專利名稱：風能轉換器、風輪機基礎、風輪機基礎的方法及應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種如權利要求1前序部分所述的風能轉換器、如權利要
求13前序部分所述的風輪機基礎、用于控制風輪機的一個或多個區域的 溫度的方法及風輪才幾基5出的應用。
背景技術：
在現有技術中已知的現代風能轉換器包括置于風輪機基礎上并剛性 連接到基礎的風輪機。風輪機包括一塔架和一置于塔架頂部的風輪機機 艙。包括一個或多個風輪機葉片的風輪機轉子通過延伸出機搶前部的低速 軸連接到機槍。
電氣和機械部件的溫度控制 一一特別是在部件運行期間 一 一總是一 個問題，尤其是在風能轉換器領域，該問題具有重要意義。通常，同樣類 型的風能轉換器需要能夠在地球上酷熱和極冷的地區工作，這使得在風能 轉換器系統中非常需要控制例如齒輪、發電機、動力操縱設備、軸承等風 輪機部件的溫度。
有效:但是該過程總是導致在某些風輪機部件中將一些能量轉換成熱量。 必須從部件中去除這些多余的熱量以保護部件并使得它們正常工作。 傳統上，這必須借助于一個或多個冷卻系統來進行，冷卻系統借助于冷卻 介質可將熱量從部件輸送到散熱器，散熱器可將熱量M到風輪機外部的 空氣中，并且/或者通過產生一股來自于風輪機外部的空氣并經過部件的 空氣流來M熱量。
但是外部空氣的溫度、濕度、純度等的質量難以控制。此外，現代風
6輪機在功率輸出方面變得越來越大，因此也經常產生越來越多的多余熱 量，而這又與空氣是熱的相對較差的導體的事實相結合，使得這些類型的 冷卻系統非常大，既昂貴又笨重。
另外，風輪機外部空氣的溫度在不同的地點、不同的季節以及白天與
黑夜之間都變化很大，在極端情況下從零下30攝氏度變化至零上50攝氏 度，這一事實將使得風能轉換器在某些情況下的冷卻系統尺寸過大并且昂 貴。此問題當然可通過使得風能轉換器的溫度控制系統適應特定建造地點 來克服，但是這在后勤上是困難、昂貴的，并且將延長風能轉換器的運輸 時間。
在美國專利US 6，676，122 Bl中公開了另一種控制風輪機部件溫度的 方法，其中冷卻系統通過循環塔架和機搶內的空氣、使其通過塔架和機艙 的表面散發熱量來冷卻機艙和塔架內的部件。但是這種系統實施起來既復 雜又困難，因為風能轉換器通常在白天產生大多數電力(因為在白天有更 多的風)，大多數冷卻也通常需要在白天進行，而太陽和環境溫度會加熱 風輪機的表面。因此這種系統將不得不具有非常大的冷卻能力以能夠正常 工作，這使得系統本身非常大且昂貴。
至于離岸風能轉換器，已知使用海水來冷卻風輪機的不同部件，但是， 如果冷卻系統是開放的，會存在水凍、堵塞、腐蝕及其他嚴重問題，這些 問題難以解決，而且解決起來很昂貴，而如果系統例如通過將冷卻介質循 環通過置于海水中的軟管而封閉，則存在冰凍、風暴、過度生長及其他需 要解決的問題。克服這些系統的問題是困難的而且是昂貴的，并且不論這 種技術是如何實施的，其只是在離岸風能轉換器中才可用。
在DE 10 2004 061 391 Al中公開了另一種控制風輪機中溫度的方法， 其中通過風輪機基礎中的線纜導管來吸入空氣以降低空氣的溫度，然后利 用空氣來冷卻風輪機的塔架中的設備。但是這種冷卻系統效率不是很高， 并且包括前面提及的幾個缺點，例如難以控制質量等。
因此，本發明的一個目的是提供一種沒有上述缺點的風能轉換器。
特別地，本發明的一個目的是提供一種用于控制風能轉換器的一個或多個區域的溫度的、有利的和節約成本的技術，特別是提供一種在何處以 及如何散發多余熱量和/或吸收所需熱量的技術。
發明內容
本發明提供一種風能轉換器，其包括風輪機、包括加強結構的風輪機 基礎以及用于控制風輪機一個或多個區域的溫度的溫度控制裝置。風能轉 換器的特征在于溫度控制裝置的至少一部分接合加強結構。
風輪機基礎和周圍大地的溫度在比較小的范圍內變動，并且在一定的 深度處，地球各處的溫度都是基本恒定的。因此，將溫度控制裝置結合在 風輪機基礎中是有利的，因為該環境更可測和恒定。
通過使溫度控制裝置的至少 一部分接合基礎的加強結構，可將溫度控 制裝置固定在基礎內，從而溫度控制裝置嵌入基礎中的那部分的位置例如 在基礎的制造期間和/或在基礎的整個壽命期間得以大致固定。
