CN102374114A - 用于风力涡轮的轮毂和安装风力涡轮的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于风力涡轮的轮毂和安装风力涡轮的方法。具体而言，一种用于风力涡轮转子的模块化转子叶片轮毂(200)包括多个区段(108，109，110)，其中，至少一个区段包括至少一个面(133，134，135，136，137，138)，该至少一个面(133，134，135，136，137，138)邻靠至少一个相邻区段的至少一个面(133，134，135，136，137，138)，并且，其中，所述面的其中至少一个面从该轮毂的外周边延伸到该轮毂的中心区域。此外，提供了用于安装包括模块化轮毂的风力涡轮的方法。

Description

用于风力涡轮的轮毂和安装风力涡轮的方法

技术领域

本文所述的主题大体而言涉及用于风力涡轮的方法和系统，并且更特定而言涉及用于风力涡轮的模块化转子叶片轮毂的方法和系统。

背景技术

至少某些已知的风力涡轮包括塔架和安装在塔架上的机舱。转子可旋转地安装到机舱上并通过轴联接至发电机。多个叶片从转子延伸。叶片被定向成使得经过叶片的风使转子转动并使轴旋转，从而驱动发电机发电。

风力涡轮的发展持续以更高的电力输出为目的，这导致安装设备的大小增加。近年来，市场上的最大可用的涡轮的大小每5年增加一倍，这似乎是变得更流行的趋势。这样的原因之一是为了降低电的成本(以每kWh多少分计)，同时增加能量俘获(年平均电力输出，AEP)。因此，大体目标是，在给定的转子大小下增加能量转换和增加转子大小本身，其导致更高的平均电力输出。

但是，增加转子大小也意味着机械和机舱大小上的大致增加，这导致更高的总质量，并且也导致转子叶片和轮毂增加的质量。因此，越来越重的构件导致下列事实：单个变桨轴承或偏航轴承达到其可容许的弯曲力矩或推力分量。因此，更大的风力涡轮大小也意味着更大的动态负载并且因此需要结构性措施来应对更高的负载。满足这些要求的一种措施是调适部件(例如轮毂)的尺寸。因此，轮毂倾向于在大小和重量方面增加，这在可运输性以及构造位置处的处理方面是不期望的。

因此，需要一种用于风力涡轮的轮毂，其给予较大的风力涡轮以改进的稳定性和承载能力，同时可减少运输工作并可改进在涡轮的构造期间对轮毂的处理。

发明内容

在一方面，提供了一种用于风力涡轮转子的模块化转子叶片轮毂。该模块化转子叶片轮毂包括多个区段，其中，至少一个区段包括至少一个面，该至少一个面邻靠至少一个相邻区段的至少一个面，并且，其中，所述面的其中至少一个面从该轮毂的外周边延伸到该轮毂的中心区域。

在另一方面，提供了一种包括模块化轮毂的风力涡轮。该风力涡轮包括模块化轮毂，该模块化轮毂包括多个区段，每个区段包括邻靠至少一个相邻区段的面的至少两个面。

在还有另一方面，提供了一种用于安装风力涡轮的方法。该方法包括：提供模块化轮毂的多个区段；使这些区段以基本上环状方式绕该轮毂的轴线布置，从而使得一个区段的至少一个面邻靠至少一个相邻区段的至少一个面，并且，其中，所述面的其中至少一个面从该轮毂的外周边延伸到该轮毂的中心区域；以及，安装这些区段。

