CN103225589A

CN103225589A - 对风力涡轮机组件的改进

Info

Publication number: CN103225589A
Application number: CN2013100355235A
Authority: CN
Inventors: P.梅塔; T.芒克-汉森
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-01-30
Filing date: 2013-01-30
Publication date: 2013-07-31
Also published as: KR20130088073A; EP2620644A1; BR102013002318A2; JP2013155739A; DK2620644T3; US20130193691A1; EP2620644B1; CA2803724A1

Abstract

本发明涉及对风力涡轮机组件的改进。具体地，提供了一种风力涡轮机组件（1）的塔架（3），其具有被布置成与风力涡轮机（100）的机舱（21）接口的连接部（4）。该连接部（4）首先能够包括位于与机舱（21）的接口处的第一外部凸缘（10），该第一凸缘（10）延伸至外部（E）。连接部（4）进一步可包括位于与机舱（21）接口处的第一凸缘（10），第一凸缘（10）布置于其上的基本为管状的适配元件（41）。本发明还提供了风力涡轮机组件（1）、风力涡轮机机舱（21）的舱罩（23）以及制造风力涡轮机（100）的塔架（3）和/或风力涡轮机组件（1）和舱罩（23）的方法。

Description

对风力涡轮机组件的改进

技术领域

本发明涉及风力涡轮机组件的塔架，其具有被布置成与风力涡轮机的机舱接口的连接部。本发明还涉及风力涡轮机组件和风力涡轮机机舱的舱罩、以及制造风力涡轮机塔架的方法和/或制造具有塔架的风力涡轮机组件的方法、以及制造风力涡轮机机舱舱罩的方法。

背景技术

风力涡轮机将风能转换成电能。这类风力涡轮机的主要操作部件通常被组装在风力涡轮机塔架之上，并包括机舱和具有转子叶片的轮毂。电气部件被组装在机舱内，其将转子的旋转能转化成电能。

机舱内的电气部件（特别是发电机以及连接轮毂和这种发电机的传动系）具有非常大的重量。例如在直驱式风力涡轮机中（即，不具有将轮毂的旋转运动转换成下游传动系更快速旋转的变速箱的风力涡轮机），发电机位于机舱内且与轮毂直接相邻。因而，机舱以及轮毂和转子的重心并不位于塔架的中间轴线，而是远离塔架。因此，在低风速条件下，机舱和轮毂及其所有部件的重量产生了导致俯仰动量的重力，该俯仰动量在理论上将迫使机舱在其轮毂侧向下倾斜。由于这一俯仰动量，将在塔架自身内产生扭矩。因此，机舱与塔架之间的连接以及塔架本身必须被实现为承受得住这种动量以及实际中的影响塔架与机舱之间连接以及该塔架的其他动量。

这一问题参照附图1和2被更详细地示出：

图1示出了风力涡轮机组件1，在此是一个根据现有技术的完整的风力涡轮机100。用语“风力涡轮机组件”在这一上下文中被用来表示该例中所示的完全组装好的风力涡轮机，但也可用来表示尚未完全组装好的风力涡轮机。在风力涡轮机的构造期间即为如此，其中风力涡轮机组件包括用于风力涡轮机的至少一个塔架和这一风力涡轮机的机舱的各个部分或各个部件。

风力涡轮机100包括塔架3，而且一机舱21位于塔架3之上。机舱21包括舱罩或外壳23，其防护机舱21的内部不受外部环境影响。在机舱21内组装有底座框架11和带有直驱式发电机29的主轴，其中底座框架用作对塔架3的稳定和连接元件。进一步向左可看见附接有转子叶片33的轮毂31。风来自风向W，并迫使轮毂沿其轴线旋转以驱动发电机29，使得风能转换成电能。在低风速条件下，机舱21以及轮毂31和转子33的总重量引起的重力G迫使机舱21以及轮毂31和转子33从机舱21的中心34向下。

