專利名稱：包括冷卻回路的風力渦輪機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種包括冷卻回路的風力渦輪機，該冷卻回路特別是用于排出由風力渦輪機中的電氣設備產生的熱量。
背景技術：
能量轉換導致能量以熱量的形式損失。在風力渦輪機的主驅動線路中(該主驅動線路通常安裝在吊艙中)，損失在齒輪中、在軸承處和在發電機中或在其它控制單元處(例如在液壓系統或類似的控制和調節俯仰和偏斜的單元中)產生。對于無齒輪直接驅動風力渦輪機，主要損失在吊艙中的發電機區域處產生。對于電力供給，損失在電力變壓器處和在可能存在的其它電力電子裝置例如整流器中產生。在風力渦輪機中的發電機通常通過空氣流來冷卻，該空氣流流過在發電機轉子和定子之間的氣隙和流過包含線圈(大部分熱量在該線圈處產生)的部分。侵蝕敏感性要求在氣隙附近的材料將只暴露在干燥和清潔的空氣中。因此，通常使用封閉的空氣冷卻回路。 封閉的冷卻回路的優點是不需要外部空氣進入發電機區域，這對于近海風力渦輪機特別有利，在近海風力渦輪機處，外部空氣潮濕，并有很高的鹽粒含量。輔助的空氣至空氣系統可以用于將熱量傳遞給外部空氣。也可選擇，來自渦輪機內部的空氣可以通過氣隙來循環。對于包括鋼塔的渦輪機，塔壁可以用于從空氣循環系統消散熱量。在封閉或局部封閉的冷卻循環中，冷卻空氣在風力渦輪機內從它的吊艙循環至塔，或者循環至風力渦輪機的基部，且在冷卻過程中由冷卻劑(例如空氣)儲存的能量通過風力渦輪機的塔壁來消散。風力渦輪機的塔暴露于風中，從而提高風力渦輪機塔作為冷卻元件或換熱器的效果。為了有效使用整個塔長度，空氣應當被強制具有豎直流動，從頂部向下或者從底部向上。W001/06121公開了一種風力渦輪機，該風力渦輪機具有封閉冷卻回路，且塔作為冷卻元件集成在冷卻回路中。槽道沿塔壁的內側緊密地引導熱空氣。類似的，在 DE10016913A中，使用螺旋槽道來沿風力渦輪機塔壁的內表面引導熱空氣。這樣，可以獲得封閉的冷卻回路，從而使得循環的熱空氣由塔壁來冷卻。在W001/06121和DE10016913A中使用的槽道使得風力渦輪機塔的結構復雜。而且，槽道的通道形成對于空氣循環量的瓶頸，這不能高效地使得發電機區域有效冷卻。
發明內容
本發明的目的是提供一種風力渦輪機，其中，在冷卻回路中的循環冷卻介質能夠通過風力渦輪機塔壁更有效地冷卻。本發明的目的通過一種風力渦輪機來實現，該風力渦輪機包括塔壁，該塔壁形成空氣冷卻回路中的換熱表面，其中，塔的內部形成用于引導熱空氣的槽道，其中該塔包括一個或多個空氣流偏導器，用于引導流向塔壁。這樣，塔的內部因此用作槽道，不需要專門的槽道來用于使得熱空氣與塔壁換熱表面緊密接觸。當熱空氣通過塔壁時，流動偏導器在空氣流中引起湍流，從而使得所有空氣都與塔壁緊密接觸，這樣，塔內的所有空氣都均勻冷卻。盡管主流動為豎直，但是流動偏導器使得流動方向增加了朝向塔壁的水平(例如徑向) 分量。這有效防止只有塔壁附近的空氣冷卻。在塔壁和相鄰熱空氣之間的溫度梯度增加， 從而導致增加的熱消散。在本文中，“塔內部”是由塔壁確定的、容納塔中存在的設備的空間。使用具有高熱導率的材料例如鋼將提高由塔壁進行的熱消散。風力渦輪機例如可以包括一個或多個返回槽道，用于引導熱空氣從發電機區域至在發電機區域下面的塔部分。在冷卻后，空氣再返回至發電機區域。流動偏導器可以是有源的流動偏導器，例如風扇或吹風機，或者是無源的流動偏導器，例如一個或多個靜態流動偏導器板或葉片，從而形成靜態混合器元件。