专利名称：用于风力涡轮机的传输设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于风力涡轮机的传输设备。这种传输设备用于在可转动的旋转设备和相对于该旋转设备不可转动的接地设备之间传输或卸载静电能。在此，该传输设备包括支架、具有压紧装置的滑动接触设备，以及用于传输闪电电流且具有调节装置的至少一个电极。
背景技术：
电极可以与环形电极一起构成具有击穿距离S的火花间隙，其中环形电极可以设置在旋转设备上，或者可以与相对于旋转设备不可转动的接地设备连接。这种传输设备用于防止转子轴、转子轮毂和转子叶片相对于风力涡轮的机舱的静电充电。因为由此可能会损坏轮毂中的电子部件，或者可能会使维修人员遭受电击。另一方面，在闪电击中转子时， 闪电电流经由传输设备直接被导出到接地设备中。由此保护在机舱中的电子部件以及特别是转子轴的轴承免受由闪电电流导致的损坏。DE 10 2004 012 946 Al公开了一种具有用于连续地在转子轴和机舱的机架之间卸载静电能的设备。在此，在转子轴上设置有环形电极，该环形电极与滑动接触设备共同形成转子轴与接地设备之间持久的电连接。因此，不会发生对风力涡轮机的转子充电。除了滑动接触设备之外，在机架上还设有一个电极，该电极与环形电极一起形成火花间隙。借助于该火花间隙，充满能量的闪电电流可以从转子轴被传输到机架。该结构具有严重的缺陷，即闪电电流传输不能可靠地工作，因此使所提及的部件还承受损坏危险。其原因在于，由于轴承的公差和/或转轴因负荷变化而产生的变形，转子轴相对于机架的相对位置在工作期间改变。这使得火花间隙的击穿距离S强烈波动，部分达到五微米。如果火花间隙过大，那么闪电电流将选择电阻最小的路径，例如穿过转子轴承。还可想到的是，电极与环形电极接触，这可能会导致磨损或者在闪电电流通过期间导致焊在一起。
发明内容
本发明的目的是，提出一种改进的用于风力涡轮机的传输设备，该传输设备尤其避免了现有技术的缺陷。特别地，在此能够提高传输设备的可靠性和耐久性。此目的依据本发明通过独立权利要求1的特征得以实现，为此支架抗扭地设置在旋转设备上或被设置为相对于接地设备不可转动，此外电极借助于具有支撑装置的跟踪设备被设置为可相对于支架运动。在此，电极通过支撑装置相对于旋转设备或环形电极被支撑，使得击穿距离S不会低于一个最小值。电极的支承结构的可运动性和根据旋转设备或接地设备定向的跟踪使电极可以同样基本上做旋转设备的运动。因此，电极相对于环形电极的相对位置恒定或决不会低于击穿距离的最小尺寸。由此有效地防止电极与在旋转设备上的环形电极接触。当支架被设置为相对于接地设备不可转动时，支架和接地设备完全可以执行相对彼此的摆动转动和部分转动，然而两个部件不能相对彼此完全转动或转动多圈。本发明的一种有利的设计方案教导跟踪设备包括预紧装置，该预紧装置被设置为在支架和支撑装置之间起作用。由此，支撑装置总是预紧地贴靠在旋转设备和/或环形电极上。这使得击穿距离S不会超出一个最大值。因此，本发明的该设计方案首次实现了火花间隙基本上与旋转设备的运动无关地具有可设定的恒定的击穿距离S，由此确保闪电电流的传输，并且防止轴承或其它部件由于闪电电流通过而受到损坏。通过电极相对于支架可摆动且可移动地设置，特别有效地实现了所描述的有利效果。跟踪设备还包括支座，该支座可运动地设置在支架上并且容纳电极和支撑装置。 因此，跟踪设备构成一个紧凑的结构单元，该结构单元可安装在支架上。在此可以有利的是，预紧装置设置在支架和支座上，并且支座容纳滑动接触设备。通过滑动接触设备和电极对同一环形电极施加作用，部件复杂性进一步降低。本发明的一种特别有利的改进方案公开了，支撑装置被构造为至少一个支承在支座上的滚子。由于旋转设备或更确切地说环形电极相对于支撑装置的运动，该支撑装置因摩擦而磨损。该摩擦导致随着传输设备持续的工作，火花间隙的击穿距离S减小。通过使用滚子，支撑装置的磨损大大降低，由此可以减弱所描述的击穿距离S的变小。