空氣流控制布置的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明描述了一種用于具有包括轉(zhuǎn)子(11)和定子(12)的發(fā)電機(jī)(14)的直接驅(qū)動(dòng)的風(fēng)力渦輪機(jī)(10)的空氣流控制布置(100)，所述空氣流控制布置(100)包括布置成將離開(kāi)空氣流(AF_out)吸引通過(guò)離開(kāi)管道(4)的出流風(fēng)扇(1)，所述離開(kāi)管道(4)從定子(12)的內(nèi)部腔體(120)延伸至風(fēng)力渦輪機(jī)(10)的外部。本發(fā)明還描述了一種包括這樣的空氣流控制布置(100)的直接驅(qū)動(dòng)的風(fēng)力渦輪機(jī)(10)。本發(fā)明還描述了一種控制具有包括轉(zhuǎn)子(11)和定子(12)的發(fā)電機(jī)(14)的直接驅(qū)動(dòng)的風(fēng)力渦輪機(jī)(10)中的空氣流(AF_in,AF_out)的方法。
【專(zhuān)利說(shuō)明】空氣流控制布置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明描述了用于直接驅(qū)動(dòng)的風(fēng)力渦輪機(jī)的空氣流控制布置、直接驅(qū)動(dòng)的風(fēng)力渦輪機(jī)和控制直接驅(qū)動(dòng)的風(fēng)力渦輪機(jī)中的空氣流的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在發(fā)電機(jī)的操作期間，磁場(chǎng)布置的磁極與電樞布置的繞組的相對(duì)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致在繞組中感應(yīng)的電流。諸如風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)的大型發(fā)電機(jī)可包括具有強(qiáng)磁場(chǎng)的幾百個(gè)磁極，并且在繞組中感應(yīng)的電流相應(yīng)地較大，從而使繞組變得非常熱。高溫會(huì)對(duì)磁體以及發(fā)電機(jī)中諸如線路、控制電路、傳感器等的其它部件產(chǎn)生有害影響。為此，風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)通常配有冷卻布置以冷卻發(fā)電機(jī)的較熱部件。在一些設(shè)計(jì)中，熱交換器用來(lái)將熱傳遞到冷卻流體，該冷卻流體循環(huán)通過(guò)貫穿發(fā)電機(jī)布置的管或軟管。然而，布置這樣的流體冷卻系統(tǒng)以便它從繞組高效地帶走熱量是復(fù)雜而昂貴的。另一種冷卻布置可包括安裝在風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)艙后部的熱交換器，使得它可以由經(jīng)過(guò)風(fēng)力渦輪機(jī)的空氣冷卻。熱量可以使用管或管道中的冷卻流體從熱部件傳遞到熱交換器外部。管、軟管、熱交換器等的大量布置增加了風(fēng)力渦輪機(jī)的整體復(fù)雜性和成本，并且必須格外小心以避免泄漏。此外,這樣的冷卻系統(tǒng)的維護(hù)顯著地增加了成本。在另一個(gè)方案中，空氣可使用風(fēng)扇吸引到機(jī)艙或艙罩中以在艙罩中產(chǎn)生過(guò)壓，使得空氣被驅(qū)使經(jīng)過(guò)發(fā)電機(jī)，以便例如通過(guò)經(jīng)漿轂和艙罩之間的間隙逸出而再次到達(dá)外部。這樣的系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于，當(dāng)空氣必須設(shè)法離開(kāi)時(shí)，空氣將始終沿著到外部的“最容易”或最寬的路徑行進(jìn)。因此，這樣的已知系統(tǒng)在其降低熱源(即，繞組)處的溫度方面的能力是有限的，因?yàn)槔@組周?chē)目臻g是狹窄的，繞組和磁極之間的氣隙也是狹窄的。在到外部的途中的空氣將趨于繞過(guò)這樣的瓶頸。因此，這樣的空氣冷卻系統(tǒng)通常是低效的。不能有效地冷卻熱的繞組意味著風(fēng)力渦輪機(jī)可能不會(huì)始終在滿功率下操作，因?yàn)樗a(chǎn)生的高溫將損壞發(fā)電機(jī)或發(fā)電機(jī)部件。
[0003]風(fēng)力渦輪機(jī)必須設(shè)計(jì)成在不同類(lèi)型的環(huán)境中且在不同的氣候條件下可靠地操作。風(fēng)力渦輪機(jī)中的空氣的高的相對(duì)濕度可引起問(wèn)題，特別是在水蒸汽應(yīng)在發(fā)電機(jī)內(nèi)部相對(duì)較冷的部件上冷凝時(shí)。例如，在直接驅(qū)動(dòng)的風(fēng)力渦輪機(jī)中，帶有其磁極的外部轉(zhuǎn)子開(kāi)始可能是發(fā)電機(jī)的最冷部件，并且隨著發(fā)電機(jī)內(nèi)部的溫度增加，磁體上可能形成冷凝。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在一個(gè)方案中，除濕器可用來(lái)從進(jìn)入包封定子的封閉室中的空氣提取水蒸汽。為了有效，還需要在轉(zhuǎn)子和定子之間的空氣密封，以使得干燥的空氣也經(jīng)過(guò)磁體。這樣的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和維護(hù)起來(lái)要復(fù)雜和昂貴得多，因?yàn)閷⑥D(zhuǎn)子和定子一起密封并不容易。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，本發(fā)明的目的是提供一種控制直接驅(qū)動(dòng)的風(fēng)力渦輪機(jī)內(nèi)部的環(huán)境的更經(jīng)濟(jì)而直接的方式，以避免上述問(wèn)題。
[0005]該目的由權(quán)利要求1的空氣流控制布置、權(quán)利要求13的直接驅(qū)動(dòng)的風(fēng)力渦輪機(jī)、以及權(quán)利要求14的控制直接驅(qū)動(dòng)的風(fēng)力渦輪機(jī)中的空氣流的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，空氣流控制布置被實(shí)現(xiàn)以在帶有包括轉(zhuǎn)子和定子的發(fā)電機(jī)的直接驅(qū)動(dòng)的風(fēng)力渦輪機(jī)中使用，該空氣流控制布置包括布置成將空氣流吸引通過(guò)離開(kāi)管道的出流風(fēng)扇，該離開(kāi)管道從定子的內(nèi)部腔體延伸到風(fēng)力渦輪機(jī)的外部。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的空氣流控制布置的優(yōu)點(diǎn)在于，空氣流被最佳地引導(dǎo)經(jīng)過(guò)最需要冷卻的發(fā)電機(jī)的部件。代替僅將空氣引入發(fā)電機(jī)并讓其自尋出路，根據(jù)本發(fā)明的空氣流控制布置具體地驅(qū)使空氣流沿著預(yù)定的路徑行進(jìn)通過(guò)風(fēng)力渦輪機(jī)的空間上分離的區(qū)域。空氣被出流風(fēng)扇的抽吸或提取作用迫使沿著該路徑行進(jìn)。通過(guò)以渦輪機(jī)特有的方式限定路徑，迫使空氣通過(guò)定子內(nèi)部腔體，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的某些區(qū)域的最佳冷卻或加熱。下面將更詳細(xì)地解釋這方面。
