风能设施的吊厢，风能设施的旋转连接器，风能设施，风能设施的驱动方法

摘要

提供了一种风能设施(WEA)的吊厢，一种风能设施的旋转连接器，一种风能设施，及一种风能设施的驱动方法，其中，使用的是到处都通用的构件，无论风能设施属何种类型，都易于更换和/或者易于在各地制造，因此，它们可以在确定的更换间隔内低成本地替换，由此将本发明的风能设施的停机等待时间尽量缩短，因此，通过提高本发明风能设施技术角度上的可用性，优化了其收益。

说明书

技术领域

本发明涉及：一种如权利要求1所总结类型的风能设施(WEA)的吊厢，一种如权利要求7所总结类型的风能设施的旋转连接器，一种如权利要求24所总结类型的风能设施，以及一种如权利要求31所总结类型的风能设施的驱动方法。

背景技术

陆地上风能利用的发展开始于大约20年前。从此开始，一般都由一个塔和一个吊厢组成的风能设施，其中所发生的作用载荷向塔的传送技术以及制造技术一直在不断地发展。其中的吊厢支承于塔上。吊厢可以借助于风向跟踪轴承(i.d.R.单排或者双排滚珠回转轴承)围绕着一个垂直轴线转动，它可以跟踪风向并可以制动。它具有一个转子套筒，后者装备有至少一个转子片、可以水平旋转地安放。这种风能设施在公开说明书DE 198 14 629 A1中进行了描述。

在风能设施的发展中，其所使用区域的环境条件起着越来越重要的作用。因为一段时间以来，风能设施的使用区域扩展到海洋区域(近海)，为此所必需的近海-技术的发展中，必须考虑气候、海洋的地基移动、海浪起伏、盐分以及海洋紧急救护等事项。因此，在公开说明书DE 101 17 113 A1中，描述了一种近海-风能设施塔的支承结构，它构造成桁架结构，为了减小波浪压力，将它安放于伸入到海底内的基底与塔顶之间。在海洋应用的要求中，还涉及到为了利用海洋上的风势，从经济性角度考量，只有较大功率(所谓的多个兆瓦级的)的风能设施才能予以考虑。因此，现有技术的状况是：一方面在近海-风能设施方面几乎没有经验积累，而在兆瓦设施领域中又只有原型样机的经验。从保险人角度看，在近海-风能设施中，首要的问题在于风险的应对，这就使得透明的、从检测技术方面可以理解的技术成为必要。

由于传统的风能设施及其构件的尺寸非常大，当出现损坏而必须更换单个的构件时，显现出两个明显缺点，它们导致风能设施停工而造成经济损失。第一，这种尺寸大小的构件都是根据订单进行生产的(如锻造环这样的原材料的准备时间)，这里，供货时间通常可以长达6个月；第二，风能设施的整体吊厢——包括转子——必须拆卸下来。如果说这些在陆地-风能设施中还是一个可以估算的量的话，那么在近海-风能设施中，除了风和海浪的影响外，另外还得考虑是否有重型吊船可供使用及其使用费用(每天50 000欧元)的问题。

发明内容

本发明的风能设施的吊厢，具有权利要求1所述的特征，相比而言的优势是：通过其与一个旋转连接器相联接的波纹形底架，在联接点上形成点载荷，从而可以达到最佳的传递效果。

根据本发明的吊厢的一个优选构造，底架为正弦形。

本发明的吊厢，其另一种优选构造中，底架分割成段。这样底架的构件可以单件地更换。

根据本发明的吊厢的另一个优选构造，本发明的吊厢的支承结构由一个桁架结构构成。通过那些将杆联接起来的桁架-节点，实现对所出现的拉伸和压缩应力的最佳传递。

根据本发明的吊厢中一个与此相关的优势性构造，桁架结构为自行装载的。这样，在较小的比重条件下提高了承载能力。

根据本发明的吊厢的另一个优选构造，桁架结构至少部分地被一个外皮套盖起来。这样，保证能适应单独的设计要求和技术要求。

本发明提供的风能设施的旋转连接器，具有权利要求7所述的特征，与现有技术相比，其优势是：构成轴承的机构具有至少一个辊轮。通过这个标准构件获得了一种易于监控、造价低廉的旋转连接器。

根据本发明的旋转连接器的一种优势性构造，辊轮被固定保持在吊厢侧和/或者塔侧的构件上。这样，吊厢侧的构件——它的上面安置着吊厢——通过该辊轮支承于塔侧构件上，和/或者支承于安置于塔侧构件上的辊轮上。

