CN101220797B - 用于形成风力涡轮机机器的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于形成风力涡轮机机器的方法及设备，风力涡轮机(100)包括机舱(106)，其连接于整体的管状底板(204)上。本发明促进风力涡轮机的运行，具体地，上述的管状底板和覆盖机舱结构促进有效并显著的机械负荷的转移方案。同时，坚固的机舱结构促进基建成本的降低。这种机舱结构还促进风力涡轮机的可靠性，并减少了维护成本和风力涡轮机的运转中断。

Description

用于形成风力涡轮机机器的方法及设备
技术领域
本发明大体涉及旋转机器，及更具体地，涉及用于组装及运行风力涡轮机机器的方法及设备。
背景技术
通常，风力涡轮机(wind turbine)包括具有多个叶片的转子。叶片附接于在这些转子上的可旋转轮轴上，叶片将机械的风能转换成机械的旋转扭矩，旋转扭矩驱动一个或多个发电机。发电机通常但不总是通过齿轮箱旋转地配接于转子上。齿轮箱为发电机增加涡轮转子的固有低旋转速度，以有效地将旋转的机械能转变成电能，电能供应给实用电网。还存在无齿轮引导驱动风力涡轮发电机。转子、发电机、齿轮箱及其它构件通常安装于机壳或机舱内，机壳或机舱内安置于底座的顶部，底座可以为支架或管状塔。
一些已知的机舱构造在风力涡轮塔的顶部引入充分的重量，以促进对安置于内的风力涡轮构件的支承。这些机舱的相关的负荷支承特征在风力塔的顶部增加了重量。增加的重量趋向于增加资金及运行成本。
发明内容
在一方面，提供的风力涡轮机包括连接于整体管状底板(tubebedplate)上的机舱(nacelle)。
在另一方面，为风力涡轮机提供机舱和底板结构。结构包括连接于整体管状底板的覆盖机舱。
在另一方面，提供为风力涡轮机形成底板结构的方法。方法包括形成管状部件并从管状部件形成两个互补的管状底板。
在另一方面，提供为风力涡轮机形成机舱的方法。方法包括形成具有顶部边缘的底部部件，形成具有底部边缘的顶部部件，底部边缘在形状上与顶部边缘互补，并沿顶部边缘和底部边缘将底部部件附接至顶部部件上，以使机舱为具有封闭的第一端及敞开的第二端的覆盖机舱。
在另一方面，提供形成风力涡轮机的方法。方法包括从管状部件形成整体底板结构，以使底板具有成形的敞开的第一端，形成具有封闭的第一端和成形的第二开启端的覆盖机舱，并将底板的第一端附接于覆盖机舱的第二端，以形成覆盖机舱及管状底板结构。
附图说明
图1为示例性的风力涡轮机的示意图；
图2为使用覆盖机舱构造风力涡轮机机器头部的示意图，及在一个实施例中，管状底板用于示于图1的示例性的风力涡轮机；
图3为示例性的覆盖机舱及管状底板结构的不完全的截面示意图，在一个实施例中，用于示于图1的机舱；
图4为示例性的管状底板结构的示意图，使用带有接合缝和/或焊合缝的两块或多块板构造；
图5为示例性的覆盖机舱结构的示意图，使用带有接合缝和/或焊合缝的两块或多块板构造；
图6为示例性的覆盖机舱及管状底板结构的不完全的截面示意图，示出了安装的机器头部实体；
图7为另一示例性的覆盖机舱及管状底板结构的不完全的截面示意图，示出了另外安装的机器头部实体；
图8为示例性的覆盖机舱及管状底板结构的不完全的截面示意图，示出了可选的机器头部实体的安装；及
图9为示例性的覆盖机舱及管状底板结构的不完全的截面示意图，示出了另一可选的机器头部实体的安装。
零件列表
    100     风力涡轮机
    102     塔
    104     塔支承表面
    106     机舱
    108     转子
    110     轮轴
    112     叶片
    114     旋转轴线
    118     俯仰轴线(pitch axis)
    120     叶片根部
    122     负荷传递区域
    200     风力涡轮机
    202     覆盖机舱
    204     管状底板
    206     塔
    208     轮轴界面
    210     偏航驱动界面
    212     塔界面
    214     转子轮轴
    216     主转子轴
    218     齿轮箱
    220     发电机
    222     柔性配接件
    224     主轴承安装件
    226     齿轮箱安装件
    228     发电机安装件
    230     上箱安装件
    300     部件
    302     底部开口
    304     盘形段
    306     第一端
    308     第二端
    310     顶部部件
    312     底部部件
    314     接合缝
