CN104214050B - 风力涡轮机凸缘连接 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及风力涡轮机的轮毂与机舱之间的风力涡轮机凸缘连接、风力涡轮机、风力涡轮机轮毂和风力涡轮机机舱。公开了轮毂与机舱之间的风力涡轮机凸缘连接。风力涡轮机的轮毂包括第一凸缘，而风力涡轮机的机舱包括第二凸缘。第一凸缘和第二凸缘通过多个连接器件连接至彼此，以在第一凸缘与第二凸缘之间传递作用力。第一凸缘包括多个孔，并且第二凸缘包括与第一凸缘中的孔相对应的多个孔。在凸缘中的孔中配置剪切销，来在轮毂与机舱之间传递旋转作用力。

Description

风力涡轮机凸缘连接
技术领域
本发明涉及风力涡轮机的轮毂与机舱之间的风力涡轮机凸缘连接、风力涡轮机、风力涡轮机轮毂和风力涡轮机机舱。
背景技术
风力涡轮机包括具有转子叶片的转子和轮毂(hub)。风力涡轮机的轮毂连接至风力涡轮机的机舱。轮毂连接至风力涡轮机的主轴，或连接至直接驱动型风力涡轮机处的发电机的转子。
轮毂通过凸缘连接(flange connection)附接至机舱。风力涡轮机的轮毂与机舱之间的凸缘连接包括风力涡轮机的轮毂处的凸缘和风力涡轮机的机舱处的凸缘。
轮毂侧凸缘和机舱侧凸缘通过螺栓连接在一起。螺栓将凸缘按压在一起，以防止凸缘之一相对于另一凸缘的任何运动。
在风力涡轮机的操作期间，风与风力涡轮机的转子叶片交互作用，并使转子旋转。由于风以及风中的阵风，不同的载荷和振动被感生到转子中。
凸缘连接将旋转传递至风力涡轮机的主轴或至发电机的转子。另外，来自载荷和振动的径向作用力、轴向作用力和弯曲力矩从轮毂被传递至机舱。
随着风力涡轮机的发展前进至较大的转子直径，必须通过凸缘连接传递越来越多的载荷和振动。
已知的是增加凸缘连接中的螺栓的数量和直径，以防止两个凸缘之间的运动。
这显示了缺点，即在风力涡轮机中需要更多和更重的螺栓，并且需要更多的安装时间来紧固螺栓。
发明内容
因此，本发明的第一目的是提供一种有利的风力涡轮机叶片支承。第二目的是提供一种有利的风力涡轮机轮毂和机舱。本发明的第三目的是提供一种有利的风力涡轮机。
本发明的目标因此是提供风力涡轮机的轮毂与机舱之间的改进凸缘连接。
本发明的目的通过独立技术方案1、14和15来实现。本发明的再一些特征在从属技术方案中公开。
公开了轮毂与机舱之间的风力涡轮机凸缘连接。风力涡轮机的轮毂包括第一凸缘，而风力涡轮机的机舱包括第二凸缘。
第一凸缘和第二凸缘通过多个连接器件连接至彼此，以在第一凸缘与第二凸缘之间传递作用力。
第一凸缘包括多个孔，并且第二凸缘包括与第一凸缘中的孔相对应的多个孔。在凸缘中的孔中配置剪切销，来在轮毂与机舱之间传递旋转作用力。
风力涡轮机的轮毂通过凸缘连接而连接至机舱。轮毂的凸缘和机舱的凸缘通过多个连接器件连接。连接器件可为穿过轮毂和机舱的凸缘中的孔的螺栓。
转子叶片连接至风力涡轮机的轮毂。在风力涡轮机的操作期间，风与转子叶片交互作用，并使轮毂旋转。
旋转通过凸缘连接传递至机舱。因此，轴向作用力、旋转作用力和倾斜力矩从轮毂传递至机舱。
连接器件将轮毂和机舱的凸缘按压在一起，使得作用力的传递成为可能。
轮毂的第一凸缘包括多个孔，并且机舱的第二凸缘包括与第一凸缘的孔相对应的多个孔。第一凸缘中的孔和第二凸缘中的孔被配置成使得它们在凸缘被连接时彼此对应。
在凸缘的孔中配置剪切销，来在轮毂与机舱之间传递旋转作用力。除了连接器件之外，剪切销也被配置在凸缘的孔。
