用于风力涡轮机的转子和风力涡轮机制造技术

本发明专利技术涉及用于风力涡轮机的转子和风力涡轮机。风力涡轮机的转子包括：叶片；轮毂；构造成绕叶片纵向轴线且相对轮毂可旋转地支撑叶片的变桨轴承；将闪电电流从叶片传到轮毂的一个或多个金属弧形件，其中金属弧形件中的每一个包括相应地电气和机械连接到叶片和轮毂的第一和第二弧形部分及连接两者的弯曲部分，其中金属弧形件中的每一个构造成使得当叶片相对轮毂旋转时第一弧形部分相对第二弧形部分移位，且第一弧形部分长度以第二弧形部分长度增大或减小为代价减小或增大。使该一个或多个金属弧形件各自在其第一和第二弧形部分处相应地电气和机械连接到叶片和轮毂允许绕过变桨轴承将闪电电流从叶片传到轮毂。因此避免了变桨轴承被闪电电流损坏。

【技术实现步骤摘要】
用于风力涡轮机的转子和风力涡轮机
本专利技术涉及一种用于风力涡轮机的转子和该风力涡轮机。
技术介绍
防雷是风力涡轮机设计中的最大挑战之一。风力涡轮机通常是当地环境中最高的结构，尤其是在海上风电场中。因此，被闪电击中的可能性非常高。闪电主要打击风力涡轮机的最高点，该最高点通常是叶片。闪电电流需要在风力涡轮机的各个旋转部分之间传递。例如，流过叶片的闪电电流需要经由轮毂、机舱和塔架来传送到地面。通常，叶片被可旋转地连接到轮毂，轮毂被可旋转地连接到机舱，并且机舱被可旋转地连接到塔架。由于这些部分相对于彼此旋转，因此用于传导闪电电流的电缆在大多数情况下是不适合的。处于叶片与轮毂的连接处的变桨轴承（pitchbearing）是需要改进的防雷系统的关键部件之一。照常规，例如，碳刷被用于绕过轴承传导闪电电流。然而，这些刷是迅速磨损的滑动部件。因此，它们需要频繁地更换，这是费时且消耗成本的。可替代地，应用火花隙。然而，它们具有如下缺点，即：叶片趋于积累静电。如果未提供足够的接地，则这会导致飞弧的风险。可替代地，闪电电流从叶片引下导体通过高压电缆传递，该高压电缆穿过变桨轴承的内圈的中心处的开口。然而，通过该高压电缆的闪电电流会在轮毂内产生巨大的磁场。这可能会损坏轮毂内的电子部件。另一种常规方法是直接通过轴承传递闪电电流。然而，这会导致损坏轴承的高风险。在启动风力涡轮机的操作之后更换轴承是非常昂贵且耗时的过程。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种用于风力涡轮机的改进的转子以及一种改进的风力涡轮机。因此，提供了一种用于风力涡轮机的转子。该转子包括叶片和轮毂。该转子还包括变桨轴承，该变桨轴承构造成绕该叶片的纵向轴线并且相对于该轮毂可旋转地支撑该叶片。此外，该转子包括一个或多个金属弧形件，其用于将闪电电流从叶片传导到轮毂。该一个或多个金属弧形件中的每一个包括第一弧形部分，该第一弧形部分电气和机械地连接到该叶片。该一个或多个金属弧形件中的每一个包括第二弧形部分，该第二弧形部分电气和机械地连接到该轮毂。此外，该一个或多个金属弧形件中的每一个都包括连接第一和第二弧形部分的弯曲部分。该一个或多个金属弧形件中的每一个被构造成使得当叶片相对于轮毂旋转时，该第一弧形部分相对于该第二弧形部分移位，并且以该第二弧形部分的长度的增大或减小为代价，该第一弧形部分的长度减小或增大。这允许绕过变桨轴承将闪电电流从叶片传导到轮毂，并且仍然允许叶片相对于轮毂旋转。特别地，所述金属弧形件为闪电电流提供了低阻抗路径。因此，避免了变桨轴承被闪电电流损坏。此外，具有所述一个或多个金属弧形件避免了如碳刷中的滑动部件。因此，所述金属弧形件的寿命远大于碳刷的寿命。另外，还防止了由于闪电电流导致的轮毂内部的高磁场。风力涡轮机是将风的动能转换成电能的设备。例如，风力涡轮机包括具有一个或多个所述叶片以及一个或多个所述变桨轴承的转子。每个叶片都借助于变桨轴承中的一个来可旋转地连接到轮毂。该轮毂被连接到包括发电机的机舱。风力涡轮机还包括塔架，该塔架在其顶端处保持该机舱。风力涡轮机的塔架可经由过渡件来连接到风力涡轮机的基础，例如海床中的单桩。所述一个或多个金属弧形件特别地由柔性金属制成。所述一个或多个金属弧形件例如由弹簧钢制成。例如，所述转子包括覆盖360度的一个金属弧形件、各自覆盖180度的两个半圆金属弧形件、各自覆盖120度的三个金属弧形件或者各自覆盖90度的四个金属弧形件。所述金属弧形件特别是沿叶片的周界布置。例如，该叶片的周界是叶片的外周界。所述第二弧形部分例如平行于所述第一弧形部分布置。然后，当叶片相对于轮毂旋转时，所述一个或多个金属弧形件中的每一个的第一弧形部分相对于第二弧形部分移位，使得第一弧形部分和第二弧形部分保持彼此平行。根据一个实施例，所述一个或多个金属弧形件中的每一个被构造成使得在所述叶片相对于所述轮毂的初始旋转状态下，所述第一弧形部分的长度等于所述第二弧形部分的长度，并且在偏离所述初始旋转状态的所述叶片相对于所述轮毂的旋转状态下，所述第一弧形部分的长度不同于所述第二弧形部分的长度。在叶片的初始旋转状态下具有相等长度的所述一个或多个金属弧形件的第一和第二弧形部分提供了金属弧形件的对称且稳固的构造，以及它们与叶片和轮毂的电气和机械连接。叶片相对于轮毂的初始旋转状态特别是对应于为零的叶片桨距角。根据另一实施例，所述一个或多个金属弧形件中的每一个的第一弧形部分包括连接到所述弯曲部分的主体部分，所述弯曲部分和主体部分可相对于叶片自由地移动。此外，所述一个或多个金属弧形件中的每一个的第一弧形部分包括连接到该主体部分的端部部分，该端部部分被固定地连接到叶片。此外，该主体部分和端部部分两者都电连接到叶片。而且，所述一个或多个金属弧形件中的每一个的第二弧形部分包括连接到所述弯曲部分的主体部分，所述弯曲部分和主体部分可相对于轮毂自由地移动。此外，所述一个或多个金属弧形件中的每一个的第二弧形部分包括连接到该主体部分的端部部分，该端部部分被固定地连接到轮毂，并且该主体部分和端部部分两者都被电连接到轮毂。具有可自由移除的主体部分以及固定地连接的端部部分允许将所述一个或多个金属弧形件牢固地固定到叶片和轮毂，并且同时，允许叶片在大角度范围内相对于轮毂旋转。在实施例中，对于所述一个或多个金属弧形件中的每一个的第一和第二弧形部分中的每一个而言，在叶片相对于轮毂的初始旋转状态下，所述主体部分大于所述端部部分。特别地，对于所述一个或多个金属弧形件中的每一个的第一和第二弧形部分中的每一个而言，与所述端部部分相比，所述主体部分覆盖金属弧形件的较大弧段。例如，在初始旋转状态下，所述主体部分沿弧的长度包括第一/第二弧形部分的超过70%、超过80%、超过90%、超过95%。根据另一实施例，所述叶片包括叶片根部部段，并且所述一个或多个金属弧形件中的每一个的第一弧形部分被电气和机械地连接到所述叶片根部部段。根据另一实施例，所述一个或多个金属弧形件沿所述叶片的外周界布置。使所述一个或多个金属弧形件沿叶片的外周界布置允许更好地防止由于通过金属弧形件的闪电电流而导致的轮毂内的高磁场。特别地，所述一个或多个金属弧形件沿圆柱形的叶片根部部段的外周界布置。根据另一实施例，所述叶片在其中空内部中包括内部导电环，用于与所述叶片的一个或多个引下导体连接。该内部导电环与所述一个或多个金属弧形件中的每一个的第一弧形部分电连接。具有该内部导电环允许将来自叶片、例如来自叶片引下导体的闪电电流均匀地分配到所述一个或多个金属弧形件的一个或多个第一弧形部分。该内部导电环特别地被连接到形成叶片的内腔的叶片壳体的内壁。该内部导电环特别是沿该内壁的整个周界连接到该内壁。该内部导电环特别是由金属制成。例如，所述一个或多个引下导体可被分开并且在内部导电环的各个位置处连接到该内部导电环。根据另一实施例，借助于从叶片内部延伸到叶片外部的导电元件，所述叶片的内部导电环与所述一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于风力涡轮机（1）的转子（2），包括：/n叶片（3），/n轮毂（4），/n变桨轴承（5），其被构造成绕所述叶片（3）的纵向轴线（L）并且相对于所述轮毂（4）可旋转地支撑所述叶片（3），以及/n一个或多个金属弧形件（13），其用于将闪电电流（I）从所述叶片（3）传导到所述轮毂（4），/n其中，所述一个或多个金属弧形件（13）中的每一个包括：/n第一弧形部分（14、14'、14''），其电气和机械地连接到所述叶片（3），/n第二弧形部分（15、15'、15''），其电气和机械地连接到所述轮毂（4），以及/n弯曲部分（16、16'、16''），其连接所述第一弧形部分（14、14'、14''）和所述第二弧形部分（15、15'、15''），以及/n其中，所述一个或多个金属弧形件（13）中的每一个被构造成使得当所述叶片（3）相对于所述轮毂（4）旋转时，所述第一弧形部分（14、14'、14''）相对于所述第二弧形部分（15、15'、15''）移位，并且以所述第二弧形部分（15、15'、15''）的长度（L2、L2'、L2''）的增大或减小为代价，所述第一弧形部分（14、14'、14''）的长度（L1、L1'、L1''）减小或增大。/n...

【技术特征摘要】
20190527 EP 19176665.81.一种用于风力涡轮机（1）的转子（2），包括：
叶片（3），
轮毂（4），
变桨轴承（5），其被构造成绕所述叶片（3）的纵向轴线（L）并且相对于所述轮毂（4）可旋转地支撑所述叶片（3），以及
一个或多个金属弧形件（13），其用于将闪电电流（I）从所述叶片（3）传导到所述轮毂（4），
其中，所述一个或多个金属弧形件（13）中的每一个包括：
第一弧形部分（14、14'、14''），其电气和机械地连接到所述叶片（3），
第二弧形部分（15、15'、15''），其电气和机械地连接到所述轮毂（4），以及
弯曲部分（16、16'、16''），其连接所述第一弧形部分（14、14'、14''）和所述第二弧形部分（15、15'、15''），以及
其中，所述一个或多个金属弧形件（13）中的每一个被构造成使得当所述叶片（3）相对于所述轮毂（4）旋转时，所述第一弧形部分（14、14'、14''）相对于所述第二弧形部分（15、15'、15''）移位，并且以所述第二弧形部分（15、15'、15''）的长度（L2、L2'、L2''）的增大或减小为代价，所述第一弧形部分（14、14'、14''）的长度（L1、L1'、L1''）减小或增大。


2.根据权利要求1所述的转子，
其特征在于，所述一个或多个金属弧形件（13）中的每一个被构造成使得在所述叶片（3）相对于所述轮毂（4）的初始旋转状态（19）下，所述第一弧形部分（14、14'、14''）的长度（L1）等于所述第二弧形部分（15、15'、15''）的长度（L2），并且在偏离所述初始旋转状态（19）的所述叶片（3）相对于所述轮毂（4）的旋转状态（20、21）下，所述第一弧形部分（14、14'、14''）的长度（L1'、L1''）不同于所述第二弧形部分（15、15'、15''）的长度（L2'、L2''）。


3.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于：
所述一个或多个金属弧形件（13）中的每一个的所述第一弧形部分（14、14'、14''）包括：
主体部分（38），其连接到所述弯曲部分（16、16'、16''），所述弯曲部分（16、16'、16''）和所述主体部分（38）可相对于所述叶片（3）自由地移动，以及
端部部分（39），其连接到所述主体部分（38），所述端部部分（39）被固定地连接到所述叶片（3），并且所述主体部分（38）和所述端部部分（39）两者均被电连接到所述叶片（3）；以及
所述一个或多个金属弧形件（13）中的每一个的所述第二弧形部分（15、15'、15''）包括：
主体部分（38），其连接到所述弯曲部分（16、16'、16''），所述弯曲部分（16、16'、16''）和所述主体部分（38）可相对于所述轮毂（4）自由地移动，以及
端部部分（39），其连接到所述主体部分（38），所述端部部分（39）被固定地连接到所述轮毂（4），并且所述主体部分（38）和所述端部部分（39）两者均被电连接到所述轮毂（4）。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的转子，
其特征在于，所述叶片（3）包括叶片根部部段（9），并且所述一个或多个金属弧形件（13）中的每一个的所述第一弧形部分（14、14'、14''）被电气和机械地...

【专利技术属性】
技术研发人员：A德瓦拉吉，S苏莱曼，
申请(专利权)人：西门子歌美飒可再生能源公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK