包括两个或更多个转子的风轮机 |
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| 申请号 | CN201680018385.1 | 申请日 | 2016-03-17 | 公开(公告)号 | CN107429661A | 公开(公告)日 | 2017-12-01 |
| 申请人 | 维斯塔斯风力系统有限公司; | 发明人 | T·L·鲍恩; H·库德斯克; E·C·L·米兰达; E·O·威利; | ||||
| 摘要 | 一种多 转子 风 轮机(1)，其包括： 塔架 结构，该塔架结构具有主塔架部分(2)和至少两个臂(3)，每个臂(3)沿着具有 水 平分量的方向延伸离开主塔架部分(2)。两个或更多个转子(4)以这种方式安装在塔架结构上，使得塔架结构的每个臂(3)承载至少一个转子(4)。至少一个转子(4)的传动装置(9)包括多个带轮(10、11、13)和互连带轮(10、11、13)的多个带(16、17)以在带轮(10、11、13)之间传递旋转运动，从而将旋转运动从 轮毂 (5)传递至连接至发 电机 (15)的旋 转轴 (14)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种风轮机(1)，该风轮机包括： |
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| 说明书全文 | 包括两个或更多个转子的风轮机技术领域[0001] 本发明涉及一种多转子风轮机，即涉及一种包括两个或更多个转子的风轮机。 背景技术[0002] 风轮机通常包括至少一个转子，转子包括承载一组风轮机叶片的轮毂。风轮机叶片捕捉风，从而引起轮毂旋转。在风轮机是所谓的直接驱动类型的情况下，然后轮毂的旋转运动经由传动装置传递至发电机或者直接传递至发电机。在发电机中，旋转运动的机械能转换为电能，电能随后能够供给至电力网。 [0003] 一些风轮机设置有两个或更多个转子以增加通过风轮机生产的总功率，而不是必须向风轮机提供一个非常大的因此重的转子。例如，包括两个或更多个转子的风轮机公开于WO2010/098813以及GB2443886。 [0004] 虽然公开于WO2010/098813以及GB2443886的风轮机设计导致减少风轮机的不同部分上的负荷，但是，相比于生成类似功率水平的单个转子风轮机，仍然期望进一步减少转子的重量，从而进一步减少风轮机的不同部分(诸如塔架结构、轮毂、轴承等)上的负荷。 发明内容[0006] 本发明的实施方式的另一目的是提供一种多转子风轮机，其中，相比于现有技术多转子风轮机，减少了每个转子的总重量。 [0007] 本发明提供了一种风轮机，其包括： [0008] 塔架结构，该塔架结构包括在下部被锚固至基础机构的主塔架部分，主塔架部分沿着大致竖直方向延伸，所述塔架结构进一步包括至少两个臂，每个臂沿着具有水平分量的方向延伸离开主塔架部分；以及 [0009] 两个或更多个转子，所述转子以这种方式安装在塔架结构上，使得塔架结构的每个臂承载至少一个转子，每个转子包括：轮毂，其承载一组风轮机叶片，轮毂可旋转地安装在塔架结构上；旋转轴，其布置成连接至发电机以将旋转运动传递至发电机；以及传动装置，其布置成将轮毂的旋转运动转换成旋转轴的旋转运动， [0010] 其中，至少一个转子的传动装置包括多个带轮以及多个带，所述带使带轮互连，以在带轮之间传递旋转运动，从而将旋转运动从轮毂传递至旋转轴。 [0011] 根据本发明的风轮机包括塔架结构。