CN1558989A - 风力机 - Google Patents

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Abstract

产生能量的风力机具有至少一个通过风力驱动的转子(5)和与该转子直接或间接连接的用能器(15)，特别是发电机(16)，转子(5)可直接或间接驱动一台或多台液压泵(7)。

Description

风力机
本发明涉及一种用来产生能量的风力机，具有至少一个通过风力驱动的转子和与该转子直接或间接连接的用户尤指发电机。
这类风力机在市场上有各种各样的结构类型，并用来产生能量尤其是发电。常规的风力机大多由一个塔架组成，在塔架上连接一个可旋转的塔顶，在塔顶内装一台发电机、必要时一个齿轮箱和一个连接其上的转子。
转子通过风驱动并传递一个旋转运动，必要时通过其间连接的齿轮箱直接传递到一台发电机。
缺点是，发电机尤指大功率发电机的重量很重，并在很高的风力机即高塔架时，往往在大的风荷载情况下，产生很剧烈的振动，所以必须关掉风力机。
此外，特别是由于发电机的大的重量给安装带来了困难，因为必须用昂贵的吊车才能把塔顶安装到塔架上。
其次，发电机和必要时其间连接的齿轮箱的维修工作都在塔顶内进行，因此维修人员必须花大时间攀登塔顶。备件也必须运到塔顶。
此外，常规风力机的缺点是，在很高的风速时，这类风力机由于转子的很高的转速而被迫停机，以免风力机产生相当危险的振动。
从魏布尔(Weibullsch)分布可以看出，只有一定的风速范围可最佳地利用并转换功率，这是有缺点的。另一缺点是，用常规技术只能利用能量的很有限的一部分。此外，这类风力机的塔顶旋转必须进行强制控制，这也需要相应的费用和控制费用。
本发明的目的是提出一种克服上述诸弊端的风力机，并用这种风力机以经济而有效的方式明显提高风的可利用的能量和由此改善风力机的总效率。此外，把维修费用、制造费用和安装费用减少到最低限度，并提高风力机的功率和使用寿命。
这个目的是通过权利要求1的特征部分以及并列权利要求2和3的特征部分来实现的。
根据本发明，转子直接地或通过一个连接于其间的齿轮箱与一台液压泵连接。在该液压泵中，转子的旋转运动被转换成液压力，液压力最好在风力机塔架的内部通过管道引导地面并传递到用户。液压力最好输入一个换能器，该换能器把产生的液压力的压力能转换成一种旋转运动来驱动任意一种用能器，特别是发电机。通过一根相应的回流管道，液压液重新输入塔顶的液压泵中。
这类液压泵比塔顶，发电机的常规风力机小得多、经济得多并容易制造和驱动。所以，这类液压泵更容易地、几乎不用维修地用在风力机的塔顶并连接转子的一根转轴。
本发明的优点是，任意一种用能器(但最好是发电机)都可布置在塔附近的地面上或塔区内或塔区外的地面上。
这样的用能器易于维修并在必要时更换磨损件。
另一个主要的优点是，可在一个换能器或一个用能器特别是发电机上连接多台不同结构的例如一个风能装置的风力机，这样，只需一台发电机就能把液压泵中产生的压力能转换成电能。
风能装置的设计、运行和维修都经济得多。
此外，为了调节转子，特别是为了在临界转速时限制转子的转速，在管路中安装一个可调节的节流元件业已证明是有利的，这样就可通过流经该节流元件的流速来调节转子的临界速度。从而可轻易地、无磨损地和经济地制动转子，因此可省掉昂贵的重的常规制动器。
通过在管路中以及在回流管路中或必要时在液压泵中装入一个调节阀，还可使转子抗扭地固定，可以简单和经济的方式使风力机无磨损地停机。这也属于本发明的范围。
在本发明的范围内，作为用能器例如可连接一台泵。用该泵例如可把水泵送到一个高位的蓄水池中，以便例如在高峰负荷时间内又用这些高位水驱动一台与用来发电的发电机连接的涡轮机。从而可例如在高峰负荷时间内例如风力机输出较小的功率就可很快提供电能。这样，总体上讲，一台风力机尤指风能装置也可对不同的功率、风力、无风或高峰负荷时间产生影响。
根据本发明，一台单独的风力机配置多台液压泵已证明是特别有利的，其中这些液压泵必要时可分成不同的功率组。单台液压泵可根据转速或与功率有关的转子转速进行控制或调节，所以很高的风速或极低的风速都可驱动转子，而且由于可接通泵，额定转速是可调的，特别是可控的。这样，就可使有关魏布尔分布的能量效率最佳化。因此，可在大范围内达到最佳效率或风能的转换。