[0008]優(yōu)選地，離開(kāi)管道包括:第一離開(kāi)開(kāi)口，離開(kāi)空氣流可通過(guò)其排出到風(fēng)力渦輪機(jī)的外部，例如排出到風(fēng)力渦輪機(jī)的艙罩的外部；次離開(kāi)開(kāi)口，離開(kāi)空氣流中的一些或全部可通過(guò)其導(dǎo)向回風(fēng)力渦輪機(jī)的內(nèi)部，如下文將解釋的那樣。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，帶有包括轉(zhuǎn)子和定子的發(fā)電機(jī)的直接驅(qū)動(dòng)的風(fēng)力渦輪機(jī)包括這樣的空氣流控制布置。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的直接驅(qū)動(dòng)的風(fēng)力渦輪機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于，發(fā)電機(jī)內(nèi)的空氣質(zhì)量可以在風(fēng)力渦輪機(jī)操作的任何階段被優(yōu)化。空氣可用來(lái)以有利地高效的方式冷卻相關(guān)且重要的發(fā)電機(jī)部件，并且風(fēng)力渦輪機(jī)內(nèi)的空氣的相對(duì)濕度也可根據(jù)需要來(lái)調(diào)整。下文將更詳細(xì)地解釋這點(diǎn)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，控制直接驅(qū)動(dòng)的風(fēng)力渦輪機(jī)中的空氣流的方法包括驅(qū)動(dòng)出流風(fēng)扇以將離開(kāi)空氣流吸引通過(guò)離開(kāi)管道的步驟，該離開(kāi)管道從定子的內(nèi)部腔體延伸到風(fēng)力渦輪機(jī)的外部。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)在于，能以刻意的方式限定空氣流所遵循的路徑。換言之，出流風(fēng)扇的作用結(jié)合預(yù)定路徑意味著空氣流可被具體地導(dǎo)向經(jīng)過(guò)最需要冷卻、加熱和/或干燥的發(fā)電機(jī)的部件。這允許以有利地直接且經(jīng)濟(jì)的方式調(diào)整經(jīng)過(guò)發(fā)電機(jī)的這些部件的空氣的質(zhì)量。
[0013]本發(fā)明的特別有利的實(shí)施例和特征由在下面的描述中揭示的從屬權(quán)利要求給出。不同的權(quán)利要求類(lèi)別的特征可以在適當(dāng)時(shí)結(jié)合以提供本文未描述的另外的實(shí)施例。
[0014]在直接驅(qū)動(dòng)的風(fēng)力渦輪機(jī)中，整個(gè)發(fā)電機(jī)比帶有齒輪箱的發(fā)電機(jī)更緊湊。艙罩用來(lái)保護(hù)風(fēng)力渦輪機(jī)的各種部件。例如，艙罩可被成形為配合在塔架頭部上，使得偏航機(jī)構(gòu)被包封并受到針對(duì)雨和灰塵的保護(hù)。發(fā)電機(jī)優(yōu)選地不包封在艙罩下。術(shù)語(yǔ)“艙罩”通常是指保護(hù)由其包封的部件不受環(huán)境影響的罩殼或外殼。艙罩、諸如底架的支撐框架和偏航機(jī)構(gòu)在下文中可統(tǒng)稱(chēng)為“機(jī)艙”。在本發(fā)明的上下文中，艙罩和機(jī)艙可以在功能方面視為等同的。在“外部轉(zhuǎn)子”設(shè)計(jì)中，轉(zhuǎn)子繞內(nèi)部定子自由旋轉(zhuǎn)。在下文中但不以任何方式限制本發(fā)明，可以假設(shè)空氣流控制布置在這樣的風(fēng)力渦輪機(jī)構(gòu)造中實(shí)現(xiàn)。在下文中還可以假設(shè)，外部轉(zhuǎn)子是發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)，并且內(nèi)部定子是電樞，以使得磁體布置在轉(zhuǎn)子的內(nèi)表面上，并且繞組布置在定子的外表面上。當(dāng)然，外部轉(zhuǎn)子也可以充當(dāng)電樞，并且內(nèi)部定子可以充當(dāng)磁場(chǎng)。
[0015]大型發(fā)電機(jī)的繞組通常包括插入電樞的狹槽中的扁平金屬帶。通常，這樣的發(fā)電機(jī)具有若干相，并且不同相的繞組必須彼此交叉。因此，在電樞的一端或兩端處，繞組通常以不同的方式成形以彼此上下配合，從而能以緊湊而高效的方式實(shí)現(xiàn)交叉。在發(fā)電機(jī)的前端和后端處的腔體尺寸設(shè)計(jì)成容納該繞組“端部”。這里，“前腔體”應(yīng)理解為位于發(fā)電機(jī)的前側(cè)或漿轂側(cè)，而“后腔體”應(yīng)理解為位于發(fā)電機(jī)的后側(cè)或艙罩側(cè)。由于發(fā)電機(jī)腔體在空間上與定子內(nèi)部分離，為了進(jìn)入定子內(nèi)部，空氣必須穿過(guò)繞組之間的任何間隙。例如，為了從發(fā)電機(jī)前腔體傳送到定子內(nèi)部，空氣必須穿過(guò)相鄰繞組或繞組部段之間的狹窄間隙或狹縫。因此，在本發(fā)明的特別優(yōu)選的實(shí)施例中，空氣流控制布置被實(shí)現(xiàn)為使得出流風(fēng)扇將離開(kāi)空氣流通過(guò)在轉(zhuǎn)子的磁極和定子的繞組之間的氣隙從發(fā)電機(jī)腔體吸引到離開(kāi)管道中。換言之，出流風(fēng)扇的抽吸作用將空氣具體地從在發(fā)電機(jī)的前部或后部處的腔體吸引到在轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙中，并且通過(guò)在相鄰的定子繞組之間的間隙。
[0016]在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，空氣流控制布置包括多個(gè)定子管道，其中定子管道從發(fā)電機(jī)的后腔體延伸通過(guò)定子到發(fā)電機(jī)的前腔體，并且在這里，離開(kāi)空氣流的至少一部分由出流風(fēng)扇吸引通過(guò)定子管道。利用這種非常有利的布置，空氣流被驅(qū)使沿著在連結(jié)風(fēng)力渦輪機(jī)的不同且空間上分離的區(qū)域的多個(gè)通道或管道上的預(yù)定的路徑行進(jìn)。例如，空氣流路徑可由定子管道、發(fā)電機(jī)的前腔體、定子內(nèi)部和最終地離開(kāi)管道限定。另一個(gè)空氣流路徑可由發(fā)電機(jī)后腔體、氣隙、繞組之間的一個(gè)或多個(gè)間隙、定子內(nèi)部和最終地離開(kāi)管道限定。
[0017]結(jié)果，空氣被從發(fā)電機(jī)的腔體吸引到定子內(nèi)部。優(yōu)選地，除了由(多個(gè))定子管道提供的路徑之外，定子的內(nèi)部空間與艙罩內(nèi)部以氣密方式分離。類(lèi)似地，除了有意地致使空氣沿其流動(dòng)的具體空氣流路徑之外，定子的內(nèi)部空間與發(fā)電機(jī)前腔體優(yōu)選地以氣密方式分離。因此，在艙罩和定子的上下文中，術(shù)語(yǔ)“氣密的”應(yīng)理解為表示除了預(yù)定的空氣流路徑之外，基本上不存在空氣能通過(guò)其從風(fēng)力渦輪機(jī)“逸出”的其它路徑?？赡芡ㄟ^(guò)迷宮密封或類(lèi)似物逸出的少量空氣是微不足道的，并且不降低根據(jù)本發(fā)明的空氣流控制布置的效率。
[0018]艙罩可使用迷宮密封安裝到外部轉(zhuǎn)子以阻止雨水和氣載顆粒進(jìn)入。在根據(jù)本發(fā)明的空氣流控制布置的簡(jiǎn)單實(shí)施例中，可以在風(fēng)力渦輪機(jī)的適當(dāng)區(qū)域處有意地保留一些間隙，以允許供應(yīng)的空氣進(jìn)入艙罩，從而使出流風(fēng)扇可以沿著由定子管道、發(fā)電機(jī)前腔體和離開(kāi)管道限定的路徑抽吸有利地有效量的空氣。備選地，充當(dāng)空氣入口的多個(gè)單向閥可布置在艙罩周?chē)母鱾€(gè)點(diǎn)處，以允許空氣進(jìn)入艙罩。然而，在本發(fā)明的特別有利的實(shí)施例中，空氣流控制布置包括布置成將空氣吸引到風(fēng)力渦輪機(jī)的艙罩內(nèi)部的入流風(fēng)扇中。這樣，可以確保為任何所需的冷卻或加熱過(guò)程始終提供有利地有效量的空氣。在這樣的實(shí)施例中，各種密封可用來(lái)實(shí)現(xiàn)相對(duì)氣密的艙罩，例如在艙罩和塔架頭部之間可存在密封。這種布置是基本上氣密的，但未必是完全氣密的，使得由空氣流控制布置使用的基本上所有空氣被入流風(fēng)扇吸入，并且由密封包含，從而僅一小部分能從艙罩“逸出”。入流風(fēng)扇優(yōu)選地實(shí)現(xiàn)為在艙罩內(nèi)部中形成過(guò)壓，以使得空氣被迫傳送到定子管道內(nèi)，定子管道有效地為從艙罩內(nèi)部的唯一出口。
