CN103161688A - 风力涡轮机机舱罩及在机舱主机架上安装发电机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种风力涡轮机及一种安装用于风力涡轮机的发电机的方法，所述风力涡轮机包括机舱，所述机舱安装在塔架的顶部，所述机舱包括用于安装例如发电机和主轴的主机架。所述机舱进一步包括机舱罩，所述机舱罩从轮毂延伸至后端覆盖该主机架，以覆盖安装在主机架上的部件。根据本发明的机舱罩，其至少包括第一部件和第二部件，所述第一部件具有接口，所述接口与所述第二部件的相应接口相接合，所述机舱罩的所述第二部件容纳有发电机，所述发电机和机舱罩的所述第二部件组成一个组件。将发电机和机舱罩的第二部件作为单一组件，安装可以一气呵成，仅需要一台带有吊车的起重设备即可完成。

Description

风力涡轮机机舱罩及在机舱主机架上安装发电机的方法
技术领域
本发明涉及一种风力涡轮机及一种组装和安装用于风力涡轮机的发电机的方法，所述风力涡轮机包括机舱，所述机舱安装在大致垂直塔架的顶部，所述机舱包括主机架，所述主机架适合于安装若干部件，例如发电机、主轴、包括若干叶片的轮毂，所述机舱进一步包括机舱罩，所述机舱罩从轮毂延伸至后端覆盖该主机架，以覆盖安装在主机架上的部件。
背景技术
众所周知，现代的兆瓦特级风力涡轮机的塔架顶部具有机舱，其中安装有各种部件。这种部件的一个例子是发电机，其通过主轴连接至具有若干个风力涡轮机叶片的转子。在安装风力涡轮机的过程中，完整的机舱包括必须安装在所述机舱内的所有部件，所述机舱可以被吊起至塔架的顶部，并安装成一个整体。目前，由于风力涡轮机正变得越来越大，这样的机舱也正变得相当重。完整的机舱，例如在现代6兆瓦特的风力涡轮机上的机舱，实际重量超过230吨。安装这样的一个部件需要使用非常大的起重机，其仅能在低于一定的风速下进行操作。此外，大的风力涡轮机通常安装在近海处，这也对所使用的装备、风速以及海浪大小提出了广泛和苛刻的要求。
由于上述条件，安装这样一个风力涡轮机通常是昂贵的，因为例如：风和/或波浪的原因，而使安装被推迟或停止是常有的事。吊车或起重机会为此而处于待命状态，等待更好的条件。为了克服一些不利条件，可以使用大的起重机把又大又重的部件吊至例如100米高的塔架顶部，而其他部件则可以通过小型起重机逐个安装，在安装完整机舱时，在更高的风速下安装一些小部件是可能的。然而，这又提出了另一种挑战，机舱必需建成为能够打开的形式，以从上方把不同的部件安装到机舱内的主机架上。如果由于任何原因，机舱内的一个部件损坏，需要更换，这也需要进入机舱。因此，比较通常的做法是把机舱罩与所设计的各个部件组成一体，而机舱罩能够打开，例如机舱罩的顶部连接至铰链，使得顶部可以摆动至侧面，或者简单地，至少把机舱罩的顶部吊起或移走。这使得可以进入机舱，但是已知的这些方案仍然是耗时及昂贵的，且机舱内需要额外的工作。
这些零件通常用螺栓固定在一起，但是，至今为止，雨水仍然会由接口处进入机舱内，这是非常不希望发生的。
当通过打开铰接的机舱罩部件，或简单移走机舱罩的一部分而打开机舱罩时，要解决的一个更大的问题是：在大约100米高的、至少有些风的地方，搬动体积相当大、但重量较轻的物体。
另一个问题是设计机舱罩，尤其是以防止雨水进入机舱的方式，设计在各机舱罩部件之间的接口。这似乎是一个大问题，至今该问题已经是考虑处理，但是仍然没有合适的解决方案。
发明目的
本发明的目的是提供一种风力涡轮机机舱罩，以及一种在机舱主机架上安装发电机的方法，该安装可以在单一、相对快速和简单的过程中进行，这可以减少安装时间，或发电机修理或替换的停工期。
发明内容