此外，用一台或至少若干台风力机供应若干个用能器或发电机业已证明是有利的，这样，在功率或压力一定的情况下，必要时就可用串联的换能器驱动用能器或发电机。其中，在一个风能装置中例如可用不同功率级和不同数量的发电机，例如100千瓦、250千瓦、350千瓦等等，或将其直接连接在若干台风力机上，所以在风小的情况下，对低功率范围可最佳地用较小功率的发电机工作并达到效率最佳化。这点同样属于本发明的范围。
其次，通过制造很轻的塔顶4，该塔顶就不必用电动机之类来强迫控制朝风取向，而是塔顶在必要时以机械方式用桨叶控制即可运行，这点已证明是有利的，这也是本发明的一大优点。
本发明的其他优点、特征和细节可从一些优选实施例的以下说明中以及从附图中得知；附图表示：
图1  本发明风力机的示意侧视图；
图2  多台风力机的示意侧视图；
图3  多台风力机的示意俯视图；
图4  图1所示一台风力机的另一实施例的示意侧视图；
图5  连接在多台发电机或用能器上的图4所示风力机的示意侧视图；
图6  作为图3所示实施例的多台风力机的另一实施例的示意俯视图。
按图1，本发明风力机R1具有一个塔架1，该塔架安装在地基2上。塔顶4通过一个轴承3可旋转地装在塔架1上，该塔顶带有至少一个转子5。
转子5通过风驱动围绕一根转子轴6旋转。
根据本发明，转子轴6和转子5连接在一台液压泵7上。通过转子5和转子轴6的旋转运动而可驱动液压泵7并产生一个液压力，这个液压力通过第一管路8传递。此外，一条回流管路9也连接在液压泵7上。
管路8和回流管路9最好在液压泵7之间汇入一个联轴节10，该联轴节对刚性塔架1补偿并平衡塔顶4的旋转运动。
在联轴节10和液压泵7之间，最好在管路8中装一个节流元件11，特别是一个可调的节流阀，在该处，或如图1所示，在地基2附近在管路8中附加地或另外装入一个调节阀12。
此外，在本发明的范围内，在管8中装入一个压力平衡装置13，特别是一个均压箱。特别是如图1所示，管路8和回流管9最好连接在一个与用能器15或发电机16连接的、装在塔区外的换能器14上。由液压泵7产生的压力能在换能器14中转换成一个旋转运动，以便驱动用能器15最好是发电机16发电。发电机16可通过一供电网17输出产生的电能。根据本发明，用能器15尤指发电机16也可布置或安置在塔架1内。
此外，根据本发明，把用能器15或发电机16布置在塔架1的地基2的范围内或塔架1的外部，乃是重要的。这样就明显减轻了特别是塔顶4的重量，因为液压泵7设计成比一台常规的发电机轻得多。
本发明的另一优点是，通过节流阀11可精确地调节管路8内的流速。这样就可降低或限制转子5的临界速度。所以与一个在图中未画出的控制机构保持连接的节流阀11可通过限制流经液压泵7的流量对转子5进行制动。
例如为了维修而停机也不难实现，即例如通过一个未示出的控制机构把阀12关掉即可停止转子5并由此停止液压泵7。
把例如在联轴节10和液压泵7之间的阀12装入管路8和/或回流管9中也属于本发明的范围。在这方面，对本发明不是限制性的。
为了平衡管路8和/或回流管9以及由于转子5的大的风力加载引起的波动，在管路8中装入一个压力平衡箱13，已证明是有利的。
在图2所示本发明的实施例中，在地基2上的一个风能装置中安装了多台风力机R1、R2，其中不同结构的风力机按上述方式运转，也属于本发明的范围。风力机R2可具有径向围绕塔架1旋转的转子5，这些转子按上述方式驱动液压泵7。
多台风力机R1、R2例如可通过相应的管路8和回流管9连接在至少一个换能器14或用能器15尤指一台发电机16上。这样，在使用多台风力机R1、R2的情况下，通过使用很少的或唯一的一台发电机16也明显减少风能装置的总费用。
在图3所示的本发明实施例中，可看出多台风力机R1、R2通过管路8、9并关在一根共同的输入管道18和共同的回流管道19上，这些管道与换能器14连接。
