CN102119273B - 风轮机吊舱用的轴承装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及风轮机吊舱(1)。该吊舱包括本体(3)和头部(5)。本体由用于固定在风轮机塔架上端的底部(7)和沿竖直轴线向上延长所述底部的管形室(9)构成。头部由用于转动安装叶片并接纳交流发电机的腔形件(11)和套筒(13)构成，套筒(13)与腔形件连在一起并沿竖直轴线设置，以便枢转安装在管形室(9)上。另外，吊舱包括位于套筒(13)与管形室(9)之间的枢轴连接部件，并允许把头部(5)枢转安装在本体(3)上。本发明的另一方面涉及装有该风轮机吊舱(1)的风轮机。

Description

风轮机吊舱用的轴承装置
技术领域
本发明涉及风轮机吊舱。因此该吊舱特别涉及风轮机的领域。
因此，本发明将应用于可再生能源的提供商和开发商以及陆地和称为“offshore”海上的风力发电厂安装商。
符合本发明的风轮机吊舱将由风轮机制造商、甚至更广泛地由冶金工人和/或机械焊接企业实施。
背景技术
风轮机尤其由也称为支柱的塔架、位于塔架上端的吊舱、叶片和交流发电机组成，所述叶片可以在风力作用下带动交流发电机的转子以产生电流。叶片和交流发电机位于吊舱上，吊舱还包括风轮机的其它组成零件，特别是叶片制动系统、增速器。
在风轮机中，有迎风(attaque directe)式风力机；迎风式风力机由位于或多或少竖直的平面中的叶片构成，这些叶片布置成面对风的路径直接暴露。为此，风轮机装配有用于控制风路径的风速仪与允许根据风速仪进行的测量改变叶片面朝方向的吊舱转向系统。
根据已知的现有技术，吊舱包括底部和与底部连接的头部。头部包括交流发电机和风轮机的其它组成零件，如上所述。另外，头部转动地接纳与交流发电机的转子连接的轮毂，叶片分布在该轮毂上。
另外，底部也转动安装在塔架的上端上。通过平贴布置在塔架上端上的轴承实现该转动安装，该轴承接纳吊舱的底部。该轴承例如为能够支撑由承靠于塔架上端上的吊舱施加的综合载荷的滚珠转向环的类型。该转向环可以使吊舱按对应于塔架竖直轴线的竖直轴线转动。
另外，塔架上的吊舱的转向系统布置在所述塔架的上端与吊舱底部之间，吊舱包括转向系统的组成零件。
这种风轮机设计的缺点是，需要滚珠转向环位于其之间的吊舱底部与用于接纳环的塔架上端都具有优良的平面度。
在已知的现有技术中，文件WO-2007/125349提出包括安装在塔架上端的吊舱的风轮机。吊舱包括本体和头部。本体包括通过一管形室向下延长的锥形上端，所述本体通过滚动轴承位于布置在塔架端部的、形状与本体互补的接纳区中。头部一方面包括可以按照或多或少水平的轴线转动安装叶片并接纳交流发电机的腔形件，头部另一方面包括向下延伸并将位于本体的管形室中的轴。由轴承构成的枢轴连接位于该轴与管形室之间。该设计的缺点是需要使用专门设计用以接纳这种吊舱的塔架。另外，该设计增加了为接纳吊舱而制造塔架的成本。
发明内容
本发明的目标是克服这些缺点。本发明可以适应迎风式交流发电机的重量所导致的悬垂载荷，同时允许其应用在传统的塔架上，而不增加这类塔架的建造成本。符合本发明的吊舱设计还另外具有这样的优点：降低它的制造成本并允许其安装在现有风轮机上，为更换吊舱，符合本发明的吊舱可以通过紧固部件非常容易地适配在不同类型的塔架上。
为此，本发明涉及风轮机吊舱，其布置用于被组装在塔架的上端上，并用于支撑所述风轮机的组成零件，尤其是交流发电机和转动安装并带动交流发电机转子的叶片。
吊舱包括本体，本体具有适于被固定在塔架上端上的底部。另外，该本体还包括沿竖直轴线向上延长所述底部的管形室。