溫度控制裝置對基礎與溫度控制裝置接觸的那部分進行加熱或冷卻， 并且，如果溫度控制裝置在^ 出中的位置不受控制，則^5出中可能出現破 壞性應變的危險由于熱膨脹而增加。
此外，如果可在較大的面積上散熱或吸熱，則溫度控制裝置的效率也 得以增加，并且因此有利的是使得能夠大致保持溫度控制裝置的期望位 置。
在本發明的一個方面中，溫度控制裝置包括用于將熱量傳輸至風輪 機的一個或多個區域或從風輪機的一個或多個區域傳輸熱量的冷卻流體、 用于形成冷卻流體的流動的一個或多個泵、以及用于從冷卻流體散熱或對 冷卻流體供熱的一個或多個散熱裝置。
形成往風輪機需加熱或冷卻的區域的冷卻流體流、或者自來于這些區 域的冷卻流體流是一種在溫度控制系統中、特別是在風能轉換器中長距離 地傳輸熱量的有效方式。
應強調，術語"散熱裝置"應理解為吸熱或散熱的任何類型的結構或 裝置。在本發明的一個方面中，基礎的至少 一部分是溫度控制裝置的散熱裝置。
基礎具有非常大的熱容，并且是熱的相對良好的導體，使得其非常適 合作為風能轉換器的溫度控制裝置的散熱裝置。
使風輪機基礎起到溫度控制裝置的散熱裝置的作用是有利的，因為基 礎具有高度受控的環境，使得可以很精確地設計溫度控制系統的尺寸并確 保散熱裝置的容量在風能轉換器的整個壽命期間始終得以保持。此夕卜，如 果基礎完全是預制的或者是部分預制的，則可預先一體地形成或安裝并測 試例如流體管道，例如以確保基礎提供期望的容量。
在本發明的一個方面中，散熱裝置包括用于將區域的多余熱量的大部 分散發到基礎的裝置，并且/或者散熱裝置包括用于從基礎吸收區域所需 熱量的大部分的裝置。
通過在風輪機基礎中散發或吸收大部分的熱量，可制造更加成本節約 的溫度控制系統，因為溫度控制裝置的散熱裝置的容量因此變得更為恒定 且更可預測，而不管在地球上的位置如何或者處于一天或一年中的什么時刻。
在本發明的一個方面中，溫度控制裝置包括一個或多個流體管道，用 于在風輪機的一個或多個區域和散熱裝置中和/或之間引導冷卻流體。
使用在風輪機的區域和散熱裝置中和/或之間《1導冷卻流體的流體管 道是有利的，因為其提供了一種簡單和有效的移動流體的方法。
在本發明的一個方面中， 一個或多個流體管道形成為一個或多個閉合 回路，使得冷卻流體在溫度控制裝置中循環。
將冷卻流體從地面下方泵送到高于50米的高度是復雜和昂貴的。通 過使得冷卻流體在閉合系統內循環，下行的流體將協助向上推動上行的流 體。由此，泵基本上僅需要克服流體管道內的流動阻力。
此外，通過使得流體管道閉合，可避免與環境的直接相互影響。這是 有利的，因為由此能夠避免將不希望的異物和例如濕氣、昆蟲、沙子、灰 塵、鹽分等其他物體引入風輪機內部。由此能夠在風輪機內部獲得盡可能
9受控的環境，由此延長了不同風輪機部件的壽命，并且由于環境受控，也 可更精確地預測部件的壽命。
在本發明的 一個方面中，基礎包括溫度控制裝置的兩個或多個獨立的 流體管道。
置于基礎中的流體管道一旦安裝完成會非常難于訪問，即使基礎提供 了相對于外部磨損的高度的保護，也沒有系統會一直完全不出故障。因此 有利的是為基礎設置至少兩個獨立的流體管道，因為這樣就能夠為溫度控 制系統提供冗余。例如，如果在具有三個分開的閉合回路的基部中設置三 個獨立的流體管道就足以為風輪機提供足夠的冷卻或加熱，那么可給^5出 設置六個分開閉合回路的六個分開流體管道，由此為基礎提供100%的過
剩容量，并由此基本上消除了在風輪機的壽命內溫度控制系統的容量縮減 到不希望的水平的風險。
在本發明的一個方面中，流體管道借助于獨立的固定裝置接合加強結 構的至少一部分，所述固定裝置例如是夾具、條、金屬絲、帶等。
流體管道借助獨立于流體管道和加強結構的固定裝置接合加強結構 是有利的，因為由此可容易地使流體管道在基礎中的布置適應于特定風輪 機類型、特定架設場地、特定類型的加強結構、特定溫度控制裝置等的特 定需要或要求。
在本發明的一方面中，流體管道借助于與加強結構一體地形成的固定 裝置接合加強結構的至少一部分。
將固定結構一體地形成在加強結構中是有利的，因為其減少了基礎的 整體制造時間，并且基礎的熱容量由于流體管道的布置已預先確定而更易預測。
在本發明的一個方面中，冷卻流體是諸如防凍劑和水的溶液、甲醇、 丙二醇或乙酸鉀的液體。