    316     封闭的第一端
    318     敞开的第二端
    330     管状底板结构
    332     齿轮箱安装件
    334     焊接托架
    336     齿轮箱
    338     主轴承安装件
    340     焊接支承件
    342     座架(pillow block bearing)
    344     行走平台
    350     管状底板结构
    352     主轴承安装件
    354     托架
    356     座架
    358     底部
    370     管状底板结构
    370     管状底板结构
    372     热交换器
    374     热交换器安装托架
    376     齿轮箱
    378     安装托架
具体实施方式
图1为示例性的风力涡轮机100的示意图。在示例性的实施例中，风力涡轮机100为水平轴线风力涡轮机。或者，风力涡轮机100为垂直轴线风力涡轮机。风力涡轮机100具有自支承表面104延伸的塔102，机舱106安装于塔102上，且转子108配接于机舱106上。转子108具有可旋转的轮轴110，及多个配接于轮轴110上的转子叶片112。在示例性的实施例中，转子108具有三个转子叶片112。在可选的实施例中，转子108包括多于或少于三个的转子叶片112。在示例性的实施例中，塔102由钢管构成，并具有延伸于支承表面104和机舱106之间的腔(未示于图1中)。在可选的实施例中，塔102为网格塔。基于已知于本技术领域的因素和条件选择塔102的高度。
叶片112围绕转子轮轴110安置，以促进转子108的旋转，以将来自风力的动能转换成可用的机械能，并随后转换成电能。通过在多个负荷转移区域处将叶片根部120配接于轮轴110上而将叶片112配合于轮轴110上。负荷转移区域122具有轮轴负荷转移区域及叶片负荷转移区域(均示于图1中)。产生于叶片112的负荷通过负荷转移区域122转移至轮轴110。
在示例性的实施例中，叶片112具有的长度介于50米(m)(164英尺)及100米(m)(328英尺)之间。或者，叶片112可具有任意长度。在风吹打叶片112时，转子108围绕旋转轴线114旋转。在叶片112旋转及承受离心力时，叶片112承受各种弯曲力矩及其它运行压力。同样地，叶片112可以自中立的或非偏离的位置偏离和/或旋转至偏离位置，且相关的压力或负荷可产生于叶片112中。然而，叶片112的俯仰角(pitchangle)，即，确定相对于风向的叶片112的透视的角度，可以通过俯仰调节机构(未示于图1中)改变，以通过调节暴露于风力矢量的叶片112的表面积而促进增加或减小叶片112的速度。示出了用于叶片112的俯仰轴线118。在示例性的实施例中，单独地控制叶片112的俯仰。或者，可以作为一组而控制叶片的俯仰。
在一些构造中，控制系统(未示于图1中)中的一个或多个微控制器用于整个系统的监控，并控制包括俯仰和转子速度调整、偏航驱动和偏航减速应用、及错误监控。或者，分布式的或集中的控制构造用于风力涡轮机100的可选实施例中。
在示例性的实施例中，机舱106由坚固的、重量轻的、管状材料构成，成形的范围在厚度上从大约1至20毫米(mm)(0.039至0.787英寸(in))，厚度至少部分地由预先确定的风力负荷确定。材料包括但不限于铝合金、钢合金、纤维增强化合物或达到预先确定的运行参数的任何其它材料。运行参数包括但不限于，减轻塔102顶部处的重量负荷，提供足够的材料强度以抵抗当地的环境条件。由系统100及机舱106内的其它构件聚集负荷，有效且显著地将负荷转移至底座102，随后将负荷转移至塔支承表面104，并抵抗产生于机舱106内的作为这些负荷导致结果的剪切力。在示例性的实施例中，机舱106的重量比一些已知的机舱减小大约20％到30％。管状构成方法通常包括使用标准的成形及加工方法的大多数产品特征，由此促进制造成本的降低。在示例性的实施例中，组装管状部分，以通过保持零件方法而成形机舱106，方法包括但不限于，铆接及螺接。或者，焊接方法可以用于连接片和/或板。以及，机舱106或者可以浇铸或铸造成整体部件，其附有前述的运行参数。
图2为包括覆盖机舱(cap nacelle)202及管状底板204的风力涡轮机200的示意图。风力涡轮机200的各种构件容置于覆盖机舱202内，在风力涡轮机200的塔206的顶部。