如上所述，本发明涉及一种风力涡轮机，其包括机舱，所述机舱安装在大致垂直的塔架的顶部，所述机舱包括主机架，所述主机架适合于安装若干部件，例如发电机、主轴、包括若干叶片的轮毂，所述机舱进一步包括机舱罩，所述机舱罩从轮毂延伸至后端覆盖该主机架，以覆盖安装在主机架上的部件。
根据本发明所述的机舱罩，至少包括第一部件和第二部件，所述第一部件具有接口，所述接口与所述第二部件的相应接口相接合，所述机舱罩的所述第二部件容纳有发电机，所述发电机和机舱罩的所述第二部件组合成一个组件。将发电机和机舱罩的第二部件作为单一组件，安装就可以一气呵成，而接下来的事情，是仅需要一台带有吊车的起重设备，这具有经济效益的同时，也提供了一种可能性，可在相关的风力条件和天气预报的极短时间内，完成安装。因此，发电机和相应机舱罩的安装可以在单个工作过程中进行。
机舱罩同样可以以不同方法制造，但是通常它由纤维增强复合材料制得，它也可以由钢或者其他类型的金属或者金属和复合材料的组合制得。通过建造机舱罩的一些部件，其中设置在发电机周围的至少一些部件具有接口，该接口与邻接机舱罩部件上的接口相对应，这使得可以选择在地面上，或在风力涡轮机的架设位置安装所述机舱罩，但优选地，该安装可以以安全且具有成本效益的方式，在生产线或装配设备中完成。
根据本发明，已经配有盖体-机舱罩的一部分的发电机，被吊起至所述机舱的主机架，优选地，所述机舱配有一个或多个机舱罩部件，然后，该发电机被安装在主机架/机舱上。所述的机舱罩部件，如前所述，设计有接口，这使得部件之间的连接快速而简单。
本发明进一步包括一种如引言所述的、在机舱内的主机架上组装和安装风力涡轮机发电机组件的方法。
根据本发明的方法可以包括如下步骤：将发电机组件安装在主机架上，所述主机架适合于安装进一步的部件，例如轴和轮毂，所述轴直接或间接连接至所述轮毂，其中所述机舱包括机舱罩，且所述发电机组件包括至少一台具有定子和转子的发电机，所述定子具有连接至所述主机架的连接装置，所述转子具有连接至所述轴的连接装置。根据本发明的方法进一步包括如下步骤：
-在所述主机架上安装第一/中心机舱罩部件；
-提供具有安装装置的所述发电机；
-用机舱罩部件的第二/后部机舱罩部件覆盖所述发电机，使所述发电机和所述第二/后部机舱罩部件组成单个发电机组件；
-把所述发电机组件吊到所述主机架上；
-在所述主机架上安装所述发电机组件，同时通过它们相应的接口，将所述第二/后部机舱罩部件安装至所述第一/中心机舱罩部件。
通过本发明的方法，可以进行具有成本效益的快速安装，其中，可以将昂贵的吊车工时减到最小，在例如100米高的机舱中，只进行最小量的安装工作，例如：在发电机安装之后，就不再进行机舱罩的安装。
在本发明风力涡轮机的优选实施方式中，至少一个机舱罩部件在其接口处设有至少一个柔性密封唇口，优选地为弹性橡胶部件，所述柔性密封唇口在大致径向方向上，从一个机舱罩部件向另一个机舱罩部件延伸。通过设置这样弹性的和/或柔性的密封唇口，可以防止雨水从所述机舱罩部件之间的接口进入机舱。由于风力涡轮机经常直立建在具有良好风力条件的区域，风力涡轮机的所有部件都必须设计成能够抵抗风力条件，或要覆盖住机舱内的部件。通过在至少一个机舱罩部件上设有密封装置，例如一个或多个密封唇口，可以阻止雨水和风穿过机舱罩部件之间的接口进入机舱。通过这种方式，可以保护部件，例如发电机和/或电子部件，不会被进入的雨水或风损坏。
所述密封唇口可以由不同材料制得，只要密封唇口是柔性的，并且能够根据相应接口部件的形状对其形状进行调节即可。此外，该材料必须足够硬，以保持其形状和柔韧性。密封唇口可以由橡胶，或者例如氯丁橡胶制得，其具有所需要的特性，且能够承受例如雨水、风和太阳紫外辐射的恶劣环境。