在特定實施例中，一個或多個返回槽道終止于吹風機，該吹風機用于沿具有水平分量的方向(例如沿徑向和/或切向方向)來吹動空氣。風力渦輪機的塔包括水平底板，其中在各底板和塔壁之間具有間隙。該間隙例如能夠為l_5cm，例如大約3cm。這樣，空氣流能夠通過該底板。底板有助于迫使空氣沿塔壁流動。底板例如可以由多個支承件或托架來支承。風力渦輪機的發電機大致位于吊艙內，吊艙能夠通過偏轉系統而旋轉。因為引導熱空氣從吊艙通向塔的返回槽道需要與進行偏轉的吊艙一起旋轉，因此槽道可以用于從吊艙導向塔中的底板，在該底板處，槽道與過渡鼓筒的可旋轉蓋連接，該過渡鼓筒的直徑對應于第一返回槽道部分的外部纖維至風力渦輪機塔的中心軸線的距離，其中，過渡鼓筒具有底部，該底部具有導向另一空氣流動路徑的開口。當吊艙偏轉時，槽道可以與吊艙一起旋轉，而并不中斷空氣流。也可選擇，第二槽道可以布置成與塔壁同軸，從塔的下部部分導向過渡鼓筒，并通過可旋轉蓋，該可旋轉蓋可環繞第二槽道旋轉。這樣的槽道可以用作引導冷卻的空氣從塔的下部部分沿路線向上返回發電機區域的返回槽道。根據本發明的風力渦輪機可以是具有齒輪傳動裝置的風力渦輪機，或者它可以是無齒輪直接驅動風力渦輪機。本發明的風力渦輪機的冷卻系統特別適用于近海風力渦輪機，因為封閉的冷卻回路能夠保護電氣設備(例如發電機)防止海洋環境的含鹽和潮濕空氣的損害。也可選擇，發電機區域可以被增壓。也可選擇，熱空氣也可以流過葉片的內部，這可以有助于防止在葉片上結冰。
下面將參考附圖進一步解釋本發明。附圖中圖1示出了根據本發明的風力渦輪機的剖視圖。
具體實施例方式圖1示出了近海風力渦輪機1，該風力渦輪機1包括風力渦輪機塔2，該塔2具有在塔2頂部的吊艙3或吊籃；以及轉子4，該轉子4包括輪轂5和三個轉子葉片6，在剖視圖中只可見一個葉片6。吊艙3包括發電機區域7，該發電機區域7包圍永磁體發電機8，該永磁體發電機8包括由定子10環繞的發電機轉子9。發電機轉子9與風力驅動轉子4連接， 而沒有齒輪傳動。產生的電力通過電纜線而排出至電網。為了使得轉子4朝向風旋轉，吊艙3可以通過偏轉傳動裝置12而由偏轉驅動器偏轉至合適方向。為了保護吊艙3中的設備免受潮濕和鹽的近海環境，吊艙3是空氣密封的和增壓的。周圍環境的風的動能通過轉子4而由發電機8轉換成電力。這樣的能量轉換產生熱量。為了冷卻發電機區域7，封閉的空氣冷卻回路提供于風力渦輪機1中。來自發電機區域的熱空氣通過外部管線14排出吊艙外。空氣流由圖中的箭頭表示。管線14重新進入吊艙3，并橫穿吊艙底板15，以便進入塔2的上部部分16。管線14與中心布置在塔的上部部分16的底板19上的鼓筒18的可旋轉蓋17連接。鼓筒18和它的旋轉蓋17的直徑至少是當吊艙偏轉時管線14的外部纖維進行的旋轉的直徑。鼓筒18的底部開口于在底板19下面的塔內部。這樣，管線14在吊艙3的偏轉過程中保持與底板19下面的塔部分20的內部 13進行開口連接。塔內部13形成槽道，從而確定了用于熱空氣沿鋼塔壁11從管線14向下到塔2的底部部分22的流動路徑。第二管線21從塔2的底部部分22經過蓋17而通向塔部分16。蓋17可環繞管線21旋轉。塔部分20由多個底板23分開。底板23擱置在多個支承件M上。在塔2的壁和底板23之間保留有大約3cm的間隙25，這樣，空氣流能夠通過底板23。在各底板23上，一個或多個吹風機26沿切向方向吹動熱空氣。