專利名稱：具有液壓轉(zhuǎn)臺的風(fēng)力渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有用于將來自風(fēng)力渦輪機(jī)的機(jī)械能傳遞到發(fā)電機(jī)的閉環(huán)液壓傳動 系統(tǒng)的渦輪驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)(power production system)。相對于包括機(jī)械加速傳動裝置的 傳統(tǒng)風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)(其中，發(fā)電機(jī)布置在風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的吊艙中)，本發(fā)明中的液 壓電動機(jī)、發(fā)電機(jī)和其它部件布置在地面上或接近地面。當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)的輸出功率和大小增加時，傳動系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)的位置和重量對于安 裝和維護(hù)變得日益重要?？紤]到對于傳統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)大約30%的停機(jī)時間與機(jī)械變速箱相關(guān)，5MW發(fā)電 機(jī)和相關(guān)機(jī)械傳動裝置的重量典型地是從50000至200000千克，并且風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的中 心在地面或海平面之上延伸100到150米，容易理解的是，在吊艙中具有機(jī)械傳動裝置和發(fā) 電機(jī)的傳統(tǒng)系統(tǒng)的布置和維護(hù)是昂貴的并且是困難的。在風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)之間具有基于水靜壓式傳動系統(tǒng)的變速傳動裝置的 風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)自背景技術(shù)是已知的。水靜壓式傳動系統(tǒng)的使用考慮了液壓電動機(jī)和發(fā)電 機(jī)在風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)中比傳統(tǒng)技術(shù)(其中，部件的布置由傳動系統(tǒng)和齒輪箱的布置限 定)更靈活的布置。然而，關(guān)于液壓電動機(jī)和發(fā)電機(jī)的位置的一個主要問題是由這種事實產(chǎn)生水平 軸線風(fēng)力渦輪機(jī)(HAWT)必須通過繞垂直軸線旋轉(zhuǎn)風(fēng)力渦輪機(jī)來指向風(fēng)力。由于液壓泵連 接到風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸并通過風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸驅(qū)動，液壓電動機(jī)和發(fā)電機(jī)在地面上的布 置將引起閉環(huán)中液壓泵和液壓電動機(jī)之間的管或管道扭曲。本發(fā)明通過采用轉(zhuǎn)臺來解決此問題，該轉(zhuǎn)臺布置成傳送轉(zhuǎn)臺上的液壓泵和轉(zhuǎn)臺下 的液壓電動機(jī)之間的液壓。該轉(zhuǎn)臺可繞垂直軸線旋轉(zhuǎn)任意圈，并且在正常運轉(zhuǎn)期間不需要 渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的停止和啟動，以將渦輪機(jī)帶回到它的初始位置。本發(fā)明考慮了大多數(shù)的液壓 部件，包括布置在地面附近或靠近地面的流體貯存器、增壓泵和液壓電動機(jī)。本發(fā)明也考慮 通常隨著系統(tǒng)發(fā)電而增加的漏油的處理。本發(fā)明的另一個優(yōu)點是液壓泵和轉(zhuǎn)臺的頂部相對于彼此處于固定的角度位置。轉(zhuǎn) 臺相對于液壓電動機(jī)的較低連接也是這樣的。因此，液壓傳動系統(tǒng)的閉環(huán)中的管件可由較 短的剛性管或管道而不是如上所描述的較長的撓性管制造而成。與撓性管的使用相比，剛 性管或管道的使用將減少系統(tǒng)中的彈性。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)中，來自風(fēng)的能量機(jī)械地、或直接地或通過旋轉(zhuǎn)加 速傳動裝置傳送到發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)必需以額定速度旋轉(zhuǎn)以便能將電傳給連接到發(fā)電系統(tǒng)的輸電線路或網(wǎng)絡(luò)。 在低風(fēng)速條件下，如果渦輪機(jī)不將合適水平的機(jī)械轉(zhuǎn)矩供應(yīng)到系統(tǒng)，它將不能傳遞能量，因 而發(fā)電機(jī)將起電動機(jī)作用，并且電網(wǎng)將通過機(jī)械傳動裝置驅(qū)動發(fā)電機(jī)和渦輪機(jī)。