通过把柔性密封唇口缩进到远离机舱罩部件之间接口最外边缘的地方，就可以使其对抗大多数的环境因素而得到保护。如果密封唇口所处的位置，设有排水道，可能还设有第二密封唇口和第二排水道，这样就可以获得非常安全且完美的双密封。这将在详细的说明书中进行更详细的讨论，并将在图中显示出来。
根据本发明风力涡轮机的一个实施方式，所述组件包括发电机，所述发电机位于机舱罩的所述第二部件，所述组件进一步包括安装装置，其中所述安装装置是发电机的整体的一部分或者包括一个或多个固定至所述发电机的独立部分，所述安装装置包括用于吊起所述组件的装置。优选地，发电机以这样的方式构建：用于吊装的装置被嵌入或结合至整体结构中，所述用于安装的装置也可以由钢梁或钢结构组成，所述钢梁或钢结构通过，例如：螺栓固定或焊接的方式，安装至发电机部件中。由于安装装置与发电机一体或者固定至发电机，安装完后，所述装置可以固定于发电机上。由于安装装置始终在发电机上，发电机的安装，以及例如：由于修理或升级需要，对发电机的更换，可以轻易地在一次吊装中完成。
根据本发明风力涡轮机的一个实施方式，机舱罩的所述第二部件进一步包括至少一个舱口，所述至少一个舱口设在用于吊起所述组件的装置上。在机舱罩上具有一个、两个、三个或可能四个或更多个舱口，该机舱罩在定位上述安装装置的位置，安装有发电机，以便可钩住专门设计和放置的吊环或接合点，吊装设备。通过使用吊环或者用于吊装组件的其他装置，使移动组件变得更容易，因为吊环或连接点可以根据组件的重心来设置，使组件被吊起，并以预定的角度悬挂在机舱罩的接口和发电机的接口。可以理解，上述舱口的尺寸可以为例如1m×1m，但也可以更小或更大。在舱口和机舱盖之间设置合适的密封装置，将组件安装至主机架上后，关闭舱口。
根据本发明的风力涡轮机，在所述机舱罩第一部件和第二部件上设有所述接口，所述接口与水平线的夹角在0至90度之间。
在本发明的优选实施方式中，所述机舱罩第一部件和第二部件上的所述接口大致垂直，对应于大约90度。通过具有该方向的接口，组件的安装变得更简单，因为组件可以被引导到具正确高度的位置，然后在水平方向移动，例如通过摆动起重机，使机舱罩部件和发电机被移到最终位置。
在又一优选实施方式中，根据本发明的风力涡轮机，机舱罩的所述第一部件可以是中心部件，机舱罩的所述第二部件可以是所述机舱罩的后部部件，其中，所述第二/后部部件上的接口比第一/中心部件的接口小，因此允许所述第二接口安装在所述第一接口内，其中密封装置安装在第二/后部部件的第二接口的周边上，所述密封装置邻接第一/中心部件的第一接口。通过这种方式，并对接口进行设计，可使雨水和风偏向，而上述的密封，将在下面详细的说明书和附图中作更详细的描述。
在组装发电机组件和安装本发明该发电机组件的优选方法中，上述方法至少进一步包括如下步骤：
-提供安装支架，所述安装支架至少包括底座和固定装置，所述固定装置用于把安装支架固定于所述发电机的定子上，使所述发电机在离地面一段距离处定位；
-将所述发电机固定于所述安装支架上；
-提供具有安装装置的发电机；
-安装机舱罩部件的第二/后部部件，覆盖所述发电机；
-把在所述安装支架上的所述发电机组件运输到仓库或风力涡轮机的架设位置；
-将起吊装置连到所述发电机组件；
-通过从地面吊起发电机组件，减轻安装支架的负载；
-从发电机上拆除安装支架；
-吊起并安装所述发电机组件在风力涡轮机机舱罩内的主机架上。
通过使用这种方法，发电机可以在，例如：工厂干净的地板上进行安装，也可以从各个侧面进入发电机。只有安装有法兰的侧面是不完全可拆的，该法兰用于连接到主机架和风力涡轮机的轴，但是由于安装了支架，也只有部分侧面允许进入。这也使到在发电机上安装机舱罩部件成为可能。