[0019]優(yōu)選地，存在空氣流可沿其行進(jìn)的從發(fā)電機(jī)前腔體進(jìn)入定子內(nèi)部的有限數(shù)量的“路徑”。例如，可能希望迫使所有空氣流在其進(jìn)入定子內(nèi)部的途中經(jīng)過(guò)繞組。為了達(dá)到這種效果，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，定子的內(nèi)部腔體由后定子板和前定子板限定，后定子板和前定子板有效地密封定子內(nèi)部與在一側(cè)上的艙罩內(nèi)部(后定子板或“定子后板”)以及定子內(nèi)部與在另一側(cè)上的發(fā)電機(jī)前腔體(前定子板或“定子前板”)。在使用流體冷卻的常規(guī)發(fā)電機(jī)中，這些定子板可包括任何數(shù)量的開(kāi)口或孔。為了用于根據(jù)本發(fā)明的空氣流控制布置，后定子板和前定子板優(yōu)選地包括封閉的表面，該表面除了容納(多個(gè))定子管道和(多個(gè))離開(kāi)管道所需的開(kāi)口之外不具有任何開(kāi)口。因此，在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，定子管道被布置成穿過(guò)定子板中對(duì)應(yīng)形狀的開(kāi)口。諸如氣密密封的合適密封可圍繞開(kāi)口布置在定子管道和定子板的結(jié)合處，以確保引導(dǎo)通過(guò)定子管道的空氣流從艙罩內(nèi)部傳送到發(fā)電機(jī)的前腔體，即，使得基本上沒(méi)有空氣直接從艙罩內(nèi)部傳送到定子內(nèi)部。這樣，可以驅(qū)使盡可能多的空氣傳送到發(fā)電機(jī)前腔體內(nèi)，從這里，空氣被吸引通過(guò)定子繞組并吸引通過(guò)在磁極和繞組之間的氣隙。這允許最高效地使用空氣，而不論是用于冷卻(在風(fēng)力渦輪機(jī)的操作期間)、用于加熱(在啟動(dòng)風(fēng)力渦輪機(jī)之前)、和/或用于干燥空氣，如下文將解釋那樣。
[0020]在一種操作模式中，已被出流風(fēng)扇為了冷卻目的而吸或抽吸通過(guò)繞組和氣隙的空氣優(yōu)選地從發(fā)電機(jī)附近被去除，因?yàn)榈娇諝獯┻^(guò)繞組和/或氣隙的時(shí)候，其溫度會(huì)增加。因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，離開(kāi)管道被布置成以基本上氣密的方式延伸通過(guò)布置成將定子內(nèi)部空間與外部分離的定子板。這樣，已穿過(guò)繞組并穿過(guò)氣隙的空氣流被以高效方式從定子內(nèi)部吸引到離開(kāi)管道中并去除。在風(fēng)力渦輪機(jī)的操作期間，例如在滿功率時(shí)，熱空氣可被提取和排出到外部，從而可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的重要區(qū)域的高效冷卻。
[0021]已知在高相對(duì)濕度條件下露點(diǎn)接近實(shí)際空氣溫度。這對(duì)于在潮濕條件下操作的風(fēng)力渦輪機(jī)來(lái)說(shuō)可能是個(gè)問(wèn)題。因此，在本發(fā)明的特別有利的實(shí)施例中，空氣流控制布置包括離開(kāi)出流布置，以用于將離開(kāi)空氣流從離開(kāi)管道引導(dǎo)到艙罩的外部和/或返回到艙罩內(nèi)部?jī)?nèi)。特別是在風(fēng)力渦輪機(jī)在停機(jī)之后啟動(dòng)時(shí)，高的相對(duì)濕度可能意味著水蒸汽已冷凝在外部轉(zhuǎn)子的磁體上，因?yàn)樵摬糠质前l(fā)電機(jī)的最冷部件。相對(duì)濕度取決于空氣溫度和空氣壓力。換言之，可以通過(guò)改變封閉系統(tǒng)中的溫度和/或壓力來(lái)改變系統(tǒng)中的相對(duì)濕度。根據(jù)本發(fā)明的空氣流控制布置的優(yōu)選實(shí)施例很好地利用了這種關(guān)系，其中出流風(fēng)扇和離開(kāi)出流布置的共同作用確?？諝庋仄湓陲L(fēng)力渦輪機(jī)中的預(yù)定路徑循環(huán)。離開(kāi)出流布置被致動(dòng)以關(guān)閉到艙罩外部的路徑并打開(kāi)返回到艙罩內(nèi)部?jī)?nèi)的路徑,并且同時(shí),空氣被出流風(fēng)扇的熱耗散加熱。空氣流入量可被調(diào)整，從而保持過(guò)壓，以補(bǔ)償從風(fēng)力渦輪機(jī)排出或逸出的空氣的量。這樣，空氣流控制布置的操作可以繼續(xù)，直到達(dá)到滿意的狀態(tài)為止，例如當(dāng)在磁極上或在發(fā)電機(jī)的其它相對(duì)較冷的區(qū)域上露點(diǎn)已升高至水蒸汽將不再(或至少不以任何顯著的程度)冷凝的水平時(shí)。
[0022]離開(kāi)出流布置可以以多種方式實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，離開(kāi)出流布置被實(shí)現(xiàn)為完成多個(gè)功能:用來(lái)將基本上所有離開(kāi)空氣流排出風(fēng)力渦輪機(jī)之外；或者用來(lái)使基本上所有離開(kāi)空氣流轉(zhuǎn)向回到艙罩內(nèi)部?jī)?nèi)；或者用來(lái)使一部分離開(kāi)空氣流轉(zhuǎn)向進(jìn)入艙罩內(nèi)部，并使剩余部分轉(zhuǎn)向離開(kāi)風(fēng)力渦輪機(jī)。在本發(fā)明的特別有利的實(shí)施例中，離開(kāi)出流布置包括用于調(diào)節(jié)到艙罩的外部的離開(kāi)空氣流的第一裝置和用于調(diào)節(jié)進(jìn)入艙罩內(nèi)部的離開(kāi)空氣流的第二裝置。第一和第二離開(kāi)空氣流調(diào)節(jié)裝置可以彼此獨(dú)立地致動(dòng)，或者可以同步地致動(dòng)。例如，空氣流調(diào)節(jié)裝置可包括艙口，以使得第一艙口調(diào)節(jié)離開(kāi)風(fēng)力渦輪機(jī)的空氣流，并且第二艙口調(diào)節(jié)返回到艙罩內(nèi)部?jī)?nèi)的空氣流。在這樣的實(shí)施例中，第一艙口可被布置成當(dāng)?shù)谝慌摽陉P(guān)閉時(shí)基本上完全覆蓋離開(kāi)管道的主離開(kāi)開(kāi)口。類(lèi)似地，當(dāng)?shù)诙摽陉P(guān)閉時(shí)，它基本上完全覆蓋離開(kāi)管道的次離開(kāi)開(kāi)口。第一和第二艙口可以彼此獨(dú)立地致動(dòng)，或者可以同步地致動(dòng)，以使得例如當(dāng)一個(gè)艙口完全打開(kāi)時(shí)，另一個(gè)艙口完全關(guān)閉。
[0023]在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，艙口布置包括三通艙口，其具有用于調(diào)節(jié)到艙罩的外部的離開(kāi)空氣流的第一艙口部分和用于調(diào)節(jié)進(jìn)入艙罩內(nèi)部的離開(kāi)空氣流的第二艙口部分，使得一個(gè)艙口部分的動(dòng)作導(dǎo)致另一個(gè)艙口部分的相應(yīng)動(dòng)作。優(yōu)選地，艙口布置被控制，以使得艙口部分被同步地控制。例如，如果第一艙口部分完全“打開(kāi)”，則第二艙口部分完全“關(guān)閉”，以便從風(fēng)力渦輪機(jī)排出所有離開(kāi)空氣流；如果第一艙口部分完全“關(guān)閉”，則第二艙口部分完全“打開(kāi)”，以使得所有離開(kāi)空氣流循環(huán)回到艙罩內(nèi)部；如果第一艙口部分僅部分地打開(kāi)，則第二艙口部分僅部分地關(guān)閉對(duì)應(yīng)的量，以使得一部分離開(kāi)空氣流循環(huán)回到艙罩內(nèi)部，并且剩余部分被從風(fēng)力渦輪機(jī)排出。
