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1、(10)申请公布号 CN 103114973 A(43)申请公布日 2013.05.22CN103114973A*CN103114973A*(21)申请号 201210392418.2(22)申请日 2012.10.16PA201170585 2011.10.26 DKF03D 11/00(2006.01)H02G 11/00(2006.01)(71)申请人远景能源（江苏）有限公司地址 214443 江苏省江阴市临港新城申庄路3号(72)发明人亨宁莫伊斯著普(74)专利代理机构广州新诺专利商标事务所有限公司 44100代理人李德魁(54) 发明名称含有电缆环的风力涡轮机(57) 摘要本发明涉及。
2、一种具有多条电缆的风力涡轮机，例如电力电缆，这些电缆自机舱伸出并向下延伸至塔架，其中这些电缆设于电缆环结构中，所述电缆环结构包括多个电缆分隔装置，所述电缆分隔装置包括多个从所述电缆分隔装置处径向延伸的指状物，从而在所述指状物之间形成多个间隙。通过设有包括多个指状物的电缆分隔装置，电力电缆以及其他类型的电缆或多或少可以松散或分开地设置在两个这种指状物之间的空间中。当机舱相对于塔架偏航，电缆被扭转时，这使电缆可自由地使其自身从压力中解脱出来。由于电缆并非固定连接至环或类似物，因而电缆常常能够将扭转所引起的压力降至最小。(30)优先权数据(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书6页 附图7页(1。
3、9)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书6页 附图7页(10)申请公布号 CN 103114973 ACN 103114973 A1/1页21.一种风力涡轮机（1），其至少含有机舱（2），所述机舱（2）通过偏航轴承（4）安装在大体垂直的塔架（3）的顶端，其中，所述偏航轴承（4）能使所述机舱（2）相对于所述塔架（3）转动，所述风力涡轮机（1）还具有多条电缆，例如电力电缆（5），所述电缆自所述机舱（2）伸出并向下延伸至所述塔架（3），其中，所述电缆（5）设于电缆环结构（6）中，所述电缆环结构（6）包括多个电缆分隔装置（7），所述电缆分隔装置（7）包括多个指状物（1。
4、8），所述指状物（18）沿大致径向方向，自所述电缆分隔装置（9）的第一位置/直径（16）延伸至外圆周/第二直径，从而在所述指状物（18）之间形成多个间隙，所述电缆分隔装置（9）上的所述指状物（18）自中央部（16）的圆周向外延伸，其特征在于：所述中央部（16）具有周长和高度，从而具有朝外的表面（17），其中所述表面（17）为凸面并优选为球面。2.根据权利要求1所述的风力涡轮机（1），其特征在于：所述指状物（18）具有高度和半径长度，并从而具有至少第一表面和第二表面（19），所述第一表面（19）与另一指状物（18）的第二表面（19）相对，其中，所述表面（19）为凸面并优选为球面。3.根据权利要求。
5、1至2中任一项权利要求所述的风力涡轮机（1），其特征在于：所述高度大于100毫米，并优选为大于200毫米或更大。4.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的风力涡轮机（1），其特征在于：所述一个或多个凸面（17、19）的曲面半径大于100毫米，并优选为200毫米或更大。5.根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的风力涡轮机（1），其特征在于：所述中央部（16）具有外径，所述外径大于300毫米，并优选为大于400毫米，但小于1500毫米。6.根据权利要求1至5中任一项权利要求所述的风力涡轮机（1），其特征在于：所述指状物（18）长度介于30至200毫米之间，并优选为介于50至150毫米之间。7.。