当传输设备被用于风力涡轮机的转子轴时，所描述的本发明特别明显地显示出其对现有技术进行改进的潜力。因此，在这里旋转设备被构造为转子轴，其中转子轴还包括环形电极。例如，环形电极可以，例如通过旋入转子轴内，与转子轴构造为一体。还有利的是，在转子轴上安装一个单独的环形电极，该转子轴与从风力涡轮机的轮毂伸出的避雷针连接。一个单独的环形电极具有如下优点该环形电极在磨损时可以进行简单地更换，并且此外可以由特别有利的材料制成以形成经由火花间隙的电弧。传输设备的支架在此相对于风力涡轮机的机架固定安装，其中电极和/或滑动接触设备与接地设备连接。该接地设备可以通过支架及其固定装置集成。也可以设置一个单独的接地设备，该单独的接地设备防止闪电电流过多地流经机架。由此，减小电磁作用。本发明的一种有利的设计方案教导支架直接设置在转子轴的主轴承上。通过这种方式，实现了传输设备的一种特别节省空间且简单的布置方式。一种替代的实施方式公开了一种相反的类似的布置方式，其中在这里旋转设备也被构造为风力涡轮机的转子轴。与上述实施方式不同的是，现在支架设置在转子轴上。环形电极被设置为相对于机架抗扭并且包住转子轴。因此，传输设备和跟踪设备与转子轴一起旋转，并且通过这种方式形成与固定的环形电极的火花间隙，该环形电极与接地设备连接。本发明的一种替代的实施方式提出旋转设备是风力涡轮机的机舱或机架，其中该机舱可旋转地安装在固定的塔架上。机舱的旋转性实现了也被称为“偏航”的风力跟踪，其中机舱在水平面上围绕基本上垂直的旋转轴线旋转，使得风垂直地流过转子的旋转平面， 因此使能量利用最大化。在前述实施方式的第一种设计方案中，传输设备的支架与跟踪设备设置在机舱或机架上。在此，通过将环形电极设置在塔架上并且与接地设备连接，传输设备的电极可以与环形电极形成火花间隙。因此，塔架通过环形电极由跟踪设备施加作用，其中传输设备可以围绕塔架转动。接地设备设置为固定在塔架上。前述实施方式的第二种设计方案教导环形电极设置在机架上或者机舱上，并且可以与机舱一起围绕塔架转动。相反地，传输设备的支架布置在塔架上，并且通过跟踪设备至少支撑电极，该电极与接地设备连接。替代实施方式的两种设计方案首次实现了将闪电电流可靠地且沿直接的路径从机舱导到塔架或接地设备中。本发明的另一种未示出的实施方式提出，旋转设备被构造为风力涡轮机的具有环形电极的转子叶片，并且电极和/或滑动接触设备与接地设备连接。转子叶片能够相对于转子的轮毂围绕其本身的俯仰轴线旋转，由此转子叶片相对于风的入流角度可以改变。在此，传输设备的支架可以设置在转子的转子轮毂上，其中电极与在转子叶片上的环形电极形成火花间隙。跟踪设备在此确保，即使转子叶片在传输部位做超出旋转的相对于轮毂的相对运动，也使火花间隙的击穿距离保持恒定。通过这种方式，闪电电流可以可靠地从转子叶片传输到接地设备上。本发明还包括具有依据上述实施例和设计方案的传输设备的风力涡轮机。在此， 所描述的各个特征可以部分地或全部地实现，由此本发明应不受限制。
本发明的其他细节根据说明从附图得出。在附图中图1示出了依据第一实施方式的传输设备的等轴视图，在主轴承上安装有风力涡轮机的转子轴，图2示出了依据图1的传输设备的俯视图，图3示出了依据图1的传输设备的部分剖视图，图4示出了传输设备的另一设计方案的俯视图，以及图5示出了传输设备的替代实施方式的原理图。
