CN101105173B - 用于组合旋转机器的设备 - Google Patents

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Abstract

用于组合旋转机器的设备，用于包括至少一个叶片和毂组件(104)的风力涡轮发电机(124)中。该毂组件包括至少一个大致圆柱形壁(140)，该壁限定一大致环形的毂空腔(120)；还包括至少一个插入到所述毂空腔并且固定连接到圆柱形壁的大致三角形的机架。该组件另外还包括至少一个叶片连接装置包括，其包括至少一个固定连接到圆柱形壁至少一部分的叶片支撑套筒(112)，装配该套筒用于接收至少风轮机叶片的至少一部分。叶片连接装置也包括至少一个叶片节距轴承(160)，该轴承具有叶片部分(166)和毂部分(164)。所述毂部分和所述叶片部分滑动配合，以及叶片部分径向定位到毂部分的外侧。

Description

用于组合旋转机器的设备
技术领域
本发明总体涉及旋转机器，并且特别涉及用于组合涡轮机毂组件的设备。
通常，风力涡轮发电机包括一涡轮，该涡轮具有带有多个叶片的可旋转毂组件。该毂组件连接到转子。叶片把机械的风能转变成机械的旋转力矩，该力矩通过转子驱动一个或多个发电机。该发电机一般但不是总是通过变速箱旋转连接到转子。变速箱自然地逐步增加用于发电机的转子低旋转速度，从而有效地把旋转的机械能转变成电能，该电能被输送到公用网络。还存在无传动齿轮直接驱动的风力涡轮发电机。转子，发电机，变速箱以及其它的部件一般安装在外壳内，或机舱内，其定位在基座的顶部，该基座可以是构架或管状塔架。
一些已知的毂组件构造将基本重量引导在风轮机塔架顶部，从而有利于把有效能量从风传递到叶片，随后传递到转子。支撑毂组件的机舱的相连的载荷支撑特征使在风塔顶部的增加的重量更容易。然而，风力涡轮发电机的增加的重量可以增加资本和操作成本。
发明内容
一方面，提供一种风力涡轮发电机。该风力涡轮发电机包括至少一个风轮机叶片和一毂组件。该毂组件包括至少一个大致圆柱形壁，该壁限定一大致环形的毂空腔。所述组件还包括至少一个插入到毂空腔的大致三角形的机架并且固定连接到圆柱形壁。所述组件另外还包括至少一个叶片连接设备，该设备具有至少一个固定连接到圆柱形壁至少一部分的叶片支撑套筒。该套筒构造为用于接收风轮机叶片的至少一部分。
另一方面，提供一用于旋转机器的毂组件。该组件包括至少一个大致圆柱形壁，该壁限定一大致环形的毂空腔。所述组件还包括至少一个插入到毂空腔的大致三角形的机架并且固定连接到圆柱形壁。
另一方面，提供一用于风轮机的叶片连接装置。该风轮机具有毂组件。所述装置包括至少一个固定连接到至少一部分的叶片支撑套筒。该套筒构造为用于接收风轮机叶片的至少一部分。
附图说明
图1是优选的风力涡轮发电机的分解的示意图；
图2是优选的毂组件的剖面示意的轴向视图，该毂组件可以和图1示出的风力涡轮发电机一起使用；
图3是图2中示出的毂组件的剖面示意侧视图；
图4是图3中示出的毂组件的弯曲的剖面示意侧视图；以及
图5是可选择的毂组件的弯曲的剖面示意侧视图，该毂组件可以和图1示出的风力涡轮发电机一起使用。
具体实施方式
图1是示范性的风力涡轮发电机100的分解示意图。在示范性的实施例中，风力涡轮发电机100是一水平轴的风轮机。可选择的，风力涡轮发电机100也可以是垂直轴的风轮机。此外，可选择的，风轮机100可以是从纽约州的斯卡奈塔第的通用电子公司购买的1.5兆瓦特(MW)或2.5MW系列的风力涡轮发电机。此外，可选择的，风轮机100可以是本发明描述能够被嵌入的任何风力涡轮发电机。风轮机100包括从塔架或支撑表面(在图1中均未示出)延伸的安装固定设备102。在使用塔架的情况下，塔架的高度基于现有技术中的因素和条件选择。风轮机100还包括毂组件104，外壳106，盖组件108和主机架110。外壳106固定连接到主机架110以及盖组件108可拆卸地连接到主机架110。毂组件104可拆卸地连接到外壳106。毂组件104，外壳106，盖组件108和主机架110协作使得风轮机100内部的载荷支撑以及载荷分配更为容易。盖组件108包括集成的冷却系统(未在图1中示出)，其使得毂104内的风轮机100组件，外壳106以及盖108维持在预定的操作温度参数更为容易。
