CN103492712B - 用于风力涡轮机的机舱结构 - Google Patents

Abstract

一种直升机起降台(18)，其以对直升机的接近和直升机起降台(18)的定位进行优化的方式并入风力涡轮机机舱(12)中，例如通过位于风力涡轮机机舱(12)的上表面(28)的凹部(20)内。换热器(50)也可以位于机舱(12)外部的风的自由流内，从而具备耐用性同时还允许对直升机起降台(18)的定位进行优化。

Description

用于风力涡轮机的机舱结构

技术领域

领域属于风力涡轮机，并且更具体地是用于风力涡轮机的机舱结构。

背景技术

已知的风力涡轮机包括用于运送来往于直升机的部件和／或人员的直升机起降台。直升机起降台和支撑该直升机起降台的结构通常是在完成了风力涡轮机机舱的设计之后，作为事后产生的想法而增加到风力涡轮机的。因此，支撑直升机起降台的机舱结构和起降台本身没有针对承载能力、重量、易接近性等进行优化。

多种换热器布置已经用于从风力涡轮机动力传动系统部件和／或风力涡轮机机舱的内部散热。许多现有的系统使用辅助风扇来提供经过换热器的空气流，这会增加系统的成本和复杂性。没有使用辅助风扇的系统通常将换热器定位在机舱的上方，这可能引起直升机接近直升机起降台和／或定位直升机起降台方面的问题。

发明内容

本发明的各方面涉及一种直升机起降台，其以针对直升机的接近和直升机起降台的定位进行优化的方式并入风力涡轮机机舱中。本发明的各方面还涉及在机舱外部的风的自由流内的换热器的定位和用于支撑换热器的结构，使得使换热器具备耐用性，同时还实现了直升机起降台的最优定位。

根据本发明的一个方面，公开了一种风力涡轮机的机舱结构，其包括由塔架支撑的机舱。该机舱可旋转地支撑风力涡轮机的转子并且容纳至少一个动力传动系统部件并且具有上表面。直升机起降台包括平台和围绕平台的至少一部分周边的围栏。机舱的上表面的第一部分中的凹部接纳平台的至少一部分，使得平台位于机舱的上表面的在该凹部外部的第二部分的下方。

根据本发明的另一方面，风力涡轮机的机舱结构包括由塔架支撑的机舱。该机舱可旋转地支撑风力涡轮机的转子并且容纳在工作时发热的至少一个动力传动系统部件。该机舱具有至少部分地由一对侧向外表面和上表面限定的结构，当风力涡轮机处于工作位置时，这些表面都基本上平行于风流的方向。至少一个换热器位于机舱结构的外部并且适合于传递来自至少一个动力传动系统部件的热量。换热器支撑结构从机舱结构的至少一个侧面横向地延伸出以将该至少一个换热器定位在流过的风流中。

附图说明

附图没有按比例绘制。在这些图中，在多个图中示出的每个完全相同或几乎完全相同的部件可以用相同的数字或类似的文字指代。为了清楚起见，不是每个部件都会在每个图中标出。图中：

图1是离岸风力涡轮机的立体图。

图2是根据一个实施方式的从上面顺风位置获取的风力涡轮机机舱结构的立体图，示出了直升机起降台和换热器支撑结构。

图3是图2的实施方式的立体图，示出了从直升机起降台进入机舱内部的打开的人员入口和进入机舱的内部空间的打开的检修门。

图4是根据一个实施方式的机舱的剖视图，示出用于直升机起降台的支撑结构。

图5是根据一个实施方式的支撑结构的局部立体图，该支撑结构位于机舱的侧表面以支撑换热器。

图6是换热器支撑结构的一个实施方式的示意图，该支撑结构能够朝向机舱的侧面移动换热器。

具体实施方式

风力涡轮机，例如如图1所示，通常构造有塔架10、支撑在该塔架上的机舱12和由该机舱支撑的转子14。工作时，机舱12围绕塔架10旋转或左右摇摆以使转子面向风，从而，转子14可以由风推动以从此获得能量。转子14机械地联接到可以容纳在机舱内部的一个或多个动力传动系统部件，包括传动轴、变速箱、联轴器、发电机和／或转换器中的一个或多个。这些动力传动系统部件用于将转子的机械能转化成由风力涡轮机输送的电能。