6、根据权利要求1至6中任一项权利要求所述的风力涡轮机（1），其特征在于：所述电缆分隔装置（9）包括夹具（20），所述夹具（20）为卡箍（20），该卡箍（20）的内径与所述电缆分隔装置（9）的外圆周/第二直径相对应，从而当安装时用一个夹具（20）夹紧或封闭全部所述间隙。8.根据权利要求1至6中任一项权利要求所述的风力涡轮机（1），其特征在于：所述电缆分隔装置（9）包括至少一个夹具（20），其中，所述至少一个夹具（20）包括用于固定在所述电缆分隔装置（9）的外圆周/第二直径的至少一部分的装置，从而当安装时用一个夹具（20）夹紧或封闭一个或多个所述间隙。权 利 要 求 书CN 103114973 A1。
7、/6页3含有电缆环的风力涡轮机技术领域0001 本发明涉及一种风力涡轮机，其至少含有机舱，该机舱通过偏航轴承安装在大致垂直的塔架顶端，其中，该偏航轴承能够使该机舱相对于该塔架转动，该风力涡轮机还具有多条电缆，例如电力电缆，该电缆自该机舱向下延伸至该塔架内，其中，该电缆设于电缆环结构中，该电缆环结构包括多个电缆分隔装置，该电缆分隔装置包括多个指状物，该指状物沿大致的径向方向，自该电缆分隔装置的第一位置/直径延伸至外圆周/第二直径，从而在指状物之间形成多个间隙，电缆分隔装置上的指状物自中央部的圆周向外延伸。背景技术0002 众所周知，可将电缆连接至现代风力涡轮机中机舱内的，例如发电机、转换器或其他。
8、电力设备上。这些电缆通常在塔架的内部延伸，从机舱延伸向塔架的底部。由于机舱必须相对于塔架作偏振运动，也称为偏航运动，所以，这些电缆也必须能够承受一些扭力和/或拉力。通过将电缆设置在塔架中央，可以将电缆中的拉力降至最小，而扭力则成为最重要的问题。由于电缆倾向于扭曲为螺旋状，而螺旋状的扭曲电缆与笔直的电缆相比，需要多一点的长度，这会在电缆中产生一定的拉力，所以电缆通常沿着某种环或框架的圆周布置。0003 为了克服需要额外长度的问题，惯常的做法是在悬挂电缆的底部使用电缆环。该电缆环由超长电缆简单组成，该电缆大致松散地悬挂，以补偿电缆束的扭转。0004 电缆通常悬挂于所谓的电缆套中，该电缆套是机舱中的。
9、主要结构，并位于前述塔架的中央。电缆套为安装在电缆上或电缆周围的固定物，并设有孔眼，电缆可悬挂在这些孔眼中。0005 电缆环组通常设计为可承受720度的扭转。如果电缆的扭转超过限度，风力涡轮机将会停止，机舱将会旋转至例如0度的位置，从而反扭电缆。在现代风力涡轮机中，该功能通常被编程进入总控制系统，并且不需要额外人力即可执行。0006 上述解决方案可从WO 2010/105852 A2得知。多条电缆从机舱的主结构中悬挂出来。电缆位于塔架中央，并以小束方式设于多个圆环的内侧以及外圆周上。通过常见的固定电缆的设备，将电缆固定至所述多个环，也就是，电缆固定设置到所述圆环。最低的环以悬挂的方式设置，当电。
10、缆扭转和反扭时，这种设置方式允许该环上下移动，但该环与电缆固定，一同转动。0007 由于电缆固定在所述环上，当电缆扭转时，电缆的圆环下面和圆环上面将会有弯曲，随着时间的推移，这将损坏电缆，并不得不对其进行更换，导致停转时间和成本增加。0008 WO 2010/108538 A1还公开了用于处理风力涡轮机塔架中的电缆的解决方案，然而，其原理并不相同，电缆安装在多个平板内，最低的平板设置为可对抗转动及上下运动。因此，电缆将在所述平板的通孔中滑进滑出，这很快就会磨损围绕电缆中导体的绝缘层。该问题在某种程度上是因配备带通孔的平板而产生，其中，这些通孔的边缘圆滑，但由于各条电缆扭转，被推向这些边缘，从而。