[0024]備選地，離開(kāi)空氣流調(diào)節(jié)裝置可包括風(fēng)扇。在這樣的實(shí)施例中，第一空氣流調(diào)節(jié)裝置可以是出流風(fēng)扇，其功率足夠?qū)⒖諝馔ㄟ^(guò)定子管道吸引到定子內(nèi)部并吸引到離開(kāi)管道中。第二空氣流調(diào)節(jié)裝置也可包括布置在二級(jí)管道中的二級(jí)出流風(fēng)扇，二級(jí)管道在艙罩內(nèi)部的方向上從離開(kāi)管道分叉。吸回到艙罩內(nèi)部的空氣體積可取決于該二級(jí)風(fēng)扇被驅(qū)動(dòng)的速度。為了在所有離開(kāi)出流都應(yīng)從風(fēng)力渦輪機(jī)排出時(shí)防止空氣進(jìn)入艙罩，二級(jí)風(fēng)扇可以簡(jiǎn)單地被關(guān)斷，以有效地關(guān)閉進(jìn)入艙罩內(nèi)部的路徑。
[0025]出流風(fēng)扇優(yōu)選地定位在離開(kāi)管道的合適區(qū)域中。例如，它可以被布置成靠近離開(kāi)管道的“管頭”或入口開(kāi)口，或者更靠近離開(kāi)開(kāi)口。優(yōu)選地，出流風(fēng)扇定位成足夠遠(yuǎn)離入口開(kāi)口，以確保空氣在其到達(dá)出流風(fēng)扇的時(shí)候呈現(xiàn)為線性流；并且也足夠遠(yuǎn)離離開(kāi)開(kāi)口，從而可以將在外部感知的風(fēng)扇的噪音保持最低。優(yōu)選地，離開(kāi)管道被成形為圍繞出流風(fēng)扇緊密配合，以使得出流風(fēng)扇可以將空氣高效地吸引到離開(kāi)管道中。
[0026]備選地，出流風(fēng)扇可被定位成相對(duì)較遠(yuǎn)地返回到離開(kāi)管道中，例如靠近艙罩中的開(kāi)口，空氣流通過(guò)該開(kāi)口從風(fēng)力渦輪機(jī)排出。當(dāng)二級(jí)風(fēng)扇被定位在二級(jí)管道中時(shí)，這樣的布置可能是有效的。在這種情況下，出流風(fēng)扇和二級(jí)風(fēng)扇均可被致動(dòng)，以將空氣抽吸離開(kāi)艙罩并最終通過(guò)繞組和氣隙，并且從風(fēng)力渦輪機(jī)排出或重新導(dǎo)入艙罩內(nèi)部的空氣的體積將取決于每個(gè)風(fēng)扇的容量和每個(gè)風(fēng)扇被驅(qū)動(dòng)的速度。
[0027]離開(kāi)出流布置優(yōu)選地根據(jù)環(huán)境空氣的質(zhì)量和/或根據(jù)穿過(guò)風(fēng)力渦輪機(jī)的空氣的質(zhì)量和/或根據(jù)風(fēng)力渦輪機(jī)的操作狀態(tài)而控制。例如，當(dāng)以滿功率操作時(shí)，發(fā)電機(jī)的最熱部件(通常為繞組)需要高效的冷卻。類(lèi)似地，當(dāng)環(huán)境空氣具有高的相對(duì)濕度時(shí)，可能需要采取步驟來(lái)降低濕度。因此，在本發(fā)明的特別有利的實(shí)施例中，空氣流控制布置包括:多個(gè)溫度傳感器，以用于測(cè)量在艙罩外部和/或在發(fā)電機(jī)中和/或在發(fā)電機(jī)磁體處和/或在發(fā)電機(jī)繞組處的溫度；和/或多個(gè)濕度傳感器，以用于測(cè)量在艙罩外部和/或在發(fā)電機(jī)中的濕度。由這樣的傳感器傳遞的信息可以被解釋并用來(lái)調(diào)整空氣流控制布置的性能。
[0028]因此，在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，空氣流控制布置包括控制單元，其被實(shí)現(xiàn)為在由一個(gè)或多個(gè)傳感器提供的測(cè)量值的基礎(chǔ)上控制至少離開(kāi)出流布置和/或入流風(fēng)扇和/或出流風(fēng)扇。例如，定位在艙罩外部上或入流風(fēng)扇附近的濕度傳感器可測(cè)量環(huán)境空氣的相對(duì)濕度?？拷D(zhuǎn)子的溫度傳感器可提供發(fā)電機(jī)的該部分的溫度讀數(shù)?？刂茊卧煞治鲇蛇@些傳感器提供的數(shù)據(jù)，以決定是否應(yīng)使空氣流在風(fēng)力渦輪機(jī)的內(nèi)部再循環(huán)一會(huì)兒，以便在風(fēng)力渦輪機(jī)從停機(jī)狀態(tài)啟動(dòng)之前允許出流風(fēng)扇加熱該循環(huán)的空氣。
[0029]在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，空氣流冷卻布置被實(shí)現(xiàn)為將空氣從前發(fā)電機(jī)腔體通過(guò)在發(fā)電機(jī)的磁極和繞組之間的氣隙吸引到離開(kāi)管道中。這樣，空氣流也可被導(dǎo)向經(jīng)過(guò)磁體。這樣的空氣流也可用來(lái)在操作期間達(dá)到高溫時(shí)冷卻磁體。然而，通過(guò)在使空氣在艙罩內(nèi)部和發(fā)電機(jī)內(nèi)循環(huán)的同時(shí)使用出流風(fēng)扇來(lái)加熱空氣，變暖和干燥的空氣流可被導(dǎo)向經(jīng)過(guò)磁極，以降低例如當(dāng)冷的發(fā)電機(jī)在停機(jī)之后被啟用時(shí)在磁體上形成冷凝的可能性。通過(guò)使用用于入流和/或出流風(fēng)扇的足夠強(qiáng)的馬達(dá)，可以將空氣流吸引到狹窄的氣隙中。同樣地，發(fā)電機(jī)前腔體可被成形為有助于空氣流傳送到氣隙中。例如，導(dǎo)向器或空氣流成形元件可以被布置在繞組端部上，以允許空氣經(jīng)過(guò)繞組端部并進(jìn)入氣隙中。這可以通過(guò)最小化在定子板和繞組端部之間的過(guò)渡區(qū)中到定子內(nèi)部的開(kāi)口的數(shù)量來(lái)促進(jìn)。
[0030]環(huán)境空氣可包括灰塵、昆蟲(chóng)、花粉和其它氣載顆粒?？諝庵械倪@些雜質(zhì)在風(fēng)力渦輪機(jī)內(nèi)部可能出問(wèn)題。因此，在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，空氣流控制布置包括布置在入流風(fēng)扇之前或之后的過(guò)濾器布置，其具有實(shí)現(xiàn)為過(guò)濾來(lái)自空氣的氣載顆粒的一個(gè)或多個(gè)過(guò)濾器。這樣，入流風(fēng)扇將基本上僅將過(guò)濾后的空氣吸引到艙罩內(nèi)部。在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，過(guò)濾器布置可包括實(shí)現(xiàn)用于從進(jìn)入的空氣去除氣載鹽顆粒的鹽過(guò)濾器，這種顆?？赡芊浅＜?xì)并且難以或不可能使用常規(guī)的篩網(wǎng)過(guò)濾器從空氣中濾除。當(dāng)其輸入空氣相對(duì)干燥時(shí)，鹽過(guò)濾器可以高效地起作用。因此，在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，艙口布置和入流風(fēng)扇被相對(duì)于彼此布置，以使得返回到艙罩內(nèi)部的“干燥”空氣可以朝入流風(fēng)扇的鹽過(guò)濾器被導(dǎo)向。這樣，來(lái)自發(fā)電機(jī)的低濕度空氣可與從外部吸入的濕空氣混合，從而可以確保鹽過(guò)濾器的滿意的性能。備選地或除此之外，過(guò)濾器布置可包括消霧器或與消霧器結(jié)合，以用于從進(jìn)入的空氣去除濕氣。消霧器也可被稱(chēng)為分離器。
[0031]實(shí)現(xiàn)諸如從進(jìn)入的空氣去除薄霧和/或氣載顆粒的各種功能的與消霧器結(jié)合的過(guò)濾器布置可被統(tǒng)稱(chēng)為過(guò)濾系統(tǒng)。消霧器可以以各種方式實(shí)現(xiàn)。例如，消霧器可實(shí)現(xiàn)為具有成角度的靜葉的布置的分離器，靜葉使吸入的空氣偏轉(zhuǎn)，從而使任何水分冷凝并收集在成角度的靜葉上。冷凝的水蒸汽可被收集并通過(guò)某個(gè)合適的出口排出。一些分離器設(shè)計(jì)包括對(duì)著引入方向布置的“吊鉤”，以捕集氣載水滴。分離器靜葉可由塑料、鋁、碳纖維增強(qiáng)的聚合材料或其它合適的材料制成。
[0032]在非常冷的條件下，收集的水分會(huì)凍在這些吊鉤上，從而阻塞分離器的入口通道。因此，在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，過(guò)濾系統(tǒng)包括風(fēng)扇，該風(fēng)扇被布置成將空氣流導(dǎo)向進(jìn)入分離器或?qū)蛑练蛛x器上，從而可以避免積冰。備選地或除此之外，如果分離器靜葉由諸如碳或鋁的導(dǎo)電材料制成，則可以將電流施加到靜葉，以便加熱它們并融化任何積冰。