在另一方面，如果風(fēng)力太強(qiáng)，風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動頻率對于發(fā)電機(jī)而言變得太高而不能正常運轉(zhuǎn)，或者機(jī)械設(shè)備由于強(qiáng)力而中止。存在若干用于克服有關(guān)可變風(fēng)力條件的問題的方案。最顯而易見的方案是在風(fēng)力 太強(qiáng)時停轉(zhuǎn)和/或制動渦輪機(jī)或傾斜渦輪機(jī)葉片。現(xiàn)今，正在使用渦輪機(jī)葉片的手工制動 和傾斜控制，然而，這方案可使系統(tǒng)的效率更低。來自背景技術(shù)的眾所周知的方案是使用變換器以使發(fā)電機(jī)的輸出頻率轉(zhuǎn)換為期 望頻率。于是，渦輪機(jī)所驅(qū)動的發(fā)電機(jī)將根據(jù)風(fēng)速被允許以可變旋轉(zhuǎn)頻率運轉(zhuǎn)。變換器的 使用可能是昂貴的并且降低系統(tǒng)的總效率。從背景技術(shù)中已知的是，可以使用基于具有可變傳動比的行星齒輪的機(jī)械傳動系 統(tǒng)，以在改變風(fēng)力條件期間保持發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速靠近預(yù)期值。在美國專利申請2005/194787和國際專利申請WO 2004/088132中，描述了將能量 從渦輪機(jī)傳遞到發(fā)電機(jī)的是機(jī)械傳動裝置驅(qū)動的風(fēng)力渦輪機(jī)。傳動比可通過改變行星齒輪 的轉(zhuǎn)速和外環(huán)方向而變化。在這些申請中，靜液壓傳動系統(tǒng)用于控制行星齒輪。在幾篇公開文獻(xiàn)中已經(jīng)提議使用包括用于將能量從渦輪機(jī)傳遞到發(fā)電機(jī)的液壓 泵和液壓電動機(jī)的靜液壓傳動系統(tǒng)。通過使用具有可變排量的液壓泵和/或電動機(jī)，有可 能快速改變液壓系統(tǒng)的傳動比，以便在改變風(fēng)力的條件下保持期望的發(fā)電機(jī)速度。Tadashi的日本專利申請JP 11287178描述了用于將能量從風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子傳遞 到發(fā)電機(jī)的液壓傳動系統(tǒng)，其中發(fā)電機(jī)速度通過改變靜液壓傳動系統(tǒng)中的液壓電動機(jī)的排 量得以保持。靜液壓傳動系統(tǒng)允許部件位置比機(jī)械傳動系統(tǒng)更具有靈活性。遠(yuǎn)離風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)中的塔頂部分的發(fā)電機(jī)的再布置從塔頂部分去除了重 量的主要部分。相反地，發(fā)電機(jī)可布置在地面上或在塔的較低部分內(nèi)。靜液壓電動機(jī)和發(fā) 電機(jī)在地平面上的這種布置將進(jìn)一步便于這些部件的監(jiān)管和維護(hù)，因為它們可在地面水平 接觸到。Gelhard等的國際專利申請94/19605A1描述了包括天線塔的風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電系 統(tǒng)，驅(qū)動發(fā)電機(jī)的螺旋槳安裝在該天線塔上。螺旋槳軸處的動力液壓地傳遞到發(fā)電機(jī)。螺 旋槳更適宜驅(qū)動液壓泵，該液壓泵通過液壓管連接到驅(qū)動發(fā)電機(jī)的液壓電動機(jī)。液壓傳動 裝置使得有可能將非常重的發(fā)電機(jī)放置在地面上的機(jī)房里。這就減少了天線塔上的負(fù)荷， 從而使得有可能將天線塔和它的地基設(shè)計得更輕和便宜。美國專利7，183, 664(McClintic)描述了風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，液壓泵給流體增壓并 將流體存儲在支撐塔內(nèi)的室中。增壓流體經(jīng)由定量閥引入到連接到發(fā)電機(jī)的液壓電動機(jī)。 定量閥被控制以便保持發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在塔的頂部，液壓轉(zhuǎn)臺將泵出口連接到塔中的高壓 室，并且從低壓槽到液壓泵。低壓流體通過使用低壓槽中的惰性增壓氣體返回到泵中。DE 3025563 (Suzzi)描述了具有包括液壓轉(zhuǎn)臺的閉環(huán)靜液壓傳動系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪 機(jī)。NO 20041044 (Nikolaus)挪威專利申請N022045083 (Bragstad)描述了用于將受壓的水 從風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子所驅(qū)動的水泵傳遞到用于發(fā)電的渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)臺。WO 2006029633 (Andersen)描述了包括一個或多個泵的風(fēng)力渦輪機(jī)。該泵連接到 將液壓轉(zhuǎn)換為驅(qū)動發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)動作的設(shè)備。來自泵的壓力通過閥和槽控制以用于壓力平 衡。用于旋轉(zhuǎn)動作補償?shù)脑O(shè)備用在吊艙和塔之間。WO 2007143902 和 CN 2911237 描述了轉(zhuǎn)臺設(shè)備。