这样，单台风力机R1、R2例如也可相互实现压力平衡，所以换能器14保持一个连续的压力和连续的驱动功率来驱动用能器15或发电机16。
在这种情况下，要记住在单根管道8中装入单向阀。
为了获得很大的输出功率，也可把多台与发电机16连接的换能器14连接到多台风力机上。
也可设想在换能器14上连接多个用能器15或发电机16。在这方面本发明不是限制性的。
在图4所示本发明的另一个优选实施例中，可看出一台风力机R3，该机大致与图1所示的风力机R1相当。
所不同的是，风力机R3在塔顶4配置有多台液压泵7。
在这种情况下，各台液压泵最好通过一个共同的齿轮箱22连接在转子5的转子轴6上。
作为传动元件22可用齿形皮带、太阳轮、齿轮等等，它们直接或以一个选定的传动比把单独的液压泵7连接在转子5的转轴6的旋转运动上。
但根据本发明，重要的是，通过一个最好也设置在塔顶4内的调节装置20来根据转子5的转速可选择地接通单台液压泵7。
此外，根据本发明，重要的是将单台液压泵7例如按不同的功率级设置在风力机R3或塔顶4内。
这样，转子5就能总是用一个可选择的额定转速工作，所以由此也可最佳地利用高风力强度的范围。依此方式，可避免转子5的高的转速，并可在全部风力范围内都可最佳地调节或限制转子5的转速，所以全部风力强度范围的功率收益都达到了最佳化。为此，可接通一台甚至组合在一起的全部液压泵7。
在图5所示的本发明实施例中，表示多个用能器15或发电机16连接在至少一台风力机R3上的一个类似的实施例，其中单个用能器15或发电机16通过所示出的控制装置21与一根共同的管道8或风力机R3的回流管道9通过一根共同的输入管18和一根共同的回流管19进行连接。
在这里也最好根据至少一台风力机R3作为压力加载介质输入输入管道18或回流管道19中的功率按规定的功率有选择地特别是可调地通过一个共同的控制单元23接通例如具有不同输出功率的用能器15或发电机16。
这样，在极小风力强度的情况下，保证只供给一台功率小的用能器15或发电机16，所以，在这里，发电机的功率也被最佳地利用。
如图6所示，在本发明的范围内，多台用能器15或发电机16也可分别单独地通过控制装置21连接在多台液压泵7或风力机R1至R3上。其中，为了获得最佳的功率，每台风力机R1至R3都可按风力通过多台液压泵进行调节，而且用能器15和/或发电机16可根据功率单独地、共同地、尤其是可调地和可选择地通过控制装置21进行接通。
位置号一览表
  1   塔架   34   67
  2   地基   35   68
  3   轴承   36   69
  4   塔顶   37   70
  5   转子   38   71
  6   转子轴   39   72
  7   液压泵   40   73
  8   管道   41   74
  9   回流管道   42   75
  10   联轴节   43   76
  11   节流元件   44   77
  12   阀   45   78
  13   压力平衡箱   46   79
  14   换能器   47
  15   用能器   48   R1   风力机
  16   发电机   49   R2   风力机
  17   供电网   50   R3   风力机
  18   输入管   51
  19   回流管道   52
  20   调节装置   53
  21   控制装置   54
  22   传动元件   55
  23   控制单元   56
  24   57
  25   58
  26   59
  27   60
  28   61
  29   62
  30   63
  31   64
  32   65
  33   66

Claims (21)

1.产生能量的风力机，具有至少一个通过风力驱动的转子(5)和与该转子直接或间接连接的用能器(15)，特别是发电机(16)，
其特征为，
转子(5)直接或间接驱动一台或多台液压泵(7)。
2.产生能量的风力机，具有至少一个通过风力驱动的转子(5)和与该转子直接或间接连接的用能器(15)，特别是发电机(16)，其特征为，多台液压泵(7)可根据转子(5)的功率尤其是转子(5)的转矩或转速通过至少一个调节装置(20)接通。
