风力发电设备制造技术

风力发电设备（１０）包括：塔架（２６）和安装在塔架（２６）上并具有至少一个转子叶片（３２）的转子（１８），以及能量转换单元（２８），其特点是：旋转轴承，该旋转轴承的旋转平面（３０）位于至少大致水平的转子轴线（ｘ）与垂直塔架轴线（ｙ）之间；至少一个电动机（４２），其用于将转子（１８）连同能量转换单元（２８）一起从转子轴线（ｘ）至少大致沿水平方向延伸的第一位置旋转到转子轴线（ｘ）至少大致沿垂直方向延伸第二位置；以及引起转子（１８）连同能量转换单元（２８）一起从第一位置旋转到第二位置的装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及风力发电设备，其包括塔架和安装在塔架上并具有至少一个转子叶 片的的转子，以及用于从空气自然运动的动能中产生电力的能量转换单元。
技术介绍
使用风能来产生电力正日益变得重要。不过，这种环保型的电力产生方式的一个 技术难题在于风是不稳定的。使用风能时产生的一个问题是，要能够使用有时仅很弱地吹 过的风来发电，而这同时又会伴随着这样问题，即还会遇到非常高的风速，此时就必须关闭 风力发电设备以防止风的空气动力损坏它。然而，风力发电设备不仅会由于高风速而损坏， 而且还会由于风速的紊流强度而损坏。此时，紊流强度定义为风速变化的标准偏差与风速 平均值的商 — 对于地球上不受热带气旋影响且作为阵风峰值的风速不超过70m/s的区域，有可 以安全地保护发电设备免遭损坏的技术方案。在这些区域中，紊流强度随着风速的增加而 有规律地减小。在严重的飓风中，紊流强度的值显著地低于10%。 在发生热带气旋的区域中，情况则完全不同。如上一年中中国南部的风力场的经 验所显示的，如果气旋的风眼穿过风力场，则风力发电设备不能承受大到四和五级的气旋， 即60m/s以上的风速。在2006年，在浙江省，风力场的28个发电设备中的25个发电设备 被严重损坏，约IO个发电设备无法使用。其中转子叶片折断，机舱掉出它们的塔架，塔架突 然折断，塔架翼缘被撕开，以及甚至有基础被拉出地面。测到的最大风速为86m/s。大多数 风力发电设备仅设计用于60m/s的最大风速l，荷载的安全裕度为1.35。 上一年已显示出气旋的数量急剧增加，因此处于危险中的风力场会发生更大损坏 的危险性也在急剧上升。由于在全世界范围迅速地日益广泛地使用风力，在有发生气旋风 险的区域(例如印度、中国、中国台湾、日本等)也越来越多地在建造风力发电设备。 对于气旋来说很特殊的一点是，不仅风速在气旋的风眼壁中急剧上升，而且紊流 强度也同时增加到极高的程度。风速可达到90-100m/s，同时紊流值强度为60X。被这样 的横向于叶片的纵向轴线的空气运动击中的转子叶片不可能幸存而没有任何损坏。这样的 强紊流空气动力学激励在叶片结构中引起沿边缘和拍动方向的极大振动，这样的振动极可 能导致总体破坏。 相对于这样的高荷载来制定结构的尺寸会导致非常大的叶片重量，并且还会显著 地增加整个发电设备的成本，因而明显地降低成本经济性。 在有气旋危险的区域中已建造的海上发电设备的情形中还会存在一个特殊的问 题。因为它们建造在远离海岸的的水中，所以它们会在气旋的能量还未减小、风速仍很高时 就受到气旋的撞击。对于在这些区域中的更大量的海上风力场来时，每年很可能有相当大 的损坏。这是令人无法接受的，因为操作和维修成本将极大的增加，而且保险公司因此不会3为这样的项目承保，银行也不会投资这样的事业。 同时，也已有人建议采用不同的措施，这些措施在发生非常高的风荷载时将机舱的转子叶片和/或转子分别转移到风力发电设备的这些部件的迎风面积较小的位置，也因此处于风阻较低的位置。