CN101440774A - 风轮机机舱模块、机舱、风轮机和组装风轮机机舱的方法 - Google Patents

风轮机机舱模块、机舱、风轮机和组装风轮机机舱的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及风轮机机舱模块、机舱、风轮机和组装风轮机机舱的方法。风轮机(1、21)的机舱(2、12)的模块被分开地设计、管理并具有壳体部分(41、51、61、71、81)。模块(4－8、22－26b)可连接至机舱(2、12)的至少一个另外的模块(4－8、22－26b)，该另外的模块也分开地设计、管理且具有壳体部分(41、51、61、71、81)，其中模块(4－8、22－26b)的壳体部分(41、51、61、71、81)在机舱(2、12)的组装状态下构建出包括数个模块(4－8、22－26b)的机舱(2、12)的一部分壳体。本发明还涉及包括多个这种模块(4－8、22－26b)的机舱(2、12)，包括这种机舱(2、12)的风轮机(1、21)以及用于在高处逐步组装这种机舱(2、12)的方法。

Description

风轮机机舱模块、机舱、风轮机和组装风轮机机舱的方法
技术领域
本发明涉及一种风轮机(wind turbine)机舱模块、风轮机机舱、风轮机和用于组装风轮机机舱的方法。
背景技术
风力变得越来越重要。与风力重要性不断增加并行的是，风轮机变得越来越大，这使得难以将大的通常是预组装的且整合起来的风轮机部件从制造地运输到要竖起的地点，该地点可能是海岸上或海上。
通常，风轮机包括一些加大的部件，其形式是叶片、轮毂、塔架和机舱。特别地，机舱包括多个整合的主要部件，如主轴、主承载组件、齿轮箱、发电机、一些电力/控制部件、变换器(transformer)、冷却系统等，这些部件全设置在一共用的基座上和共用的机舱壳体中。基座具有偏航系统，以使机舱朝向风向定向。通常，机舱在制造地被全部预组装。
当风轮机竖起时，叶片、轮毂、塔架和预组装的机舱被运输到竖起地点。塔架竖起，机舱安装在塔架上，轮毂安装在机舱上且叶片通过至少一个起重机安附到塔架上。由此，不仅是运输且特别是运输大且重的机舱很困难，而且安装到塔架上也很困难，这需要足够大的起重能力来承受全部的机舱重量。
而且，这种风轮机的维修通常很复杂且耗时，特别是当机舱的一个或多个部件需要更换时。
发明内容
本发明的目的是给出有助于至少一部分风轮机运输和/或组装的基础。本发明的另一目的是给出用于组装风轮机一部分的方法。
第一目的通过风轮机机舱的模块来实现，该模块被分开地设计、分开地管理并包括壳体部分，其中模块可连接至机舱的至少一个另外的模块，该另外的模块也被分开地设计、分开地管理并包括壳体部分，并且其中，模块的壳体部分在机舱的组装状态下构建出具有数个模块的机舱的一部分壳体。由此本发明实现了机舱的模块化概念或模块化设计，其中单独的模块在组装状态下大致构建成机舱，且其中优选的是每个模块包括风轮机的至少一个功能性单元，例如、发电机、变换器、电力单元、控制单元等。由此，模块的外部壳体部分形成整个机舱的外部壳体的一部分。将风轮机的机舱分为这种不同的模块，使得可以在不同的位置制造这些模块并在风轮机安装期间首先组装这些模块来形成完整的机舱。这不仅有助于模块的运输，而且有助于在能力中心(competence centre)进行某些模块的专门化制造。由此，模块可以被完整地运输或航运，其中特别是模块的壳体部分在模块的运输和储存期间提供机械和天气保护。
而且，易于以有限的起重能力进行机舱的安装，因为组装在一定高度处执行、每次安装一个模块，在这种情况下，对起重器的需求不决定于整个机舱的重量而是决定于最重的模块的重量。
而且，在整个模块失效的情况下，可以更换相应的模块。
在本发明的变化例中，模块包括用于将模块连接至至少一个另外的模块的连接机构。优选地，模块的连接机构包括至少一个法兰的连接装置，该法兰用于将该模块连接至另一模块。由此，当第二模块设置在第一模块上时，第二模块的法兰和第一模块的法兰彼此相对地设置，可被栓接在一起。以这种方式，机舱逐步地构建，直到所有所需模块都被设置。