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從WO 2007053036 (Chappie等)中可以看出，渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)之間的能量傳 遞可以通過基于一個或多個速度測量(例如是風(fēng)速)控制液壓泵或電動機(jī)的排量而變得更 為有效。在實際生活中，液壓泵和電動機(jī)將始終具有很小的但不得不處理的流體泄漏。對 于大的安裝，泄漏可以是相當(dāng)大的，并且不得不仔細(xì)地處理。所謂替代能源領(lǐng)域中的傾向是要求具有較高動力的較大風(fēng)力渦輪機(jī)。當(dāng)前5麗系 統(tǒng)正被安裝并且IOMW系統(tǒng)正在研制中。尤其對于遠(yuǎn)離居住區(qū)域的離岸安裝，較大的系統(tǒng)在 環(huán)境上更可接受并具有更好的成本效率。在這種情況下，風(fēng)力渦輪機(jī)中的吊艙內(nèi)的部件的 重量和維護(hù)入口變成了關(guān)鍵問題?？紤]到傳統(tǒng)風(fēng)力渦輪機(jī)的大約30%的停機(jī)時間與機(jī)械變 速箱有關(guān)，5MW發(fā)電機(jī)和相關(guān)機(jī)械傳動裝置的重量通常是從50000到200000千克，并且渦輪 機(jī)的中心延伸到地面或海平面之上100到150米，容易理解的是，在吊艙中具有機(jī)械傳動裝 置和發(fā)電機(jī)的傳統(tǒng)系統(tǒng)的布置和維護(hù)是昂貴并且困難的。因此，根據(jù)背景技術(shù)，需要一種新的和創(chuàng)新方案，以減少風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的吊 艙中的必需和超重部件的重量和數(shù)量，這種創(chuàng)新方案減少了吊艙中的部件數(shù)量和吊艙中的 部件的布置和維護(hù)需求。此外，為使靜液壓傳動系統(tǒng)成功地布置在現(xiàn)實系統(tǒng)中，需要一種處 理發(fā)生在泵和電動機(jī)中的漏油的方案。在通過改變風(fēng)速和發(fā)電機(jī)負(fù)荷所描述的可變運轉(zhuǎn)條 件期間，應(yīng)當(dāng)考慮從風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子傳遞到發(fā)電機(jī)的有效能量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是上述問題的至少一些中的一個解決方案，包括具有用于將機(jī)械能從風(fēng)力 渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子傳遞到發(fā)電機(jī)的閉環(huán)靜液壓傳動系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，其中，靜液壓傳 動系統(tǒng)包括具有泵和由管或管道連接的電動機(jī)的閉環(huán)，其中，風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子和泵的組件 布置在轉(zhuǎn)臺之上，以繞垂直軸線旋轉(zhuǎn)，以將閉環(huán)靜液壓傳動系統(tǒng)中的流體傳遞到和傳自布 置在轉(zhuǎn)臺之下的電動機(jī)，發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)一步包括布置用來存儲用于靜液壓傳動系統(tǒng)的額外流 體的流體貯存器，其中，轉(zhuǎn)臺進(jìn)一步布置用來將泄漏流體在排泄管內(nèi)從泵傳遞給流體貯存 器，該流體貯存器布置在轉(zhuǎn)臺下。發(fā)電系統(tǒng)可進(jìn)一步包括在轉(zhuǎn)臺下的增壓泵，該增壓泵布置用來通過增壓管將補充 液壓流體從流體貯存器泵送到液壓泵，其中，轉(zhuǎn)臺布置用來傳遞增壓管中的流體。根據(jù)本發(fā)明的實施例，靜液壓傳動系統(tǒng)的傳動比由控制系統(tǒng)控制，該控制系統(tǒng)布 置成控制液壓電動機(jī)的可變排量。


