CN102639870B - 包括升降装置的风力机 - Google Patents

Abstract

本发明具体地涉及一种风力机(10)，该风力机具有塔架(20)、能量转换单元、顶部承载件(60)以及升降装置，能量转换单元基本上设置在上塔架截面外侧并具有发电机(50)和风轮，该风轮具有连接到轮毂(30)的至少一个风轮叶片(40a，40b)，顶部承载件设置在塔架(20)上并将能量转换单元连接到塔架，升降装置具有用于升高和降低能量转换单元的升降缆索(70)，该升降装置具有支承单元和转向组件(80)，支承单元紧固到顶部承载件(60)并沿能量转换单元的纵向延伸，该转向组件设置在支承单元上，以将升降缆索(70)从基本上水平面转换到垂直面。风力机的特征在于，转向组件(80)借助于直线驱动装置(90)连接到顶部承载件(60)或支承单元，该直线驱动装置使转向组件(80)沿能量转换单元的纵向轴线方向的位置发生改变。

Description

包括升降装置的风力机

本发明涉及一种具有升降装置的风力机。本发明具体地涉及一种风力机，该风力机具有塔架、能量转换单元、顶部承载件、支承单元以及缆索，能量转换单元基本上设置在上塔架截面外侧并具有发电机和风轮，该风轮具有连接到轮毂的至少一个风轮叶片，顶部承载件设置在塔架上并将能量转换单元连接到塔架，支承单元紧固到顶部承载件并沿能量转换单元的纵向延伸，缆索用于提升和降低能量转换单元。

已知建立风力机在技术方面和物流方面都是复杂的过程。特别是，较大重量的风力机部件和它们的尺寸需要使用诸如专用起重机之类的专用设备，这些设备的使用特别是在安装离岸的风力机时需服从于长期规划。

长久以来试图通过如下方式来解决此问题：将风力机本身的塔架设计成起重机或者它具有作为风力机的一体部件的起重机，以使得在建立风力机时通常所需的工作至少部分地减到最少。

例如，EP 0 783 630 A1公开了一种风力机上的负载升降装置，其中，将可枢转的起重机臂设置在位于塔架上的主承载件上。该起重机具有设置在偏航系统的转动轴线上的起重臂，该起重臂可枢转到塔架的两侧。升降缆索经由若干个滑轮引导并最终由绞盘接纳或分配。尽管这未明显地提及，但起重机臂在建立风力机之后由机舱整流罩接纳，因而，在可再次使用起重机之前必须先再次移除机舱整流罩。

以类似的方式，DE 199 55 516 C1示出一种风力机和用于移除和安装风力机的机器外壳的主要部件的方法，采用此风力机，风力机的发电机和传送机构可通过设置在机舱的底板上的开口从底板向上拉起并直接移动到机舱内部。为此，起重机臂可枢转地设置在机舱内部，其中，为了操作起重机，有必要打开机舱的上整流罩。

这些已知设计的缺点是已提出的起重机臂由于它们要能够枢转而难以构造，且风力机的传统部件还必须设计成能吸收在使用起重机臂时产生的力。此外，必须打开机舱以使用起重机，或者必须移除机舱整流罩。

WO 2008/148874 A1也公开了一种风力机，其中，升降装置(Hebezeug)设置在安装于风力机塔架上的框架内，该升降装置能在建立风力机时升降由风轮、轮毂、风轮叶片和发电机预组装而成的能量转换单元，该能量转换单元连接到设置在塔架上的框架并由此连接到塔架。在此，框架具有这样的设计，它突出超过上塔架截面，因而，能量转换单元设置在上塔架截面之外。由于这种布置，风力机可被提升并可连接到框架，而没有与塔架相撞的任何风险。

尽管这是基本上有利的构造，但这种先前已知的风力机的构造的缺点在于，升降缆索从水平面转换到垂直面的位置距离是预先确定的。这实际上对升降装置的操作设定了严格的限制，例如是由于确保防止能量转换单元与塔架相撞的风速上限。

