Ветровая энергетическая установка - RU2564734C2

Чертежи

Показать все 13 чертежа(ей)

Описание

Настоящее изобретение относится к ветровой энергетической установке. Кроме того, настоящее изобретение относится к держателю модулей, ступицы ротора, держателя машины, конструкции генератора, крепежной цапфы, конструкции гондолы и гондоле ветровой энергетической установки. Настоящее изобретение относится также к способу монтажа ветровой энергетической установки и способу эксплуатации ветровой энергетической установки.

Ветровые энергетические установки общеизвестны и включают в себя по существу башню и гондолу, снабженную аэродинамическим ротором с лопастями ротора, а также электрический генератор. На фиг.1 показана такая принципиальная конструкция ветровой энергетической установки.

Ветровые энергетические установки применяются для генерирования электрической энергии из ветра. Так как у ветровой энергетической установки не возникает затрат на первичную энергию, то есть ветер, затраты на генерирование электрической энергии зависят от стоимости закупки и от эксплуатации ветровой энергетической установки. Для повышения использования энергии ветра могут строиться более крупные ветровые энергетические установки. Такие более крупные ветровые энергетические установки приводят, однако, как правило, к повышенным затратам на приобретение и эксплуатацию, размер которых, как правило, возрастает в той мере, в какой происходит целенаправленное повышение использования энергии ветра. Часто затраты на такую более крупную ветровую энергетическую установку повышаются даже сильнее. Таким образом, с помощью более крупных ветровых энергетических установок может достигаться более эффективное использование энергии ветра в месте установки, но при этом в конечном итоге не обеспечивается производство электрической энергии с меньшими затратами.

Задачей настоящего изобретения является, таким образом, устранение вышеназванных проблем, в частности, улучшение использования энергии ветра. По меньшей мере должно быть предложено одно альтернативное решение.

В соответствии с изобретением предлагается держатель модулей по п. 1 формулы изобретения. Такой держатель модулей предусмотрен, таким образом, для крепления электрических модулей к ступице ротора ветровой энергетической установки. Такие электрические модули применяются для управления одним или несколькими приводами поворота лопастей ветровой энергетической установки. В частности, у ветровой энергетической установки, снабженной несколькими лопастями ротора, соответственно предусмотрено несколько приводов поворота лопастей. Привод поворота лопастей - это привод, который переставляет угол установки лопасти ротора относительно ветра, что также называется регулированием угла поворота (питч-регулирование). Предусмотрен по меньшей мере один привод поворота лопастей для каждой лопасти ротора. У ветровой энергетической установки, снабженной тремя лопастями ротора, предусмотрены, таким образом, три привода поворота лопастей. При применении двух или более приводов поворота лопастей на одну лопасть ротора, как, например, предлагается в целях редундантности для повышения отказоустойчивости, может быть соответственно предусмотрено большее количество приводов поворота лопастей.

Приводы поворота лопастей необходимо соответствующим образом настраивать, и для этого могут быть предусмотрены следующие электрические модули.

Модуль трансформатора предусмотрен, чтобы снабжать приводы поворота лопастей электрической энергией, а именно преобразовывать предусмотренную электрическую энергию внешней снабжающей сети таким образом, в частности понижать напряжение, чтобы она была пригодна для настройки приводов поворота лопастей. Может быть достаточно предусмотреть один модуль трансформатора для всех приводов поворота лопастей, так чтобы был необходим только один трансформатор. Конечно, могут быть также предусмотрены несколько модулей трансформатора.

Кроме того, может быть предусмотрен модуль вторичного распределения, который, в частности, распределяет цифровую информацию на каждый привод поворота лопастей. В частности, значения центрального управления или заданные значения, такие как, например, подлежащий регулированию угол лопасти ротора, который может быть действительным для всех лопастей ротора, может задаваться центральным блоком управления и через модуль вторичного распределения передаваться приводам поворота лопастей. Эта передача может осуществляться непосредственно приводу поворота лопастей, или же блоку управления, соотнесенному соответственно с приводом поворота лопастей. Такой блок управления может быть помещен в модуле регулирования лопасти. При этом такой модуль регулирования лопасти предусмотрен, в частности, соответственно для каждого привода поворота лопастей, по меньшей мере для каждой лопасти ротора.

Кроме того, может быть предусмотрен релейный модуль лопасти для каждой лопасти ротора. Такой релейный модуль лопасти может выполнять электрические переключения. К ним относится переключение с традиционного управления, основанного на сети внешнего электроснабжения, на управление, основанное на электрическом аварийном аккумуляторе. Релейный модуль лопасти обычно предусмотрен также соответственно для каждой лопасти ротора.

Указанный блок аварийного аккумулятора может быть предусмотрен в виде модуля аккумулятора, а именно, модуля электрического аккумулятора для аккумулирования электрической энергии. Один из предпочтительных вариантов представляет собой применение модуля конденсатора, в котором электрическая энергия для настройки двигателя поворота лопастей, то есть привода поворота лопастей, аккумулирована в модуле конденсатора. Такой электрический аккумулятор, то есть такой модуль аккумулятора предпочтительно также предусмотрен для каждой лопасти ротора.

Таким образом, для ветровой энергетической установки, снабженной тремя лопастями ротора, необходим модуль трансформатора, модуль вторичного распределения, три модуля регулирования лопастей, три релейных модуля лопастей и три модуля аккумулятора. То есть необходимо 11 модулей, которые все без исключения нужны для настройки приводов поворота лопастей. Приводы поворота лопастей функциональным образом расположены на лопасти ротора и тем самым на ступице ротора ветровой энергетической установки. Ступица ротора вращается естественным образом относительно остальных частей ветровой энергетической установки, в частности, остальных частей гондолы ветровой энергетической установки. Поэтому указанные модули должны быть также предусмотрены и закреплены на вращающейся ступице ротора. Чтобы уменьшить трудоемкость крепления 11-ти модулей, предлагается, таким образом, держатель модулей. На этом держателе закреплены все описанные выше модули, в частности, на основной части, а эта основная часть и тем самым и держатель модулей как таковой предназначены для того, чтобы крепиться в осевом направлении оси ротора перед ступицей ротора. В основу настоящего изобретения положена ветровая энергетическая установка, имеющая по существу горизонтальную ось ротора. В осевом направлении оси ротора перед ступицей ротора оно относится к положению ступицы ротора в направлении ветра, при использовании ветровой энергетической установки согласно назначению.

