風能設備的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種具有塔和吊艙的風能設備，其中在吊艙上設置有轉子，所述轉子具有至少一個轉子葉片并且所述轉子在風能設備運行時進行旋轉運動，并且該旋轉運動經由軸驅動在吊艙之內的發電機，其中在風能設備的塔上設置有纖維纏繞件，所述纖維纏繞件環繞風能設備的塔的豎直的塔軸線，并且所述纖維纏繞件配置為用于衰減塔的振動。
【專利說明】
風能設備
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種根據獨立權利要求1的風能設備。
【背景技術】
[0002]風能設備或風力設備包括塔和吊艙，所述吊艙安裝在塔的上端部處。此外，在吊艙上構成轉子，所述轉子在風能設備運行時旋轉并且驅動在吊艙內部的發電機。由于所述風能設備的結構，即呈長的桿的形式(塔)，在桿的端部處具有大的質量(吊艙加發電機)，風能設備是易受振動影響的。對于塔的振動的激發或引發例如能夠是外部的力，例如吹向塔和吊艙的風。此外，然而內部的力，例如吊艙內部的發電機的振動或振蕩，也能夠激發塔使其振動。當激發頻率在此達到塔的共振頻率時，能夠造成振動的“增大”直至造成所謂的共振災難。無論如何，振動造成材料的提高的負荷，使得在短時間之后就已經能夠在塔的材料中出現疲勞現象、尤其(微)裂縫。
[0003]因此，值得期望的是，提供一種設備和/或風能設備，其中抑制和/或衰減風能設備的塔的振動。尤其，值得期望的是，提供一種設備和/或風能設備，借助于其衰減由發電機引發的振動。
[0004]為此，在現有技術中已知不同的解決方案。
[0005]即例如在專利文獻DE 10 2005 018 749B4中已知一種設備，所述設備用于將發電機安裝在具有多個減振元件的風能設備中。在此發電機底座與具有多個減振元件的板連接，使得由發電機產生的振動不會被傳遞到風能設備的吊艙和/或塔上。
[0006]此外，專利申請DE 10 2010 009 863A1提出一種用于降低風能設備的傳動系中的負荷的裝置。在此，借助于傳感器檢測在發電機的傳動系中的振動然后借助于主動的控制裝置、尤其借助于能主動控制的減振機構進行補償。
[0007]從文獻DE 10 2007 019 907B4中也已知一種設備，所述設備用于使風能設備中的傳動系主動地減振。
[0008]德國專利和商標局對于在先申請檢索到下述文獻:US 2011/0138704A1和WO2013/010664A1。
[0009]從現有技術中已知的解決方案是結構上耗費的并且結合有高的成本和維護耗費。
【發明內容】
[0010]針對此點，本發明的目的是，提供一種改進的設備和/或風能設備，借助于所述設備和/或風能設備應提供風能設備的塔的振動的改進的衰減、尤其成本低和少維護的衰減。本發明的目的尤其是，提供一種設備和/或風能設備，借助于所述設備和/或風能設備使風能設備的由發電機產生的振動衰減。然而，至少應提出一種對從現有技術中已知的解決方案的替代解決方案。
[0011]根據本發明，所述目的通過根據獨立權利要求1的具有纖維纏繞件的風能設備來實現。
[0012]本發明包括一種具有塔和吊艙的風能設備的構思，其中在吊艙上設置有轉子，所述轉子具有至少一個轉子葉片并且所述轉子在風能設備運行時進行旋轉運動，并且該旋轉運動經由軸驅動在吊艙之內的發電機，其中在風能設備的塔上設置有纖維纏繞件，所述纖維纏繞件環繞風能設備的塔的豎直的塔軸線并且配置為用于衰減塔的振動。在下文中，示例地描述本發明的設計方案一一在此不對本發明進行限制。本發明中可看出，借助于纖維纏繞件抑制和衰減風能設備的塔的振動，所述纖維纏繞件圍繞風能設備的塔纏繞。在此，風能設備的塔的振動能量由纖維纏繞件吸收并且例如轉換為熱能。本發明的所述設計方案和其他優選的設計方案是從屬權利要求的主題并且明確地說明根據本發明的風能設備。尤其，優選的改進方案是從屬權利要求的主題并且詳細地說明下述有利的可能性，即如何在任務設置的范圍中以及在其他有利的優點方面實現或設計上文所闡述的風能設備。