本发明的进一步的方面、优点和特征从所附权利要求、描述和附图中是显而易见的。

附图说明

在说明书的其余部分中更具体地阐述了完全和充分的公开，包括其对于本领域普通技术人员而言的最佳模式，其中包括对附图的参考，其中：

图1是一示例性风力涡轮的透视图。

图2是图1中所示的风力涡轮的一部分的放大截面图。

图3是根据实施例的模块化转子叶片轮毂的透视图。

图4是根据实施例的带有接合轮毂的图3的模块化转子叶片轮毂的透视图。

图5是图3和图4中所示的模块化转子叶片轮毂的区段的透视图。

图6提供了如图4中所示的接合轮毂的透视图和截面图。

图7是图4中所示的转子叶片轮毂与前板和风力涡轮主轴一起的侧视图。

图8是根据实施例的带有模块化转子叶片轮毂的风力涡轮转子的正视图。

图9是根据实施例的转子叶片根部部分的局部侧视图。

图10是根据另外的实施例的转子叶片根部部分的局部侧视图。

图11是根据还有另外的实施例的带有模块化转子叶片轮毂的风力涡轮转子的正视图。

图12是根据其它实施例的带有模块化转子叶片轮毂的风力涡轮转子的正视图。

图13是根据实施例的带有模块化转子叶片轮毂的安装的子区段的风力涡轮转子叶片的正视图。

图14是根据实施例的带有转子叶片轮毂的安装的区段的转子叶片的正视图，其位于运输交通工具上。

图15示出了根据实施例的组装风力涡轮的方法的框图。

图16示出了根据实施例的安装风力涡轮的方法的框图。

标号

风力涡轮        10

塔架            12

支撑系统        14

机舱            16

转子            18

可旋转的轮毂    20

转子叶片        22

叶片根部部分    24

负载传递区        26

方向              28

旋转轴线          30

变桨调节系统      32

变桨轴线          34

控制系统          36

偏航轴线          38

处理器            40

发电机            42

转子轴            44

齿轮箱            46

高速轴            48

联接件            50

支撑件            52

支撑件            54

偏航驱动机构      56

气象桅杆          58

前支承轴承        60

后支承轴承        62

传动系            64

变桨组件          66

传感器            70

变桨轴承          72

变桨驱动马达      74

变桨驱动齿轮箱    76

变桨驱动小齿轮    78

超速控制系统      80

电缆              82

发电机            84

腔                86

内表面            88

外表面            90

区段              108，109，110，125，126，127

轮毂的旋转轴线    106

接合轮毂          111

通孔              112

延伸部            113

轴承              114

接合平面          115

纵向轴线          116

前板              117

螺栓孔            120

螺栓孔的排列      130，131

面                133，134，135，136，137，138

运输交通工具      190

轮毂              200

平面              140，141，142

外周边            145

中心区域          146

具体实施方式

现在将对不同实施例进行详细参考，在各图中显示了其中一个或多个示例。各示例通过说明的方式提供并且不意图作为限制。例如，作为一个实施例的部分而显示或描述的特征可用在其它实施例上或与其它实施例结合使用，以产生更进一步的实施例。本公开意图包括这样的修改与变型。

本文所述的实施例包括易于运输和组装的风力涡轮系统。更具体而言，转子叶片轮毂由于其模块化构造而更易于运输和组装。

如本文所用的用语“模块化轮毂”预期表示包括至少两个区段的轮毂。如本文所用的用语“叶片”预期表示当相对于周围流体处于运动时可提供反作用力的任何装置。如本文所用的用语“风力涡轮”预期表示从风能产生旋转能并且更具体而言将风的动能转变为机械能的任何装置。如本文所用的用语“风力发电机”预期表示从风能所产生的旋转能发电并且更具体而言将从风的动能转变的机械能转变为电力的任何风力涡轮。

图1是一示例性风力涡轮10的透视图。在该示例性实施例中，风力涡轮10是水平轴线式风力涡轮。或者，风力涡轮10可为垂直轴线式风力涡轮。在该示例性实施例中，风力涡轮10包括：塔架12，其从支撑系统14延伸；机舱16，其安装在塔架12上；以及，转子18，其联接至机舱16。转子18包括可旋转的轮毂20以及至少一个转子叶片22，该至少一个转子叶片22联接至轮毂20并从轮毂20向外延伸。在该示例性实施例中，转子18具有三个转子叶片22。在备选实施例中，转子18包括多于三个或少于三个转子叶片22。在该示例性实施例中，塔架12由管状钢制成以在支撑系统14与机舱16之间限定腔(未在图1中示出)。在备选实施例中，塔架12是具有任何合适高度的任何合适类型的塔架。在一个实施例中，轮毂200为如下文所述的模块化轮毂。

转子叶片22绕轮毂200间隔开以便于旋转转子18允许自风转移的动能成为可用的机械能并且随后电能。通过使叶片根部部分24在多个负载传递区26联接至轮毂200而使转子叶片22与轮毂200配合。负载传递区26具有轮毂负载传递区和叶片负载传递区(均未在图1中示出)。引到转子叶片22上的负载经由负载传递区26转移到轮毂200上。

在一个实施例中，转子叶片22具有范围从大约15米(m)至大约91m的长度。或者，转子叶片22可具有能使风力涡轮10如本文所述起作用的任何合适长度。举例而言，叶片长度的其它非限制性示例包括10m或更小，20m、37m，或者大于91m的长度。当风从方向28撞击转子叶片22时，转子18绕旋转轴线30旋转。当转子叶片22旋转和经受离心力时，转子叶片22还经受不同的力和力矩。因此，转子叶片22可从中间或非偏转位置偏转和/或旋转到偏转位置。