Это имеет то преимущество, что возможно по существу изготовление и монтаж ветровой энергетической установки, в частности, ее гондолы, а в конце монтажа ветровой энергетической установки необходимо только закрепить держатель модулей со всеми модулями, как описано выше, спереди на ступице ротора. Крепление отдельных модулей - 11 модулей в соответствии с приведенным выше примером - на держателе модулей без затруднений может быть предусмотрено непосредственно на производстве. Затем на месте установки ветровой энергетической установки этот предварительно подготовленный держатель модулей, то есть держатель модулей, уже укомплектованный модулями, необходимо только закрепить к ступице ротора. Разъемы для соединения с приводами поворота лопастей и возможные соединения с гондолой могут в данном случае, например, выполняться посредством штекерных соединителей и/или посредством устройства с контактными кольцами. При этом снижается трудоемкость, а кроме того, также подверженность неисправностям при установке описанных модулей. Этому сопутствует также сокращение затрат. Следует учитывать, что к креплению модулей к ступице ротора, которая при эксплуатации ветровой энергетической установки постоянно вращается, вследствие этого вращения предъявляются особые требования. Благодаря предварительной комплектации в заводском цеху держателя модулей модулями может быть сокращено или даже предотвращено возникновение возможных проблем крепления отдельных модулей. Кроме того, именно на ступице ротора, наряду с постоянным вращательным движением, также возникают колебания, которые тоже приводят к особым требованиям и нагрузкам возможных элементов на ступице ротора.

Корпус держателя и вместе с тем также держатель модулей предпочтительно выполнен в виде кольцевого диска. Такой кольцевой диск вмещает все модули, располагающиеся по существу по кругу, и может затем крепиться на ступице ротора. Модули могут при этом располагаться по существу симметрично вокруг оси ротора. Это при эффективном использовании площади предотвращает эксцентриситет, создаваемый модулями. При этом следует учитывать, что такой держатель модулей с вышеназванными модулями может иметь вес, например, равный 1,5 т в случае ветровой энергетической установки на 3 МВт. Предпочтительно, таким образом, предлагается система держателя модулей, при которой держатель модулей и, в частности, корпус держателя расположены по существу перпендикулярно оси ротора. Это относится, в частности, к поясненному выше применению держателя модулей или, соответственно, несущего элемента, выполненного по существу в виде кольцевого диска.

Для защиты, в частности, этих модулей и при необходимости для защиты других элементов ступицы ротора предусмотрена облицовка ступицы ротора, которая в общем случае называется облицовкой обтекателя. Эта облицовка обтекателя закрывает при этом, в частности, держатель модулей и защищает его от погодных условий. Для этого держатель модулей может быть согласован с контуром и размерами облицовки обтекателя. Например, согласование с облицовкой обтекателя может также осуществляться при применении описанного варианта выполнения в виде кольцевого диска.

Облицовка обтекателя может, в частности, для передней области ступицы ротора и тем самым для области, в которой находится держатель модулей, иметь крышку обтекателя. Эта крышка обтекателя при монтаже ветровой энергетической установки должна соединяться с остальной облицовкой обтекателя. Для транспортировки может быть предусмотрено упругое соединение между такой крышкой обтекателя и держателем модулей. Если держатель модулей затем крепится к ступице ротора, можно, несмотря на это, оставить крышку обтекателя закрепленной на несущем модуле. Благодаря применению упругого соединения предотвращаются возникающие напряжения.

Кроме того, предлагается ступица ротора ветровой энергетической установки, снабженная держателем модулей, как описано выше. Держатель модулей посредством фиксирующих устройств жестко устанавливается и крепится к ступице ротора на ее обращенной к ветру стороне. Крепление осуществляется при этом предпочтительно так, чтобы держатель модулей своей основной частью и вместе с тем держатель модулей как таковой был расположен по существу перпендикулярно оси ротора. Кроме того, как описано, может быть предусмотрено упругое соединение между держателем модулей и покрытием обтекателя, в частности, крышкой обтекателя.

Кроме того, предлагается держатель машины безредукторной ветровой энергетической установки для установки электрического генератора, соединенного с аэродинамическим ротором ветровой энергетической установки. У безредукторных ветровых энергетических установок электрический генератор имеет очень значительные конструктивно-технические размеры. Для пояснения указываются примерные значения его габаритов: такой генератор может иметь диаметр, равный 5 м, глубину, равную 1 м и вес, намного превышающий 50 т. Такой генератор должен в итоге устанавливаться на держатель машины. К этому добавляется вес, а также ветровая нагрузка от аэродинамического ротора, то есть, в частности, от лопастей ротора. Все эти усилия в итоге должны передаваться через держатель машины на башню ветровой энергетической установки. Держатель машины представляет собой, таким образом, переходный элемент от генератора и ротора к башне, при этом держатель машины закреплен на азимутальном подшипнике. Аэродинамический ротор, а также электрический ротор имеет по существу горизонтальную ось ротора, в отличие от чего башня имеет по существу вертикальную ось башни. Под по существу горизонтальной осью ротора следует, в частности, понимать, что она не располагается вертикально и даже приблизительно вертикально. Горизонтальная ось ротора относится также к настоящему типу ветровой энергетической установки, а именно, так называемой ветровой энергетической установке с горизонтальной осью. Слегка наклонные положения оси ротора также относятся к по существу горизонтальной оси ротора.

Предлагаемый держатель машины имеет один первый и один второй участок, в каждом случае примерно трубчатой формы. Эти два трубчатых участка частично пронизывают друг друга. В частности, первый трубчатый участок выполнен так, что в нем помещается второй трубчатый участок. При этом второй трубчатый участок частично пронизывает первый трубчатый участок. Кроме того, части первого трубчатого участка имеются также внутри второго трубчатого участка, так что первый трубчатый участок также частично пронизывает второй трубчатый участок. По меньшей мере один из двух трубчатых участков должен по меньшей мере частично пронизывать другой.