[0013]—個優選的設計方案提出，發電機是同步發電機。所述設計方案考慮下述想法，SP風能設備用同步發電機或異步發電機構成，其中于是直接或間接地進行風能設備的電網連接、尤其電流饋入。直接的電網連接(在同步發電機中)意味著，發電機電流直接饋入電網中，相反間接的電網連接(在異步發電機中)意味著，發電機電流首先還必須匹配于電網電流、尤其電網頻率。本設計方案涉及包括同步發電機的風能設備。
[0014]同步發電機借助于發電機轉子和發電機定子構成，其中發電機轉子具有磁場，所述磁場由永磁體產生或由電磁體產生。發電機定子包括多個線圈、尤其定子繞組，其配置為，使得在發電機轉子旋轉時在發電機定子中產生交流電壓或發電機電流，所述交流電壓或發電機電流的幅度和頻率與發電機轉子的轉速相關。
[0015]由于在發電機轉子中的永磁體和發電機定子極的相對置的、感應的磁體，對于同步發電機得到定位力矩，所述定位力矩也稱為“齒槽轉矩”。定位力矩也能夠理解為一種“磁性摩擦”或“磁性摩擦力矩”。由于在旋轉期間周期性出現的定位力矩或周期性出現的磁性摩擦，發電機能夠以特定的齒槽頻率處于振動。發電機的振動能夠經由發電機的懸掛裝置、尤其經由發電機底座傳播或傳遞到風能設備上，尤其是風能設備的塔上，使得也激發塔的振動。
[0016]在此，發電機的齒槽頻率與在發電機中的磁極的數量、旋轉運動的轉速或頻率以及轉子的直徑相關。典型地，風能設備的具有大約80m的直徑的轉子以20U/min的轉速旋轉，這對應于l/3Hz的頻率。通常，同步發電機包括大約150至180個磁極進而能夠產生具有50Hz的頻率從而正確的電網頻率的交流電流。然而，由此也得到用于風能設備的塔的和發電機的機械的振動的大約為50Hz的激發頻率(齒槽頻率)。
[0017]應借助于纖維纏繞件衰減所述振動，所述纖維纏繞件設置在風能設備的塔上。
[0018]優選地，提出一種設計方案，即纖維纏繞件沿塔的豎直的塔軸線的方向設置在上端部處，尤其設置在最上方的塔區段上。在此，尤其能夠提出，借助于多個塔區段構成塔。優選地，纖維纏繞件鄰近于發電機設置，也就是說優選設置在塔的上端部處、尤其設置在最上方的塔區段的上端部處。在另一設計方案中，然而也能夠提出，構成多個纖維纏繞件，所述纖維纏繞件例如設置在第一、第二和/或任意其他的塔區段上。在另一設計方案中還能夠提出，附加的纖維纏繞件設置在風能設備的吊艙上。
[0019]在適宜的設計方案中能夠提出，纖維纏繞件沿相對于塔軸線的徑向方向具有特定的厚度，其中厚度的尺寸選擇為，使得最大程度地衰減塔的振動，其中所述振動由發電機的齒槽頻率產生。
[0020]優選地，提出一種設計方案，即纖維纏繞件的厚度在50_至10mm的范圍中。
[0021 ] 一個優選的改進方案提出，纖維纏繞件沿塔軸線的軸向方向具有寬度，其中寬度b的尺寸選擇為，使得最大程度地衰減塔的振動，其中所述振動由發電機的齒槽頻率產生。
[0022]在一個有利的設計方案中能夠提出，纖維纏繞件設置在塔的、尤其最上方的塔區段的表面中的留空部中，其中纖維纏繞件的表面沿相對于塔軸線的徑向方向與塔的表面齊平。在此尤其提出，將纖維纏繞件集成到塔中、尤其集成到最上方的塔區段中，使得纖維纏繞件不改變塔的外部的視覺印象。
