CN108119298A - 风力涡轮机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风力涡轮机，所述风力涡轮机包括转子，所述转子具有轮毂和设置在轮毂处的多个转子叶片，通过变桨轴承装置，转子叶片可以绕轴线相对于轮毂旋转，其中每个转子叶片（3）利用叶片部段（4）延伸至轮毂（2）中，变桨轴承装置（6）包括第一滚动轴承和第二滚动轴承（7、8），所述第一滚动轴承和第二滚动轴承沿轴线（5）方向彼此间隔开并布置在叶片部段（4）和轮毂（2）之间。

Description

风力涡轮机

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮机，所述风力涡轮机包括转子，所述转子具有轮毂和设置在所述轮毂处的多个转子叶片，通过变桨轴承装置，转子叶片可以绕轴线相对于轮毂旋转。

背景技术

风力涡轮机用于发电。发电机由转子驱动，转子包括轮毂和多个转子叶片，转子叶片设置在轮毂处。为提高效率，可以通过使用合适的促动器使转子叶片绕轴线旋转来改变转子叶片相对于轮毂的取向或位置。当旋转转子叶片时，可以改变转子叶片相对于风向的取向。

为实现叶片的变桨，每个叶片通过相应的轴承装置设置在轮毂处。这样的轴承装置通常包括滚动轴承。由于叶片在叶片根部处的直径（叶片通过叶片根部安装在轮毂上），这样的滚动轴承是非常昂贵的部件。当这样的滚动轴承由于轴承失效需要更换时，需要替换整个轴承，这是非常复杂和昂贵的过程。

公知的变桨轴承装置使用呈双排4点接触球轴承形式的单个轴承。这些轴承沿轴向承载。由于巨大的力施加在相应的变桨轴承装置上，长期来说的轴承失效通常是预料之中的。

发明内容

本发明通过提供具有改进叶片变桨的风力涡轮机解决了该问题。

为解决该问题，上文介绍的风力涡轮机特征在于，每个转子叶片利用叶片部段延伸至轮毂中，变桨轴承装置包括第一滚动轴承和第二滚动轴承，所述第一滚动轴承和第二滚动轴承在轴线方向上彼此间隔开并且设置在叶片部段和轮毂之间。

根据本发明，转子叶片利用其根部延伸至轮毂中，从而轮毂在转子叶片的相应根部处将其包围。这使得可以这样设置两个分离的滚动轴承，即，第一滚动轴承和第二滚动轴承沿转子叶片的轴线方向彼此间隔开。这两个滚动轴承设置在插入轮毂中的叶片部段与轮毂自身之间。通过将第一滚动轴承和第二滚动轴承设置为彼此之间有足够的距离，在每个轴承上的载荷将会是纯径向的。载荷由两个滚动轴承承担，因此载荷分配得更好。特别是，能够在不对轴承造成任何过载的情况下吸收倾翻力矩。此外，每个轴承上的载荷可以通过调整两个轴承之间的距离来特别地调整，从而与轴承的能力相匹配。最后，与常用的双排4点接触球轴承相比，相应的滚动轴承可以设计得更简单，这是因为由于径向承载，有可能使用例如具有滚子等的平面轴承。

根据本发明的另一实施例，设置在轮毂的较大直径上的第一滚动轴承比设置在轮毂的较小直径上的第二滚动轴承具有更大的直径。由于作为外轴承的第一滚动轴承将会承受更大载荷，因此使得该第一滚动轴承比设置在更靠近轮毂中心的第二滚动轴承具有更大的直径是有利的。因此通过调整相应轴承的直径和相应轴承在轮毂的特别的内部直径和外部直径上的布置，有可能特别地调整相应的轴承负载。

根据本发明的第一可选方案，为设置具有不同直径的两个滚动轴承，有可能每个叶片部段从承载第一轴承的第一轴承座到承载第二轴承的第二轴承座呈锥状渐缩。因此叶片部段自身设置有两个轴承座。当叶片部段从第一轴承座到第二轴承座呈锥状渐缩时，它的外部直径变化，直到其自由端。第一滚动轴承设置在第一轴承座上，而第二滚动轴承设置在位于轮毂内部的第二轴承座上。

第二种可选方案提出了，每个叶片部段从承载第一轴承的第一轴承座到承载第二轴承的第二轴承座呈阶梯状渐缩。此实施例提出在叶片根部区域具有柱形部段或区域，用于提供具有不同外部直径的第一轴承座和第二轴承座。