具体实施例方式根据图1至图3示出了本发明的第一实施例。借助于图1对风力涡轮机中的传输设备1的连接方式进行阐述，为此部分地示出了转子轴6和相应的主轴承7。主轴承7通过连接装置8固定在风力涡轮机的机舱(未示出)的机架9上。在转子轴6的伸出机架9的端部上设有转子法兰10，转子轮毂11拧紧在该转子法兰上。在转子轮毂11上设有叶片轴承12，该叶片轴承绕俯仰轴线5可旋转地支承转子叶片 13。由此，转子叶片13的入流角度可以借助于驱动设备进行调节，以使风力涡轮机的输出功率与电网的功率需求相适应。此外，借助于转子叶片13的所谓的方位轴承俯仰控制可以降低机械负荷。转子轴6绕转子轴线2可旋转地支承，其中轴向力和径向力主要由主轴承7承受并且被导入到机架9中。主轴承7可以被构造为自动调位滚子轴承。以下所使用的径向参照和轴向参照总是根据转子轴线2定向。在转子轴6的背离转子轮毂11的端部上紧接有未示出的传动机构，在该传动机构中以高转矩导入转动能量。传动机构在转速提高的情况下减小转矩并且将旋转能量传输到发电机中。转子轴6、主轴承7和传动机构作为预装配的组件一体地安装在机架9上。除了主轴承7之外，所描述的组件通过传动机构的两个支撑柱进行支撑。旋转能量的转换要求传动机构必须支持机架9上的高转矩。支撑柱和主轴承7特别是在例如由强风暴引起力矩波动的情况下必须传输极大的力。转子轴6在此可以因负荷而产生直至五微米的变形并且产生在轴承间隙范围内的移动。机架9与另一未示出的支座部分拧紧在法兰上并且在此包括朝向塔架的、位于下方的环形法兰，该环形法兰平放在风力涡轮机的方位轴承(Azimutlager)的环形凸缘上并且通过其与塔架连接。方位轴承使得风力涡轮机的机舱可以根据风向水平定向，即实现了风力涡轮机的所谓的风向跟踪。为了使机舱自动地围绕塔架旋转，在方位轴承上设有一个或者多个偏航驱动装置，该一个或多个偏航驱动装置抗扭地与机舱的机架9连接。在此，方位轴承必须将出现的轴承力如推力、离心力和偏转力从机舱的机架9导入到塔架中。由图1得知，传输设备1通过支架15设置在主轴承7上。由图2并且由在图3中的详细图示可看到传输设备1的准确布置方式。传输设备1包括支架15和可运动地设置在该支架15上的跟踪设备14。支架15与主轴承7固定连接，而跟踪设备14在一定程度上可以与转子轴6—起运动。跟踪设备14包括支座16、被实施为弹簧M的预紧装置M和滚子25，其中两个电极沈和滑动接触设备20由支座容纳。如由图2可知，支座16被设计为T形，其中该支座包括与转子轴曲率相应地弯曲的横向梁17，该横向梁至少部分地包住转子轴6。T形支座 16的支座体18容纳滑动接触设备20和固定设备，借助于该滑动接触设备和固定设备跟踪设备14的支座16不仅可沿摆动方向3或者说轴向平行于转子轴线2摆动地并且可沿径向 4移动地固定在支架15上。固定设备可以被设计为支座16中的长孔19，由此可以实现沿径向4的运动。此外，在支架中的长孔也是可设想的或者固定设备可以被构造为可沿径向移动的滑橇结构。跟踪设备14通过滚子25且借助于弹簧M相对于转子轴6预紧地被支撑。在这里为气压弹簧的弹簧M固定在支架15和T型支座16的横向梁17上。传输设备1的可运动的布置方式使得支座16以及进而电极沈和滑动接触设备20 一起做发生的转子轴6的水平移动Vh和垂直移动Vv。如果转子轴6的外表面做水平移动 VH，那么支座16的预紧支承结构使得支座16 —起沿摆动方向3运动。在垂直移动Vv的情况下，支架16与转子轴6 —起沿径向4运动。通过沿摆动方向3或径向4的运动可能性， 跟踪设备14能够补偿所有的移动Vh和Vv，因而能够总是确保火花间隙27的恒定的间隙尺寸S。图3示出了具有电极沈和与转子轴6相互作用的滑动接触设备20的支座16的一部分。滑动接触设备20在此包括碳刷21，该碳刷可移动地设置在具有压紧装置23的套筒22中。在转子轴6上设有环形电极观，该环形电极被碳刷21持续通过被构造为卷簧23 的压紧装置预紧地加载。因为碳刷21与接地设备连接，所以可以有效地防止相对于接地设备向转子，即转子轴6、转子轮毂11和转子叶片13充电，因为通过滑动接触设备20在环形电极观和接地设备之间产生基本上持续的电接触。有利的方式是为此在转子轴6上的环形电极观与转子轮毂11电连接，并且必要时与转子叶片13电连接。因为滑动接触设备20不适合传输过高的电流，如闪电电流，所以在支座16中设有电极26，该电极与环形电极观一起形成具有击穿距离S的火花间隙27。