具有設(shè)置于主軸內(nèi)的電纜支撐系統(tǒng)的風力渦輪機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種風力渦輪機，其包括:
[0002]-具有至少一頂端的風力渦輪機塔架；
[0003]-機艙，其設(shè)置在該風力渦輪機塔架的頂端，其中該機艙包括至少一傳動系統(tǒng)，該傳動系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生電能輸出的至少一發(fā)電機；
[0004]-轉(zhuǎn)子，其包括用于可轉(zhuǎn)動地連接至機艙的轉(zhuǎn)子輪轂，例如通過用于傳遞來自該轉(zhuǎn)子的重量以及作用于該轉(zhuǎn)子的風力載荷的軸承組件，其中該轉(zhuǎn)子進一步包括安裝至該轉(zhuǎn)子輪轂的至少一塊風力渦輪機葉片，并且該風力渦輪機葉片具有通過氣動外形連接至葉根的尖$而;以及
[0005]-可旋轉(zhuǎn)主軸，其一端連接至該轉(zhuǎn)子輪轂，并且其另一端直接連接至該發(fā)電機，用于至少將來自轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩傳遞向傳動系統(tǒng)，其中該主軸包括連通兩端開口的孔，在該孔中設(shè)置有電纜支撐系統(tǒng)，用于夾持任意數(shù)量的電纜，例如電力電纜或數(shù)據(jù)電纜，這些電纜至少延伸穿過該主軸。
[0006]本發(fā)明還涉及一種用于風力渦輪機的電纜支撐系統(tǒng)的組裝方法，其中該組裝方法包括以下步驟:
[0007]-相對于至少一個支撐元件，設(shè)置任意數(shù)量的電纜，例如電力電纜或數(shù)據(jù)電纜；
[0008]-將該電纜支撐系統(tǒng)置于主軸通孔內(nèi)；以及
[0009]-將該電纜支撐系統(tǒng)的至少第一端元件以及第二端元件安裝至該主軸。
【背景技術(shù)】
[0010]眾所周知，風力渦輪機具有大型氣動設(shè)計葉片，用于捕捉經(jīng)過風力渦輪機的來風。通常將兩塊或三塊風力渦輪機葉片連接至轉(zhuǎn)子輪轂，該轉(zhuǎn)子輪轂繞主軸的中央軸旋轉(zhuǎn)，該主軸連接至機艙的傳動系統(tǒng)。轉(zhuǎn)子通過設(shè)置在機艙與轉(zhuǎn)子之間的接口，例如轉(zhuǎn)動軸承組件，由機艙來支撐。該接口被設(shè)計用于將轉(zhuǎn)子的重量以及作用在轉(zhuǎn)子上的載荷傳遞至機艙的，并由此傳遞至風力渦輪機塔架。轉(zhuǎn)子輪轂連接至相對彈性的主軸，該主軸延伸穿過發(fā)電機。該主軸被設(shè)計主要用于將轉(zhuǎn)矩傳遞至位于機艙內(nèi)的傳動系統(tǒng)。
[0011]現(xiàn)今的風力渦輪機葉片通常具有任意數(shù)量的、沿葉片長度設(shè)置的傳感器，如載荷傳感器或風速傳感器。葉片或其一部分可進一步連接至變槳距機構(gòu)，用于改變?nèi)~片或葉片部分的槳距至所需的槳距角。這些傳感器和變槳距機構(gòu)連接至任意數(shù)量的電力和/或控制電纜，這些電纜延伸穿過主軸的中央孔或鏜孔。然而，在運行期間，主軸會扭轉(zhuǎn)高達2度，這意味著電纜承受可能會造成故障的載荷和應力。另外，電纜需要固定在相對穩(wěn)定的位置，使得這些電纜不會扭轉(zhuǎn)或與以額定轉(zhuǎn)速，例如每分鐘旋轉(zhuǎn)14圈的轉(zhuǎn)速的主軸接觸。這會改變電纜的特性或損壞電纜的絕緣層。
[0012]美國專利US 4757211 A公開了一個可選實施例為，教導使用一種不延伸穿過發(fā)電機的主軸。轉(zhuǎn)子輪轂包括一圓柱形框架部分，機艙的錐形框架部分的自由端位于該圓柱形框架部分之中。錐形框架部分剛性連接至機艙外殼的其余部分。在這兩個框架部分之間設(shè)置兩個環(huán)形軸承單元，使得轉(zhuǎn)子輪轂的結(jié)構(gòu)載荷由機艙來承載。主軸連接至轉(zhuǎn)子輪轂中的安裝法蘭，并延伸穿過錐形框架部分的中央孔。主軸的另一端耦合至齒輪箱單元，該齒輪箱單元通過撓性聯(lián)軸節(jié)連接至發(fā)電機。該發(fā)電機和齒輪箱單元必須安裝至位于外殼的減振元件，以便補償通過主軸傳遞的振動和彎矩。減振元件還可以用于補償傳動系統(tǒng)的任意偏差。然而，這些元件承受相當大的磨損，必須每三至五年更換，這增加了維護成本和停機時間。當模擬風力渦輪機經(jīng)受的應力和載荷時，這些減振元件進一步引入可變元件，并且這會使得更難預測風力渦輪機的部件所經(jīng)受的應力和載荷值。