3.产生能量的风力机，具有至少一个通过风力驱动的转子(5)和与该转子直接或间接连接的用能器(5)，特别是发电机(16)，其特征为，一台或多台风力机或多台液压泵(7)根据功率可调节地供给多台发电机(16)和/或用能器(15)。
4.按权利要求3的风力机，其特征为，至少一台发电机(16)和/或用能器(15)分成不同的功率级，并通过至少一个控制装置(21)根据由至少一台风力机(R1至R3)输出的功率按规定的功率分配到至少一台发电机(16)和/或用能器(15)上。
5.按权利要求1至4至少一项的风力机，其特征为，多台风力机具有多台可接通的液压泵(7)，该风力机按规定的功率供给多台可调的、可接通的发电机(16)和/或用能器(15)。
6.按权利要求2至5至少一项的风力机，其特征为，多台液压泵(7)可通过可控的调节装置(20)有选择地接通来达到功率最佳化，其中不同功率级的液压泵(7)布置在塔顶(4)。
7.按权利要求1至6至少一项的风力机，其特征为，为了驱动塔顶(4)的多台液压泵(7)，在转子(5)和液压泵(7)之间连接一个传动元件(22)。
8.按权利要求2至7至少一项的风力机，其特征为，多台发电机(16)和/或用能器(15)可按至少一台风力机(R1至R3)尤其是至少一台液压机(7)的不同功率级分别单独可调节地和至少部分地根据功率和/或根据压力通过一个控制单元(23)进行控制。
9.按权利要求1至8至少一项的风力机，其特征为，至少一台液压泵(7)与一个用能器(15)尤其是与一台发电机(16)连接并驱动它。
10.按权利要求1至9至少一项的风力机，其特征为，用能器(15)尤其是发电机(16)在外部可由风力机尤其是由转子(5)通过液压泵(7)进行驱动。
11.按权利要求1至10至少一项的风力机，其特征为，多台单独的风力机(R1，R2)与转子(5)和与连接在一个共同的用能器(15)尤其是一台共同的发电机(16)上的液压泵(7)可连接并驱动它们。
12.按权利要求1至11至少一项的风力机，其特征为，液压泵(7)直接连接在转子(5)上并通过管道(8，9)与发电机(16)的一个换能器(14)连接，换能器(14)驱动发电机(16)。
13.按权利要求1至12至少一项的风力机，其特征为，为了控制和/或调节和/或节流，在至少一根管道(8，9)中装入了一个可调的节流元件(11)和/或可调的阀(12)。
14.按权利要求1至13至少一项的风力机，其特征为，在液压泵(7)和用能器(15)尤其是发电机(16)之间至少安装了一个压力平衡装置(13)，特别是一个压力平衡箱来进行压力平衡和/或脉动平衡。
15.按权利要求1至14至少一项的风力机，其特征为，转子(5)通过一根转子轴(6)驱动液压泵(7)。
16.按权利要求1至15至少一项的风力机，其特征为，该风力机具有一个塔架(1)并在端部有一个可旋转的塔顶(4)，转子(5)可旋转地支承在塔顶(4)内并在该处与液压泵(7)连接。
17.按权利要求16的风力机，其特征为，管道(8，9)通过一个联轴节(10)在端部可旋转地连接并经塔架(1)引到一个布置在塔架(1)内或塔架(1)旁边或塔架(1)外部的用能器(15)尤其是发电机(16)。
18.按权利要求16或17的风力机，其特征为，不同风力机(R1、R2)的多台液压泵(7)可连接在至少一台发电机(16)上。
19.按权利要求1至18至少一项的风力机，其特征为，多台风力机(R1、R2)可分别通过管道(8)和回流管(9)连接在一根共同的输入管(18)和一根共同的回流管(19)上，在该管上至少连接一个换能器(14)，并在该换能器上至少连接一个用能器(15)和/或发电机(16)。
20.按权利要求1至19至少一项的风力机，其特征为，用能器(15)设计成泵来把水输送到一个高位蓄水池中。
21.按权利要求20的风力机，其特征为，该高位蓄水池与一台低位涡轮机连接以驱动一个发电机(16)。
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