CN109312723B - 具有后框架结构的风轮机机舱 - Google Patents

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Abstract

一种风轮机的机舱，所述机舱包括后框架结构(1)，所述后框架结构(1)包括多个桁架构件(2)和多个枢转接头(3)。每个枢转接头(3)将至少两个桁架构件(2)的端部相互连接，从而形成桁架结构，所述枢转接头(3)布置在所述桁架结构的节点中。至少一些枢转接头(3)可调节，使得通过枢转接头(3)相互连接的两个桁架构件(2)之间的角度可通过枢转接头(3)而被调节。能够使用桁架构件(2)和枢转接头(3)形式的有限数量的基础部件来提供不同尺寸的机舱。枢转接头(3)是力矩中立的，因此弯矩不会引入所述桁架构件(2)中。

Description

具有后框架结构的风轮机机舱
技术领域
本发明涉及风轮机的机舱，该机舱包括后框架结构。本发明的后框架结构具有模块化设计，从而允许有限数量的基础部件形成各种尺寸的机舱。
背景技术
风轮机通常包括布置在塔架结构的顶部上的机舱。机舱承载具有一个或多个风轮机叶片的转子，并且诸如齿轮装置、发电机之类的各种部件通常容纳在机舱内。
机舱通常包括主框架、后框架结构和机舱罩。主框架是承载结构，该承载结构布置成经由偏航机构连接到塔架结构，从而允许机舱相对于塔架结构进行旋转移动，以便将风轮机叶片引向来风。后框架结构还展现承载能力(例如用于承载容纳在机舱内部的一些部件)，并且该后框架结构的一端连接到主框架。机舱罩形成机舱的外边界，并为布置在机舱内部的部件提供针对环境的保护。机舱罩通常不展现承载能力。
在现有技术的风轮机中，包括后框架结构的机舱设计用于特定类型的风轮机。例如，选择机舱的尺寸以匹配所讨论的风轮机类型的特定要求。因此，必须专门针对特定类型的风轮机设计用于制造机舱的部件，(包括用于制造机舱的后框架结构的部件)。
WO2009/150162A2公开了一种用于风轮机的机舱的壳体，该壳体包括由管和支架组成的支撑结构，并且覆盖紧固到支撑结构并自支撑的节段。壳体结合整体作为自支撑结构以及支撑结构的包括非自支撑部分的镶板的优点，而没有其缺点。
发明内容
本发明的实施方式的一个目的是提供一种风轮机的机舱，其包括允许由有限数量的基础部件形成各种尺寸的机舱的后框架结构。
本发明的实施方式的另一个目的是提供一种风轮机的机舱，其包括易于组装的后框架结构。
本发明的实施方式的另一个目的是提供一种风轮机的机舱，其包括这样的后框架结构，与现有技术的后框架结构相比，该后框架结构能够改善弯矩的应对。
根据第一方面，本发明提供了一种风轮机的机舱，该机舱包括后框架结构，该后框架结构包括：
多个桁架构件，和
多个枢转接头，
其中，每个枢转接头将至少两个桁架构件的端部相互连接，从而形成桁架结构，枢转接头布置在桁架结构的节点中，并且其中至少一些枢转接头可被调节使得经由枢转接头相互连接的两个桁架构件可借助所述枢转接头而被调节。
因此，根据第一方面，本发明提供了一种包括后框架结构的机舱。如上所述，在本上下文中，术语“后框架结构”应该被解释为指的是机舱的承载结构，其不直接连接到风轮机的塔架结构。
后框架结构包括多个桁架构件和多个枢转接头。在本上下文中，术语“桁架构件”应该被解释为指的是细长且相对刚性的构件，其适于形成桁架结构的一部分，并且布置成为后框架结构提供承载能力。桁架构件可以例如呈杆，梁等形式。
在本上下文中，术语“枢转接头”应该被解释为指的是能够进行枢转移动的构件。例如，枢转接头可以包括至少两个能够相对于彼此进行枢转移动的部分。
每个枢转接头将至少两个桁架构件的端部相互连接。由此形成桁架结构，枢转接头布置在桁架结构的节点中。桁架结构的节点以及因此枢转接头借助桁架构件相互连接。因此，桁架结构主要由桁架构件和枢转接头形成。然而，不排除将其他部件或部分结合或安装在桁架结构上。