[0023]—個優選的改進方案提出，纖維纏繞件設置在塔的、尤其最上方的塔區段的內側上的留空部中，并且纖維纏繞件的表面沿相對于塔軸線的徑向方向與塔的內側齊平。對于在塔的外側的表面上的纖維纏繞件，能夠替代地或補充地提出這些設計方案。在此，纖維纏繞件在塔的內部的設置方案具有的優點是，不能夠從外部看到纖維纏繞件進而不改變風能設備的視覺印象。
[0024]一個改進方案能夠提出，塔區段構成為鋼元件。
[0025]優選地，一個設計方案提出，纖維纏繞件以具有基體和增強的纖維的纖維復合物材料的形式構成。
[0026]一個優選的設計方案涉及一種具有纖維纏繞件的風能設備，其中纖維復合物材料的基體，即其樹脂選自下述材料中的一種材料:熱固性材料、熱塑性材料、合成樹脂、彈性體和/或彈性體熱塑性塑料，并且/或者纖維纏繞件借助于多個纖維墊構成。在一個優選的設計方案中能夠提出，使用多層芯材。
[0027]另一有利的設計方案涉及一種具有纖維纏繞件的風能設備，其中纖維纏繞件借助于增強的纖維構成，所述增強的纖維由下述材料中的至少一種材料構成:玻璃纖維、碳纖維、陶瓷纖維、芳綸纖維、硼纖維、玄武巖纖維、鋼纖維、尼龍纖維和/或天然纖維，這些材料相對于塔軸線對角地、平行地和/或垂直地定向。
[0028]在下文中，根據附圖與現有技術比較地描述本發明的實施例，所述現有技術同樣部分地被描述。所述附圖無需合乎比例地示出實施例，更確切地說用于闡述的附圖以示意的方式和/或略微失真的方式實現。關于從附圖中直接能看到的原理的補充可參考所附的現有技術。在此要考慮的是，能夠相應地進行涉及實施方案的細節和形式的多樣化的改型和變化，而通常不偏離本發明的想法。本發明的在說明書中、在附圖中以及在權利要求中公開的特征能夠以單獨形式也以任意組合的形式對于本發明的改進方案是重要的。此外，在本發明的范圍中包括由在說明書中、附圖中和/或在權利要求中公開的特征中的至少兩個特征組成的所有組合。本發明的普遍的想法不限制于在下文中示出和說明的優選的實施方式的細節和具體的形式，或不限制于與在權利要求中要求保護的主題相比可能受限制的主題。在說明的尺寸范圍中，位于提到的邊界之內的值也應作為邊界值公開并且能夠任意使用和要求。為了簡單性，相同的或相似的部件或相同或相似的功能的部件設有相同的附圖
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[0029]本發明的其他優點、特征和細節從優選的實施例的下面的說明以及根據附圖得到。
【附圖說明】
[0030]具體示出:
[0031]圖1示出具有纖維纏繞件的風能設備的一個可能的設計方案；
[0032]圖2示出具有纖維纏繞件的風能設備的另一設計方案；
[0033]圖3示出用于風能設備的吊艙內部的一個優選的實施例；以及
[0034]圖4A和4B示出用于具有纖維纏繞件的風能設備的另一設計方案的兩個(部分)局部。
【具體實施方式】
[0035]圖1示出具有塔2和吊艙4的風能設備I。塔示例地借助于三個塔區段，即第一塔區段2.1、第二塔區段2.2和第三塔區段2.3構成，所述塔區段沿塔軸線2.4的豎直方向彼此上下重疊地設置和連接，并且構成風能設備I的塔2。在吊艙4上，具有三個轉子葉片8的轉子6設置在導流罩10上。在風能設備I的運行時，轉子6由于風而處于旋轉運動并且驅動在吊艙4內部的發電機(未示出)。借助于發電機，將旋轉運動的機械能轉換為電能，所述電能然后能夠饋入電網中。
[0036]此外，風能設備I包括纖維纏繞件9，所述纖維纏繞件設置在風能設備I的塔2上、尤其設置在最上方的塔區段2.1上。在此，纖維纏繞件9環繞塔的平行于風能設備I的塔2的豎直的塔軸線2.2的外表面。纖維纏繞件9配置為，用于抑制和/或衰減塔2的振蕩或振動。
[0037]圖2示出用于具有纖維纏繞件9的風能設備的另一設計方案。風能設備I還包括塔
