CN103016273A - 用于风力涡轮机的机舱 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于风力涡轮机的机舱。用于风力涡轮机（1）的机舱（2）包括发电机（3）、承载结构（4）、支撑结构（5）、电气系统（7）、偏航系统（6）、控制系统（8）和外壳（9）。发电机（3）包括旋转部分和静止部分，静止部分可连接到承载结构（4）。承载结构（4）包括偏航系统（6）和控制系统（8）。支撑结构（5）包括电气系统（7），且支撑结构（5）可连接到承载结构（4）。外壳（9）是分段式的，并至少可连接到承载结构（4）。发电机（3）、承载结构（4）和支撑结构（5）为分离模块（11、12、13），这些分离模块（11、12、13）和分段式外壳（9）可在风力涡轮机（1）的架设场处连接，以建造机舱（1）。

Description

用于风力涡轮机的机舱
技术领域
本发明涉及用于风力涡轮机的机舱。
背景技术
风力涡轮机将风能转变成电能。
风能导致风力涡轮机的转子旋转。风力涡轮机的转子包括轮毂和安装到轮毂的至少一个转子叶片。轮毂可旋转地连接到机舱。机舱包括发电机。轮毂的旋转被传递到发电机，发电机将旋转能变换成电能。
风作用在转子上的负载经过一个或多个轴承被传递到承载结构。承载结构是机舱的一部分，并将机舱连接到风力涡轮机的塔架。机舱和转子各部件的负载和重量被传递到塔架。
负载结构被连接到塔架，以使机舱能够在塔架上旋转。偏航系统使机舱在塔架上旋转，以使风力涡轮机的转子面向风向。
风力涡轮机包括风力涡轮机的操作所必须的不同系统和部件，如控制系统或冷却系统。系统和部件通过电连接、液压连接或例如用于冷却系统的流体密封管道而被连接。大部分系统和部件位于风力涡轮机的机舱中。
所述系统和部件中的一些，如电气系统，被安装在支撑结构上。该支撑结构被连接到机舱的承载结构。
已证明风力涡轮机的机舱是与风力涡轮机操作可靠性和寿命有关的关键零件。风力涡轮机的机舱在工厂中以流水线生产方式制造，以节省成本的生产以及提高质量。机舱然后被运送到风力涡轮机的架设场。
近年来，利用单个风力涡轮机产生的有效电力不断增加。风力涡轮机的各部件（如叶片、轮毂、机舱和塔架的各区段）在尺寸和重量上也在增大。
风力涡轮机单个零件的尺寸和重量由于公路运输零件的规定而受到限制。风力涡轮机的机舱情况同样如此。
公路运输要求部件的特定最大尺寸和专用运输车辆。另外，特种重载运输需要的规划时间长，并且需要从当局获得所要求的许可。
发明内容
本发明的目的是要提供一种用于风力涡轮机的机舱，该机舱更易于运输。
该目的通过各独立权利要求的特征实现。在各从属权利要求中描述了本发明的优选实施例。
用于风力涡轮机的机舱包括发电机、承载结构、支撑结构、电气系统、偏航系统、控制系统和外壳。发电机包括旋转部分和静止部分，并且静止部分可连接到承载结构。
承载结构包括偏航系统和控制系统。支撑结构包括电气系统，并且支撑结构可连接到承载结构。外壳是分段式的，并可至少连接到承载结构。
发电机、承载结构和支撑结构是分离模块，并且这些分离模块和分段式外壳可在风力涡轮机的架设场处被连接，以建造机舱。
风力涡轮机的机舱包括承载结构，其能够将来自风力涡轮机转子的负载传递到塔架。在架设涡轮机时，发电机的定子侧被安装到承载结构的第一侧。承载结构的第二侧可旋转地安装到风力涡轮机的塔架。
风力涡轮机的机舱包括支撑结构，其携载着那些存在于机舱中的系统和部件。在架设涡轮机时，支撑结构被连接到机舱的承载结构。
风力涡轮机机舱中的系统和部件能够被直接连接到或例如经由支撑结构间接连接到承载结构。
风力涡轮机的电气系统至少部分地位于风力涡轮机的机舱中。这些部分例如是转换器、变压器或具有电气电子设备的机柜。
风力涡轮机的机舱包括控制系统。控制系统控制例如电气系统、液压系统、转子叶片的桨距、机舱的偏航系统、转子的制动和风力涡轮机的转换器。