吊舱还包括由腔形件和套筒构成的头部。腔形件布置用于按或多或少水平的确定轴线转动安装叶片并用于接纳交流发电机。套筒与腔形件连在一起，并且套筒按竖直轴线设置，用于枢转安装在本体的管形室上。
另外，吊舱包括位于套筒与管形室之间的枢轴连接部件，这些枢轴连接部件允许将头部枢转安装在本体上。
这类设计可以克服现有技术吊舱的缺点即：使用其端部具有非常好的平面度的塔架，以便接纳所述吊舱。另外，该设计可以通过把吊舱简单固定在所述塔架端部而适应任何类型的传统塔架。
另外，符合本发明的吊舱设计具有可以使力直接分布在吊舱上套筒与管形室之间的优点。
本发明的另一方面涉及风轮机，该风轮机包括竖直延伸的塔架、符合本发明的风轮机吊舱、位于头部腔形件处的交流发电机与叶片，本体的底部固定在塔架的上端上。
附图说明
通过阅读下面对吊舱设计的一优选实施方式的描述，本发明的特征和优点将体现出来，本描述建立在附图的基础上，附图中：
-图1表示符合本发明的风轮机吊舱的第一设计方式的透视图；
-图2表示符合图1的吊舱的组成零件的剖面图；
-图3表示装配有符合图1的吊舱的风轮机；
-图4表示符合本发明的吊舱的一设计变型的局部剖面透视图；
-图5表示符合图4的吊舱的后剖面图；
-图6和7为表示示出图5某些细节VI和VII的两个投影图。
具体实施方式
如图1所示，符合本发明的风轮机吊舱1包括本体3和头部5。本体由底部7和沿竖直轴线X1向上延长所述底部7的管形室9构成。头部5由腔形件11和套筒13构成。套筒13与腔形件11连在一起，所述套筒按竖直轴线设置，以便枢转地被安装在本体3的管形室9上。为此，套筒13具有内径D1，管形室具有外径D2，内径D1大于外径D2，这样允许把套筒插在管形室上。
另外，吊舱包括位于套筒13与管形室9之间的枢轴连接部件，所述枢轴连接部件允许把头部5枢转地安装在本体3上。
这些枢轴连接部件由位于套筒13的内径D1与管形室9的外径D2之间的两个轴承15和17构成。这两个轴承15、17设计成用于支撑由套筒施加在管形室上的径向载荷。其中这类径向载荷由风轮机叶片的旋转和由风在所述叶片上施加的推力造成。
如图2所示，这些轴承15、17位于套筒13的上内端19和套筒13的下端21。另外，位于上端19的轴承17由带有制动蹄的轴承构成，制动蹄的作用是当其转动时相对本体3减缓和制动吊舱的头部5。另外，位于下端21的轴承15由传送轴向和径向载荷的滚动轴承构成。轴承布置在套筒13的上端和下端可允许载荷的最佳分布。优选地，滚动轴承15由圆锥滚子轴承或球面滚子轴承构成。另外，可以考虑将轴承15、17互换布置。
如图1和2所示，吊舱1包括可以实现头部5相对本体3转动的转向系统。该转向系统布置于本体的底部7与套筒13的下端之间。该转向系统优选包括对称分布在底部7上的两个马达23、25，如图2所示。马达23、25优选部分地包括在底部7内。这些马达23、25啮合在位于套筒13下端的外齿圈27上。但是可以设置单一马达26，如图3所示，该单一马达26位于管形室9内并啮合在位于套筒13上的内齿圈28上。另外，马达数量可以根据风轮机的尺寸和功率大于两个；在这种情况下，马达均匀分布在套筒13周围。
本体3的底部7优选但非限定地具有隆起形状或花冠形状。同样，头部5的腔形件11也具有隆起形状或花冠形状。如后所述，这种隆起的底部形状尤其允许方便容纳风轮机组成零件。
另外，头部5包括位于腔形件11与套筒13之间的加固构件29，如图1和2所示。这些加固构件29均匀分布在套筒的每一侧，并且焊接在该套筒的外表面与腔形件11的后表面31之间。这些加固构件的作用是在风轮机叶片旋转时加固承受很大应力的头部5的结构。