Под трубчатым участком в данном случае следует понимать соответственно участок, который имеет форму, вырезанную из трубы, которая может быть также конической. По меньшей мере имеется один участок в форме круглого кольца.

Предпочтительно первый трубчатый участок имеет центральную ось, совпадающую с вертикальной осью башни. Такая центральная ось соответствовала бы также вертикали через описанный участок круглого кольца. Не является определяющим, чтобы вертикальная ось башни абсолютно точно совпадала с указанной центральной осью первого трубчатого участка. Но все же предпочтительный вариант осуществления предусматривает, чтобы первый трубчатый участок по существу мог рассматриваться как продолжение также трубчатой башни.

Также предпочтительно предлагается, чтобы второй трубчатый участок имел центральную ось, совпадающую с осью ротора. Для установки генератора и/или ступицы ротора может быть предусмотрена осевая цапфа и/или крепежная цапфа, которые сами имеют центральную ось, совпадающую с осью ротора, то есть осью вращения ротора. Эта осевая цапфа и/или эта крепежная цапфа могут представлять собой продолжение второго трубчатого участка держателя машины.

Образно говоря, для этого варианта осуществления предлагаемый держатель машины создает соединение между башней и осевой цапфой или, соответственно, крепежной цапфой. Их оси встречаются при этом предпочтительно в держателе машины.

Предпочтительно первый трубчатый участок имеет больший средний диаметр, чем второй трубчатый участок. Этот вариант осуществления может также отображать отношение наибольшего диаметра башни, с одной стороны, к диаметру осевой цапфы или крепежной цапфы, с другой стороны, хотя обычно ни башня, ни осевая цапфа или, соответственно, крепежная цапфа в осевом направлении не имеют соответственно постоянного диаметра. Все же в одном из вариантов осуществления может иметь место продолжение обоих элементов в держателе машины. Предпочтительно по меньшей мере один из двух трубчатых участков, в частности, оба выполнены коническими. Этот вариант также подходит для описанного продолжения формы башни, с одной стороны, и осевой цапфы или, соответственно, крепежной цапфы, с другой стороны. Предлагаемый держатель машины создает, таким образом, соответствующую и при этом стабильную передачу усилий между генератором и ступицей ротора, с одной стороны, и башней, с другой стороны.

Предпочтительно держатель машины выполнен так, что предусмотрено боковое проходное отверстие. Это боковое проходное отверстие выполнено так, что оно образует для человека изнутри башни к гондоле путь, который проходит через внутреннюю область первого трубчатого участка и сбоку в обход второго трубчатого участка. В частности, при выполнении большего в диаметре первого трубчатого участка и меньшего в диаметре второго трубчатого участка, причем второй трубчатый участок по существу помещается в первом трубчатом участке, получаются отношения размеров, которые могут использоваться для описанного варианта выполнения прохода для людей.

Предпочтительно предусмотрен держатель машины в виде литой детали, то есть стальной литой детали. Благодаря этому создается массивный устойчивый элемент в качестве держателя машины. Таким образом, следует подчеркнуть, что поясненное выше трубчатое исполнение двух этих участков, первого и второго, в итоге может быть предусмотрено в одной единственной литой детали. Т.е., хотя, в соответствии с внешним видом, по меньшей мере частично происходит взаимное пронизывание двух трубчатых участков, однако это пронизывание не означает объединение двух трубчатых участков. Более того, описанный выше вариант выполнения целенаправленно выбран для того, чтобы учитывать ситуацию ветровой энергетической установки, в частности, чтобы обеспечивать целенаправленную передачу нагрузки. В частности, происходит, образно говоря, перенаправление нагрузки от по существу горизонтальной оси ротора к по существу вертикальной оси башни.

Предпочтительно держатель машины имеет один или, соответственно, несколько гнездовых участков для размещения азимутальных приводов. В зависимости от конкретной установки, могут быть предусмотрены, например, от 4 до 20, предпочтительно 12 азимутальных приводов. Эти азимутальные приводы, таким образом, непосредственно крепятся к держателю машины в этих соответствующих гнездах и могут, таким образом, осуществлять поворот держателя машины относительно башни и вместе с тем поворот гондолы ветровой энергетической установки, в частности, включая ее ротор, к ветру.

В соответствии с изобретением предлагается также несущая конструкция генератора для удержания электрического генератора безредукторной ветровой энергетической установки. Электрический генератор имеет статор и ротор. Этот ротор называется электрическим ротором, во избежание путаницы с имеющим лопасти ротора аэродинамическим ротором. По той же причине вместо термина «электрический ротор» может использоваться термин «вращающаяся часть».

Несущая конструкция генератора может включать в себя держатель машины, в частности, согласно одному из описанных вариантов осуществления держателя машины. Кроме того, может быть предусмотрена крепежная цапфа для крепления на держателе машины и для установки держателя статора. Крепежная цапфа, таким образом, крепится на держателе машины, а на ней крепится держатель статора. Держатель статора может быть предпочтительно выполнен в виде колокола статора. Таким образом, держатель статора имеет примерно колоколообразную форму, чтобы на его крае устанавливать статор, и предусмотрен для того, чтобы крепиться в центральной области на крепежной цапфе. Согласно назначению статор расположен концентрически вокруг крепежной цапфы и вместе с тем концентрически вокруг оси ротора.

Соответственно держатель статора может быть также предусмотрен как часть несущей конструкции генератора. Кроме того, может быть предусмотрена осевая цапфа для крепления к крепежной цапфе и для обтекателя электрического ротора или, соответственно, вращающейся части. Одновременно на осевой цапфе может быть установлена ступица ротора, снабженная аэродинамическим ротором. При этом осевая цапфа жестко крепится к крепежной цапфе и удержание электрического, а также аэродинамического ротора происходит посредством по меньшей мере одного, предпочтительно по меньшей мере двух подшипников для установки электрического и аэродинамического ротора с возможностью вращения на осевой цапфе. При применении двух подшипников эти подшипники предусмотрены предпочтительно, относительно оси осевой цапфы, на двух наружных концах осевой цапфы. Благодаря этому достигается высокая устойчивость к опрокидыванию.