毂104包括至少一个叶片支撑套筒112，其等距分布在毂104的圆周上。在优选的实施例中，风轮机100有三个叶片支撑套筒112。可选择的，转子108具有多于或少于三个叶片支撑套筒112。另外，在优选的实施例中，套筒112大致上包括连接到毂104并从毂104向外径向延伸的圆柱形部件。可选择的，套筒112可以是使得风轮机100在预定操作参数的任何结构。毂104还包括鼻状元件114，该元件促进风轮机100的气动效率。毂104通过毂面板116和主机架配合面118连接到外壳106。当板116和面118连接时，外壳106的大致环形内表面部分117和板116至少部分地限定空腔120。一主轴承122和支撑部件123定位在空腔120内。轴承122使得毂的径向支撑和毂104的对准更为容易并且包括径向最远表面121。部件123使得风轮机100内部的轴承122的支撑和对准更为容易，并且包括径向内表面119和径向外表面125。表面119在轴承122和部件123定位在空腔120内之前通过摩擦连接到表面121。当将轴承122和部件123定位在空腔120内时表面125通过摩擦连接到表面117。
风力涡轮发电机100还包括发电机124，该发电机使被毂组件104收集的风能容易转换，并且容易把产生的电能随后传送到电分配系统
(在图1中未示出)。一转子(在图1中未示出)旋转连接到毂104并且延伸到发电机124。该转子连接到设置在发电机124内部的旋转的激励器(在图1中未示出)。在优选的实施例中，发电机124是直接驱动发电机，即毂104通过转子直接驱动发电机124激励器。可选择的，一变速箱(在图1中未示出)设置在毂组件104和外壳106内部的发电机124之间，用于通过毂104逐步把旋转速度增加到大致上是同步的发电机124激励器速度。
在优选的实施例中，毂-变速箱/毂-直接驱动发电机连接器126也设置在空腔120内。连接器126使得便于从毂104到发电机1124(在优选的实施例中)或到变速箱(在可选择的实施例中)转子的径向支撑和对准。连接器126包括多个通道128，该通道便于毂104和风轮机100的部分之间的人员和物料的输送，该风轮机限定在外壳106和盖108内。风轮机100的一些可选择的实施例不包括连接器126。
任一叶片支撑套筒112被构造为接收风轮机叶片。在优选的实施例中，毂104接收至少一个风轮机叶片，或者更具体的是三个叶片。在可选择的实施例中，毂104接收任何数量的叶片使得更容易获得风轮机100的预定的操作参数。叶片关于毂104定位使得容易旋转毂104从而通过转子把来自风的动能转变成有效的机械能，随后转变成发电机124内部的电能。在优选的实施例中，叶片的长度在50米(164英尺)和100米(328英尺)之间。可选择的，叶片可以具有达到风轮机100预定操作参数的任何长度。
风轮机100还包括偏转调节部件130，其在一个轴上被用于旋转风轮机以相对风的方向控制各自风轮机100。机构130连接到主机架110以及偏转轴承132和至少一个偏转驱动齿轮(在图1中未示出)，其中轴承132和驱动齿轮都连接到安装固定设备102。轴承132在偏转调节操作期间使得支撑和风轮机的对准更容易。
在一些装配中，控制系统(在图1中未示出)中的一个或多个微控制器用于包括节距和偏转调节，转子速度调节，偏转制动运用以及故障监控整个系统的监控和控制。可选择的，在风轮机100的可选择的实施例中使用分散或集中的控制体系机构。