本发明的核心特征在于，叶片利用叶片部段延伸进入轮毂中，从而轮毂将该叶片部段或叶片根部包围。为实现转子叶片和轮毂的此特定的匹配，有多种可选方案。

根据第一可选方案，轮毂可包括沿相应轴线方向延伸的轮毂部段，每个轮毂部段包括在其自由端区域的供第一轴承使用的轴承座、以及在内部位置的供第二轴承使用的第二轴承座。根据本实施例，轮毂的两个轴承座都设置于相应的柱形轮毂部段中，所述轮毂部段沿相应轴线方向从中心轮毂部段延伸。转子叶片利用其叶片根部插入此轮毂部段中。包括第一滚动轴承和第二滚动轴承的轴承装置完全设置在相应轮毂部段将插入的叶片根部包围所处的区域中。

根据一种创新型可选方案，轮毂可包括沿相应轴线方向延伸的轮毂部段，每个轮毂部段包括在自由端区域的供第一轴承使用的轴承座、以及设置在靠近轮毂中心的内部位置处的供第二轴承使用的第二轴承座。根据本替代性的实施例，轮毂还包括从中心轮毂部分延伸的柱形轮毂部段，转子叶片相应地利用其根部插入该轮毂部段中。与上文解释的实施例不同，在本实施例中，仅供第一轴承使用的轴承座设置在相应轮毂部段的自由端区域。供第二滚动轴承使用的第二轴承座设置在靠近轮毂中心的内部位置处，其设置在内部轮毂部分之内。与第一实施例相比，本实施例允许将第一滚动轴承和第二轴承安装在更小的轮毂直径上。

如上文所述，轮毂包括中心轮毂部分，相应数量的轮毂部段从该中心轮毂部分沿相应轴线方向延伸。根据第一创新型实施例，轮毂可包括与中心轮毂部分整体形成的一件式轮毂部段。根据第二可选方案，每个轮毂部分是附接到中心轮毂部件的分离的部件。根据本实施例，轮毂包括多个分离的部件。

构造轮毂的第三可选方案提出了，轮毂包括多个、特别是三个相似的轮毂部件，所述轮毂部件具有轮毂部段和具有倾斜且邻接的连接部分的内部部段，每个轮毂部件包括位于其自由端区域中的供第一轴承使用的轴承座、以及位于内部位置处的供第二轴承使用的第二轴承座。根据本实施例，轮毂由例如三个相似的轮毂部件构造成，每个轮毂部件包括具有倾斜连接部分的特定连接部段。当安装轮毂时，轮毂部件被定位成使倾斜连接部分彼此相邻接。连接部分之间成角度。当提供三个轮毂部件时，相应连接部分之间的夹角为120°。轮毂部件在这些连接部分处固定于彼此。

此外，每个轮毂部件包括轮毂部段，安装后，该轮毂部段从中心轮毂部分沿相应叶片的旋转轴线的方向延伸。每个轮毂部段设置有在其自由端区域中的供第一轴承使用的轴承座。第二轴承座布置在内部部分处，其可能在轮毂部段区域中或可能更靠近轮毂中心。

最后，在此实施例中，每个轮毂部件可包括具有连接部分的内部部件部分、以及固定到所述内部部件部分的分离的部段。因此每个轮毂部件由两个分离的部分构造成。有可能每个内部部件部分包括供第二滚动轴承使用的第二轴承座，而分离的轮毂部段包括供第一滚动轴承使用的第一轴承座。替代性地，当然也有可能两个轴承座都设置于轮毂部段中。

根据第二可选方案，有可能每个轮毂部件为包括轮毂部段和连接部分的一件式部件，轮毂部段和连接部分都设置在单个部件上。

附图说明

通过附图的下述说明将显而易见到本发明的更多优势和细节，在附图中：

图1 为根据第一实施例的创新型风力涡轮机的部分地示出的示意图，

图2为根据图1的装置的一部分的放大的剖面图，

图3为根据第二实施例的构造成风力涡轮机轮毂的轮毂部件的示意图，

图4为由3个根据图3的轮毂部件所构造成的轮毂的示意图，以及

图5是创新型风力涡轮机的第三实施例。

具体实施方式

图1示出了创新型风力涡轮机1的示意图，从该涡轮机仅示出了轮毂2和固定在轮毂2上的一个转子叶片3。

转子叶片3包括叶片部段4，该叶片部段呈锥状渐缩到其自由端。该渐缩的叶片部段4延伸至轮毂2或插入至轮毂2中。通过适当的促动机构，如用于使得叶片变桨的电子驱动马达，所述叶片部段可以绕其纵轴线5旋转。为了实现这样的旋转，提供了包括第一滚动轴承7和第二滚动轴承8的变桨轴承装置6。由于这只是示意图，所有的部件仅被示意性地示出。