机舱包括外壳，该外壳被构造成保护机舱中的系统和部件不受周围环境的影响。更大机舱的外壳为了更容易运输而被分段。
机舱被制备成分离模块。这些模块被运输到风力涡轮机的架设场，并被连接以建造成风力涡轮机的机舱。
模块在机舱被提升到风力涡轮机的塔架之前被连接，或者机舱的模块被单独提升，然后彼此连接。
模块还能够被连接在风力涡轮机的架设场，机舱被架设在该架设场。这例如可以是靠近海港的。机舱然后被运输到塔架，并被提升到塔架上。
这些模块要被运输，因而它们需要满足运输的要求和限制。因而，整个机舱能够大于运输规定所限制的最大尺寸。因而，在机舱中可以有更多空间可用。
因而，系统和部件能够以更有效的方式被布置，以优化部件的冷却。因而，部件还能够被布置成优化在机舱中执行的维修维护工作。
因而，机舱的模块在重量上比整个机舱更轻。因而，模块更容易运输并且更容易操纵。因而，运输车辆能够为常规的运输车辆，不必是专用重载车辆。因而，模块的运输更为低廉。
至少对于一些模块而言，模块的运输能够作为常规运输在公路上执行。因而，无需为这些模块布置专用重载或超宽负载运输。
存在于风力涡轮机机舱中的系统包括至不同部件的连接。冷却系统例如包括泵和控制单元，并被连接到热交换器和至少一个热源。
需要建立从包括该系统一部分的模块到包括该系统其他部件的其他模块的连接。该系统被安装于其上的模块被选择成使得模块之间所需连接的数量被最小化。
承载结构例如包括偏航系统，该偏航系统包含有偏航马达的控制器。偏航马达被连接到承载结构。因而，从一个模块到另一模块不需要建立连接来将偏航马达连接到偏航马达的控制器。
承载结构包括风力涡轮机的控制系统。控制系统需要被连接到风力涡轮机的多个不同部件。承载结构是机舱模块中的中心模块。
因而，通过将控制系统放置在承载结构中，控制系统到其他模块的连接的数量被最小化。
因而，在连接模块时必须建立的连接的数量被最小化。因而，装设时间被最小化。因而，错误连接的可能性也被最小化。
在连接模块时必须建立的连接被制备成使其容易连接。这些连接能够通过在连接处提供连接件而制成。
因而，在连接模块时能够快速建立连接。因而，在风力涡轮机的架设场不再需要进一步的安装材料来建立连接。
在一个优选实施例中，承载结构至少包括冷却系统的一部分。
机舱包括冷却系统。该冷却系统被构造成将存在于部件中的热传递到热交换器，其中热被传递到另一冷却介质，如周围空气。
冷却系统的一部分例如为冷却系统的泵、冷却系统的阀或冷却系统的连接。
冷却系统的该部分还能够是冷却系统的控制器。当冷却系统的控制器位于承载结构中时，在连接模块时必须建立的连接的数量被最小化。
因而，用于连接冷却系统各部分的连接被非常快速地建立，错误连接的风险最小化。因而，装设时间最小化。
在一个优选实施例中，散热器被提供成可连接到外壳。
散热器被用作热交换器，并为冷却系统的一部分。例如来自发电机的热由第一冷却流体传递。在散热器中，来自第一冷却流体的热被传递到第二冷却流体。第二冷却流体例如为周围空气。
散热器被提供成可连接到外壳。因而，散热器能够从其他模块分离地运输到风力涡轮机的架设场。
因而，外壳的需要运输的部分更小，机舱的外壳的运输更容易。
在一个优选实施例中，发电机包括安装到发电机的静止部分的液压单元。
机舱包括液压系统。液压系统例如用于操作风力涡轮机转子的制动和锁定，或者用于控制转子叶片的桨距。
液压单元例如为液压系统的泵或压力存储器。液压单元需要连接到机舱的制动器和轮毂。液压单元被安装到发电机的静止部分。
因而，需要将液压单元与其他液压部件相连接的连接器的数量被最小化。因而，能够快速建立连接。
在一个优选实施例中，电气系统包括变压器和转换器，以适应发电机的功率，从而适用于电网的电网状况。
机舱包括电气系统，该电气系统将来自发电机的电能传递到电网的连接。该电网系统包括变压器和转换器，其能够位于机舱中。