本發(fā)明在附圖中得到說明。說明意圖演示本發(fā)明的優(yōu)選和備用實施例，并且不應(yīng) 解釋為限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍僅由附加權(quán)利要求限定。圖1圖示了根據(jù)背景技術(shù)的風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的垂直剖面，其中，機(jī)械變速箱 和發(fā)電機(jī)位于吊艙中；圖2圖示了根據(jù)背景技術(shù)的風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的垂直剖面，其中，靜液壓傳動 系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)位于吊艙內(nèi)，并且靜液壓傳動系統(tǒng)用作可變傳動裝置；圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的垂直剖面，其中，靜液壓傳動系統(tǒng)的液壓電動機(jī)和發(fā)電機(jī)位于塔的底部內(nèi)或鄰近地面，并且液壓轉(zhuǎn)臺或接頭布置在靜液壓 系統(tǒng)的閉環(huán)中，以允許吊艙繞重直軸線旋轉(zhuǎn)，從而允許風(fēng)力渦輪機(jī)持續(xù)地指向風(fēng)；圖4圖示了與圖3類似的風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的垂直剖面，不同的是，來自背景技 術(shù)的液壓盤式制動器被閥流制動器代替；圖5圖示了與圖4類似的風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的垂直剖面，其主要不同的是，液壓 泵和液壓轉(zhuǎn)臺布置在一個單一單元中。圖6圖示了根據(jù)本發(fā)明實施例的包括液壓轉(zhuǎn)臺或接頭的風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的 示意圖；圖7圖示了液壓轉(zhuǎn)臺的簡化橫截面。圖7的左手側(cè)示出了側(cè)視圖，而右手側(cè)示出 了液壓轉(zhuǎn)臺的軸向圖。
具體實施例方式本發(fā)明將在下文中參考附圖得到描述，并且將描述根據(jù)本發(fā)明的多個實施例。應(yīng) 當(dāng)注意的是，本發(fā)明不限于本公開中所描述的實施例，并且本發(fā)明精神范圍內(nèi)的任一實施 例也應(yīng)認(rèn)為是本公開的一部分。首先參考附圖中的圖1，在圖1中，示出了根據(jù)背景技術(shù)的風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的 橫斷面圖。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(1)包括具有機(jī)械變速箱(30)和發(fā)電機(jī)(20)的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子 (2)，其用于將來自風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(2)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為來自發(fā)電機(jī)(20)的電能。變速箱 (30)和發(fā)電機(jī)(20)布置在已知設(shè)計的塔(4)的頂部上的吊艙(3)中。該吊艙布置在轉(zhuǎn)動 軸承(5)上，以便風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(2)和吊艙⑶在塔⑷的頂部樞轉(zhuǎn)，其中吊艙的擺動通 過擺動控制系統(tǒng)(6)控制。擺動控制系統(tǒng)(6)的主要任務(wù)是連續(xù)地將風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(2) 指向風(fēng)(或遠(yuǎn)離風(fēng))。此外，眾所周知的是在需要時使用盤式制動器(19)來停止渦輪機(jī)。圖2圖示了根據(jù)背景技術(shù)的具有用作可變傳動裝置的靜液壓傳動系統(tǒng)(10)的風(fēng) 力渦輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)(1)的垂直剖面，其用來將來自風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(2)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為發(fā) 電機(jī)(20)的電能。靜液壓傳動系統(tǒng)包括液壓泵(11)和液壓電動機(jī)(12)。泵(11)和/或 電動機(jī)(12)可以是可變排量類型或固定排量類型。然而，為了能夠控制靜液壓傳動系統(tǒng)的 傳動比，泵或電動機(jī)或兩者都應(yīng)該是可變排量類型的。類似于圖1，吊艙布置在具有垂直軸 線的轉(zhuǎn)動軸承(5)上，以便風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(2)和吊艙(3)能在塔(4)的頂部樞轉(zhuǎn)，其中吊 艙的擺動通過擺動控制系統(tǒng)(6)控制。擺動控制系統(tǒng)(6)的主要任務(wù)是連續(xù)地將風(fēng)力渦輪 機(jī)轉(zhuǎn)子⑵指向風(fēng)(或遠(yuǎn)離風(fēng))。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說眾所周知的是，如在圖1中所描述的那樣，用在根據(jù)背景 技術(shù)的系統(tǒng)中的機(jī)械變速箱的停機(jī)時間可構(gòu)成傳統(tǒng)風(fēng)力渦輪機(jī)差不多30%的停機(jī)時間。此 外，5MW發(fā)電機(jī)和相關(guān)機(jī)械變速箱的重量通常是從50000至200000千克。當(dāng)渦輪機(jī)的中心 在地面或海平面之上延伸100至150米時，在離岸式或沿岸安裝時，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解 的是，在吊艙中具有機(jī)械變速箱和發(fā)電機(jī)的傳統(tǒng)系統(tǒng)的構(gòu)造、布置和維護(hù)是昂貴而且困難 的。圖1和圖2中所示的具有根據(jù)背景技術(shù)的系統(tǒng)的另一個主要問題是當(dāng)渦輪機(jī)繞 垂直軸線旋轉(zhuǎn)時，從發(fā)電機(jī)通過塔的電源電纜將被彎曲。在一個方向2-3次轉(zhuǎn)動之后，吊艙 不得不轉(zhuǎn)回其初始位置。這需要計劃性的產(chǎn)生停止和重啟。
圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明的具有用于將來自風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(2)的機(jī)械能傳遞到發(fā) 電機(jī)(20)的閉環(huán)靜液壓傳動系統(tǒng)(10)的風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)(1)的垂直剖面。該靜液壓 傳動系統(tǒng)(10)包括具有泵(11)和通過管或管道(13，14)連接的電動機(jī)(12)的閉環(huán)。在本發(fā)明的實施例中，所述風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(2)和所述泵(3)的組件布置成繞轉(zhuǎn) 臺(7h)之上的垂直軸線(8)旋轉(zhuǎn)，該轉(zhuǎn)臺(7h)布置成將閉環(huán)(10)中的流體傳遞到并傳自 布置在所述轉(zhuǎn)臺(7h)下的所述電動機(jī)(12)，發(fā)電系統(tǒng)(1)進(jìn)一步包括布置成為靜液壓傳動 系統(tǒng)(10)存儲額外流體的流體貯存器(52)，其中，轉(zhuǎn)臺(7h)進(jìn)一步布置成將來自泵(11) 的漏出流體在排泄管(62)中傳遞到布置在轉(zhuǎn)臺(7h)下的流體貯存器(52)。根據(jù)本發(fā)明具有液壓轉(zhuǎn)臺的風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)考慮了發(fā)電機(jī)和液壓電動機(jī)在 塔底部的再布置。這就明顯減少了塔的頂部部分的重量。5MW發(fā)電機(jī)和相關(guān)機(jī)械變速箱的重量通常是從50000到200000千克。當(dāng)渦輪機(jī) 的中心在地面或海平面之上延伸100至150米時，這種系統(tǒng)的安裝可成為至關(guān)重要的問題。 為了在吊艙中安裝重的部件，需要能夠?qū)⒅匦筒考嵘降跖撝械拇笮推鹬貦C(jī)。這問題可 通過本發(fā)明解決，其中重型部件可布置在塔中的任何地方或塔的外部、塔的地基之上或以 下(用于離岸或沿岸安裝的海平面之上或以下)。對于沿岸或離岸安裝，這尤其是有利，因 為減少了與依賴于可變環(huán)境條件的起重機(jī)和風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性相關(guān)的問題。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解的是，5MW渦輪機(jī)、發(fā)電機(jī)和渦輪機(jī)中心高度(可在地面或 海平面之上延伸100到150米)的相關(guān)傳動裝置和支撐系統(tǒng)的重量，對于計算塔的構(gòu)造以 及塔和渦輪機(jī)的地基或流動支撐是最重要的因素。根據(jù)本發(fā)明，發(fā)電機(jī)和/或變速箱可安 裝在地面或海平面上或以下，以便減少渦輪機(jī)中心的重量。從而相應(yīng)地減少塔和支撐系統(tǒng) 的尺寸和相關(guān)費用。靠近地面或海平面的靜液壓電動機(jī)和發(fā)電機(jī)的布置將進(jìn)一步明顯地易于可達(dá)性， 因而改善這些部件的監(jiān)管和維修。如圖1中所描述的那樣，用于根據(jù)背景技術(shù)的系統(tǒng)中的 機(jī)械變速箱的停機(jī)時間可構(gòu)成傳統(tǒng)風(fēng)力渦輪機(jī)差不多30%的停機(jī)時間。在吊艙中進(jìn)行人工 檢驗和監(jiān)管是困難的，并且已經(jīng)證明在發(fā)電期間是危險的。然而，如果部件位于本發(fā)明圖3 所示的地面上，那么更多預(yù)定維修工作可得到執(zhí)行。當(dāng)發(fā)電機(jī)和液壓電動機(jī)在地面(或靠 近海平面)附近容易接觸時，備件的修理和安裝也明顯地更為簡單。隨著發(fā)電系統(tǒng)所輸送 漸增的額定功率，并因此增加了渦輪機(jī)的直徑和增加發(fā)電機(jī)和吊艙中的部件的重量，這就 變得日益重要。在本發(fā)明的此實施例中，在非不得不在轉(zhuǎn)動角極限接近解繞旋轉(zhuǎn)吊艙中的發(fā)電機(jī) 和塔中電氣端子點之間的電力電纜之后將渦輪機(jī)轉(zhuǎn)回初始位置的前提下，與將渦輪機(jī)持續(xù) 地指向改變的風(fēng)向相關(guān)的問題通過在液壓泵和液壓電動機(jī)之間布置液壓轉(zhuǎn)臺來解決。