專利名稱：風(fēng)力渦輪機(jī)制動(dòng)產(chǎn)生能量的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體而言涉及風(fēng)力渦輪機(jī)，且更具體而言，涉及利用風(fēng)力渦輪機(jī)制動(dòng)產(chǎn)生 能量(power) O
背景技術(shù)：
風(fēng)力渦輪機(jī)是將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的機(jī)器。如果機(jī)械能直接由機(jī)械使用，例 如用于抽水或磨麥，那么風(fēng)力渦輪機(jī)可被稱作風(fēng)車。同樣，如果將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電，那么該 機(jī)器可被稱作風(fēng)力發(fā)電機(jī)或者風(fēng)力發(fā)電站。風(fēng)力渦輪機(jī)通常根據(jù)葉片旋轉(zhuǎn)所繞的豎直軸線或水平軸線分類。在圖1中示意 性地示出一種所謂的水平軸線風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其可購自通用電器公司(General Electric Company)。用于風(fēng)力渦輪機(jī)2的特定配置包括塔架4，塔架4支承機(jī)艙6，機(jī)艙6封閉傳動(dòng) 系8。葉片10布置于輪轂12上以在機(jī)艙6的外部在傳動(dòng)系8的一端形成“轉(zhuǎn)子”。旋轉(zhuǎn)葉 片10驅(qū)動(dòng)齒輪箱14，齒輪箱14連接到發(fā)電機(jī)16，發(fā)電機(jī)16位于機(jī)艙6內(nèi)傳動(dòng)系8的另一 端?？刂葡到y(tǒng)18接收自風(fēng)速計(jì)20和/或其它傳感器的輸入，用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)2的操 作。圖2是圖1所示風(fēng)力渦輪機(jī)2頂部的放大剖視圖，且自名稱為“Methods and Apparatus for Wind Turbine Braking”(“用于風(fēng)力渦輪機(jī)制動(dòng)的方法和設(shè)備”)的共同轉(zhuǎn) 讓的美國專利第7，488，155號(hào)部分地復(fù)制。在圖2中，控制系統(tǒng)18包括控制面板內(nèi)的一個(gè) 或多個(gè)控制器，其用于監(jiān)視風(fēng)速計(jì)20和/或各種其它傳感器22，用于管理渦輪機(jī)操作的各 個(gè)方面。例如，控制系統(tǒng)18可提供信號(hào)給可變?nèi)~片節(jié)距促動(dòng)器(blade pitch actuator)24, 可變?nèi)~片節(jié)距促動(dòng)器M調(diào)整葉片10的節(jié)距。同樣，控制系統(tǒng)18也可提供信號(hào)給偏轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng) 促動(dòng)器(yaw drive actuator) 24，偏轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)促動(dòng)器M接合偏轉(zhuǎn)臺(tái)(yaw deck)觀且使機(jī)艙 6繞大致垂直于轉(zhuǎn)子軸線32的偏轉(zhuǎn)軸線30旋轉(zhuǎn)。風(fēng)力渦輪機(jī)2通常具有由電池供電的許多裝置以便在停電期間操作。如果渦輪機(jī) 2自由自旋但不發(fā)電，例如在空轉(zhuǎn)或在冷啟動(dòng)期間加快速度時(shí)，對(duì)那些電池再充電通常是不 可能的。風(fēng)力渦輪機(jī)2還通常包括冗余制動(dòng)系統(tǒng)用于鎖定傳動(dòng)系8和/或葉片10。那些制 動(dòng)系統(tǒng)中的至少一個(gè)通常包括制動(dòng)盤，制動(dòng)盤能克服整個(gè)風(fēng)扭矩來阻止渦輪機(jī)2。這些風(fēng)力 渦輪機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)通常還包括液壓蓄能器、彈簧或者其它儲(chǔ)能裝置，其能在斷電事件下使制 動(dòng)器操作。