将完全组装完毕的发电机组件固定到安装支架上，这可用于存储和/或运输过程中。此外，需要将发电机组件的接口末端包裹起来，而机舱罩部件对组件正是起了这个包裹作用，这相对于现有方案来说，有很大的好处，其中发电机被覆盖起来，便于运输。
上述的组件可以具有，例如150吨或更重的重量，5至8米或更长的直径。并因此要将一个相当大的组件移动到一个非常精确的位置，其中可接受的公差仅为几毫米或者甚至小于1毫米。本发明使到安装这样一个具有组件的风力涡轮机成为可能，所述组件包括发电机和机舱罩，其中所述组件被安装在风力涡轮机塔架顶部的机舱内的主机架上。
附图说明
这里仅通过举例的方式，参考附图，对本发明的实施方式进行描述，其中：
图1显示了两叶片风力涡轮机。
图2显示了机舱。
图3显示了机舱部件安装过程中，风力涡轮机的顶部。
图4显示了两个分离的机舱罩部件的接口的详细情形。
图5显示了两个已连接机舱罩部件的接口的详细情形。
图6显示了具有安装装置的发电机。
图7显示了不同角度下的具有安装装置的发电机。
图8显示了包括机舱罩和发电机一部分的组件。
图9显示了在安装架上的发电机。
下文，将逐个描述附图，图中见到的不同部件和位置，在不同的附图中将用相同的标记标出。并不是在具体的附图中标出的所有部件和位置，都需要和该附图一起讨论。
附图标记列表：
1  风力涡轮机
2  风力涡轮机塔架
3  机舱
4  叶片
5  机舱罩
6  轮毂/旋转器
7  可旋转轴
8  发电机
9  舱口
10 冷却器/散热器
11 齿形轮缘
12 主机架
13  固定轴
14  机舱罩的第一/中心部件
15  机舱罩的第二/后部部件
16  起重机
17  起重吊索
18  吊环
19  发电机组件
20  机舱罩的第二/后部部件的接口
21  机舱罩的第一/中心部件的相应接口
22  机舱罩中心部件上的套管
23  机舱罩后部部件上的连杆端
24  第一柔性和弹性密封装置
25  机舱罩后部部件上的第一斜面
26  紧固装置
27  第二柔性和弹性密封装置
28  机舱罩后部部件上的第二斜面
29  定子
30  转子
31  水平安装装置
32  垂直安装装置
33  定子法兰
34  转子法兰
35  安装支架
36  安装支架的背面
37  安装支架的底座
具体实施方式
由图1可见一种典型的两叶片风力涡轮机1，其包括风力涡轮机塔架2、机舱3和两个叶片4。该机舱3和/或机舱罩5罩住风力涡轮机1中未示出的发电机和未示出的其他部件。所述部件和机舱罩5，或者它们的至少一部分，固定到图中未示出的主机架，该主机架位于风力涡轮机塔架2的顶部。
图2示出了一种机舱3，其包括许多不同的部件，这些不同部件由机舱罩5保护，以对抗环境因素变化。在机舱3的一端可见轮毂/旋转器6，其中未示出的叶片4会被安装，以转动轮毂/旋转器6和发电机8之间的轴7。该图进一步显示了具有若干个舱口9的机舱罩5，舱口9可用于进入机舱罩5。在机舱3的顶部设有冷却器/散热器10，在机舱3的底部可见轴承上的齿形轮缘11，该齿形轮缘11位于主机架12和风力涡轮机塔架2之间。在图2中可见，轴7仅将叶片4产生的扭矩传递至发电机8，轮毂6具有突出的固定轴13，该固定轴13用螺栓固定至主机架12。
图3显示了风力涡轮机1的顶部，其中机舱罩的第一/中心部件14安装在风力涡轮机塔架2顶部的主机架上。第二/后部部件15被起重机16吊起，安装在未示出的主机架12上。起重机16通过穿过机舱罩5的第二/后部部件15中的舱口9的起重吊索17，连至发电机8上的吊环18。在图3中，包括发电机8和机舱罩5的第二/后部部件15的组件19定位在安装高度，组件19仅需要很短的水平移动。在机舱罩5的第二/后部部件15，可见所述第二/后部部件15的接口20面向机舱罩5的第一/中心部件14的相应接口21。通过移动组件19，机舱罩5的第二/后部部件15靠向机舱罩5的第一/中心部件14，接口20将被引导到与相应的接口21接合，当组件19定位在主机架12时，机舱罩5也完成定位。把发电机8安装到主机架12后，起重吊索17离开，吊环18上的舱口9关闭。现在清楚地知道，发电机8和机舱罩5的后部部件15作为单一组件19进行安装，实际上，在吊装之前，优选地，在所述组件进入风力涡轮机1的架设位置之前，所有的部件都被安装在所述组件19上。