根据本发明的旋转连接器的另一种优势性构造，辊轮为一个标准一重载辊轮，与铁路辊轮相似。

根据本发明的旋转连接器的另一种优势性构造，吊厢侧和/或者塔侧构件分割成段，这样获得单个构件的可更换特性。

根据本发明的旋转连接器的另一种优势性构造，吊厢侧和/或者塔侧构件至少部分地构造成辊轮轨道。

根据本发明的旋转连接器的另一种优势性构造，吊厢侧构件构造成框架。

根据本发明的旋转连接器的另一种优势性构造，在吊厢侧构件上，安置着一个与吊厢侧构件同轴的齿轮啮合。该齿轮中啮合着至少一个通过电机驱动的小齿轮，这样实现旋转而跟踪风向。齿轮啮合的通用技术是所谓的渐开线齿形啮合(口语中称为“齿轮”)。不过，从技术角度出发，本发明的旋转连接器能够通过各种齿轮啮合进行驱动。

根据本发明中一种与此相关的旋转连接器的优势性构造，齿轮啮合是一种圆柱针轮啮合。该圆柱针轮啮合是齿轮啮合的一种简单形式，它是具有长久历史的传统技术，应用于对精度要求不高的情况下(比如蓄水大坝的堰闸)。根据主要风向情况，在风能设施中圆柱针轮啮合仅在有限的范围内发生磨损。这样，优势性方式是由圆柱针轮柱栓来构成圆柱针轮啮合，它们可以单个地更换。

根据本发明中的另一种旋转连接器的优势性构造，为了安放与吊厢侧的构件同轴地安置的中心轴颈的安放架，在吊厢侧的构件上有一个承接安置元件。

根据本发明中的另一种旋转连接器的优势性构造，安放架以万向接合方式悬挂于承接安置元件上。

根据本发明中的另一种旋转连接器的优势性构造，中心轴颈以万向接合方式悬挂于安放架上。

根据本发明中的另一种旋转连接器的优势性构造，为了对中心轴颈上的应力进行分析，安置至少一个载荷测量器。中心轴颈——已经用于升降绞车磨碎机或者作战滑车中，用于承受水平方向的作用力。通过载荷测量器对于作用于中心轴颈上的负载在运行时连续地检测，并由此监测构件的疲劳，因此，中心轴颈——原则上作为可以在车床上制造的一个简单旋转构件——可以提前进行更换。

根据本发明中与此相关的一种旋转连接器的优势性构造，载荷测量器为一个电阻应变片。

根据本发明的另一种旋转连接器的优势性构造，至少有一个保险机构，由此来防止吊厢抬升。

根据本发明中与此相关的一种旋转连接器的优势性构造，保险机构是一个冗余的升降保险器。通过这种额外的花费——它在本发明的旋转连接器中并非是不可缺少的——提高了本发明的旋转连接器的可靠性。

根据本发明中与此相关的一种旋转连接器的优势性构造，保险机构安置于塔侧的构件上。

根据本发明的另一种旋转连接器的优势性构造，保险机构集成于中心轴颈上。

本发明的风能设施，具有权利要求24所述的特征，相对于现有技术而言，其优势在于：它主要由标准构件(型钢、标准-购置构件，简单的车削件等)组装而成，它们易于监测、并且造价低廉。

根据本发明的一种风能设施的优势性构造，运行所需要的构件易于制造和/或者易于更换。

根据本发明的另一种风能设施的优势性构造，在由钢铁制造的构件中，至少其中的一部分是由造船钢板制造的。在专业领域内，造船钢板习惯上以“性情温柔”著称，也就是说，从强度保留和抵抗氢脆能力方面看该钢材都是很保守的，其中，氢脆是一种在含盐分的环境中大量发生的一种现象。

根据本发明的另一种风能设施的优势性构造，在本发明的风能设施中为替换备件提供了储藏的可能。这样，更换构件时，确保能够快速地得到所需要的替换备件。较佳的方式是在吊厢中设置替换备件(替换齿轮等)的储藏可能性，这样，能够进一步加快存取速度、大大地缩短由于修理造成的等待时间。

根据本发明的另一种风能设施的优势性构造，在本发明的风能设施中，装备至少一个吊车(可移动的、固定地安装的)，它可以是一个普通的商用绞车。

根据本发明的另一种风能设施的优势性构造，在本发明的风能设施的设计中，至少要有一种可能的监测方式。除了维修保养人员的监测外，还完全可以考虑，将监测站用于海上事故救援，或者为探险度假设立一个旅馆。监测站的设施(床、医疗设施等)可以不同，与其使用目的相适应。