在背 景技術(shù)中，在一個方向最大2-3轉(zhuǎn)之后渦輪機(jī)不得轉(zhuǎn)回它的初始位置。這需要有計劃和昂 貴的生產(chǎn)停止和重啟。在本發(fā)明的實施例中，液壓泵允許隨風(fēng)力渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，同時液壓電動 機(jī)和發(fā)電機(jī)組件位于地面或海平面附近。本發(fā)明考慮了與系統(tǒng)中的泵和電動機(jī)的流體泄漏相關(guān)的實際問題。根據(jù)本發(fā)明， 液壓轉(zhuǎn)臺可將泄漏油自泵傳遞到布置在地面上或地面附近的流體貯存器。由于系統(tǒng)中油的 加熱，流體貯存器中可變得大，并且這種貯存器從吊艙移動到塔的底部或接近塔對于風(fēng)力 渦輪機(jī)的布置和維修具有明顯的優(yōu)點，特別是對于離岸或沿岸的大型發(fā)電系統(tǒng)，而且對于較小的岸上發(fā)電系統(tǒng)也是這樣，其中，液壓傳動裝置用來傳遞能量。
發(fā)電系統(tǒng)(1)進(jìn)一步包括在轉(zhuǎn)臺(7h)下的增壓泵(51)，其布置成將來自流體貯 存器(52)的補充液壓流體泵送到液壓泵(11)。在本發(fā)明的一個實施例中，轉(zhuǎn)臺(7h)布置 成傳遞增壓管(61)中的流體。在本發(fā)明的此實施例中，增壓泵(51)用來通過專用增壓管 (61)將因內(nèi)部泄漏而失去的補充油提供到液壓泵(11)。在本發(fā)明的實施例中，來自增壓泵的補充油可以流入靜液壓傳動系統(tǒng)(10)的低壓端(14)。在本發(fā)明中，轉(zhuǎn)臺布置成傳遞轉(zhuǎn)臺之上的液壓泵和轉(zhuǎn)臺之下的液壓電動機(jī)之間的 液壓。發(fā)電機(jī)位于轉(zhuǎn)臺下方，并且風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子和液壓泵組件可繞垂直軸線旋轉(zhuǎn)任意圈 數(shù)，并且它不需要使渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)回它的初始位置。根據(jù)本發(fā)明，轉(zhuǎn)臺可以許多方式插入到閉環(huán)液壓系統(tǒng)中。在本發(fā)明的一個實施例 中，轉(zhuǎn)臺的高位部分用管或管道連接到吊艙中的液壓泵，轉(zhuǎn)臺的低位部分用管或管道連接 到液壓電動機(jī)。轉(zhuǎn)臺的內(nèi)部流體通道用于分離地傳遞靜液壓傳動系統(tǒng)的閉環(huán)的回路中的流 體。在圖7中，示出了可在本發(fā)明中使用的液壓轉(zhuǎn)臺或接頭。轉(zhuǎn)臺(7h)包括外部部件 (152)和內(nèi)部部件(151)，其中，內(nèi)部部件可在外部部件內(nèi)部旋轉(zhuǎn)。管狀部件(153)布置成 在轉(zhuǎn)臺(151)的內(nèi)部部件在轉(zhuǎn)臺的外部部件(152)中旋轉(zhuǎn)時經(jīng)由環(huán)狀通道(155，156)將流 體持續(xù)地傳送通過轉(zhuǎn)臺(7h)。在本發(fā)明的實施例中，所述泵和所述轉(zhuǎn)臺之間以及所述轉(zhuǎn)臺和所述電動機(jī)之間的 管或管道(13，14)是剛性管(13，14)。閉環(huán)的彈性對靜液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性是重要的，因此， 固定的剛性管道相比較柔性管是優(yōu)選的，因為它們不經(jīng)受與柔性管會經(jīng)受變形的相同方式 的變形。在本發(fā)明的實施例中，泵(11)的泵軸(27)直接連接到所述風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(2) 的渦輪機(jī)軸(28)而無需任何中間傳動箱。這就可減少傳動裝置損失。風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)中的傳動箱的安裝和維修是工業(yè)界主要的擔(dān)心?？紤]到傳統(tǒng) 風(fēng)力渦輪機(jī)大約30%的停機(jī)時間涉及機(jī)械傳動裝置，并且機(jī)械傳動箱的重量是吊艙總重的 主要組成，顯而易見的是，沒有傳動裝置的發(fā)電系統(tǒng)將明顯地減少布置和維修成本。機(jī)械傳 動箱的相對短的免費維修運行周期在離岸和沿岸系統(tǒng)中是特別重要的，其中，海平面之上 100-150米的吊艙內(nèi)的部件維修被風(fēng)力工業(yè)感興趣的區(qū)域中的困難環(huán)境條件搞得更復(fù)雜。 安裝和維修工作是從船舶或小船執(zhí)行，并且取決于天氣條件，吊艙中的維修工作因環(huán)境條 件而受阻礙，因為維修船和風(fēng)力渦輪機(jī)塔由于俯仰、側(cè)傾、擺動、浪涌、升沉和搖擺運動將具 有相對運動。如果傳動裝置失效，困難的離岸和近岸條件可導(dǎo)致離岸和沿岸安裝比類似的 岸上安裝甚至更長的停機(jī)時間。本發(fā)明通過消除吊艙中的傳動裝置并使用靜液壓傳動系統(tǒng)作為加速傳動裝置可 明顯地減少了這種問題。渦輪機(jī)軸(28)和泵軸(27)可能是相同的、共同軸的一部分，或者兩軸可以焊接 或通過套管或通過任何其它合適的固定裝置連接，這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見 的。