[0033]在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，過(guò)濾器布置包括多個(gè)入口過(guò)濾器。例如，第一入口過(guò)濾器可用來(lái)過(guò)濾來(lái)自進(jìn)入的空氣的砂石、灰塵、花粉等。第二入口過(guò)濾器可用來(lái)從空氣去除鹽。備選地，可以使用組合的入口過(guò)濾器，其能夠從進(jìn)入的空氣去除若干種氣載顆粒。入口過(guò)濾器可并排布置，但優(yōu)選地被“堆疊”，以使得進(jìn)入的空氣在到達(dá)艙罩內(nèi)部之前不得不穿過(guò)第一入口過(guò)濾器并且隨后穿過(guò)第二入口過(guò)濾器。
[0034]過(guò)濾器布置或過(guò)濾系統(tǒng)優(yōu)選地容納在殼體中，該殼體可安裝到艙罩的支撐部件，例如安裝到底架或艙罩的某些其它合適區(qū)域。優(yōu)選地，過(guò)濾系統(tǒng)被布置在艙罩的下部區(qū)域中，例如朝著后部。以對(duì)于過(guò)濾系統(tǒng)的部件來(lái)說(shuō)優(yōu)選的次序，分離器被置于外部以從進(jìn)入的空氣去除水分。在內(nèi)部，即，朝著艙罩的內(nèi)部，過(guò)濾器布置從空氣去除氣載顆粒。一個(gè)或多個(gè)入流風(fēng)扇被布置在分離器和過(guò)濾器布置之間以將空氣吸引到艙罩內(nèi)部。過(guò)濾器布置和入流風(fēng)扇優(yōu)選地緊鄰地布置在殼體內(nèi)，從而將進(jìn)入的空氣有效地推過(guò)過(guò)濾器布置。當(dāng)然，分離器在使用時(shí)可與過(guò)濾器布置和入流風(fēng)扇間隔開(kāi)。例如，分離器可安裝在艙罩開(kāi)口中，而入流風(fēng)扇和過(guò)濾器布置被布置在艙罩內(nèi)部的其它地方。
[0035]溫度傳感器或其它測(cè)量裝置可用來(lái)監(jiān)測(cè)分離器的性能。如果檢測(cè)到結(jié)凍條件，則啟用加熱元件，只要結(jié)凍條件持續(xù)存在。溫度傳感器可用來(lái)確定何時(shí)可以再次關(guān)閉加熱元件。加熱元件可以是布置成將加熱的空氣流導(dǎo)向經(jīng)過(guò)分離器的風(fēng)扇加熱器。例如，風(fēng)扇加熱器可代替過(guò)濾系統(tǒng)內(nèi)部的入流風(fēng)扇，或者風(fēng)扇加熱器可被布置在與入流風(fēng)扇相同的水平處或在分離器和入流風(fēng)扇之間。
[0036]代替風(fēng)扇加熱器，加熱電路可用來(lái)將電流施加到分離器的靜葉(如果它們是導(dǎo)電的)。優(yōu)選地，分離器表面積的至少五分之一連接到用于以這種方式加熱的電路。
[0037]吸引通過(guò)發(fā)電機(jī)的空氣流可具有有益的冷卻效應(yīng)或有益的加熱和干燥效應(yīng)，具體取決于艙口布置和入流/出流風(fēng)扇如何被驅(qū)動(dòng)。單個(gè)定子管道可能足以吸入足夠的空氣以冷卻或加熱相關(guān)的發(fā)電機(jī)區(qū)域，特別是當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)在操作時(shí)，因?yàn)檗D(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)也將用來(lái)促進(jìn)空氣在磁體和繞組附近以及氣隙中的循環(huán)。然而，在本發(fā)明的特別有利的實(shí)施例中，空氣流控制布置包括從艙罩內(nèi)部延伸到發(fā)電機(jī)的前腔體的多個(gè)定子管道。優(yōu)選地，定子管道以平行方式布置，即，基本上平行于彼此和/或平行于定子的縱向軸線敷設(shè)。然而，如果優(yōu)選或者如果需要，定子管道可被布置成與定子的縱向軸線成角度。定子管道可以以任何適當(dāng)方式繞定子分布。優(yōu)選地，定子管道繞定子均勻地間隔開(kāi)。例如，一對(duì)定子管道可以在定子的兩側(cè)上沿直徑相對(duì)。一種這樣的布置可包括在定子的左手側(cè)上的第一定子管道和在右手側(cè)上的另一個(gè)定子管道。在另一個(gè)實(shí)施例中，可存在繞定子或多或少等距地布置的三個(gè)定子管道。備選地，離開(kāi)管道和三個(gè)定子管道可被布置成使得每一個(gè)敷設(shè)在定子的一個(gè)象限中。當(dāng)然，可以使用任意數(shù)量的定子管道，并且該數(shù)量可取決于應(yīng)當(dāng)能夠穿過(guò)的空氣的體積以及定子腔體中的可用空間。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的空氣流控制方法可用來(lái)在啟動(dòng)或停止發(fā)電機(jī)之前“制備”或“調(diào)理”風(fēng)力渦輪機(jī)內(nèi)部的空氣，或者響應(yīng)于在風(fēng)力渦輪機(jī)操作期間溫度或濕度上的變化。為此，根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選地包括從艙罩外部和/或發(fā)電機(jī)和/或發(fā)電機(jī)磁體和/或發(fā)電機(jī)繞組獲得溫度測(cè)量值的步驟。例如，繞組溫度的增加可指示風(fēng)扇功率應(yīng)增加以增加經(jīng)過(guò)繞組的空氣流的速率，并且艙口應(yīng)被控制以將空氣排出到外部。一個(gè)或多個(gè)低溫讀數(shù)可能指示空氣應(yīng)被加熱(例如使用由出流風(fēng)扇耗散的熱量)并且在啟動(dòng)風(fēng)力渦輪機(jī)之前再循環(huán)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間長(zhǎng)度，或者直到溫度讀數(shù)滿意為止。這樣的溫度測(cè)量值可以在必要時(shí)由濕度讀數(shù)來(lái)擴(kuò)增。為此，根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選地包括從艙罩外部和/或在風(fēng)力渦輪機(jī)的內(nèi)部上的位置(例如發(fā)電機(jī))獲得濕度測(cè)量值的步驟。不利地高的濕度可通過(guò)增加風(fēng)力渦輪機(jī)內(nèi)部的空氣的溫度來(lái)“修正”。這可以通過(guò)使空氣再循環(huán)并使用由出流風(fēng)扇耗散的熱量加熱空氣來(lái)實(shí)現(xiàn)，如上所述。溫度增加導(dǎo)致相對(duì)濕度的降低。
[0039]在開(kāi)發(fā)根據(jù)本發(fā)明的空氣流控制布置的過(guò)程中進(jìn)行的測(cè)量已證明，非絕緣的離開(kāi)管道可以顯著地有助于艙罩內(nèi)部的加熱。出于實(shí)用的原因，離開(kāi)管道優(yōu)選地由諸如鋼的穩(wěn)固、耐用而經(jīng)濟(jì)的材料制成。離開(kāi)管道可具有幾米的長(zhǎng)度，并且其直徑通?？梢詾榧s400mm至1000mm。根據(jù)離開(kāi)管道尺寸和離開(kāi)空氣流的流量，從離開(kāi)管道的壁傳遞到機(jī)艙內(nèi)部的熱能量可達(dá)到幾千瓦的值。因此，在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，離開(kāi)管道至少部分地由熱絕緣材料包封。優(yōu)選地，使用具有有利地低的熱導(dǎo)率的材料。例如，可以在離開(kāi)管道周?chē)粚踊蚨鄬咏^緣包層。如果離開(kāi)管道包括用于將離開(kāi)出流的某些部分引導(dǎo)返回到艙罩內(nèi)部(例如在啟動(dòng)程序期間)的空氣流調(diào)節(jié)裝置，則絕緣材料可圍繞離開(kāi)管道的次離開(kāi)開(kāi)口布置。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0040]根據(jù)結(jié)合附圖考慮的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它目的和特征將變得顯而易見(jiàn)。然而，應(yīng)當(dāng)理解，附圖僅設(shè)計(jì)用于例示的目的，而不是作為對(duì)本發(fā)明的限制的限定。