В частности, несущая конструкция генератора включает в себя в совокупности держатель машины, крепежную цапфу, держатель статора и осевую цапфу. Крепежная цапфа представляет собой при этом соединительное звено между держателем машины, держателем статора и осевой цапфой. Крепежная цапфа, таким образом, расположена между держателем машины и осевой цапфой, а держатель статора расположен по существу вокруг крепежной цапфы. Благодаря этой конфигурации можно предусмотреть крепежную цапфу и держатель статора в виде отдельных элементов и, в частности, также в виде отдельных элементов транспортировать от места их производства к месту установки ветровой энергетической установки. Как крепежная цапфа, так и держатель статора могут каждый иметь вес, равный свыше 10 т, например, 13 или 14 т, и эти веса могут в данном случае транспортироваться отдельно.

Предпочтительно крепежная цапфа и/или осевая цапфа выполнены полыми, чтобы пропускать охлаждающий воздух, а именно в осевом направлении. Благодаря этому охлаждающий воздух может направляться от неподвижной части гондолы к вращающейся части гондолы, а именно, к так называемому обтекателю, то есть к области ступицы ротора. Для этого предпочтительно выполнять полость для направления охлаждающего воздуха соответственно большого размера. В частности, это пространство должно выполняться больше, чем это было бы необходимо для прокладки необходимых электрических проводов через осевую цапфу и/или крепежную цапфу. Предпочтительно объем полости осевой цапфы или, соответственно, крепежной цапфы больше, чем объем материала, который образует стенки осевой цапфы или, соответственно, крепежной цапфы. Предпочтительно радиус этой полости больше, чем толщина стенок. Размер соответствующего наружного диаметра меньше удвоенного соответствующего внутреннего диаметра. Предпочтительно наружный диаметр больше внутреннего диаметра только на 20-50%.

Согласно другому варианту осуществления предлагается расположить в крепежной цапфе и/или осевой цапфе воздуходувку, чтобы создавать воздушный поток через крепежную цапфу или, соответственно, осевую цапфу. Такая воздуходувка может нагнетать воздух в осевом направлении в крепежную цапфу или, соответственно, осевую цапфу. Для этого в осевой цапфе или крепежной цапфе может быть предусмотрена поперечная стенка, в которой располагается воздуходувка.

В соответствии с изобретением, кроме того, предлагается предусмотреть крепежную цапфу, как описано выше. Несущая конструкция генератора и вместе с тем также крепежная цапфа предусмотрены для безредукторной ветровой энергетической установки. Под этим следует понимать конструкцию, в которой аэродинамический ротор непосредственно механически соединен с электрическим ротором, то есть вращающейся частью, причем соединен жестко. Такой тип ветровой энергетической установки предполагает наличие генератора соответствующего размера с электрическим ротором соответствующего размера, в частности, генератора с большим количеством полюсов. Для этого, как правило, применяется так называемый кольцевой генератор, в котором электродинамические компоненты ротора и статора по существу расположены на кольце. Для удержания такого генератора применяется конструкция генератора и соответственно крепежная цапфа.

В соответствии с изобретением, кроме того, предлагается гондола ветровой энергетической установки. Эта конструкция гондолы также предлагается, в частности, для безредукторной ветровой энергетической установки. Такая конструкция гондолы предусмотрена для удержания по меньшей мере части облицовки гондолы, технических устройств в гондоле и/или для транспортировки людей в гондоле. Предлагаемая конструкция гондолы включает в себя по меньшей мере один участок базовой площадки, закрепленный жестко на изгиб на держателе машины. Этот участок базовой площадки представляет собой, таким образом, неподвижный участок, по которому также могут ходить люди, в частности, сервисный персонал. Он расположен предпочтительно в нижней области вокруг держателя машины. На этом участке базовой площадки можно, таким образом, стоять непосредственно рядом с держателем машины или, соответственно, располагать там техническое оборудование.

Кроме того, предусмотрен участок подвесной площадки, который установлен на держателе машины и/или на участке базовой площадки по существу путем подвешивания. Такой участок подвесной площадки может быть, в частности, расположен в задней области за держателем машины, чтобы создавать пространство для технических устройств и/или для прохождения персонала. Благодаря конструкции по существу подвесного типа этот участок подвесной площадки может быть выполнен простым образом.

Предпочтительно на участке базовой площадки расположена и закреплена несущая конструкция. Эта несущая конструкция имеет вступающий вперед участок балки, в частности, стальную балку, такую как двутавровая балка или тому подобное. Этот участок балки расположен, в частности, в области над держателем машины и может включать в себя крановое устройство для подъема грузов. Участок балки проходит предпочтительно назад, то есть в область за держателем машины, то есть область, которая отвернута от стороны ступицы. Кроме того, альтернативно участок балки может быть соединен по меньшей мере с одной работающей на растяжение балкой, соединенной с участком подвесной площадки, чтобы частично фиксировать участок подвесной площадки. Эта фиксация происходит, в частности, способом навески. Однако работающая на растяжение балка может быть также выполнена в виде тяги.

Несущая конструкция предоставляет, таким образом, участок балки, который может выполнять двойную функцию, а именно, использоваться в качестве крана и удерживать участок подвесной площадки. Благодаря этому возможно менее массивное выполнение участка подвесной площадки, чем если бы пришлось выполнять его жесткое на изгиб крепление к держателю машины или к участку базовой площадки.

Кроме того, или альтернативно на несущей конструкции установлена верхняя площадка, а именно, площадка, которая расположена выше по сравнению с базовой площадкой или, соответственно, участком базовой площадки. В частности, эта верхняя площадка расположена выше и над держателем машины. На этой верхней площадке могут, например, размещаться электрические устройства, такие как выпрямитель. Кроме того, на несущей конструкции установлена промежуточная площадка, которая в вертикальном направлении расположена между участком базовой площадки и верхней площадкой. В частности, эта промежуточная площадка расположена около держателя машины или на половине высоты держателя машины. В частности, участок базовой площадки расположен выше азимутальных приводов. Тем самым обеспечивается возможность использования пространства непосредственно над азимутальными приводами, чтобы обеспечивать к нему доступ сервисного персонала, а также чтобы простым образом получить доступ к азимутальным приводам. Чтобы осуществлять техническое обслуживание или при необходимости замену азимутальных приводов, могут быть предусмотрены части промежуточной площадки, в частности, подвижные опорные плиты, которые могут быть удалены для этой цели.