根据本发明的另一变化例，模块包括功能性单元，发电机、保持装置、冷却单元、控制单元、变换器或主轴承载装置。根据本发明的该变化例，存在发电机模块、保持装置模块、冷却模块、控制模块、变换器模块和主轴承载装置模块形式的不同的专门化模块。
在本发明的实施例中，模块包括大致防爆和/或防火壁。特别地，变换器模块包括邻近另一模块的这种防爆和/或防火壁。优选的是，变换器或电力单元模块设置在机舱的后端上且针对前方定位的模块包括所述防爆和/或防火壁。根据本发明的另一实施例，优选为变换器或电力单元模块的模块在其自由端处具有防爆隔膜(bursting disc)。在爆炸或火灾的情况下，可能是变换器或电力单元模块的外壳一部分的防爆隔膜会扭曲或被吹出，以使得机舱中的爆炸效应最小化并保护其它模块和机舱中的任何人员。在这种情况下，变换器或电力单元模块可被更换而不用更换任何其它的部件。
根据本发明的另一变化例，模块包括至少一个功能性机械和/或功能性电接口，用于将模块功能性地连接至另一模块。以这种方式，可以实现整个机舱中的所有机械和电互连。
根据本发明的另一实施例，模块和模块的壳体部分分别是自支持的。所以，每个模块可被设置在另一模块上，而不需要用于模块的任何支持机构。
本发明的目的还通过风轮机的机舱来实现，该机舱包括多个分开设计、管理和更换的模块，其中每个模块可连接至至少一个另外的模块并具有壳体部分，其中模块在组装状态下大致构建出机舱，且其中模块的壳体部分至少部分地构建出机舱的壳体。由此，所有相关于单个模块所述的变化例和优点也适用于该机舱。
根据本发明的另一变化例，至少一个模块包括直升平台。以这种方式，甚至在恶劣的天气条件下也可以通过直升机来到达机舱。
本发明的实施例中，机舱在其一端上包括端板，该端板可以是防爆隔膜。
本发明的目的还通过风轮机来实现，该风轮机包括至少一个如前所述的模块和/或如前所述的机舱。
本发明的另一目的通过用于组装如前所述的风轮机机舱的方法来实现，其中如前所述的模块串联设置在风轮机塔架上，其中包括保持装置或主轴承载装置的模块设置在塔架上且至少一个另外的模块设置在该包括保持装置或主轴承载装置的模块上。以这种方式，风轮机机舱可在风轮机在工作地点竖立期间用有限的起重能力逐步地组装。由此，模块一个接一个地被安装在高处。
附图说明
在后文中将参考示意性附图更详细地描述本发明，其中：
图1示出了布置在风轮机塔架上的包括数个单独的功能性模块的机舱，和
图2示出了包括数个单独的功能性模块的机舱的另一实施例。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据本发明的机舱2，其布置在仅部分示出的风轮机1的塔架3上。根据本发明，机舱2包括数个单独的、分别设计的、分别管理的和分别更换的模块4至8。
在本发明的本实施例的情况下，包括具有保持臂9形式的保持装置的模块5布置在塔架3上。更确切地说，模块5和保持臂9分别安附至塔架法兰10且通过未直接示出的偏航系统可绕塔架3的轴线A转动，以使机舱2朝向风向定向。模块5包括壳体部分51。在本发明的本实施例的情况下，壳体部分51为自支持的，且在前端上和后端上包括法兰51、53形式的连接机构。
具有发电机和壳体部分41的自支持模块4布置在模块5的前端上，该自支持模块在壳体部分41的后端上具有连接法兰42。由此，壳体部分41的法兰42和壳体部分51的法兰52以及发电机的静止部分和模块4的保持臂9栓接在一起。
常规的轮毂13通过螺栓分别安附到模块4和发电机的旋转部分。
包括冷却单元和壳体部分61的自支持模块6布置在模块5的后端上。模块6的壳体部分61在前端上和后端上包括法兰62、63形式的连接机构。模块5的壳体部分51的法兰53和模块6的壳体部分61的法兰62栓接在一起，以使得模块6安附至模块5。
包括控制单元和壳体部分71的另一自支持模块7布置在模块6的后端上。模块7的壳体部分71在前端上和后端上包括法兰72、73形式的连接机构。模块6的壳体部分61的法兰63和模块7的壳体部分71的法兰72栓接在一起，以使得模块7安附至模块6。