如图1-3所示，本体3的管形室9包括孔口33。同样，套筒13包括孔口35，孔口35的形状和位置与管形室9上的孔口的形状及位置基本相同。因此，当套筒13在管形室9上转动时，两个孔口33、35适于彼此相重合，这使得允许通达管形室的内部37，管形室的内部可容纳风轮机的组成零件，如转向系统的动力装置、配电箱或管理风轮机组成零件的控制器。
优选但非限定地，腔形件11的后表面31与套筒13相接触的共同部分包括图1和2所示的开口38，从而允许从套筒13内部通到腔形件11的内部，以便对交流发电机和支撑风轮机叶片的轮毂进行维修作业，这些零件将在下面描述。操作者在第一时间深入到上面描述的管形室9的内部37；然后，通过使头部5相对本体3例如转动半圈，使管形室9的孔口33与腔形件11上的开口38重合，这样可以使位于管形室9中的操作者进入所述开口38。
另外，吊舱优选包括安放在管形室9的内部37的梯子，用以通过经过所述管形室9的上端，达到上层，如后所述。
吊舱包括图3所示的小室39，该小室与套筒13连在一起并在与固定在套筒13上的腔形件11的相对方向上延伸。该小室39与套筒上的孔口连通。其作用另外是还允许接纳风轮机的组成零件并允许人员进入，尤其是以便进行维修作业。该小室39优选包括图3所示的下地板40a和上地板40b。下地板40a例如布置在套筒13的下端高度。上地板40b例如布置在管形室的上端高度，并且上地板配有开口，该开口与管形室上端相连通，以便通向管形室的内部37。
图3表示包括符合本发明的吊舱1的风轮机41。该风轮机包括竖直延伸的也称为支柱的塔架43，塔架的高度主要取决于风轮机的功率和布置于其上的叶片。
对此，图3示出了叶片45，叶片数量优选为三个，它们位于具有流线形鼻端的轮毂47上。风轮机包括可以产生交流电的交流发电机49。交流发电机被容纳在轮毂47内部，并被固定在吊舱头部5的腔形件11内以与其一同转动，如图3所示。
另外，轮毂47与交流发电机49的转子连在一起，因此风的作用所导致的叶片和轮毂的旋转可以带动交流发电机的转子旋转并产生电流。因此，按照所述腔形件所支撑的零件并按照交流发电机的设计，根据交流发电机49的直径和轮毂47的零件的直径来确定腔形件11的直径尺寸。在这方面，优选将选择由对称围绕定子的外转子构成的交流发电机。将支撑叶片的轮毂与交流发电机组装在腔形件上，这允许这些零件之间按一条或多或少水平的确定轴线转动地安装。
本体3的底部7的端部直径相应于塔架43的上端51的直径。该底部承靠于塔架的上端上，并与塔架上端固定在一起。优选并且非限定地，通过这两个零件之间的紧固53实现固定。
风轮机1包括也可在现有技术的风轮机上找到的其它零件，尤其是固定在位于吊舱1上的小室39上的风速仪55，如前面描述的。风速仪固定在所述小室39的后上部。该风速仪55可以测量风和风向。该风速仪与控制器57连接，该控制器57另外管理转向系统，其通过作用在马达上，使头部5相对本体3转动，从而改变叶片45的位置并使它们面对风布置。其它零件或附件包括在小室39中，如功率转换器和冷却单元58。这些不同的零件或附件例如位于下地板40a和上地板40b上，或者位于所述小室39的内壁59、60上。
可理解的是，将吊舱底部固定在塔架的上端上，可以消除前面对在其上所述底部相对塔架是活动的现有技术风轮机的塔架所规定的平面度要求。
另外，对如图1-3所示的吊舱1和配有这种吊舱1的风轮机41的设计方式描述的技术特征仍保持适用于该设计方式的任何设计变型，而不超出本发明的范围。