剪切销承受剪切作用力，因此旋转作用力可从第一凸缘传递至第二凸缘。因此，凸缘连接用以传递旋转作用力的能力得到提高。因此，可通过凸缘连接传递较高的旋转作用力。因此，可通过凸缘连接传递较高的载荷。因此，更多的旋转能量可从风力涡轮机的转子传递至机舱中的风力涡轮机的发电机。
因此，更多电能得以在风力涡轮机中生成。可在不增加尺寸从而不增加凸缘质量的情况下，通过凸缘连接传递更多的旋转能量。
用以容纳所述剪切销的所述第一凸缘中的孔和/或所述第二凸缘中的孔是盲孔。
剪切销在第一凸缘与第二凸缘被连接之前配置在第一凸缘的孔和/或第二凸缘的孔中。剪切销不会在连接凸缘的操作期间被意外地推出孔。
因此，剪切销在连接期间以及风力涡轮机的操作期间固定在它们的位置中。
另外，剪切销可被用作引导器件，来在连接凸缘的操作期间进行协助。因此，在风力涡轮机的轮毂被连接至风力涡轮机的机舱的同时，第一凸缘相对于第二凸缘沿着孔中的剪切销被引导至适当位置。因此，剪切销还作为引导器件发挥促进作用。因此，可更容易且更快地执行风力涡轮机的轮毂的安装。
剪切销至少配置在沿着第一凸缘的区段中，在这里所述轮毂显示较低的刚度或高刚度梯度。
风力涡轮机的轮毂由于轮毂的构造形式而沿着第一凸缘显示变化的刚度。因此，第一凸缘沿着其表面显示较高和较低的刚度值。因此，沿着第一凸缘发生较低刚度的区段或高刚度梯度的区段。
剪切销配置在沿着第一凸缘的区段中，在这里第一凸缘显示较低的刚度或较高的刚度梯度。
剪切销协助在较低刚度或高刚度梯度的区段中将来自第一凸缘的旋转作用力传递至第二凸缘。
因此，具有较低刚度或高刚度梯度的区段用以通过凸缘连接传递作用力的能力得到增加。
所述轮毂包括被准备来接收转子叶片的连接区域，并且所述剪切销配置在沿着所述第一凸缘靠近用于连接转子叶片的区域的区段中。
转子叶片连接至风力涡轮机的轮毂。因此，风力涡轮机的轮毂包括被准备来接收转子叶片的连接区域。
在风力涡轮机的操作期间，风与转子叶片交互作用，并将作用力感生到转子叶片中。作用力经由连接区域传递至风力涡轮机的轮毂。风力涡轮机的轮毂由于被感生在转子叶片中的作用力而旋转。
被感生在转子叶片中的作用力经由轮毂传递至风力涡轮机的机舱。待通过凸缘连接传递的载荷和作用力沿着凸缘不是均匀地分布的。在沿着第一凸缘的靠近用于连接转子叶片的区域的区段中，必须传递较高的作用力和载荷。
剪切销配置在沿着第一凸缘靠近转子叶片连接区域的区段中。因此，剪切销配置在必须传递较高作用力和载荷之处的区段中。
因此，剪切销协助通过凸缘连接传递较高的作用力和载荷。因此，可在不增加凸缘连接的尺寸从而不增加凸缘质量的情况下，通过凸缘连接传递较高的作用力和载荷。
所述轮毂包括用于服务和维修目的的开口，并且所述剪切销配置在沿着所述第一凸缘靠近所述开口的区域的区段中。
轮毂包括用于服务和维修目的的开口。这可为人孔(man-holes)，以允许客服人员从轮毂的内部到达轮毂的外表面。或者，这可为连接区域中用以将转子叶片连接至轮毂的开口，其用于到达转子叶片的内部。
轮毂中用于服务和维修目的的开口是穿过轮毂壁的贯通孔。穿过轮毂壁的贯通孔影响轮毂的刚度。因此，轮毂中用于服务和维修目的的开口影响沿着第一凸缘的刚度。
因此，轮毂中的开口导致沿着第一凸缘的变化刚度或沿着第一凸缘的高刚度梯度。剪切销配置在沿着第一凸缘靠近开口区域的区段中。
因此，剪切销在开口区域中通过凸缘连接传递旋转作用力。因此，凸缘连接用以在靠近开口区域的区段中传递旋转作用力的能力得到提高。