至少一些枢转接头可调节，使得经由枢转接头互连的两个桁架构件之间的角度可借助枢转接头被调节。因此，枢转接头进行枢转移动的能力用于调节连接到给定枢转接头的两个桁架构件之间限定的角度。因此，桁架结构中限定的角度是可调节的。这使得在使用标准化的桁架构件和枢转接头的情况下能够定制后框架结构的尺寸以及由此定制机舱的尺寸。因此，能够仅使用有限数量的不同部件来提供各种不同的机舱，并且没有必要为了例如为新型风轮机设计新的机舱而设计新的部件。这将所需标准部件的数量减少到最少，从而降低了制造成本。因此，后框架结构是模块化的，因为它由能够以产生后框架结构的所期望的尺寸或形状的方式组装的有限数量的不同部件制成。而且，标准化桁架构件和枢转接头可能在几乎任何位置都易于获得，从而避免了可能的采购问题。
而且，因为枢转接头布置在桁架结构的节点中，所述桁架结构能够容易地组装而不需要在桁架构件和枢转接头上具有高公差。
最后，枢转接头是力矩中立的，因此在桁架构件中不引入弯矩。因此，仅需要由桁架构件应对压缩力和拉力。
后框架结构可以至少限定底部和两个侧部。根据该实施方式，底部限定后框架结构的下边界，并且可以布置成承载布置在机舱内部的一个或多个部件。侧部可以基本上横向于底部延伸。
形成后框架结构的底部的一部分的至少一个桁架构件可以与枢转接头断开，从而允许桁架构件借助布置在桁架构件的相反端的枢转接头枢转远离其在后框架结构中的正常位置。这可以暂时在后框架结构的底部中提供尺寸足够大的开口，以允许大型风轮机部件(例如齿轮装置或发电机)穿过该开口。因此，这种大型风轮机部件能够经由所提供的开口被提升到机舱或从机舱降下。在这种情况下，远离其正常位置枢转的桁架构件可以暂时用线材替换，以防止在桁架构件枢转远离其正常位置时在太大的程度上削弱后框架结构。
后框架结构还可以限定顶部。根据该实施方式，顶部限定后框架结构的上边界。作为另选，后框架结构可以不设置有顶部。在这种情况下，机舱的上边界纯粹由安装在后框架结构上的机舱罩的一部分提供。
所有桁架构件的长度基本相同。根据该实施方式，桁架结构的相邻节点之间的距离基本相同，因为这些距离由将枢转接头相互连接的桁架构件的长度限定。而且，为了制造给定种类的机舱，仅需要一种桁架构件。根据该实施方式，通过用具有不同长度的桁架构件替换桁架构件，或者通过添加另外的桁架构件和枢转接头或移除一些桁架构件和枢转接头，能够获得各种尺寸的机舱。
作为另选，桁架构件可以具有不同的长度，并且可以根据桁架结构中的桁架构件的预期位置来选择给定桁架构件的长度。然而，桁架构件的可用长度的数量优选是有限的。
另选地或另外地，所有桁架构件可以沿着横向于桁架构件的纵向的方向具有基本相同的尺寸，或者桁架构件的横向尺寸可以从一个桁架构件到另一个桁架构件变化。例如，后框架结构的一部分可能需要具有给定强度的桁架构件，而后框架结构的另一部分需要具有更低或更高强度的桁架构件。在这种情况下，可以为后框架结构的需要较高强度的部分选择具有较大横向尺寸的桁架构件。
枢转接头中的至少一者可以包括基部和至少两个连接部，每个连接部均经由铰链结构附接到基部，并且每个连接部均布置成连接到桁架构件或形成桁架构件的一部分。根据该实施方式，枢转接头的枢转能力由铰链结构提供。因为给定的桁架构件经由连接部连接到给定的枢转接头，所以允许桁架构件经由铰链结构中的一者相对于基部枢转。
连接部可以形成桁架构件的一部分。在这种情况下，桁架构件的端部可以直接连接到铰链结构。作为另选，可以制造枢转接头，其中铰链结构将基部和连接部相互连接，并且桁架构件可以在后框架结构的组装期间例如通过螺栓连接附接相应的连接部。
基部可以是铸造部件。作为另选，基部可以从板构件切割，或者其可以以任何其他合适的方式提供。
枢转接头中的至少一者可以设置有锁定机构，当锁定机构处于解锁位置时，该锁定机构允许枢转接头基本上自由地枢转移动，并且当锁定机构处于锁定位置时，锁定机构可以防止或限制这种自由枢转移动。根据该实施方式，枢转接头的锁定机构可以在后框架结构的组装期间处于解锁位置，从而使得后框架结构能够容易组装，并且允许选择桁架构件之间的合适角度。一旦组装了后框架结构，至少一些锁定机构可以移动到锁定位置，从而防止或限制枢转接头的枢转移动。因此，一旦后框架结构的组装完成，在后框架结构的组装期间选择的桁架构件之间的角度基本上是固定的。从而减少了后框架结构中的游隙。
