CN102052262B - 风力涡轮机舱的构造 - Google Patents

风力涡轮机舱的构造 Download PDF

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Abstract

风力涡轮机舱构造(14)包括构造成用于安装在风力涡轮塔架(12)顶上的框架结构(20)。框架结构(20)包括基座(22)、侧面支撑部件(24)和顶部支撑部件(25)。壳体(26)附连到框架结构(20)以封闭机舱(14)。传动链(30)可容纳在框架结构(20)内并且包括连接到变速箱(34)的低速转子轴(32)以及将变速箱连接到发电机(35)的高速轴(36)。框架结构(20)构造成使得传动链的至少一个构件在框架结构(20)内从顶部支撑部件(25)悬挂。

Description

风力涡轮机舱的构造
技术领域
本发明大体涉及风力涡轮的领域，并且更具体地涉及风力涡轮机舱的构造。
背景技术
风力被认为是目前可利用的最清洁和最环保的能源中的一种，并且在这点上风力涡轮获得了增加的注意。现代风力涡轮典型地包括塔架、发电机、变速箱、机舱和一个更多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼片原理从风中捕获动能，并且通过旋转能传输动能以转动轴，其联接到变速箱，或者如果没有使用变速箱则直接联接到发电机。然后发电机将机械能转化为可供应到公用电网的电能。
现代风力涡轮可以相当大，其中许多设计具有超过100米的转子轮毂高度。这些风力涡轮的维护经常需要使用大型施工起重机以便修理或更换机舱中的构件，特别是变速箱和/或发电机。此外，经常发生的情况是，由于变速箱或发电机在机舱框架中的位置，必须从塔架中移除整个机舱以便更换或修理这些构件。该程序也需要起重机。与这些需要起重机的维护/修理程序相关的极大的费用和后勤在由风产生的功率的经济效益上具有显著的不利影响。
因此，本行业将受益于风力涡轮设计中的进步，其将在风力涡轮的维护或修理工作的执行中减少对现场起重机的需要。
发明内容
本发明的各种方面和优点将在以下的描述中部分地提出，或者可以从描述中显而易见，或者可通过本发明的实践进行学习。
根据本发明的方面，风力涡轮机舱构造包括构造成用于安装在风力涡轮塔架顶上并且容纳传动链组件的框架结构。框架结构包括基座、侧面支撑部件和顶部支撑部件。壳体可附连到框架结构以封闭机舱构造，并且在具体实施例中，可包括附连到框架结构的多个单独的壳体面板。框架结构构造成使得传动链容纳在框架结构内，并且传动链的至少一部分在框架结构内从顶部支撑部件悬挂。传动链可包括连接在转子轮毂与变速箱之间的低速转子轴和连接在变速箱与发电机之间的高速轴，其中变速箱或发电机中的至少一个从顶部支撑部件悬挂。如本文中所更详细地描述的，机舱的这种具体构造以及机舱内发电机和变速箱的放置提供明显的优点。
本发明的各种实施例还包含包括本文中提出的各种独特机舱构造中的任何一个的风力涡轮。
参考以下描述和所附的权利要求，本发明的各种特征、方面和优点将变得更好理解。包括在本说明书中并且组成本说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，并且连同说明一起用来解释本发明的原理。
附图说明
本发明的各种方面和实施例现在将结合附图进行描述，在附图中：
图1是传统风力涡轮的透视图，并且具体地示出安装在塔架顶上的机舱；
图2是根据本发明的方面的机舱的实施例的透视图；以及
图3是沿图2中示出的线截取的图2的实施例的侧视剖视图。
部件列表
10风力涡轮
12塔架
14机舱
16转子叶片
18转子轮毂
20框架结构
22基座
24侧面支撑部件
26壳体
28壳体面板
30传动链
32低速转子轴
34变速箱
35发电机
36高速轴
38悬挂支撑部件
40轴承
42轴承支撑件
44轴承
46轴承支撑件
48后部分段
50敞开底部
52提升机构
54轨道
56偏航驱动器
57齿轮
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，附图中示出实施例的一个或更多个示例。作为本发明的解释而不是本发明的限制提供每个示例。实际上，对于本领域技术人员将是显而易见的是，在本发明中可形成各种改变和变更而不偏离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可与另一个实施例一起使用以产生又一个实施例。因此，意图是本发明包括这种在所附权利要求的范围内的改变和变更以及它们的等同物。
图1示出具有传统结构的风力涡轮10。风力涡轮10包括机舱14安装在其上的塔架12。多个涡轮叶片16安装到转子轮毂18。叶片16将风的原动力转化为旋转机械能，以利用容纳在机舱14中的发电机产生电力。单独的风力涡轮10可包括容纳在机舱14中的控制器，并且可经由穿过塔架12的传输线路与中央地基控制器通信。地基控制器典型地与例如在风力场内的许多涡轮一起进行构造。
图2和图3示出包括本发明方面的机舱构造的实施例的更加详细的视图。本文中使用术语“机舱构造”以包含机舱罩壳或结构以及诸如传动链的内部构件布置。在示出的实施例中，机舱14包括具有基座22的框架结构20，框架结构20构造成用于安装在塔架12顶上。基座22可以是用来支撑机舱内的各种构件以及在塔架12上操作地构造机舱的结构元件的任何组件。任何数目和构造的内部功能性构件可由基座22支撑。例如，偏航驱动器56由基座22支撑并且与安装在塔架12的顶部的齿轮57啮合用于转子轮毂18的偏航控制。由基座22支撑的附加构件可包括变桨驱动器、油冷却器、液压转子制动器、控制面板等等。应该容易地理解的是，框架结构20可具有任何形状或尺寸以适应在机舱14的基座分段内的控制/或功能性元件的任何构造。