所述剪切销配置在所述第一凸缘的与所述轮毂中的人孔相邻的区域中。
人孔是轮毂壁中的贯通开口，其允许客服人员从轮毂的内部达到外部。轮毂壁中的贯通孔在开口区域中导致轮毂的较低刚度或高刚度梯度。
剪切销通过凸缘连接改善旋转作用力的传递。所述剪切销配置在所述第一凸缘的与所述轮毂中的人孔相邻的区域中。
因此，剪切销协助沿着凸缘连接的第一凸缘在较低刚度或高刚度梯度的区域中传递旋转作用力。
所述剪切销沿着所述第一凸缘的周长定位在三个区段中，每个区段覆盖所述第一凸缘的周长的高达六分之一。
大部分目前的风力涡轮机配备有三个转子叶片。这导致三个区域在轮毂处连接转子叶片。靠近用于连接转子叶片的区域，轮毂的第一凸缘显示较低刚度或高刚度梯度。
剪切销通过凸缘连接将旋转作用力从第一凸缘传递至第二凸缘。剪切销配置在沿着第一凸缘靠近转子叶片连接用区域的区段中。
因此，剪切销沿着第一凸缘的周长配置在三个区段中。沿着第一凸缘的区段中的每个覆盖第一凸缘的周长的高达六分之一。
因此，较低刚度或高刚度梯度的区段被覆盖。因此，剪切销的分布得到最佳化。
多个剪切销沿着第一凸缘的周长主要均匀地分布。
剪切销将旋转作用力从第一凸缘传递至第二凸缘。因此，旋转作用力沿着凸缘连接的周长从第一凸缘主要均匀地传递至第二凸缘。
所述凸缘连接包括一圈孔，其被配置和准备成接收所述连接器件，并且所述剪切销配置在这圈孔的径向外侧。
凸缘连接的第一凸缘和第二凸缘通过连接器件连接。优选地，螺栓被用作连接器件。螺栓被配置在第一凸缘和第二凸缘中的孔中。
用于连接器件的孔沿着第一凸缘和第二凸缘中的圆圈主要均匀地分布，以通过凸缘连接均匀传递轴向作用力、旋转作用力和倾斜力矩。
因此，用于连接器件的孔在第一凸缘和第二凸缘的表面中形成一圈孔。用于剪切销的孔配置在连接器件的那圈孔的径向外侧。
因此，用于剪切销的那圈孔比起用于连接器件的那圈孔显示更大的半径。剪切销的孔的那个圆圈的半径越大，则用于从第一凸缘向第二凸缘传递旋转作用力的剪切销的杆越长。
因此，通过剪切销的传递作用力得到最佳化。
所述凸缘连接包括一圈孔，其被配置和准备成接收所述连接器件，并且所述剪切销配置在这圈孔的径向内侧。
凸缘连接的第一凸缘和第二凸缘通过连接器件连接。优选地，螺栓被用作连接器件。螺栓被配置在第一凸缘和第二凸缘中的孔中。用于连接器件的孔沿着第一凸缘和第二凸缘中的圆圈主要均匀地分布，以通过凸缘连接均匀传递轴向作用力、旋转作用力和倾斜力矩。
因此，用于连接器件的孔在第一凸缘和第二凸缘的表面中形成一圈孔。
用于剪切销的孔配置在连接器件的那圈孔的径向内侧。
因此，用于剪切销的那圈孔比起用于连接器件的那圈孔显示更小的半径。
因此，剪切销定位在凸缘连接的存在较少作用力的表面区域中。因此，具有较少作用力的表面区域被用于剪切销的孔穿透。
另外，剪切销可配置在两个圆圈中。第一圆圈配置在用于连接器件的那圈孔的径向外侧。第二圆圈配置在用于连接器件的那圈孔的径向内侧。
因此，用于连接器件的孔和用于剪切销的孔更均匀地分布在凸缘连接的表面的区域中。因此，在凸缘的表面中不存在具有高密度的孔的部位。
因此，凸缘连接显示更均匀的材料分布，从而显示更均匀的用以传递作用力的能力。
因此，沿着凸缘的表面不存在具有高密度的孔的薄弱区域，其可能在风力涡轮机的操作期间由于由风感生的一直变化的作用力而经受疲劳损坏。
所述凸缘连接包括一圈孔，其被配置和准备成接收所述连接器件，并且所述剪切销配置在所述孔之间。