諸如防凍劑溶液等的液體可相對簡單并且廉價地長距離輸送，其具有 相對高的熱容和相對好的導熱性能，因此在風能轉換器的溫度控制系統中 使用液體作為冷卻流體是有利的。在本發明的一個方面中，至少加強結構的主要部分由鋼制成。
總體而言，鋼是很好的導熱體且導熱性能通常比混凝土高50倍。因 此有利的是加強結構由鋼制成，因為加強結構由此能夠有助于例如在整個 基礎中分布熱量，由此增加了溫度控制裝置的效率。
在本發明的一個方面中，加強結構為一個或多個焊接網狀加強結構。
在基礎中使用焊接網狀加強結構作為加強結構是有利的，因為該網狀 結構提供了以期望方式將溫度控制裝置接合到加強結構的極佳裝置。
本發明進一步提供了一種包括加強結構的風輪機基礎。該風輪機^5出 的特征在于基礎包括用于與風輪機的一個或多個區域交換熱量的溫度控 制裝置的至少一部分，并且溫度控制裝置的至少一部分接合加強結構。
基礎包括用于與風輪機的 一個或多個區域交換熱量的裝置是有利的， 因為由此可形成成本有效的溫度控制裝置的散熱裝置。
此外，通過使溫度控制裝置與加強結構接合，基礎的容量和質量變得 更易預測。
在本發明的一個方面中，基礎包括溫度控制裝置的一個或多個流體管道。
通過為基礎設置流體管道，可形成基礎內部或經過基礎的冷卻流體 流。這是有利的，因為其提供了一種與風輪機交換熱量的簡單和成本有效 的方法。
在本發明的一個方面中，基礎包括溫度控制裝置的兩個或多個獨立的
流體管道o
這是有利的，因為由此可有冗余地提供基礎的換熱性能。 在本發明的一個方面中，至少加強結構的主要部分由鋼制成。 更進一步地，本發明提供一種通過在風輪機的一個或多個區域和用于 風輪機的基礎的至少 一部分之間進行熱量交換來控制所述一個或多個區 域的溫度的方法，其中借助于與基礎的加強結構的至少一部分部分地接合 的一個或多個流體管道進行熱量交換。
由此實現了一用于控制風輪機的一個或多個區域的溫度的方法的有利實施方式。
在本發明的 一個方面中，通過將熱量從所述區域傳輸至實心風輪機基 部的至少一部分或通過將熱量從實心風輪機基部的至少一部分傳輸至所 述區域來進行熱量交換。
在本發明的一個方面中，從所述區域傳輸至基礎的熱量的大部分在基 礎中散發，并且，從基礎傳輸至所述區域的熱量的大部分從基礎中吸收。
在本發明的 一個方面中，通過在所述區域和基礎的至少 一部分中以及 在所述區域和基礎的至少一部分之間形成冷卻流體流來交換熱量。
在本發明的一個方面中，冷卻流體在一個或多個閉合回路中流動，使 得冷卻流體在溫度控制裝置中循環。
在本發明的一個方面中，溫度控制裝置包括至少部分地嵌入基礎中的 兩個或多個獨立的冷卻流體閉合回路。
更進一步地，本發明提供根據權利要求13至16中任一項的風輪機基 礎在根據權利要求1至12中任一項的風能轉換器中的應用，其中風能轉 換器是陸基的。
將根據本發明的風輪機基礎用作根據本發明的陸基風能轉換器的基 礎是有利的，因為此類基礎提供了用于控制風輪機的一個或多個區域的溫 度的簡單和成本有效的裝置。
下面將參照附圖描述本發明，在附圖中 圖1示出了現有技術中已知的大型現代風輪機的正視圖； 圖2示出了用于風輪機部件的傳統溫度控制系統的簡化實施方式； 圖3示出了根據本發明的風能轉換器的一個實施方式的正視剖視圖， 該實施方式包括一起到溫度控制裝置的散熱裝置的作用的基礎； 圖4示出了包括流體管道的風輪機基礎的俯視剖視圖； 圖5示出了現有技術已知的用于陸基風輪機的風輪機基礎的正視圖； 圖5B示出了與風輪機基礎內部的加強結構接合的流體管道的 一個實
12施方式的正^L剖^L圖的一部分；
圖6示出了包括單樁基礎和流體管道的離岸風能轉換器的正視剖視
圖7示出了包括重力基礎和一體形成的流體管道的離岸風能轉換器 的正#見剖#見圖8示出了包括五個獨立冷卻流體回路的簡化的風能轉換器的側視
圖9示出了包括四個穿過散熱裝置的獨立流體管道的簡化的風能轉 換器的側視圖；以及
圖IO示出了冷卻流體接頭的一個實施方式的剖視圖。
具體實施例方式
圖1示出了一個風能轉換器7，其包括一個置于風輪才幾基礎6上并剛 性連接到風輪機基礎6的現代風輪機1。風輪機1包括塔架2和置于塔架 2頂部的風輪機機艙3。包括三個風輪機葉片5的風輪機轉子4通過延伸 出機艙3前部的低速軸連接到機艙3。
