CN205117629U - 带限位功能的风力发电机组扭缆保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带限位功能的风力发电机组扭缆保护装置，包括扭揽环，沿扭转段电缆上下等间距设置；电缆夹件，包括周向均布在扭揽环上的内夹块和将扭转段电缆夹紧在内夹块上的外夹紧件，相邻两扭揽环之间以及顶部扭揽环与发电机组的机舱之间通过位于所有电缆外侧并周向均布的吊索连接。电缆夹件将扭转段电缆周向等间距且各束均匀连接在扭揽环上，扭转段电缆不会受到电缆夹件和扭揽环的摩擦与碰撞。相邻扭缆环之间设有旋转限位机构，限制两者的最大相对转角，从而使整个扭缆段电缆自下而上均匀扭转，避免了电缆在底部发生过度扭转，从而使电缆得到了有效保护。同时，随扭转角度增大，本装置将使电缆张紧程度有所下降，电缆得到进一步保护。

Description

带限位功能的风力发电机组扭缆保护装置

技术领域

本实用新型是一种带限位功能的风力发电机组扭缆保护装置。

背景技术

风力发电机组是将风能转化为电能的一种装置，如图1所示，一般由机舱100、塔筒101和风轮102组成，为了实现机组的电能传输和自动控制，必须通过动力电缆和控制电缆连接位于机舱100和塔筒101底部的相关设备。其中，连接机舱发电机和塔基变流器/变压器/开关柜的动力电缆规格最大数目最多。为了实现机组的偏航运动(旋转机舱，以使风轮正面朝向来风方向)，从机舱连至塔基的电缆，不能完全固定，必须有一段自由悬垂的扭转段电缆103可以随机组偏航一起做扭转运动，扭转后的状态如图2所示；同时，随着电缆逐渐被扭转成螺旋状，该段电缆的底部必定会被提升，为了避免电缆被绷紧甚至拉断，扭转段电缆103底部必须要形成U型弯曲段104，随着机组不断偏航，U型弯曲段104的底部不断升高，直至机组偏航至设定的极限位置，随后机组反转回初始位置，扭转段电缆103才逐渐回复。

在机组工作过程中，若不采取相关保护措施，扭转段电缆将会被扭成一束。电缆散热条件将急剧恶化，不仅会加速电缆绝缘层及护套层的热老化，使其物理机械性能下降；也将降低该段电缆的许用载流，使电缆存在超载的可能。同时，随着间距减小，电缆间的电磁影响也会加大。

为解决上述问题，必须要设计保护装置来分隔电缆，保证电缆间的间隙。专利US20100247326A1\EP2352919A1\CN101939538A公开了一种塔架布线方式，利用多个定位板来起到电缆分隔的作用。各定位板通过悬挂装置依次悬挂在机舱底部。扭转段电缆穿过定位板上的电缆通孔；偏航时，定位板也将随电缆一起转动，保证了机组运行过程中电缆间的间隙。但是，定位板与电缆间没有固定措施：当机组偏航时，电缆不仅有转动还会有提升，而定位板不可能完全同步地上下移动，这必定会造成电缆与定位板在电缆孔处相互的摩擦；机组并网发电时，将不间断的振动，也会使两者不停的发生碰撞、摩擦；这都将加速电缆的损坏，一旦电缆护套完全破损，即需要停机进行电缆更换，极大地增加机组维护成本。

为了避免电缆与(活动式)分隔装置间的相互摩擦与碰撞，先后出现了一些固定式分隔装置，即将电缆与分隔装置进行有效固定。专利CN202280948U公布了一种电缆固定装置来起到电缆分隔的作用，该装置包括外圈构件和内圈构件，外圈构件内壁和内圈构件外壁上有对应的半圆凹槽，两个凹槽即组成了电缆孔，将电缆放置在其中后，即可通过螺栓缩小内外圈构件间的间隙，从而夹紧电缆，将该装置固定在电缆上。在扭转段电缆上，每隔一段距离安装一个固定装置。机组偏航时，各固定装置将随电缆一起转动，从而确保了电缆间的间隙；同时，由于电缆与固定装置通过螺栓进行了固定，两者之间不再会有相互摩擦与碰撞，虽然避免了电缆与分隔装置的碰撞与摩擦，但将分隔装置固定在电缆上后，其下方的所有电缆就重量而言，将会形成一个整体；而扭转段电缆数目一般较多，不仅各电缆规格与分布不相同，其与分隔装置的紧固程度也不可能完全相同。机组偏航时，各电缆的扭转程度、提升程度都会有所不同；固定式分隔装置下方电缆的总重，将不会均匀地分散到上方电缆，必定会使局部几根电缆上产生更大的拉力，加速电缆损坏。同时，固定装置的重量将会承载在电缆上，虽然该类装置普遍采用尼龙、橡胶或塑料等密度相对较小的高分子材料制作，但随着机组向大功率方向发展，机组电缆规格与数目都会增加，为保证合理的间隙，固定装置的尺寸与重量也会相应增加，其自重对电缆的影响也会逐渐增大。

上述两类技术，还存在同一问题：扭转段电缆一般自由悬挂在机组顶段塔筒中心，由于电缆自重作用，电缆自下而上所受到的拉力将会逐渐增大，这将导致扭转段电缆的扭转刚度分布不均；偏航过程中，整个扭转段电缆的扭转程度也会成不均匀分布，底部电缆扭转的程度将会明显超过顶部电缆，扭转产生的损伤也更大。两类分隔装置都仅仅能起到电缆分隔的作用，并不能改善扭转的不均匀度。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的不足，公开了一种带限位功能的风力发电机组扭缆保护装置，其要解决的技术问题在于：一方面，该装置将扭转段电缆与扭揽环(分隔装置)之间固定连接，避免电缆受到分隔装置的摩擦被磨损，另一方面，通过悬挂构件将分隔装置悬挂，避免扭转段电缆在扭转过程中可能的受力不均，以及因承载分隔装置的重量而加速破坏。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：一种带限位功能的风力发电机组扭缆保护装置，包括：

-扭揽环，沿扭转段电缆上下等间距设置；

-电缆夹件，包括周向均布在扭揽环上的内夹块和将扭转段电缆夹紧在内夹块上的外夹紧件；

相邻两扭揽环之间以及顶部扭揽环与发电机组的机舱之间通过周向均布的吊索连接。

优选的，所述外夹紧件为与各内夹块相对应的外夹块。

优选的，所述外夹紧件为与将所有内夹块包围的抱箍。

优选的，所述外夹紧件为与各内夹块相对应的扎带，所述扎带两端连接在内夹块的左右两侧。

进一步地，还包括旋转限位机构，所述旋转限位机构包括限位转轴、限位转块和限位绳索；所述限位转块同轴且可相对转动的设置在除顶部扭揽环外的其余每个扭揽环上；所述限位转轴设置在相邻两扭揽环之间，且其上部固定安装在相对上方的扭揽环上，下部传递转矩给相对下方的扭缆环上的限位转块；所述限位绳索的两端分别连接在限位转块和与限位转块相应的扭揽环上。

进一步地，所述限位转轴的上部为管部，下部为非圆形截面的轴部，所述管部的孔直径大于轴部的外接圆直径，所述限位转块上开有与轴部外形轮廓相同的传动孔，相对上方的限位转轴的轴部穿过相应的限位转块上的传动孔后伸入到相对下方的限位转轴上的管部的孔内。

进一步地，所述吊索周向位于扭转段电缆的外部。

进一步地，所述吊索为链条或钢丝绳，所述扭揽环上安装有悬挂构件，所述悬挂构件通过上下卸扣将上下相邻的两吊索连接。

本实用新型的有益效果：

1、电缆夹件将扭转段电缆周向等间距且各束均匀连接在扭揽环上，且扭转段电缆与电缆夹件相对应的连接部位与电缆夹件及扭揽环之间没有相对运动，即扭转段电缆不会受到电缆夹件和扭揽环的摩擦和碰撞，电缆不会磨损破裂，同时，顶部扭揽环与机舱之间以及相邻扭揽环之间由吊索悬挂连接，这样，所有扭揽环的重量载荷就由机舱和吊索来承受，而电缆基本不会承受扭揽环的重量载荷或者仅承受极小部分的载荷，电缆得到了有效保护；