也可考虑不超过本发明范围的其他变型。因此，图4-7表示吊舱101的变型，根据该变型，本体103一方面包括优选在一水平平面中向内延伸的圆形底部107，如图5和7所示，该底部107布置用于被紧固在与图3所示风轮机的类似的风轮机的塔架的上端，本体103另一方面包括相对底部107向上延伸的管形室109，管形室的上端接纳内齿圈127，如图5和6所示。另外，吊舱101的头部105包括腔形件111和套筒113，腔形件111和套筒113之间设有加固件129。套筒113分为两个格间，即下格间113a和上格间113b。管形室109嵌接在下格间113a中，枢轴连接部件位于套筒的下格间113a与管形室109之间。
优选地，根据该吊舱101变型，三个马达123、124、125均匀分布并啮合在内齿圈127上，如图4-6所示，整体构成使头部105相对本体103换向的转向系统。这些马达123、124、125位于套筒113的上格间113b中，如图4所示，并且直接安装在下格间113a与上格间113b之间的分隔壁113c上。
另外，根据该吊舱101变型，如图4和5所示，腔形件111包括开口138，开口138与套筒113的上格间113b连通，这样可以通到腔形件111的内部。为了便于通过开口138触及风轮机的交流发电机的零件，套筒113的上格间113b的上端161具有倾斜剖面，如图4和5所示。另外，下格间113a与上格间113b之间的分隔壁113c包括图5所示的开口162，该开口162允许出入所述下格间113a，特别是用于在内齿圈127和啮合在该内齿圈127上的马达123、124、125的齿轮上进行维修作业。
根据该吊舱101实施变型，通过布置在所述下格间113a的上端119和下端121处的、套筒113的下格间113a的内径与管形室109的外径之间的轴承115、117，实施管形室109与套筒113的下格间113a之间的枢轴连接部件，如图4-7所示。这些轴承115、117由图6和7中详细示出的支承块(patin)115n、117n构成，这些支承块在上端119和下端121处均匀分布在套筒周围，如图4所示。每个轴承115和117优选由均匀分布的八个支承块115n、117n构成。
同样，如图6所示，设置与支承块115n、117n类似的支承块116n；这些支承块116n与分隔壁113c连在一起，并且通过内齿圈127或直接地或间接地支承在管形室109的上端上，所述支承块116n在这种情况下支承在该内齿圈127的上表面167上。这些支承块116n的数量优选为八个，并且它们均匀分布在套筒113的分隔壁113c周围，如图4所示。因此，头部105的套筒113承靠在本体103的管形室109上。
这些支承块115n、116n、117n优选为商标。另外，可以在图1-3所示的吊舱1上考虑这些支承块115n、116n、117n。
这种枢轴连接具有消除使用昂贵的滚珠轴承的优点，并且保证在套筒113与管形室109之间使用的枢轴连接的较长寿命。
根据该吊舱101变型，一制动系统位于套筒113的分隔壁113c与管形室109的上端之间。该制动系统优选由与分隔壁113c的下表面166连在一起的至少一制动钳168a、168b、以及与管形室109的上端连在一起的制动盘169构成，如图5和6所示。但是也可考虑套筒113与管形室109之间制动系统的其它实施方式。
当然，图4所示的吊舱101包括与套筒113连在一起的小室，并且可以用在如图3所示的风轮机47上。

Claims (16)

1.风轮机吊舱(1、101)，所述风轮机吊舱布置用于被组装在塔架(43)的上端上并用于支撑风轮机的组成零件即至少一些叶片(45)和一交流发电机(49)，其特征在于，所述风轮机吊舱包括：
a)本体(3、103)，其由适于被固定在所述塔架的上端(51)上的底部(7、107)和沿竖直轴线向上延长所述底部的管形室(9、109)构成；