塔架结构包括主塔架部分以及至少两个臂。 [0012] 主塔架部分在下部被锚固至基础结构。此外，主塔架部分沿着大致竖直方向延伸。因而，主塔架部分类似于用于单个转子风轮机传的统风轮机塔架。 [0013] 塔架结构的每个臂沿着具有水平分量的方向延伸离开主塔架部分。臂可沿着大致水平方向延伸离开主塔架部分。在该情况下，臂大致垂直于垂直布置的主塔架部分延伸。作为替换，臂可沿着具有水平分量以及垂直部件的方向延伸离开主塔架部分。在该情况下，臂相对于主塔架部分以不同于90°的角度延伸离开主塔架部分。限定在臂和主塔架部分之间的该角度可有利地在45°至90°之间。 [0014] 在任何情况下，由于塔架结构的臂沿着具有水平分量的方向延伸离开主塔架部分，因此它们不平行于竖直的主塔架部分延伸，而是相对于主塔架部分以一个角度延伸。 [0015] 臂能够呈桁架、横梁、横梁的系统、网格结构等形式。此外，臂不是必须为线性结构，但是它们可具有导圆或者弯曲形状。 [0016] 因而，塔架结构包括大致竖直的主要部分以及至少两个从该主要部分沿非竖直方向延伸的臂。 [0017] 风轮机进一步包括至少两个安装在塔架结构上的转子。因此，风轮机是多转子风轮机。转子以这种方式安装在塔架结构上，使得塔架结构的每个臂承载至少一个转子。因此，来自至少一些转子的重量的负荷施加至塔架结构的臂，并且经由臂传递至主塔架部分。 [0018] 不排除的是一个或多个转子直接安装在主塔架部分上或者被主塔架部分承载，只要至少一些转子被塔架结构的臂承载即可。 [0019] 每个转子包括：轮毂，其承载一组风轮机叶片；旋转轴，其布置成连接至发电机；以及传动装置，其布置成将轮毂的旋转运动转换成旋转轴的旋转运动。轮毂可旋转地安装在塔架结构上，诸如安装在塔架结构的臂上。从而如上所述，当风轮机叶片捕捉风时轮毂能够旋转。然后轮毂的旋转运动经由传动装置传递至旋转轴，进一步传递至生成电功率的发电机。 [0020] 至少一个转子的传动装置包括多个带轮以及多个带，所述带使带轮互连，以在带轮之间传递旋转运动，即旋转运动依靠带在带轮之间传递。从而轮毂的旋转运动依靠互连的带轮以及带转换成旋转轴的旋转运动。 [0021] 在本文中，术语“带轮”应该解释为意思是一个具有大致圆形形状的较扁平物体。在本文中术语“带”应该解释为意思是一种两端连接的结构，形成柔性圈。 [0022] 因而，至少一个转子的传动装置呈带驱动形式。这是一个优势，这是由于带驱动的重量典型地显著低于使用互相啮合齿齿轮的对应传动装置的重量。从而能够减少塔架结构的臂承载的重量。因此，能够减少风轮机的各种部分上的负荷。例如，减少塔架结构上的负荷，尤其塔架结构的臂上的负荷。此外，减少轮毂以及轴承上的负荷。 [0023] 由于传动装置的重量减少，负荷的减少允许用于风轮机的各种部分(尤其塔架)的材料量减少，从而甚至进一步减少风轮机的总重量。这是一个优势，这是由于这使得更易于运输风轮机，由于减少了风轮机的总制造成本。这尤其是一个优势，使得减少了臂承载的重量，从而减少臂上的负荷。先前，包括两个或更多个转子的风轮机已经被认为是用于一些应用的太昂贵方案，这是由于涉及提供臂的成本已经太高，由于臂必须设计成承载重负荷。通过提供具有带驱动的转子代替传统传动装置，能够减少臂承载的重量，从而减少臂承载的负荷，并且可相应地解决涉及提供臂的成本的问题。 [0024] 每个转子的传动装置都可以包括多个带轮以及多个带，所述带使带轮互连，以在带轮之间传递旋转运动，从而将旋转运动从轮毂传递至旋转轴。根据该实施方式，所有转子都包括呈带驱动形式的传动装置。