[0013]該結(jié)構(gòu)中的主軸包括中央通孔，該中央通孔的內(nèi)徑允許轉(zhuǎn)子輪轂繞位于該通孔內(nèi)的管旋轉(zhuǎn)。該管從轉(zhuǎn)子輪轂向外伸出，并承載用于風向標的電纜，該風向標位于管的端部。電纜松弛地設(shè)置在管內(nèi)，由此使得灰塵、水分或水通過位于轉(zhuǎn)子輪轂外側(cè)的開口進入機艙。該管僅能夠承載通向風向標的電纜，因為用于葉片以及變槳距機構(gòu)的傳感器電纜由于其伸出轉(zhuǎn)子輪轂以外而不能設(shè)置在管內(nèi)。
[0014]其他風力渦輪機使用剛性支撐軸形式的主軸，該剛性支撐軸被設(shè)計用于將轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)子的重量和載荷傳遞至機艙。在國際公布號為WO 2012/052023 Al的PCT國際申請中公開了這樣一種風力渦輪機，其具有傳動系輸送系統(tǒng)，包括延伸穿過發(fā)電機和齒輪箱單元的中空發(fā)電機軸。該發(fā)電機軸隨即耦合至主軸，該主軸通過齒輪箱單元連接至轉(zhuǎn)子輪轂。中空發(fā)電機軸允許液壓管和電纜被引導穿過發(fā)電機和主軸并進入轉(zhuǎn)子輪轂。這兩條軸具有不同的內(nèi)徑，這意味著電纜和管必須被支撐在更大的主軸內(nèi)；另外在運行期間，管和電纜能夠繞正在旋轉(zhuǎn)的軸內(nèi)側(cè)自由移動。這增加了管或電纜撞擊主軸內(nèi)表面的風險，可能造成液壓管的故障或滲漏。
[0015]歐洲專利EP 2078856 A2公開了一種設(shè)置在風力渦輪機主軸內(nèi)側(cè)的電纜固定系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)包括位于主軸兩端的細長支撐元件。若干條電線懸吊在兩個支撐元件之間，并通過使用位于其中一個支撐元件上的拉緊裝置來張緊。電纜連接至若干沿電線長度分布的集電環(huán)或滾子軸承。支撐元件牢固地連接至主軸的端部法蘭，使得電纜固定系統(tǒng)隨主軸旋轉(zhuǎn)。盡管電纜懸吊在沿主軸長度的若干點上，在運行期間電纜由于重力仍可能在這些點之間移動或彎曲。這會引起電纜撞擊主軸內(nèi)表面、或損壞、或滑出一個或多個點處的固定。
[0016]歐洲專利EP 1921310 Al公開了一種耦合至轉(zhuǎn)子的齒輪箱，其中，中空軸延伸穿過齒輪箱，由此允許電力電纜被引導穿過中空軸。電纜固定在設(shè)置于軸內(nèi)側(cè)若干點的電纜支撐處，電纜支撐系統(tǒng)為板或肋狀物。這種板或肋狀物可隨軸的變形而彎曲或扭轉(zhuǎn)，由此對電纜產(chǎn)生更多的磨耗。另外，由于電纜僅在若干點處被支撐，電纜能夠彎曲或移動，因此有電纜會撞擊軸的內(nèi)表面的風險。
[0017]發(fā)明目的
[0018]本發(fā)明的目的在于提供一種風力渦輪機，其改進了上述的現(xiàn)有技術(shù)缺點。
[0019]本發(fā)明的目的在于提供一種電纜支撐系統(tǒng)，其減小電纜上的載荷和應力。
[0020]本發(fā)明的目的在于提供一種電纜支撐系統(tǒng)，其沿主軸長度支撐電纜。
[0021]本發(fā)明的目的在于提供一種組裝電纜支撐系統(tǒng)的方法，其允許實現(xiàn)一種快速簡單的裝配。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022]本發(fā)明的目的可通過一種風力渦輪機來實現(xiàn)，其特別之處在于該電纜支撐系統(tǒng)包括至少一個支撐元件，例如支撐桿，其具有至少對應于主軸長度的長度，其中支撐元件具有任意數(shù)量的容置子元件，例如凹槽，該容置子元件沿支撐元件軸向延伸，并用于容納并夾持電纜，并且該電纜支撐系統(tǒng)進一步包括至少一條沿主軸長度延伸的外管，支撐元件設(shè)置在該外管內(nèi)。