圖2示出了在風輪機1正常工作時用于控制風輪機1的一個或多個區 域(例如機艙3和/或置于機搶3內的風輪機部件11)的溫度的傳統溫度 控制裝置10的實施方式，該溫度控制裝置10處于塔架內或者處于風輪機 1的其他部件內或其他部件處。
在此實施方式中，風輪機部件11是一個電力變流器12，但是在其他 實施方式中，該部件可以是風輪機齒輪、發電機、軸承、液壓系統、潤滑 系統、機搶3或塔架2或轉子4的全部或一部分或者其組合。
在此實施方式中，電力變流器12包括不同類型的電力處理設備，例 如功率電阻器13、母板14及其他。在此實施方式中，母板14由空氣冷 卻，而功率電阻器13由空氣和流體冷卻。
溫度控制裝置10的散熱裝置21—一呈帶風扇的主散熱器15的形 式一一在可與風輪機1外部的空氣進行熱量交換的位置處安裝在電力變流器12的外部。冷卻流體從主散熱器15流經雙向閥19并且流經泵17， 其產生冷卻流體流。冷卻流體從泵17流經電力變流器12內的一些i殳備。 被加熱的冷卻流體然后返回散熱裝置21而被再次冷卻。
在此實施方式中，電力變流器12還包括僅可由空氣冷卻或僅需由空 氣冷卻的設備。圍繞電力變流器12的柜室因此設置有至少一個根室風扇 18,該風扇18產生來自機搶3的空氣氣流或者來自風輪;f幾l外部的空氣 氣流。
如果風輪機l置于寒冷的環境中且天氣平靜，并進行發電、大部分內 部熱量的歉發以及停止，則需要加熱電力變流器12內的電力處理設備。 這可通過啟動雙向閥19、改變冷卻流體流的方向、并^f吏流體在電力變流 器12內部循環且經過一個冷卻流體加熱器20來完成。
如果環境溫度高并且天氣有風，則風輪機l內部的設備會產生很多熱 量，使得溫度上升到一定程度，使得一些設備關閉以使其免于高溫損壞。 這將使得大多數或全部電力產出停止，并由此也停止大部分內部熱量的產 生。
圖3示出了根據本發明的風能轉換器7的一個實施方式的正視剖視 圖，該風能轉換器7包括作為溫度控制裝置10的散熱裝置21的基礎6。
在本發明的此實施方式中，風能轉換器7是陸基的，并且包括一個置 于風輪機基礎6上的風輪機1。基礎6在此實施方式中基本上是在由加強 結構16加強的混凝土的現場制作，但是在另一實施方式中，基礎6可以 完全或部分地預制成例如一個或多個金屬或混凝土殼或結構的形式，它們 例如能夠在現場使用例如混凝土、石塊、沙子或其他材料填充。
在此實施方式中，溫度控制裝置IO包括一閉合的流體管道22,該管 道從機艙3延伸，向下經過塔架2，進入基礎6，然后返回機艙3。在圖3 中，流體管道22在機槍3、塔架2和基礎6中的布線被一定程度地簡化， 而在另一實施方式中，流體管道22可在返回風輪機1之前例如在基礎6 中采取更復雜的結構。
在本發明的另一實施方式中，溫度控制裝置IO還可包括冷卻流體的開環流，例如，如果基礎6包括貯蓄器(未示出)，則冷卻流體從例如機 搶泵送到該貯蓄器，并且從該貯蓄器泵送到風輪機；但是在本發明的一個 優選實施方式中，溫度控制裝置10的冷卻流體在閉合回路28中循環。
在圖示的閉合回路28中，冷卻流體是鹽水，但是在本發明的另一實 施方式中，冷卻流體可以是其他類型的防凍劑和水的溶液，例如水和異丙 醇。冷卻流體也可以是任意其他類型的防凍溶液，例如甲醇、丙二醇或者
乙酸鉀，或者可以是氨、C02和/或氟利昂氣體。
在本發明的此實施方式中，溫度控制裝置10控制機搶3內的特定部 件11的溫度，但是在另一實施方式中，溫度控制裝置IO也可以或者替代 地控制整個機搶3的溫度一一包括機槍內的空氣，也可以控制塔架2內的 部件和/或塔架內的空氣的溫度，還可以控制轉子4的特定部件11的溫度， 以例如維持葉片5的無霜狀態，還可以控制置于風輪機外部一一例如在相 鄰房間內(未示出)一一的風輪機部件11的溫度和/或所述房間內的溫度 或者任意組合。
在本發明的另一個實施方式中，溫度控制裝置IO位于基礎6中的至 少一部分也可形成為一個或多個熱管(未示出)。在其最簡單的形式中， 熱管包括一密封的容器以及一毛細芯襯里系統，容器中包含工作流體及其 蒸汽。熱管基本上是一種很有效的超級導熱體，其提供一吸熱和傳熱系統， 具有以熱能形式輸送大量能量的能力。
在熱管表面上任意位置處施加熱量導致在內部產生液/汽相變，這使 得熱能可僅以最小的溫度梯度以汽相傳輸。在熱導率方面，熱管呈現的熱 性能可超過由純銅制成的具有相同尺寸的部件1000倍以上。