包括变换器和壳体部分81的最后一个自支持模块8布置在模块7的后端上。模块8的壳体部分81在前端上和后端上包括法兰82、83形式的连接机构。模块7的壳体部分71的法兰73和模块8的壳体部分81的法兰82栓接在一起，以使得模块8安附至模块7。
在本发明的本实施例的情况下，变换器模块8附加地在邻近模块7的前侧上包括大致防爆和/或防火壁15。
端盖或端板14安附至模块8的后端。端板14封闭模块8的后端。因此，端板14与法兰83栓接。在本发明的本实施例的情况下，端板14为防爆隔膜或一种防爆隔膜。由此，在变换器模块8中发生爆炸或起火的情况下，防爆隔膜扭曲或被吹出，以使机舱2中的爆炸效果最小化，且与防爆和/或防火壁15一起保护其它功能性模块4至7以及在机舱中的任何人员。因为变换器模块8为机舱2的最后一个模块，所以其可以在不更换风轮机1的其它任何模块或部件的情况下进行更换。
如果需要，其它模块也可具有防爆和/或防火壁和/或防爆隔膜。
如图1所示，单独的、分开设计、管理和更换的模块4至8关于风轮机1的塔架3上的中心轴线B串联布置，且在组装好的状态下构建出风轮机1的机舱2。单独的模块4至8的壳体部分彼此对准，以使得单独的壳体部分41、51、61、71和81与端板14一起构建出机舱2的壳体或舱盖。由此，没有必要存在围绕单独的模块4至8的不同或额外的壳体。事实上，壳体部分41、51、61、71、81和端板14彼此水密封地例如通过适当的密封件连接。
所有或一些模块4至8以未示出的方式可包括用于模块4至8机械和/或电互连的线缆和机械部件以及功能性机械和/或功能性电接口。例如，存在未示出的电互连，其包括功能性电接口以及在发电机模块4和变换器模块8之间的线缆。模块4的发电机的静止部分作为第一功能性机械接口和模块5的保持臂9作为第二功能性机械接口是模块的功能性机械接口的例子。
壳体部分的法兰优选地沿壳体部分的周边布置，其中壳体部分可具有环形横截面或具有不同形式的横截面。
包括保持臂9的模块5也可看作是承受载荷模块，承载轮毂13、安附至轮毂13的三个未示出转动叶片和模块4至8的重量和载荷，由此将载荷传递至塔架13。
如所披露的，每个模块4至8能够自支持，其中，每个模块的壳体部分通常是各个模块4至8的重量和载荷承载部件。
如已经提到的，将风轮机1的机舱2分成单独的模块4至8，使得可以在不同的地点制造单独的模块4至8并在风轮机1安装期间首先组装模块4至8以形成完整的机舱2。这有助于模块4至8运输到竖起地点以及有助于在能力中心进行某些模块的专门化制造。每个模块4至8可被整体地运输或航运，其中特别是壳体部分和在模块两端处的额外的模块封装在模块运输期间提供了机械和天气保护。
而且，在整个模块失效的情况下，可以更换相应的模块。
图2用分解视图示出了风轮机21的模块化机舱12的另一实施例。
在该实施例的情况下，包括主轴承载装置或载荷承载装置的模块22设置在示意性地显示的塔架33上，所述承载装置包括主轴16和两个主轴承17、18。包括发电机的模块23设置在模块22的后端上，其中发电机的转子连接至主轴承载装置的可枢转主轴。轮毂13安附至模块22的主轴16。
包括控制单元的模块24设置在模块23上，包括冷却单元的模块25设置在模块24上，且包括变换器的模块26设置在模块25上。变换器模块26用端板27封闭。
如图2所示，风轮机的机舱12可被模块化成这样的程度，即通过增加或减少模块可简单地实现定制的方案。包括冷却单元的模块25例如可以是海上冷却/气候控制模块25a或热气候冷却模块25b。还有，变换器模块26可采用不同的设计，例如标准变换器模块26a或带有直升(helihoist)平台的变换器模块26b。以相同的方式，存在关于模块22至24的替换设计。
模块22至26的连接可按图1所示实施例的披露内容来实现。模块22至26b优选地具有与模块4至8大致相同的性能。

Claims (21)