图3为风力涡轮机200的覆盖机舱202及管状底板204的不完全的截面示图。风力涡轮机200的各种构件安置于覆盖机舱202内，且管状底板结构204在风力涡轮机200的塔206的顶部。在示例性的实施例中，风力涡轮机200的机器头部实体与内部子系统一起示出。内部子系统与覆盖机舱202及管状底板204形成一体。管状底板204为轮轴界面(interface)208、偏航(yaw)驱动界面210及塔界面212提供开口。转子轮轴214旋转地配接于主转子轴216上，主转子轴216直接配接于齿轮箱218上。齿轮箱218用柔性配接件222旋转地配接到发电机220上。同样安置于覆盖机舱202及管状底板204内的有主轴承安装件224、齿轮箱安装件226、一对发电机安装件228及上箱安装件230。
运行中，将与主转子轴216相关联的负荷及配接于主转子轴216上的设备转移至覆盖机舱202和/或管状底板204。例如，叶片112的旋转的和弯曲的负荷通过转子轮轴214转移至主转子轴216。转移负荷并将负荷在整个覆盖机舱202和/或管状底板204上大致均匀分布。在可选的实施例中，安置于覆盖机舱202和管状底板204中的另外的构件以与前述相似的方法配接于覆盖机舱202和管状底板204上，以进一步促进风力涡轮机200内有效并显著的负荷转移。
用坚固的、重量轻的材料构成覆盖机舱202和/或管状底板204，成形的方法包括但不限于，铸造、注射成型合成物、锻造及加工。这些材料包括但不限于，铝合金、合成物、钢合金或达到先前确定的运行参数的任何其它材料。运行参数包括但不限于，提供足够的材料强度以抵抗当地的环境条件，聚集来自覆盖机舱202和管状底板204中的构件的负荷，及有效并显著地将负荷转移至覆盖机舱202和/或管状底板204中。
图4为用于形成两个管状底板204的整体构件300的示意图。在一个实施例中，用部件300剪切两个相同的板而形成管状底板204。在可选的实施例中，用部件300剪切的板是不同的。通过移动管状底板204的段304将底部开口302提供给管状底板204，以提供通过管状底板204的塔通路。在一个实施例中，段304具有圆盘形状，并用于机舱106(示于图1)的变硬和/或托架的构成。管状底板204包括具有合适形状的第一端306，并具有圆形形状的第二端308。在一个实施例中，用形成塔206(示于图2)的相同的原材料来形成管状底板204。
在一个实施例中，所有的机器头部实体直接安装于管状底板204上。这种实体包括但不限于，主轴承(未示于图4)、齿轮箱(未示于图4)、发电机(未示于图4)、上箱(即电子机柜，未示于图4)、热交换器(未示于图4)、偏航驱动(未示于图4)、及覆盖机舱(未示于图4)。根据对它们的描述而显然的是，管状底板204是主要结构基础，在管状底板204上，安装有所有的或基本所有的机器头部实体。
图5为覆盖机舱202的示意图。在示例性的实施例中，覆盖机舱202包括具有底部边缘的顶部部件310，及具有顶部边缘的底部部件312。底部边缘在形状上与顶部边缘互补。底部部件用焊合缝和/或接合缝314附接于顶部部件，焊合缝和/或接合缝314通过底部边缘附接于顶部边缘而形成。成形的覆盖机舱202包括封闭的第一端316及敞开的第二端318，第二端318具有合适的形状配置，以与管状底板204的成形的第一端306配合。在可选的实施例中，使用带有焊合缝和/或接合缝的三块或更多的板构造覆盖机舱。覆盖机舱202构造成具有带弯曲外形的圆角和边缘的整合部件。
图6为示例性的覆盖机舱和管状底板结构330的不完全的截面示意图。在示例性的实施例中，示出了将内部构件安装于机舱中的一个示例的结构。齿轮箱安装件332包括直接安装于管状底板204上的一对焊接的托架334。在可选的实施例中，焊接的托架334是不用定制的物品，其直接焊接于管的内侧。在示例性的实施例中，焊接托架334促进齿轮箱336的支承和排列。
图7为覆盖机舱和管状底板结构330的另一不完全的截面示意图，示出了主轴承安装件338。主轴承安装件338包括焊接的支承件340，配置成促进座架342的支承和排列。在一个实施例中，焊接支承件340直接焊接于管状底板204上。显示的行走平台344便于需要人员在围住的区域内占用及穿过而进行检查和其它运行活动。
图8为覆盖机舱和管状底板结构350的不完全的截面示意图。覆盖机舱和管状底板结构350利用安装机舱内部构件的第二示例的结构。主轴承安装件352包括托架354，由自管状底板204移除的盘形段304(示出图4)形成。托架354促进座架356的支承和排列，并直接焊接于管状底板204的内侧和座架356的底部358。由于段304的弯曲，托架354提供另外的坚硬的优点。在一个实施例中，发电机和其它构件直接安装于管状底板204的后部区域。
图9为覆盖机舱和管状底板结构370的不完全的截面示意图。覆盖机舱和管状底板结构370利用安装机舱内部构件的第三示例的结构。头部交换器372安装于管状底板204的顶部的内侧，具有一对热交换器安装托架374。另外，齿轮箱376安装于管状底板204的底部，具有一对安装托架378。如可以理解的，其它机器头部实体也可安装于管状底板204的顶部。另外，机器头部实体还可以安装于管状底板204的侧边。关于机器头部实体的安装的这种灵活性提供容易的维护并减少构件的移除，直接并有效通风至管状底板204的外侧，更容易到达其它设备和管道设备。