11、，电缆被磨损及损坏，这样，就会出现短路的情况。WO 2010/108538A1所公开的该解决方案的另一个缺点为，必须通过引导每条电缆通过平板中说 明 书CN 103114973 A2/6页4的多个通孔，而从底部向上安装或从顶部向下安装电缆。该过程既麻烦又费时，而且昂贵。0009 WO 2010/108538所公开的技术方案的另一个问题是消除电缆散发的热，由于电缆以小束的方式设置，在小直径范围内彼此靠得很近。之所以设置小直径的平板，相信是为了试图把电缆在扭转时上下移动的距离减到最短。平板或环的直径小，电缆的移动也小，反之亦然。环或板的小直径也会引致电缆的变形以及对电缆的压力，而且，直径越小，变形。
12、和压力更大。此外，直径越小，电缆束会更紧密靠近，通过对流而散发的热量也会随之减少。0010 CN 202004388U公开了一种用于风力涡轮机的圆形电缆分隔装置，其具有多个指状物，所述指状物沿半径方向从中央部的圆周延伸至所述分隔装置的外部圆周。所述多个指状物之间具有用于容纳电缆的间隙。所述指状物的长度小于电缆直径，电缆通过卡箍固定于间隙内，卡箍将电缆压紧并保持在受压位置。此外，电缆与电缆分隔装置相接触的表面具有尖锐的边缘，扭转时一组电缆使直径最小化，以形成沙漏的形状，从而破坏电缆的绝缘层并最终使其坏掉。此外，当将电缆固定至电缆分隔装置时，电缆会在电缆分隔装置的两侧发生弯曲，随着时间的推移这也会。
13、使电缆受到破坏。0011 CN 201568227U公开了一种类似的电缆分隔装置，其包括用于将电缆固定于原位的指状物。该技术方案也具有上述磨损和弯曲的缺点。此外，该技术方案必须采用一片片地安装，以将电缆设在指状物之间。更进一步，位于最外层圆周上的指状物的厚度小于电缆直径，且电缆既不能保持也不能固定在指状物之间。0012 电缆环结构的直径与电缆的距离或紧密度通常应该平衡，这都是需要考虑的。0013 发明目的0014 本发明的目的是提供一种用于风力涡轮机的电缆环结构，其用于支撑电缆，且当电缆发生扭转时，各条电缆和支撑结构之间并未发生任何明显的移动，并且其安装简单。发明内容0015 如上所述，本发明。
14、涉及一种风力涡轮机，其具有多条电缆，例如从机舱延伸出并向下延伸至塔架的电力电缆，其中，所述电缆设于电缆环结构中，所述电缆环结构包括多个电缆分隔装置。所述电缆分隔装置包括多个指状物，所述指状物沿大致径向方向，自所述电缆分隔装置的第一位置/直径延伸至外圆周/第二直径，从而在所述指状物之间形成多个间隙。本文中，术语“指状物”可以理解为突出部分，例如在开式叶轮或类似物上的叶轮片，术语“指状物”本身并不构成所述指状物形状的基础，而仅是表示所述指状物从中央部延伸出来，并且所述指状物指向径向方向，延伸远离所述中央部。0016 通过设置电缆分隔装置，该电缆分隔装置包括多个指状物，电力电缆和其他类型的电缆或多或。
15、少可以松散或分开地设于两个这种指状物之间的空间内。当机舱相对于塔架偏航，电缆扭转时，这使得电缆可自由将其自身从压力中解脱出来。由于电缆并非固定连接至环或类似物，因此所述电缆常常能够使扭转所引起的压力降至最小。根据本发明，电缆设在开放空间内，在该开放空间内，它们被固定至某种程度，但由于电缆由电缆分隔装置支撑和引导，其仍然能自由移动。此外，电缆分隔装置能够使电缆之间保持一定距离，以使温度最小化，否则，温度可能升高并成为问题。温度很大程度上取决于不同的电缆如何相对于彼此设置，然而，即使当风力涡轮机在高温水平达到其最高温时，电缆之间保持一定距离将使这些电缆处于可接受的温度水平。说 明 书CN 1031。