根据本发明的另一种风能设施的优势性构造，在风能设施上设置一个直升机平台。这样，替换备件的运送，除了海运外还能够空运。最好将直升机平台设置于吊厢上。

本发明中用来驱动如权利要求24至30之一所述的风能设施的方法，具有权利要求31所述的特征，相对于现有技术而言，其优势在于：无论何种型号的风能设施，其运行所必需的基础构件易于更换，和/或者易于在各地制造，这样就最大限度地缩短了故障停工时间。由此，本发明的风能设施，技术角度上的可用性提高了，由此优化了其收益。

根据本发明方法的另一种设计，构件的更换在其出现功能故障之前完成(预防性维护)。

本发明的其他优势及优势性构造，可以从以下的说明、图例及权利要求中得出。

附图说明

本发明产品的实施例在图例中给出，并在以下进行详细说明。图中所示为：

图1本发明的一个吊厢的桁架结构的等比例视图，

图2本发明的一个吊厢的桁架结构的主视图，

图3本发明的一个吊厢的桁架结构的俯视图，

图4本发明的一个吊厢的桁架结构的详细视图，

图5本发明的一个吊厢的桁架结构的侧面视图，

图6本发明的一个吊厢的波纹状底架的等比例视图，

图7本发明的一个吊厢的波纹状底架的主视图，

图8本发明的一个吊厢的波纹状底架的俯视图，

图9安置于本发明的旋转连接器上的本发明的吊厢的等比例视图，

图10安置于本发明的旋转连接器上的本发明的吊厢的主视图，

图11安置于本发明的旋转连接器上的本发明的吊厢的侧视图，

图12安置于本发明的旋转连接器上的本发明的吊厢的俯视图，

图13本发明的旋转连接器的俯视图，

图14本发明的旋转连接器的主视图，

图15本发明的旋转连接器的侧面视图，

图16本发明的旋转连接器的详细视图，及

图17本发明的旋转连接器的等比例立体分解视图。

具体实施方式

图1给出了本发明的一个吊厢1的桁架结构的等比例视图。桁架结构由杆2组成，它们在交叉点上形成节点3。在朝向图中未给出的转子套筒的方向上由一个环4构成其闭合结尾。在背离环4的一侧上，通过吊厢侧的联接点5进行垂直载荷的分配。桁架构件的优势在于：由于其多变性，它可以为本发明的吊厢1提供非常多种的可能方式，并且能够没有任何问题地按照堆砌式结构(与现有技术的玩具中的“钓鱼技术”对比)进行扩建。

图2和图3中给出了本发明的吊厢1的桁架结构的主视图和俯视图。很明显，环4并非必须垂直定向，也可以一定程度地倾斜安置(相对于转子倾斜)。X和Y的详细视图以及旋转到纸面上的一个剖面在图4中给出。

图5给出了本发明的吊厢1的桁架结构的一个侧面视图。

图6给出了本发明的吊厢的一个底架6的等比例视图。底架构造成波纹状，并且通过吊厢侧的联接点5与桁架结构联接。通过塔侧的联接点7，实现底架6与图中未给出的旋转连接器的联接。这里，很清晰地看到，底架6是由多段8组装成的。

图7给出了本发明的吊厢的一个波纹状底架的主视图。

图8给出了本发明的吊厢的一个波纹状底架的俯视图。这里，可以清晰地看到，在这里所给的例子中，段8的接合处9安置于塔侧联接点7的上方、而处于吊厢侧联接点5的下方。将底架6分割为单个的段8，因此能够在更换单个的、比如说发生损坏的单个段8时，无需将本发明的吊厢整体地抬升起来。

图9给出了本发明的一个吊厢1的等比例视图，它通过塔侧联接点7安置于本发明的旋转连接器10上。本发明的旋转连接器10被支承于塔11上，能使本发明的吊厢1在塔11上围绕着垂直方向的塔的垂直轴线旋转。本发明的旋转连接器10由构造成框架14的一个吊厢侧构件12和一个塔侧构件13组成。在吊厢侧构件12上安放着支架15，支架15上安置着辊轮16作为轴承构成机构，它们可以是传统的标准-重载辊轮，易于更换。较佳的方式是将塔侧构件13构造成辊轮轨道17。在塔侧构件13上还安置着圆柱针轮啮合机构18，由它通过至少一个小齿轮19使本发明的吊厢1能够主动地跟踪风向，这里的小齿轮19可以通过图中未给出的驱动机构进行驱动，并且还能够构造成可制动的。为了便于观察，图中未给出圆柱针轮啮合机构18的标准钢制栓柱。本发明的旋转连接器10中的各构件，最好分割后再组装，由此达到易于更换的目的。与它们处于同轴位置上的是一个中心轴颈21，它穿过固定于塔11上、用来向塔11传递负载的支架20，来承接拉伸应力，它是一个可以简单地加工制造的车削构件。中心轴颈21以万向接合方式悬挂于一个安放架22上，后者又以万向接合方式安置于一个与吊厢侧构件12联接的安置承载元件23上。本发明的旋转连接器10可以通过一个检查孔24进入巡视。