由于重心34并未位于塔架3的中心轴线X上，这意味着重力G将机舱21的前部拉向地面。此重力G由塔架3与机舱21间的连接所导致的反重力R阻止，这将机舱21保持在其所需位置。如果风变得更强，则重力G部分地或者完全地被升力抵消，该升力甚至能够大至足以完全克服重力G，并且略微迫使机舱21朝向相反方向，这意味着从重心34向上。在此情况下，塔架3的反向力R指向相反的方向。

图2示出了根据现有技术的风力涡轮机装置1沿塔架3的纵向延伸部的剖视图。为清楚起见，只有塔架3的顶部部分以及只有机舱21的联结部件被示于该图中。机舱21的底座框架11搁在塔架3上，并经由以下布局结构而被连接到塔架3。

偏航环5借助于全都沿塔架3周向的螺栓7而被附接到塔架3。这些螺栓7在连接部4处被插入到塔架3的孔中。连接部4在其朝向底座框架11的上侧上包括内部凸缘8，该内部凸缘8延伸至塔架3的内部J。底座框架11通过偏航夹具9连接到偏航环5，偏航夹具9在偏航环5的下表面处包围偏航环5。偏航马达19位于塔架3的外部E，该偏航马达19借助于保持设备17而被连接到底座框架11。连接部15从偏航马达19延伸至连接到偏航环5的齿轮13。通过操作偏航马达19，底座框架11以及因而机舱21能够一起沿塔架3的纵向轴线X旋转。

由于存在重力G，使得向下的力F在第一连接点30处指向底座框架11与塔架3之间的连接部。在塔架3的相对侧上，在偏航夹具9与底座框架11之间的连接部处，即在第二连接点32处，产生将底座框架11向上牵拉的反作用力C。此反作用力C必须由底座框架11与塔架3之间经由偏航夹具9的连接来补偿。由于此反作用力C，在该图右手侧处在塔架内出现了挠矩T₂，而由于向下的力F，在该图左手侧处出现反向的挠矩T₁。一旦风力条件变化，且上文提到的升力克服了重力G，那么塔架3中的挠矩T₁、T₂正好相反。

由于塔架3与底座框架11之间（即塔架3与机舱21之间）连接区域中出现的负载，使得该连接必须足够牢固，以便承受相当大的力和力矩。特别地，塔架本身必须被设计得足够牢固，以便承受由重力G和升力引起的所有可能的挠矩T₁、T₂。

发明内容

因而，本发明的目的是要改进风力涡轮机的塔架与风力涡轮机搁在塔架上的那些部分之间的连接。特别地，这些改进与负载和动量的减少有关、和/或与维护的改进有关、和/或与此连接区域中的制造可能性相关。

此目的通过权利要求1所述的塔架、通过权利要求2所述的塔架、权利要求9所述的风力涡轮机组件、权利要求12所述的舱罩以及权利要求13、14和15所述的方法来实现。

因此，在第一实施例中，上文提到的那类塔架的特征在于如下事实，即：连接部包括位于与机舱的接口处的第一外部凸缘，该第一凸缘延伸至塔架的外部。

因而，不是利用在塔架内延伸（即突出至内部）的内部凸缘，而是利用延伸至外部即塔架外侧的外部凸缘。该措施由于仅仅需要重新设计塔架的顶部区段因而极易实现，通过该措施，减小了连接点与塔架壁之间的距离，这自动地减小了塔架壁中因重力和/或操作风力涡轮机时升力引起的局部挠矩。这是由于下述事实：连接点与塔架壁自身之间的距离越短，局部挠矩减小得越多。

根据第二实施例，其是优选的但必须与本发明的第一实施例结合，根据本发明的风力涡轮机组件的塔架包括被布置成与风力涡轮机的机舱接口的连接部，其中连接部包括位于与机舱接口处的第一凸缘，并且连接部包括基本为管状的适配元件，第一凸缘布置在该适配元件上。