2、本发明的保护装置设有旋转限位机构，上方扭揽环转动的转矩通过限位转轴将转矩传递给限位转块，当限位转块转动一定角度使限位绳索拉紧后再将转矩传递给下方的扭揽环，使之只能与下方的扭揽环同步扭转，这样，在满足电缆扭转的同时，可以限制扭缆环间各段电缆的扭转程度,使从下至上各段电缆的扭转角度更加均匀。

3、上方的限位转轴的轴部可伸入到下方的限位转轴的管部内，这样就可以满足因电缆扭转及升降产生两扭揽环之间的轴向移动。

4、吊索位于扭转段电缆的周向外部，随着扭缆环转动，吊索和扭转段电缆都有形成螺旋状的趋势，其底部都将被提升，但位于外侧的吊索端部被提升趋势更大，当机组偏航时，位于电缆外侧的吊索，其张紧程度将逐渐增加，电缆的张紧程度反而会逐渐降低，机组运行时电缆晃动产生的冲击也将主要由吊索承受，进一步降低了电缆的机械应力。

5、控制相邻两扭缆环之间的相对转角，匹配电缆外径、电缆数目、扭缆环大小，就可避免各组电缆之间相互接触，从而避免了电缆之间的摩擦与碰撞。一般而言，控制相对转角在120°范围内即可，优选地应使最大相对转角小于90°。

附图说明

图1为风力发电机组及扭转段电缆的结构示意图；

图2为扭转段电缆在机舱偏航时处于扭转状态的示意图；

图3为本实用新型一种带限位功能的风力发电机组扭缆保护装置的立体示意图；

图4为本实用新型中的外夹紧件的第一种实施方式的示意图；

图5为本实用新型中的外夹紧件的第二种实施方式的示意图；

图6为本实用新型中的外夹紧件的第三种实施方式的示意图；

图7为本实用新型中的旋转限位机构的连接示意图；

图8为旋转限位机构中的限位绳索三种工作状态示意图；

图9为旋转限位机构中的限位转轴的立体示意图；

图10为旋转限位机构中的限位转转块的立体示意图；

图11为旋转限位机构中的限位绳索的平面示意图；

图12为旋转限位机构的立面剖视图。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

图3为本实用新型的一种带限位功能的风力发电机组扭缆保护装置的总体结构示意图，包括由上至下等间距设置的多个扭揽环1，为了便于说明，图3中由上至下仅示出了三个扭揽环1，其余部分省略。电缆103通过电缆夹件12连接在扭揽环1上。

如图4-6所示，扭缆环1为正多边形形状构件，中间有通孔14，优选采用碳素结构钢、合金结构钢等材料制作；扭揽环的每条边上装有一个内夹块121，内夹块121的外侧开有弧形槽，优选采用尼龙、橡胶等材料制作，每个内夹块内设置一组电缆103，优选动力电缆UVW三项为一组(组数由机组并联回路数确定)，控制电缆整体为一组，也可以单独一根电缆一组，多边形边数由电缆组数确定，各组电缆通过外夹紧件夹紧在各内夹块121上。

图4示出了外夹紧件的第一种实施方式，其中图4(a)为该实施方式的立体示意图，图4(b)为该实施方式的俯视示意图。如图所示，对应每个内夹块121的外侧有一个外夹块122，外夹块的内侧具有与内夹块121相应的弧形槽，各组电缆位于内外夹块121、122的弧形槽内，通过穿透电缆内、外夹块和扭缆环的螺纹式紧固构件61(优选螺栓、螺杆或螺纹式快锁机构)，以外夹块122为外夹紧件，将电缆夹紧在由内、外夹块121、122形成的电缆夹件12上并与扭缆环1进行固定连接。