为了显示构造，在图10至图12中分别给出了安置于本发明的旋转连接器10上的一个本发明的吊厢1的主视图、侧面视图和俯视图。

图13显示的是本发明的旋转连接器10的俯视图。这里很清晰地显示，中心轴颈21以万向联接方式悬挂于安放架22上，而安放架22又以万向联接方式悬挂于安置承载元件23上，二者之间错开90°。

图14和图15中分别给出了本发明的一个旋转连接器10的主视图和侧视图，它可以通过一个法兰联接27安放在一个传统的塔11上。在图14中以X标识的区域在图16中放大后给出。为了避免本发明的吊厢1抬升起来，中心轴颈21具有一个槽28，其中安放进去一个抬升保险器29，它最好是由一个分割开的环构成。由此能够避免安放架22从中心轴颈21中向上滑脱。此外，安放架22在安置承载元件23上的万向联接方式的悬挂26也很清晰。

图17的立体分解视图按比例给出了一个本发明的旋转连接器10，它通过一个封盖板30向上封闭起来。此外，还清晰地显示出辊轮轨道17被安置于一个环形的对中器31内，并且通过另一个冗余的抬升保险器32来防止本发明的吊厢1发生抬升。其中，前者被安放到一个夹紧器33之中，并且嵌入到一个配合件35之中。为了从外面将本发明的旋转连接器10保护起来，有一个外蒙皮34。

通过图例可以理解，本发明的风能设施的构造中包括一个塔11、一个本发明的旋转连接器10和一个本发明的吊厢1。同样也可以考虑的是，根据兼容的连接位置(如法兰联接27)，在本发明的风能设施结构之中，相应于本发明中构件的构造，使其由一个塔11、一个传统的旋转连接器(如球头旋转连接器)和一个本发明的吊厢1组成，或者由一个塔11、一个本发明的旋转连接器和一个传统的吊厢1(如由铸件制造的吊厢)组成。本发明的构件所具有的特征是：杆和点上的载荷减小，因而具有优势，因此可以在各地为各种类型的风能设施进行加工制造，并且可以在各地加以应用。风能设施能够通过3D-CAD模型进行设计，后者的特点在于其参数的可变性。

这里，能够使用高效能的通用商业3D-CAD(三维计算机辅助设计)软件来设计“智能化模型”，也就是构件及构件组的“几何尺寸程序化“。这里还有特殊的软件包，来在各种系统之间对3D-CAD-几何形状尺寸进行转化。

将哪些智能因素程序化到一个产品中去，是发明者独特的know-how。在这里给出的建议中，将长期积累的机械制造和有关风能发展和技术运行实施方面的know-how，与科学知识和经验结合起来，从而获得高效率的3D-CAD和FEM-软件(有限元方法)的高端应用，使得后两者进入到智能化、程序化的3D-CAD数据条之中。

这里提供的建议在用户方的应用是：在智能化构造的结构中所形成的Know-how，可以直接应用于自身产品中去。

虚拟的原型样机中所有的工程知识和相关的测试，都被程序化进入到构造之中去。用户的发展团队的唯一任务是：使“坯件”(也就是所获得的使用3D-CAD-数据条的权利和数据条自身)——它们最好可以通过一次性的工程服役加以实施——适应于自身的主-WEA-构件。利用据此设计制造的用户的特殊虚拟原型样机(也就是根据用户-构件在3D-CAD中构造的3D-构件组)进行的具体测试，已经存放在“坯件”之中，并能够依据有关软件使用的知识直接地由用户实施。

由于本发明的旋转连接器10和/或者本发明的吊厢1具有易于制造和/或者易于更换的构件，因此它们能够在固定的更换期内低成本地进行更换，将本发明的风能设施的停机时间减小到最低。

这里所给出的所有特征，单独地或者它们之间的任意组合，都是本发明的关键点。

附图标记说明

1.吊厢

2.杆

3.节点

4.环

5.吊厢侧联接点

6.底架

7.塔侧联接点

8.段

9.接合处

10.旋转连接器

11.塔

12.吊厢侧构件

13.塔侧构件

14.框架

15.支架

16.辊轮

17.辊轮轨道

18.圆柱针轮啮合机构(无柱栓的图示)

19.小齿轮

20.支架

21.中心轴颈

22.安放架

23.承接安置元件

24.检查孔

25.万向接合式悬挂

26.万向接合式悬挂

27.法兰联接

28.槽

29.抬升保险器(中心轴颈)

30.封盖板

31.对中器

32.冗余抬升保险器

33.夹紧器

34.外蒙皮

35.配合件(抬升保险器)