作为替换，一些转子可以包括呈带驱动形式的传动装置，一些转子可以包括另一类型传动装置，诸如使用相互啮合齿齿轮的传动装置。 [0025] 塔架结构的至少两个臂可以形成单个横向结构的一部分。例如，单个横向结构能够呈单个横梁形式，其安装在主塔架部分上或者与主塔架部分成一体，并且沿两个方向延伸离开主塔架部分。这两个方向能够有利地对置，在这个意义上而言，当从上方看时它们布置成在它们之间具有180°角度。这允许作用在一个臂上的力被作用在另一臂上的力所平衡。此外，其允许被一个臂承载的转子以及被另一臂承载的转子同时朝向风。 [0026] 作为替换，塔架结构的每个臂可以形成安装在主塔架部分上的单独部分。 [0027] 塔架结构的至少两个臂可以布置成相对于主塔架部分大致对称。例如，这可包括当从上方看时臂表现为沿大致相反方向延伸离开主塔架部分。臂可以沿着大致对置大致水平方向延伸离开主塔架部分。作为替换，臂可以相对于主塔架部分以一个不同于90°的角度延伸离开主塔架部分，但是限定在主塔架部分和第一臂之间的该角度大致等于限定在主塔架部分和第二臂之间的角度。 [0028] 塔架结构的至少一个臂可以沿着大致水平方向延伸离开主塔架部分。如上所述，在该情况下，臂沿大致垂直于主塔架部分的竖直方向的方向延伸。如上所述，一个或多个臂可以可替换地沿着相对于主塔架部分限定一个不同于90°的角度(诸如45°和90°之间)的方向延伸离开主塔架部分。 [0029] 至少一个转子的传动装置可以包括： [0030] 主带轮，其与轮毂旋转解耦； [0031] 两个或更多个行星带轮，每个行星带轮安装在轮毂上，从而随着轮毂旋转，并且每个行星带轮设置有行星轴，每个行星带轮布置成绕其行星轴执行旋转运动；以及[0032] 中心带轮，其连接至旋转轴， [0033] 并且至少一个带可以将主带轮互连至每个行星轴，至少一个带可以将每个行星带轮互连至中心带轮。 [0034] 根据该实施方式，传动装置的带轮以行星方式安装有主带轮、两个或更多个行星带轮以及中心带轮。主带轮与轮毂旋转解耦，即当风作用在风轮机叶片上时主带轮不随着轮毂旋转。主带轮可以相对于塔架结构，尤其相对于承载转子的塔架结构的臂固定地安装。作为替换，主带轮可以布置成相对于塔架结构执行旋转运动，只要这些旋转运动不跟随轮毂的旋转运动。因此，当轮毂旋转时，在轮毂和主带轮之间发生相对移动。 [0035] 每个行星带轮安装在轮毂上，即当轮毂由于作用在风轮机叶片上的风旋转时行星带轮随着轮毂旋转。从而当轮毂旋转时，还提供了主带轮和行星带轮之间的相对旋转运动。 [0036] 每个行星带轮进一步设置有行星轴，每个行星带轮布置成绕其行星轴执行旋转运动。因而，除了随着轮毂旋转，每个行星带轮还能够绕对应行星轴执行各自的旋转运动。 [0037] 中心带轮连接至旋转轴。从而中心带轮的旋转运动直接传递至旋转轴。 [0038] 至少一个带将主带轮互连至每个行星轴。从而主带轮和行星带轮之间的相对旋转运动经由至少一个带驱动每个行星带轮绕它们的相应行星轴的旋转运动。一个带可以互连主带轮以及给定行星轴。在该情况下，相应的行星轴的带可以并排布置在主带轮上。作为替换，主带轮和给定行星轴能够通过两个或更多个带互连，所述带并排布置在主带轮以及行星轴上。 [0039] 此外，至少一个带将每个行星带轮互连至中心带轮。从而行星带轮绕它们的相应行星轴的旋转运动经由至少一个带驱动中心带轮的旋转运动，从而驱动旋转轴的旋转运动。如上所述，可以应用单个带或者并排布置的两个或更多个带。 [0040] 至少一个转子可以包括中空主销。