锁定机构可以例如是或包括夹具、一个或多个螺栓或任何其他合适类型的锁定机构。
至少一个桁架构件可以是预加应力的。因此桁架结构非常稳定。
桁架结构可以限定一个或多个三角形，三角形的边由桁架构件形成，并且三角形的顶点由枢转接头形成。限定三角形的桁架结构通常是非常稳定的结构。在所有桁架构件具有基本相同的长度的情况下，由桁架结构限定的三角形是等边三角形，即三角形的所有边具有相同的长度。作为另选，至少一些三角形可以是等腰三角形，即三角形的两个边具有相同的长度，并且第三边的长度不同于另外两个边的长度。
枢转接头中的至少一者可以设置有用于将机舱罩附接到后框架结构的装置。根据该实施方式，机舱罩经由枢转接头并因此经由桁架结构的节点安装在后框架结构上。这是一个优点，因为希望在节点处应对桁架结构中的载荷。用于将机舱罩附接到后框架结构的装置可以是弹性的。例如，这可以例如通过由诸如橡胶之类的弹性材料形成附接装置的至少一部分来获得。由此，后框架结构中和/或机舱罩中引入的振动或各种力矩被移除或阻尼，而不是分别传递到机舱罩或后框架结构。这降低了风轮机操作期间的噪音以及机舱的磨损。
后框架结构可以连接到风轮机的基架。例如，一个或多个桁架构件可以具有连接到基架的一端和连接到枢转接头的相对端。
根据第二方面，本发明提供了一种包括根据本发明第一方面的机舱的风轮机。因此，以上参考本发明的第一方面阐述的评论在此同样适用。
附图说明
现在将参考附图更详细地描述本发明，在附图中：
图1是根据本发明的一个实施方式用于机舱的后框架结构的侧视图；
图2是图1的后框架结构的俯视图；
图3至图7示出了根据本发明的实施方式的用于机舱的枢转接头；
图8示出了图3至图7的枢转接头的各个部分；以及
图9是根据本发明的实施方式用于机舱的桁架构件的立体图。
具体实施方式
图1是根据本发明的实施方式用于机舱的后框架结构1的侧视图。后框架结构1包括多个桁架构件2，其经由多个枢转接头3相互连接，从而形成桁架结构，枢转接头3布置在桁架结构的节点中。桁架结构限定多个三角形，桁架构件2形成三角形的边，枢转接头3形成三角形的顶点。
枢转接头3能够进行枢转移动，使得能够调节端部连接到给定的枢转接头3的两个桁架构件2之间限定的角度。这使得后框架结构容易组装并且降低了对桁架构件2和枢转接头3的公差要求。而且，枢转接头3是力矩中立的，因此在桁架构件2中不引入弯曲力矩。因此，桁架构件2仅需要应对压缩力和拉力。最后，将后框架结构1设计成桁架构件2和枢转接头的桁架结构，这允许使用相同的基础部件创建各种尺寸的后框架结构1。例如，通过增加连接到顶部枢转接头3的桁架构件2之间限定的角度并且由较长的桁架构件2替换布置在恰好在这些枢转接头3下方的桁架构件2，增加后框架结构1的长度并且减小后框架结构1的高度。这是一个优点，因为能够用非常有限数量的基础部件获得不同尺寸的机舱，例如用于许多不同类型的风轮机的机舱。作为另选，通过向后框架结构1添加或从后框架结构1移除与桁架结构的三角形对应的部分，能够容易地调节后框架结构1的长度。
后框架结构1限定底部和两个侧部，其中一个侧部在图1中可见。
后框架结构1连接到机舱的底架4，底架4承载主轴承5。
图2是图1的后框架结构1的俯视图。由此，由后框架结构1限定的底部是可见的。从图2中还可以清楚地看出，后框架结构1没有限定顶部，即，图1和图2中所示的后框架结构沿向上的方向是开放的。
应注意，即使图1和图2中所示的后框架结构1限定了多个三角形，但不排除桁架构件2和枢转接头3可以根据其他构造布置，并且这种构造也构成本发明的一部分。而且，包括比图1和图2中所示的更多或更少的桁架构件2和/或枢转接头3的后框架结构1也落入本发明的范围内。
图3至图7示出了根据本发明的实施方式的用于机舱的后框架结构的枢转接头3。例如，图3至图7的枢转接头3可以用于图1和图2的后框架结构1中。