在本發(fā)明的實施例中，閉環(huán)包括一個或多個閥(40，41)，其布置用來停止閉環(huán)系統(tǒng) 中的流體流并因而制動和停止風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(2)，如圖4所示。在本發(fā)明的實施例中，圖1中所示的液壓制動器(19)可不需要。一般地，根據(jù)本發(fā)明的流體制動器由于較小的尺寸 和重量更容易安裝和維修。圖6示出了本發(fā)明實施例的示意圖?？拷疽鈭D中間的液壓轉(zhuǎn)臺(7h)用來將閉 環(huán)靜液壓傳動系統(tǒng)(10)的高壓端(13)中的流體從液壓泵(11)傳遞到液壓電動機(jī)(12)。 在低壓端(14)，轉(zhuǎn)臺用來將流體從液壓電動機(jī)(12)傳遞到液壓泵(11)。閥(40)用來停止 閉環(huán)系統(tǒng)的高壓端中的流體流。當(dāng)閥(40)關(guān)閉時，流體不能通過，并且風(fēng)力渦輪機(jī)(2)將 停止。當(dāng)壓力變得太高時，也就是說，當(dāng)閥(40)關(guān)閉時，卸壓閥(41)將打開。這就確保在 制動期間，系統(tǒng)中的最大壓力通過卸壓閥(41)的開啟壓力來設(shè)置。此外，有可能改變渦輪 機(jī)葉片的俯仰角，以便在應(yīng)用流體制動器以前減少被風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(2)占去的能量。閉 環(huán)系統(tǒng)中的小部分流體由于泄漏而丟失。在本發(fā)明的實施例中，來自泵(11)和電動機(jī)(12) 的泄漏流體可引入靠近地面布置的流體貯存器(52)。液壓轉(zhuǎn)臺(7h)可布置成將泄漏流體 排泄管(62)中傳遞到貯存器(52)。在本發(fā)明的實施例中，泵中丟失的流體可被來自流體貯 存器(52)的補充流體替代，其中，增壓泵(51)布置成通過增壓管(61)將來自貯存器(52) 的流體抽取到泵(11)，并且轉(zhuǎn)臺(7h)布置成傳送增壓管(61)中的流體。在本發(fā)明實施例中，電動機(jī)(12)布置在地面上或地面附近。在本發(fā)明的實施例 中，轉(zhuǎn)臺(7h)和液壓電動機(jī)(12)之間的管道或管布置在從轉(zhuǎn)臺(7h)到電動機(jī)(12)的塔 (4)的內(nèi)部或塔(4)的外部。電動機(jī)可布置在塔的內(nèi)部、塔的外部或塔底座下方。在本發(fā)明的實施例中，電動機(jī)(12)布置在海面平面附近或以下。在本發(fā)明的實施 例中，轉(zhuǎn)臺(7h)和液壓電動機(jī)(12)之間的管道或管布置在從轉(zhuǎn)臺(7h)到電動機(jī)(12)的 塔(4)的內(nèi)部或塔(4)的外部。電動機(jī)可布置在海面以下或以上的塔內(nèi)部或在海面以下或 以上的塔外部。在本發(fā)明的實施例中，如圖3所示，所述發(fā)電機(jī)(20)的發(fā)電機(jī)軸(17)直接連接到 所述電動機(jī)(12)的電動機(jī)軸(18)。電動機(jī)軸(18)和發(fā)電機(jī)軸(17)可以是相同、共同軸的 一部分，或兩軸可以焊接或用套管或通過任何其它固定裝置連接，這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員 來說是顯而易見的。在本發(fā)明的實施例中，液壓電動機(jī)和發(fā)電機(jī)的組件可以布置在塔的內(nèi) 部、塔的外部或塔的底座以下的同一外殼中。在本發(fā)明的實施例中，發(fā)電系統(tǒng)(1)包括布置用來傳遞電信號的電轉(zhuǎn)臺(7e)。電信號可包括從轉(zhuǎn)臺下方的渦輪機(jī)底座到吊艙中的功率消耗部件的電功率、從控 制單元到俯仰控制致動器的控制信號、從控制單元到液壓泵的控制致動器的信號、從一個 或多個傳感器到控制單元的檢測信號、或在吊艙和渦輪機(jī)底座之間的任何其它相關(guān)的電信 號。轉(zhuǎn)臺中的電連接的尺寸和數(shù)量依賴于應(yīng)用，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。在本發(fā)明的實施例中，液壓泵(11’)包括轉(zhuǎn)臺，如圖5中所示。在本發(fā)明的實施例 中，液壓轉(zhuǎn)臺和液壓泵布置成單一設(shè)備不具有任何中間的外部管或管道。此實施例的優(yōu)勢是泵/轉(zhuǎn)臺單元可以是更輕的，并且比兩個設(shè)備是單獨的單元時 需要由更少的部件組成。上述的流體制動器也可包含在同一單元中。根據(jù)本發(fā)明的活動部件的數(shù)目減少和高比率機(jī)械傳動裝置的存在可明顯減少發(fā) 電系統(tǒng)所產(chǎn)生的噪聲。本發(fā)明可應(yīng)用到具有靜液壓傳動系統(tǒng)的所有類型的風(fēng)力渦輪機(jī)生成系統(tǒng)中，例如 在沿岸、近岸和離岸發(fā)電設(shè)施中。
權(quán)利要求
