TWI834026B - 風力渦輪機 - Google Patents

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亞曼迪普 葛吉恩
潘卡 納蘭
弗瑞德里克西格 彼德森
安德斯奈加 拉斯穆森
維平 森得沃
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丹麥商西門子歌美颯再生能源公司
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Abstract

一種風力渦輪機(1)，包含塔架(4)；基座(14)；轉接段(15)，其配置在塔架(4)與基座(14)之間並將塔架(4)連接至基座(14)；平台(19)，其配置於轉接段(15)內側；維修用電梯(31)，其可降低至平台(19)；及永久性工作平台(32)，其配置在平台(19)下方並與其相距一距離(d)。由於此永久性工作平台(32)，維修用電梯(31)易於由下方進出。在平台(19)下方的臨時台架之安裝消耗大量人力和成本。有利地，工作平台(31)亦可使用於陣列電纜安裝。

Description

風力渦輪機
本發明有關風力渦輪機。
風力渦輪機具有塔架、配置在塔架頂部的機艙、具有可旋轉地支撐於機艙之轉子葉片的轂部、及設在機艙內側並藉由轂部所驅動之發電機。於塔架內側可配置電氣設備，像可配置在開關機構平台上的開關機構或維修用電梯。根據申請人之內部知識，可於開關裝置平台(switch gear platform)下方提供臨時台架，以進出電氣設備。
本發明之一目的是提供改良之風力渦輪機。
因此，提供風力渦輪機，其包含塔架；基座；轉接段，其配置在塔架與基座之間並將塔架連接至基座；平台，其在該轉接段的徑向及軸向上均配置於轉接段內側；維修用電梯，其可降低至平台；及永久性工作平台，其配置在平台下方並與其相距一距離。
由於永久性工作平台，因此可由下面輕易地進出維修用電梯。平台下方的臨時台架之安裝消耗大量人力和成本。有利地，工作平台亦可使用於陣列電纜安裝。
風力渦輪機包含安裝在塔架上或於塔架處的機艙。轉子葉片連接至支撐在機艙之轂部。發電機放置於機艙內側。發電機連接至轂部。發電機耦接至開關裝置。開關裝置支撐在轉接段內側。
基座較佳地安裝於海床中。較佳地，塔架包含彼此堆疊且彼此連接的複數個塔架區段。最低塔架區段連接至轉接段。機艙係藉著塔架之最頂部塔架區段所支撐。維修用電梯可由轉接段移動至最頂部塔架區段。當維修用電梯處於最低位置中時，其係配置在轉接段內側。
轉接段具有圓柱形、尤其是管狀的幾何形狀。轉接段及最低塔架區段都可具有凸緣。二凸緣用螺栓鎖在一起，以將塔架連接至轉接段。塔架之縱長方向係於基座方向中由機艙定向。維修用電梯可沿著縱長方向移動，且反之亦然。關於這點，「永久」在本文中意指未移除工作平台用於風力渦輪機的操作。較佳地，工作平台在風力渦輪機之整個壽命內都停留在轉接段中。
根據一實施例，此距離係於2 m與3 m之間、較佳為2.5 m。
此距離可根據需要來選擇。然而，較佳地，此距離是大約2.5 m。
根據另一實施例，風力渦輪機更包含沿著塔架的縱長方向延伸之複數個支撐樑，其中，平台及工作平台兩者附接至支撐樑。
支撐樑承載平台及工作平台兩者。支撐樑使平台及工作平台保持隔開。
根據另一實施例，支撐樑連接至轉接段的凸緣。
較佳地，支撐樑僅連接至凸緣。以這種方式，支撐樑垂吊進入轉接段。
根據另一實施例，平台係藉著第一支撐結構所支撐，其中工作平台係藉著第二支撐結構所支撐，且其中第一支撐結構及第二支撐結構兩者係連接至支撐樑。