在此实施例中，轮毂2包括中心轮毂部件15，在相应旋转轴线5的相应方向上延伸的相应轮毂部段9固定于所述中心轮毂部件15。叶片5利用其叶片部段4延伸至轮毂部段9中，并如图1所示还延伸至中心轮毂部件15中，叶片部段4也是固定到主叶片部段10的分离的部件。

第一滚动轴承7设置在轮毂部段9的自由端处。轮毂部段9包括第一轴承座11，而叶片部段4包括第二轴承座12，相应的第一滚动轴承7设置在所述轴承座11、12上。

如图2所示，叶片部段4延伸进入中心轮毂部件15中。第二滚动轴承8设置在该中心轮毂部件15中。该第二滚动轴承被附接到设置在轮毂部件15处的第二轴承座13上以及设置在叶片部段4处的第二轴承座14上。

相应的滚动轴承7是仅沿径向承载的变桨轴承。外部的第一滚动轴承7比内部的第二滚动轴承8具有更大的直径，这可从图1中清楚看出。这是因为外部滚动轴承7将比内部滚动轴承8承受更大载荷这个事实。

很明显，轴承7、8和叶片部段4在轮毂部段9的内部，它们在图中被详细示出以仅仅用于说明的目的。

图2示出了中心轮毂部件15、轮毂部段9和叶片部段4的示意性剖面图。可以清楚地看出，以适当的方式附接或固定于主叶片部段10的叶片部段4被轮毂部段9包围，并且所述叶片部段的内端被中心轮毂部件15包围。该叶片部段设置有第一外部轴承座12和第二内部轴承座14，相应的第一滚动轴承和第二滚动轴承7、8被设置于这两个轴承座上。如图2所示，轮毂部段9在其自由端处设置有用于承载第一滚动轴承7的第一轴承座11。最后，中心轮毂部件15设置有用于第二滚动轴承8的第二轴承座13。

叶片部段4除了以如图2所示的方式呈锥状渐缩以外，还有可能叶片部段4阶梯式地改变其直径，其中第一柱形部分提供第一轴承座12，第二柱形部分提供直径较小的第二轴承座14。

图3示出了轮毂部件16的实施例，其中相同的部分用相同的附图标记表示。

轮毂部件16是一件式部件，并且包括轮毂部段9以及具有两个倾斜连接部分18的内部连接部段17，所述连接部分18用于将三个所述轮毂部件16相互连接以构造轮毂2。

在图3中还示出了插入的叶片部段4以及相应的第一滚动轴承和第二滚动轴承7、8，所有的部件都以示意的方式被示出。无需指出，相应的轴承7、8以及叶片部段4无疑是在轮毂部件16内部并且不能看到，而相应的轴承7、8无疑设置在相应的轴承座上等等。图3意图仅仅示出用于构造轮毂的这种轮毂部件16的设计或构成，轮毂被示出在图4中。

图4示出了构造相应轮毂2的三个相同的轮毂部件16的布置。轮毂部件16被设置成使其倾斜的连接部分18彼此邻接。两个相应的倾斜的连接部分18之间的每个夹角α为120°。相应轮毂部件16在这些邻接的连接部分18处固定于彼此。

虽然仅示出了一个转子叶片3和相应的第一轴承和第二轴承7、8，但无需解释，为构造具有包括三个转子叶片的转子的风力涡轮机，其他轮毂部件16也具有这些相应的元件。

最后，图5示出了具有轮毂2的创新型风力涡轮机1的另一实施例，其中轮毂2由三个分离的轮毂部件16构造成。每个轮毂部件16包括具有相应内部连接部段17的内部部件部分19，内部连接部分17具有倾斜的连接部分18，相应的倾斜部分18之间的夹角为120°。如图5中清楚地示出的，在安装位置处，连接部分18彼此相邻接，轮毂部件16在这些连接部分17处固定于彼此。

沿相应转子叶片5的相应轴线的方向延伸的相应柱形轮毂部段9被附接至这些内部部件部分19。在此实施例中，每个转子叶片3还设置有相应叶片部段4，叶片部段4插入至相应的轮毂部件16（即，柱形轮毂部段9）中，以及至如图5所示无疑也为空心体的相应内部部件部分19中。

为使相应转子叶片3变桨，在此实施例中还设置有相应变桨轴承装置，其包括第一变桨滚动轴承7和第二变桨滚动轴承8。第一变桨滚动轴承7设置在相应的轮毂部段9的自由端处，而第二滚动轴承8设置在内部轮毂部件19中位于相应的轴承座上。叶片部段4设置有轴承座，轴承7、8附接到所述轴承座上。