工作时，这些动力传动系统部件中的一个或多个会发热，热量可以被移除以将部件和／或机舱内部维持在特定温度范围以内。换热器可以位于在风力涡轮机工作期间通过机舱的风的自由流内，以有效地去除上述热量。根据本文描述的多个实施方式，换热器可以定位且其大小确定为，用以对由于直升机起降台的存在而定位在机舱上方的换热器的工作和耐用性进行优化，尤其是对有有限利用率的风力涡轮机而言。

直升机起降台可以位于机舱的上部以允许直升机运送人员和／或部件到风力涡轮机。直升机升降台可以证明对检修风力涡轮机来说是有好处的，特别是在风力涡轮机位于难以到达的区域例如在离岸或多山位置时，和／或，在机舱位于高出地面或海很高的地方时。如本文更详细描述的，直升机起降台的定位和结构既可以从其相对于机舱的定位方面又可以从直升机起降台如何由机舱的结构支撑方面进行优化。根据一些实施方式，优化方案可以包括至少部分地位于机舱的上表面上的凹部中的直升机起降台的平台。

现在转向其余的图，并且从图2开始，其示出位于机舱12的上表面28中的凹部20内的直升机起降台18。直升机起降台18包括平台22和围栏24。平台的第一部分36位于凹部内并且包括围绕三个侧面的至少部分的、在上表面28的凹部20与上表面28的其它部分之间的过渡段26。在围绕周边的其它点处，直升机起降台包括围栏24，该围栏的最高点可以高于机舱12的邻近的上表面28。还在图2中示出的是人员入口30和检修门32。人员入口30为人员在平台22与机舱12的内部空间之间的移动提供了通道。位于机舱的上表面28上的检修门可以如图2中所示而打开，以提供进入机舱内部的通路以便拆除和／或更换动力传动系统部件及其它设备。图2是图1实施方式的视图(图2中省略了塔架和转子结构的部分)，人员入口30和检修门32都处于打开位置。还在图2中示出的是基于机舱的起重机74，该起重机部分地伸出检修门。

直升机起降台可以定位成提供良好地接近直升机。将理解的是，在接近的直升机的旋翼与包括风力涡轮机的转子的风力涡轮机的结构之间应当维持一定的间隙。为了提供间隙和／或允许大范围的直升机尺寸的通行，直升机起降台可以定位成朝着机舱的顺风侧，或者，甚至部分地从机舱结构的顺风端46伸出，如图2和3所示。在图2和3中，直升机起降台18包括直接定位在机舱之上的第一部分36(即，机舱的限定了用于其它部件和人员的围场的部分)和从机舱延伸出且由连接到风力涡轮机的其它结构的机架40支撑的第二部分38。根据一个实施方式，第一部分的长度(当机舱处于工作位置时，顺风至逆风方向所获取的长度)等于或大于2.0米、等于或大于2.5米、等于或大于3.0米，或更大。直升机起降台的第二部分可以具有的长度范围等于或大于2.0米、等于或大于2.5米、等于或大于3.0米，或甚至更大。平台的宽度的范围可以等于2.0米或更大、等于2.5米或更大、等于或大于3.0米，或甚至更大。

直升机起降台可以构造成使对由直升机旋翼产生的下沉气流的影响并因此是对直升机本身的影响最小化。根据一些实施方式，直升机起降台的围栏24可以构造成允许来自直升机下沉气流的空气流自由地穿过其中，例如，通过由用气隙等隔开的立式支柱形成。附加地或替换地，平台22自身或至少是不直接位于机舱之上的部分可以由允许空气流穿过其中的栅栏构造而成。将直升机起降台18部分地或全部地位于机舱的顺风端46的尾部，也可以有助于使直升机和机舱本身的结构对直升机下沉气流的影响最小化。

直升机起降台18的平台22可以构造成具有水平面和／或连续表面，甚至在平台延伸越过多个部分或包括入口的地方，如图2和3的实施方式中的一样。通过移除可能需要调节的障碍物或高点，当人员或物品从上面下降到直升机起降台上时，提供带有水平面的平台可以证明是有好处的。图2和3中的人员入口在关闭时与平台表面齐平。要意识到，其它布置也是可行的，包括没有直接位于平台上的人员入口的实施方式。