因为击穿距离S的大小对于闪电电流传输的功能是重要的，所以必须通过所谓的跟踪设备14使该击穿距离S 的大小保持恒定。因为在闪电击中风力涡轮机的转子时，火花间隙的击穿距离S以及进而火花间隙的电阻因变形或者移动而变得过大，所以闪电电流会选择一个替代的导出路径，由此可能损坏风力涡轮机的部件。此外，每个电极沈通过调节装置四设置在支座16中， 以调整击穿距离S，并且在支撑装置或更确切地说滚子25磨损时可以重新调整该击穿距离 S。在上述实施方式中，支座16和支架15承担接地设备的功能。但这不是强制必需的，而是也可以使用依据下面所描述的设计方案的一个单独的接地设备35。在图4中示出了上述实施方式的另一设计方案，其中未改变的特征具有与图1至3 相同的附图标记。传输设备1’的不同之处在于跟踪设备30、支架31、固定设备33和接地设备35。传输设备1，的支架31现在不再设在主轴承上，而是被构造为立柱31并直接固定在机架9上。在支架31和支座16之间的固定设备33包括摆臂33，该摆臂可摆动地支撑在支架31上。摆臂33允许支座16沿径向4的运动性。因此，与图1至图3不同，在转子轴6垂直移动Vv时，支座16通过摆臂33运动。在支架31和摆臂33之间设有弹簧34，该弹簧用于支座16的支撑装置25和转子轴6之间的预紧接触。从传输设备1’导出静电负荷或闪电电流是通过单独的接地设备35实现的。该接地设备与电极26、滑动接触设备20连接。借助于图5示意性示出了传输设备的一种替代的实施方式。在此，列出了可转动的旋转设备36、相对于该旋转设备抗扭的环形电极40、接地设备38和在它们之间起作用的传输设备1”。传输设备1”类似于上文包括支座16、设置在该支座上的电极沈和滑动接触设备20。支座16通过跟踪设备30可沿摆动方向3和径向4运动地固定在旋转设备36上的支架39上。因此，传输设备1”与旋转设备36—起转动。环形电极40不动。跟踪设备 1”的功能类似于图1至图3。可设想的是，环形电极设置在风力涡轮机的塔架上，并且传输设备设置在机舱上，其中传输设备围绕塔架转动。所描述的实施例中公开的特征组合不对本发明产生限制作用，而不同实施方式的特征可以相互组合。附图标记列表
81传输设备 Γ传输设备 1"传输设备
2转子轴线
3摆动方向
4径向
5俯仰轴向
6转子轴
7主轴承
8连接装置
9机架
10转子法兰
11转子轮毂
12叶片轴承
13转子叶片
14跟踪设备
15支架
16支座
17横向梁
18支座体
19长孔
20滑动接触设备
21碳刷
22套筒
23卷簧
24弹簧
25滚子
26电极
27火花间隙
28环形电极
29调节装置
30跟踪设备
31支架
32传输设备
33摆臂
34弹簧
35接地设备
36旋转设备
37跟踪设备
38接地设备
39支架
40环形电极
Xh移动
Xv移动
S间隙尺寸
权利要求
1.一种用于风力涡轮机的传输设备(1、1’、1”)，该传输设备用于在能转动的旋转设备 (6,36)和相对于该旋转设备不能转动的接地设备(35、38)之间传输静电能，该传输设备包括-支架(15、31、39)、具有压紧装置的滑动接触设备(20)、和用于传输闪电电流且具有调节装置09)的至少一个电极06)，-其中在所述电极06)和环形电极(观、40)之间能形成具有击穿距离( 的火花间隙 (27),其特征在于，-所述支架(15、31、39)相对于所述接地设备(3 不能转动地或者抗扭地设置在所述旋转设备(6、36)上，-所述传输设备(1、1，、1”)包括具有支撑装置(25)的跟踪设备(14、30、37)，-其中所述电极06)通过所述跟踪设备(14、30、37)被设置为能相对于所述支架(15、 31,39)运动，-以及其中所述电极06)通过所述支撑装置0 相对于所述旋转设备(6、36)和/或相对于所述环形电极(观、40)被支撑，使得所述击穿距离(S)不能低于一个最小值。