因此，转子叶片22的桨距角或叶片桨距(即，确定转子叶片22相对于风向28的投影的角度)可通过变桨调节系统32改变，以便通过相对于风矢量调节至少一个转子叶片22的角位置而控制由风力涡轮10产生的负载和电力。示出了转子叶片22的变桨轴线34。在风力涡轮10的操作期间，变桨调节系统32可改变转子叶片22的叶片桨距以便使转子叶片22移动到顺桨位置，从而使得至少一个转子叶片22相对于风矢量的投影提供转子叶片22朝风矢量定向的最小表面积，其有助于减小转子18的旋转速度和/或有助于转子18的失速。

在该示例性实施例中，每个转子叶片22的叶片桨距通过控制系统36单独地控制。或者，所有转子叶片32的叶片桨距可通过控制系统36同时控制。此外，在该示例性实施例中，随着方向28变化，可绕偏航轴线38控制机舱16的偏航方向以相对于方向28定位转子叶片22。

在该示例性实施例中，控制系统36被显示为集中于机舱16内，但控制系统36可为贯穿风力涡轮10、在支撑系统14上、在风电场内和/或在远程控制中心的分布式系统。控制系统36包括处理器40，处理器40设置为用以执行本文所述的方法和/或步骤。此外，本文所述的许多其它构件包括处理器。如本文所用的用语“处理器”并不限于在本领域中被称作计算机的集成电路，而是广泛地指控制器、微控制器、微计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其它可编程电路，并且这些用语在本文中可互换地使用。应当理解，处理器和/或控制系统还可包括存储器、输入通道和/或输出通道。

在本文所述的实施例中，存储器可包括(无限制性)计算机可读的介质(诸如随机存取存储器(RAM))和计算机可读的非易失性介质(诸如快闪存储器)。或者，也可使用软盘、压缩盘-只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)和/或数字通用光盘(DVD)。此外，在本文所述的实施例中，输入通道包括(无限制性)传感器和/或与操作者界面相关联的计算机外围设备，诸如鼠标和键盘。此外，在该示例性实施例中，输出通道可包括(无限制性)控制装置、操作者界面监测器和/或显示器。

本文所述的处理器处理从多个电气和电子装置传输的信息，这些电气和电子装置可包括(无限制性)传感器、促动器、压缩机、控制系统和/或监测装置。这些处理器可物理地位于(例如)控制系统、传感器、监测装置、台式计算机、膝上型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)柜和/或分布式控制系统(DCS)柜中。RAM和存储装置存储和传送信息以及待由处理器执行的指令。RAM和存储装置还可用于在通过处理器执行指令期间存储和提供临时变量、静态(即，不变的)信息和指令或其它中间信息至处理器。被执行的指令可包括(无限制性)风力涡轮控制系统控制命令。指令序列的执行并不限于硬件电路和软件指令的任何特定组合。

图2是风力涡轮10的一部分的放大剖视图。在该示例性实施例中，风力涡轮10包括机舱16和轮毂20，轮毂20可旋转地联接至机舱16。更具体而言，轮毂200通过转子轴44(有时被称作主轴或低速轴)、齿轮箱46、高速轴48和联接件50而可旋转地联接至位于机舱16内的发电机42。在该示例性实施例中，转子轴44与纵向轴线116同轴布置。转子轴44的旋转可旋转地驱动齿轮箱46，齿轮箱46随后驱动高速轴48。高速轴48利用联接件50而可旋转地驱动发电机42，并且高速轴48的旋转有助于通过发电机42发电。齿轮箱46与发电机42分别被支撑件52和支撑件54支撑。在该示例性实施例中，齿轮箱46利用双路径几何(dual path geometry)来驱动高速轴48。或者，转子轴44利用联接件50直接联接至发电机42。

机舱16还包括偏航驱动机构56，偏航驱动机构56可用于使机舱16和轮毂200在偏航轴线38(在图1中示出)上旋转以相对于风向28控制转子叶片22的投影。机舱16还包括至少一个气象桅杆58，气象桅杆58包括风向标和风速计(均未在图2中示出)。桅杆58提供信息给控制系统36，该信息可包括风向和/或风速。在该示例性实施例中，机舱16还包括主前支承轴承60和主后支承轴承62。

前支承轴承60和后支承轴承62有助于转子轴44的径向支撑和对准。前支承轴承60在轮毂20附近联接到转子轴44上。后支承轴承62在齿轮箱46和/或发电机42附近定位于转子轴44上。或者，机舱16可包括能使风力涡轮10如本文所述起作用的任意数量的支承轴承。转子轴44、发电机42、齿轮箱46、高速轴48、联接件50和任何相关联的紧固、支撑和/或固定装置(包括但不限于支撑件52和/或支撑件54以及前支承轴承60和后支承轴承62)有时被称作传动系64。