直升机起降台可以定位成允许从外部接近位于机舱内部的设备。如本文提到的，在图2和3的实施方式中，机舱盖的上表面包括能打开的检修门32，其提供进入机舱内部的通路。如图所示，检修门可以正好位于直升机起降台的逆风处，并且，在这一方面，可以为监督机舱内的活动的人员提供良好的有利位置。例如，如图3所示，在人员操作用于移动部件的基于机舱的起重机74时，可以为人员提供对机舱内和／或直升机起降台上的活动的良好视野。

概括地讲，直升机起降台的设计可以被最优化以最大化可以由平台支撑的总载荷的重量，同时最小化用于支撑直升机起降台的结构的重量和直升机起降台本身的重量。将理解到，机舱结构的外表面通常由机舱“骨架结构”42支撑，该机舱“骨架结构”42又由底座43(或其它结构)支撑，该底座43在塔架10的上面支撑着整个机舱。图4是局部剖视图，示出支撑机舱表面的骨架结构及其它内部支撑结构。根据一个优选方案，直升机起降台没有被支撑，或者，至少仅仅最低限度地由骨架结构42的支撑机舱上表面28的那些部分支撑。作为替代，如图4所示，支撑结构直接连接到机舱的内部结构。以这种方式支撑直升机起降台可以允许支撑机舱上表面的骨架结构更轻。另外，直升机起降台的放置可以比机舱上表面更低，并且实际上在所示凹部之内，可以有助于使用于支撑直升机起降台的材料的数量和重量最小化。

最优化直升机起降台的容量／重量可以受益于使平台移动到低于机舱的其它部分，如上面所提到的。根据一些实施方式，机舱上表面可以包括凹部20以接纳直升机起降台的平台的全部或一部分以有助于获得更低的平台位置。如图2和3所示，机舱上表面28包括凹部20，该凹部提供了用于直升机起降台18的水平平台安装。如图所示，凹部从凹部的逆风端44处的过渡段26延伸到机舱的顺风端46，允许水平平台延伸越过并超出顺风端。凹部还包括在平台侧面的过渡段，这些过渡段允许平台的三侧的至少部分设置在凹部以内。如图所示，凹部的逆风侧和横向侧可以与围栏或直升机起降台的其它侧面结构相符。在有些情况下，围栏或围栏的部分可以直接由凹部本身提供，而不是单独的结构。

凹部进入机舱上表面的深度可以根据不同的实施方式而变化。在图2和3的示例性实施方式中，机舱上表面的最高点比直升机起降台的平台高出1米。如图4所示，直升机起降台的平台又比机舱内部以内的支架高出约1米。将理解的是，这些距离仅仅是例子，并且，其他实施方式可以包括不同的凹部深度，包括0.25米、0.5米、1.5米的深度及其它变型。

如可以意识到的，风力涡轮机机舱通常容纳在工作时发热的动力传动系统部件，例如变速箱、发电机、转换器、变压器等等。这些和／或其它部件产生的热量可以通过多个机构去除。在图2和3的实施方式中，换热器50位于机舱的侧表面52上，处于掠过机舱12的风流中。在机舱的一个或多个侧面上定位换热器可以提供几个好处，如本文更详细描述的。

将换热器50定位在机舱12的外部并且处于掠过的风的自由流中可以提供足够的空气流用于在不同工作状态下的去除热。如可以意识到的，风力涡轮机产生的电力与可利用风的速度成比例。一般而言，动力传动系统部件产生的热的量也与风力涡轮机产生的电力的量成比例，并且因此也与可利用风的速度成比例。直接放置在风的自由流中的换热器在风处于更大速度时将抑制更大量的热。在这一方面，位于风的自由流中的换热器可以自然地起作用以抑制由于当电力和发热随着可利用风速度而增大时产生的更多的热。根据以这种方式构造的一些实施方式，例如本文所示的实施方式，换热器可以在无辅助风扇的情况下工作，以使空气移动穿过换热器，由此降低系统的复杂性和成本。

图5示出根据一个实施方式的定位在风力涡轮机机舱的侧表面外部的换热器。如图所示，换热器支撑结构51保持着一排散热片和盘管式换热器50，当处于工作位置(即，转子面向风)时，这些换热器面向平行于机舱侧表面流动的风的自由流。支撑结构51包括上支臂54、下支臂56和连接支撑臂58。机舱12的每个侧表面52、上支臂54、下支臂56和连接支撑臂58一起限定通道以接收空气的自由流。要意识到，图5所示支撑结构仅仅是一种可能的结构，并且也可以想到其它的结构。