例如，DE 100 58 076 Al示出这样的发电设备，其在强风来袭时使 转子叶片垂直于风向成顺桨位置，并在风力增大时将转子从逆风位置转动到顺风位置。于 是发电设备就能跟着踪风，因此风阻对于整个发电设备来说最小。当考虑单独的转子叶片 时，尽管采取了这样的措施，但其仍可能根据转子位置而横向于纵向轴线地受风吹击。由于 气旋中的强紊流，结构仍然会有受到很强的激励。依旧很可能发生破坏。 从EP 0 709 571 A2已知的另一专利技术将带有两个叶片的转子的机舱转移到相对于 风向使该一个叶片从叶片末端受风吹击的位置。尽管明确地给出了减小荷载的方法，但在 实践中，该系统会由于其不稳定而不起作用。相对于叶片的纵向轴线偏离风向会产生附加 的力矩，主动风向跟踪单元必须以高度动态的方式修正该附加的力矩。如果无法足够快速 地实现这一点，则要将转子以与风向成直角地沿塔架的顺风方向转动的这些力矩将变得更 加巨大，且系统会不稳定地翻转。这样的结构也将无法幸存于发生气旋的情形。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种风力发电设备，其在如气旋中存在极限风速和紊 流时将转子叶片带到一相对于平均风向的位置，在该位置中，吹击转子叶片的风流基本上 只在叶片的纵向方向发生，并避免有危险的荷载激励的高负载横向流，并且即便当风向变 化时，转子自身也以稳定的方式自动地跟踪而进入低荷载位置，从而以这种方式将对于整 个发电设备的荷载减到最小。 本专利技术的目的由一种具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
风力发电设备（１０），所述风力发电设备包括：塔架（２６）和安装在所述塔架（２６）上并具有至少一个转子叶片（３２）的转子（１８），以及能量转换单元（２８），其特征在于，　　　　旋转轴承，所述旋转轴承的旋转平面（３０）位于至少大致水平的转子轴线（ｘ）与垂直塔架轴线（ｙ）之间；　　　　至少一个电动机（４２），所述电动机用于将所述转子（１８）连同所述能量转换单元（２８）一起从所述转子轴线（ｘ）至少大致沿水平方向延伸的第一位置旋转到所述转子轴线（ｘ）至少大致沿垂直方向延伸的第二位置；以及　　　　引起所述转子（１８）连同所述能量转换单元（２８）一起从所述第一位置旋转到所述第二位置的装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE 2007-4-25 102007019513.51所述特征的风力发电设备来实现。从属权利 要求给出了本发明的有利实施方式。 本发明的基本构思是提供一种风力发电设备，其中转子可从转子轴线x至少对准 成大致水平以用于发电的第一位置移动到保护风力发电设备免受作用在其上的过高空气 动力学风荷载的损坏的第二位置。根据本发明，在第二位置(停机位置)，转子采取与直升 机的情况相当的位置，其转子轴线布置成至少大致垂直。 通过在一旋转平面中使两个部件旋转过180。来实现上述操作所要求的大约 90°的转子轴线x的倾斜，上述旋转平面布置在第一位置中至少大致水平地布置的转子轴 线x与垂直塔架轴线y之间。 在这种情况下，较佳的是，转子相对于塔架旋转的旋转平面位于在第一位置中至 少大致水平的转子轴线x与垂直塔架轴线y之间的角平分线上，尤佳的是，转子轴线x与塔 架轴线x相交在旋转平面中。这确保转子轴线x与塔架轴线y在停机位置齐平地对准。 此外，设置成在超过了测量或预定的风速后才进行转子的旋转，可理解的是，如果例如有气旋作用的威胁的话，也可例如通过控制中心来手动地控制旋转。在这种情况下，例 如可以共同地控制组合成一组的若干个风力发电设备。 