如DE 103 27 849 A1所建议的，能枢转的起重臂和能在机舱上运动的起重机绞盘不能在此使用，这是因为它们不是为了在提升或降低能量转换单元时产生的负载而设计的并且不可充分地确保安全。此外，考虑到它们露出的位置，它们经受腐蚀和在极限气候中与天气相关的疲劳现象，因此也不适于长时间可靠地提升和降低。这特别是涉及升降装置的驱动装置和升降缆索本身。

因此，从WO 2008/148874 A1出发，本发明的目的是进一步开发已知的风力机，以使能量转换单元在提升位置能更好地对准以连接到风力机的塔架，并且因此总体上更易于建立、维护和维修风力机。较佳地，用于提升和降低能量转换装置的装置和设备还应可以达到尽可能长的使用寿命。

此目的由具有权利要求1所述特征的风力机来实现。从属权利要求表现了本发明的有利设计方式。

特别有利的是，本发明可利用由DE 10 2007 012 408 A1已知的风力机。参见全部已知的这种设备的原理设计。在此风力机中，传动机构、发电机和偏航系统设置在栓接在一起的分开的外壳内，外壳设计成用于传递最大风轮动负载和静负载的负载传递结构。由已知的构造得到的优点例如是非常紧凑和较强的总体结构。

较佳的设计的优点在于，特别在离岸区域内进行安装的情况下，整个能量转换单元可在近岸预安装并使用船只运送到建立风力机的工地并且不借助其它辅助手段地向上提升到风力机的塔架并能借助顶部承载件连接到塔架。这样能减少关于物流和工作方面的耗费以及关于建立单个风力机或整个风力场的时间、成本和人工方面的耗费。

此外，在有缺陷的(离岸)风力机的情况下，可易于从塔架拆下整个有缺陷的能量转换单元，能量转换单元由例如风轮、轮毂、风轮叶片、风轮支承、传动机构和发电机构成，并易于用与有缺陷的风力机一起带入的好的能量转换单元来更换该能量转换单元，然后有缺陷的能量转换单元可以在最佳的工况条件下在车间内进行检查并通过更换各个部件来维修。考虑到甚至在损坏情况下也只有非常短的停工期，这还伴随着关于成本和时间方面的大幅节省，如其还在WO 2008/1133342 A2中提出的，在该情况下可以取消与船只一起运送的起重机。

特别有利的是待建立的风力机是两叶片设备，这是因为具有两个直线对准的叶片的、近岸和离岸预组装的能量转换单元(由于在运输过程中须注意的交通工具宽度和高度的缘故)与具有三叶片风轮的(即便仅仅部分地)预组装的能量转换单元相比限制更少。

最后，有利的是支承单元位于顶部承载件之外，因而，本发明的升降装置可无须复杂的准备措施(例如移除整流罩)即可使用。另一方面，承载起重机臂的机舱在任何情况下都能设计成承载布置在上塔架截面之外的负载。

使用对于设计特别较佳的示例性实施例来更详细解释本发明，其中：

图1示出根据特别较佳的设计的示例性实施例的风力机的立体总视图；

图2示出在附连于顶部承载件的能量转换单元的区域内的、图1的风力机的立体详图；

图3示出具有从顶部承载件卸下的能量转换单元的、特别较佳的设计的风力机的立体详图；

图4示出具有从顶部承载件卸下的并略微降低的能量转换单元的、特别较佳的设计的风力机的立体详图；

图5示出具有从顶部承载件卸下的并向下设定在塔架的底部处的能量转换单元的、特别较佳的设计的风力机的立体俯视图；以及

图6示出处于缩回状态(a)、夹持缸体缩回的伸出状态(b)和夹持缸体伸出的伸出状态(c)的特别较佳的设计的直线驱动装置的剖视图。

图1示出其原理设计由DE 10 2007 012 408 A1已知的风力机的立体总图，该风力机装备有本发明的升降装置。风力机10由塔架20和另一元件构成，该元件较佳地设计成外壳并设置在塔架20上且被称为顶部承载件60，该顶部承载件在一侧较佳地经由偏航装置连接到塔架20，而在另一侧连接到风力机10的能量转换单元。