在机舱结构中可以包括用以允许检修人员接近换热器的特征。图5的示例性实施方式包括入口60，该入口提供了换热器50与机舱内部之间的通路。检修平台62正好位于入口60外部，为人员提供接近换热器50和在换热器50上工作的路径。根据一些实施方式，平台62可以包括围栏76和／或用于安全设备例如安全带的安装的连接点。平台或支撑结构的其它特征也可以构造成允许换热器从机舱外部向上提升。在这一方面，起重机(基于机舱或其它的)和／或直升机可以用来降低或提升换热器到接近平台的位置，以便进行检修和／或更换。根据一个实施方式，平台的一部分可以不在上支臂的正下方，以提供用于降低或提升换热器的向上直线。

定位在机舱外部的换热器可以成型和／或大小确定为允许进行维护。举例来说，根据一个实施方式，每排换热器可以由模块构成，每个模块的重量小于80千克并且每个模块的大小适合穿过通往机舱内部的入口。换热器的高度和／或上、下支撑臂之间的距离可以保持在小于3.0米或甚至更小以允许检修人员不用梯子就能到达这排换热器的上、下端。在这一方面，换热器的上述实施方式可以延伸与机舱的单跨楼板或水平高度相关的高度，尽管机舱可能具有大得多的高度并且可能具有位于机舱内部的多个楼板。

图6示出替换实施方式，在机舱侧表面附近定位换热器并且提供检修换热器的通路。如图所示，支撑结构包括利用枢转接头68连接到机舱结构12的支撑臂66。这些结构用作支撑换热器，非常像图5的结构，但是，通向换热器的通路和换热器的检修可以通过围绕枢转接头68旋转支撑结构以使换热器朝向机舱的侧表面52来实现，例如用缆绳把支撑结构保持在适当位置。根据一些实施方式，机舱的侧表面可以包括开口72，该开口允许包括换热器的支撑结构进入机舱内部进行检修。根据其它实施方式，支撑臂可以枢转以使换热器接近机舱的侧表面上的开口72，从而允许人员伸出机舱以接近换热器进行检修和／或更换。要意识到，支撑结构可以以其它方式构造成使换热器移向机舱的侧面。例如，根据一些实施方式，滑动机构可以用来使换热器移向或移入机舱内部。

根据又一个替换实施方式，换热器可以由向上伸出机舱上表面的支撑结构定位。有点像图6实施方式中的枢转支撑结构／换热器，向上伸出的支撑结构可以折叠以使换热器从换热器基本上垂直地位于风的自由流中的工作位置移动到换热器和支撑结构不向上伸出的位置。根据一些实施方式，向上伸出的支撑结构甚至可以移动到基本上水平的位置，这种情况下使得该结构可以用作直升机起降台。根据一个实施方式，枢转接头和缆绳可以用来保持支撑结构并且在每个这些位置之间移动该结构。

本文使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应当看做是限制。“包括”、“具有”、“包含”、“含有”及它们的变形的使用是为了包含其后列出的项目和附加项目。

已经详细描述了本发明的几个实施方式，对本领域技术人员而言，很容易想到多种改型和改进。上述改型和改进确定为在本发明的精神和范围内。因此，前述描述仅仅是作为例子，而非旨在限制。本发明只由下列权利要求及其等同物所限定。

应当理解，本发明的各方面在本文参照附图进行了描述，这些附图示出根据本发明各方面的示例性实施方式。本文描述的示例性实施方式不必用来示出本发明的所有方面，而是用来描述几个示例性实施方式。例如，虽然本发明的各方面在上文中针对散热片和盘管式换热器进行了描述，但是，本发明的各方面可以与任何型式的换热器和不同类型的工作流体一起使用，换热器包括各种型式的空气-水换热器、空气-流体换热器，工作流体包括但不限于水、乙二醇、油等等。因此，本发明的各方面并非旨在狭窄地从示例性实施方式的角度进行解释。此外，应当理解，本发明的各方面可以单独使用或与本发明的其它方面进行适当的组合。