Кроме того или также альтернативно на держателе машины и дополнительно или альтернативно к несущей конструкции расположено шпангоутное кольцо, на котором может быть установлена облицовка гондолы или ее часть или которое может по меньшей мере усиливать ее жесткость. Благодаря этому возможна относительно большая гондола и вместе с тем большая облицовка гондолы, которой с помощью такого шпангоутного кольца может придаваться дополнительная устойчивость и, в частности, усиливаться ее жесткость.

В соответствии с изобретением, кроме того, предлагается гондола ветровой энергетической установки, в частности, безредукторной ветровой энергетической установки. В такой гондоле размещаются технические устройства, необходимые для эксплуатации ветровой энергетической установки. К ним относится, в частности, генератор, а также его электрические разъемы. Также держатель машины и другие конструктивные элементы помещены в гондоле, и гондола включает в себя облицовку гондолы для защиты технических устройств от погодных воздействий. Другими словами, благодаря облицовке гондолы создается по существу закрытое рабочее пространство.

В облицовке гондолы для впуска наружного воздуха с целью вентиляции гондолы и/или с целью охлаждения ветровой энергетической установки или ее частей предусмотрены вентиляционные отверстия. По меньшей мере предусмотрено одно вентиляционное отверстие. Вентиляционные отверстия имеют каплеуловители для удаления влаги из поступающего воздуха. Отверстия, снабженные этим каплеуловителем, предпочтительно предусмотрены в боковых областях гондолы и тем самым в облицовке гондолы.

До сих пор было принято, чтобы воздух мог поступать в гондолу через защищенные от дождя отверстия, если имелась такая необходимость. Такое защищенное отверстие может быть, например, предусмотрено под гондолой в переходной области к башне. В этом месте, как правило, предусмотрен зазор в виде кольцевого отверстия, потому что гондола при азимутальной регулировке движется относительно башни. В зависимости от погодных условий, как, например, в случае тумана или же сильного дождя существовала опасность, что, несмотря на это, через такие защищенные от дождя отверстия вместе с воздухом будет поступать влага. В этой связи предлагается решение, предусматривающее применение каплеуловителей. Другой вариант притока сухого воздуха заключался в том, чтобы заставить воздух поступать изнутри башни в гондолу. Воздух башни оказывался, однако, иногда слишком горячим, так как он уже нагрет устройствами, в частности, в нижней части башни. Соответственно воздух башни не очень хорошо подходит для охлаждения. Предлагаемое решение предотвращает приток слишком горячего воздуха из башни. Предпочтительно при этом имеется по существу воздухонепроницаемое уплотнение, как в переходной области между облицовкой гондолы и башней, так и в направлении внутренней части башни, чтобы тем самым целенаправленно обеспечить приток охлаждающего воздуха только за счет наружного воздуха, который прошел через указанные каплеуловители.

В гондоле, таким образом, предусмотрена по меньшей мере одна воздуходувка для охлаждения. Эти воздуходувки нагнетают воздух из первой области гондолы в ту область или те области, в которых необходимо охлаждение. Благодаря этому возникает разрежение в этой первой области гондолы, которое приводит к всасыванию наружного воздуха через отверстия, снабженные каплеуловителями, в эту первую область. Например, наружный воздух может течь снаружи через каплеуловитель в первую область гондолы, оттуда дальше посредством воздуходувки через полость в крепежной цапфе, дальше через полость в осевой цапфе в область обтекателя и тем самым в область ступицы, чтобы там охлаждать электрические устройства, такие как приводы поворота лопастей и их модули. Из области обтекателя или, соответственно, области ступицы воздух в переходной области между облицовкой обтекателя и облицовкой гондолы, то есть в области между неподвижной и вращающейся облицовкой, затем снова выходит из гондолы.

Предпочтительный вариант выполнения гондолы, а также предпочтительный вариант выполнения ветровых энергетических установок включает в себя, таким образом, по меньшей мере одну предлагаемую изобретением конструкцию гондолы, одно шпангоутное кольцо для установки и/или усиления жесткости облицовки гондолы или ее части, один предлагаемый изобретением держатель модулей, одну предлагаемую изобретением ступицу ротора, один предлагаемый изобретением держатель машины, одну предлагаемую изобретением несущую конструкцию генератора и/или одну предлагаемую изобретением крепежную цапфу.

Предлагаемая изобретением ветровая энергетическая установка включает в себя, в частности, предлагаемую изобретением гондолу. Предпочтительно при этом в переходной области между облицовкой гондолы и башней предусмотрено уплотнение во избежание притока наружного воздуха, и/или башня в своей внутренней части уплотнена во избежание притока воздуха изнутри башни. Для этого, например, в верхней области башни может быть предусмотрена промежуточная платформа, которая соответственно выполнена воздухонепроницаемой. Следует подчеркнуть, что воздухонепроницаемость в данном случае может предусматривать чрезвычайно мелкие отверстия. Уплотнение должно осуществляться настолько, чтобы через уплотненные области в гондолу попадали небольшие или только ограниченные количества воздуха. В частности, необходимо препятствовать сильному воздушному потоку, а небольшие воздушные потоки могут быть приемлемы. Также не представляет собой опасности, если в такой промежуточной плоскости в башне открывается отверстие, чтобы, например, обеспечить возможность прохода сервисного персонала. Шлюз не обязательно необходим, но может быть предусмотрен.