[0041]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的空氣流控制布置的第一實(shí)施例；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的空氣流控制布置的第二實(shí)施例；
圖3示出了由根據(jù)本發(fā)明的空氣流控制布置的實(shí)施例限定的空氣流路徑的示意圖；
圖4示出了在根據(jù)本發(fā)明的空氣流控制布置中從定子內(nèi)部朝定子后板的視圖；
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的空氣流控制布置的第三實(shí)施例；
圖6示出了用于在根據(jù)本發(fā)明的空氣流控制布置中使用的過(guò)濾系統(tǒng)的實(shí)施例；
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的空氣流控制布置的第四實(shí)施例。
[0042]貫穿附圖，相同的標(biāo)記表示相同的對(duì)象。附圖中的對(duì)象未必按比例繪制。特別地，在轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙或在定子繞組之間的間隙以夸張方式示出。為了清楚起見(jiàn)，附圖僅指示風(fēng)力渦輪機(jī)的相干部件，并且這些部件以非常簡(jiǎn)化的方式示出。

【具體實(shí)施方式】
[0043]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的空氣流控制布置的第一實(shí)施例。該圖示出了直接驅(qū)動(dòng)的風(fēng)力渦輪機(jī)10的內(nèi)部，其中發(fā)電機(jī)14安裝在軸20上。發(fā)電機(jī)包括外部轉(zhuǎn)子11和內(nèi)部定子12。漿轂和轉(zhuǎn)子葉片(圖中未示出)安裝到軸20的前部，以使得漿轂的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致外部轉(zhuǎn)子11繞旋轉(zhuǎn)軸線R的旋轉(zhuǎn)。內(nèi)部定子12相對(duì)于軸20保持靜止。繞組121 (參看圖3和圖4)被布置在定子12的外表面上，而磁極111 (參看圖3和圖4)被布置在轉(zhuǎn)子11的內(nèi)表面上。狹窄的氣隙150將磁極111與繞組121分離。出于設(shè)計(jì)原因，繞組121在定子12的一端或兩端處具有一定量的端部。該端部被容納在發(fā)電機(jī)前腔體140_F中。這樣的風(fēng)力渦輪機(jī)10的安裝可通過(guò)將整個(gè)發(fā)電機(jī)14吊起并將其在安裝到塔架17上的艙罩13前方安裝就位而進(jìn)行。
[0044]在該實(shí)施例中，艙罩13、塔架17和發(fā)電機(jī)14借助于艙罩13和塔架17之間以及艙罩13和發(fā)電機(jī)14之間的密封21、22以基本上氣密的方式連接。艙罩13和發(fā)電機(jī)14之間的密封21可以是迷宮密封21。入流風(fēng)扇2用來(lái)將空氣AF_in吸引到艙罩內(nèi)部130。入流風(fēng)扇2可以是功率足夠大的，以便在艙罩內(nèi)部130中產(chǎn)生過(guò)壓。以這種方式吸引到艙罩13中的空氣AF_in接著被驅(qū)使或迫使沿著由從定子12的一端延伸至另一端的定子管道3、并且由離開(kāi)管道4限定的具體路徑行進(jìn)，離開(kāi)管道4從定子內(nèi)部120延伸并且被實(shí)現(xiàn)為將空氣排出到風(fēng)力渦輪機(jī)外部或?qū)⒖諝庠賹?dǎo)向回艙罩內(nèi)部130內(nèi)。
[0045]定子管道3安裝成使得到定子管道3的入口開(kāi)口 30位于定子后板123中或前方，并且其離開(kāi)開(kāi)口 31位于定子前板122中或前方。入口開(kāi)口 30可向外敞開(kāi)或呈會(huì)聚以將空氣流AF_in引導(dǎo)至定子管道3內(nèi)?？纱嬖谌舾蓚€(gè)布置在定子12中的這種定子管道3。
[0046]在離開(kāi)定子管道3的離開(kāi)開(kāi)口 31之后，空氣傳送到發(fā)電機(jī)14的前腔體140_F中。由出流風(fēng)扇I產(chǎn)生的吸力將該空氣通過(guò)繞組端部之間的間隙且通過(guò)在磁極111和繞組121之間的氣隙吸引到定子內(nèi)部12并且最終吸引到離開(kāi)管道4中。由出流風(fēng)扇I產(chǎn)生的吸力也將空氣從發(fā)電機(jī)后腔體140_R通過(guò)繞組端部之間的間隙且通過(guò)在磁極111和繞組121之間的氣隙吸引到定子內(nèi)部12，然后也吸引到離開(kāi)管道4中。結(jié)合足夠大功率的出流風(fēng)扇1，具有足夠大的入口開(kāi)口的離開(kāi)管道4足以將空氣流AF_out高效地吸引通過(guò)繞組121之間的間隙，并且也吸引通過(guò)在繞組121和磁體111之間的氣隙150。離開(kāi)管道4的離開(kāi)開(kāi)口 40優(yōu)選地布置在艙罩13的上部區(qū)域中，以便有利于從風(fēng)力渦輪機(jī)排出空氣。網(wǎng)片或格柵(圖中未示出)可防止不期望的碎屑落入離開(kāi)管道內(nèi)。
[0047]在離開(kāi)管道4中，離開(kāi)空氣流AF_out被抽吸通過(guò)出流風(fēng)扇I且然后從風(fēng)力渦輪機(jī)10排出和/或返回到艙罩內(nèi)部130。為此，離開(kāi)管道4具有兩個(gè)離開(kāi)開(kāi)口:到風(fēng)力渦輪機(jī)外部的主離開(kāi)開(kāi)口 40和到艙罩內(nèi)部的次離開(kāi)開(kāi)口 41。排出或返回到內(nèi)部130的空氣量將取決于離開(kāi)出流布置5的布局方式。這里，離開(kāi)出流布置5包括第一艙口 51和第二艙口 52。艙口 51、52由從控制單元發(fā)送的控制信號(hào)致動(dòng)，其功能將借助于圖2說(shuō)明。
[0048]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的空氣流控制布置的第二實(shí)施例。這里，離開(kāi)出流布置5包括三通艙口 53 (由抽象符號(hào)指示)，其被布置在離開(kāi)管道4中以打開(kāi)和關(guān)閉主離開(kāi)開(kāi)口40和次離開(kāi)開(kāi)口 41，從而可以以特別高效的方式調(diào)節(jié)風(fēng)力渦輪機(jī)內(nèi)部和外部的空氣流。三通艙口 53可被控制，使得當(dāng)返回到艙罩內(nèi)部的途徑趨于關(guān)閉時(shí)，到艙罩外部的途徑趨于打開(kāi)。
[0049]該實(shí)施例還示出置于入流風(fēng)扇2前方的過(guò)濾器布置73，以便入流風(fēng)扇2將過(guò)濾后的空氣AF_in吸引到艙罩內(nèi)部。過(guò)濾器布置73可包括各個(gè)過(guò)濾層，并且可與消霧器(未示出)結(jié)合以減少吸引到艙罩中的空氣的水分，從而降低損壞風(fēng)力渦輪機(jī)內(nèi)部的部件的風(fēng)險(xiǎn)。
[0050]控制單元6基于由布置在關(guān)鍵位置的溫度傳感器60、61和濕度傳感器62、63進(jìn)行的測(cè)量來(lái)確定如何控制三通艙口。這里，溫度傳感器60測(cè)量靠近繞組121的溫度；另一個(gè)溫度傳感器61測(cè)量進(jìn)入艙罩13的環(huán)境空氣的溫度；濕度傳感器62測(cè)量進(jìn)入艙罩13的環(huán)境空氣的濕度；并且另一個(gè)濕度傳感器63測(cè)量吸引到定子內(nèi)部120的空氣的濕度。控制單元6可包括許多模塊，以用于分析信息、用于從本地或遠(yuǎn)程處理的渦輪機(jī)控制器收集額外的信息，等等。來(lái)自傳感器60、61、62、63的測(cè)量值經(jīng)有線連接、經(jīng)無(wú)線連接或使用任何其它合適的通信方式發(fā)送到控制單元6。類(lèi)似地，控制單元6可將控制信號(hào)經(jīng)任何合適的連接發(fā)送到艙口布置。