支撐結構兩者均包含連接在一起之複數個樑。較佳地，支撐結構係環形的。
根據另一實施例，風力渦輪機更包含懸掛於轉接段中之平台配置，其中此平台配置包含平台、工作平台及支撐樑。
平台配置以垂吊的方式懸掛在轉接段中。於本文中，「垂吊懸掛」較佳意指平台配置鉤入轉接段。那意味著藉著支撐樑由上方支撐平台配置。不需要由下面支撐。
根據另一實施例，平台及工作平台附接至轉接段之壁面。
至壁面的附接可為替代地或附加地。壁面具有圓柱形、尤其是管狀之幾何形狀。
根據另一實施例，風力渦輪機更包含配置在平台上的開關裝置。
於本文中，「開關裝置」意指作為電力系統之一部分的電氣及/或電子部件。開關裝置可為由使用於控制、保護及隔離電氣設備之電氣斷路開關、保險絲或斷路器所組成。開關裝置可使用於將設備斷電以允許完成工作並清除下游故障兩者。開關裝置配置在平台上。然而，平台較佳地不支撐開關裝置的重量。開關裝置之重量可為藉由連接至支撐樑的懸掛結構所承載。
根據另一實施例，工作平台具有配置於開關裝置下方之升高的工作區段。
這允許輕易地進出至開關裝置。尤其是，這簡化將陣列電纜安裝至開關機構。
根據另一實施例，工作區段在工作平台上方升高100 mm至500 mm、較佳為300 mm。
較佳地，可根據需要調整高度。這允許舒適地進出開關裝置。
根據另一實施例，平台包含可打開及關閉之在中心配置的艙口。
陣列電纜可被導引通過艙口。這簡化陣列電纜之安裝。
根據另一實施例，工作平台包含用於安裝及/或維護維修用電梯的維修空間。
維修空間定位在維修用電梯下方。
根據另一實施例，工作平台包含用於拉入在陣列電纜之開口。
開口能夠方便地進出陣列電纜。這減少安裝勞動。
根據另一實施例，工作平台具有圓形的形狀。
在本文中，「圓形」意指工作平台具有圓盤之形狀。
根據另一實施例，工作平台具有半圓形的形狀。
在本文中，「半圓形」意指工作平台具有半圓形盤之形狀。
本發明的進一步可能之實施方式或替代解決方案亦涵括以上或以下相對於實施例所敘述的特徵之組合-於本文中未明確地提及。熟諳此技術領域者亦可對本發明的最基本形式添加個別或孤立之態樣及特徵。
在圖面中，除非於其他方面指出，否則相似的參考符號表示相似或功能上等效之元件。
圖1顯示根據一實施例的風力渦輪機1。
風力渦輪機1包含連接至配置在機艙3內側之發電機(未示出)的轉子2。機艙3配置於風力渦輪機1之塔架4的上端。塔架4具有複數個彼此上下配置之塔架區段。塔架4可命名為風力渦輪機塔架。
轉子2包含三個轉子葉片5。轉子葉片5連接至風力渦輪機1的轂部6。此類型轉子2可具有例如由30至160米或甚至較大範圍之直徑。轉子葉片5遭受高風負載。同時，轉子葉片5需要為輕型的。基於這些理由，現代風力渦輪機1中之轉子葉片5由纖維強化的複合材料所製成。其中，基於成本的理由，玻璃纖維大致上優於碳纖維。通常，使用呈單向纖維氈之形式的玻璃纖維。
圖2顯示根據一實施例之轉子葉片5。
轉子葉片5包含：空氣動力學設計的部分7，其塑形成最佳的風能利用；及葉片根部8，用於將轉子葉片5連接至轂部6。
圖3再次顯示根據圖1之風力渦輪機1。
如之前所述，塔架4具有複數個彼此上下配置的塔架區段9至13。塔架區段9至13之數目是任意的。塔架4具有最低塔架區段9及最頂部塔架區段13。機艙3可為附接至最頂部塔架區段13。風力渦輪機1具有可錨固於海床中之基座14。轉接段15配置在基座14與最低塔架區段9之間。
轉接段15是將塔架4連接至基座14的圓形或管狀件。由此，轉接段15形成基座14與塔架4之間的過渡區。外部平台(未示出)可附接至轉接段15。塔架4具有縱長方向L。縱長方向L係由最頂部塔架區段13定向朝基座14。然而，縱長方向L可被定向，且反之亦然。