В соответствии с изобретением предлагается способ монтажа ветровой энергетической установки. При этом применяется держатель модулей, предварительно изготовленный или, соответственно, предварительно укомплектованный электрическими модулями, предусмотренными для управления одним или несколькими приводами поворота лопастей ветровой энергетической установки, в частности, предлагаемый изобретением держатель модулей. Ветровая энергетическая установка компонуется, насколько возможно, по меньшей мере в отношении гондолы и, в частности, ступицы. Готовая ступица, которая при этом либо уже снабжена лопастями ротора, либо при этом лопасти ротора устанавливаются только позднее, оснащается затем держателем модулей. Держатель модулей крепится при этом на ступице ротора и, таким образом, все модули, необходимые для эксплуатации приводов поворота лопастей, находятся на своем месте. Необходимые электрические соединения могут выполняться посредством соответствующих штекерных соединителей простым образом. Для подачи электрической энергии или электрических сигналов из неподвижной части гондолы может быть предусмотрено устройство с контактными кольцами, которое, в частности, может быть при этом расположено на осевой цапфе или перед ней. При применении держателя модулей, который по существу выполнен в виде круглого диска или в виде кольцевого диска, эта система контактных колец не мешает креплению держателя модуля на ступице ротора, а находится в центральной выемочной области держателя модулей. Наконец, может также простым образом выполняться электрическое соединение с помощью соответствующих проводов устройства с контактными кольцами посредством штекерных соединителей с держателем модулей или, соответственно, с установленными на нем модулями. В частности, соединение осуществляется между устройством с контактными кольцами и модулем трансформатора и/или модулем вторичного распределения.

Ниже настоящее изобретение поясняется в качестве примера на примерах осуществления со ссылкой на прилагаемые фигуры, на которых показано.

Фиг.1 - ветровая энергетическая установка на виде в перспективе.

Фиг.2 - предлагаемая изобретением гондола на виде сбоку частично в сечении.

Фиг.3 - держатель машины на виде в перспективе.

Фиг.4 - вид спереди в сечении держателя 300 машины, изображенного на фиг.3.

Фиг.5 - вид сбоку держателя машины, изображенного на фиг.3.

Фиг.6 - крепежная цапфа на виде сбоку в сечении.

Фиг.7 - вставка, снабженная воздуходувкой, для установки во внутреннее пространство крепежной цапфы, изображенной на фиг.6.

Фиг.8 - ступица ротора, снабженная держателем для электромодулей на виде в перспективе.

Фиг.9 - ступица ротора, изображенная на фиг.8, снабженная держателем модулей, на виде сбоку.

Фиг.10 - держатель модулей, изображенный на фиг.8 и 9, на виде в перспективе в неустановленном и неукомплектованном состоянии.

Фиг.11 - держатель модулей, изображенный на фиг.10, на виде спереди.

Фиг.12 - конструкция гондолы, снабженная держателем модулей, на виде сбоку.

Фиг.13 - конструкция гондолы, изображенная на фиг.12, на виде в сечении спереди.

Фиг.14 - вид в перспективе гондолы, схематично.

На фиг.1 показана ветровая энергетическая установка на виде в перспективе, включающая в себя башню, установленную на башне гондолу, которая имеет ступицу, снабженную тремя лопастями ротора. На гондоле обозначена задняя облицовка 102 гондолы, которая защищает невращающуюся часть гондолы и по существу представляет собой заднюю часть гондолы. Кроме того, изображена облицовка 104 обтекателя в области оснований лопастей ротора. Наконец, показана крышка 106 обтекателя, которая, согласно предписанию, направлена к ветру. Область крышки 106 обтекателя представляет собой, кроме того, переднюю часть гондолы.

На фиг.2 показана предлагаемая изобретением гондола, в принципе, на виде в сечении. Эта гондола по существу имеет следующие элементы.

Лопасть 1 ротора, фланцевый подшипник 2 лопасти, механизм 3 перестановки лопасти, двигатель 4 перестановки лопасти, элемент 5 с контактными кольцами, осевая крышка 6, крышка 7 подшипника передняя, двухрядный конический роликоподшипник 8, ступица 9 ротора, осевая цапфа 10, крепежная цапфа 11, цилиндрический роликоподшипник 12, крышка 13 подшипника задняя, держатель 14 машины, азимутальный двигатель 15, азимутальная коробка 16 передач, азимутальный подшипник 17, башня с головным фланцем 18, несущее кольцо 19 статора, пакет 20 статора, дисковый ротор 21, полюсный пакет 22, цанга 23 электромагнитного тормоза, колокол 24 статора, устройство 25 стопорения ротора, центральная система 26 смазки, система 27 сигнального освещения для самолетов, комбинированный датчик 28 ветра, электрическая цепная тяга 29, которая, например, рассчитана на грузоподъемность, равную 250 кг, вентилятор 30 гондолы и пассивный задненавесной охладитель 31.

Держатель 300 машины на фиг.3 имеет первый трубчатый участок 301 и второй трубчатый участок 302. Первый трубчатый участок 301 имеет по существу вертикальную центральную ось. На первом трубчатом участке расположен первый участок 303 фланца трубы, которым держатель машины может крепиться на азимутальном подшипнике на башне. В области первого участка 303 фланца трубы расположены крепежные участки 306 для помещения азимутальных приводов, то есть азимутальных двигателей. Каждый крепежный участок 306 имеет по шесть отверстий 308 под двигатель для размещения соответственно по одному азимутальному двигателю.

Второй трубчатый участок имеет по существу горизонтальную центральную ось, которая несколько отклонена от горизонтали. На втором трубчатом участке 302 расположен второй фланец 304 трубы для крепления на нем крепежной цапфы.

Первый и второй трубчатые участки 301 и 302 расположены, таким образом, по существу своей центральной осью поперек друг к другу. Первый трубчатый участок 301 имеет по существу больший диаметр, чем второй трубчатый участок 302. Второй трубчатый участок 302 выполнен так, что он по существу размещается в первом трубчатом участке 301. Первый трубчатый участок 301 охватывает, кроме того, внутренний опорный участок 310, который выполнен во втором трубчатом участке 302. Этот внутренний опорный участок 310 виден через отверстие второго фланца 304 трубы и необходим для того, чтобы усиливать держатель 300 машины в его области 312 горловины, то есть в переходе между первым и вторым трубчатым участком 301, 302. Основную нагрузку при применении этого держателя 300 машины можно ожидать в этой области 312 горловины. Выемка 314 внутреннего опорного участка 310 предусмотрена в качестве отверстия для прохода сервисного персонала.

На стороне второго трубчатого участка 302, отвернутой от второго фланца трубы, в соединительной области между первым и вторым трубчатым участком 301, 302 расположен окружной опорный буртик 316. Благодаря этому в этой тыльной позиции второго трубчатого участка 302 можно не предусматривать опорный участок, соответствующий внутреннему опорному участку 310.