發(fā)明內(nèi)容
通過在各種實(shí)施例中提供風(fēng)力渦輪機(jī)來解決與這些常規(guī)方法相關(guān)聯(lián)的這些和其 它方面，這種風(fēng)力渦輪機(jī)包括塔架，其支承機(jī)艙；齒輪箱，其連接到設(shè)置于機(jī)艙內(nèi)的發(fā)電 機(jī)；多個(gè)葉片，其用于旋轉(zhuǎn)齒輪箱和驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)；制動(dòng)盤，其用于阻止齒輪箱和發(fā)動(dòng)機(jī)中至 少一個(gè)的旋轉(zhuǎn)；以及，輔助能源，由制動(dòng)盤驅(qū)動(dòng)，用于產(chǎn)生能量。


現(xiàn)將參考附圖描述本技術(shù)的各個(gè)方面，這些附圖未必按照比例繪制，但在所有附 圖中的每個(gè)附圖中使用相同附圖標(biāo)記來表示相對(duì)應(yīng)的部件。圖1是常規(guī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的示意側(cè)視圖；圖2是圖1所示風(fēng)力渦輪機(jī)的上部的局部剖視圖。圖3是用于圖1和圖2所示的風(fēng)力渦輪機(jī)的齒輪箱系統(tǒng)的示意圖。圖4是用于圖1和圖2所示的風(fēng)力渦輪機(jī)的齒輪箱系統(tǒng)的示意圖。圖5是用于圖1和圖2中所述的風(fēng)力渦輪機(jī)的齒輪箱系統(tǒng)的示意圖。部件列表2.風(fēng)力渦輪機(jī)4.塔架6.機(jī)艙8.傳動(dòng)系10.葉片12.輪轂14.齒輪箱16.發(fā)電機(jī)18.控制系統(tǒng)20.風(fēng)速計(jì)22.傳感器24.葉片節(jié)距促動(dòng)器26.偏轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)促動(dòng)器28.偏轉(zhuǎn)臺(tái)30.偏轉(zhuǎn)軸線32.轉(zhuǎn)子軸線100.齒輪箱系統(tǒng)102.制動(dòng)盤104.第二(輔助)發(fā)電機(jī)106.壓縮機(jī)108.電樞110.永久磁體112.電池114.氣瓶116.節(jié)距控制促動(dòng)器118.齒輪箱油加熱器120.氣動(dòng)馬達(dá)122.電池充電器124.手工工具
具體實(shí)施例方式圖3至圖5為齒輪箱系統(tǒng)100的示意圖，其包括齒輪箱14和各種輔助能源以及能 量儲(chǔ)存裝置。齒輪箱系統(tǒng)100可用于圖1和圖2所示的風(fēng)力渦輪機(jī)2，和/或任何其它岸上 或離岸風(fēng)力渦輪機(jī)或利用合適齒輪箱14的其它裝置。例如，齒輪箱系統(tǒng)100的齒輪箱14 可連接到設(shè)置于塔架4上的發(fā)電機(jī)16，如圖1和圖2所示。齒輪箱14具有制動(dòng)盤102，制動(dòng)盤102由制動(dòng)器(未圖示)啟動(dòng)用于阻止齒輪箱 14的旋轉(zhuǎn)。在此圖示的制動(dòng)盤102設(shè)置于齒輪箱14的高速側(cè)上，在齒輪箱14與(主)發(fā) 電機(jī)16之間。制動(dòng)盤102通常連接在齒輪箱14的軸上，但可替代地連接到齒輪箱14的發(fā) 電機(jī)側(cè)上。其它制動(dòng)盤布置也是可能的。一個(gè)或多個(gè)輔助能源可安裝于主齒輪箱14上或附近，且由制動(dòng)盤102驅(qū)動(dòng)以產(chǎn)生 能量。輔助能源可包括交流發(fā)電機(jī)或第二(輔助)發(fā)電機(jī)104(如圖3和圖4所示)，或者 壓縮機(jī)106 (如圖5所示)。第二發(fā)電機(jī)104、壓縮機(jī)106和/或其它輔助能源也可設(shè)于同 一齒輪箱系統(tǒng)100上。