图2是优选的毂组件104的剖面示意图，该组件可以和图1中的风力涡轮发电机100一起使用。图3是毂组件104的剖面示意侧视图和图4是毂组件的倾斜的剖面示意侧视图。毂104包括可固定连接到鼻状元件114的大致圆柱形的外壁140。鼻114和壁140限定一毂空腔142。毂104还包括固定连接到壁140的多个多边形叶片凸缘板144。板144以大致三角的构造装配在空腔142中，其中至少一个板144大致平行于主机架110。在优选的实施例中，板144和壁140通过一些方法单独形成，这些方法包括但不限定于锻造和铸造。此外，在优选的实施例中，板144焊接到空腔142中的壁140。可选择的，板144通过一些方法连接到壁140，这些方法包括但不限定于保持装置，例如螺栓和螺母，以及焊接方法和现有技术中已知的设备。此外，可选择的，毂104通过一些方法形成带有与壁140成为整体的板144，这些方法包括但不限定于铸造和锻造。毂104还包括大致环形的前凸缘板146，定位在向前的部分中，即和大致环形后凸缘板116相对的毂104的鼻114端，定位在一向后的部分中，即毂104的发电机124末端。板146限定一个大致环形的通道148，该通道使得人员和物料输送到鼻114的内部更为容易。在优选的实施例中，板146通过一些包括但不限定于锻造和铸造的方法形成并且焊接到壁140。可选择的，板146通过一些方法连接到壁140，这些方法包括但不限定于保持装置，例如螺栓和螺母，以及焊接方法和现有技术中已知的设备。另外，可选择的，板146通过一些方法和毂104一体形成，这些方法包括但不限定于锻造和铸造。毂面板116大致环形并且包括一通道150，该通道构造为接收大致环形的支撑板123和连接器126。风轮机100的一些可选择的实施例不包括连接器126。在优选的实施例中，板116通过一些包括但不限定于锻造和铸造的方法形成并且焊接到壁140。可选择的，板116通过一些方法连接到壁140，这些方法包括但不限定于保持装置，例如螺栓和螺母，以及焊接方法和现有技术中已知的设备。此外，可选择的，板116通过一些方法和毂104一体形成，这些方法包括但不限定于锻造和铸造。
毂104还包括多个支撑板152。在优选的实施例中，六个板152定位在空腔142中，即三个板152定位在毂104的鼻114末端上，三个板152定位在毂104的发电机124末端上。任一板152是带有至少四个圆周边的多边形。相对定位在毂104的鼻114末端上的三个板152，任一板152的一个末端连接到板146的径向内部部分。任一板152相对侧连接到壁140。板152的剩余两侧连接到两个相连的凸缘板144中的任一个，因此空腔154由任一板152，壁140，板144和板146限定。相似的，对于定位在毂104的发电机124末端上的三个板152，板152的一个末端连接到后凸缘板116的径向内部部分。任一板152的相对侧连接到壁140。板152的剩余两侧连接到两个相连的凸缘板144中的任一个，因此空腔154由任一板152，壁140，板144和板116限定。在优选的实施例中，板152通过一些包括但不限定于锻造和铸造的方法形成并且焊接到壁140，凸缘板144，和/或板146和116。可选择的，板152通过一些方法连接到壁140，凸缘板144，和/或板146和116，这些方法包括但不限定于保持装置，例如螺栓和螺母，以及焊接方法和现有技术中已知的设备。此外，板152通过一些方法和毂104一体形成，这些方法包括但不限定于锻造和铸造。
在优选的实施例中，支撑套筒112通过一些包括但不限定于锻造和铸造的方法形成并且焊接到壁140和凸缘板144。可选择的，支撑套筒112经过一些方法连接到壁140，这些方法包括但不限定于保持装置，例如螺栓和螺母，以及焊接方法和现有技术中已知的设备。此外，可选择的，套筒112通过一些方法和毂104一体形成，这些方法包括但不限定于锻造和铸造。支撑套筒112使得叶片的支撑和对准更为容易。支撑套筒112，壁140和板144限定多个空腔156。
上述的用于组合毂组件104的方法和设备有时指双壁结构，由于套筒112，壁140和板144，146，116和152的加强特征，使得毂104增强的载荷支撑和载荷转移特征更为容易。此外，在优选的实施例中，轻质材料包括但不限定于铝合金和陶瓷复合材料，用于制造本文中所述毂104部件。因此，包括限定空腔154和156的上述的用于组合毂组件104的方法和设备有利于降低毂104的重量。