这样的适配元件能够被视为是塔架最上部的塔架区段，但沿其主轴线（即该管状形状的轴线）具有的延伸部（优选仅为0.5至2米）比常见的塔架区段小。利用这种适配元件意味着（如果利用了第一外部凸缘），几乎直到塔架的顶部都能使用现有技术的区段（即，具有内部凸缘而不是外部凸缘），适配元件能够被用于适应于具有第一外部凸缘的连接部。然而，将第一内部凸缘用在与机舱的接口处时，使用适配元件也具有如下显著的优点。

适配元件能够和与其相连的风力涡轮机偏航系统的偏航环组装在一起，特别是在两个元件被一起向上提升至适配器将被安装的水平面之前，在地平面上组装在一起。这使得更容易组装偏航环，这是因为偏航环已在地平面上被组装，并且这还意味着，对于适配元件以及对于偏航环仅需要一个提升过程。这提供了额外的时间节省，因而提供了成本节省，并且还可能提供了偏航环与适配元件之间更好的且更受控的连接。

因而，根据本发明的一个实施例，一种制造风力涡轮机的塔架或具有塔架的风力涡轮机组件的方法包括如下步骤：

在连接部上布置基本为管状的适配元件，使得适配元件包括第一凸缘；

将偏航环附接到适配元件，并将适配元件以及附接的偏航环提升至塔架的顶端区域。

根据本发明的另一实施例，一种制造风力涡轮机的塔架和/或具有塔架的风力涡轮机组件（其能够替代性地或者额外地用于前文所述的实施例）的方法包括如下步骤：在塔架上布置连接部，该连接部包括延伸至塔架外部的第一外部凸缘。

本发明还涉及一种风力涡轮机组件，其包括根据本发明的塔架以及机舱部件。这种机舱部件能够仅包括偏航环，而且还包括底座框架和/或风力涡轮机机舱的舱罩。如所述的，如果整个机舱以及轮毂和转子一起被附接，则风力涡轮机组件还能够被视为是整个风力涡轮机。

进一步地，本发明涉及一种风力涡轮机组件，特别是具有上述特征的风力涡轮机组件，其包括机舱舱罩，该机舱舱罩包括位于舱罩的下部的维修舱口，该维修舱口被布置成面向风力涡轮机的塔架，以允许通达塔架朝向机舱的连接部。这种维修舱口因而被实现和定位成事的工作人员能够通达塔架与机舱之间的连接部，特别是通达上述的第一外部凸缘。

从机舱面朝下的额外的维修舱口也可被实现，或者，朝向连接部的维修舱口也可被实现为面朝下。这种面朝下的维修舱口能够用于升起机舱的部件，例如用于维护和/或组装目的。朝向连接部的维修舱口还被设计用于维护和/或组装目的，然而，主要是用于涉及塔架与机舱之间的连接部的这种维修。因而，对于包括上述第一外部凸缘的风力涡轮机组件极为适用。此维修舱口能够被打开，从而通达连接部。

本发明因而还涉及风力涡轮机机舱的舱罩（其被设计成属于根据先前段落所述的风力涡轮机的一部分），其包括位于舱罩的下部的维修舱口，该舱口被布置成面向风力涡轮机的塔架，在舱罩的组装状态，该维修舱口被实现和布置成在风力涡轮机组件中的风力涡轮机机舱的组装状态下允许通达塔架朝向机舱的连接部。

这种舱罩能够通过制造风力涡轮机机舱舱罩的方法而被制造，该方法包括如下步骤：在一个风力涡轮机装置中的舱罩的组装状态下，将舱罩下部的维修舱口布置成面向风力涡轮机的塔架，使得维修舱口允许在该组装状态通达塔架的连接部。