通常，通常，熱管制成桿狀，具有圓形截面，但其他形狀也是可能的， 例如其他截面或者扁平截面的熱管。
例如，如果基礎為單樁基礎25或與其它類型的基礎6相結合，則熱 管可用于在基礎6內部傳熱。
圖4示出了包括流體管道22的風輪機基礎6的俯視剖視圖。
在本發明的此實施方式中，基礎6包括至少一個在基礎內部延伸的軟管22，從而確保例如來自流經該軟管的冷卻流體的熱量盡可能有效地或 者根據需要散發到基礎6和周圍大地9中。在此實施方式中，軟管22呈 Z字形的樣式，而在另一實施方式中，流體管道22可以另外的樣式(例 如螺旋形、圓形、方形或其他形式)沿水平和豎直面放置。
在此實施方式中，軟管22通過借助于固定裝置(38)連接到置于基 礎6內的焊接網狀加強結構而牢固地連接到基礎6的加強結構16。在此 實施方式中，固定裝置(38)為夾具一一其將流體管道22結合到加強結 構16但與兩者獨立地形成，但在另一實施方式中，流體管道22可通過借 助于帶子、金屬絲、條等系到結構16上而連接到基礎6的加強結構16。
在另一實施方式中，流體管道22可通過置于例如焊接網狀加強結構 的導向銷之間而接合基礎6的加強結構16，或者，流體管道22甚至可一 體地形成在加強結構16中，例如呈包括管等的加強結構16的形式。
在本發明的此實施方式中，流體管道22是軟管，但是在另一實施方 式中，管道22可以是一個或多個埋在基礎6中、與基礎6的加強結構16 接合的管、管子、通道、管路等。在一個實施方式中，流體管道22還可 包括能夠增加流體管道22的表面積以改善其散發或吸收熱量的能力的翅 片、表面的不規則形狀等。
如果基礎6是在架設現場制造的，則在制造期間可通過將流體管道 22附連于金屬加強結構而將其澆鑄在基礎6中。流體管道22也可一體地 形成在加強結構中，或者如果基礎6是部分或全部預制的，則流體管道 22可一體地形成在預制的殼體或結構中或連接到其上。
圖5示出了現有技術已知的用于陸基風輪機l的風輪機基礎6的正視 剖視圖。
這種類型的基礎6通常通過在大地中挖掘一個大洞并且在洞中洗注 一個地板8來制作。此后立起一個框架(未示出)以大致限定基礎6的外 邊界。基礎設置有呈底部加強件、邊緣加強件、加強弓形件、頂部加強件 形式的加強結構16以及用于將基礎6與風輪機塔架2連接的圓筒形金屬 中心部。在此實施方式中，所有加強結構都由金屬桿或焊接的金屬網狀加強結構形成。
在形成加強結構16后，混凝土澆注到該"模"內，并且當混凝土凝 固時，框架被移除，并用一些挖出的泥土覆蓋^5出6。
圖5B示出了與風輪機基礎內部6的加強結構16接合的流體管道22 的一個實施方式的正視剖視圖的一部分。
在本發明的此實施方式中，流體管道22形成為在返回到風輪機1之 前在基礎6的外緣循環的一個管。在另一實施方式中，基礎可包括數個獨 立的流體管道22。
在此實施方式中，管置于加強結構16的多個固定裝置38中。在此實 施方式中，固定裝置38作為由邊緣加強結構34形成的圓形孔的多個保持 件9一體地形成在加強結構16中，管被導引通過這些固定裝置，從而在 基礎6的制造期間及在基礎6的整個壽命期間大致固定流體管道22的位 置。
一體地形成的固定裝置38的其它實施方式也是可能的，比如能夠使 流體管道22與加強結構16接合的一體地形成的鉤、銷、支架、管道等。
在此實施方式中，流體管道22在加強結構16的內部延伸，但在另一 實施方式中，流體管道22可在加強結構16的外部延伸，或既在外部延伸 又在內部延伸，并且在另一實施方式中，流體管道22可在基礎6內部循 環多于或小于三次，比如一次、兩次、四次或更多次。
圖6示出了包括具有流體管道22的單樁J^出25的離岸風能轉換器7 的正^L剖視圖。
在本發明的此實施方式中，風能轉換器7包括置于單樁基礎25的底 座24上的風輪機1。
單樁基礎25包括諸如鋼樁26的樁26，通常直徑在3.5到4米之間。 樁26鉆入海床特定深度。其中，樁26置入多深取決于地下的類型，但通 常在10到20米之間。
在本發明的此實施方式中，風能轉換器ll設置有溫度控制裝置10， 溫度控制裝置10包括在樁26內部基本豎直地上下延伸的流體管道22，使得單樁基礎25起到溫度控制裝置10的基本豎直的散熱裝置21的作用。 在另一個實施方式中，流體管道22可在樁26中圓形延伸或形成一螺旋形。 在此實施方式中，流體管道22的豎直延伸長度大致等于樁26的豎直 延伸長度，但在另一實施方式中，其可限制為基礎25被水包圍的豎直長 度、基礎25在水線以上的豎直長度、基礎25被海床包圍的豎直長度或者 它們的任意組合。