任一叶片凸缘板144限定但不伸入一大致环形的通道158，该通道构造用于接收叶片节距轴承160和叶片(未示出)。支撑套筒112使得在通道158内部叶片的支撑和对准更为容易。至少一个节距驱动机构162沿着节距轴(未示出)调节叶片的节距。通常，任一叶片接收一个机构162。这样，叶片可以从中心或非偏移的位置偏转和/或旋转到偏移位置，并且通过调节暴露到风力区的叶片的表面积更容易提高或降低叶片旋转速度。在优选的实施例中，叶片的节距被单独控制。然而，在一些实施例中，两个或多个叶片的节距作为一个组被控制。轴承160使得叶片的节距运动和通道158内叶片的支撑和对准更为容易。
轴承160包括固定的径向内部毂部分164和旋转的径向外部叶片部分166。在优选的实施例中，部分164通过一些方法连接到至少一个叶片凸缘板144，这些方法包括但不限定于保持装置例如螺栓和螺母(未示出)。可选择的，部分164通过一些方法连接到至少一个叶片凸缘板144，这些方法包括但不限定于焊接。部分166滑动地连接到部分164和支撑套筒112，叶片通过一些方法连接到部分，所述方法包括但不限定于保持装置例如螺栓和螺母(未示出)。任一轴承160还包括轴承锁定装置(未示出)，其定位在轴承锁定装置通道167内。锁定装置在一些操作期间更有利于维持相连的叶片大致固定，这些操作包括但不限定于维护停止阶段。
为了便于从毂空腔142内接触到保持装置，多个保持装置的通道168形成在凸缘板144，内部部分164和外部部分166内部并构造为允许所述接触。此外，在通道158内部定位轴承160允许从毂空腔142内的接触，从而有利于减少润滑材料释放到毂104外部的危险。
图5是可选择的毂组件204的倾斜的剖面示意侧视图，该组件可以和风力涡轮发电机100(如图1所示)一起使用。除了多个可选择的多边形叶片凸缘板244被固定连接到可选择的大致圆柱形壁240，组件204大致和组件104相似(如图1，2，3和4所示)。在可选择的实施例中，板244延伸形成两个用于任一叶片(未示出)的叶片凸缘板通道258。在可选择的实施例中，叶片构造为有两个延伸的叉子(未示出)，其被构造用于容纳在通道258内部。另外可选择的实施例包括任何数量的通道258，该通道使得在本文中描述的风轮机100操作更为容易。
本文中描述的用于风力涡轮发电机的方法和设备使得风力涡轮发电机的操作更为容易。此外，上述的风力涡轮发电机毂组件使得能量转化方案更有利和有效。坚固的毂组件有利于增加的载荷支撑和载荷转移特征。此外，毂组件有利于降低风力涡轮发电机的重量。这样的毂组件还有利于风力涡轮发电机的稳定，并且减少维护成本以及风力涡轮发电机的停机。
和风力涡轮发电机相连的风轮机毂组件的优选实施例在以上被详细描述。所述方法，设备和系统不限定于本文中描述的具体实施例也不限定于具体描述的风力涡轮发电机。
本发明依据多个实施例已经被描述，本发明的普通技术人员能够认识到本发明在权利要求书的精神和范围内能够进行变形。
用于组合旋转机器的设备
  100   风轮机
  102   安装固定设备
  104   毂组件
  106   外壳
  108   盖组件
  110   主机架
  112   叶片支撑管
  114   鼻
  116   毂面板
  117   内部表面部分
  118   机架配合面
  119   内部表面
  120   空腔
  121   最外部表面
  122   主轴承
  123   支撑部件
  124   发电机
  125   外部表面
  126   连接器
  128   通道
  130   偏转调节机构
  132   偏转轴承
  140   圆柱外壁
  142   毂空腔
  144   凸缘板
  146   前凸缘板
  148   圆形通道
  150   通道
  152   支撑板
  154   空腔
  156   空腔
  158   环形通道
  160   叶片节距轴承
  162   节距驱动机构
  164   内部毂部分
  166   外部叶片部分
  167   轴承锁定装置通道
  168   保持装置通道
  204   毂组件
  240   圆柱形壁
  244   多边形叶片凸缘板
  258   通道

Claims (16)

1.一种风力涡轮发电机(124)，包括：
至少一个风轮机叶片；和
一毂组件(104)，包括：
一圆柱形壁(140)，该圆柱形壁限定一毂空腔(142)；