本发明的特别有利的实施例和特征由从属权利要求给出，这将在下文的描述中揭示。因而，在这些方法之一的情况中揭示的特征也可被实现在相应的其他方法的情况中，和/或实现在根据本发明的舱罩和/或塔架和/或风力涡轮机组件的任一实施例的情况中，除非有明确的相反声明。

上述适配元件优选包括第二凸缘（优选为内部凸缘），其优选被布置成延伸到塔架的内部，该第二凸缘从机舱位置沿着适配元件的延伸范围（即沿着塔架的主轴线）被布置在第一凸缘的相对侧上。第二凸缘因而被设计成连接到塔架的相邻下部塔架区段，优选在塔架的内侧上，使得能够根据现有技术设计这个相邻的下部塔架区段，即也具有内部凸缘。

塔架与机舱之间的连接部特别地能够通过固定到第一凸缘的偏航环而实现，优选通过包括螺栓的连接部而实现。这种偏航环可具有与根据现有技术的偏航环相同（标准）的尺寸，但其还可以具有更大或更小的直径。

使用如下连接部在原理上是可行的，即：该连接部具有延伸至连接部外部和内部的凸缘。这可进一步增大塔架与机舱（部件）之间连接部的稳定性。然而，优选的是，连接部在与机舱的接口处包括完全面向一个方向的单一凸缘，其为上文所述的第一凸缘，即，并不是两个第一凸缘的组合。这种构造在劳动强度和材料方面极为有效，并且还足以在塔架与机舱之间产生更牢固的连接部和/或减少塔架的总体构造材料。

根据本发明的风力涡轮机组件优选包括附接到第一凸缘的偏航环和被布置成在塔架的内部至少包围偏航环的一部分的夹具。这种例如连接到机舱的底座框架的夹具对机舱向上远离塔架的运动提供了阻力。因为此夹具被布置在塔架和优选位于外部的第一凸缘的内部，这意味着，处于这种排列的夹具不可能干涉或接触塔架与机舱之间的连接部，即不可能干涉或接触第一凸缘和沿着机舱的方向穿过该第一凸缘的螺栓。因此，偏航夹具和连接部件彼此不会妨碍。

进一步地，已证实有利的是，根据本发明的风力涡轮机包括附接到第一凸缘的偏航环和连接到偏航环的偏航马达，该偏航马达被布置在塔架的外部。因为偏航马达能够更远离塔架与机舱之间的连接部而定位，有利的是，将其放置在进行这一连接之处，即第一凸缘的区域中，该第一凸缘因而优选为外部凸缘。在内部夹具和外部马达的组合中，同样明显的是，马达和夹具不会彼此妨碍。

优选地，这种风力涡轮机组件一方面在夹具和/或偏航马达之间以及另一方面在夹具与偏航环之间包括尼龙垫。这提供了减少的摩擦，并且还允许对例如底座框架或整个机舱的位置进行良好的控制。

在本发明的具有朝向连接部的维修舱口的实施例中，优选的是，维修舱口被实现为允许通达连接部的外部的第一凸缘。这允许极为容易地通达这种外部的第一凸缘，这意味着，外部的第一凸缘与上述类型的维修舱口的组合使得非常容易地且以减少的成本和时间来维修塔架与机舱之间的连接部成为可能。

维修舱口优选相邻于连接部绕塔架周向延伸至少80°，优选至少100°，最优选至少120°。这指的是维修舱口的径向延伸范围，其使得能够容易地通达沿塔架周向的一个相对较宽的区域。例如，对于至少120°的延伸范围，为了对连接部区域中全部在塔架周界周围的工作人员提供了通路，机舱仅需要旋转三次三分之一圆。