На фиг.4 изображен вид держателя 300 машин в сечении спереди, а на фиг.5 показан вид сбоку держателя 300 машины. На фиг.5 изображена центральная ось 318 второго трубчатого участка 302, и показан легкий наклон относительно горизонтальной вспомогательной линии 320. По сравнению с ветровой энергетической установкой с горизонтальной осью, центральная ось 318 может еще называться по существу горизонтальной.

Крепежная цапфа 600 на фиг.6 имеет расположенный со стороны держателя машины фланец 602, расположенный со стороны осевой цапфы, фланец 604 и центральный крепежный фланец 606. Фланцы 602, 604 и 606, как по существу и вся крепежная цапфа 600, являются вращательно симметричными вокруг центральной оси 608 крепежной цапфы. Центральная ось 608 соответствует оси вращения ступицы ротора, при расположении согласно назначению.

Посредством расположенного со стороны держателя машины фланца 602 крепежная цапфа 600 может устанавливаться и крепиться на втором фланце 304 трубы держателя 300 машины с фиг.3. Для крепления предусмотрено множество проходных отверстий 610, а также множество резьбовых глухих отверстий 612.

Для крепления осевой цапфы на расположенном со стороны осевой цапфы фланце 604 также предусмотрено множество отверстий 614 и 616.

Для крепления держателя статора, а именно, в частности, колокола статора на крепежной цапфе 600 предусмотрен крепежный фланец 606, а также тоже расположенный со стороны держателя машины фланец 602. Расположенный со стороны держателя машины фланец 602 имеет для этого множество проходных отверстий 618. Кроме того, центральный крепежный фланец 606 оснащен снабженными резьбой глухими отверстиями 620. Таким образом, держатель машины устойчивым к опрокидыванию образом может устанавливаться на двух смещенных в осевом направлении фланцах 602 и 606.

Описанная компоновка крепежной цапфы 600 с держателем 300 машины, держателем статора и осевой цапфой изображена также на фиг.2. На данной фигуре крепежная цапфа обозначена ссылочной позицией 11, держатель машины - ссылочной позицией 14, осевая цапфа - ссылочной позицией 10 и колокол статора - ссылочной позицией 24.

Кроме того, показано, что оба трубчатых участка 301 и 302 выполнены коническими. Оба трубчатых участка 301, 302 имеют в области их первого или, соответственно, второго фланца 303, 304 трубы больший диаметр, чем в противолежащей им области.

На фиг.7 показана вставка 700, включающая в себя воздуходувку 702, для установки в крепежную цапфу 600 в соответствии с фиг.6 или, соответственно, 11 в соответствии с фиг.2. Эта вставка 700, включающая в себя воздуходувку 702, изображена также на фиг.2 в установленном состоянии. Воздуходувка 702 может, таким образом, нагнетать воздух во внутреннее пространство 622 крепежной цапфы 600.

В остальном вставка 700 выполнена так, что внутреннее пространство 622 крепежной цапфы 600 закрывается, так что только посредством воздуходувки 702 воздух может нагнетаться во внутреннее пространство 622. Благодаря этому также предотвращается направленный снова обратно выход нагнетенного воздуха из внутреннего пространства 602. Вставка 700 имеет, таким образом, задачу удерживать воздуходувку 702 и одновременно также закрывать внутреннее пространство 622 крепежной цапфы 600.

Ступица 800 ротора имеет гнезда 802 под лопасти для крепления соответственно по одной лопасти ротора. Тогда лопасть ротора может посредством приводов поворота лопастей поворачиваться по своему углу установки. Для этого на каждом гнезде под лопасть предусмотрено гнездо 804 под двигатель поворота лопастей для размещения приводов поворота лопастей. Кроме того, ступица 800 ротора имеет два фланца 806 для крепления трубы для устойчивого к опрокидыванию соединения с электрическим ротором, то есть вращающейся частью, генератора. Ступица 800 ротора согласно назначению оперта с возможностью вращения на осевую цапфу. Благодаря этому электрический ротор, также закрепленный на ступице 800 ротора, тоже опирается с возможностью вращения. На фиг.9 показана в этой связи центральная ось 808 ступицы 800 ротора и вместе с тем ось вращения аэродинамического и при этом одновременно электрического ротора. Установка ступицы 800 ротора на осевой цапфе изображена на виде сбоку в сечении фиг.2. На данной фигуре ступица 9 ротора посредством двухрядного конического роликоподшипника 8 и цилиндрического роликоподшипника 12 оперта с возможностью вращения на осевую цапфу 10. Также на виде в сечении показано крепление дискового ротора к ступице ротора 9. Кроме того, на чертеже фиг.2 показана ось 100, которая образует ось вращения и центральную ось для различных элементов.

Для расположения различных электромодулей для приводов поворота лопастей, которые должны устанавливаться в гнезде 804 под двигатель поворота лопастей, предусмотрен держатель 810 модулей. Держатель 810 модулей посредством крепежных подкосов 812 закреплен на ступице 800 ротора. Также держатель 810 модулей по существу концентрически расположен вокруг центральной оси 808. На держателе 810 модулей закреплены различные электромодули 814. Электромодули 814 направлены при этом от держателя 810 модулей в направлении ступицы 800 ротора.

При установке по назначению ступицы 800 ротора на осевой цапфе, такой как осевая цапфа 10, показанная на фиг.2, элемент с контактными кольцами, а именно, элемент 5 с контактными кольцами, показанный на фиг.2, проходит через держатель 810 модулей в середине в свободную область. Чтобы монтировать или демонтировать этот элемент 5 с контактными кольцами, предусмотрены вспомогательные щитки 816, на которых может стоять и работать сервисный персонал. Между двумя вспомогательными щитками 816 изображена выемка 818. Она может использоваться сервисным персоналом для прохода и в качестве рабочего пространства при монтаже и демонтаже элемента 5 с контактными кольцами. В частности, элемент с контактными кольцами может опускаться в эту выемку при демонтаже.

Для упругого крепления держателя 810 модулей к крышке статора, которая в виде крышки 40 обтекателя показана на фиг.2, упругие соединительные средства 820 попарно распределены по держателю 810 модулей.