2.按照权利要求1所述的传输设备(1、1’、1”)，其特征在于，所述跟踪设备包括预紧装置04、34)，所述预紧装置被设置为在所述支架(15、31、39)和所述支撑装置0 之间起作用，使得所述支撑装置0 总是预紧地贴靠在所述旋转设备(3、36)和/或所述环形电极 (28,40)上，并且由此使得所述击穿距离( 不会超出一个最大值。
3.按照权利要求1或2所述的传输设备(1、1’、1”)，其特征在于，所述电极06)被设置为能相对于所述支架(15、31、39)摆动和移动。
4.按照权利要求1或3所述的传输设备(1、1’、1”)，其特征在于，所述跟踪设备(14、 30,37)包括支座(16)，所述支座能运动地设置在所述支架(15、31、39)上，并且容纳所述电极(26)和所述支撑装置(25)。
5.按照权利要求4所述的传输设备(1、1’、1”)，其特征在于，所述预紧装置05)设置在所述支架(15、31、39)上和所述支座(16)上，并且所述支座(16)容纳所述滑动接触设备 (20)。
6.按照权利要求5所述的传输设备(1、1’、1”)，其特征在于，所述滑动接触设备OO) 对所述环形电极(观、40)施加作用。
7.按照上述权利要求中任意一项所述的传输设备(1、1’、1”)，其特征在于，所述支撑装置0 为至少一个支承在所述支座(16)上的滚子05)。
8.按照上述权利要求中任意一项所述的传输设备(1、1’)，其特征在于，所述旋转设备 (6)作为风力涡轮机的转子轴(6)具有环形电极(观)，并且所述电极06)和/或所述滑动接触设备00)与所述接地设备(3 连接。
9.按照权利要求7所述的传输设备(1)，其特征在于，所述支架(1 设置在所述转子轴(9)的主轴承(7)上。
10.按照上述权利要求中任意一项所述的传输设备(1”)，其特征在于，所述旋转设备 (36)为风力涡轮机的转子轴，其中所述支架(39)设置在所述转子轴上，并且所述环形电极 (40)被设置为抗扭地包住转子轴并且与所述接地设备(38)连接。
11.按照上述权利要求中任意一项所述的传输设备(1”)，其特征在于，所述旋转设备 (36)是风力涡轮机的机舱，其中所述支架(39)设置在所述机舱上，以及所述环形电极GO) 设置在所述风力涡轮机的塔架上并且与所述接地设备(38)连接。
12.按照上述权利要求中任意一项所述的传输设备，其特征在于，所述旋转设备是具有环形电极的风力涡轮机的机舱，其中所述支架设置在风力涡轮机的塔架上，并且所述电极和/或所述滑动接触设备与所述接地设备连接。
13.按照上述权利要求中任意一项所述的传输设备，其特征在于，所述旋转设备为具有环形电极的风力涡轮机的转子叶片，以及所述电极和/或所述滑动接触设备与所述接地设备连接。
14.一种风力涡轮机，其特征在于，所述风力涡轮机具有按照上述权利要求中的一项或者多项所述的传输设备(1、1，、1”)。
全文摘要
本发明涉及一种用于风力涡轮机的传输设备。这种传输设备用于在可转动的旋转设备和相对于该旋转设备不可转动的接地设备之间传输或卸载静电能。在此，传输设备包括支架、具有压紧装置的滑动接触设备、和用于传输闪电电流的具有调节装置的至少一个电极。该电极可以与环形电极一起形成具有击穿距离S的火花间隙，其中环形电极可以设置在旋转设备上或者与相对于支架部可转动的接地设备连接。已知的实施方式具有闪电电流传输工作不可靠的缺点。本发明的目的是，提出一种改进的用于风力涡轮机的传输设备，在此特别地应提高传输设备的可靠性和耐久性。此目的依据本发明通过独立权利要求1的特征实现，为此支架抗扭地设置在旋转设备上或相对于接地设备不可转动地设置，此外电极借助于具有支撑装置的跟踪设备被设置为可相对于支架运动。在此，电极通过支撑装置相对于旋转设备或环形电极被支撑，使得击穿距离S不会低于一个最小值。
文档编号F03D11/00GK102405348SQ201080017648
公开日2012年4月4日 申请日期2010年4月20日 优先权日2009年4月20日
发明者E·希尔, R·维尔布兰特 申请人:苏司兰能源有限公司