根据下文的详细描述，并结合附图考虑，本发明的其他目的和特征将变得明显。然而，应理解，设计这些附图不过是出于例示的目的，而非作为对本发明的限制。

附图说明

附图中，相同的附图标记始终表示相同的对象。图中的对象并不一定是按比例绘制的。

图1示出了根据现有技术的风力涡轮机的剖视图。

图2示出了与图1中相同的风力涡轮机的更为详细的剖视图。

图3 示出了根据本发明实施例的风力涡轮机组件的同样详细的剖视图。

图4示出了图3中的风力涡轮机组件的连接区域的细节。

图5示出了根据本发明实施例的风力涡轮机组件的内部透视图。

图6示出了与图5中相同的风力涡轮机更为详细的内部透视图。

具体实施方式

图1和图2在上文对现有技术的描述中已进行了描述。

图3示出了风力涡轮机组件1的细节，该细节与图2中的细节基本相同，但不同之处是，风力涡轮机组件在图3中是根据本发明实施例的。

为清楚起见，不再赘述根据图3的风力涡轮机组件的那些与根据图2风力涡轮机组件相同的部分。

在此，塔架3的上部由延伸至底座框架11的适配元件41组成。适配元件41在其沿着塔架3的主轴线X的下端包括第二内部凸缘12，该第二内部凸缘12通过螺栓43被连接到下塔架区段45的内法兰8。在面向机舱21，即面向底座框架11的相对侧上，适配元件41包括指向塔架3的外部E的第一外部凸缘10。此外部第一凸缘10如已参照现有技术所述的通过螺栓7连接到偏航环。

还可以看到机舱21的一部分，即机舱21的舱罩23的下部。舱罩23在其朝向偏航环5的部分中包括集油器35，而且在集油器下方（在右手侧）是通向塔架3的维修舱口37。工作人员能够通过维修舱口37通达塔架3与机舱21之间的连接部，在此即为通达外部的第一凸缘10，例如为了拧紧螺栓7。

图4示出了塔架3与机舱21之间右手侧连接部的更为详细的视图，偏航马达19以及齿轮13在该图中未示出。偏航夹具9具有在偏航环5下面延伸的延伸部47，以便承受如上文所述的反作用力C。偏航夹具9通过螺栓39连接到底座框架11。

比较图2所示的现有技术与图4的实施例，能够说明第一外部凸缘10与第一内部凸缘8相比的效果：塔架3的壁与连接点30、32之间的距离d₁大于图4中这两个点之间的距离d₂。这是由于内部的第一凸缘因其妨碍偏航夹具9的自身延伸部而需要更大的距离d₁。相反，外部的第一凸缘用于减少此距离，因而此距离变为（减少的）距离d₂。因此，塔架3的壁中的局部力矩（在适配元件41的情况下）被显著减少。

图5示出了根据本发明实施例的机舱21的内部透视图。在机舱21内从更高的平台水平53通有梯子51，并且从梯子51向着朝向塔架3（未示出）方向的维修舱口37有若干台阶49。还能够看到搁在塔架3上的底座框架11。通过爬下梯子51和台阶49并且打开维修舱口37，能够容易地通达塔架3与机舱21之间的连接部。在更为详细的视图中，这也能够在图6中看到，其中塔架3与机舱21之间的连接部经由第一（外部）凸缘10通往偏航环5也被示出。

尽管已以优选实施例及其变形的方式公开了本发明，但是应该理解，在不脱离本发明范围的情况下可对其进行众多额外的修改和变化。

为清楚起见，应理解，本申请中用来表示英语不定冠词的用语“一”并不排除多个，用语“包括”并不排除其它步骤或元件。

Claims

1. 一种风力涡轮机组件（1）的塔架（3），其具有被布置成与风力涡轮机（100）的机舱（21）接口的连接部（4），其中所述连接部（4）包括位于与所述机舱（21）的接口处的第一外部凸缘（10），该第一凸缘（10）延伸至外部（E）。

2. 一种风力涡轮机组件（1）的塔架（3），特别是根据权利要求1所述的塔架（3），其具有被布置成与风力涡轮机（100）的机舱（21）接口的连接部（4），其中所述连接部（4）包括位于与所述机舱（21）的接口处的第一凸缘（10），且其中，所述连接部（4）包括基本管状的适配元件（41），所述第一凸缘（10）被布置在所述适配元件（41）上。