2、尤其塔區段2.1。在吊艙4中設置有發電機(示意地示出)，所述吊艙設置在塔之上、尤其設置在塔區段2.1之上，所述發電機在風能設備I的運行時進行旋轉運動。在此，轉子6的旋轉運動經由短軸、尤其軸5傳遞到發電機7上。
[0038]發電機例如是同步發電機，所述同步發電機配置為，用于將發電機電流直接饋入電網中，而不需要與電網電流、尤其與電網頻率(50Hz)相匹配。
[0039]在運行中，由于周期性出現的定位力矩能夠造成同步發電機以齒槽頻率周期性地振動。然后，發電機的振動能夠經由發電機的懸掛裝置7.3、尤其經由發電機底座傳播或傳遞到風能設備I上、尤其風能設備I的塔2上，使得也激發塔2的振動。借助于設置在風能設備I的塔2上的纖維纏繞件9抑制和/或衰減所述振動，其中纖維纏繞件9徑向于塔軸線纏繞塔2的表面。
[0040]纖維纏繞件9構成為纖維復合物材料，所述纖維復合物材料具有基體9.1，例如具有樹脂，例如熱固性材料、熱塑性材料、合成樹脂、彈性體或和/或熱塑性塑料，并且所述纖維復合材料具有增強的纖維9.2，所述增強的纖維嵌入基體9.1中。優選地，纖維纏繞件借助于多個纖維墊構成，其中纖維例如能夠是玻璃纖維、碳纖維、陶瓷纖維、芳綸纖維、硼纖維、玄武巖纖維、鋼纖維、尼龍纖維和/或天然纖維，這些纖維能夠相對于塔軸線2.4對角地、平行地和/或垂直地定向。
[0041]此外，纖維纏繞件9沿相對于塔軸線2.4的徑向方向具有厚度d，并且沿塔軸線2.4的軸向方向具有寬度b。
[0042]圖3示出用于風能設備的吊艙4的內部的細節圖。尤其，圖3示出轉子6和發電機7。轉子葉片(未示出)經由轉子葉片輪轂8.1正如發電機7經由發電機轉子7.1以能轉動的方式支承在短軸19、尤其共同的軸上。風能設備的轉子6的旋轉運動經由短軸19轉換為發電機轉子7.1的旋轉運動。
[0043]發電機例如是同步發電機，所述同步發電機配置為用于將發電機電流直接饋入電網中，而不需要與電網電流、尤其與電網頻率(50Hz)相匹配。為此，發電機轉子7.1在發電機定子7.2之內旋轉并且在此根據發電機7的結構上的設計方案產生電流。
[0044]同步發電機典型地借助于發電機轉子7.1和發電機定子7.2構成，其中發電機轉子7.1具有來自在周圍設置的磁極7P的磁場，所述磁場由永磁體或由電磁體產生。發電機定子包括多個線圈、尤其定子繞組7S，其配置為，使得在發電機轉子7.1旋轉時感應引起在發電機定子7.2中的、尤其在定子繞組中的交流電壓，所述交流電壓的較高的幅度和頻率與發電機轉子的轉速相關。
[0045]對于同步發電機而言，由于在發電機轉子7.1中的磁極和在發電機定子7.2中的相對置的、感應磁極，該磁極根據發電機轉子7.1的定向起到有時相互吸引有時相互排斥的作用，得到周期性的定位力矩，所述定位力矩也稱為“齒槽轉矩(cogging torque)”。定位力矩也能夠被理解為磁性的摩擦力矩。由于在旋轉期間周期性出現的定位力矩，同步發電機能夠以特定的齒槽頻率被激發以造成振動。然后，發電機的振動能夠經由發電機的懸掛裝置傳播或傳遞到風能設備的塔上，使得激發塔的振動。在此，齒槽頻率與磁極的數量和旋轉運動的轉速和頻率相關。
[0046]圖4A和4B示出用于具有纖維纏繞件9的風能設備的另一設計方案的兩個(部分)局部，尤其風能設備的塔的局部。纖維纏繞件9沿相對于塔軸線2.4的徑向方向具有厚度d并且沿塔軸線2.4的軸向方向具有寬度b。
[0047]圖4A示出纖維纏繞件9，所述纖維纏繞件設置在塔2的、尤其最上方的塔區段2.1的表面42中的留空部41中，其中纖維纏繞件9的表面沿相對于塔軸線2.4的徑向方向與塔的表面42齊平。在此尤其提出，將纖維纏繞件9集成到塔中、尤其集成到最上方的塔區段2.1中，使得纖維纏繞件不改變塔的外部的視覺印象。
