风能设备制造技术

本发明专利技术涉及一种风能设备(100)，其具有吊舱(4)、设置在吊舱(4)中的发电机(12)、塔(2)和用于调节吊舱迎风的定向的偏航轴承(24)，其中偏航轴承(24)以竖直的偏航间距(26)设置在吊舱(4)下方并且吊舱(4)在偏航轴承上承载在具有偏航间距(26)的长度的垂直的轴部段(20)之上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种风能设备以及一种风能设备的轴部段和一种用于设计风能设备的方法。
技术介绍
风能设备是普遍已知的，其将风能转换成电能。典型的风能设备具有塔，在所述塔上设置有吊舱，所述吊舱具有气动转子和发电机。吊舱设置在塔上的偏航轴承(Azimutlager)上，以便由此能够在水平平面中转动，以便因此能够调节其相对于风的偏航。这样的偏航轴承必须承受显著的力，因为其必须承载整个吊舱。这种吊舱根据设备能够为数百吨重。到风能设备的转子上的风压作为另外的负载能够引起倾斜力矩并且由此也能够在偏航轴承上引起附加的负载。从欧洲专利申请EP I 247 021 BI中已知:将分区段的、固定的但是可拆卸地固定的滑动元件用于偏航轴承，以便通过如下方式应对偏航轴承的高的负载，即能够以简单的方式更换滑动垫。由此能够降低由于偏航轴承磨损而出现的维修成本。但是磨损的起因在此没有被消除。德国专利商标局在在先申请中检索到如下现有技术:US 2012/0133148 Al和EP2 075 464 A2。
技术实现思路
因此，本专利技术基于如下目的:解决上述问题中的至少一个。特别地，应提出一种用于减少偏航轴承的负载的解决方案和/或提出一种在没有提高负载的情况下的偏航轴承的替选的设置方案。至少应当提出一种替选的解决方案。因此，根据本专利技术提出根据权利要求1所述的风能设备。这种风能设备具有内部设置有发电机的吊舱、塔和用于调节吊舱的相对于风的定向的偏航轴承。偏航轴承在此以竖直的间距设置在吊舱之下。在此，该竖直的间距称作为偏航间距(Azimutabstand)。吊舱在偏航轴承上承载在具有偏航间距的长度的垂直的轴部段之上。因此，在吊舱和偏航轴承之间设有垂直的轴部段，所述轴部段实现吊舱和偏航轴承之间的偏航间距。就此，偏离至今传统的途径:在上方将偏航轴承设置在塔上并且直接在其上安装吊舱。在此，通常，吊舱蒙皮在塔区域中、即在上部在塔顶部的区域中并且仍略微从吊舱向下是足够的，并且由此能够保护偏航轴承免受天气影响。通常，在该位置处也存在进气口以用于将外部空气穿过塔和吊舱蒙皮之间吸入。但是现在已经认识到:尤其偏航轴承的区域中的弯曲或倾斜力矩引起偏航轴承的高的负载。在此，对于偏航轴承的区域中的弯曲力矩或倾斜力矩尤其存在两个原因。一方面，尤其发电机的重量并且也还以通过转子叶片的重量支持的方式产生吊舱中的重心，所述重心远位于塔之前。这尤其关于迎风的符合规定的定向于是能够理解为从风方向起观察。由此，存在所谓的变桨力矩。所述变桨力矩是静态力矩，所述静态力矩从吊舱的重量和重心的位置中得出。在风能设备运行中因此得到迎风的变桨力矩。能够考虑推力力矩作为另外的力矩，所述推力力矩从到风能设备、尤其转子叶片的风压中产生。推力力矩在此是动态力矩，所述动态力矩与风能设备的运行尤其与盛行的风相关。推力力矩与相应考虑的塔的高度相关。推力力矩的负载随着塔的高度下降，而变桨力矩在塔的高度上保持恒定。在此，这两个力矩的方向相反，而因此变桨力矩引起迎风方向的力矩，推力力矩引起逆风的力矩。这两个力矩叠加并且在最上部在塔顶部处变桨力矩占优，而在下部在塔底部处推力力矩占优。因此得到，至少理论上存在下述区域或点，在所述区域和点上这两个力矩抵消或者叠加为零。在刚好该区域中、即在塔的该高度区域中现在提出:设置偏航轴承。当然，偏航轴承一如既往必须承载吊舱与发电机和转子叶片的重量，但是倾斜或弯曲力矩在那里至少小于最上部在塔顶部处，然而这也是与风相关的。当重心和尤其发电机关于纯沿水平方向观察设置在偏航轴承之前时，所描述的效果尤其强。在偏航轴承之前的设置因此包含在偏航轴承之前的设置但是同时也包含在偏航轴承之上的设置。换而言之，在此，发电机自由地支承在塔之前、至少在塔的上方的塔顶部的区域中支承在塔之前并且自由地在偏航轴承之前支承。