转换器和变压器二者均位于风力涡轮机的机舱中。因而，转换器与变压器之间的连接较短。因而，该连接能够在制备模块时已被装设好。因而，不必在施工现场必须建立分离的连接。
在一个优选实施例中，用于直升机的平台被提供，该平台可连接到外壳。
用于直升机的平台为直升机停机坪、直升机空降区或例如直升机升降机平台。
优选地，用于直升机的平台为直升机升降机平台。该直升机升降机平台为下述平台，其被构造成将零件或人员从直升机下放到该平台或将其从该平台提升到直升机。
该平台能够被分段。平台被制备成与机舱的外壳分离，并在架设场连接到外壳。
因而，外壳的需要运输的部分更小，机舱的外壳的运输更容易。
在一个优选实施例中，电气系统可电连接到发电机和电网。
风力涡轮机的电气系统被制备为使其能够被连接到发电机和电网。通过提供模块中的连接所需的电缆来制备连接。电缆能够被配备具有连接器，或其能够被提供得足够长，以被引导至相邻模块中，从而被直接连接到相关部件。
因而，在风力涡轮机的架设场能够建立连接。因而，在架设场不需要进一步的安装设备。
在一个优选实施例中，冷却系统的管道或软管可连接到散热器、发电机和/或电气系统。
冷却系统将来自风力涡轮机的部件的余热经由第一冷却流体传递到热交换器。例如，余热的典型来源能够是发电机、主轴承、转换器、变压器或液压系统。
冷却系统连接到需要冷却的所有热源，并连接到用作热交换器的散热器。
必须在存在于模块、散热器之一中的冷却系统与需要冷却的单元之间建立连接。
软管或管道被提供作为冷却系统与散热器或冷却系统与需要冷却的单元之间的连接。该软管或管道可连接到不同模块中的所述单元。因而，在连接模块之后能够建立连接。
因而，该连接已被制备好。因而，该连接能够以快速和容易的方式建立。
在一个优选实施例中，至少发电机和支撑结构的电气系统被构造成通过电连接而被连接。
电连接在连接模块之前被制备和布置在模块中。
在连接模块之后，电连接能够通过连接制备好的电缆或汇流条、或通过连接制备好的插座式连接来建立。
因而，能够非常迅速地建立连接。连接的制备能够在工厂中提前进行。因而，风力涡轮机的架设场上的装设时间最小化。因而，能够独立于天气条件进行制备。
在一个优选实施例中，至少承载结构中的冷却系统、发电机和支撑结构的电气系统被构造成通过用于冷却流体的连接而被连接。
因而，冷却系统能够连接到发电机和电气系统。因而，发电机或电气系统能够通过冷却系统进行冷却。
在一个优选实施例中，至少发电机处的液压单元和支撑结构的控制系统被构造成通过液压连接而被连接。
因而，液压单元和控制系统能够通过液压连接而被连接。因而，液压系统能够由控制系统进行控制。
在一个优选实施例中，至少发电机处的液压单元和机舱外的液压部件被构造成通过液压连接而被连接。
机舱外的液压部件例如为位于轮毂中的液压桨距系统。
因而，机舱外的液压部件也能够连接到液压系统。因而，桨距系统能够利用液压进行控制。
在一个优选实施例中，至少承载结构中的控制系统、发电机和支撑结构中的电气系统被构造成通过电连接而被连接。
电连接在连接模块之前被制备。该制备在工厂中完成，因而在风力涡轮机的架设场与天气条件无关。
当连接模块时，电连接能够通过连接制备好的电缆或连接制备好的插座式连接来建立。
因而，能够非常迅速地建立连接。因而，节省在风力涡轮机的架设场的装设时间。
在一个优选实施例中，至少控制系统和机舱外的部件被构造成通过电连接而被连接。
机舱外的且连接到控制系统的部件例如为轮毂中的液压桨距系统，或者机舱之上的飞行报警灯或气象仪器。
在模块被运输到风力涡轮机的架设场之前建立电连接。因而，建立该连接与风力涡轮机架设场的天气条件无关。
在连接模块之后，在风力涡轮机的架设场建立电连接。该连接通过连接制备好的电缆或通过用制备好的插座式来连接这些电缆而实现。
风力涡轮机的机舱被装配好，其中各分离模块和分段式外壳是在风力涡轮机架设场处通过如下方式来连接的，即：将发电机静止部分连接到承载结构，将支撑结构连接到承载结构，以及将外壳的区段至少连接到承载结构。