因此，用于剪切销的孔配置在与用于连接器件的孔的圆圈相比具有相同直径的孔的圆圈中。
因此，第一凸缘和第二凸缘的表面的宽度可得到最佳化。
连接器件是螺栓。
优选地，螺栓用于在凸缘连接中连接第一凸缘与第二凸缘。
风力涡轮机包括如所公开的凸缘连接。
风力涡轮机的轮毂包括凸缘，其被准备和配置成连接至风力涡轮机的机舱。所述凸缘包括多个第一孔，其被准备和配置成与用于将轮毂连接至机舱的连接器件交互作用。
所述凸缘包括多个第二孔，其被准备和配置成容纳用于在轮毂被连接至机舱时将来自轮毂的旋转作用力传递至机舱的剪切销。
当轮毂连接至机舱时，剪切销协助将来自轮毂的旋转作用力传递至机舱。
因此，从轮毂向机舱的旋转作用力的传递得到最佳化。
风力涡轮机的机舱包括凸缘，其被准备和配置成连接至风力涡轮机的轮毂。
所述凸缘包括多个第一孔，其被准备和配置成与用于将机舱连接至轮毂的连接器件交互作用。所述凸缘包括多个第二孔，其被准备和配置成与用于在机舱被连接至轮毂时将来自轮毂的旋转作用力传递至机舱的剪切销交互作用。
在风力涡轮机的操作期间，轴向作用力、旋转作用力和倾斜力矩从风力涡轮机的轮毂传递至机舱。
剪切销协助将来自轮毂的旋转作用力至传递至机舱。
因此，剪切销支持旋转作用力的传递。因此，旋转作用力的传递得到最佳化。
附图说明
借助于附图更详细地示出了本发明。附图示出了优选的构造，并且不限制本发明的范围。
图1示出了风力涡轮机的轮毂，
图2示出了轮毂的详情，
图3示出了轮毂的另一实施例，
图4示出了轮毂的剖切视图，
图5示出了凸缘连接的详情，
图6示出了现有技术的凸缘。
具体实施方式
图1示出了风力涡轮机的轮毂。
图1示出了风力涡轮机的轮毂1。轮毂1包括凸缘2，其用于将轮毂1连接至机舱。
凸缘2包括孔13。孔13与连接器件4例如螺栓一起使用，以将轮毂1连接至机舱。凸缘2包括剪切销7的孔5。轮毂1包括连接区域8，用以将转子叶片连接至轮毂1。
风与转子叶片交互作用，并使轮毂1旋转。轮毂1的旋转经由凸缘连接被传递至机舱。因此，轴向作用力、旋转作用力和倾斜力矩通过凸缘连接得到传递。
剪切销7配置在凸缘2的孔5中。剪切销7将旋转作用力从轮毂1的第一凸缘2传递至机舱的第二凸缘3。
轮毂1包括用于维修服务的人孔12。轮毂1在靠近连接区域8或人孔12的地方显示较低刚度、或高刚度梯度。
在图1中，用于剪切销7的孔5靠近用于连接转子叶片的区域8沿着第一凸缘2配置在三个区段9、10、11中。因此，剪切销7配置在轮毂1的具有较低刚度的区域中。
图2示出了轮毂的详情。
图2示出了轮毂1的详情。轮毂1包括连接区域8，用以将转子叶片连接至轮毂1。轮毂1包括第一凸缘2，用以将轮毂1连接至机舱。
第一凸缘2包括待由螺栓4使用的孔13。第一凸缘2包括与剪切销7一起使用的孔5。孔5配置在区段9中，所述区段9靠近用于将转子叶片连接至轮毂1的连接区域8。
沿着第一凸缘2的孔13配置为一圈孔。孔5配置在孔13之间。
图3示出了轮毂的另一实施例。
图3示出了轮毂1的另一实施例。轮毂1包括连接区域8，用以将转子叶片连接至轮毂1。轮毂1包括第一凸缘2，用以将轮毂连接至风力涡轮机的机舱。第一凸缘2包括一圈孔13。孔13与螺栓4一起使用，来将风力涡轮机的轮毂1连接至机舱。第一凸缘2包括与剪切销7一起使用的孔5。
孔5配置在区段9中，所述区段9靠近用以将转子叶片连接至轮毂1的连接区域8。孔13沿着第一凸缘2的表面配置在一圆圈中。孔5配置在第一凸缘2的表面中，处于孔13的圆圈的径向外侧。