16、14973 A3/6页50017 本发明的风力涡轮机优选为设有约十四个电缆分隔装置，该电缆分隔装置沿着多条电缆设置，各个电缆分隔装置之间的间距约为一米。从而，电缆环的长度约为十五米。然而，与上文所述相比，该电缆环结构可包括更少或更多的电缆分隔装置，单个间距可更小或更大，从而电缆环的长度也可以更短或更长。0018 在风力涡轮机的一个优选实施例中，其包括上述电缆环，其中多条电缆之间设有多个电缆分隔装置，所述电缆分隔装置可与多条钢线或其他金属丝、绳索、线或皮带装置相连，以承载所述电缆分隔装置。电缆分隔装置可移动地固定于多条长线上，其中所述线承载不止一个的电缆分隔装置，然而，单个电缆分隔装置也可以和多。
17、条线或其他连接装置相连。0019 这样的金属丝长且贯穿的或者短且相互连接的优选为设于与支撑或设置电缆的位置相同的区域，或者邻近与该位置相同的区域。通过大致与电缆直径相同或位置相同的线，电缆分隔装置和电缆之间的相对移动减少或者消失。当电缆环扭转或反扭时，由于各部分一同移动，这避免了电缆和电缆分隔装置之间的磨损。在现有技术中，通常将电缆安装在电缆分隔装置的孔洞中，当电缆环扭转或反扭时，电缆将上下移动，在经过相对较短的时间之后，这将磨损掉包围电缆上导体的绝缘层。0020 指状物可从电缆分隔装置的第一中央区开始，沿径向方向延伸，然而在本发明的风力涡轮机的一个优选实施例中，电缆分隔装置上的指状物从中央部。
18、的外圆周向外延伸。该中央部可以是圆形或者其他具有周长的几何形状。优选为圆形，但由于关键在于多个指状物从所述中央区域或中央部向外延伸，矩形、三角形或甚至是棒状也可以。在两个指状物之间，设有用于一条、两条、三条或多条电缆的间隙或空间，可使该电缆与电缆环中的其他电缆保持一定距离。0021 在本发明的风力涡轮机的一个优选实施例中，所述中央部具有周长和高度，并从而具有朝外的表面，其中，所述表面为凸面，并优选为球面。0022 通过形成该凸面，使电缆和电缆分隔装置之间的接触区域最大化，这将阻止电缆的绝缘外层的磨损。在电缆分隔装置上设置该凸面的另一个优点是，当电缆环扭转时，各条电缆将倾向于斜靠着该表面，从而使。
19、这些电缆在更大的表面上得到支撑。当电缆分隔装置为圆形或者闭合几何环形时，由于电缆在扭转时被推向各个电缆分隔装置的中央，从而被压向所述凸面表面，该优点尤其明显。所述表面的凸面形状也阻止了电缆的弯曲，弯曲的半径小于所述凸面表面的半径，从而阻止了电缆因太过剧烈的弯曲而受损。0023 在本发明的风力涡轮机的另一个实施例中，所述指状物可具有高度和半径长度，并从而具有至少第一表面和第二表面，所述第一表面与另一指状物的第二表面相对，其中，所述表面为凸面，并优选为球面。0024 对于设有带凸面的指状物，理由与以上所述相同，主要的优点在于电缆上的磨损更少，以及控制电缆的弯曲半径。在常规运行中，电缆环设为720度。
20、扭转，可设计并规定电缆分隔装置的尺寸，使其仅仅与所述电缆的表面发生最小的接触。如果风力涡轮机运行时发生控制错误，这种错误随着时间的推移会出现不止一次，这将使电缆环发生大于720度的扭转，那么，电缆分隔装置对电缆的良好支撑可成功阻止电缆的弯曲超过所允许的程度，这确实是很重要的。0025 这可通过本发明的风力涡轮机来实现，其中，所述中央部和/或所述指状物的高度大于100毫米，并优选为大于200毫米或更大。说 明 书CN 103114973 A4/6页60026 此外，本发明的风力涡轮机可具有所述凸面或设计为具有曲线的表面，其中，所述曲线半径大于100毫米，并优选的半径为200毫米或者更大。这在扭转。
21、和极端情形下，将使电缆分隔装置和电缆之间的接触区域更大。0027 在本发明风力涡轮机的一个实施例中，所述中央部为环形并具有外径，所述外径大于300毫米，并优选为大于400毫米，但小于1500毫米。这允许各电缆或电缆束之间保持一定距离，由于空气可以更容易地进入电缆环内部或周围，这有助于使电缆环保持在较低温度。同时，其仍可处理该尺寸的电缆分隔装置，而不会出现以上所提及的任何麻烦。0028 在一个优选实施例中，本发明的风力涡轮机包括电缆分隔装置，该电缆分隔装置具有指状物，所述指状物长度介于30至200毫米之间，并优选为介于50至150毫米之间。通过具有上述长度的指状物，创造了足够大的间隙或空间，可将。