能量转换单元较佳地由风轮构成，该风轮具有承载两个叶片40a、40b的轮毂30，该风轮较佳地安装在风轮支承件内并借助合适的传动机构来驱动发电机50(在图3中有附图标记)。

在此，可以看到将能量转换单元连接到塔架20的顶部承载件60不突出或几乎不突出超过上塔架截面，且能量转换单元基本上设置在上塔架截面的外侧。由于能量转换单元和塔架20之间的距离易于保持，这种设置便于将能量转换单元从安装位置提升到顶部承载件60，或把它放下来。

用于升高和降低能量转换单元、例如用于在有缺陷的风力机的情况下建立风力机或维修或更换能量转换装置的、特别较佳设计的升降装置位于顶部承载件60处或较佳地在顶部承载件60上。在所示的示例性实施例中，升降装置集成到直线驱动装置90内，因而，可实现保护升降装置免于环境影响的、特别紧凑的构造。

然而，在非常简单的情况下，直线驱动装置90还可由支承单元和滑架或移动式起重机构成，支承单元安装在顶部承载件60上并沿轮毂30的方向延伸并且能例如像望远镜那样伸出，滑架或移动式起重机在支承单元上滑动并承载转向组件。

图2示出在顶部承载件60区域内、图1的风力机的放大立体详图。在顶部承载件60上，可看到构成升降装置的、设计成液压直线缸体的多个直线驱动装置90。在这种情况下，可以看到三个直线驱动装置90，而特别较佳的设计是设有偶数多个直线驱动装置90，例如四个直线驱动装置90。若干个驱动装置90的行程可以是相同的。但较佳地可设想，相对于顶部承载件的纵向轴线在更外侧安装到顶部承载件60的直线驱动装置90具有比设置在它们之间的直线驱动装置90更短的行程。外侧直线驱动装置90在伸出状态下大约到达整个能量转换单元的重心以上的区域，而内侧直线驱动装置90延伸超过此位置并较佳地定位到它们越过能量转换单元的轮毂30的位置。这种布置便于移除和附连能量转换单元，该能量转换单元通常至多倾斜5°地安装在顶部承载件上，这是因为能量转换装置可借助设置在位于外侧直线驱动装置90之间、位于内侧直线驱动装置90来倾斜。

图3示出具有从顶部承载件60卸下的能量转换单元的特别较佳的设计的风力机10的立体详图。可以清楚地看到，能量转换单元，特别是发电机50或发电机外壳50与顶部承载件60分开并间隔开，且由伸出的直线驱动装置90悬置。

如图4更清楚地示出，这是如此进行的：直线驱动装置90由较佳地以液压方式相互位移的外缸体100和内缸体110构成。内缸体110在其自由端部处承载转向组件80，以将升降缆索70从基本上水平面转换到垂直面。升降缆索70附连于轮毂30处的枢接点处或者在能量转换单元的其它部段处，例如在发电机外壳，或如在此情况下附连于发电机外壳并从几个直线驱动装置90的若干转向组件80悬下。

图5最后示出已完全移除的能量转换单元，其从图1开始并借助在图2、3和4中所示的方法步骤降低到风力机10的塔架20的底部。

本设计的风力机10使安装在顶部承载件20上的能量转换单元可以较佳地借助在多个转向组件80上引导的若干根升降缆索70而连接到升降装置。在解除能量转换单元和顶部承载件60之间的连接之后，转向组件80借助直线驱动装置90离开塔架20延伸，以增大能量转换单元与塔架20的距离，较佳地可以改变能量转换单元的纵向轴线的角度。由于离塔架20的距离增大，能量转换单元可被降低并运走。