3. 根据权利要求2所述的塔架，其中，所述适配元件（41）包括第二凸缘（12），优选是内部凸缘，该第二凸缘（12）优选被布置成延伸到所述塔架的内部（J），该第二凸缘（12）沿着所述适配元件（41）的延伸从机舱位置向下被布置在所述第一凸缘（10）的相对侧。

4. 根据前述权利要求之一所述的塔架，其中，偏航环（5）优选通过包括螺栓（7）的连接而被固定到所述第一凸缘（10）。

5. 根据前述权利要求之一所述的塔架，其中，所述连接部（4）在与所述机舱的接口处包括完全面向一个方向的单一凸缘（10），其为所述第一凸缘（10）。

6. 一种风力涡轮机组件（1），包括机舱部件和根据前述权利要求之一所述的塔架（3）。

7. 根据权利要求6所述的风力涡轮机组件，包括偏航环（5）和夹具（9），其中所述偏航环（5）附接到所述第一凸缘（10），所述夹具（9）被布置成在所述塔架（3）的内部（J）至少包围所述偏航环（5）的一部分。

8. 根据权利要求6或7所述的风力涡轮机组件，包括附接到所述第一凸缘（10）的偏航环（5）和连接到所述偏航环（5）的偏航马达（19），该偏航马达（19）被布置在所述塔架（3）的外部（E）上。

9. 一种风力涡轮机组件，特别是根据权利要求6至8之一所述的风力涡轮机组件，包括机舱舱罩（23），该机舱舱罩（23）包括位于所述舱罩（23）下部的维修舱口（37），该维修舱口（37）被布置成面向风力涡轮机（100）的塔架（3），以允许通达所述塔架（3）的朝向所述机舱（21）的连接部（4）。

10. 根据权利要求9所述的风力涡轮机组件，其中，所述维修舱口（37）被实现成允许通达所述连接部（4）的第一外部凸缘（10）。

11. 根据权利要求9或10所述的风力涡轮机组件，其中，所述维修舱口（37）被布置成相邻于所述连接部（4）绕所述塔架（3）周向延伸至少80°，优选至少100°，最优选至少120°。

12. 一种风力涡轮机机舱（21）的舱罩（23），包括位于所述舱罩的下部的维修舱口（37），该维修舱口（37）面向风力涡轮机（100）的塔架（3），在所述舱罩的组装状态，所述维修舱口（37）被实现和布置成在风力涡轮机组件（1）中的风力涡轮机机舱（21）的组装状态下，允许通达所述塔架（3）的朝向所述机舱（21）的连接部（4）。

13. 一种制造风力涡轮机（100）的塔架（3）和/或具有塔架（3）的风力涡轮机组件（1）的方法，该方法包括如下步骤：在所述塔架（3）上布置连接部（4），该连接部（4）包括延伸至所述塔架（3）的外部（E）的第一外部凸缘（10）。

14. 一种制造风力涡轮机（100）的塔架（3）和/或具有塔架（3）的风力涡轮机组件（1）的方法，特别是根据权利要求13所述的方法，该方法包括步骤：

在所述塔架（3）的连接部（4）上布置基本为管状的适配元件（41），使得所述适配元件（41）包括第一凸缘（10），

将偏航环（5）附接到所述适配元件（41），并将所述适配元件（41）和附接的偏航环（5）提升至所述塔架（3）的顶端区域。

15. 一种制造风力涡轮机机舱（21）的舱罩（23）的方法，该方法包括如下步骤：在风力涡轮机装置（1）中的舱罩（23）的组装状态下，将所述舱罩（23）的下部的维修舱口（37）布置成面向风力涡轮机（100）的塔架（3），使得所述维修舱口（37）允许在所述组装状态通达所述塔架（3）的连接部（4）。