圖4顯示風力渦輪機1的放大切開圖。
最低塔架區段9具有凸緣16，其連接至轉接段15之凸緣17。轉接段15容納平台配置18。平台配置18顯示在圖6中的示意性透視圖，反之圖7顯示平台配置18的另一實施例之示意性透視圖。
平台配置18具有第一或下平台19及第二或上平台20。平台19、20係彼此平行地配置。當沿著縱長方向L觀看時，平台19、20係彼此隔開。上平台20可使用於將凸緣16、17連接或用螺栓鎖在一起。為此理由，上平台20可命名為螺栓鎖緊平台。
開關裝置21配置在下平台19上。為此理由，下平台19可命名為開關裝置平台。「開關裝置」在本文中意指作為電力系統的一部分之電氣及/或電子部件。開關裝置21可為由使用於控制、保護及隔離電氣設備的電氣斷路開關、保險絲或斷路器所組成。開關裝置21可為既使用於使設備斷電以允許完成工作，亦可使用於清除下游故障。
平台配置18具有複數個支撐樑22至27。支撐樑22至27(看圖6及7)沿著縱長方向L延伸。支撐樑22至27將平台19、20彼此連接。可提供承載結構，其承載開關裝置21。此承載結構可連接至支撐樑22至27。用這種方法，下平台19不必承載開關裝置21之重量。
支撐樑22至27之數目係任意的。例如，可提供有六個支撐樑22至27。支撐樑22至27係藉著附接元件28至30連接至凸緣17。附接元件28至30之數目係與支撐樑22至27的數目相同。風力渦輪機1具有維修用電梯31，用於將技術人員由下平台19運送至機艙3。維修用電梯31可降低至下平台19。
由於陣列電纜之剛性(stiffness)、下平台19下方的空間不足或不穩定之臨時台架，陣列電纜的拉入及其向開關裝置21之佈線係相當複雜。這使得在開關裝置21下方的工作於轉接段15內側或在塔架4內側變得相當困難。再者，維修用電梯31需要由下方進出以進行維護。
開關裝置21所坐落之轉接段15的內部之設計通常是風力渦輪機製造商與轉接段15的製造商之間的配合。因此，結果通常是在安裝陣列電纜之前必需在裝運至離岸之前藉著實體模型(mockups)和工作間(worshops)進行測試的新設計，以確保其正常工作，並確保有足够之空間來處理陣列電纜。
維修用電梯31的解決方案較早是將維修用電梯31停在塔架4內之最低平台上、亦即於最低塔架區段9中。在塔架4與轉接段15之間的連接下方之螺栓連接平台可接著使用作為維修區。
現在翻回至圖4。為了克服上述缺點，提供配置於下平台19下方的附加之永久工作平台32。如可由圖5看出，工作平台32、同樣平台19、20係設有由其內側位於抵靠著轉接段15的支撐元件33至38。支撐元件33至38係分配給支撐樑22至27。
工作平台32具有用於安裝及維修此維修用電梯31之安裝及/或維修空間39。再者，工作平台32具有用於拉入陣列電纜(未示出)且易於處理陣列電纜的開口40、41。工作平台32亦附接至支撐樑22至27。工作平台32平行於下平台19而配置。當沿著縱長方向L觀看時，工作平台32較佳以遠離下平台19大約2.5 m之距離配置。
藉由使永久工作平台32位於開關裝置21所坐落的下平台19下方，提供有用於維修此維修用電梯31並簡化陣列電纜之佈線及處理的永久解決方案。配置在工作平台32下方之較佳的氣密平台、及藉此轉接段15之電纜垂吊大約坐落於整合式工作平台32下方2.5 m處。因此，在轉接段15中不需要額外的台架來處理及佈線(routing)陣列電纜。整合式工作平台32可藉由使用支撐樑22至27由上面之結構懸掛，或其可為藉由使用支柱或焊接的托架直接安裝至轉接段15之壁面42。
