组的发电机电连接。

在本实施例中，每个导电环101均通过多个导电环母排105与多个转子母排106连接，转子母排106顶端两侧安装有两个L形的连接板，在连接板上设置有多个输入端子107，输入端子107均连接有输入电缆115，增加了输入电缆115的数量，使其能够满足大功率传输的需求。

在本实施例中，导电环的数量为六个，为保证输入电缆115不交叉，将上层三个导电环201的转子母排106设置同一圆环上，将下层三个导电环201的转子母排106设置同一圆环上，且上层圆环大于下层圆环，便于输入电缆115的布设。

如图1、图2、图3和图7所示，所述转子组件1还包括驱动杆108，以及固定安装在所述中心轴102顶端的顶部法兰板109；

所述顶部法兰板109上安装有驱动块110，所述驱动块110上开设有驱动滑槽111，所述驱动杆108的一端与风电机组机舱固定连接，所述驱动杆108的另一端沿所述驱动滑槽111滑动；

所述中心轴102的下端与轴承盒112内的轴承内圈连接，所述安装架203的底端安装有下底板209，所述轴承盒112固定安装在所述下底板209上。

在本实施例中，发电机组机舱旋转时驱动杆108对驱动滑槽111施加驱动力，使转子组件同步旋转，驱动杆108与驱动滑槽111采用滑槽的活动连接方式，在旋转导电装置与机舱安装时同心度较差时，可使驱动杆108在驱动滑槽111内沿着旋转导电装置的直径方向移动，如采用刚性连接将会限制驱动杆108移动，导致同步旋转时对旋转导电装置产生巨大的作用力，使设备损坏。

作为本发明的一种实施例，顶部法兰板109上开设有若干输入电缆115过线孔，所述顶部法兰板109的外壁上还安装有转子防护板114，所述转子防护板114的下端面与上盖板208上端面之间设置有转动间隙。

如图1、图2、图4、图6、图8和图9所示，所述定子组件2还包括轴线沿竖直方向设置的若干绝缘杆210，所述绝缘杆210的两端分别固定在所述上盖板208和下底板209上；

若干电刷机构沿竖直方向因此安装在所述绝缘杆210上。

如图4、图6、图8和图9所示，所述电刷机构还包括两个沿所述中心轴102轴线旋转180°设置的两个均流母排211；

所述均流母排211的两端分别安装在两个绝缘杆210上，所述均流母排211上均安装有若干双层刷盒201，若干双层刷盒201沿所述中心轴102轴线等角度阵列安装在所述均流母排211上；

所述均流母排211的为弧形安装板，所述均流母排211的内侧壁上开设安装槽，所述双层刷盒201卡放在所述安装槽内，所述双层刷盒201两侧的安装支耳2011通过螺钉锁附在所述均流母排211上。

如图4、图6和图8所示，所述双层刷盒201的两个安装腔2011内均设置有电刷202和弹簧212，所述弹簧212的一端与电刷202远离转子组件的一端连接，所述弹簧212的另一端与安装在所述安装腔2011外侧壁上的弹簧压板213连接；

所述电刷202的一端与柔性电刷刷辫214的一端电连接，所述柔性电刷刷辫214的另一端均与均流母排211电连接，所述双层刷盒201两个的柔性电刷刷辫214分别与所述均流母排211的上下端面电连接。

在本实施例中，通过设置弹簧压压板213和弹簧212对电刷202施加正压力，使电刷202与导电环201环面可靠接触，保证了电能传输的稳定性。

如图4、图6和图8所示，所述第二导电机构均包括对称设置的两个U形定子母排215，所述U形定子母排215的两端分别通过两个转接母排216与电刷机构的两个均流母排211电连接；

所述U形定子母排215上均安装有若干与其电连接的输出端子217，所述输出端子217均通过输出电缆220与风电机组的塔基变流器电连接，两侧的输出电缆220分别位于所述第一接线箱204和第二接线箱205内，且所述输出电缆220的一端均密封穿过所述第一接线箱204或第二接线箱205。

如图4所示，位于安装架203同侧的若干U形定子母排215安装输出端子217的横梁与安装架203侧壁之间的距离均不相同。

在本实施例中，通过在U形定子母排215上设置若干输出端子217，并将竖直方向的若干U形定子母排215错位设置，使U形定子母排215能够同时连接多根输出电缆220，且多个U形定子母排215的输出电缆220彼此不会交叉，实现了大功率电能的传输。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种海上风电机组的大功率旋转导电装置，其特征在于，包括同轴设置的转子组件（1）和定子组件（2），所述转子组件（1）转动设置在所述定子组件（2）内；

所述转子组件（1）包括沿竖直方向依次设置的若干导电环（101），若干所述导电环（101）均通过第一导电机构与风电机组的发电机连接；

所述定子组件（2）包括沿竖直方向依次设置的若干电刷机构，若干所述电刷机构分别通过若干第二导电机构与风电机组的塔基变流器连接；

所述电刷机构包括若干双层刷盒（201），所述双层刷盒（201）内均安装有两个电刷（202），所述电刷（202）与导电环（101）滑动接触进行电能传输；

所述定子组件（2）还包括安装架（203），若干所述电刷机构沿竖直方向依次设置在所述安装架（203）内；

所述安装架（203）的前后两侧壁上分别安装有第一接线箱（204）和第二接线箱（205），所述安装架（203）左右两侧壁上分别安装有盐雾过滤箱（206）和离心风机箱（207），所述第一接线箱（204）、第二接线箱（205）、盐雾过滤箱（206）和离心风机箱（207）分别与所述安装架（203）的四个侧壁密封连接；