图4示出了轮毂的剖切视图。
图4示出了轮毂1的剖切视图。轮毂1包括连接区域8，用以将转子叶片连接至轮毂。轮毂1包括第一凸缘2，用以将轮毂1连接至机舱。机舱包括第二凸缘3，其由螺栓4连接至第一凸缘2。
图5示出了凸缘连接的详情。
图5示出了根据图4的凸缘连接的详情。轮毂1包括连接区域8，用以将转子叶片连接至轮毂1。
轮毂1包括第一凸缘2，用以连接至机舱的第二凸缘3。第一凸缘2和第二凸缘3由螺栓4连接。
第一凸缘2包括孔5。第二凸缘3包括孔6。孔5、6是盲孔。盲孔5、6包括剪切销7。
风与转子叶片交互作用，并旋转轮毂1。轮毂1的旋转经由第一凸缘2与第二凸缘3的凸缘连接被传递至风力涡轮机的机舱。凸缘连接将来自轮毂1的轴向作用力、径向作用力和倾斜力矩传递至机舱。剪切销7将来自轮毂1的旋转作用力传递至机舱。
图6示出了现有技术的凸缘。
图6示出了现有技术的轮毂1的凸缘。轮毂1包括三个连接区域8，用以将转子叶片连接至轮毂。轮毂1包括凸缘2，用以将轮毂1连接至机舱。凸缘2包括一圈孔13，其用于通过螺栓将轮毂1连接至机舱。
风与转子叶片交互作用，并旋转轮毂1。旋转从轮毂1被传递至机舱。穿过孔13的螺栓将来自轮毂1的轴向作用力、径向作用力和倾斜力矩传递至机舱。
附图中的图示是示意图形式。应指出的是：在不同图中，相似或等同的元件被提供相同的附图标记。
尽管已经参考优选实施例详细描述了本发明，但是应该明白的是：本发明并不受限于所公开的示例，并且可以由本领域的技术人员对其做出众多附加的修改和变型，而不背离本发明的范围。
应当指出的是：贯穿本申请使用的“一”或“一个”不排除多个，并且“包括(包含)”并不排除其它步骤或要素。此外，关联于不同实施例描述的要素可以进行组合。还应指出的是：权利要求中的附图标记不应该被解释为限制权利要求的范围。

Claims (15)

1.轮毂(1)与机舱之间的风力涡轮机凸缘连接装置，
- 其中所述风力涡轮机的轮毂(1)包括第一凸缘(2)，
- 其中所述风力涡轮机的机舱包括第二凸缘(3)，
- 其中所述第一凸缘(2)和所述第二凸缘(3)通过多个连接器件(4)连接至彼此，以在所述第一凸缘(2)与所述第二凸缘(3)之间传递作用力，
其特征在于：
- 所述第一凸缘(2)包括多个孔(5)，并且所述第二凸缘(3)包括与所述第一凸缘(2)中的孔(5)相对应的多个孔(6)，
- 其中在所述凸缘(2、3)的孔(5、6)中配置剪切销(7)，来在所述轮毂(1)与所述机舱之间传递旋转作用力。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机凸缘连接装置，其特征在于，用以容纳所述剪切销(7)的所述第一凸缘(2)中的孔(5)和/或所述第二凸缘(3)中的孔(6)是盲孔。
3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机凸缘连接装置，其特征在于，所述剪切销(7)至少配置在沿着所述第一凸缘(2)的区段(9、10、11)中，在这里所述轮毂(1)显示较低的刚度或高刚度梯度。
4.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机凸缘连接装置，其特征在于，所述轮毂(1)包括被准备来接收转子叶片的连接区域(8)，并且所述剪切销(7)配置在沿着所述第一凸缘(2)靠近用于连接转子叶片的区域(8)的区段(9、10、11)中。