[0023]這提供了一種用于風力渦輪機的電纜支撐系統(tǒng)，其保持電纜沿主軸的整個長度處于穩(wěn)定的位置。這防止電纜在運行期間移動或撓曲，從而減少電纜經(jīng)受的應力，并降低電纜特性由于疲勞而隨時間變化的風險。這種結(jié)構(gòu)很好地適用于各種類型的風力渦輪機，這些風力渦輪機在風力渦輪機葉片上或其內(nèi)部設(shè)置有任意數(shù)量的傳感器，例如載荷傳感器、位移傳感器、壓力傳感器、振動傳感器、或類似物。這種結(jié)構(gòu)還很好地適用于包括可變槳距風力渦輪機葉片(其中整個葉片變槳距)或局部可變槳距的風力渦輪機葉片(其中僅葉片的一部分變槳距)的風力渦輪機。
[0024]電纜可能包括:用于驅(qū)動變槳距機構(gòu)、傳感器、或位于轉(zhuǎn)子或葉片內(nèi)的照明設(shè)備的電力電纜；用于在風力渦輪機的傳感器與控制器之間傳送控制信號的數(shù)據(jù)電纜；或連接至位于轉(zhuǎn)子輪轂和/或風力渦輪機葉片內(nèi)的其他類型的電子部件的其他類型電纜。這些電纜可設(shè)置為任意數(shù)量的束，該束包括至少兩條電纜。這些電纜的另一端可連接至電源或電路和/或位于機艙的控制器。
[0025]術(shù)語“主軸”定義為可旋轉(zhuǎn)軸，用于至少將轉(zhuǎn)矩從轉(zhuǎn)子直接或間接地，例如通過中間轉(zhuǎn)軸或發(fā)電機軸，傳遞至傳動系統(tǒng)的發(fā)電機。傳動系統(tǒng)可進一步包括設(shè)置在發(fā)電機與主軸之間的齒輪箱單元，用于將主軸相對慢速的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)橹虚g軸或發(fā)電機軸更快速的旋轉(zhuǎn)，該中間軸或發(fā)電機軸連接至發(fā)電機的轉(zhuǎn)子組件。本發(fā)明特別適用于直接驅(qū)動式風力渦輪機，即在該風力渦輪機中省略了齒輪箱單元并且轉(zhuǎn)子例如通過主軸直接耦合至發(fā)電機。
[0026]轉(zhuǎn)子輪轂的結(jié)構(gòu)框架可通過旋轉(zhuǎn)聯(lián)軸節(jié)，例如一個、兩個或多個軸承系統(tǒng)連接至機艙結(jié)構(gòu)框架，即主框架。轉(zhuǎn)子輪轂可包括設(shè)置在轉(zhuǎn)子輪轂內(nèi)的轉(zhuǎn)子梁或類似的結(jié)構(gòu)框架。轉(zhuǎn)子梁或結(jié)構(gòu)框架可用于承受轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)載荷以及作用于轉(zhuǎn)子上的動態(tài)風力載荷。轉(zhuǎn)子輪轂以及轉(zhuǎn)子梁或結(jié)構(gòu)框架可包括朝向機艙的開口，以及安裝法蘭，該安裝法蘭用于安裝位于轉(zhuǎn)子輪轂前端的主軸，例如在連通至該開口的空腔底部。該空腔用于容納主軸和/或機艙結(jié)構(gòu)框架的自由端部分。然后載荷可通過軸承系統(tǒng)傳遞至機艙的主機架，并例如通過偏航機構(gòu)進一步傳遞至塔架結(jié)構(gòu)上。然后主軸可用于主要將轉(zhuǎn)矩從轉(zhuǎn)子傳遞至發(fā)電機。這可以減小主軸的尺寸和重量，由此節(jié)省成本。
[0027]在另一種結(jié)構(gòu)中，可省略內(nèi)轉(zhuǎn)子梁或結(jié)構(gòu)框架，并且轉(zhuǎn)子輪轂的外殼可用于承受轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)載荷以及作用在轉(zhuǎn)子上的動態(tài)風力載荷。在這種結(jié)構(gòu)中，安裝法蘭可位于朝向機艙的開口處。在這種結(jié)構(gòu)中，主軸可用于承受轉(zhuǎn)矩并可選擇性地承受彎矩，即轉(zhuǎn)子載荷和作用在轉(zhuǎn)子上的風力。
[0028]在另一種結(jié)構(gòu)中，主軸可為耦合至另一條軸的中間軸或發(fā)電機軸，該另一條軸用于同時承受轉(zhuǎn)矩和彎矩，如國際公布號為WO 2012/052023 Al的PCT國際申請所示。中間軸可