框架结构20包括侧面支撑部件24和顶部支撑部件25。在示出的实施例中，侧面支撑部件24和顶部支撑部件25限定构架箱状框架结构。支撑部件24、25可以是梁、轨道或其它结构部件的任何构造，其为机舱14提供希望程度的结构刚度并且支撑机舱14的内部构件。应该容易地理解的是，侧面支撑部件24和顶部支撑部件25的布置以及基座22的构造可在本发明的范围内广泛地变化，并且图2中示出的实施例仅仅是用于说明性的目的。还应该理解的是，根据框架结构20的具体构造，结构支撑部件可作为侧面支撑部件24和顶部支撑部件25两者。
壳体附连到框架结构以封闭机舱14。在具体实施例中，壳体由附连到框架结构20的各种部件的多个预成型壳体面板26形成以封闭机舱14。这些面板26在结构上可以是模块化的，使得容易地实现任何一个或任何数目的面板26的更换或修理。面板26可由适合用于机舱14的外部壳体或表壳的任何传统结构材料制成，并且可通过任何传统装置栓接或附连到框架结构20。
传动链30容纳在框架结构20内，并且包括将转子轮毂18连接到变速箱34的低速转子轴32。高速轴36在变速箱34与发电机35之间连接。传动链的构件中的至少一个从顶部支撑部件悬挂。例如，变速箱34和发电机35中的任一个或两者(如示出的实施例所示)可在框架结构20内通过悬挂支撑部件38从顶部支撑部件25悬挂。因此，如从图2和图3中可容易地理解的，变速箱34和发电机35(或传动链构件的任何其它结合)的重量由框架结构20的顶部支撑。构件不安装到基座22或基座22的任何类型的后延伸部。悬挂支撑部件38可以是任何种类的轨道、梁、链等等。变速箱34和发电机35机械地附连到悬挂支撑部件38，以便容易地从顶部支撑部件25分离用于更换或修理。
在附图示出的机舱构造14的具体构造中，在框架结构20内发电机35放置在变速箱34的前方。“前方”方向指的是机舱14最靠近转子轮毂18的端部。发电机35也可放置在低速转子轴32上方，其中“上方”指的是在穿过低速转子轴的水平面上方的位置。因为发电机35不安装到基座22，所以通过从框架结构20的顶部悬挂发电机35进入该空间可利用机舱14内在低速转子轴32上方且在变速箱34前方的空间。
框架结构20可包括用于在转子轮毂18与变速箱34之间的低速转子轴32的支撑的各种轴承构造。在示出的实施例中，至少一个轴承由框架结构20支撑。在从变速箱34分离低速转子轴32后，轴32另外可由从框架结构的顶部暂时悬挂的吊索或其它支撑件支撑。在示出的实施例中，双轴承与框架结构20一起进行构造，并且因此将不需要从上方对轴32进行附加支撑。特别地，轴承40由第一轴承支撑部件42支撑，并且在第一轴承40的后方，第二轴承44由第二轴承支撑部件46支撑。第一轴承支撑部件42和第二轴承支撑部件46可包括基座22的部件，或者可附加到基座22。在示出的实施例中，轴承支撑部件42、46是横梁部件，其在相对的侧面支撑部件24之间延伸并且可被认为是限定基座22的前界限和后界限。
机舱14包括框架结构20内的后部分段48。后部分段48是在基座22的后方(远离转子轮毂18的方向)并且具有敞开底部50。顶部支撑部件25和侧面支撑部件24至少部分地延伸进入后部分段48，如图2具体地所示。后部分段48的底部50在以下意义上是“敞开的”，即在变速箱34下方支撑部件不在侧面支撑部件24之间延伸。敞开底部50具有尺寸使得变速箱34可从它的相应顶部支撑部件25分离并且穿过敞开底部50下降离开(或上升进入)机舱14。在这点上，横跨敞开底部50延伸的壳体部件28优选地铰接或者另外地可从第一位置移动到打开位置，在第一位置处它封闭敞开底部50，而在打开位置处敞开底部50是暴露的或可接近的，如图3中虚线具体地所示。
根据本发明的某些实施例，独特结构的明显优点是机舱14内的构件可穿过框架结构20的敞开底部50移除或引入。当需要修理或更换变速箱34或发电机35时，该区别具有特殊意义。利用本构造，不需要利用起重机(例如100米起重机)或类似外部装置从塔架12移除机舱14以便更换变速箱34。变速箱34可利用由框架结构20支撑的任何构造的适合的提升机构而上升或下降。在示出的实施例中，示出绞盘和滑轮系统52用于该目的。绞盘52可沿通常沿框架结构20的长度的轨道54滑动，用于定位框架结构内的任何种类的构件。绞盘52可用于提升或移除用于机舱14内的各种构件的维护或修理的任何种类的工具或部分。对于诸如变速箱34、偏航驱动器56、发电机35等等更大、更重的构件，框架结构20可作为用于额外滑轮、绞盘或任何其它种类的提升机构的支撑部，用于从机舱14中移除这些构件而不需要起重机或从塔架12中移除机舱14。
本文中描述的机舱构造14可提供若干显著的优点。例如，如所提及的，可能通过从低速转子轴32和高速转子轴36分离变速箱34以及使变速箱34下降穿过框架结构20的敞开底部50来更换变速箱34。另一个优点是整个传动链长度减小，这是因为发电机35放置在框架结构20内变速箱34的前方。发电机35也可定位在低速转子轴32上方的可利用的空间中。该构造允许在框架结构20的后部分段48的长度以及机舱14的整个长度方面的显著减小。与变速箱油冷却器相关的管道的长度也可因此减小。
还应该容易地理解的是，本发明的方面包含完整的风力涡轮(图1)，其包括根据本文中描述的发明的方面的机舱构造。
本发明的各种实施例也包含不具有传动链构件或其它内部功率产生构件或控制构件的机舱结构。例如，本发明的实施例包括机舱14，其包括限定具有如本文中所提出的本发明的独特优点的“罩壳”或“壳体”结构的框架结构20、壳体26、悬挂支撑部件38、敞开底部50等等。
尽管关于特定示例性实施例和其中的方法详细地描述了本主题，但应理解的是本领域技术人员在获得前述的理解后，可容易地做出对这种实施例的替代、变更以及等同物。因此，本公开的范围是作为示例而不是作为限制，并且本公开不排除包括对本领域技术人员将容易地显而易见的对本主题的这种改变、变更和/或增加。
本发明的各个方面和实施例由编号的权利要求限定。