在圖3和圖5中，第二發(fā)電機(jī)104或壓縮機(jī)106(分別)直接接合制動(dòng)盤102。在 這些實(shí)例中，第二發(fā)電機(jī)104和壓縮機(jī)106都在各自軸上具有小齒輪，小齒輪接合制動(dòng)盤 102上的齒輪齒。但是，第二發(fā)電機(jī)104和/或壓縮機(jī)106也可由接合制動(dòng)盤102的其它裝 置驅(qū)動(dòng)，例如齒輪、輪、鏈條、皮帶、聯(lián)軸器、離合器和/或其它裝置。這些接合可由持久緊固 裝置實(shí)現(xiàn)，或可替代地，可由在需要時(shí)接合的緊固裝置實(shí)現(xiàn)。如圖4所示的實(shí)施例所示，第二發(fā)電機(jī)104可包括電樞108，電樞108包圍制動(dòng)盤 102的一部分，制動(dòng)盤102的一部分具有磁場電感器(inducer)，例如永久磁體110或場線 圈(未圖示)。這種情況下，制動(dòng)盤102不需要齒。電樞108和永久磁體110的位置也可相 反。來自一個(gè)輔助能源的能量也可用于驅(qū)動(dòng)另一輔助能源。例如，來自壓縮機(jī)106的壓縮 空氣可用于運(yùn)行氣動(dòng)馬達(dá)，氣動(dòng)馬達(dá)可驅(qū)動(dòng)第三發(fā)電機(jī)和/或其它裝置。能量儲(chǔ)存裝置可連接到任何輔助能源或全部輔助能源，用于接收和儲(chǔ)存來自這些 能源的能量。例如，如圖3和圖4所示，一個(gè)或多個(gè)電池112、電容器113(例如超級(jí)電容器)、 和/或其它儲(chǔ)能裝置可連接到第二發(fā)電機(jī)104，用于接收和儲(chǔ)存來自第二發(fā)電機(jī)104的電。 同樣地，如圖5所示，一個(gè)或多個(gè)氣瓶114或其它儲(chǔ)存器可連接到壓縮機(jī)106，用于接收和 儲(chǔ)存來自壓縮機(jī)106的空氣或其它的加壓流體。然后來自這些能量儲(chǔ)存裝置的能量可用于 多種任務(wù)。例如，來自電池112的能量可用于向節(jié)距控制促動(dòng)器M或116、加熱器，例如齒 輪箱油加熱器118、和/或其它輔助裝置供電。同樣，來自氣瓶114的能量可用于向氣動(dòng)馬 達(dá)120、電池充電器122、手動(dòng)工具IM和/或其它裝置提供能量。能量還可直接自第二發(fā) 電機(jī)104和/或壓縮機(jī)106向這些負(fù)載提供。上文公開的技術(shù)提供了優(yōu)于常規(guī)方法的各種優(yōu)點(diǎn)。例如，輔助能源從制動(dòng)盤102 輪吸收最小的扭矩，大部分扭矩然后被輸送到發(fā)電機(jī)16，發(fā)電機(jī)16發(fā)電用于電網(wǎng)。即使當(dāng) 發(fā)電機(jī)16脫機(jī)時(shí)這些輔助能源也可提供能量。在第二發(fā)電機(jī)104的輸出用于對(duì)電池再充 電的情況下，此儲(chǔ)存的能量以后能用于提供能量用于各種目的，包括節(jié)距控制促動(dòng)器M或 116和齒輪箱油加熱118。這種加熱在極冷的天氣下對(duì)使風(fēng)力渦輪機(jī)2準(zhǔn)備發(fā)電尤其重要， 且因此能幫助快速使風(fēng)力渦輪機(jī)2發(fā)電，因而增加了渦輪機(jī)2的總發(fā)電量。在壓縮機(jī)106 的輸出用于壓縮空氣的情況下，此儲(chǔ)存的能量以后能用于向維護(hù)風(fēng)力渦輪機(jī)2的手工工具提供能量。由于壓縮氣驅(qū)動(dòng)的手工工具1 相對(duì)較輕，本公開內(nèi)容的此方面避免了人工攜 帶重型工具上塔架4進(jìn)入機(jī)艙6的需要。 