在该示例性实施例中，轮毂200包括变桨组件66。变桨组件66包括一个或多个变桨驱动系统68以及至少一个传感器70。每个变桨驱动系统68联接至相应的转子叶片22(在图1中示出)以用于沿着变桨轴线34调节相关联的转子叶片22的叶片桨距。在图2中示出了三个变桨驱动系统68中的仅仅一个。

在该示例性实施例中，变桨组件66包括至少一个变桨轴承72，其联接至轮毂200和相应转子叶片22(在图1中示出)以用于使相应转子叶片22绕变桨轴线34旋转。变桨驱动系统68包括变桨驱动马达74、变桨驱动齿轮箱76和变桨驱动小齿轮78。变桨驱动马达74联接至变桨驱动齿轮箱76，从而使得变桨驱动马达74赋予机械作用力给变桨驱动齿轮箱76。变桨驱动齿轮箱76联接至变桨驱动小齿轮78，从而使得变桨驱动小齿轮78被变桨驱动齿轮箱76旋转。变桨轴承72联接至变桨驱动小齿轮78，从而使得变桨驱动小齿轮78的旋转造成变桨轴承72的旋转。更具体而言，在该示例性实施例中，变桨驱动小齿轮78联接至变桨轴承72，从而使得变桨驱动齿轮箱76的旋转使变桨轴承72和转子叶片22绕变桨轴线34旋转以改变叶片22的叶片桨距。

变桨驱动系统68联接至控制系统36以用于在从控制系统36接收到一个或多个信号时调节转子叶片22的叶片桨距。在该示例性实施例中，变桨驱动马达74为由电力和/或液压系统驱动的允许变桨组件66如本文所述起作用的任何合适马达。或者，变桨组件66可包括任何合适结构、构造、布置和/或构件，例如(但不限于)液压缸、弹簧和/或伺服机构。此外，变桨组件66可通过任何合适手段驱动，例如(但不限于)液压流体和/或机械动力，例如(但不限于)诱导弹性力和/或电磁力。在某些实施例中，变桨驱动马达74由从轮毂200的旋转惯性提取的能量和/或存储的能量源(未示出)驱动，该能量源供给能量至风力涡轮10的构件。

变桨组件66还包括一个或多个超速控制系统80，其用于在转子超速期间控制变桨驱动系统68。在该示例性实施例中，变桨组件66包括至少一个超速控制系统80，其通信地联接至相应变桨驱动系统68以用于独立于控制系统36控制变桨驱动系统68。在一个实施例中，变桨组件66包括多个超速控制系统80，其各自通信地联接至相应变桨驱动系统68用以独立于控制系统36操作相应变桨驱动系统68。超速控制系统80还通信地联接至传感器70。在该示例性实施例中，超速控制系统80利用多个电缆82联接到变桨驱动系统68和传感器70。或者，超速控制系统80使用任何合适的有线和/或无线通信装置而通信地联接至变桨驱动系统68和传感器70。在风力涡轮10的正常操作期间，控制系统36控制变桨驱动系统68以调节转子叶片22的桨距。在一个实施例中，当转子18在转子超速下操作时，超速控制系统80超驰控制系统36，从而使得控制系统36不再控制变桨驱动系统68，并且超速控制系统80控制变桨驱动系统68以将转子叶片22移动到顺桨位置来减缓转子18的旋转。

发电机84联接至传感器70、超速控制系统80和变桨驱动系统68以提供电源给变桨组件66。在该示例性实施例中，在风力涡轮10的操作期间，发电机84提供持续的电源给变桨组件66。在备选实施例中，在风力涡轮10的电力损耗事件期间，发电机84提供电源给变桨组件66。电力损耗事件可包括电网损耗、涡轮电力系统发生故障和/或风力涡轮控制系统36的故障。在电力损耗事件期间，发电机84操作用以提供电力给变桨组件66从而使得变桨组件66可在电力损耗事件期间操作。

在该示例性实施例中，变桨驱动系统68、传感器70、超速控制系统80、电缆82和发电机84各自位于由轮毂20的内表面88限定的腔86中。在一特定实施例中，变桨驱动系统68、传感器70、超速控制系统80、电缆82和/或发电机84直接地/或间接地联接至内表面88。在备选实施例中，变桨驱动系统68、传感器70、超速控制系统80、电缆82和发电机84相对于轮毂200的外表面90定位并且可直接地或间接地联接至外表面90。