由圖6可看出，下平台19具有可打開用於拉入陣列電纜的在中心配置之艙口(hatch)43。下平台19更具有支撐下平台19的支撐結構44。支撐結構44係附接至支撐樑22至27。支撐結構44亦可直接附接至壁面42。支撐結構44包含以圓形方式配置之複數個樑。基於安全性理由，下平台19可具有欄杆45。
工作平台32亦可為設有支撐工作平台32的支撐結構46。支撐結構46附接至支撐樑22至27及/或壁面42。支撐結構46包含以圓形方式配置之複數個樑。工作平台32亦具有欄杆47。工作平台32具有設在開關裝置21下方之升高的工作區段48。升高的工作區段48配置於工作平台32上方。升高的工作區段48可為升高在工作平台32上方100 mm至500 mm或更多、較佳為300 mm，以更好地抵達開關裝置21。
永久工作平台32之優點有很多；於維修用電梯31的維修及安裝陣列電纜期間所節省之時間兩方面。在朝轉接段15的更標準化界面、製造、及從而在工作間、救援演習、模型和工作說明書上節省資金方面亦是有利的。為了維修或安裝維修用電梯31，於工作平台32上在下平台19下方之維修用電梯31降落的位置有大量之空間。
技術人員可只需將塔架梯子49向下移動一層至工作平台32。然後可進出至維修用電梯31的底部、至鋼絲張緊器、導引線等。整合式工作平台32之中心是敞開的，並有用於拉入陣列電纜、然後將它們放下、將它們盤繞(如有需要)、且接著將它們佈線朝開關裝置21之空間，而不必在下平台19下方裝配額外的台架。工作平台32坐落環繞大中心開口40。
由圖7能看出，替代性地，可將整合式工作平台32製成僅位於維修用電梯31下方之較小版本。因此，可以對陣列電纜佈線進行不同的設置。有利地係，仍然存在至用於維修用電梯31之維修空間39的進出口。
替代解決方案可為懸掛式平台(未示出)而不是整合式工作平台32，尤其是如果其係根據圖7之僅用於電梯維修進出口的較小版本。在安裝此結構的其餘部分之前，可將其升起進入轉接段15。然後，可於將轉接段15運送至離岸之前，將懸掛式平台附接。對於以上兩種選擇，工作平台32同樣可安裝至轉接段15的壁面42，而不是連接至支撐樑22至27。
儘管已根據較佳實施例敘述本發明，但是對於熟諳此技術領域者顯而易見的是，在所有實施例中之改良係可能的。
1:風力渦輪機 2:轉子 3:機艙 4:塔架 5:轉子葉片 6:轂部 7:部分 8:葉片根部 9:塔架區段 10:塔架區段 11:塔架區段 12:塔架區段 13:塔架區段 14:基座 15:轉接段 16:凸緣 17:凸緣 18:平台配置 19:平台 20:平台 21:開關裝置 22:支撐樑 23:支撐樑 24:支撐樑 25:支撐樑 26:支撐樑 27:支撐樑 28:附接元件 29:附接元件 30:附接元件 31:維修用電梯 32:工作平台 33:支撐元件 34:支撐元件 35:支撐元件 36:支撐元件 37:支撐元件 38:支撐元件 39:維修空間 40:開口 41:開口 42:壁面 43:艙口 44:支撐結構 45:欄杆 46:支撐結構 47:欄杆 48:升高的工作區段 49:塔架梯子
本發明的其他實施例、特徵及優點將會同附圖由隨後之敘述及附屬請求項變得顯而易見，其中： 圖1顯示根據一實施例的風力渦輪機之透視圖； 圖2顯示根據一實施例的風力渦輪機轉子葉片之透視圖； 圖3顯示根據圖1的風力渦輪機之另一透視圖； 圖4顯示根據一實施例的轉接段之橫截面視圖； 圖5顯示根據一實施例的平台之俯視圖； 圖6顯示根據一實施例的平台配置之透視圖；及 圖7顯示根據另一實施例的平台配置之透視圖。