这样就已经描述了本发明的至少一个实施方式的几个方面，要意识到，对本领域技术人员而言，很容易想到多种变更、改型和改进。上述变更、改型和改进确定为属于本发明，并且确定为在本发明的精神和范围内。因此，前述描述和附图仅仅是举例。

Claims (18)

1.一种风力涡轮机的机舱结构，该机舱结构包括：

由塔架支撑的机舱，所述机舱可旋转地支撑所述风力涡轮机的转子并且容纳至少一个动力传动系统部件，所述机舱具有上表面；和

直升机起降台，所述直升机起降台包括平台和围绕所述平台的周边的至少一部分的围栏，

其特征在于，

所述机舱结构还包括位于所述机舱的所述上表面的第一部分中的凹部，所述凹部接纳所述平台的至少一部分，使得所述平台位于所述机舱的所述上表面的在所述凹部外部的第二部分的下方。

2.如权利要求1所述的机舱结构，其中，所述凹部至少部分地由所述第一部分和所述第二部分之间的过渡段限定，所述过渡段包括在所述上表面的所述第一部分与所述上表面的所述第二部分之间至少在一些点处为1米以上的深度。

3.如权利要求2所述的机舱结构，其中，所述过渡段围绕所述平台的三个侧面的至少部分而延伸，使得所述平台的三个侧面的至少部分位于所述凹部内。

4.如权利要求2或3中任一项所述的机舱结构，其中，所述平台延伸越过所述机舱的顺风端。

5.如权利要求2或3所述的机舱结构，其中，所述平台是基本上水平的。

6.如权利要求2或3所述的机舱结构，其中，所述机舱的所述上表面包括检修入口，当所述检修入口打开时，该检修入口提供从所述机舱的上方进入所述机舱的内部的通路。

7.如权利要求6所述的机舱结构，其中，所述检修入口定位在所述直升机起降台的逆风处。

8.如权利要求6所述的机舱结构，所述机舱结构进一步包括：基于机舱的起重机，当检修门打开时所述起重机能够由来自所述平台的检修人员操作。

9.如权利要求8所述的机舱结构，其中，所述的基于机舱的起重机适于在所述检修门打开时在所述平台与所述机舱的内部之间移动部件。

10.如权利要求8所述的机舱结构，所述机舱结构进一步包括：

位于所述机舱的外部的一个或多个换热器，其中所述起重机适于接近所述一个或多个换热器以用于检修。

11.如权利要求1所述的机舱结构，其中，该机舱结构包括：

至少一个换热器，所述至少一个换热器位于所述机舱结构的外部并且适于传递来自所述至少一个动力传动系统部件的热；和

换热器支撑结构，所述换热器支撑结构从所述机舱结构的侧面中的至少一个侧面横向地延伸出，以将所述至少一个换热器定位在经过所述机舱结构的风流内，

其中，至少一个动力传动系统部件在工作时发热，所述机舱具有至少部分地由上表面和一对外侧面限定的结构，这些表面中的每个表面在所述风力涡轮机处于工作位置时都基本上平行于风流的方向。

12.如权利要求11所述的机舱结构，所述机舱结构进一步包括：

入口，该入口位于所述机舱结构的所述侧面中的所述至少一个侧面上，靠近所述换热器以提供到达所述换热器的通路。

13.如权利要求12所述的机舱结构，其中，所述换热器支撑结构包括位于所述入口的外部以容纳检修人员的平台。

14.如权利要求11所述的机舱结构，其中，所述换热器支撑结构包括一对换热器支撑结构，从所述机舱结构的所述侧面中的每个侧面延伸出一个所述换热器支撑结构，并且每个所述换热器支撑结构都支撑至少一个换热器。

15.如权利要求11所述的机舱结构，其中，所述机舱的所述上表面包括检修门，当所述检修门打开时，该检修门提供从上方进入所述机舱结构的内部的通路。

16.如权利要求15所述的机舱结构，所述机舱结构进一步包括：

基于机舱的起重机，所述起重机能够接近位于所述机舱的外部的所述至少一个换热器。

17.如权利要求11至16中的任一项所述的机舱结构，其中，所述直升机起降台位于所述机舱的所述上表面处。

18.如权利要求11所述的机舱结构，其中，所述换热器支撑结构能够朝向所述一对外侧面中的一个外侧面移动。