b)头部(5、105)，其由腔形件(11、111)和套筒(13、113)构成，所述腔形件布置成用于按照基本水平的轴线转动安装所述叶片(45)并用于接纳所述交流发电机(49)，所述套筒与所述腔形件连在一起，并且所述套筒按竖直轴线设置，以枢转地被安装在所述管形室上；
c)以及枢轴连接部件(15、17、115、117)，其位于所述套筒(13、113)与所述管形室(9、109)之间，允许所述头部(5、105)枢转安装在所述本体(3、103)上。
2.如权利要求1所述的风轮机吊舱(1、101)，其中，所述套筒(13、113)具有内径而所述管形室(9、109)具有外径，所述枢轴连接部件由位于所述内径和所述外径之间的两个轴承(15、17、115、117)构成。
3.如权利要求2所述的风轮机吊舱(1)，其中，所述轴承(15、17)位于所述套筒(13)的上内端(19)和下内端(21)。
4.如权利要求3所述的风轮机吊舱(1)，其中，所述轴承之一(15)是滚珠轴承，而另一轴承(17)是带有制动蹄的轴承。
5.如权利要求2至4中任一项所述的风轮机吊舱(1)，其特征在于，所述管形室(9)和所述套筒(13)每一个均包括一孔口(33、35)，所述孔口适于根据所述套筒(13)相对所述管形室(9)的朝向重合。
6.如权利要求5所述的风轮机吊舱(1)，其特征在于，所述腔形件(11)的后表面(31)与所述套筒(13)之间的共同部分包括开口(38)，所述共同部分的所述开口适于根据所述套筒(13)相对所述管形室(9)的朝向而与所述管形室(9)的孔口(33)重合。
7.如权利要求2所述的风轮机吊舱(101)，其中，所述轴承(115、117)位于所述套筒(113)的下格间(113a)的上端(119)和下端(121)。
8.如权利要求7所述的风轮机吊舱(101)，其中，所述轴承(115、117)包括均匀分布在所述套筒(113)周围的支承块(115n、117n)。
9.如权利要求7所述的风轮机吊舱(101)，其中，一开口(138)允许通达所述腔形件(111)的内部，该开口(138)与所述套筒(113)的上格间(113b)连通。
10.如权利要求9所述的风轮机吊舱(101)，其中，所述套筒(113)的下格间(113a)和上格间(113b)被其中设有开口(162)的分隔壁(113c)分开。
11.如权利要求10所述的风轮机吊舱(101)，其中，支承块(116n)位于所述分隔壁(113c)与所述管形室(109)的上端之间。
12.如权利要求7所述的风轮机吊舱(101)，其中，制动系统(168a、168b、169)位于所述套筒(113)与所述管形室(109)之间。
13.如权利要求1所述的风轮机吊舱(1、101)，其特征在于，所述风轮机吊舱包括位于所述头部(5、105)与所述本体(3、103)之间的转向系统(23、25、123、124、125)，用以带动所述头部相对所述本体转动。
14.如权利要求1所述的风轮机吊舱(1、101)，其特征在于，所述头部(5、105)包括位于所述腔形件(11、111)与所述套筒(13、113)之间的加固构件(29、129)。
15.风轮机(41)，其包括至少一竖直延伸的塔架(43)、如权利要求1所述的风轮机吊舱(1、101)、叶片(45)与位于头部的腔形件(11、111)中的交流发电机(49)，本体的底部(7、107)固定在所述塔架的上端(51)上。
16.如权利要求15所述的风轮机(41)，其特征在于，所述本体的底部(7、107)在所述塔架(43)的上端(51)上的固定通过所述本体的底部(7、107)和所述塔架的上端(51)之间的紧固(53)实现。
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