不論基礎6的類型如何，流體管道22都可一體地形成在基礎6的加 強結構16中，并且/或者流體管道22可以是附連于樁26或以任何其它方 式通過基礎6固定、導引或安裝的獨立的管、通道、管路、管子等。在基 礎6的此實施方式中，這意^^木著流體管道22可一體地形成在樁26的壁中 或者流體管道22可以是附連于樁26的一個或多個獨立的管子或管。
圖7示出了包括重力基礎27和一體形成的流體管道22的離岸風能轉 換器7的正視剖視圖。
大部分現有的離岸風能轉換器7使用重力基礎27，且示出的重力基 礎27由加強的混凝土制成，但在另一實施方式中，其也可以由置于海床 的扁平鋼箱上的圓筒形鋼管制成。
通常，鋼的重力基礎27比混凝土基礎27輕很多，并且，雖然完成 的基礎的重量必須例如超過1000噸，但是鋼結構可制得比較輕，使得鋼 重力基礎27可借助于駁船、通過用于架設風輪機1的重量相當輕的相同 起重機相對快速地運輸和安裝。
重力基礎27中填充有橄欖石(一種非常密實的礦石)、石塊、沙 子、沙礫、混凝土或其任意組合，這給^5出提供了足夠的重量來承受暴風 雨、波浪、水壓等。
在本發明的此實施方式中，流體管道22在重力基礎27內部延伸， 使得基礎6形成溫度控制裝置10的散熱裝置21。
圖3至圖7示出本發明與陸基或離岸基礎6的特定實施方式相關的 不同實施方式，但是當然也可使用其它類型的基礎6，比如三腳架式基礎 (未示出)、墩式基礎(未示出)、浮式基礎(未示出)等。三腳架式基礎(未示出)用于離岸風輪機l，且通常包括位于塔架 下方的鋼樁，從剛樁形成一個鋼制框架，該鋼制框架將力從塔架傳遞到三
個鋼樁。這三個鋼樁根據土壤條件和冰載荷鉆入海床中10到20米。三腿 樣式的優點是其適于較深的水深，同時，在安裝之前在現場僅需要最少的 準備工作。
墩式基礎(未示出)用于陸基風輪機l，并且通常形成為具有內部 和外部波紋金屬管，在其間用混凝土澆固多個螺栓，并且風輪機塔架2附 連到其上。
浮式基礎(未示出)為基本上浮在海中的任何類型的基礎6。 圖8示出了包括五個獨立冷卻流體回路28的簡化的風能轉換器7。 在本發明的此實施方式中，風能轉換器7的溫度控制裝置10包括 五個分開且獨立的冷卻流體閉合回路28，但是在另一實施方式中，溫度 控制裝置10可包括其他數量的回路28,例如兩個、三個、四個、六個、 七個或更多。
每個回路28包括一位于機艙3內的流體泵17，用于在流體管道22 內形成流體循環。在另一實施方式中，泵17可置于其他地方，例如塔架 2內、風輪機外部——例如在相鄰房間內或者甚至在1^出6內。
在此實施方式中，流體管道22從機艙3延伸，向下經過塔架2，進 入基礎6、由此使得基礎6用作溫度控制裝置10的散熱裝置21，然后返 回才幾搶3。
在此實施方式中，在流體管道內循環的冷卻流體也將流經或通過機 艙3內需要加熱或冷卻的部件11，或者例如通過葉片5以為其除冰。這 可以例如通過在每個部件11處安裝一溫度或遠程控制混合閥來完成，從 而保證最優工作溫度和/或減少或消除熱波動。
在機艙3、塔架2內和/或其他地方，冷卻流體也可以向空氣換熱器 (未示出)傳送大量的冷卻流體。這個或這些換熱器可用來控制機搶3內、 塔架2內和/或其他地方的空氣的溫度，由此使得能夠基本上消除與環境 (例如機艙3內)的所有開放式的相互影響，使得機槍3可以完全封閉，從而機艙3內的環境得到良好控制。
在風能轉換器7的一些實施方式中，產生熱量或需要熱量的部件11 也置于塔架2內部，在這種情況下，冷卻流體還將經過這些部件11，或 者甚至借助于往空氣換熱器的冷卻流體使塔架2內部的溫度也能夠得以 控制。
在另一實施方式中，流體管道22也可延伸于塔架2外部，例如用 以冷卻或加熱置于相鄰房間(未示出)內的風輪^/L部件11。
圖9示出了 一包括四個穿過散熱裝置21的獨立流體管道22的簡化 的風能轉換器7。