[0051]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的空氣流控制布置100的示意圖，以及空氣AF_in、AF_out在被導(dǎo)向以流過(guò)風(fēng)力渦輪機(jī)的區(qū)域時(shí)所采用的路徑。該圖僅示出相關(guān)部件和區(qū)域。入流風(fēng)扇2將空氣AF_in吸引到艙罩內(nèi)部130。出流風(fēng)扇I將空氣抽吸到離開(kāi)管道4中。風(fēng)力渦輪機(jī)的各個(gè)區(qū)域130、140_R、140_F、150、120被連結(jié)以得到空氣必須沿其流動(dòng)的預(yù)定路徑。艙罩內(nèi)部130通過(guò)定子后板123與定子內(nèi)部120在物理上分離?？諝釧F_in因此被迫穿過(guò)從定子后板123延伸至定子前板122的管道3，空氣可以在管道3中流入發(fā)電機(jī)前腔體140_F中。從這里，空氣由出流風(fēng)扇I抽吸通過(guò)繞組121之間的任何間隙和/或在磁體111和繞組121之間的氣隙150，從而將空氣吸引到定子內(nèi)部120。從這里，空氣AF_out被抽吸到離開(kāi)管道中。
[0052]在發(fā)電機(jī)的操作期間，轉(zhuǎn)子11的旋轉(zhuǎn)增加空氣流AF_out在氣隙150和在繞組121之間的間隙160(參看圖4)中的分布，以便空氣可以有效地冷卻熱繞組。
[0053]即使在發(fā)電機(jī)停機(jī)(即定子12和轉(zhuǎn)子11兩者均靜止)時(shí)，出流風(fēng)扇I仍然可以確?？諝饬鰽F_out被有效地吸引通過(guò)氣隙150，以便可以升高(開(kāi)始較冷的)磁體111的溫度，從而升高露點(diǎn)。如上文已說(shuō)明的，艙口布置可被控制以使空氣流在風(fēng)力渦輪機(jī)內(nèi)再循環(huán)，從而利用由出流風(fēng)扇I耗散的熱量來(lái)使空氣變暖。
[0054]圖4示出了從定子12內(nèi)部朝定子后板123觀察的視圖，以及根據(jù)本發(fā)明的空氣流控制布置100的實(shí)施例的各種元件。在左側(cè)，空氣AF_in被從艙罩內(nèi)部130 (朝讀者)抽吸通過(guò)或吸引通過(guò)定子管道3，定子管道3與定子內(nèi)部腔體120之間被密封。吸力由布置在離開(kāi)管道4(遠(yuǎn)離讀者)中的出流風(fēng)扇I產(chǎn)生。一旦空氣進(jìn)入發(fā)電機(jī)前腔體(此處未示出)，它就被出流風(fēng)扇I抽吸通過(guò)在磁體111和繞組121之間的氣隙150，并且通過(guò)相鄰繞組121之間的任何間隙160。這里，示出了公知的繞組布置，其中繞組121由間隔件122分離。在每個(gè)間隔件122和繞組之間留下狹窄的間隙160?？諝獗黄却┻^(guò)該狹窄的間隙160?？諝饬饕步?jīng)由發(fā)電機(jī)后腔體(在定子后板123之后)從艙罩內(nèi)部吸入，然后通過(guò)在磁體111和繞組121之間的氣隙150，并且通過(guò)相鄰繞組121之間的任何間隙160。
[0055]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的空氣流控制布置100的另一個(gè)實(shí)施例，其具有如在此前的附圖中描述的用于將空氣流AF_in、AF_out導(dǎo)向通過(guò)發(fā)電機(jī)的各個(gè)區(qū)域3、140_F、150、120,4的相同功能原理。這里，過(guò)濾系統(tǒng)70被布置在艙罩13的下部。過(guò)濾系統(tǒng)70包括:分離器71或消霧器71 ;為簡(jiǎn)單起見(jiàn)而由共同的符號(hào)統(tǒng)一指示的多個(gè)風(fēng)扇2、72 ；以及過(guò)濾器布置73。
[0056]入流風(fēng)扇2將空氣AF_in從外部吸引到艙罩內(nèi)部130。這里同樣地，入流風(fēng)扇2可以是功率足夠大的，以便在艙罩內(nèi)部130中產(chǎn)生過(guò)壓。風(fēng)扇加熱器72可將暖空氣導(dǎo)向至分離器71，以確保冰不會(huì)積聚在分離器71內(nèi)部。過(guò)濾器布置73可包括一個(gè)或多個(gè)過(guò)濾器，用于過(guò)濾來(lái)自進(jìn)入的空氣的各種顆粒。
[0057]圖6示出了在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中可用來(lái)過(guò)濾空氣進(jìn)流的過(guò)濾系統(tǒng)70。這里，過(guò)濾系統(tǒng)70實(shí)現(xiàn)了各種功能。它包括消霧器71或分離器71，用于從進(jìn)入的空氣去除水分。過(guò)濾器布置73具有多個(gè)入口過(guò)濾器73，入口過(guò)濾器73可基于其過(guò)濾來(lái)自進(jìn)入的空氣的砂石、灰塵、花粉、鹽等的能力而進(jìn)行選擇。過(guò)濾系統(tǒng)70具有一個(gè)或多個(gè)風(fēng)扇2、72，其中風(fēng)扇可以是用于將空氣吸引到或抽吸進(jìn)艙罩內(nèi)部的入流風(fēng)扇2和/或用于將暖空氣流導(dǎo)入分離器71或?qū)虻椒蛛x器71上的風(fēng)扇加熱器72?？諝饪捎杉訜嵩?未示出)加熱。這里，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)僅示出兩個(gè)風(fēng)扇2、72，但可以使用任何數(shù)量的風(fēng)扇2、72。分離器71可具有成角度的靜葉的布置以偏轉(zhuǎn)吸入的空氣，并且使任何水分冷凝和收集在成角度的靜葉上。冷凝的水蒸汽可被收集并通過(guò)某個(gè)合適的出口(未示出)排出。為了防止所收集的水分結(jié)冰和堵塞分離器的入口通道，在過(guò)濾系統(tǒng)70的該不例性實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)風(fēng)扇加熱器72將暖空氣導(dǎo)向至分離器71。暖空氣流可以融化任何積冰或防止冰形成。過(guò)濾系統(tǒng)70的元件71、2、72、73被容納在殼體74中，殼體74可以安裝到艙罩的支撐部件(例如底架)或艙罩的某個(gè)合適區(qū)域處，從而使分離器71面向外，并且使入口過(guò)濾器73面向內(nèi)進(jìn)入艙罩內(nèi)部，以將干燥和過(guò)濾后的空氣導(dǎo)入艙罩內(nèi)部。
[0058]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的空氣流控制布置的另一個(gè)實(shí)施例。這里，離開(kāi)管道4由熱絕緣材料400包封，從而使來(lái)自穿過(guò)離開(kāi)管道40的空氣AF_out的熱量不被傳遞到艙罩內(nèi)部130。熱絕緣材料400可施加為包裹在離開(kāi)管道40周?chē)囊粚踊蚨鄬影鼘?，或者以其它方式固定到離開(kāi)管道40。該圖未示出離開(kāi)管道40中的次離開(kāi)開(kāi)口，但應(yīng)當(dāng)理解，熱絕緣材料400可圍繞這樣的次離開(kāi)開(kāi)口施加，從而使空氣流在啟動(dòng)程序期間可以在風(fēng)力渦輪機(jī)的內(nèi)部再循環(huán)一會(huì)兒。
[0059]當(dāng)然，也可以使用由絕緣材料制成的離開(kāi)管道，從而使離開(kāi)管道的材料本質(zhì)上為絕緣的，并且防止大量的熱能傳遞到艙罩內(nèi)部130中。
[0060]雖然已經(jīng)以?xún)?yōu)選實(shí)施例及其變型的形式公開(kāi)了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以對(duì)其進(jìn)行許多附加的修改和變型。
[0061]為清楚起見(jiàn)，應(yīng)當(dāng)理解，在本申請(qǐng)全文中“一”或“一種”的使用不排除多個(gè)，并且“包括”不排除其它步驟或元件。對(duì)一“單元”或一“模塊”的表述不排除使用不止一個(gè)單元或模塊。
【權(quán)利要求】