應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是上文所述的實(shí)施例，且特別地任何“優(yōu)選”實(shí)施例，只是在本文陳述用 于提供本技術(shù)各個(gè)方面清楚理解的各種實(shí)施方式的實(shí)例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可在基本上不偏 離由所附權(quán)利要求書的適當(dāng)構(gòu)造所限定的保護(hù)范圍下更改這些實(shí)施例中的許多實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力渦輪機(jī)0)，包括 塔架G)，其用于支承機(jī)艙(6)；齒輪箱(14)，其連接到設(shè)置于所述機(jī)艙(6)中的發(fā)電機(jī)(16)；多個(gè)葉片(10)，其用于旋轉(zhuǎn)所述齒輪箱(14)和驅(qū)動(dòng)所述發(fā)電機(jī)(16)；制動(dòng)盤(102)，其用于阻止所述齒輪箱(14)和所述發(fā)電機(jī)(16)其中至少一個(gè)的旋轉(zhuǎn)；以及輔助能源(104、106)，其由所述制動(dòng)盤(10 驅(qū)動(dòng)，用于產(chǎn)生能量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中所述輔助能源包括第二發(fā)電機(jī)(104)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中所述第二發(fā)電機(jī)(104)接合所述制動(dòng)盤 (102)。
4.根據(jù)權(quán)利要求書2或3所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中所述第二發(fā)電機(jī)(104)和所述制動(dòng) 盤(106)中的其中一個(gè)包括電樞(108)，且所述第二發(fā)電機(jī)和所述制動(dòng)盤中的另一個(gè)包括 磁場電感器(110)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中所述第二發(fā)電機(jī)(104)包 括電樞(108)，且所述制動(dòng)盤(106)包括至少一個(gè)永久磁體(110)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中所述輔助能源包括壓縮機(jī)(106)。
7.一種齒輪箱系統(tǒng)(100)，包括 制動(dòng)盤(102)；和輔助能源(104、106)，其由所述制動(dòng)盤(10 驅(qū)動(dòng)，用于產(chǎn)生能量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的齒輪箱系統(tǒng)(100)，其中所述能源選自包括發(fā)電機(jī)(104)和 壓縮機(jī)(106)的組。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述齒輪箱系統(tǒng)，其還包括能量儲(chǔ)存裝置(112、114)，其連接到 所述輔助能源(104、106)，用于接收和儲(chǔ)存來自所述輔助能源(104、106)的能量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的齒輪箱系統(tǒng)，其中所述能源儲(chǔ)存裝置選自包括下列源的組， 所述源選自包括電池(112)、電容器和氣瓶(114)的組。
全文摘要
本發(fā)明涉及風(fēng)力渦輪機(jī)制動(dòng)產(chǎn)生能量，風(fēng)力渦輪機(jī)(2)包括塔架(4)，其用于支承機(jī)艙(6)；齒輪箱(14)，其連接到設(shè)置于機(jī)艙(6)內(nèi)的發(fā)電機(jī)(16)；多個(gè)葉片(10)，用于旋轉(zhuǎn)該齒輪箱(14)和驅(qū)動(dòng)該發(fā)電機(jī)(16)；制動(dòng)盤(102)，其用于阻止齒輪箱(14)和發(fā)電機(jī)(16)中至少一個(gè)的旋轉(zhuǎn)；以及輔助能源(104、106)，其由所述制動(dòng)盤(102)驅(qū)動(dòng)，用于產(chǎn)生能量。
文檔編號(hào)F03D9/02GK102116258SQ201010624680
公開日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者A·D·加德雷, B·S·巴格帕利 申請(qǐng)人:通用電氣公司