总之，描述于此处的管状底板和覆盖机舱结构件的任何结合可用于管状底板204和覆盖机舱202内，以达到如描述于此处预先确定的运行参数。
描述于此处的构造风力涡轮机机舱的方法及设备促进风力涡轮机的运行。更具体地，上述的管状底板和覆盖机舱结构促进有效并显著的机械负荷的转移方案。同时，坚固的机舱结构促进基建成本的降低。这种机舱结构还促进风力涡轮机的可靠性，并减少了维护成本和风力涡轮机的运转中断。
与风力涡轮发电机相关联的风力涡轮机结构的示例性的实施例已于前详细描述。示例的结构、设备及系统不限于描述于此处的特别的实施例，也不限于特别的图示的风力涡轮发电机。虽然本发明已用各种特别的实施例的术语描述，熟知本技术领域的那些技术人员可以理解，本发明可用权利要求的精神和范围之内的变型实施。

Claims (15)

1.一种风力涡轮机(100)，包括：
整体的管状底板(204)，其包括成形的第一端和与塔相连通的开口，所述开口通过移除圆盘而形成且所述整体的管状底板具有直径；
管状机舱(106)，所述机舱(106)连接于所述整体的管状底板(204)上且具有等于所述整体的管状底板的直径的直径，所述机舱包括封闭的第一端和敞开的第二端，所述敞开的第二端配置成与所述整体的管状底板的所述成形的第一端相配合；和
用于安装齿轮箱或主轴承的托架，所述托架连接至所述整体的管状底板的内表面，所述托架由从所述整体的管状底板移除的所述圆盘形成。
2.如权利要求1所述的风力涡轮机(100)，其特征在于：所述机舱(106)包括覆盖机舱(202)。
3.如权利要求2所述的风力涡轮机(100)，其特征在于：所述覆盖机舱包括焊接在一起的顶部部件(310)及底部部件(312)。
4.如权利要求1所述的风力涡轮机(100)，其特征在于：所述管状底板(204)由单个管状部件形成。
5.如权利要求1所述的风力涡轮机(100)，其特征在于：所述开口通过移除穿孔盘而形成。
6.如权利要求1所述的风力涡轮机(100)，其特征在于：还包括齿轮箱(218)和主轴承中的至少一个，其以至少一个托架(354)安装于所述管状底板(204)上。
7.如权利要求1所述的风力涡轮机(100)，其特征在于：所述管状底板(204)配置成具有安装于其上的所有机器头部实体。
8.如权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于：所述管状底板配置成具有安装于其上的主轴承、齿轮箱、发电机、上箱、热交换器和偏航驱动中的至少一个。
9.如权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于：所述管状底板由用于制造所述风力涡轮机的塔的相同的原材料制造。
10.一种用于风力涡轮机的机舱和底板结构，所述结构包括：
整体的管状底板，其包括成形的第一端和与塔相连通的开口，所述开口通过移除圆盘而形成且所述整体的管状底板具有直径；
覆盖机舱，所述覆盖机舱具有等于所述整体的管状底板的直径的直径，所述覆盖机舱包括封闭的第一端和敞开的第二端，所述敞开的第二端配置成与所述整体的管状底板的所述成形的第一端相配合；和
用于安装齿轮箱或主轴承的托架，所述托架配置成连接至所述整体的管状底板的内表面，所述托架由从所述整体的管状底板移除的所述圆盘形成。
11.如权利要求10所述的结构，其特征在于：所述覆盖机舱包括顶部部件，所述顶部部件连接到底部部件上以便形成所述封闭的第一端和所述敞开的第二端。
12.如权利要求10所述的结构，其特征在于：所述整体的管状底板的所述开口通过从所述整体的管状底板移除穿孔盘而形成。
13.一种形成风力涡轮机的方法，所述方法包括：
从管状部件形成整体的底板结构，以使所述整体的底板结构具有成形的敞开的第一端；
形成具有封闭的第一端和成形的第二开启端的覆盖机舱；
将所述整体的底板结构的第一端附接于所述覆盖机舱的第二开启端，以形成覆盖机舱及管状底板结构；
移动所述整体的底板结构的段，以形成配置成与塔相连通的开口；
利用所述段形成托架，所述托架用于安装齿轮箱或主轴承；和
将所述托架附接至所述整体的底板结构的内表面。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于：所述方法还包括将齿轮箱安装件和主轴承安装件中的至少一个附接于所述托架。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于：所述方法还包括将转子轮轴连接到所述整体的底板结构上。
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