5.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机凸缘连接装置，其特征在于，所述轮毂(1)包括用于服务和维修目的的开口(12)，并且所述剪切销(7)配置在沿着所述第一凸缘(2)靠近所述开口(12)的区域的区段中。
6.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机凸缘连接装置，其特征在于，所述剪切销(7)配置在所述第一凸缘(2)的与所述轮毂中的人孔(12)相邻的区域中。
7.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机凸缘连接装置，其特征在于，所述剪切销(7)沿着所述第一凸缘(2)的周长定位在三个区段(9、10、11)中，每个区段覆盖所述第一凸缘(2)的周长的高达六分之一。
8.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机凸缘连接装置，其特征在于，所述多个剪切销(7)沿着所述第一凸缘(2)的周长主要均匀地分布。
9.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机凸缘连接装置，其特征在于，所述凸缘连接装置包括一圈孔(13)，其被配置和准备成接收所述连接器件(4)，并且所述剪切销(7)配置在这圈孔(13)的径向外侧。
10.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机凸缘连接装置，其特征在于，所述凸缘连接装置包括一圈孔(13)，其被配置和准备成接收所述连接器件(4)，并且所述剪切销(7)配置在这圈孔(13)的径向内侧。
11.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机凸缘连接装置，其特征在于，所述凸缘连接装置包括一圈孔(13)，其被配置和准备成接收所述连接器件(4)，并且所述剪切销(7)配置在所述孔(13)之间。
12.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机凸缘连接装置，其特征在于，所述连接器件(4)是螺栓。
13.风力涡轮机，包括根据权利要求1-12中任一项所述的凸缘连接装置。
14.风力涡轮机的轮毂(1)，包括凸缘(2)，其被准备和配置成连接至风力涡轮机的机舱，
- 其中所述凸缘(2)包括多个第一孔(13)，其被准备和配置成与用于将所述轮毂连接至所述机舱的连接器件(4)交互作用，
- 其中所述凸缘(2)包括多个第二孔(5)，其被准备和配置成容纳用于在所述轮毂被连接至所述机舱时将来自所述轮毂的旋转作用力传递至所述机舱的剪切销(7)。
15.风力涡轮机的机舱，包括凸缘(3)，其被准备和配置成连接至风力涡轮机的轮毂，
- 其中所述凸缘(3)包括多个第一孔(13)，其被准备和配置成与用于将所述机舱连接至所述轮毂的连接器件(4)交互作用，
- 其中所述凸缘(3)包括多个第二孔(5)，其被准备和配置成与用于在所述机舱被连接至所述轮毂时将来自所述轮毂的旋转作用力传递至所述机舱的剪切销(7)交互作用。
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