這在空氣流中產生湍流和旋渦。因此，更大部分的熱空氣將與塔2的壁接觸，并因此有效冷卻。凈空氣流是向下的。當空氣到達塔2的底部部分22時，空氣被冷卻，并吸入第二管線21中。管線21將冷卻的空氣導向塔的上部部分16，在該上部部分中，空氣通過吊艙底板15流入發電機區域7中，并冷卻發電機8。風扇能夠用于引導空氣流向最熱的部分，例如流向在發電機轉子9和定子10之間的氣隙。為了迫使熱空氣向下流動和迫使冷空氣向上流動，可以在例如塔2的底部底板部分22處在管線21的進口處使用空氣泵，例如一個或多個風扇和/或壓縮機等。在可選實施例中，來自管線14的熱空氣能夠通過管線21而強制向下流動至底部部分22，空氣能夠在該底部部分22處經由塔壁而向上流動。在這種情況下，底板19和塔壁之間也應該留有間隙。
權利要求
1.一種風力渦輪機，包括塔O)，該塔具有由塔壁(11)包圍的內部(13)，該塔壁形成空氣冷卻回路中的換熱表面，其中，塔內部(13)形成用于引導熱空氣沿流動路徑流動的槽道，其中，一個或多個空氣流動偏導器(26)布置在流動路徑中，用于將流動水平地導向塔壁(11)。
2.根據權利要求1所述的風力渦輪機，其中風力渦輪機包括一個或多個返回槽道 (14)，用于引導熱空氣從發電機區域(7)至在該發電機區域下面的塔部分00)。
3.根據權利要求1或2所述的風力渦輪機，其中該一個或多個空氣流動偏導器06) 中的至少一個包括吹風機，用于朝著塔壁(11)吹動空氣。
4.根據權利要求3所述的風力渦輪機，其中該一個或多個吹風機06)中的至少一個沿切向方向引導空氣。
5.根據權利要求3或4所述的風力渦輪機，其中該一個或多個吹風機06)中的至少一個沿徑向方向引導空氣。
6.根據前述任意一項權利要求所述的風力渦輪機，其中該一個或多個偏導器中的至少一個是靜態流動偏導器板。
7.根據前述任意一項權利要求所述的風力渦輪機，其中該風力渦輪機的塔包括多個水平的底板(23)，在各底板和塔壁(11)之間具有間隙05)。
8.根據前述任意一項權利要求所述的風力渦輪機，其中風力渦輪機的發電機(8)位于吊艙(3)中。
9.根據權利要求8所述的風力渦輪機，其中吊艙C3)能夠通過偏轉系統而旋轉，其中，槽道(14)從吊艙導向塔中的底板(19)，在該底板處，槽道與過渡鼓筒(1 的可旋轉蓋 (17)連接，該過渡鼓筒的直徑對應于第一返回槽道(14)的外部纖維至風力渦輪機的塔的中心軸線的距離，其中，過渡鼓筒(18)具有底部，該底部具有導向另一空氣流動路徑(13) 的開口。
10.根據權利要求9所述的風力渦輪機，其中第二槽道從塔的下部部分導向過渡鼓筒，并通過可旋轉蓋(17)，該可旋轉蓋能夠環繞第二槽道旋轉。
全文摘要
一種風力渦輪機包括塔(2)，該塔具有由塔壁(11)包圍的內部(13)，該塔壁形成空氣冷卻回路中的換熱表面，其中，塔內部(13)形成用于引導熱空氣沿流動路徑流動的槽道，其中，一個或多個空氣流動偏導器(26)布置在流動路徑中，用于將流動導向塔壁(11)。流動偏導器(26)例如可以是有源流動偏導器，例如風扇或吹風機，或者是無源流動偏導器，例如一個或多個靜態流動偏導器板或者葉片，從而形成靜態混合物元件。
文檔編號F03D11/00GK102245897SQ200980150223
公開日2011年11月16日 申請日期2009年12月15日 優先權日2008年12月17日
發明者C·J·A·弗斯蒂夫, J·W·帕斯特寧 申請人:湘電達爾文有限責任公司