在本發明的此實施方式中， 一個大的泵17產生在四個獨立、分開 的流體管道22內的冷卻流體流，所述流體管道22延伸經過塔架2、 ^f出 6、然后再次返回。每個流體管道22包括一個閥29,所述閥29可以是開 關閥29，用以控制經過特定管道22的流動。在此實施方式中，因此能夠 通過打開或關閉或多或少的流體管道22來控制冷卻流體的流速。
在此實施方式中，溫度控制裝置10還包括通往機艙3內的空氣換 熱器的冷卻流體，以使得機艙可基本上與外部環境隔離，但是在另一實施 方式中，溫度控制裝置IO還可包括如圖2所示的與周圍空氣進行換熱的 傳統冷卻系統。此傳統冷卻系統可控制機搶內的空氣溫度，或者可以用來 控制特定部件11的溫度。
圖3至9所示的溫度控制裝置10均構造為將風輪機1的不同區域 23所產生的或需要的熱量的大部分傳輸至基礎6，但是，例如，如果溫度 控制裝置IO還包括用于與周圍空氣進行熱量交換的傳統冷卻系統，則可 以僅有一部分產生或所需的熱量與基礎6進行交換。
圖IO示出了冷卻流體接頭32的一個實施方式的剖視圖。
在本發明的此實施方式中，風輪機l設置有一個接頭32,用于在塔 架2和機艙3之間引導冷卻流體。在傳統風輪機1中，機艙3能夠相對于 塔架2旋轉，以保證轉子4總是面對來風。
為了保證冷卻流體經過該旋轉接合處，該接合處設置有接頭32，該接頭32包括連接到機搶3的上部和連接到塔架2的下部。接頭設置有位 于兩個部分之間的多個環形通道30，并且通道30通過呈例如O形環形式 的密封件31分隔。流體管道22經過與通道30連接的上部和下部，使得 流體可經過旋轉接合處而在不同流體管道內的流體不會混合。
在本發明的此實施方式中，接頭32的中心是中空的，使得電纜等 可引導經過接頭32。
通常，在受迫沿相反方向旋轉之前，機艙3僅沿一個方向旋轉有限 的次數。在本發明的另一實施方式中，還可行的是，流體管道22借助于 柔性軟管等由機艙3引導到塔架2、然后返回，該柔性軟管等或多或少地 從機槍3自由下垂到塔架2中，如同許多風輪機l中的電纜那樣。
上文已經參考溫度控制系統IO、風能轉換器7、基礎6、散熱裝置 21等的特定示例說明了本發明。然而，應當理解，本發明不限于上述特 定示例，而是如同權利要求書所寫明的那樣，在本發明范圍內可以多種變 例進行設計和改變。附圖標記列表
1. 風輪機
2. 塔架
3. 機艙
4. 轉子
5. 葉片
6. ^5出
7. 風能轉換器
8. 地板
9. 保持件
10. 溫度控制裝置
11. 風輪機部件
12. 電力變流器
13. 功率電阻器
14. 母板
15. 主散熱器
16. 加強結構
17. 泵
18. 拒室風扇驅動的空氣入口
19. 雙向閥
20. 冷卻流體加熱器
21. 散熱裝置
22. 流體管道
23. 風輪機需要加熱或冷卻的區域
24. 底座
25. 單樁基礎
26. 樁
27. 重力^5出28. 冷卻流體回路
29. 閥
30. 環形通路
31. 密封件
32. 接頭
33. 底部加強件
34. 邊纟彖加強件
35. 加強弓形件
36. 頂部加強件
37. 中心部
38. 固定裝置
權利要求
1. 一種風能轉換器(7)，包括風輪機(1)，風輪機基礎(6)，其包括加強結構(16)，以及溫度控制裝置(10)，其用于控制所述風輪機(1)的一個或多個區域(23)的溫度，其特征在于，所述溫度控制裝置(10)的至少一部分接合所述加強結構(16)。
2. 根據權利要求1的風能轉換器(7),其中，所述溫度控制裝置(10 )包括冷卻流體，其用于將熱量傳輸至所述風輪機(1)的一個或多個區域(23)或從所述風輪機(1)的一個或多個區域(23)傳輸熱量；一個或多個泵(17),其用于形成所述冷卻流體的流動；以及一個或多個散熱裝置(21)，其用于從所述冷卻流體散熱或對所述冷卻流體供熱。
3. 根據權利要求1或2的風能轉換器(7)，其中，所述基礎(6)的至少一部分是所述溫度控制裝置(10)的散熱裝置(21)。
4. 根據權利要求2或3的風能轉換器(7)，其中，所述散熱裝置(21)包括用于將所述區域(23)的多余熱量的大部^lt良到所述基礎(6)的裝置，并且/或者所述散熱裝置(21)包括用于從所述基礎(6)吸收所述區域(23)所需熱量的大部分的裝置。
5. 根據上述權利要求中任一項的風能轉換器(7),其中，所述溫度控制裝置(10)包括一個或多個流體管道(22),用于在所述風輪機(1)的一個或多個區域(23)和所述基礎(6)中和/或之間引導冷卻流體。