图3和图4从两个不同角度看到的枢转接头3的立体图，并且图5至图7是从多个角度看到的枢转接头3的侧视图。
枢转接头3包括基部6和七个连接部7。当枢转接头3形成后框架结构的一部分时，每个连接部7均可以连接到桁架构件。然而，在大多数情况下，实际上仅一些连接部7将连接到桁架构件。由枢转接头3在后框架结构1中的位置确定哪个连接部7连接到桁架构件哪个连接部7不连接到桁架构件。应注意，即使图3至图7中所示的枢转接头3包括七个连接部7，也不排除枢转接头3可以包括更少或更多的连接部7，并且这样的枢转接头3也应视为落入本发明的保护范围内。例如，枢转接头可以包括两个、三个、四个、五个、六个、八个、九个甚至更多个连接部7。
连接部7均经由呈销8的形式的铰链结构附接到基部6，销8延伸穿过基部6和相应的连接部7。这允许连接部7相对于基部6绕由相应的销8限定的轴线进行枢转移动。
枢转接头3的销8布置成使得它们中的四个平行延伸，并且其余三个垂直于这四个延伸。这允许枢转接头将在不同平面中延伸的桁架构件相互连接，例如形成后框架结构的侧部的一部分的桁架构件和形成后框架结构的底部的一部分的桁架构件。应该注意的是，所有销8都平行延伸的枢转接头3也应视为落入本发明的保护范围内。
枢转接头3还包括附接部9，该附接部9布置成具有附接至此的机舱罩。因此，机舱罩能够在枢转接头3处附接到所得到的后框架结构。这是一个优点，因为枢转接头3布置在桁架结构的节点中，并且期望借助节点应对载荷。
图8示出了图3至图7的枢转接头3的各个部分。因此，能够清楚地看到基部6、连接部7、销8和附接部9。
图9是根据本发明的实施方式的用于机舱的后框架结构的桁架构件2的立体图。例如，图9的桁架构件2可以用于图1和图2的后框架结构1中。桁架构件2的每个端部均设置有六个孔10，从而允许桁架构件2的端部连接到枢转接头。例如，桁架构件2能够连接到图3至图7的枢转接头3的连接部7。

Claims (10)

1.一种风轮机的机舱，所述机舱包括后框架结构(1)，所述后框架结构(1)包括：
多个桁架构件(2)以及
多个枢转接头(3)，
其中，每个枢转接头(3)均将至少两个桁架构件(2)的端部相互连接，从而形成桁架结构，所述枢转接头(3)布置在所述桁架结构的节点中，并且其中，至少一些所述枢转接头(3)能被调节，使得经由枢转接头(3)相互连接的两个桁架构件(2)之间的角度能借助所述枢转接头(3)而被调节，
其中，所述枢转接头(3)中的至少一者包括基部(6)和至少两个连接部(7)，每个连接部(7)均经由铰链结构(8)连接到所述基部(6)，并且每个连接部(7)均布置成连接到桁架构件(2)或形成桁架构件(2)的一部分，
其中，所述枢转接头(3)中的至少一者设置有锁定机构，当所述锁定机构处于解锁位置时，所述锁定机构允许所述枢转接头(3)的基本上自由的枢转移动，并且其中当所述锁定机构处于锁定位置时这种自由的枢转移动被防止或限制。
2.根据权利要求1所述的机舱，其中，所述后框架结构(1)至少限定底部和两个侧部。
3.根据权利要求2所述的机舱，其中，所述后框架结构(1)还限定顶部。
4.根据前述权利要求中任一项所述的机舱，其中，所有所述桁架构件(2)具有基本相同的长度。
5.根据权利要求1所述的机舱，其中，所述基部(6)是铸造部件。
6.根据权利要求1所述的机舱，其中，所述桁架构件(2)中的至少一者是预加应力的。
7.根据权利要求1所述的机舱，其中，所述桁架结构限定一个或多个三角形，所述三角形的边由桁架构件(2)形成，并且所述三角形的顶点由枢转接头(3)形成。
8.根据权利要求1所述的机舱，其中，所述枢转接头(3)中的至少一者设置有用于将机舱罩附接到所述后框架结构(1)的装置(9)。
9.根据权利要求1所述的机舱，其中，所述后框架结构(1)能连接到风轮机的基架(4)。
10.一种风轮机，该风轮机包括根据前述权利要求中任一项所述的机舱。
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