因此首先都不存在于发电机的区域中的吊舱的下方。在任何情况下，风能设备能够在更下方朝塔底部变宽，使得在此将塔的部段设置在发电机之下。但是，根据所描述的实施方式，吊舱与其发电机完全地存在于在塔顶部的区域中。对于这种风能设备吊舱在任何情况下有利的是，偏航轴承进一步向下方移位，即理想地处于变桨力矩和推力力矩抵消的位置处。因为变桨力矩是静态的进而是基本上恒定的，但是推力力矩与风压进而与盛行的风还有风能设备的运行状态相关，所以在运行中偏航轴承处的倾斜或弯曲力矩遗憾地不能持久地保持为数值零。同时，通过偏航轴承的相应的定位可以最小化偏航轴承的区域中的倾斜或弯曲力矩。对此优选提出:以平均的推力力矩为基础，即以尤其能预期的平均的推力力矩为基础。所述推力力矩能够与地点和设备相关。但是通常，在架设风能设备之前已知的是，预期何种风力范围并且对此如何调节设备。因此，当转子叶片是可调节的时，这也取决于转子叶片的位置。替选地，确定要作为计算的基础的推力力矩也能够基于预设的风速、例如额定风。对此，针对尤其理想的额定风来计算推力力矩并且计算变桨力矩并且将其叠加并且根据塔的高度来评估叠加。在认为所述叠加具有数值零的位置处提出:设置偏航轴承。同时由此，也能够针对特定的设备类型推导出偏航轴承的普遍的高度位置。尽管风负载进而推力力矩与架设位置相关，但是因为风能设备根据特定的风力等级来设计，因此原则上针对该风力等级设有特定的风能设备类型，偏航轴承的高度的一次性确定的位置能够作为这种类型的全部风能设备的高度的基础。只要针对不同的塔高度设置相同的风能设备，相关的风能设备类型因此基本上仅关于塔的高度变化，偏航轴承的高度就能够关于吊舱来确定。相应地也提出，偏航轴承以所描述的相对于吊舱的偏航间距设置，尤其与塔的总高度无关。在此，偏航间距的2.5m范围中的数值被证实为是良好的数值。在任何情况下，通过与之前的风能设备相比将偏航轴承的高度下降大约2.5m已经得到如下优点:即使最佳的高度根据具体的边界条件会变化几厘米或者可能甚至变化半米的高度也如此。因此优选地提出，选择2m至3m范围内的偏航轴承。在任何情况下，在偏航间距为1.5m至5m的情况下应当能获得正面结果。需要指出的是，也简称为额定风的额定风速是风能设备用于设定其额定工作点的风速。通常，风能设备在低于额定风速直至额定风速的风速的情况下在所谓的部分负荷运行中工作，在所述部分负荷运行中风能设备还不具有额定转速并且也还不具有额定功率。在调节桨距的设备中，其中因此调节转子叶片角度，即能够调节桨距，通常在部分负荷区域中基于恒定的转子叶片角度。自额定风速起和高于额定风速，风能设备以额定转速和/或额定功率运行，其中额定风速作为数值最后仅是数学的点。在调节桨距的设备中，在此调节转子叶片角度，以便能够保持额定风速，直至其在风速还更高的情况下必须被限制或切断。上述实施方案通常涉及这种额定风速。然而，典型地也能够基于:额定风速能够大致位于12m/s至17m/s的范围中。优选地提出，将用于影响吊舱在轴部段上的定向的多个偏航马达牢固地固定在轴部段中并且共同地接合到具有内装齿部的固定地与塔连接的齿圈中，以便由此引起轴部段进而也引起吊舱相对于塔的转动运动。因此通过所提出的偏航轴承的更低的设置同时实现如下可能性:也将偏航驱动器(Azimutantriebe)或偏航马达(Azimutmotoren)设置在该轴部段中，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风能设备(100)，其具有吊舱(4)、设置在所述吊舱(4)中的发电机(12)、塔(2)和用于调节所述吊舱(4)迎风的定向的偏航轴承(24)，其中所述偏航轴承以竖直的偏航间距(26)设置在所述吊舱(4)下方，并且所述吊舱(4)在所述偏航轴承(24)上承载在具有所述偏航间距(26)的长度的垂直的轴部段(20)之上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：约亨·勒尔，亚历山大·霍夫曼，
申请(专利权)人：乌本产权有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE