[发明专利]单点系泊风力涡轮机

说明书

具有布置在塔架(10)上的转子(20)的单点系泊风力涡轮机(100′)，其特征在于抵消由转子扭矩引起的风力涡轮机(100′)的摇摆的设计。

本发明涉及一种具有布置在塔架上的转子的单点系泊风力涡轮机。特别地，本发明涉及一种具有浮动基座的单点系泊风力涡轮机，其具有布置在一个平面中的至少两个浮力体。

单点系泊风力涡轮机尤其从US 2011 140 451 A1、EP 1 269 018 A1、DE 10 2013111 115 B3、EP 3 019 740 B1和DE 10 2016 118 079 B3中为人所知。尤其是，这些发电机都具有浮动基座，该基座安装为使得基座仅能围绕一个点旋转，因此由于这种特殊类型的锚点(锚固)，可以省去能量转换单元和塔架顶部之间用于风向跟踪的单独的设备。相反，这些被设计为下风转轮的风力涡轮机的风向跟踪独立进行，因为浮动单点系泊风力涡轮机根据风向围绕着锚点将自身与风对齐。类似于船舶往返于锚定浮标的所谓的摇摆(Schwojen)，涡轮机在风中的自对齐也可以描述为摇摆。浮动风力涡轮机围绕着锚点的摇摆几乎主要是由于风向的变化，风力涡轮机锚定所在的水的流向的变化仅起很小的作用。根据EP 3 019 740 B1，风中自对齐的设计还允许将转子或能量转换单元上产生的负载直接引入基座中，不会在塔架上产生弯矩，而是从那里直接引入锚点，并因此引入浮动风力涡轮机锚定所在的水底。

这样的涡轮机相对于多锚定的并因而基本上不可旋转的、在塔架顶部具有(主动)风向跟踪系统的涡轮机的根本优势在于，由于在塔架和吊舱之间没有横摆系统，因此单点系泊风力涡轮机的头部重量可以显著降低，这又减少了支撑具有转子的塔架的浮动基座的建设工作。

在单点系泊风力涡轮机的研究和开发过程中，本申请的发明人意识到这样的事实，即这种风力涡轮机在运行时由于转子的扭矩而倾向于沿转子的旋转方向侧倾。在大型海上涡轮机的情况下，该倾斜角α为大约2°到约7°之间。

单点系泊风力涡轮机的倾斜又意味着在单点系泊风力涡轮机的俯视图中，单点系泊风力涡轮机的锚定点(即枢转点)与向一侧侧倾的涡轮机的转子轴线之间的预定线不再与风向相同，使得在锚定点周围形成了扭矩，并且整个涡轮机都在风向外旋转(不沿风向旋转)。如果沿着风向看旋转方向为顺时针方向，则从上方观看时，涡轮机首先向右倾斜(侧倾)，然后整个涡轮机向左转动。转子轴线相对于风向的最终偏差达到介于大约20°至大约40°之间的值，因此，能预料由于转子扭矩引起的风向偏差产生的高达25-30％的(不可接受的)能量损失。

出于本专利申请的目的，锚定点是单点系泊系统的枢转点。

因此，运行中的浮动单点系泊风力涡轮机的摆动具有除了水流变化引起的可忽略部分和风向变化引起的为了维持涡轮机的运行的部分之外，还具有由于转子扭矩产生的对涡轮效率有负面影响的部分。换句话说，浮动单点系泊风力涡轮机的摇摆是由风、流动和转子旋转作用在涡轮机上的力和力矩的结果。

下面使用附图更详细地说明这一关系。其中：

图1(a)示出了在无扭矩状态下的浮动风力涡轮机的沿风向观察的示意性前视图，(b)示出在无扭矩状态下的浮动风力涡轮机的俯视图；以及

图2(a)示出在具有转子扭矩的运行状态下的图1所示的浮动风力涡轮机沿风向观察的示意性前视图，以及(b)示出在具有转子扭矩的运行状态下来自图1的浮动风力涡轮机的示意性俯视图。

图1a示出了根据现有技术的特别优选的浮动风力涡轮机100的沿风向观察的示意性前视图，其中同一涡轮机100在图1b中再次以俯视图示出。涡轮机100形成为单点系泊风力涡轮机100，其中如从DE 10 2016 118 079 B3中所知，涡轮机100的锚定点或枢转点200位于浮动风力涡轮机100的浮动基座的长臂的自由端处。还可见的是将风力涡轮机100锚定到水底的锚线210和将风力涡轮机连接到电网的海底电缆220。