6. 根據權利要求5的風能轉換器(7)，其中，所述一個或多個流體管道(22)形成為一個或多個閉合回路(28)，使得所述冷卻流體在所述溫度控制裝置(10)中循環。
7. 根據權利要求5或6的風能轉換器(7),其中，所述基礎(6)包括所述溫度控制裝置(10)的兩個或多個獨立的流體管道(22)。
8. 根據權利要求5至7中任一項的風能轉換器(7)，其中，所述流體管道(22)借助于獨立的固定裝置(38)接合所述加強結構(16)的至少一部分，所述固定裝置(38)例如是夾具、條、金屬絲、帶等。
9. 根據權利要求5至7中任一項的風能轉換器(7)，其中，所述流體管道(22)借助于與所述加強結構(16) —體地形成的固定裝置(38)接合所述加強結構(16)的至少一部分。
10. 根據權利要求2、 5或6中任一項的風能轉換器(7)，其中，所述冷卻流體是液體，所述液體為諸如防凍劑和水的溶液、曱醇、丙二醇或乙酸鉀。
11. 根據上述權利要求中任一項的風能轉換器(7)，其中，至少所述加強結構(16)的主要部分由鋼制成。
12. 根據權利要求11的風能轉換器(7)，其中，所述加強結構(16)為一個或多個焊接網狀加強結構(16)。
13. —種風輪才幾基礎(6， 25, 27)，包括加強結構(16)，其特征在于，所述基礎(6， 25， 27)包括用于與風輪機(1)的一個或多個區域(23)交換熱量的溫度控制裝置(10)的至少一部分，并且所述溫度控制裝置(10)的至少一部分接合所述加強結構(16)。
14. 根據權利要求13的風輪機基礎(6， 25， 27),其中，所述基礎(6， 25, 27)包括所述溫度控制裝置(10)的一個或多個流體管道(22)。
15. 根據權利要求13或14的風輪機絲(6， 25， 27),其中，所述基礎(6， 25， 27)包括所述溫度控制裝置(10)的兩個或多個獨立的流體管道(22)。
16. 根據權利要求13至15中任一項的風輪機基礎(6， 25, 27),其中，至少所述加強結構(16)的主要部分由鋼制成。
17. —種通過在風輪機(1)的一個或多個區域(23)和用于所述風輪機(1)的基礎(6)的至少一部分之間進行熱量交換來控制所述一個或多個區域(23)的溫度的方法，其中，借助于與所述基礎(6)的加強結構(16)的至少一部分部分地接合的一個或多個流體管道(22)進行所述熱量交換。
18. 根據權利要求17的方法，其中，從所述區域(23)傳輸至所述J^出(6)的熱量的大部分在所述J^出(6)中M，并且，從所述基礎(6)傳輸至所述區域(23)的熱量的大部分從所述基礎(6)中吸收。
19. 根據權利要求17或18的方法，其中，通過在所述區域(23)和所述基礎(6)的至少一部分中以及在所述區域(23)和所述基礎(6)的至少 一部分之間形成冷卻流體流來交換熱量。
20. 根據權利要求19的方法，其中，所述冷卻流體在一個或多個閉合回路(28)中流動，使得所述冷卻流體在所述溫度控制裝置(10)中循環。
21. 根據權利要求13至16的風輪機基礎(6， 25， 27)在根據權利要求1至12中任一項的風能轉換器(7)中的應用，其中所述風能轉換器(7)是陸基的。
全文摘要
本發明提供一種風能轉換器(7)，其包括風輪機(1)、包括加強結構(16)的風輪機基礎(6)以及用于控制風輪機(1)的一個或多個區域(23)的溫度的溫度控制裝置(10)。風能轉換器(7)的特征在于溫度控制裝置(10)的至少一部分接合加強結構(16)。本發明還涉及一種包括加強結構(16)的風輪機基礎(16)。風輪機基礎(6，25，27)的特征在于基礎(6，25，27)包括溫度控制裝置(10)的至少一部分以與風輪機(1)的一個或多個區域(23)交換熱量，并且溫度控制裝置(10)的至少一部分接合加強結構(16)。更進一步地，本發明涉及一種用于控制風輪機(1)的一個或多個區域(23)的溫度的方法以及風輪機基礎(6，25，27)的應用。
文檔編號F03D9/00GK101548098SQ200780041046
公開日2009年9月30日 申請日期2007年11月2日 優先權日2006年11月3日
發明者G·拉森, J·B·克里斯坦森, N·M·亨里克森, S·P·詹森 申請人:維斯塔斯風力系統有限公司