附图说明
将借助附图更详细地示出本发明。附图示出了一种优选构造，但并不限制本发明的范围。
图1示出了风力涡轮机机舱和轮毂的方框图。
图2示出了电力系统的示意性概略图。
图3示出了冷却系统的示意性概略图。
图4示出了液压系统的示意性概略图。
图5示出了控制系统的示意性概略图。
具体实施方式
图1示出了风力涡轮机机舱和轮毂的方框图。机舱的三个主要模块11、12、13被连接，以形成机舱。第一模块11包括发电机3。液压泵17位于发电机3的静止部分内。具有液压模块17的发电机3与机舱2的其他部分分离地被运输到风力涡轮机的架设场。
第二模块12包括承载结构4。承载结构包括偏航系统6、控制系统8和冷却泵10。具有偏航系统6、控制系统8和冷却泵10的承载结构域机舱的其他模块分离地被运输到风力涡轮机的架设场。
第三模块13包括支撑结构5。包括变压器18和转换器19的电气系统7连接到支撑结构5。
具有电气系统7的支撑结构5与机舱2的其他模块分离地被运输到风力涡轮机的架设场。
在风力涡轮机1的架设场，模块11、12、13被连接。模块13连接到模块12，从而支撑结构5连接到承载结构4。
模块11连接到模块12，从而发电机3连接到承载结构4。
机舱的外壳9被分段。区段由外壳9处的虚线显示。
外壳9的区段与机舱2的其他模块分离地被运输到风力涡轮机的架设场。
在风力涡轮机1的架设场，外壳9的区段被安装到机舱2的模块11、12、13。
额外的部件（如散热器16和用于直升机22的平台）连接到外壳9。
轮毂14连接到机舱2，从而轮毂14连接到发电机3的旋转部分。
图2示出了电力系统的示意性概略图。
图2示出了风力涡轮机1的在塔架29之上的机舱2。风力涡轮机配备有轮毂14和转子叶片15。在机舱之上的是冷却系统的散热器16和用于直升机22的平台。电力系统的连接以示意性方式显示。
电力系统包括从发电机3到电气系统7的电连接23，电气系统7包括转换器19和变压器18。电连接从电气系统7到电网21是最重要的。
图3示出了冷却系统的示意性概略图。
图3示出了风力涡轮机1的在塔架29之上的机舱2。风力涡轮机配备有轮毂14和转子叶片15。在机舱之上的是冷却系统的散热器16和用于直升机22的平台。冷却系统的连接以示意性方式显示。
冷却系统的连接从冷却系统的泵10通往包括变压器18和转换器19的电气系统7。
另一连接从冷却泵10通往发电机中的液压泵17以及通往风力涡轮机1的轴承20。
甚至另一连接从冷却泵10通往机舱2之上的散热器16以及通往发电机3的冷却连接24。
图4示出了液压系统的示意性概略图。
图4示出了风力涡轮机1的在塔架29之上的机舱2。风力涡轮机配备有轮毂14和转子叶片15。在机舱之上的是冷却系统的散热器16和用于直升机22的平台。液压系统的连接以示意性方式显示。
液压泵17位于风力涡轮机1的发电机3中。第一液压连接从液压泵17通往发电机3的制动器25。
第二连接从液压泵17通往冷却系统8，该冷却系统控制液压系统。
第三液压连接从液压泵通往风力涡轮机1的轮毂14中的液压系统。在该示例中，这是通往转子叶片15的液压桨距系统的连接。
图5示出了控制系统的示意性概略图。
图5示出了风力涡轮机1的在塔架29之上的机舱2。风力涡轮机配备有轮毂14和转子叶片15。在机舱之上的是冷却系统的散热器16和用于直升机22的平台。控制系统的连接以示意性方式显示。
风力涡轮机1的控制系统8位于承载结构中。控制系统8具有通往偏航系统6、通往转换器19和变压器18的连接。
另一连接从控制系统8转到机舱的顶部30，气象仪器和飞行报警灯连接于其处。
控制系统8进一步包括通往发电机3的连接26、通往液压泵17的连接和通往发电机3的制动器25的连接。
另一连接从控制系统8通往风力涡轮机1的轮毂14中的部件27。该部件27例如为风力涡轮机1的转子叶片15的液压桨距系统。

Claims (15)