[0048]圖4B示出纖維纏繞件9的另一設計方案，所述纖維纏繞件設置在塔I的、尤其最上方的塔區段2.1的內側44上的留空部43中，其中纖維纏繞件9的表面沿相對于塔軸線2.4的徑向方向與塔2的內側44齊平。對于在塔的外側的表面上的纖維纏繞件，能夠替代地或補充地提出這些設計方案。
【主權項】
1.一種具有塔(2)和吊艙(4)的風能設備(I)，其中在所述吊艙(4)上設置有轉子(6)，所述轉子具有至少一個轉子葉片(8)并且所述轉子(6)在所述風能設備(I)的運行時進行旋轉運動，并且所述旋轉運動驅動在所述吊艙(4)之內的發電機(7)，其特征在于，在所述風能設備(I)的所述塔(2)上設置有纖維纏繞件(9)，所述纖維纏繞件環繞所述風能設備(I)的所述塔(2)的豎直的塔軸線(2.4)，并且所述纖維纏繞件配置為用于衰減所述塔的振動。2.根據權利要求1所述的風能設備(I)，其特征在于，所述發電機(7)是同步發電機。3.根據權利要求1或2所述的風能設備(I)，其特征在于，所述纖維纏繞件(9)沿所述塔(2)的豎直的塔軸線(2.4)的方向設置在上端部處，尤其設置在最上方的塔區段(2.1)上。4.根據上述權利要求中至少一項所述的風能設備(I)，其特征在于，所述纖維纏繞件(9)沿相對于所述塔軸線(2.4)的徑向方向具有厚度(d)，其中厚度(d)的尺寸選擇為，使得衰減所述塔(d)的振動，其中所述振動由所述發電機(7)產生。5.根據上述權利要求中至少一項所述的風能設備(I)，其特征在于，所述纖維纏繞件(9)沿相對于所述塔軸線(2.4)的軸向方向具有寬度(b)，其中所述寬度(b)的尺寸選擇為，使得衰減所述塔的振動，其中所述振動由所述發電機(7)產生。6.根據上述權利要求中至少一項所述的風能設備(I)，其特征在于，所述纖維纏繞件(9)設置在所述塔(2)的、尤其最上方的塔區段(2.1)的表面(42)中的留空部(41)中，其中所述纖維纏繞件(9)的表面沿相對于所述塔軸線(2.4)的徑向方向與所述塔(2)的表面(42)齊平。7.根據上述權利要求中至少一項所述的風能設備(I)，其特征在于，所述纖維纏繞件(9)設置在所述塔(2)的、尤其最上方的塔區段(2.1)的內側(44)上的留空部(43)中，并且所述纖維纏繞件(9)的表面沿相對于所述塔軸線(2.4)的徑向方向與所述塔(2)的內側(44)齊平。8.根據上述權利要求中至少一項所述的風能設備(I)，其特征在于，所述最上方的塔區段(2.1)構成為鋼區段。9.根據上述權利要求中至少一項所述的風能設備(I)，其特征在于，所述纖維纏繞件(9)以具有基體(9.1)和增強的纖維(9.2)的纖維復合物材料的形式構成。10.根據權利要求9所述的風能設備(I)，其特征在于，所述基體(9.1)、樹脂選自下述材料中的一種材料:熱固性材料、熱塑性材料、合成樹脂、彈性體和/或彈性體熱塑性塑料，并且/或者所述纖維纏繞件(9)借助于多個纖維墊構成。11.根據上述權利要求中至少一項所述的風能設備(I)，其特征在于，所述纖維纏繞件(9)借助于增強的纖維(9.2)構成，所述增強的纖維由下述材料中的至少一種材料構成:玻璃纖維、碳纖維、陶瓷纖維、芳綸纖維、硼纖維、玄武巖纖維、鋼纖維、尼龍纖維和/或天然纖維，這些材料相對于所述塔軸線(2.4)對角地、平行地和/或垂直地定向。
【文檔編號】F03D80/00GK105934581SQ201580005945
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2015年1月26日
【發明人】安德烈·阿爾特米庫斯, 亞歷山大·霍夫曼
【申請人】烏本產權有限公司