图3示出了用于带有三个转子叶片的转子的模块化转子叶片轮毂200的实施例。轮毂200包括三个区段108、109、110。在该示例性实施例中，区段大体上相同并被设计成使得相邻的邻接区段108、109、110的邻接面133、134、135、136、137、138形成三个平面140、141、142。在这个方面，“大体上相同”意味着区段的外部尺寸在区段之间在宽度、高度或者长度方面相差不超过15％。

举例而言，区段110的面(或侧面)133邻靠区段109的面(或侧面)138，从而限定平面140，区段109的面137邻靠区段108的面136，从而限定平面142。

在该示例性实施例中，区段108、109、110的面133、134、135、136、137、138从轮毂的外周边145延伸到轮毂的中心区域146。根据定义，在不限于图3中所示的示例性实施例的实施例中，轮毂的中心区域146包括轮毂中部的孔以及区段108、109、110的直接邻接面。用语“面”在本文中用于主体的表面的(尤其是区段的)常规意义，但也用于表示邻接区段之间的边界的面。

在其它实施例中，轮毂和区段不同地构造并具有不同形状，这导致用语“中心区域”也不同地定义的事实。举例而言，如果至少一个区段的至少一个面包围轮毂的旋转中部轴线的至少一部分(不同于图4的实施例)，中心区域被限定为几何旋转轴线106。在另一实施例中，如果面的任何点位于轮毂的外周边上，并且如果面的任何第二点位于几何主体的面上，该几何主体由区段相对于轴线在最内部的面形成，并且该几何主体至少部分地包围轮毂的几何旋转轴线，该面被限定为从轮毂的外周边延伸至中心区域。应当理解，模块化轮毂可在不同方式下设计，这些方式不能在这里全部介绍。但是，变型之间的共同特征被认为是，邻接区段之间的面的其中至少一个而从轮毂的外周边延伸到轮毂的最内部的部分或区域(“中心区域”)。同时，面沿线性方向或非线性方向从外周边延伸到内部的部分或区域，这意味着面的截面投影可表现为曲线和/或角度。此外，面可邻接多于两个区段，如果(例如)轮毂相对于径向方向包括两层区段。

在图3的示例性实施例中，面133、134、135、136、137、138在径向方向上从外周边145延伸到中心区域146并为平面表面。在其它实施例中，面可在非径向的方向上从外周边延伸到中心区域，和/或面可偏离平面形状。举例而言，在其它实施例中，面可具有带有恒定或变化的半径的圆柱形区段的形式。

平面140、141、142各自包括轮毂200的几何中部轴线(或旋转轴线)106。它们各自与相邻平面围住角度α，其在图3的示例性实施例中在每个相邻平面之间为120°。

区段的朝向相邻区段的面133、134、135、136、137、138基本上为平面以允许有成本效益地生产并允许相邻和邻接的区段108、109、110之间的适配。“基本上平面”意味着，只要面超过60％的区域形成几何平面，该面仍被认为是平面。在其它实施例中，面可偏离平面形状。

在该示例性实施例中，模块化轮毂具有三个对称的平面(平面140、141和142)，其各自包括轮毂的旋转轴线106，旋转轴线106也为轮毂的循环对称轴线(cyclic axis of symmetry)。

图4示出了图3的实施例，其还包括三个螺栓接头111，在下文中被称作接合轮毂，其用作轮毂200与转子叶片22之间的对接部。在该示例性实施例中，它们也用作区段108、109、110之间的连接器件，其中，每个接合轮毂111连接两个区段。因此，接合轮毂还用作各区段108、109、110之间的连接器件。

在该实施例中，平面140、141和142各自平行于经由接合轮毂111(未示出)安装到相应区段上的转子叶片22(未示出)的纵向轴线。因此，平面140平行于安装到区段109和110上的转子叶片的纵向轴线，平面141平行于安装到区段110和108上的转子叶片的纵向轴线，并且平面142平行于安装到区段108和109上的转子叶片的轴线。如可在图3中看出的那样，模块化轮毂关于其旋转轴线106旋转对称，即，绕轴线106旋转120°得到同样的轮毂。因此，区段108、109、110也关于轮毂200的旋转轴线106彼此循环对称。

