[发明专利]风力涡轮机塔架中的电缆扭转系统

说明书

发明领域

本发明涉及一种风力涡轮机，包括：

‐风力涡轮机，包括：

‐风力涡轮机塔架，该风力涡轮机塔架具有内侧，底部和顶部，

‐机舱，该机舱设置于风力涡轮机塔架的顶部，其中该机舱设置于一个或多个偏航轴承上，该偏航轴承设置为使机舱相对风力涡轮机塔架转动，

‐转子轮毂，该转子轮毂可转动地安装至机舱，其中一片或多片风力涡轮机叶片安装至转子轮毂，

‐电缆扭转系统，该电缆扭转系统设置在风力涡轮机塔架内部，该电缆扭转系统包括一个或多个电缆间隔板，该电缆间隔板联接到至少一个悬吊组件，其中电缆间隔板沿着电缆扭转系统的长度分布并且包括一个或多个导向组件，该导向组件将一条或多条电缆从风力涡轮机塔架的顶部导向风力涡轮机塔架的底部，其中电缆连接至机舱并穿过风力涡轮机塔架的顶部延伸至风力涡轮机塔架内部。

发明背景

众所周知，为了将位于风力涡轮机顶部的机舱中产生的电能传送至位于风力涡轮机底部的电缆，该风力涡轮机使用另外一套沿着塔架内部延伸的电缆。位于塔架内部的该电缆通常连接至机舱中的发电机、转换器或其他电力设备，并且位于塔架底部的电缆通常连接至在地下或沿海底延伸的电缆，直至例如一个变电站或另一个电站。

为了使机舱相对风力涡轮机塔架进行偏航运动，这些电缆设置于塔架的中心，使得电缆的拉力最小化，并且扭转成为最重要的问题。该电缆通常从塔架自由悬吊而且通常沿着若干个环/框架和/或所谓的电缆套管引导向下，以使电缆仅仅被引导至强制转动。导向组件经常为设置在电缆上或围绕电缆的固定装置，且该导向组件通常配备有槽或孔，在该槽或孔中可悬吊电缆。由于机舱偏航，自由悬吊的电缆将会在一定的长度上扭转，导致电缆的下面部分被提起，这是由于该电缆在扭转期间趋向呈螺旋状。为了补偿这种状况，一般会在自由悬吊电缆的底部形成一个所谓的电缆弯曲结构。

当电缆被扭转时，它们将会保持最小的势能，这就意味着电缆最重的部分（上部）将会比其最轻的部分（下部）扭转较小。在一小段长度上高比率或部分的扭转可导致电缆和导向组件之间的摩擦。这也可导致电缆的堵塞，导致热冷却条件的变化，由此将电缆温度升高到不能接受的水平。

当今的风力涡轮机通常包括这样的模块或功能，其探测机舱的偏航或电缆的扭转。当该模块或功能探测到机舱或电缆已经达到其最大扭转极限时，风力涡轮机停止，并且将电缆或机舱转回其初始位置，例如，0度位置，从而解开电缆。导向组件的运行范围通常在最大扭转±720到±1080度；有些可达到最大±1800度。

美国专利2010/0247326A1中公开了上述的技术方案。若干条电缆悬吊于机舱的主结构中，其中电缆位于塔架的中心。电缆被引导穿过位于若干个圆板中的若干个孔，电缆成束地沿圆板的外圆周设置。该圆板利用夹持器固定在吊线或吊绳上各自到位，其中吊线/绳连接至机舱。最下方的圆板用固定装置连接至涡轮机塔架的内壁，以使当电缆扭转时，该圆板不会相对于塔架转动。由于电缆的扭转，其他的圆板相对悬吊组件转动。由于电缆通过圆板上的孔来固定到位，所以当电缆扭转时，在圆板的下面和上面的电缆会发生弯曲，该弯曲久而久之会损坏电缆并且必须更换，导致需要停机和高成本。

由于最底端的圆板被阻止转动，电缆将会在该圆板的孔中滑进滑出，这将会很快磨穿包覆电缆导电材料的绝缘层。这个问题在一定程度上是通过在圆板上设置具有圆滑边缘的孔进行处理，但是由于个别的电缆被扭转，电缆会挤压到这些孔的边缘，并且它们会磨损导致短路。还有一个缺点是电缆必须被引导着从底部向上或者从顶部向下安装，且每一条电缆穿过圆板上的若干个孔。这是一个麻烦又耗时的过程，所以也很昂贵。

美国专利2010/0247326A1公布的解决方案存在的另外一个问题，是消除电缆散发的热量的问题，因为电缆成小束设置，在一个相对小的圆板中，这些电缆束彼此间隔很近。设置具有如此小直径的圆板是为了将电缆在扭转的过程中向上和向下行进的距离最小化。小的直径需要电缆行进的距离短，反之亦然，但是将会增加电缆的变形和应力。此外，由于使用小的圆板，电缆束将会更紧凑，通过自然对流发散的热量也会更少。