风力发电设备的能量转换单元较佳的是具有转子轴承、齿轮箱、发电机以及制动器。仅带有一个转子叶片和平衡重的转子是尤佳的。 最后，在一个较佳的实施方式中，根据本发明的风力发电设备还具有电力储存装4置，该电力储存装置储存发电设备工作期间产生的一部分电力，并使这些储存起来的电力 可在发电设备已关闭或电网不可用的情况下用来进行转子的旋转运动，以将转子从第一位 置旋转到第二位置。 作为一种替代方式，也可以由内燃机驱动的紧急发电机组来提供旋转过程所需要 的电力。附图说明 现将参照附图更详细地解释本发明，在附图中 图1示出用于保护风力发电设备免受由极大的风荷载引起的损坏的本发明原理 的图示； 图2示出根据本发明的一海上风力发电设备的尤佳示例性实施例的示意性图示； 以及 图3示出实现本发明的旋转运动所需的示例性旋转机构的示意性图示。具体实施方式 图1A示出说明用于保护风力发电设备免受由极大的风荷载所起的损坏的本发明 原理的示意性图示，参见两部件式头部支承装置20。头部支承装置20包括两个单独的部 件22、24，它们彼此独立且在一旋转平面30内彼此连接以使一个部件22可选对于另一部件 24旋转。借助于垂直轴承54，部件24可连接到风力发电设备的塔架26上。部件22连接 至能量转换单元28。 在本较佳实例中，能量转换单元28包括安装在转子轴承(未示出)中转子轴14、 齿轮箱50以及发电机52。不过，能量转换单元28也可仅包括一个转子轴承和一个发电机 52。 在所示的实例中的两个部件22、24可在其中相对彼此旋转的旋转平面30在本情 形下由至少大致水平的转子轴线x与垂直塔架轴线y之间的角平分线来形成。两根轴线x、 y的布置较佳的是选择成它们在旋转平面30中相交。这确保转子轴线x在第二位置中与塔 架轴线y齐平。不过，部件22、24不一定要相同，而是也可以具有不同的设计，只要确保部 件22能在部件24上旋转即可。传统上，塔架轴线y与转子轴线x之间的角度a在90°至 98°的范围内。这使得旋转平面30的有利角度13为45°至49° 。 图1B示出在第二位置中的风力发电设备且部件22相对于部件24扭转180° 。 由于作为风力发电设备机舱的一个组成部件的部件22载有风力发电设备的转子 18，所以通过转动部件22，可将转子18从通常用来进行发电的第一位置转动到附连在转子 18上的转子叶片32的纵向轴线z不再定向在至少大致垂直的平面内而定向为至少大致水 平的第二位置(直升机位置)。在这里的上下文中，本发明风力发电设备的转子18在本实 例中是单叶转子18，它带有转子毂12、单个转子叶片32以及转子叶片平衡重16。 图2以带有单叶转子18的海上风力发电设备10的一尤佳示例性实施例的形式来 阐明关于参照图1的说明的各个考虑的方面。海上风力发电设备io包括安装在基础上的 塔架26，布置在其上的机舱包括(如图l所示)两个部件22、24以及能量转换单元28，部 件24连接在风力发电设备的塔架26上。在这种情况下，部件24将经由垂直轴承54连接5到塔架26且较佳的是使其可转动，从而转子轴线x可朝向平均风向对准。 载有转子18的部件22连接至部件24，以使其可在旋转平面30中旋转。 在进行发电的第一位置中，本发明的风力发电设备的转子18将采取图2A中所示 的姿势，从而转子轴线对准成大致水平。在可能导致风力发电设备被损坏的高风速的情况 下，首先将转子18制动在水平的叶片位置，然后以与图1实例相似的方式相对于部件24旋 转部件22，...

【专利技术属性】
技术研发人员：S西格弗里德森，
申请(专利权)人：爱罗丁工程有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]