CN115004499A - 用于风力涡轮机的机舱 - Google Patents

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Abstract

一种风力涡轮机机舱，该风力涡轮机机舱被配置成用于安装在风力涡轮机塔架上并且用于支撑转子支撑组件，该机舱包括主单元和至少一个辅单元。辅单元容纳至少一个工作部件，例如，逆变器、变压器、电解池或电池。具有类似功能的工作部件被容纳在另一个辅单元中，由此便于共享操作，并且容易且快速地维护或更换工作部件。

Description

用于风力涡轮机的机舱
技术领域
本公开涉及一种用于风力涡轮机的机舱，该机舱包括主单元和安装在主单元上的两个辅单元。本发明的机舱特别适用于大型风力涡轮机。本公开进一步涉及一种用于操作包括这种机舱的风力涡轮机的方法。
背景技术
就额定功率输出而言以及就风力涡轮机的各个部件的物理尺寸而言，风力涡轮机的尺寸正在不断增加。因此，机舱的尺寸也必须增大，以容纳所需的风力涡轮机部件。风力涡轮机通常从各个部件的制造位置或多个制造位置运输到架设风力涡轮机的工作地点。
发明内容
本公开的实施方式的目的是促进进一步的模块化、易于设计和制造并且允许改进风力涡轮机的维护计划。本公开的实施方式的另一目的是提供一种能使用普通运输装置运输的机舱并且在不限制机舱的可能尺寸的情况下降低运输和搬运成本，并且提供一种允许非常快速且有效的维护和维修的风力涡轮机。
根据这些和其它目的，本公开提供了一种风力涡轮机机舱，该风力涡轮机机舱被配置成用于安装在风力涡轮机塔架上并且用于支撑限定旋转轴线的转子支撑组件，该机舱包括：
主单元，该主单元被布置成有待连接到风力涡轮机塔架并且容纳转子支撑组件；
第一辅单元；以及
第二辅单元，
其中：
主单元、第一辅单元和第二辅单元是独立单元，
第一辅单元在第一接口中组装到主单元，
第二辅单元在第二接口中组装到主单元，并且
第一辅单元容纳第一工作部件，第一工作部件形成功率转换组件的一部分并且具有与容纳在第二辅单元中的相应的第二工作部件的功能相似的功能。
由于两个辅单元容纳相同功能的工作部件，因此可以减小每个单独的工作部件的大小。这在组装风力涡轮机期间是有利的，并且典型地在风力涡轮机工作期间是有利的。
由于相同功能的部件，机舱可以允许冗余操作，并且在第一工作部件和第二工作部件中的一个工作部件出现故障的情况下，第一工作部件和第二工作部件中的另一个工作部件可以在更换出现故障的工作部件的状态下进行接管。另外，通过更换容纳出现故障的工作部件的整个辅单元，可以高效地进行出现故障的工作部件的更换。这提供了具有减少的停机时间和有效的维护和修理的风力涡轮机的有效操作。
电子控制结构可被配置成控制两个工作部件。电子控制结构可以例如包括冗余控制单元，每个控制单元均被配置用于第一工作部件和第二工作部件中的一者或两者的独立操作。
特别地，电子控制结构可容纳在第一辅单元外以及第二辅单元外。这将允许容易地替换一个或两个辅单元，并且其可以特别地允许替换一个辅单元而另一个辅单元是在工作的，反之亦然。
电子控制结构可以例如位于风力涡轮机塔架的基部处，或者位于主单元中，或者其可以容纳在单独的辅单元中。
至少一个工作部件可以由逆变器、变压器、电解池堆和/或电池组成。具体地，这些风力涡轮机工作部件可能经受磨损和劣化，并且在风力涡轮机的使用寿命期间可能需要修理或更换。
主单元和辅单元可以独立地运输并且组装到一个或多个其它单元上以形成机舱。辅助和主单元中的每一者可具有装运货物集装箱的大小和/或形状。每个单元由此继承了装运货物集装箱关于搬运、运输和储存的优点。装运货物集装箱可例如通过船、火车和卡车等在世界上任何地方搬运，并且与批量运输相比成本较低。通过构成这些单元的装运货物集装箱，成本节省甚至更显著。装运货物集装箱也被称为联运集装箱、标准货物集装箱、箱式集装箱、海运集装箱或ISO集装箱，并且通常是指在用于洲际交通的全球集装箱化的联运运输系统中用于存储和移动物料和产品的集装箱。装运货物集装箱可以遵循针对系列1货物集装箱的ISO 668：2013的ISO标准中的尺寸和结构规范。
在一个实施方式中，机舱包括两个辅单元，每个辅单元具有符合针对系列1货运集装箱的ISO 668：2013的ISO标准中的尺寸和结构规范的一个装运货运集装箱的一半大小，并且被布置成使得该集装箱的这两个半部分可以在运输过程中被组装成一个集装箱，并且被分割成有待布置在主单元的对置侧面上的两个辅单元。集装箱可以具体地在沿着该集装箱的纵向方向延伸的接口中被分割。
主单元被配置成用于安装在风力涡轮机塔架上，这意味着机舱由风力涡轮机塔架经由主单元承载。它可以直接地或间接地经由中间塔架结构承载。如果风力涡轮机是传统的水平轴线类型，那么机舱通常由塔架顶部与机舱之间的偏航装置承载。然而，本公开还可以涉及以下类型的多转子风力涡轮机，在该类型的多转子风力涡轮机中，多于一个的机舱由横梁结构承载，该横梁结构再次由塔架承载。
本公开可以涉及上风风力涡轮机或者涉及下风风力涡轮机。
主单元是将机舱直接或经由所述中间塔架结构或多个中间塔架结构间接地连接到塔架的部件。主单元可以特别地是机舱的中心部分并且容纳传动系的部分，例如，转子轴的至少一部分。
风力涡轮机可以是发电机通常放置在机舱外的直接驱动风力涡轮机，或者风力涡轮机可以是发电机例如位于主单元中。主单元经由转子轴支撑转子。
取决于风力涡轮机的类型，主单元可包括另外的部件，例如，齿轮箱、轴承系统以及例如用于润滑、冷却和控制目的的不同种类的外围设备。主单元可以具体包括主框架，该主框架例如经由偏航装置连接传动系与塔架或中间塔架结构。主框架尤其可以是铸造部件。
主框架可经由偏航装置相对于塔架旋转。这可通过经由偏航装置将主框架连接到塔架或通过经由所述中间塔架结构将单独的机舱结构的至少两个主框架连接到塔架来促进，所述中间塔架结构再次经由偏航装置结合到塔架。
功率转换组件将来自发电机的功率转换成期望的能量形式。功率转换组件可被配置成用于输送电力(例如，以AC或DC)或用于将来自发电机的电力转换成其它形式的能量，例如，转换成氢气、氨气或甲醇。
在电能的情况下，功率转换组件可被配置成用于将发电机连接到例如外部电网。在这种情况下，功率转换组件可由例如逆变器、变压器和开关齿轮构成。任何这样的部件可被包括在功率转换组件中。
作为示例，发电机可以是异步或同步发电机，例如，异步或同步发电机，并且逆变器电压可以在与发电机电压(有时称为定子电压)相同的范围内。
在另一示例中，发电机可以是双馈感应发电机(DFIG)。在这种情况下，逆变器上的电压可以不同于发电机定子电压。逆变器被连接到发电机转子并且通常是与定子电压相同的电压或与之相比更低的电压。
低电压例如可以被视为高达1000V的电压。可将中等电压视为1KV至约60kV的电压。发电机电压可以是低电压或中等电压。
在被配置成用于产生氢气、氨气或甲醇的风力涡轮机中，功率转换组件可包括电解池，该电解池被配置成用于基于来自发电机的电力产生物质。
在其它实施方式中，风力涡轮机可存储能量，并且功率转换组件可包括电池。
因此，工作部件可以由电解池堆或逆变器和/或变压器或电池等构成。这样的部件可以适当地容纳在两个单独的辅单元中，由此通过在单独的辅单元中的工作部件之间的共享操作而便于增加容量。
第一工作部件和第二工作部件可以单独地由用于每个相同功能的部件的一条线缆从机舱连接到接头。接头可位于机舱中，其可以刚好在机舱下方，例如就在翼形装置(jawing arrangement)的下方，其可以位于塔架的基部处，或者位于塔架的基部与机舱之间的任何地方。它甚至可以是远离风力涡轮机并且覆盖多个风力涡轮机的接头，其中，多个风力涡轮机各自通过一条用于每个相同功能的工作部件的线缆连接到接头。因此，与传导来自工作部件的组合输出的线缆相比，每条线缆可具有降低的额定功率。进一步，冗余操作和仅使用两个可能的工作部件中的一个工作部件的能力可以一直用于接头。
电子控制结构可以例如构成用于变压器、逆变器、冷却系统的控制器或者用于容纳在辅单元中的其它系统的控制器。
在一个示例中，电子控制结构用于逆变器，该逆变器例如包括PMSM(永磁同步机器)发电机和将风力涡轮机的AC输出转换成DC电压的有源整流器。从整流器输出的所得DC电压被提供给全桥逆变器(DC/AC逆变器)，该全桥逆变器经由具有单个次级绕组的单片变压器联接到AC/DC逆变器。AC/DC逆变器由串联谐振回路(LC电路)、整流器和输出滤波器构成。电子控制结构驱动DC/AC逆变器，并且具体地，使用脉冲宽度调制(PWM)信号控制DC/AC逆变器的晶体管开关。控制器接收来自AC/DC逆变器的指示输出电压Vo和整流电流[Ir]的信号以及来自DC/AC逆变器的指示输入电压Vg和输入直流电流的输入作为输入。基于所接收的信号，控制器决定晶体管开关的合适的开关频率和/或相移。
在另一示例中，电子控制结构是用于控制风力涡轮机的整体操作的控制器。
汇流条结构可以形成从电子控制结构到第一工作部件和第二工作部件的电连接。汇流条可以例如穿过主单元和辅单元的侧壁中的开口从主单元延伸到第一辅单元和第二辅单元。汇流条结构可包括将主单元中的汇流条与辅单元中的汇流条连接的一组柔性汇流条连接器。
电子控制结构可以可替代地或另外地在开关齿轮中实现，该开关齿轮被布置在工作部件与接收来自风力涡轮机的电力的外部电力网络之间。开关齿轮可特别地被配置成用于将相同功能的工作部件中的一个工作部件连接成与电力网络接触或不接触。因此，零个、一个或两个变压器、逆变器和/或电池可连接到电力网络并且提供来自风力涡轮机的功率输出。
因此，电子控制结构可以用于降低或升级风力涡轮机的性能和断开所选择的出故障的工作部件，使得它们可以在相同功能的工作部件仍然操作的同时被更换。
用于在第一工作部件和第二工作部件中的一者或两者的独立操作之间进行切换的远程可操作控件可允许例如从外部控制中心移位并且如果两个相同功能的工作部件中的一个工作部件出现故障，则它可以允许继续工作。
开关齿轮可以有利地位于风力涡轮机塔架的基部处。
主单元和辅单元经由第一接口和第二接口组装。这些接口可以特别适合于在主单元被组装在塔架顶部上之后允许将这些辅单元从主单元释放。这将允许接口通过更换整个辅单元来快速且高效地更换出现故障的工作部件。为此目的，每个接口可包括位于主单元上和位于辅单元上的相互互锁的结构特征。这种相互互锁的特征的示例可以是主单元和辅单元中的一者上的突起以及主单元和辅单元中的另一者上的凹口或孔，接口可以是允许主单元和辅单元可释放地接合的螺栓接口，或者辅单元可以通过线缆保持在主单元上的适当位置，通过该线缆，辅单元可以降低到地面以对工作部件进行维修、更换或用于在地面与机舱之间输送工作部件和人员。在一个实施方式中，接口被配置成使得辅单元可以在该辅单元被降低得靠近主单元时被该主单元接收。这样的接口可以由主单元和辅单元中的至少一者上的钩子或向上向外突出的壁架构成。
第一接口和第二接口可被配置成用于相应辅单元的独立固定，并且第一接口和第二接口均可允许一个辅单元独立于另一个辅单元的释放。这允许在不拆卸一个辅单元和容纳于其中的工作部件的情况下更换另一个辅单元和容纳于其中的工作部件。
这两个辅单元可被布置在主单元的对置侧面上。在该实施方式中，两个辅单元可位于旋转轴线在其中延伸的竖直平面(即，穿过转子轴的竖直平面)的对置侧面上，并因此被该竖直平面分开。这样的平面将由旋转轴线和垂直地处在旋转轴线上方的点确定。
两个辅单元也可以彼此上下地布置在主单元的一个侧面，或者彼此上下的两个单元可被放置在主单元的两个侧面。在这种情况下，两个辅单元可例如处在旋转轴线在其中延伸的水平面的对置侧面。
在一个实施方式中，变压器和逆变器被容纳在第一辅单元和第二辅单元中。在另一个实施方式中，变压器和电池被容纳在第一辅单元和第二辅单元中。在另一个实施方式中，逆变器和电池被容纳在第一辅单元和第二辅单元中。在另一个实施方式中，变压器、逆变器和电池被容纳在第一辅单元和第二辅单元中。
至少一个工作部件(即，例如，变压器、逆变器和/或电池)可包括电连接器，该电连接器被配置成用于与主单元中的部件(通常为发电机)电连接。电连接器可经由主单元与辅单元之间的接口来连接。特别地，该接口可允许连接或中断来自主单元中的主空间的连接而不进入辅单元，或者它可以允许连接或中断来自辅单元中的辅空间的连接而不进入主单元。
第一工作部件和第二工作部件可以是被配置用于交错操作的逆变器工作部件。交错操作有时被称为多相，并且其是可以减小滤波器部件的大小的操作原理。交错逆变器等同于连接到共用滤波电容器和负载的两组开关、二极管和电感器的并联组合，并且其可将逆变器的频率从例如4kHz降低至2.5kHz，并且由此大幅降低损耗。
在一个实施方式中，主单元和辅单元在形成间隙的接口中相接合，该间隙允许空气从机舱下方穿过该间隙到达机舱上方。这样的间隙可增加热对流，并因此增加主单元和辅单元内的空间的冷却。
在一个实施方式中，减振材料被布置在主单元与辅单元之间。可以使用橡胶或泡沫材料，或具有类似的弹性可变形和减振效果的材料。减振材料可以特别地被压缩在主单元与辅单元之间，并且它可以特别地被布置在主单元和辅单元通过钉子、铆钉、螺栓或任何类似的机械附接件来固定的地方。此外，减振材料可以布置在主单元中的主框架之间，特别是当主框架是直接连接到偏航组件的一件式铸造部件时。这可防止音调问题，尤其是在与辅单元组合时。
在一个实施方式中，主单元比辅单元更宽。主单元“更宽”意味着其在水平平面中且垂直于旋转轴线的尺寸大于辅单元的相同尺寸。主单元可以具体地比遵循针对系列1货物集装箱的ISO 668：2013的ISO标准中的尺寸和结构规范的装运货物集装箱更宽，而辅单元可以具有针对那些ISO标准(ISO 668：2013)系列1货物集装箱所规定的尺寸或小于该尺寸。