当构造风力涡轮机时，有可能预先制造轮毂2或至少轮毂的部分。

参考图1，有可能将轮毂部段9附接至中心轮毂部件15以及插入相应的滚动轴承7、8和延伸的叶片部段4两者。叶片部段4不与主叶片部段10连接。接着此轮毂可以通过起重机安装在抬高的位置。安装此预先制造的轮毂后，只需将相应主叶片部段10固定到相应的叶片部段4。

相似的过程可能用于构造如图4所示的风力涡轮机。有可能在每个轮毂部件16上设置滚动轴承7、8和轮毂部段4。然后轮毂部段16固定于彼此来构造轮毂2。将轮毂2安装在抬高的位置后，只需将相应主叶片部段10附接到轮毂2处已经设有的叶片部段4。

当构造根据图5的风力涡轮机1时，相似的过程是可能的。轮毂部段16也可通过将内部部件部分19附接到轮毂部段9以及通过设置相应的轴承7、8来自由制造。叶片部段4也可被插入相应的轮毂部件16中。当构造轮毂时，只需将相应轮毂部段16相互连接并将其在抬高的位置安装到涡轮机。然后，仅仅相应主叶片部段10需要被固定到已经插入的叶片部段4。

尽管本发明已经参照优选的实施例被详细描述，本发明并不局限于所披露的示例，技术人员从示例中能够获得不超出本发明范围的其他变化形式。

Claims (9)

1.一种风力涡轮机，包括转子，所述转子具有轮毂和设置在所述轮毂处的多个转子叶片，通过变桨轴承装置，所述转子叶片能够绕轴线相对于所述轮毂旋转，其特征在于，每个转子叶片（3）利用叶片部段（4）延伸至所述轮毂（2）内，所述变桨轴承装置（6）包括第一滚动轴承和第二滚动轴承（7、8），所述第一滚动轴承和第二滚动轴承沿轴线（5）方向彼此间隔开且被设置在所述叶片部段（4）和所述轮毂（2）之间。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，设置在所述轮毂（2）的更大直径上的第一滚动轴承（7）比设置在所述轮毂（2）的更小直径上的第二滚动轴承（8）具有更大直径。

3.根据权利要求2所述的风力涡轮机，其特征在于，每个叶片部段（4）从承载所述第一轴承（7）的第一轴承座（12）到承载所述第二轴承（8）的第二轴承座（14）呈锥状渐缩。

4.根据权利要求2所述的风力涡轮机，其特征在于，每个叶片部段（4）从承载第一轴承（7）的第一轴承座（12）到承载第二轴承（8）的第二轴承座（14）呈阶梯状渐缩。

5.根据前述权利要求中任意一项所述的风力涡轮机，其特征在于，所述轮毂（2）包括沿相应轴线（5）方向延伸的轮毂部段（9），每个轮毂部段（9）包括在其自由端区域的供所述第一轴承（7）使用的轴承座（11）以及在内部位置的供所述第二轴承（8）使用的第二轴承座（13）。

6.根据权利要求1至4中任意一项所述的风力涡轮机，其特征在于，所述轮毂（2）包括沿相应轴线（5）方向延伸的轮毂部段（9），每个轮毂部段（9）包括在其自由端区域的供所述第一轴承（7）使用的轴承座（11）以及在靠近轮毂（2）中心的内部位置处设置的供所述第二轴承（8）使用的第二轴承座（13）。

7.根据权利要求5或6所述的风力涡轮机，其特征在于，所述轮毂（2）包括一件式轮毂部段（9），或每个轮毂部段（9）为附接至所述中心轮毂部件（15）的分离的部件。

8.根据权利要求1至6中的任意一项所述的风力涡轮机，其特征在于，所述轮毂（2）包括多个相似的轮毂部件（16），特别是3个相似的轮毂部件，所述轮毂部件（16）包括轮毂部段（9）以及内部连接部段（17），所述内部连接部段（17）具有倾斜且邻接的连接部分（18），每个轮毂部件包括在其自由端区域中的供所述第一轴承（8）使用的轴承座（11）和在内部位置的供所述第二轴承（8）使用的第二轴承座（13）。

9.根据权利要求8所述的风力涡轮机，其特征在于，每个轮毂部件（16）包括具有所述连接部分（18）的内部部件部分（19）以及固定于所述内部部件部分（19）的分离的轮毂部段（9）；或每个轮毂部件（16）为一件式部件。