借助使有缺陷的能量转换单元的降低过程，更为详细地阐释由本发明的风力机10实施的、提升或降低风力机10的能量转换单元的步骤。为了降低和放下能量转换单元，首先有必要使升降缆索70附连于能量转换单元处的枢接点，只要这些位置并未永久地固定到安装于顶部承载件60的、被提升的能量转换单元。然而，为了将升降缆索70固定到轮毂30上，有必要使在位于内侧的一个或多个直线驱动装置90伸出，因而，使它们相应的转向组件80定位在设置于轮毂30处的枢接点的上方，升降缆索70可被降低并能借助枢接点(手动地)附连于轮毂30。

在解除能量转换单元与顶部承载件60的法兰连接、特别是发电机外壳50与顶部承载件60的连接之前，所有升降缆索70预张紧，因而，能量转换单元的重量可直接被吸收并且可以没有问题地释放法兰连接。为此，设置探测法兰上的压力、升降缸体内的压力和/或存在于升降缆索70上的负载的若干个传感器，并将对应的值提供给控制系统，该控制系统作用于构成升降装置的各元件并调节升降缆索70的预张紧力。

在释放能量转换单元与顶部承载件60之间的连接之后，所有直线驱动装置90伸出并且已从顶部承载件60释放的能量转换单元沿水平方向被带到更远离风力机的塔架20的位置。在此情况下必须以协调的方式使直线驱动装置90伸出，以使转向组件80以同样的速度同时伸出，并且整个能量转换单元沿水平方向平行地移动。

必须以协调的方式将能量转换单元从伸出位置降低。为此，例如将倾斜计安装在轮毂30处，倾斜计的测量数据以无线方式传送到控制系统。在这些测量数据的基础上，控制系统确保能量转换单元在降低时不扭转或倾斜。即，能量转换单元应对准水平方向地降低。替代地或附加地，应检查已用的缆索长度，在此可以借助用于测量缆索长度的常见系统，例如借助于较佳地本身是转向组件80的摩擦轮或者使用引入升降缆索70的标记。在该过程中，还从每个转向装置80放出对于每根升降缆索70来说相同的缆索长度，这提供了能量转换单元沿垂直方向的平行位移，直至能量转换单元向下完全放到地板上。替代地，还可根据风环境来设立控制系统，以使升降缆索70不同地并且彼此独立地例如借助使前夹持装置140移位的直线驱动装置90(参见以下)来控制，以例如抵消不均匀地作用于能量转换单元上的风载并防止已从顶部承载件60释放的能量转换单元发生偏移。

类似地，可以在建立风力机10时或者在替换有缺陷的能量转换单元时将能量转换单元提升到顶部承载件60，可能是倾斜的，借助直线驱动装置90向内运动并连接到顶部承载件60。

除了上述特征，能量转换单元可具有在提升或降低时使其能以被引导的方式支承于塔架20的装置。该装置可由设有轮子的框架构成，轮子离开能量转换单元的距离可以例如借助另一直线驱动装置来改变，因而，它们可适应于沿塔架20纵向发生改变的塔架直径。该装置还可设置成与能量转换单元分离并可在需要时连接到能量转换单元的设备。

还可以设有支架(Gestell)，该支架在塔架的底部接纳能量转换单元，以运输或储存能量转换单元。

图6最后示出具有实施升降过程的元件的、特别较佳设计的直线驱动装置。直线驱动装置90较佳地由外缸体100和内缸体110构成，两个缸体100、110设计成使它们能相对于彼此移动并且外缸体100接纳处于缩回状态的内缸体110。通过为合适的负载设计的液压系统来确保内缸体110相对于外缸体100的位移或直线驱动装置90的伸缩。

两个缸体100、110设计成中空缸体100、110，升降缆索70被引导通过由外中空缸体和内中空缸体100、110构成的空腔。在直线驱动装置90的背向塔架20的端部处，升降缆索70经由设置在内中空缸体110上的转向组件80引导，因而，升降缆索70从基本上水平面转换到垂直面。在直线驱动装置90面向塔架20的那侧上，较佳地设置连接到外侧中空缸体110的另一转向组件150，升降缆索70经由该转向组件引导通过顶部承载件60的壁而进入风力机10的塔架20。即，如果不需要升降装置，则直线驱动装置90缩回(参见图1A)且升降缆索70可几乎完全被收存起来，较佳的是对中心地悬于塔架20内。