在一个实施方式中，主单元包括可在悬挂配置与缩回配置之间移动的悬臂梁结构。在悬挂配置中，悬臂梁结构形成至少一个且可选地若干个向外突出的悬臂，该悬臂被配置成承载辅单元并且可用于朝向和远离主单元吊装辅单元。向外突出的悬臂梁结构可以具体地附接在主单元的顶部零件上。
电子控制结构可以位于主单元中，或者它可以位于机舱外，例如，位于风力涡轮机的塔架中。机舱可包括用于在工作部件与电子控制结构之间传送控制信号的通信结构，该通信结构可以例如包括离开机舱例如直接进入塔架的线缆连接件。
在第二方面，本发明提供了一种具有塔架和如上所述的机舱的风力涡轮机。风力涡轮机可具有位于机舱外的发电机和/或容纳在塔架中的电子控制结构。
在第三方面，本公开提供了一种操作具有根据第一方面所述的机舱的风力涡轮机的方法。特别地，该方法涉及在形成功率转换组件的一部分的工作部件中出现故障期间操作具有这种机舱的风力涡轮机。
该方法包括：
识别出现故障的工作部件；
识别容纳出现故障的工作部件的辅单元；
将出现故障的工作部件与风力涡轮机断开连接；
断开容纳故障工作部件的所识别的辅单元；
连接容纳了更换用工作部件的替代辅单元；以及
将更换用工作部件连接到风力涡轮机。
该方法可包括通过使用具有与出现故障的工作部件的功能相同的功能的工作部件继续操作风力涡轮机，直到容纳更换用工作部件的替代辅单元已经连接到风力涡轮机为止。
该方法可包括通过使用相同的电子控制结构来控制出现故障的工作部件、具有与出现故障的工作部件的功能相同的功能的工作部件以及更换用工作部件。
所有工作部件都可从第一辅单元和第二辅单元外的位置特别是从主单元来控制。
实施方式列表
1.一种风力涡轮机机舱(2)，该风力涡轮机机舱被配置成用于安装在风力涡轮机塔架(3)上并且容纳转子支撑组件，所述转子支撑组件限定旋转轴线并且包括发电机(33)以及功率转换组件，所述机舱包括：
主单元，该主单元被布置成有待连接到风力涡轮机塔架并且容纳所述转子支撑组件；
第一辅单元；以及
第二辅单元，
其中：
所述主单元、所述第一辅单元和所述第二辅单元是独立单元，
所述第一辅单元在第一接口中组装到所述主单元，
所述第二辅单元在第二接口中组装到所述主单元，并且
所述第一辅单元容纳第一工作部件，所述第一工作部件形成所述功率转换组件的一部分并且具有与容纳在所述第二辅单元中的相应的第二工作部件的功能相同的功能。
2.根据实施方式1所述的机舱，其中，所述第一工作部件和所述第二工作部件这两者选自由以下各项组成的组：变压器、逆变器、电池和电解池。
3.根据实施方式1或2所述的机舱，该机舱包括电子控制结构，所述电子控制结构被配置成用于控制所述第一工作部件和所述第二工作部件这两者。
4.根据实施方式3所述的机舱，其中，所述电子控制结构包括冗余控制单元，所述冗余控制单元各自被配置成用于所述第一工作部件和所述第二工作部件中的一者或两者的独立操作。
5.根据实施方式3或4所述的机舱，其中，所述电子控制结构被容纳在所述第一辅单元外和所述第二辅单元外。
6.根据实施方式3至5中任一项所述的机舱，该机舱包括用于在所述第一工作部件和所述第二工作部件中的一者或两者的操作之间进行切换的可遥控操作控制器。
7.根据前述权利要求中任一项所述的机舱，其中，所述第一工作部件和所述第二工作部件这两者都被电联接到切换结构，所述切换结构布置在工作部件与电力网络之间并且被配置成在所述第一工作部件、所述第二工作部件或者所述第一工作部件和所述第二工作部件这两者连接到所述电力网络之间进行选择。