所述盐雾过滤箱（206）内安装有盐雾过滤器机构，所述离心风机箱（207）内安装有离心风机机构，所述盐雾过滤箱（206）的侧壁上开设有进气口，所述离心风机箱（207）的侧壁上开设有出气口，对向设置的盐雾过滤器机构与离心风机机构用于对大功率旋转导电装置进行冷却降温；

所述转子组件（1）还包括中心轴（102），若干所述导电环（101）沿所述中心轴（102）竖直方向依次设置，若干所述导电环（101）上方的中心轴（102）上固定安装有限位轴承板（103）；

所述安装架（203）顶端安装有上盖板（208），所述上盖板（208）的下端面与所述限位轴承板（103）的上端面之间通过V型密封圈（104）密封连接，所述中心轴（102）上安装有若干绝缘管，若干所述导电环（101）分别套装在若干绝缘管上；

所述第一导电机构包括若干导电环母排（105）和沿所述中心轴（102）轴线等角度阵列设置的若干转子母排（106）；

若干所述导电环母排（105）的一端分别与若干所述导电环（101）电连接，若干所述导电环母排（105）的另一端分别与若干转子母排（106）电连接；

所述转子母排（106）的上端均密封的穿过所述限位轴承板（103）并安装有若干输入端子（107），所述输入端子（107）均通过输入电缆（115）与风电机组的发电机定子电连接；

所述转子组件（1）还包括驱动杆（108），以及固定安装在所述中心轴（102）顶端的顶部法兰板（109）；

所述顶部法兰板（109）上安装有驱动块（110），所述驱动块（110）上开设有驱动滑槽（111），所述驱动杆（108）的一端与风电机组机舱固定连接，所述驱动杆（108）的另一端沿所述驱动滑槽（111）滑动；

所述中心轴（102）的下端与轴承盒（112）内的轴承内圈连接，所述安装架（203）的底端安装有下底板（209），所述轴承盒（112）固定安装在所述下底板（209）上。

2.根据权利要求1所述的一种海上风电机组的大功率旋转导电装置，其特征在于，所述定子组件（2） 还包括轴线沿竖直方向设置的若干绝缘杆（210），所述绝缘杆（210）的两端分别固定在所述上盖板（208）和下底板（209）上；

若干电刷机构沿竖直方向因此安装在所述绝缘杆（210）上。

3.根据权利要求2所述的一种海上风电机组的大功率旋转导电装置，其特征在于，所述电刷机构还包括两个沿所述中心轴（102）轴线旋转180°设置的两个均流母排（211）；

所述均流母排（211）的两端分别安装在两个绝缘杆（210）上，所述均流母排（211）上均安装有若干双层刷盒（201），若干双层刷盒（201）沿所述中心轴（102）轴线等角度阵列安装在所述均流母排（211）上；

所述均流母排（211）的为弧形安装板，所述均流母排（211）的内侧壁上开设安装槽，所述双层刷盒（201）卡放在所述安装槽内，所述双层刷盒（201）两侧的安装支耳（2012）通过螺钉锁附在所述均流母排（211）上。

4.根据权利要求3所述的一种海上风电机组的大功率旋转导电装置，其特征在于，所述双层刷盒（201）的两个安装腔（2011）内均设置有电刷（202）和弹簧（212），所述弹簧（212）的一端与电刷（202）远离转子组件的一端连接，所述弹簧（212）的另一端与安装在所述安装腔（2011）外侧壁上的弹簧压板（213）连接；

所述电刷（202）的一端与柔性电刷刷辫（214）的一端电连接，所述柔性电刷刷辫（214）的另一端均与均流母排（211）电连接，所述双层刷盒（201）两个的柔性电刷刷辫（214）分别与所述均流母排（211）的上下端面电连接。

5.根据权利要求3所述的一种海上风电机组的大功率旋转导电装置，其特征在于，所述第二导电机构均包括对称设置的两个U形定子母排（215），所述U形定子母排（215）的两端分别通过两个转接母排（216）与电刷机构的两个均流母排（211）电连接；

所述U形定子母排（215）上均安装有若干与其电连接的输出端子（217），所述输出端子（217）均通过输出电缆（220）与风电机组的塔基变流器电连接，两侧的输出电缆（220）分别位于所述第一接线箱（204）和第二接线箱（205）内，且所述输出电缆（220）的一端均密封穿过所述第一接线箱（204）或第二接线箱（205）。

6.根据权利要求5所述的一种海上风电机组的大功率旋转导电装置，其特征在于，位于安装架（203）同侧的若干U形定子母排（215）的安装输出端子（217）的横梁与安装架（203）侧壁之间的距离均不相同。