一種具有用來將來自風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(2)的機(jī)械能傳遞到發(fā)電機(jī)(20)的閉環(huán)靜液壓傳動系統(tǒng)(10)的風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)(1)，其中，所述靜液壓傳動系統(tǒng)(10)包括具有泵(11)和通過管或管道(13，14)連接的電動機(jī)(12)的閉環(huán)，所述風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(2)和所述泵(11)的組件布置成繞轉(zhuǎn)臺(7h)上的垂直軸線(8)旋轉(zhuǎn)，以將所述閉環(huán)靜液壓傳動系統(tǒng)(10)內(nèi)的流體傳到和傳自布置在所述轉(zhuǎn)臺(7h)下的所述電動機(jī)(12)，所述發(fā)電系統(tǒng)(1)進(jìn)一步包括用來儲存用于所述靜液壓傳動系統(tǒng)(10)的附加流體的流體貯存器(52)，所述轉(zhuǎn)臺(7h)進(jìn)一步布置成將來自所述泵(11)的泄漏流體在排泄管(62)內(nèi)傳遞給所述流體貯存器(52)，所述流體貯存器(52)布置在所述轉(zhuǎn)臺(7h)下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述泵(11)和所述轉(zhuǎn)臺(7h)之 間的以及進(jìn)一步所述轉(zhuǎn)臺(7h)和所述電動機(jī)(12)之間的所述管或管道(13，14)是剛性管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述泵(11)的泵軸(27)直接連 接到所述風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(2)的渦輪機(jī)軸(28)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述閉環(huán)包括布置用來阻止流體 在閉環(huán)系統(tǒng)(10)內(nèi)流動的一個或多個閥(40，41)，從而停止所述風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述電動機(jī)(12)布置在地面上 或附近。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述電動機(jī)(12)布置在海平面 附近或下方。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)(20)的發(fā)電機(jī)軸 (18)直接連接到所述電動機(jī)(12)的電動機(jī)軸(17)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述發(fā)電系統(tǒng)(1)包括布置用來 傳遞電信號的電轉(zhuǎn)臺(7e)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述液壓泵(11)包括所述液壓 轉(zhuǎn)臺(7h)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)(1)，進(jìn)一步包括所述轉(zhuǎn)臺(7h)下方的增壓泵 (51)，所述增壓泵(51)布置用來將補充液壓流體通過增壓管(61)自所述流體貯存器(52) 泵送到所述液壓泵(11)，其中，所述轉(zhuǎn)臺(7h)布置用來傳遞所述增壓管(61)內(nèi)的流體。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)(1)，進(jìn)一步包括所述轉(zhuǎn)臺(7h)下方的增壓泵 (51)，所述增壓泵(51)布置用來將補充液壓流體自所述流體貯存器(52)泵送到所述靜液 壓傳動系統(tǒng)(10)的所述低壓管或管道(14)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述靜液壓傳動系統(tǒng)(10)的傳 動比由控制系統(tǒng)(15)控制，所述控制系統(tǒng)(15)布置用來控制所述液壓電動機(jī)(12)的可變 排量(d)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有用來將來自風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械能傳遞到發(fā)電機(jī)的閉環(huán)靜液壓傳動系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)。該靜液壓傳動系統(tǒng)包括具有泵和通過管或管道連接的電動機(jī)的閉環(huán)。風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子和泵的組件布置成繞轉(zhuǎn)臺上的垂直軸線旋轉(zhuǎn)，以將流體傳自和傳到電動機(jī)、流體貯存器和布置在轉(zhuǎn)臺下的其它部件。
文檔編號F03D11/02GK101918712SQ200880122438
公開日2010年12月15日 申請日期2008年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月30日
發(fā)明者O·G·達(dá)爾豪格 申請人:查普驅(qū)動公司