8.根据实施方式7所述的机舱，其中，所述切换结构位于所述机舱中或者位于所述塔架的基部处。
9.根据前述实施方式中任一项所述的机舱，其中，所述第一接口和所述第二接口均被配置成用于相应辅单元的独立固定，并且其中，所述第一接口和所述第二接口允许独立于其它辅单元来释放所述相应辅单元。
10.根据前述实施方式中任一项所述的机舱，其中，所述第一辅单元和所述第二辅单元通过由所述旋转轴线确定的平面隔开。
11.根据前述实施方式中任一项所述的机舱，其中，两个辅单元在所述主单元的一个侧面布置在彼此之上，以形成下部辅单元和上部辅单元。
12.根据前述实施方式中任一项所述的机舱，该机舱包括起重机结构，所述起重机结构附接到所述主单元并且被配置成将所述辅单元从地面吊装到单元固定结构能将所述辅单元连接到所述主单元的位置。
13.根据实施方式12所述的机舱，其中，所述起重机结构被配置成在竖直方向上吊装所述辅单元而不使所述辅单元在水平方向上移动。
14.一种在形成功率转换组件的一部分的工作部件中出现故障期间操作具有根据实施方式1至13中任一项所述的机舱的风力涡轮机的方法，该方法包括：
识别出现故障的工作部件；
识别容纳所述出现故障的工作部件的辅单元；
将所述出现故障的工作部件与所述风力涡轮机断开连接；
将所识别的容纳所述出现故障的工作部件的辅单元断开连接；
连接容纳了更换用工作部件的替代辅单元；以及
将所述更换用工作部件连接到所述风力涡轮机。
15.根据实施方式14所述的方法，其中，所识别的辅单元是通过使用附接到所述主单元的起重机结构吊装到所述主单元或从所述主单元降低的。
16.根据实施方式15所述的方法，其中，所述辅单元是通过使用所述起重机结构仅在竖直平面中吊装的。
附图说明
在下文中，将参考附图更详细地描述本公开的实施方式，其中：
图1a和图1b示出了风力涡轮机；
图2示出了风力涡轮机的机舱；
图3示出了图2的机舱2的透视图；
图4示出了图3的从上方看的机舱；
图5示出了左侧辅单元和右侧辅单元容纳相同工作部件的实施方式；
图6示出了其中第一辅单元和第二辅单元彼此上下放置的实施方式；以及
图7示出了其中电子控制结构在第一辅单元外和第二辅单元外位于主单元内的实施方式；
图8示意性地示出了用于将辅单元附接到主单元的装置；
图9至图10示意性地示出了工作部件与主单元或辅单元之间的接口的不同实施方式；
图11a、图11b、图11c和图11d示出了发电机与工作部件之间的汇流条连接的细节；
图12至图15示出了主单元与辅单元之间的接口的4个不同的实施方式。
图16至图18示出了其中主单元和辅单元通过铰接结构组装的实施方式；
图19和图20示出了用于将辅单元附接到主单元的钩子的进一步细节；
图21示出了处于打开位置的钩子，在打开位置，辅单元能自由地降低到地面；
图22示出了具有用于将辅单元附接在主单元上的两个螺栓孔的横截面；
图23、图24、图25示出了其中钩子被滑动地悬挂的实施方式；以及
图26、图27、图28示出了主单元上的用于吊装辅单元的起重机。
具体实施方式
详细描述和特定示例虽然指示了某些实施方式，但是它们仅是通过说明的方式给出的，因为根据该详细描述，在本公开的精神和范围内的各种改变和修改对于本领域技术人员都将变得显而易见。