图4显示了两个分离的机舱罩部件14,15的接口20,21的详细情形。中心部件14具有套管22，所述套管22设计为可容纳相应的、机舱罩5后部部件15的连接杆23。套管22的内部具有光滑表面，而在连接杆23的外表面，在具有合适紧固装置26的第一斜面25上，设有第一柔性和弹性密封装置24。此外，在同样具有合适紧固装置26的第二斜面28上，也设有第二柔性和弹性密封装置27。当第一/中心部件14和第二/后部部件15处于安装位置时，第一柔性和弹性密封装置24与第二柔性和弹性密封装置27均设计成与套管22的内表面接合。
图5显示了两个正确连接或安装的机舱罩部件14,15的接口20,21的详细情形。从机舱罩5的顶部可看出其详细情形，但是没有任何变化的相同设计可用在机舱罩5的周围。通过设有第一柔性和弹性密封装置24，例如：橡胶制得的环状物，得到简单且稳定的密封，这将防止雨水、风和灰尘在接口20,21进入机舱3。如果意外地，水通过了第一密封装置24，水将会被迫流向第一斜面25，亦会通过第二密封装置27，以及流向第二斜面28。在机舱罩5的第一/中心部件14和第二/后部部件15之间的整体密封的设计是可靠且复杂的。
图6显示了一种发电机8，其中在发电机8的顶部具有水平安装装置31，沿着发电机8的后部具有垂直安装装置32。安装装置31,32固定至定子29，且包括多个吊环18，吊环18使得发电机8以受控的方式被吊起，由于吊环18的位置是预先设计好的，所以发电机8可被非常精确地定位。因此，通过未示出的、可以连至吊环18的控制索缆，就可对发电机8进行定位。当发电机8安装在主机架12上的机舱时，安装装置31,32将保留在发电机8上。留下安装装置31,32是合理的，因为这可以节省大量的时间和费用，如果在日后需对发电机进行维修或升级，将会节省进一步的时间和费用。
图7从不同角度，显示了图6所见到的、具有安装装置31的发电机。这里，可见转子30在定子29的内部，并且可见到用于连接主机架12的定子法兰33，以及用于连接轴7的转子法兰34。
图8显示了作为一个组件19的机舱罩5的后部部件15以及发电机8，在吊装之前，它们可在地面上放在一起，安装后一次性吊起，且可以安装在机舱3内作为一个组件，简单通过螺栓将定子29的法兰33和转子30的法兰34固定到各个部件中。
最后，图9显示了一种发电机组件19，其包括未示出的发电机8，该发电机8由机舱罩5的后部部件15覆盖。此外，该图显示了安装支架36，其大致呈L形，该安装支架36具有背部37，该背部37包括未看见的、用以固定到发电机的固定装置，例如将发电机固定到主机架12的法兰。安装支架36进一步包括底座37，该底座37与地面或地板接合。组装发电机组件19时，只有面向主机架12的接口，在储存或运输的过程中，需要包裹或覆盖，这可以由普通的包装装置完成。发电机组件的开放接口端，例如：可以用已知的盖罩覆盖，覆盖塔架分段的端部位置，叶片的根端位置，以及其他零件。
本发明并不限于这里描述的实施方式，在不脱离本发明权利要求所描述的范围的情况下，可以对本发明进行修饰或修改。

Claims (9)