22、一条或多条电缆引导至该间隙或空间中。0029 在本发明的风力涡轮机的另一个实施例中，所述电缆分隔装置包括夹具，所述夹具为卡箍，其内径基本与所述电缆分隔装置的外圆周/第二直径相对应，从而当安装时用一个夹具夹紧或封闭全部所述间隙。通过该卡箍，可用单个卡箍使全部空隙封闭。卡箍的安装很容易就实现，并使电缆保留在间隙中。卡箍可用钢、塑料或其他合适的材料制成，例如其可安装在指状物的末端或凹槽内的指状物的一侧。可选择地，所述卡箍可制为带某种卡圈，该卡圈与电缆分隔装置连接，从而使其保持与指状物的末端相连或者与所述电缆分隔装置相连。0030 在本发明的风力涡轮机的一个实施例中，所述电缆分隔装置可包括至少一个夹具。
23、，其中，所述至少一个夹具包括用于固定在所述电缆分隔装置的外圆周/第二直径的至少一部分上的装置，从而当安装时用一个夹具夹紧或封闭一个或多个所述间隙。同样，仅夹紧一个或多个间隙的这种卡箍可由钢、塑料或其他合适的材料制得，从而可通过合适的装置或在合适的装置中，安装在指状物的末端或指状物/电缆分隔装置的侧面。0031 所述电缆分隔装置可由各种具有所需强度的钢或塑料制成。例如，电缆分隔装置可由覆有塑料或聚合物涂层或表层的钢制得。附图说明0032 现参考附图，仅通过示例，对本发明的实施方式进行描述，其中：0033 图1显示了双叶片部分变桨风力涡轮机。0034 图2显示了风力涡轮机的完整的电缆环装置。003。
24、5 图3显示了具有多条电缆和一个卡箍的电缆分隔装置。0036 图4显示了电缆环装置的顶部。0037 图5显示了电缆环装置的底部。0038 图6显示了电缆环底部的更多细节。0039 图7显示了两种电缆分隔装置的扭转部分。0040 图8显示了根据现有技术方案中的两种电缆分隔装置的部分。0041 在下文中，将对附图逐一进行描述，图中所见的不同部分和位置在不同附图中以相同数字表示。并非在特定附图中示出的所有部分和位置都必须与其数字一同讨论。0042 附图标记列表说 明 书CN 103114973 A5/6页70043 1 风力涡轮机0044 2 叶片0045 3 轮毂0046 4 机舱0047 5 塔。
25、架0048 6 偏航轴承0049 7 电缆0050 8 电缆环结构0051 9 电缆分隔装置0052 10 顶环0053 11 电缆套0054 12 较低位电缆分隔装置0055 13 框架0056 14 塔架侧壁铰链0057 15 较低位电缆分隔装置铰链0058 16 中央部0059 17 中央部凸面0060 18 指状物0061 19 指状物凸面0062 20 卡箍具体实施方式0063 在图1中，可见风力涡轮机1，其包括两个叶片2，该叶片2通过轮毂3安装在机舱4上。机舱4设在塔架5的顶端，偏航轴承6设在所述机舱4和塔架5之间，以使机舱4相对于塔架5转动。在该图中，并不容易看到偏航轴承6。00。
26、64 在常规使用中，风力涡轮机1被引导至相对于风向最有利的方向，通过启动一些偏航设备，可经常调整机舱4的方向。如果不加以控制，可能会使机舱4随着时间的推移不止一次或两次地转动或扭转。由于机舱4内有各种电气设备，例如发电机，在机舱4和塔架5之间设置有多条电力电缆7和/或其他电缆7。0065 由图2可见，这些电缆7设置在所谓的电缆环8中，以防止电缆7缠乱。机舱4通常可转动或扭转720度，这相当于机舱4在每个方向的转动完整的两周。电缆环8包括多个电缆分隔装置9，这些电缆分隔装置9沿电缆7间隔一定距离设置。在电缆环8的顶端，可以看到顶环10，所有单个电缆7都悬挂在该顶环10上。电缆7设置或固定在所谓的。