Claims (9)

1.一种用于容纳传动链的风力涡轮机舱构造,包括：
框架结构，其构造成用于安装在风力涡轮塔架顶上，所述框架结构包括基座、侧面支撑部件和顶部支撑部件；并且
其中，所述框架结构构造成使得所述传动链的至少一部分在所述框架结构内从所述顶部支撑部件悬挂；其中，
所述传动链包括连接到变速箱的低速转子轴、连接到所述变速箱的高速轴以及连接到所述高速轴的发电机，所述构造包括在所述框架结构内从所述顶部支撑部件悬挂的所述变速箱或所述发电机中的至少一个；
所述发电机在所述框架结构内放置在所述变速箱的前方；其中，所述基座构造成用于安装到所述风力涡轮塔架，所述框架结构限定具有敞开底部的、在所述基座后方的后部分段，所述顶部支撑部件和所述侧面支撑部件至少部分地延伸进入所述后部分段，所述变速箱在所述敞开底部上方在所述后部分段内从所述顶部支撑部件悬挂，所述敞开底部具有尺寸使得所述变速箱可从所述顶部支撑部件分离并且下降穿过所述敞开底部。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机舱构造，其特征在于，还包括附连到所述框架结构以封闭所述机舱构造的壳体。
3.根据权利要求2所述的风力涡轮机舱构造，其特征在于，所述壳体包括铰接到所述框架结构的面板以便在第一关闭位置封闭所述敞开底部并且在第二打开位置提供通路进入所述后部分段。
4.根据权利要求1所述的风力涡轮机舱构造，其特征在于，所述变速箱和所述发电机两者都在所述框架结构内从所述顶部支撑部件悬挂。
5.根据权利要求1所述的风力涡轮机舱构造，其特征在于，所述发电机放置在所述低速转子轴的上方。
6.根据权利要求3所述的风力涡轮机舱构造，其特征在于，还包括提升机构，其由所述框架结构支撑并且构造成用于移动构件穿过所述敞开底部进入和离开所述机舱。
7.根据权利要求6所述的风力涡轮机舱构造，其特征在于，所述变速箱利用由所述框架结构支撑的绞盘和滑轮系统而上升或下降。
8.根据权利要求1所述的风力涡轮机舱构造，其特征在于，还包括至少一个轴承，其由所述框架结构支撑。
9.一种风力涡轮，包括：
塔架；和
根据权利要求1到8中的任一项的安装在所述塔架顶上的机舱构造。
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