1、一种风轮机(1、21)的机舱(2、12)的模块，该模块被分开地设计、管理且包括壳体部分(41、51、61、71、81)，其中，模块(4-8、22-26b)连接至机舱(2)的至少一个另外的模块(4-8，22-26b)，该另外的模块也被分开地设计、管理且具有壳体部分(41、51、61、71、81)，并且其中，模块(4-8、22-26b)的壳体部分(41、51、61、71、81)在机舱(2、12)的组装状态下构建出包括数个模块(4-8、22-26b)的机舱(2、12)的一部分壳体。
2、如权利要求1所述的模块，包括用于将模块(4-8、22-26b)连接到至少另一模块(4-8、22-26b)的连接机构。
3、如权利要求2所述的模块，其中，连接机构包括至少一个用于将模块(4-8、22-26b)连接至另一模块(4-8、22-26b)的法兰(42、52、53、62、63、72、73、82、83)。
4、如权利要求1至3中任何一项所述的模块，包括发电机、保持装置(9)、冷却单元、控制单元、变换器或主轴承载装置。
5、如权利要求1至4中任何一项所述的模块，包括大致防爆和/或防火壁(15)。
6、如权利要求1至5中任何一项所述的模块，在该模块一端上包括防爆隔膜(14)。
7、如权利要求1至6中任何一项所述的模块，包括至少一个用于将模块(4-8、22-26b)连接至另一模块(4-8、22-26b)的机械和/或电接口。
8、如权利要求1至7中任何一项所述的模块，该模块是自支持的。
9、一种风轮机(1、21)的机舱，包括数个分开地设计、管理和更换的模块(4-8、22-26b)，
其中，每个模块(4-8、22-26b)能连接至至少一个另外的模块(4-8、22-26b)且具有壳体部分(41、51、61、71、81)，
其中，模块(4-8、22-26b)在组装状态下大致构建出机舱(2、12)，且
其中，模块(4-8、22-26b)的壳体部分(41、51、61、71、81)至少部分地构建出机舱(2、12)的壳体。
10、如权利要求9所述的机舱，其中，模块(4-8、22-26b)串联布置。
11、如权利要求9或10所述的机舱，其中，至少一个模块(4-8、22-26b)包括用于将模块(4-8、22-26b)连接至至少另一模块(4-8、22-26b)的连接机构。
12、如权利要求11所述的机舱，其中，连接机构包括至少一个用于将模块(4-8、22-26b)连接至另一模块(4-8、22-26b)的法兰(42、52、53、62、63、72、73、82、83)。
13、如权利要求9至12中任何一项所述的机舱，其中，至少一个模块(4-8、22-26b)包括发电机、保持装置、冷却单元、控制单元、变换器或主轴承载装置。
14、如权利要求9至13中任何一项所述的机舱，其中，至少一个模块(4-8、22-26b)包括大致防爆和/或防火壁(15)。
15、如权利要求9至14中任何一项所述的机舱，其中，至少一个模块(4-8、22-26b)，在其一端处包括防爆隔膜(14)。
16、如权利要求9至15中任何一项所述的机舱，其中，至少一个模块(4-8、22-26b)包括至少一个用于将模块(4-8、22-26b)连接至另一模块(4-8、22-26b)的机械和/或电接口。
17、如权利要求9至16中任何一项所述的机舱，其中，至少一个模块(4-8、22-26b)是自支持的。
18、如权利要求9至17中任何一项所述的机舱，其中，至少一个模块(4-8、22-26b)包括直升平台(28)。
19、如权利要求9或18所述的机舱，该机舱在其一端上包括端板(14)。
20、一种风轮机，包括如权利要求1至8中任何一项所述的模块(4-8、22-26b)和/或如权利要求9至19中任何一项所述的机舱(2、12)。
21、一种方法，用于组装如权利要求9至19中任何一项所述的风轮机(1)的机舱(2、12)，其中，如权利要求1至9中任何一项所述的模块(4-8、22-26b)串联布置在风轮机塔架(3)上，其中，包括保持装置或主轴承载装置的模块(5、22)布置在塔架(3)上，且至少另一模块(4、5-8、23-26b)布置在所述包括保持装置或主轴承载装置的模块(5、22)上。
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