图5示出了外夹紧件的第二种实施方式，其中图5(a)为该实施方式的立体示意图，图5(b)为该实施方式的俯视示意图。如图所示，每个内夹块121单独通过螺栓与扭揽环1连接，以抱箍123为外夹紧件，抱箍123套于所有的内夹块121外，通过抱箍123的周向张紧力将各组电缆压紧在内夹块121内。

图6示出了外夹紧件的第三种实施方式，其中图6(a)为该实施方式的立体示意图，图6(b)为该实施方式的俯视示意图。对应每个内夹块121上设有一个扎带124，扎带124两端固定连接在内夹块121的左右两侧，通过扎带124将电缆夹紧。

扭揽环1的大小，应该确保各组电缆的有较大的组间距L，优选组间距L为4-6De(De为动力电缆外径)。顶部的扭揽环1也就是最上方的扭揽环1通过三个周向均布的吊索2连接在机舱上，其余的扭揽环也通过相同分布形式的吊索2连接在相邻的上方的扭揽环上。具体的，吊索2为链条或钢丝绳，每个扭揽环1上安装有三个悬挂构件13，悬挂构件13的上下吊点131处各设有上下卸扣，通过上下卸扣将上下相邻的两吊索连接。通过吊索2将所有扭揽环依次悬挂并吊在机舱100的下方，这样所有扭缆环1的重力载荷将由机舱和各吊索2来承载，电缆103只是周向连接在扭揽环1上，电缆103基本不承载扭揽环1的重力载荷。通过分段安装扭缆环，可以使各组电缆自上而下都维持合理的间隙。即使当机组偏航后，两扭缆环之间的电缆逐渐由圆柱形分布，扭转成为如图2所示的腰鼓形(二次圆锥形)分布，电缆在处于腰鼓中心的位置间距将有所减小，但只要使初始间距相对于扭缆环尺寸和两扭缆环间的相对转角足够大，即可保证合理的散热空间。

如图4(b)、图5(b)和图6(b)所示，吊索2周向位于扭转段电缆103的外部，这样设置的好处是：随着扭缆环转动，吊索和扭转段电缆都有形成螺旋状的趋势，其底部都将被提升，但位于外侧的吊索端部被提升趋势更大，当机组偏航时，位于电缆外侧的吊索，其张紧程度将逐渐增加，电缆的张紧程度反而会逐渐降低，机组运行时电缆晃动产生的冲击也将主要由吊索承受，进一步降低了电缆的机械应力。

如图3和图7所示，本实用新型的扭缆保护装置还包括旋转限位机构3，该机构包括限位转轴31、限位转块32和限位绳索33。

如图9所示，限位转轴31的上部为管部311，管部311的顶部设有凸缘313，管部的下方为轴部312，轴部312的横截面为正四边形，管部311的孔直径大于轴部312的外接圆直径，管部311向下穿过扭揽环1上的通孔14，凸缘313通过螺栓与扭揽环1连接以传递转矩。

如图10所示，限位转块32的中部开有与轴部外形轮廓相同正四边形的传动孔321，两侧设有限位转块定位柱322，

除顶部扭揽环即最上方的扭揽环以外的每个扭揽环1上均同轴设有一个限位转块32，且限位转块32与相应的扭揽环1之间为转动配合，即限位转块32可在扭揽环1上转动；限位转轴31则设置在相邻两扭揽环之间，如图12所示，相对上方的限位转轴的轴部312穿过相应的限位转块上的传动孔321后伸入到相对下方的限位转轴上的管部311的孔内。由于轴部312和相应的传动孔321为正四边形，这样轴部312就可以传递转矩给限位转块32。当然也可以通过管部311与通孔14过盈连接来传递转矩或者采用其他诸如联轴器等来在限位转轴与扭揽环之间传递转矩。