1. 一种用于风力涡轮机（1）的机舱（2），包括发电机（3）、承载结构（4）、支撑结构（5）、电气系统（7）、偏航系统（6）、控制系统（8）和外壳（9），
· 其中所述发电机（3）包括旋转部分和静止部分，所述静止部分可连接到所述承载结构（4），
· 其中所述承载结构（4）包括所述偏航系统（6）和所述控制系统（8），
· 其中所述支撑结构（5）包括所述电气系统（7），并且所述支撑结构（5）可连接到所述承载结构（4），
· 其中所述外壳（9）是分段式的，并至少可连接到所述承载结构（4），
· 其中所述发电机（3）、所述承载结构（4）和所述支撑结构（5）为分离模块（11、12、13），
· 其中所述分离模块（11、12、13）和分段式外壳（9）可在所述风力涡轮机（1）的架设场处连接，以建造所述机舱（2）。
2. 根据权利要求1所述的用于风力涡轮机（1）的机舱（2），其中所述承载结构（4）包括冷却系统（10）的至少一部分。
3. 根据权利要求2所述的用于风力涡轮机（1）的机舱（2），其中散热器（16）被提供成可连接到所述外壳（9）。
4. 根据前述权利要求任一项所述的用于风力涡轮机（1）的机舱（2），其中所述发电机（3）包括安装到所述发电机（3）的所述静止部分的液压单元（17）。
5. 根据前述权利要求任一项所述的用于风力涡轮机（1）的机舱（2），其中所述电气系统（17）包括变压器（18）和转换器（19），以适应所述发电机（3）的功率，从而适用于电网的电网状况。
6. 根据前述权利要求任一项所述的用于风力涡轮机（1）的机舱（2），其中用于直升机（22）的平台被提供，该平台可连接到所述外壳（9）。
7. 根据前述权利要求任一项所述的用于风力涡轮机（1）的机舱（2），其中所述电气系统（7）可电连接到所述发电机（3）和所述电网。
8. 根据前述权利要求任一项所述的用于风力涡轮机（1）的机舱（2），其中所述冷却系统的管道或软管可连接到所述散热器（16）、所述发电机（3）和/或所述电气系统（7）。
9. 根据前述权利要求任一项所述的用于风力涡轮机（1）的机舱（2），其中至少所述发电机（3）和所述支撑结构（5）的所述电气系统（7）被构造成通过电连接而被连接。
10. 根据前述权利要求任一项所述的用于风力涡轮机（1）的机舱（2），其中至少所述承载结构（4）中的所述冷却系统（10）、所述发电机（3）和所述支撑结构（5）的所述电气系统（7）被构造成通过用于冷却流体的连接而被连接。
11. 根据前述权利要求任一项所述的用于风力涡轮机（1）的机舱（2），其中至少所述发电机（3）的所述液压单元（7）和所述支撑结构（5）的所述控制系统（8）被构造成通过液压连接而被连接。
12. 根据前述权利要求任一项所述的用于风力涡轮机（1）的机舱（2），其中至少所述发电机（3）的所述液压单元（7）和所述机舱（2）外的液压部件（28）被构造成通过液压连接而被连接。
13. 根据前述权利要求任一项所述的用于风力涡轮机（1）的机舱（2），其中至少所述承载结构（4）中的所述控制系统（8）、所述发电机（3）和所述支撑结构（5）中的所述电气系统（7）被构造成通过电连接而被连接。
14. 根据前述权利要求任一项所述的用于风力涡轮机（1）的机舱（2），其中至少所述控制系统（8）和所述机舱（2）外的一部件（27）被构造成通过电连接而被连接。
15. 一种装配根据权利要求1所述的用于风力涡轮机（1）的机舱（2）的方法，其中所述分离模块（11、12、13）和分段式外壳（9）在所述风力涡轮机（1）的架设场处被连接，所述方法包括以下步骤：
将所述发电机（3）的所述静止部分连接到所述承载结构（4），
将所述支撑结构（5）连接到所述承载结构（4），
将所述外壳（9）的区段至少连接到所述承载结构（4）。
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