至少一个插入到所述毂空腔的三角形机架，其中，所述至少一个三角形机架包括固定连接到所述圆柱形壁的多个凸缘板，所述多个凸缘板限定至少一个通道，但不伸入该至少一个通道，所述多个凸缘板包括：
连接到所述圆柱形壁的多个叶片凸缘板；
连接到所述圆柱形壁的前凸缘板；
连接到所述圆柱形壁的后凸缘板；和
连接到所述圆柱形壁、所述多个叶片凸缘板、所述前凸缘板和所述后凸缘板的多个支撑板；
至少一个叶片连接装置，包括至少一个固定连接到所述圆柱形壁的至少一部分的叶片支撑套筒(112)，所述至少一个叶片支撑套筒构造用于接收所述风轮机叶片的至少一部分；以及
一叶片节距轴承，该叶片节距轴承包括一叶片部分和一毂部分，该毂部分滑动地连接到所述叶片部分。
2.如权利要求1所述风力涡轮发电机(124)，其中所述多个凸缘板限定了多个通道(148，150)和多个空腔(154，156)，每个所述通道被构造用于接收所述叶片节距轴承(160)。
3.如权利要求1所述风力涡轮发电机(124)，其中所述叶片部分(166)径向定位在所述毂部分(164)的外侧，所述毂部分是固定的并且固定连接到所述多个叶片凸缘板的至少一个。
4.如权利要求1所述风力涡轮发电机(124)，其中所述叶片部分(166)滑动配合所述支撑套筒(112)，并且旋转连接到一叶片节距驱动机构(162)，并被装配用于接收所述叶片。
5.如权利要求1所述风力涡轮发电机(124)，其中所述支撑套筒(112)包括圆柱形部件，该部件连接到所述圆柱形壁(140)并且从所述圆柱形壁向外径向延伸。
6.用于旋转机器的毂组件(104)，包括：
一圆柱形壁(140)，该圆柱形壁限定一毂空腔(120)；
至少一个插入到所述毂空腔(142)的三角形机架，其中，所述至少一个三角形机架包括固定连接到圆柱形壁的多个凸缘板，所述多个凸缘板限定至少一个通道，但不伸入该至少一个通道，所述多个凸缘板包括：
连接到所述圆柱形壁的多个叶片凸缘板；
连接到所述圆柱形壁的前凸缘板；
连接到所述圆柱形壁的后凸缘板；和
连接到所述圆柱形壁、所述多个叶片凸缘板、所述前凸缘板和所述后凸缘板的多个支撑板；以及
一叶片节距轴承，该叶片节距轴承包括一叶片部分和一毂部分，该毂部分滑动地连接到所述叶片部分。
7.如权利要求6所述毂组件(104)，其中所述多个凸缘板限定多个通道和多个空腔。
8.如权利要求7所述的毂组件(104)，其中所述多个通道中的至少一个被构造用于接收所述叶片节距轴承。
9.如权利要求8所述的毂组件(104)，其中所述叶片节距轴承包括连接到所述叶片凸缘板的固定部分。
10.如权利要求7所述的毂组件(104)，其中所述多个通道是接触通道。
11.如权利要求6所述的毂组件(104)，进一步包括至少一个连接到所述壁的至少一部分的叶片支撑套筒。
12.用于风轮机(100)的叶片连接装置，所述风轮机具有一个毂组件(104)，所述装置包括：
多个凸缘板，该多个凸缘板固定连接到该毂组件的至少一部分，所述多个凸缘板包括：
多个叶片凸缘板；
前凸缘板；
后凸缘板；和
连接到所述多个叶片凸缘板、所述前凸缘板和所述后凸缘板的多个支撑板；
至少一个固定连接到所述多个凸缘板的至少一部分的叶片支撑套筒(112)，所述套筒和所述多个凸缘板配合限定至少一个通道，但不伸入该至少一个通道，所述套筒被构造为接收风轮机叶片的至少一部分以便于相对于所述套筒对准风轮机叶片；以及
一叶片节距轴承，该叶片节距轴承包括一叶片部分和一毂部分，该毂部分滑动地连接到所述叶片部分。
13.如权利要求12所述的叶片连接装置，其中所述支撑套筒包括连接到毂组件并向外径向延伸的圆柱形壁。
14.如权利要求12所述的叶片连接装置，其中所述毂部分是固定的，并固定连接到毂组件，该毂部分包括能够从毂组件内接触的保持装置通道。
15.如权利要求12所述的叶片连接装置，其中所述叶片部分滑动配合所述支撑套筒，并且旋转连接到一叶片节距驱动机构，并被构造成用于接收叶片。
16.如权利要求12所述的叶片连接装置，其中所述叶片部分径向定位在所述毂部分的外侧。
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