如图11所示，限位绳索33的两端设有索环331，两个索环331分别套在限位转块32的限位转块定位柱322和与限位转块相应的扭揽环1的扭揽环定位柱11上。限位绳索33为柔性体，图11(a)中的限位绳索处于松弛状态，图11(b)中的限位绳索33处于被拉紧状态。

图8示出了限位绳索33在工作中的三种不同状态的示意图，机组没有偏航时，限位绳索33处于图8(a)中所示的松弛状态，机组偏航时，顶部扭缆环及与其固定连接的顶部的限位转轴同步旋转，顶部限位转轴将带动下部的限位转块一同旋转，随着偏航角度增大，限位转块定位柱322将逐渐远离扭缆环定位柱11，限位绳索33处于图8(b)中所示的逐渐被拉长状态，当限位绳索33处于图8(c)所示的绷紧状态时，限位绳索33将对扭揽环产生切向拉力，限位转块的转矩将传递给下部的扭揽环，从而与下部扭揽环同步转动，而通过改变限位绳索33的长度即可调整相邻两扭缆环之间的最大相对转角，从而控制了该段电缆的扭转程度。

如图12所示，上方的限位转轴的轴部可伸入到下方的限位转轴的管部内，这样就可以满足因电缆扭转及升降产生两扭揽环之间的轴向移动。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点,对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种带限位功能的风力发电机组扭缆保护装置，包括

-扭揽环(1)，沿扭转段电缆上下等间距设置；

-电缆夹件(12)，包括周向均布在扭揽环上的内夹块(121)和将扭转段电缆夹紧在内夹块(121)上的外夹紧件(122；123；124)；

其特征在于：相邻两扭揽环之间以及顶部扭揽环与发电机组的机舱之间通过周向均布的吊索(2)连接。

2.根据权利要求1所述的带限位功能的风力发电机组扭缆保护装置，其特征在于：还包括旋转限位机构(3)，所述旋转限位机构包括限位转轴(31)、限位转块(32)和限位绳索(33)；所述限位转块(32)同轴且可相对转动的设置在除顶部扭揽环外的其余每个扭揽环(1)上；所述限位转轴(31)设置在相邻两扭揽环之间，且其上部固定安装在相对上方的扭揽环上，下部传递转矩给相对下方的扭缆环上的限位转块(32)；所述限位绳索(33)的两端分别连接在限位转块(32)和与限位转块相应的扭揽环(1)上。

3.根据权利要求2所述的带限位功能的风力发电机组扭缆保护装置，其特征在于：所述限位转轴(31)的上部为管部(311)，下部为非圆形截面的轴部(312)，所述管部(311)的孔直径大于轴部(312)的外接圆直径，所述限位转块(32)上开有与轴部外形轮廓相同的传动孔(321)，相对上方的限位转轴的轴部(312)穿过相应的限位转块上的传动孔(321)后伸入到相对下方的限位转轴上的管部(311)的孔内。

4.根据权利要求1所述的带限位功能的风力发电机组扭缆保护装置，其特征在于：所述外夹紧件为与各内夹块(121)相对应的外夹块(122)。

5.根据权利要求1所述的带限位功能的风力发电机组扭缆保护装置，其特征在于：所述外夹紧件为与将所有内夹块(121)包围的抱箍(123)。

6.根据权利要求1所述的带限位功能的风力发电机组扭缆保护装置，其特征在于：所述外夹紧件为与各内夹块(121)相对应的扎带(124)，所述扎带(124)两端连接在内夹块的左右两侧。

7.根据权利要求1-6任一项所述的带限位功能的风力发电机组扭缆保护装置，其特征在于：所述吊索(2)周向位于扭转段电缆的外部。

8.根据权利要求7所述的带限位功能的风力发电机组扭缆保护装置，其特征在于：所述吊索(2)为链条或钢丝绳，所述扭揽环(1)上安装有悬挂构件(13)，所述悬挂构件(13)通过上下卸扣将上下相邻的两吊索连接。