平面140、141和142各自包括轮毂的旋转轴线106。相邻平面之间(即，平面140与平面141之间或平面141与平面142之间)的角度α各自为120°。区段108、109、110的数量在示例性实施例中为三个，其等于可安装到轮毂上的转子叶片22的数量。区段以基本上环状方式绕轮毂200的旋转轴线106布置。“以基本上环状方式布置”意味着区段的不同质心的几何位置具有距轮毂的旋转轴线基本上相同的距离，意味着距轮毂的个别距离的变化小于20％，更特别地小于10％，甚至更特别地小于2％。在该示例性实施例中，区段108、109、110各自包括螺栓孔120的排列。这些螺栓孔设置为使得组装的轮毂200在其正面上具有至少两个重复、同心、基本上环状的排列的螺栓孔120。螺栓孔通常(但并非一定)共面。“基本上环状排列”意味着螺栓孔被设置为使得其相对于轮毂的旋转轴线的特定螺栓图案(或者，在另一方面，相对于叶片的旋转轴线)在一个平面内限定360°角的闭合排列曲线。

当从区段108、109、110安装或组装轮毂时，这些区段设置为使它们产生如图3中所示的轮毂。然后，特征为两个相应排列的螺栓孔120的通常圆形的前板117(未示出)位于组装的轮毂200的正面上并经由螺栓固定到其上。在图3和图4中，轮毂的正面(前板可安装到其上)朝向观察者。

在图4的示例性实施例中，轮毂调适使得每个转子叶片经由接合轮毂111安装到两个区段108、109、110上。

应当理解，在其它实施例中，区段的形状可不同。作为示例，区段之间的侧面(在图3和图4的示例性实施例中形成平面140、141和142)可包括级(stage)或间隔件；例如，可在这些区段之间设置橡胶板、塑料材料、金属板等等。此外，区段的数量可不同，特别是在具有不同数量的转子叶片的转子轮毂中。作为一般规则，区段之间的相邻平面之间的角度α从30°至180°，更特别地从90°至180°。

在带有两个转子叶片22的转子的实施例中，模块化轮毂200通常包括两个区段。在如上文所述的具有三个转子叶片的转子的实施例中，轮毂通常包括三个区段。在下文所述的另外的实施例中，三个区段中的每一个包括两个镜像对称的子区段，因此轮毂总共包括六个子区段。镜像对称意味着两个子区段的形状使得它们就像彼此呈镜像。基本上镜像对称意味着两个区段关于其外形和其基本尺寸方面镜像对称，但子区段可在小细节方面不同，例如，一个区段中的螺栓孔在其镜像对称的对应物中不具有等同物。在带有四个转子叶片的转子的实施例中，轮毂通常包括四个区段，并且因此，如果区段各自包括两个子区段，轮毂包括八个子区段。

在本文所述的实施例中，轮毂200的区段的数量与转子叶片的数量相同，或者在区段各自包括两个子区段的情况下为该数量的两倍。更一般而言，轮毂通常包括多个区段或子区段，其等于转子的转子叶片数量乘以1或更大的总数系数。

其它实施例可包括不遵循上述关系的多个区段。在本文所述的所有实施例中，只有是轮毂的基本结构元件的区段被认为并被视为“区段”；因此，螺栓、固定元件、变桨机构的部件等不被视为区段。“结构元件”也意味着该元件是轮毂本身的重要结构部分。通常，如本文所述的结构元件具有大于不带转子叶片的组装的轮毂的总重量的5％的重量。

在其它实施例中，轮毂200的区段可通过作为前板117与接合轮毂111的补充或替代的不同手段而安装在一起。用于此目的的手段和方法是本领域技术人员熟知的。举例而言，这些区段可通过螺栓联接，螺栓在其邻接面133、134、135、136、137、138处连接这些区段，这些邻接面是形成图3的实施例中的平面140、141和142的面。为此，这些面可设有与邻接区段的侧面中的通孔相对应的通孔。

图5示出了带有面133和134的图3和图4的轮毂200的区段110，其示出了用于将前板117(未示出)安装在组装的轮毂的前部的同心的环状排列的两行螺栓孔120。在区段的后面(图5中不可见)，提供了类似排列的螺栓孔120以用于将组装的轮毂安装到风力涡轮的主轴44上。角度β是模块化轮毂200的区段的特征并且与前述的角度相关，因为β等于360°减去α。在该示例性实施例中，β是240°。在其它实施例中，该角度可从180°至330°。

图6示出了如图4中所示的接合轮毂111的透视图(顶部)和沿着线A-A得到的截面图(底部)。接合轮毂111在轮毂区段与转子叶片22(未示出)之间形成接合。叶片经由螺栓安装至接合轮毂111；因此，在接合轮毂中通常设有两排螺栓孔130、131。此外，通孔112设于接合轮毂111中以用于安装叶片变桨轴承和/或变桨促动器(未示出)。