1:風力渦輪機
9:塔架區段
15:轉接段
16:凸緣
17:凸緣
18:平台配置
19:平台
20:平台
21:開關裝置
22:支撐樑
23:支撐樑
24:支撐樑
25:支撐樑
28:附接元件
29:附接元件
30:附接元件
31:維修用電梯
32:工作平台
42:壁面
49:塔架梯子

Claims (17)

  1. 一種風力渦輪機(1)，包含：塔架(4)；基座(14)，其安裝於海床中；轉接段(15)，其配置在該塔架(4)與該基座(14)之間並將該塔架(4)連接至該基座(14)；平台(19)，其配置在該轉接段(15)的內側，其中開關裝置(21)係配置在該平台(19)上；維修用電梯(31)，其構造成可降低至該平台(19)；及永久性的工作平台(32)，其配置在該平台(19)下方並與其相距一距離(d)，其中永久性的該工作平台(32)係配置在該過渡件(15)的內部，及其中永久性的該工作平台(32)包含位於維修用電梯(31)之下方用於安裝及維持該維修用電梯(31)的維修空間(39)，及提供在該維修用電梯(31)之下方的進出道以進出該維修用電梯(31)的底部。
  2. 如請求項1之風力渦輪機，其中該距離(d)係於2m與3m之間。
  3. 如請求項1之風力渦輪機，更包含沿著該塔架(4)的縱長方向(L)延伸之複數個支撐樑(22-27)，其中該平台(19)及該工作平台(32)兩者係附接至該等支撐樑(22-27)。
  4. 如請求項3之風力渦輪機，其中該等支撐樑(22-27)係連接至該轉接段(15)的凸緣(17)。
  5. 如請求項3之風力渦輪機，其中該平台(19)係藉著第一支撐結構(44)所支撐，其中該工作平台(32)係藉著第二支撐結構(46)所支撐，且其中該第一支撐結構(44)及第二支撐結構(46)兩者係連接至該等支撐樑(22-27)。
  6. 如請求項3之風力渦輪機，更包含懸掛於該轉接段(15)中的平台配置(18)，其中該平台配置(18)包含該平台(19)、該工作平台(32)及該等支撐樑(22-27)。
  7. 如請求項1之風力渦輪機，其中該平台(19)及該工作平台(32)係附接至該轉接段(15)的壁面(42)。
  8. 如請求項1之風力渦輪機，其中該工作平台(32)具有配置於該開關裝置(21)下方的升高的工作區段(48)。
  9. 如請求項8之風力渦輪機，其中該工作區段(48)在該工作平台(32)上方升高100mm至500mm之間。
  10. 如請求項1之風力渦輪機，其中該平台(19)包含中心配置之艙口(43)。
  11. 如請求項1之風力渦輪機，其中該工作平台(32)包含用於拉入陣列電纜的開口(40、41)。
  12. 如請求項1之風力渦輪機，其中該工作平台(32)具有圓形的形狀。
  13. 如請求項1之風力渦輪機，其中該工作平台(32)具有半圓形的形狀。
  14. 如請求項1之風力渦輪機，其中最低塔架區段(9)係連接至該轉接段(15)。
  15. 如請求項1之風力渦輪機，其中該維修用電梯(31)可從該轉接段(15)移動至最頂部塔架區段(13)。
  16. 如請求項1之風力渦輪機，其中永久性的該工作平台(32)係藉由至少一根支撐樑(22-27)而被懸掛於該平台(19)。
  17. 如請求項1之風力渦輪機，進一步包括配置在永久性的該工作平台(32)之下方的氣密平台。
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