1.一种风力涡轮机，其包括机舱，所述机舱安装在大致垂直塔架的顶部，所述机舱包括主机架，所述主机架适合于安装若干部件，例如：发电机、主轴、包括若干叶片的轮毂，所述机舱进一步包括机舱罩，所述机舱罩从轮毂延伸至后端覆盖该主机架，以覆盖安装在主机架上的部件，其特征在于，所述机舱罩至少包括第一部件和第二部件，所述第一部件具有接口，所述接口与所述第二部件的相应接口相接合，所述机舱罩的所述第二部件容纳有发电机，所述发电机和机舱罩的所述第二部件作为一个组件。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，至少一个机舱罩部件，在其接口处具有至少一个柔性密封唇口，优选地为弹性橡胶部件，所述柔性密封唇口在大致的径向方向上，从一个机舱罩部件向另一个机舱罩部件延伸。
3.根据权利要求1和2任一项所述的风力涡轮机，其特征在于，所述组件包括发电机，所述发电机在所述机舱罩的第二部件内，所述机舱罩的第二部件进一步包括安装装置，其中所述安装装置是发电机的整体的一部分或者包括一个或多个固定至所述发电机的独立部分，所述安装装置包括用于吊起所述组件的装置。
4.根据权利要求1至3任一项所述的风力涡轮机，其特征在于，所述机舱罩的第二部件进一步包括至少一个舱口，所述至少一个舱口设在用于吊起所述组件的上述装置上。
5.根据权利要求1至4任一项所述的风力涡轮机，其特征在于，所述机舱罩的第一部件和第二部件上的所述接口与水平线的夹角位于0至90度之间。
6.根据权利要求5所述的风力涡轮机，其特征在于，所述机舱罩的第一部件和第二部件上的所述接口大致垂直。
7.根据权利要求1至6任一项所述的风力涡轮机，其特征在于，机舱罩的所述第一部件是中心部件，机舱罩的所述第二部件是所述机舱罩的后部部件，其中，所述第二/后部部件上的接口比所述第一/中心部件的接口小，因此允许所述第二接口安装在所述第一接口内，其中密封装置安装在第二/后部部件的第二接口的周边上，所述密封装置邻接所述第一/中心部件的第一接口。
8.一种组装发电机组件和将该发电机组件安装在风力涡轮机机舱内主机架上的方法，所述机舱和主机架安装在大致垂直塔架的顶部，所述主机架适合于安装进一步的部件，例如轴和轮毂，所述轴直接或间接连接至所述轮毂，其中所述轮毂包括若干个叶片，进一步地，所述机舱包括机舱罩，且所述发电机组件包括至少一个具有定子和转子的发电机，所述定子具有连接至所述主机架的连接装置，所述转子具有连接至所述轴的连接装置，其特征在于，所述用于组装和安装发电机组件的所述方法至少包括如下步骤：
-在所述主机架上安装第一/中心机舱罩部件；
-提供具有安装装置的所述发电机；
-用机舱罩部件的第二/后部机舱罩部件覆盖所述发电机，使所述发电机和所述第二/后部机舱罩部件组成单个发电机组件；
-把所述发电机组件吊到所述主机架上；
-在所述主机架上安装所述发电机组件，同时通过它们相应的接口，将所述第二/后部机舱罩部件安装至所述第一/中心机舱罩部件。
9.根据权利要求8所述的组装发电机组件并安装该发电机组件的方法，其特征在于，所述方法至少进一步包括如下步骤：
-提供安装支架，所述安装支架至少包括底座和固定装置，所述固定装置用于把安装支架固定于所述发电机的定子上，使所述发电机在离地面一段距离处定位；
-将所述发电机固定于所述安装支架上；
-提供具有安装装置的发电机；
-安装机舱罩部件的第二/后部部件，覆盖所述发电机；
-把在所述安装支架上的所述发电机组件运输到仓库或风力涡轮机的架设位置；
-将起吊装置连到所述发电机组件；
-通过从地面吊起发电机组件，减轻安装支架的负载；
-从发电机上拆除安装支架；
-吊起并安装所述发电机组件在风力涡轮机机舱罩内的主机架上。
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