以特别较佳的方式，直线驱动装置90还具有用于提升和/或降低升降缆索70的部件，即升降装置本身。为此，设置两个较佳为液压操作的缆索夹120、130，它们较佳地设置在内中空缸体110内。缆索夹中的一个120设计成它较佳地借助另一液压缸体在内中空缸体100内运动，而另一缆索夹130在内中空缸体110内固定在位。

升降过程通过控制系统来实现，该控制系统作用于缆索夹120、130以及另一液压缸体，该液压缸体通过缆索夹120、130控制升降缆索17的交替夹持。例如，在第一步骤中，控制远离承载能量转换单元的转向组件80的后缆索夹130，以夹持引导通过中空缸体100、110的升降缆索70。然后，另一液压缸体可使设置在内中空缸体110的面向能量转换单元的前端部上的缆索夹120不夹持升降缆索70地、例如沿塔架的方向运动到期望的位置，并将升降缆索70牢固夹持在此位置(参见图1b)。然后，将后缆索夹130释放，而夹持升降缆索70的前缆索夹110沿内中空缸体110的自由端的方向运动。借助于此过程，缆索70或能量转换单元向塔架底部的方向降低。然后，又控制后缆索夹130，以夹持升降缆索70，并释放前缆索夹120的夹持，此时进行新的运动和夹持循环，这致使升降缆索70或能量转换单元降低。

为了提升能量转换单元，升降缆索70通过前和后缆索夹120、130的相互协作而收起，先是后缆索夹130固定升降缆索70。然后，前缆索夹120运动到前面，而不夹持升降缆索70。随后，前缆索夹120夹持升降缆索70，而后缆索夹130释放升降缆索70。然后，另一液压缸体将前缆索夹120移动到后面的位置，由此升降缆索沿塔架20的方向进一步被引导，并且能量转换单元被提升。

Claims (7)

1.一种风力机(10)，包括：

^～塔架(20)，

^～能量转换单元，所述能量转换单元设置在上塔架截面以外并具有发电机(50)和风轮，所述风轮具有连接到轮毂(30)的至少一个风轮叶片(40a,40b)，

^～顶部承载件(60)，所述顶部承载件设置在所述塔架(20)上并将所述能量转换单元连接到所述塔架(20)，以及

^～升降装置，所述升降装置具有用于升高和降低所述能量转换单元的升降缆索(70)，其特征在于，

所述升降装置由外中空缸体(100)和能相对于外中空缸体(100)移位的内中空缸体(110)构成的若干液压直线缸体(90)构成，

每个内中空缸体(110)在其自由端处具有转向组件(80)，所述转向组件将升降缆索(70)从水平面转换到垂直面，而所述升降缆索(70)被引导通过由所述外中空缸体和所述内中空缸体(100，110)构成的空腔。

2.如权利要求1所述的风力机(10)，其特征在于，至少一个缆索夹(120，130)设置在所述内中空缸体(110)内。

3.如权利要求2所述的风力机(10)，其特征在于，所述缆索夹(120)能以液压方式在所述内中空缸体(110)内沿纵向运动，以升高或降低所述升降缆索(70)。

4.如前述权利要求中的任一项所述的风力机(10)，其特征在于，有设置在所述外中空缸体(100)内的缆索夹。

5.如权利要求1所述的风力机(10)，其特征在于，所述缆索夹(120，130)是液压操作的缆索夹(120，130)。

6.如权利要求1所述的风力机(10)，其特征在于，支承单元在所述能量转换单元的两侧延伸。

7.如权利要求1所述的风力机(10)，其特征在于，所述升降缆索(70)的面向所述塔架的端部被支承，以使所述升降缆索悬置于所述塔架(20)内。