1.一種用于直接驅(qū)動(dòng)的風(fēng)力渦輪機(jī)(10)的空氣流控制布置(100)，所述風(fēng)力渦輪機(jī)(10)具有包括轉(zhuǎn)子(11)和定子(12)的發(fā)電機(jī)(14)，所述空氣流控制布置(100)包括布置成將離開(kāi)空氣流(AF_out)吸引通過(guò)離開(kāi)管道(4)的出流風(fēng)扇(I)，所述離開(kāi)管道(4)從所述定子(12)的內(nèi)部腔體(120)延伸至所述風(fēng)力渦輪機(jī)(10)的外部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣流控制布置，實(shí)現(xiàn)為使得所述出流風(fēng)扇(I)將所述離開(kāi)空氣流(AF_out)從發(fā)電機(jī)腔體(140_F，140_R)通過(guò)在所述轉(zhuǎn)子(11)的磁極(111)和所述定子(12)的繞組(121)之間的氣隙(150)吸引到所述離開(kāi)管道⑷中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的空氣流控制布置，其中，所述離開(kāi)管道(4)被布置成以基本上氣密的方式延伸通過(guò)分離裝置(123)，所述分離裝置(123)被布置成將所述定子內(nèi)部腔體(120)從所述風(fēng)力渦輪機(jī)(10)的艙罩(13)的內(nèi)部(130)分離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣流控制布置，包括多個(gè)定子管道(3)，其中，定子管道(3)從所述發(fā)電機(jī)(14)的后腔體(140_R)通過(guò)所述定子(12)延伸至所述發(fā)電機(jī)(14)的前腔體(140_F)，并且其中，所述離開(kāi)空氣流(AF_out)的至少一部分由所述出流風(fēng)扇(I)吸引通過(guò)所述定子管道(3)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的空氣流控制布置，包括入流風(fēng)扇(2)，所述入流風(fēng)扇⑵被布置成將輸入空氣流(AF_in)吸引到所述風(fēng)力渦輪機(jī)(10)的所述艙罩(13)的所述內(nèi)部(130)中。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的空氣流控制布置，包括離開(kāi)出流布置(5)，以用于將所述離開(kāi)空氣流(AF_out)從所述離開(kāi)管道(4)引導(dǎo)至所述風(fēng)力渦輪機(jī)(10)的所述外部和/或返回到所述艙罩內(nèi)部(130)中。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的空氣流控制布置，其中，所述離開(kāi)出流布置(5)包括用于調(diào)節(jié)到所述風(fēng)力渦輪機(jī)(10)的所述外部的所述離開(kāi)空氣流(AF_out)的第一艙口(51)和用于調(diào)節(jié)進(jìn)入所述艙罩內(nèi)部(130)的所述離開(kāi)空氣流(AF_out)的第二艙口(52)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的空氣流控制布置，其中，所述離開(kāi)出流布置(5)包括三通艙口(53)，以用于調(diào)節(jié)到所述風(fēng)力渦輪機(jī)(10)的所述外部和/或進(jìn)入所述艙罩內(nèi)部(130)的所述離開(kāi)空氣流(AF_out)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的空氣流控制布置，包括:多個(gè)溫度傳感器(60，61)，以用于測(cè)量在所述艙罩外部處和/或在所述發(fā)電機(jī)(14)中和/或在所述發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)(11)的磁極(111)處和/或在所述發(fā)電機(jī)電樞(12)的繞組(121)處的溫度；和/或多個(gè)濕度傳感器出2，63)，以用于測(cè)量在所述艙罩外部處和/或在所述風(fēng)力渦輪機(jī)(10)的內(nèi)部空間(120，130, 140)中的濕度。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的空氣流控制布置，包括控制單元￠)，所述控制單元(6)被實(shí)現(xiàn)為基于由傳感器(60，61，62，63)提供的測(cè)量值，至少控制所述離開(kāi)出流布置(5)和/或所述出流風(fēng)扇⑴和/或所述入流風(fēng)扇⑵。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的空氣流控制布置，包括布置在所述入流風(fēng)扇(2)處的過(guò)濾器布置(73)和/或消霧器(71)，其中，過(guò)濾器布置(73)被實(shí)現(xiàn)為過(guò)濾來(lái)自所述空氣的氣載顆粒，并且其中，消霧器(71)被實(shí)現(xiàn)為從所述空氣去除濕氣。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的空氣流控制布置，包括從所述艙罩內(nèi)部(130)延伸至所述發(fā)電機(jī)(14)的所述前腔體(140)的多個(gè)定子管道(3)。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的空氣流控制布置，包括在所述離開(kāi)管道(40)和所述艙罩內(nèi)部(130)之間的熱絕緣層(400)。
14.一種具有包括轉(zhuǎn)子(11)和定子(12)的發(fā)電機(jī)(14)的直接驅(qū)動(dòng)的風(fēng)力渦輪機(jī)(10)，所述直接驅(qū)動(dòng)的風(fēng)力渦輪機(jī)(10)包括根據(jù)權(quán)利要求1至13中的任一項(xiàng)所述的空氣流控制布置(100)。
15.一種控制在具有包括轉(zhuǎn)子(11)和定子(12)的發(fā)電機(jī)(14)的直接驅(qū)動(dòng)的風(fēng)力渦輪機(jī)(10)中的空氣流(AF_in，AF_out)的方法，所述方法包括驅(qū)動(dòng)出流風(fēng)扇(I)以將離開(kāi)空氣流(AF_out)吸引通過(guò)離開(kāi)管道(4)的步驟，所述離開(kāi)管道(4)從所述定子(12)的內(nèi)部腔體(120)延伸至所述風(fēng)力渦輪機(jī)(10)的外部。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，包括以下步驟: -測(cè)量在所述艙罩外部處和/或在發(fā)電機(jī)內(nèi)部(140)中和/或在所述發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)(11)的磁極(111)處和/或在所述發(fā)電機(jī)電樞(12)的繞組(121)處的溫度；和/或 -測(cè)量在所述艙罩外部處和/或在所述發(fā)電機(jī)前腔體(140)中和/或在所述艙罩內(nèi)部(130)中和/或在所述定子內(nèi)部腔體(120)中的相對(duì)濕度；以及 -基于所述測(cè)量值控制所述離開(kāi)出流布置(5)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或權(quán)利要求16所述的方法，包括以下步驟: -致動(dòng)所述離開(kāi)出流布置(5)以將基本上所有的所述離開(kāi)空氣流(AF_out)引導(dǎo)返回所述艙罩內(nèi)部(130)中；以及 -驅(qū)動(dòng)所述出流風(fēng)扇(I)以加熱和/或再循環(huán)所述離開(kāi)空氣流(AF_out)，直到在所述風(fēng)力渦輪機(jī)(10)的具體區(qū)域中達(dá)到所需的空氣溫度和/或所需的溫度。
【文檔編號(hào)】F03D11/00GK104179641SQ201410217585
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月22日
【發(fā)明者】G.艾羅爾迪, U.埃里克森, S.岡德托夫特, C.邁克爾森, T.芒克-漢森, P.H.索倫森, C.泰格森, X.圖爾德 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司