在该情况下，相关转子的轮毂可以经由主轴承布置旋转地安装在对应主销上。在该情况下，主轴承布置可以包括单个轴承，或者其可以包括两个或更多个沿着由主销限定的轴向方向布置的轴承。主销能够延伸通过轮毂，并且相对于塔架结构、尤其相对于承载转子的塔架结构的臂固定地安装。 [0041] 至少一个转子的轮毂可以布置在传动装置以及转子在塔架结构上的安装位置之间。根据该实施方式，传动装置、轮毂和转子在塔架结构上的安装位置相对于彼此布置，使得从塔架结构的方向看，首先看到轮毂，随后看到传动装置。因此，传动装置可以被视为布置在轮毂的前面。此外，传动装置和转子在塔架结构上的安装位置可以被视为沿着轴向方向定位于轮毂的相反两侧。这允许易于检查以及替换传动装置的带，这是由于它们易于访问。例如，能够替换传动装置的带而无需拆开发电机或者轮毂。 [0042] 作为替换，传动装置、轮毂和转子在塔架结构上的安装位置的相对位置可以不同于上文描述的相对位置。例如，传动装置可以布置在轮毂和转子在塔架结构上的安装位置之间，或者转子在塔架结构上的安装位置可以布置于轮毂和传动装置之间。 [0043] 作为另一可替换，只要轮毂的旋转导致主带轮和行星带轮的相对旋转运动，主带轮可以布置成随着轮毂旋转，行星带轮可以与轮毂解耦。 [0044] 每个转子可以连接至单独发电机。根据该实施方式，风轮机包括一个用于每个转子的专用发电机，每个转子的旋转轴连接至一个发电机，并且每个发电机连接至一个转子的旋转轴。在该情况下，发电机可以布置成邻近相应的转子。 [0045] 作为替换，风轮机可以包括单个发电机，其例如经由一个或多个带连接至所有转子的旋转轴。作为另一替换，风轮机可以包括两个或更多个发电机，至少一个发电机连接至两个或更多个转子的旋转轴，即发电机的数量少于转子的数量。 [0046] 风轮机可进一步包括偏航机构，通过控制转子的空气动力学推力操作所述偏航机构。例如，可以通过调整第一转子相对于布置在主塔架部分的对置侧时的第二转子的推力，例如通过使用叶片变桨控制来控制转子与风的对准。 [0047] 风轮机可进一步包括一个或多个控制部件，和/或一个或多个变压器布置在塔架结构的内部。控制部件能够例如包括一个或多个控制器、一个或多个转换器等。控制部件和/或变压器可布置在塔架结构的臂的内部。可替换地，它/它们可布置在主塔架部分的内部，例如布置在臂安装在主塔架部分上的位置。从而控制部件和/或变压器将布置成靠近通过塔架结构的臂承载的转子。作为另一可替换，控制部件和/或变压器可以布置在主塔架部分的下部。 [0048] 可替换地或者此外，风轮机可进一步包括布置在定位成邻近主塔架部分的下部的容器的内部的一个或多个控制部件和/或一个或多个变压器。从而塔架结构的臂承载的重量甚至进一步减少，并且该重量尤其移开臂的末端。这甚至进一步减少塔架结构的臂承载的负荷。附图说明 [0049] 现在将参考附图进一步详细描述本发明，其中， [0050] 图1是根据本发明的一个实施方式的风轮机的正视图， [0051] 图2是图1的风轮机的俯视图， [0052] 图3是用于根据本发明的一个实施方式的风轮机的转子的截面图，[0053] 图4是图3的转子的传动装置的正视图，以及 [0054] 图5是根据本发明的替换实施方式的风轮机的正视图。 具体实施方式[0055] 图1是根据本发明的一个实施方式的风轮机1的正视图。风轮机1包括：塔架结构，其具有沿着大致竖直方向延伸的主塔架部分2；以及四个臂3，其沿着大致水平方向延伸离开主塔架部分2。 [0056] 每个臂3承载转子4。每个转子包括轮毂5，其承载一组风轮机叶片6。