图7示出了如图4中所示的组装的轮毂200与前板117(未安装)一起的侧视图。该板用于通过螺栓孔的排列安装和固定这些区段。板通常具有圆形形状，但诸如多边形或椭圆形这样的其它外形也是可能的。孔通常设置为环状或至少两个基本上环状的排列，其可共面和/或同心。由此，两个或更多的排列提供更大的结构冗余度(redundancy)。这种概念也应用于经由螺栓孔排列130、131将转子叶片安装到接合轮毂110上，参看下文。在平面115处，轮毂200通常被安装(未示出)到转子轴44上，并且因此特征为通孔的同心排列。在一个实施例中，这些孔被设置为两个同心的环以改进稳定性和冗余度。当将轮毂安装到机舱16上时，这些被用来经由螺栓将轮毂200联接至转子轴44。因此，轮毂的不同区段各自设有通常形成环状区段的孔的排列，从而使得组装的轮毂在其朝向机舱16和轴44的面上具有一圈或两圈孔。

在图6和图7中所示的实施例中，每个转子叶片22通过双接合(double junction)111安装到轮毂200上。这种双接合通常包括螺栓孔的两个同心的基本上环状的排列130、131。因此，轮毂200与叶片22(未示出)之间的负载传递区被分成内部区域和外部区域。通过这样增强了转子联接到轮毂200那里的区域，改进了转子-轮毂系统的稳定性。同时，增强了冗余度。因此，由于更多的螺栓被用于连接并且所传输的力分布于更宽的区域和更多螺栓上，可增加容许有缺陷的螺栓的数量的安全裕度。举例而言，10％的破坏的螺栓仍可被认为是容许的以允许涡轮进一步操作。

图8示出了转子的一实施例，其带有安装到模块化轮毂200上的三个转子叶片22，模块化轮毂200包括区段108、109、110。这些区段在其正面装有前板117。在接合轮毂111处，安装了轴承114，轴承114允许叶片22的变桨旋转。

图9示出了如之前所述的实施例中的安装到接合轮毂111上的转子叶片22的剖视图。轴承114(通常为滚柱轴承)使转子叶片22能绕其纵向轴线旋转以便允许桨距变化。用于将转子叶片安装到轮毂上的方法是本领域技术人员熟知的并且因此不在此处更详细地叙述。

为了使轮毂叶片系统有更高的稳定性，可提供双轴承，如在图10的实施例中所示的那样。为此，将延伸部113安装到接合轮毂111上。延伸部具有沿着其纵向轴线延伸的通孔112。在延伸部113的两个端部，设置了轴承114、118，与图9的实施例相比，其显著地进一步增强承载能力和耐用性。

图11示出了如图7中所示的模块化轮毂的另外的示例性实施例，与图10的延伸部113相结合，每个延伸部113包括两个轴承114、118(未示出)。前板117未示出。

图12示出了模块化轮毂的另外的示例性实施例。其中，模块化轮毂200的区段125、126、127具有与上述实施例相比不同的形状。它们被设计成使得每个转子叶片22仅安装到这些区段的其中一个上，而在之前所述的实施例中，每个转子叶片各自经由接合轮毂111安装到至少两个区段上。

在图13中所示的实施例中，示出了带有安装的子区段129的转子叶片22。因此，在此实施例中，用于安装一个转子叶片22的每个区段包括两个基本上镜像对称的子区段129。在图13中未示出第二子区段。

图14示出了转子叶片22，其带有图11的轮毂的预先安装的轮毂区段126。该组件被运输交通工具190支撑，仅示意性地示出了运输交通工具190。运输交通工具可为适用于下列情形的其中至少一项的任何运输装置：空运、海运或陆地运输。

应当理解，上述构造节省大量工作、时间和成本，因为轮毂的区段108、109、110、125、126、127可在工厂中预先安装到转子叶片22上以形成适合于运输的组件。因此，它们不需要单独地运输到风力涡轮的架设位置。在一个实施例中，轮毂的一个区段或者一个或多个子区段可在工厂中预先安装到转子叶片上，并且预先组装的构造(组件)经由空运、陆地运输或海运而在运输交通工具上运输至风力涡轮的架设位置。图15中示意性地示出了运输方法。