Установка элемента 5 с контактными кольцами, держателя 810 модулей, а также крышки 40 обтекателя показана на фиг.2.

Благодаря применению держателя 810 модулей могут быть простым образом установлены модули для снабжения приводов поворота лопастей. Тем самым известное до сих пор позиционирование таких электромодулей на дисковом роторе может быть усовершенствовано.

На фиг.12 показан держатель 300 машины, который расположен над башней 110. На держателе 300 машины закреплена и по существу образована вокруг него конструкция 200 гондолы. Конструкция 200 гондолы имеет участок базовой площадки или, соответственно, базовую площадку 202, которая закреплена жестко на изгиб на держателе 300 машины, в частности, на имеющихся в нем крепежных участках 306. На базовой площадке или, соответственно, участках 202 базовой площадки расположена несущая конструкция 204, которая имеет несколько вертикальных несущих подкосов 206, а также горизонтальных несущих подкосов 208. Благодаря этому образуется устойчивая несущая конструкция 204, которая по существу образована вокруг держателя 300 машины. Над держателем 300 машины эта несущая конструкция образует, кроме того, рабочую площадку, на которой может стоять и работать сервисный персонал и на которой могут быть расположены электромодули 212, такие как, например, выпрямитель или другие распределительные шкафы.

Примерно на половине высоты между базовой площадкой 202 или, соответственно, участком 202 базовой площадки и верхней рабочей площадкой 210 предусмотрена промежуточная площадка 214. Как показано на фиг.13, на каждой стороне держателя 300 машины предусмотрена такая промежуточная площадка. Под этой промежуточной площадкой 214 расположены азимутальные двигатели 216 или, соответственно, азимутальные приводы 216. С промежуточной площадки 214, таким образом, благодаря съемным опорным плитам, может обеспечиваться доступ к азимутальным приводам 16.

На несущей конструкции 204 расположен, кроме того, выступающий вперед несущий участок 218 по существу в виде стальной балки. Этот выступающий вперед несущий участок 218 дополнительно фиксируется на несущей конструкции 204 посредством первого и второго кронштейнов 220 и 222.

Выступающий вперед несущий участок 218 выполняет по меньшей мере две задачи, а именно, предусмотрено крановое устройство 224 для манипулирования грузами и при необходимости также подъема снаружи в гондолу. Соответственно также на фиг.2 предусмотрено отверстие 125 для грузов под краном, который на данной фигуре обозначен ссылочной позицией 29.

Кроме того, выступающий вперед несущий участок 218 служит для того, чтобы поддерживать участок 226 подвесной площадки посредством двух третьих кронштейнов 228. Участок 226 подвесной площадки для этого также прикреплен в соединительной области 230 к участку 202 базовой площадки. Крепление в соединительной области 230, однако, не является жестким на изгиб. За счет крепления в соединительной области 230 и фиксации посредством трех кронштейнов 228 этот участок 226 подвесной площадки образуется простым образом. Предпочтительно в подвесном участке или, соответственно, участке 226 подвесной площадки могут прокладываться возможные электронные линии.

На фиг.13 показана, кроме того, входная лестница 232, которая проходит от башни к гондоле. Эта входная лестница 232 указывает, таким образом, также путь от башни к гондоле через входное отверстие 234, и этот входной путь ведет, таким образом, через первый трубчатый участок 301 и снаружи в обход второго трубчатого участка 302.

Предпочтительным образом описанная промежуточная площадка 214 предусмотрена над азимутальными двигателями. Этот вариант осуществления предпочтителен также тогда, когда обходятся без верхней площадки над держателем машины.

Гондола 110 на фиг.14 имеет неподвижную облицовку 112 гондолы и обтекатель 114, снабженный облицовкой 116 обтекателя, а также крышку 118 обтекателя. Простоты ради лопасти ротора не изображены, а только их гнездо 120, а также неподвижное продолжение 122 лопасти ротора. Кроме того, показаны элементы 124 охлаждения. На фиг.14 также обозначено освещение 126 препятствий, измерительная мачта 128 и также схематично пассивный задненавесной охладитель 31.

Кроме того, показаны два вентиляционных отверстия 130 в неподвижной облицовке 112 гондолы. Эти вентиляционные отверстия 130 имеют каплеуловители, так что через эти вентиляционные отверстия 130 воздух может поступать в гондолу и удаляется возможная имеющаяся в виде капелек влага. Предпочтительно по меньшей мере один из этих каплеуловителей вентиляционных отверстий 130 является обогреваемым, чтобы при низких наружных температурах предотвращать замерзание каплеуловителя и вместе с тем закрытие вентиляционных отверстий 130. Так как при низких наружных температурах имеется только ограниченная потребность в охлаждении, может быть достаточно снабдить таким устройством обогрева только часть вентиляционных отверстий 130.

Воздух, который поступает через эти вентиляционные отверстия 130 в гондолу и, например, через крепежную цапфу 11 и осевую цапфу 10, как показано на фиг.2, попадает в обтекатель, может снова выходить через соединительную область 132 между облицовкой 116 обтекателя и неподвижной облицовкой 112 гондолы.

На фиг.2, кроме того, видно, что диаметр генератора, в частности, кольца 19 статора и пакета 20 статора значительно меньше, чем диаметр облицовки гондолы в этой области.

Реферат

Настоящее изобретение относится к конструкции ветроэнергетических установок. Держатель модулей для крепления электрических модулей, предусмотренных для управления одним или несколькими приводами поворота лопастей ВЭУ, к ступице ротора ВЭУ содержит основную часть для удержания электрических модулей. При этом ступица ротора предназначена для вращения вокруг оси ротора и основная часть предназначена для того, чтобы крепиться в осевом направлении оси ротора перед ступицей ротора. Держатель машины безредукторной ВЭУ для удержания электрического генератора состоит из двух трубчатых участков. Причем первый трубчатый участок имеет ось, совпадающую с осью башни, а второй трубчатый участок имеет ось, совпадающую с осью ротора. Первый трубчатый участок имеет больший диаметр, чем второй трубчатый участок. Применение изобретения позволяет повысить надежность ВЭУ и увеличить использование энергии ветра. 10 н. и 12 з.п. ф-лы, 14 ил.

Формула