轮毂5可旋转地安装在相应的臂3上，从而允许风通过作用在风轮机叶片6上而引起轮毂5旋转。轮毂5的旋转运动经由转子4的传动装置(未示出)以下文将进一步详细描述的方式传递至一个或多个发电机(未示出)。 [0057] 四个臂3布置为使得它们中的两个以第一高度安装在主塔架部分2上，而另外两个以更高的第二高度安装在主塔架部分2上。以相同高度安装在主塔架部分2上的两个臂3沿着大致相反方向延伸离开主塔架部分2。因此，臂3相对于主塔架部分2对称地布置。从而平衡臂3引入塔架结构中的负荷，该负荷包括因臂3承载的转子4的重量引入的负荷。 [0058] 图2是图1的风轮机1的俯视图，示出了转子4中的两个。从图2清楚的是，臂3从主塔架部分2沿着大致相反方向延伸。 [0059] 图3是用于根据本发明的一个实施方式的风轮机的转子4的截面图。例如，转子4能够是图1和图2的风轮机的转子4中的一个。转子4包括轮毂5，其承载多个风轮机叶片6，示出了多个风轮机叶片6中的一个。 [0060] 轮毂5经由两个构成主轴承布置的轴承8可旋转地安装在中空主销7上。因此，被轮毂5承载的作用在风轮机叶片6上的风引起轮毂5相对于中空主销7绕大致水平轴线旋转。 [0061] 转子4进一步包括传动装置9，其沿着迎风方向安装在轮毂5的前面。但是，应该注意的是，在可替换实施方式中，传动装置9能够沿着迎风方向布置在轮毂5后面，诸如布置在轮毂5以及转子4在塔架结构上的安装位置之间。 [0062] 传动装置9包括主带轮10、三个每个设置有行星轴12的行星带轮11以及中心带轮13。中心带轮13连接至延伸通过中空主销7的旋转轴14，并且布置成将旋转运动从中心带轮 13传递至发电机15。 [0063] 主带轮10固定地安装在中空主销7上，行星带轮11安装在轮毂5上。此外，主带轮10经由带16连接至每个行星轴12，带16环绕主带轮10以及每个行星轴12，三个行星带轮11经由三个带17连接至中心带轮13，三个带17中的每个环绕一个行星带轮11和中心带轮13。因而，当轮毂5旋转时，一方面引入主带轮10之间的相对旋转运动，另一方面引入行星带轮11和行星轴12之间的相对旋转运动由于主带轮10和行星带轮11以及轴12之间。经由带16的带连接，这将引起每个行星轴12旋转，从而每个行星带轮11将绕其行星轴12执行旋转运动。 [0064] 由于在每个行星带轮11和中心带轮13之间经由带17的带连接，上述行星带轮11的旋转运动将引起中心带轮13旋转，从而引起旋转轴14旋转。因此，旋转运动经由传动装置9和旋转轴14从轮毂5传递至发电机15。 [0065] 图4是图3的转子4的传动装置9的正视图。能够看到带16如何环绕主带轮10以及每个行星轴12，以及每个带17如何环绕一个行星带轮11和中心带轮13。 [0066] 图5是根据本发明的替换实施方式的风轮机1的正视图。图5的风轮机1非常类似于图1的风轮机1，因此此处不详细描述。 [0067] 在图5的风轮机1中，转子4安装在相应臂3的下侧。这允许转子4易于被吊起至塔架结构的臂3的位置上，或者被下降至地面，而不需要大吊车等。从而竖立风轮机1，移除风轮机1和/或非常容易以及成本有效的更换转子4。 [0068] 臂3能够以枢转或者旋转方式安装在主塔架部分2上，允许上、下臂3相对于彼此旋转，从而允许安装在上臂3上的转子4移开转子4正上方的位置，转子4安装在下臂3上。这将允许安装在上臂3上的转子4降低至地面而不碰撞安装在下臂3上的转子4。 |
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