在构造位置，带有预先安装的轮毂区段的叶片绕轮毂的轴线以基本上环状的方式布置，例如通过附连如前板117这样的连接器件。然后，转子叶片被附件至轮毂并被紧固。然后，利用起重机将完成的转子提升到其在风力涡轮塔架上的位置。图16中示意性地示出了这种方法。这还可在操作寿命周期期间用于检修和维护风力涡轮转子，其中，将轮毂或转子从涡轮卸下并利用起重机降到地面。然后，根据所述的实施例，将维修或检修的模块化轮毂或转子再提升到其在机舱处的位置。

或者，在一个实施例中，可将每个转子叶片单独地(无转子区段)提升和安装并且然后到涡轮的主轴上，之前组装号的轮毂已安装在那里。

在进一步的实施例中，轮毂的区段或子区段被单独提升到其在涡轮的主轴处的位置并被安装在那里以形成轮毂。之后，利用起重机将转子叶片提升和安装到轮毂上。

应当理解，模块化轮毂的概念对于风力涡轮的维护成本也具有结果。如果在涡轮的现场操作期间必须替换模块化轮毂，可节约大量成本和工作，因为替换的模块化轮毂以区段被运输到该位置，这能以比运输单件轮毂所需的运输设备更小并且因此更廉价的运输设备来完成。

在上文中详细地描述了用于模块化转子叶片轮毂的系统和方法的示例性实施例。系统和方法并不限于本文所述的特定实施例，相反，系统的构件和/和方法的步骤可独立于和单独于本文所述的其它构件和/或步骤而利用。举例而言，模块化轮毂可用于除了风力涡轮之外的机械或安装设备中，并且并不限于如本文所述仅关于风力涡轮系统而实践。相反，示例性实施例可结合许多其它转子应用来实施和利用。

尽管本发明的各种实施例的特定特征可能在一些附图中示出而在其它附图中未示出，但是这仅仅是为了方便。根据本发明的原理，附图的任何特征可结合任何其它附图的任何特征来参照和/或要求保护。

该书面描述用示例来公开包括最佳模式的本发明，并且还使本领域技术人员能实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包括在内的方法。虽然在前文中公开了许多特定实施例，但本领域技术人员应认识到权利要求的精神和范围允许同等有效的变型。特别地，上面所述实施例的相互非排它性的特征可彼此组合。本发明的可专利范围由所附权利要求所限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这种其它示例具有与所附权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与所附权利要求的字面语言无实质差别的等同结构元件，则这种其它示例意图在所附权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于风力涡轮转子的模块化转子叶片轮毂，包括多个区段，其中，至少一个区段包括至少一个面，所述至少一个面邻靠至少一个相邻区段的至少一个面，并且，其中，所述面的其中至少一个面从所述轮毂的外周边延伸到所述轮毂的中心区域。

2.根据权利要求1所述的模块化转子叶片轮毂，其特征在于，所述区段之间的邻接面限定平面，并且所述平面的其中至少一个平面包括所述轮毂的旋转轴线。

3.根据权利要求1或2所述的模块化转子叶片轮毂，其特征在于，所述区段以基本上环状方式绕所述轮毂的轴线布置，并且，其中，所述区段基本上相同。

4.根据前述权利要求中任一项所述的模块化转子叶片轮毂，其特征在于，所述区段关于所述轮毂的旋转轴线相对于彼此至少部分地循环对称。

5.根据前述权利要求中任一项所述的模块化转子叶片轮毂，其特征在于，所述平面各自包括所述轮毂的旋转轴线，并且相邻平面之间的角度处于从30°至180°的范围中。

6.根据前述权利要求中任一项所述的模块化转子叶片轮毂，其特征在于，每个区段适于被安装到一定数量的转子叶片上，所述数量从一个到二个。

7.根据前述权利要求中任一项所述的模块化转子叶片轮毂，其特征在于，所述区段与前板接合，所述前板包括螺栓孔的排列，所述前板被安装到所述区段的朝向远离所述机舱的方向的面上。

8.根据前述权利要求中任一项所述的模块化转子叶片轮毂，其特征在于，还包括延伸元件，所述延伸元件包括通孔以及邻近所述通孔彼此远离定位的两个轴承。

9.一种包括根据权利要求1至8中任一项所述的转子叶片轮毂的风力涡轮，其特征在于，所述多个区段中的每个区段包括邻靠至少一个相邻区段的面的至少两个面。

10.一种用于安装风力涡轮的方法，包括：

a)提供模块化轮毂的多个区段；和，

b)使所述区段以基本上环状方式绕所述轮毂的轴线布置，从而使得区段的至少一个面邻靠至少一个相邻区段的至少一个面，并且，其中，所述面的其中至少一个面从所述轮毂的外周边延伸到所述轮毂的中心区域；以及，

c)安装所述区段。

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