27、电缆套11内，通过电缆套11，电缆7可以悬挂到该顶环10上。在电缆环结构8的底部，可以看到最低位电缆分隔装置12。该最低位电缆分隔装置12用于阻止旋转，由于该最低位电缆分隔装置12被框架13固定住，因此仅允许其上下移动。通过塔架5侧壁上的铰链14和最低位电缆分隔装置12上的铰链15，将框架13安装到塔架5的内侧壁。0066 在图3中，可更详细地看到电缆分隔装置9。电缆分隔装置9具有圆形中央部16，该中央部16具有朝外的凸面17，多个指状物18从该中央部16开始沿径向延伸。如图中所说 明 书CN 103114973 A6/6页8见，指状物18具有一定的半径长度和两个相对的凸面19。由两个指状物1。
28、8所界定的区域称为间隙，在该间隙中放置包含三条电缆7的电缆束。在所述电缆分隔装置9的顶部，所述电缆分隔装置9的外部圆周处安装有卡箍20。卡箍使得这些间隙封闭并将电缆固定在间隙中。0067 图4详细地显示出顶环10和电缆套11。顶环10安装在机舱4内的主结构上，从而当偏航系统发生调节时，该顶环会随机舱一同转动。未示出的电缆7被从电缆套11引导至其在机舱4内的安装位置。0068 在图5中，可见电缆环结构8底部的框架13的细节，该细节也体现在图2中。由于最低位电缆分隔装置12被固定用来阻止转动，并且由于顶环10被固定至机舱4处的主结构，当机舱4偏航时，所有的电缆分隔装置9将随之转动/扭转。0069 。
29、图6从另一个角度显示了图5所示的电缆环8的底部。此外，还显示了电缆7如何被引导至塔架5内并在风力涡轮机1的不可移动结构上转化为固定的电缆布线。0070 如果机舱4例如偏航了720度，电缆环包括十三个电缆分隔装置9，这些电缆分隔装置9以统一间距沿电缆环结构8设置，每个电缆分隔装置9将经受720/12=60度的扭转。电缆扭转的角度随着电缆分隔装置9的直径和间距而变化。如果带中央部16的电缆分隔装置外径为500毫米、安装间距为1000毫米，电缆环8包括十三个电缆分隔装置9，则可见电缆7的扭转或倾斜的角度约为15度。0071 中央部的直径为500毫米，其周长为：0072 500x=约1571毫米007。
30、3 一个电缆分隔装置相对于另一个电缆分隔装置转动的距离，当转动60度时 相当于旋转整一周的1/6：0074 1571/6=约262毫米0075 Tan=262/1000=约15度0076 然而，这只是一种假设，因为仅仅是在二维中进行计算，而不是在三维中进行计算，这当然会产生小的差异。0077 在图7中，以上计算用图来表示。可见两个电缆分隔装置9，其中，通过使顶部的电缆分隔装置向右移动，可见约60度的扭转。在图中，电缆分隔装置画为，指状物18上的凸面半径为200毫米，指状物18/电缆分隔装置9的高度也是200毫米。指状物18的厚度大约为78毫米，指状物18之间用于容纳电缆7的间隙约为79毫米。图。
31、7中的电缆7画为直径30毫米，且两电缆分隔装置9之间的距离为1000毫米。如以上所计算的，电缆的倾斜度约为15度。从该图可清楚看到，在电缆环结构8完全扭转720度过程中，电缆7几乎不受到任何弯曲。0078 与本发明相比，图8显示了现有技术方案，其中，电缆7固定至两个电缆分隔装置9，该电缆分隔装置9为环形，高度为200毫米，直径为500毫米，间距为1000毫米。电缆7厚度为30毫米，并且固定连接至电缆分隔装置9。从该技术方案明显可见，由于固定连接，电缆7在每个电缆分隔装置9处承受两处弯曲。随着时间的推移这将破坏或损坏电缆，并且不得不对电缆进行昂贵的更换和修复，导致停转时间和其他成本。0079 本发明不限于以上所述实施方式，并且可在不脱离以下权利要求所述的本发明的保护范围的情况下，进行修改或调整。说 明 书CN 103114973 A1/7页9图1说 明 书 附 图CN 103114973 A2/7页10图2说 明 书 附 图CN 103114973 A10。