图1a和图1b示出了具有安装在塔架3上的机舱2的风力涡轮机1。承载三个转子叶片5的轮毂4形成转子并且由机舱2中的转子支撑组件承载。通常，转子支撑组件包括将齿轮装置和发电机连接到轮毂的转子轴。然而，齿轮并不总是需要的，因为发电机可以由轴直接驱动。图1b示出了具有位于机舱外的发电机6的直接驱动风力涡轮机。
图2示出了机舱包括主单元20和两个辅单元21、22。冷却区域23布置在机舱的顶部上。冷却区域由热交换器形成，该热交换器可形成主单元和/或任何辅单元的一部分。主单元20经由偏航装置(未示出)安装在塔架3上，从而允许机舱2旋转以便将由轮毂4承载的转子叶片引导到风中。
图3示出了图2的机舱2的透视图。在图3中，机舱2的外壁是透明的，从而显露出机舱2的内部部分和容纳在其中的风力涡轮机部件。主单元20容纳沿着由轮毂4的旋转轴线限定的方向顺序地布置在轮毂4的后面的支撑主轴的主轴承单元31、齿轮装置32和发电机33。主单元中的部件主要属于传动系。
辅单元21容纳变压器单元34和逆变器单元35，该变压器单元和逆变器单元在此构成容纳在辅单元中的两个工作部件。
每个辅单元21、22经由一接口沿着主单元20的侧面安装。在所公开的实施方式中，这些辅单元被安装成使得一个辅单元21是沿着主单元20的右侧安装的并且另一个辅单元22是沿着主单元20的左侧安装的，如在沿着轮毂4的旋转轴线的方向上从轮毂4朝向主单元20的后壁所看到的。
变压器单元34和逆变器单元35可以直接悬挂在主单元20上。即，变压器单元34和逆变器单元35均被容纳在辅单元中，但是由变压器和逆变器引起的直接负载由主单元20直接承载。
主单元和辅单元是封闭的并且任选地可密封的单元，使得由辅单元形成了一个限定辅空间的隔室，并且由主单元形成了另一个限定主空间的隔室。这允许传动系与逆变器和变压器隔离开。两个隔室可以通过协作开口36相接合，从而允许人员和设备从主单元中的主空间进入辅单元中的辅空间。开口36可被密封，从而防止火灾等从主单元和辅单元中的一者扩散到主单元和辅单元中的另一者。
图4示出了图3的从上方看到的机舱。
图5示出了其中左侧辅单元和右侧辅单元容纳建立重量平衡和双功能的相同工作部件的实施方式。双功能意味着风力涡轮机包括两个相同功能的工作部件，每个辅单元中各容纳一个工作部件。在出现故障的情况下，风力涡轮机可在其中一个辅单元中的至少一个工作部件被更换的同时继续以降低的功率操作。
图4和图5示出了包括导轨42的运输系统，导轨从主单元延伸到辅单元中并且允许容易地搬运备件等。
图6示出了其中两个辅单元61、62彼此上下定位的实施方式。在该实施方式中，两个辅单元容纳相同功能的工作部件，在该情况下，它们都容纳变压器。
图7示出了由主单元71和两个辅单元72、73构成的机舱70。主单元容纳转子支撑组件74和电子控制结构75。两个辅单元均容纳变压器76、77，即，它们均容纳具有与另一个辅单元的功能相同的功能的工作部件。容纳在主单元中(即，在两个辅单元外)的电子控制结构75被配置成控制两个变压器，并且特别地被配置成控制变压器到电力网络的连接。由于控制结构不被容纳在任何辅单元中，所以例如当辅单元中的一个辅单元在出现故障或需要维护的情况下从风力涡轮机释放时，控制结构仍保持在风力涡轮机中。
图8至图11在不同的实施方式中示出了工作部件如何附接到主单元和辅单元中的一者或两者。
在图8中，螺栓形固定销78接合到加强支架特征79中。螺栓形固定销将工作部件直接承载到主单元并产生从工作部件进入塔架的负载路径。
支架可连接到主单元中的刚性框架，例如，由主框架支撑，从而将负载从工作部件和/或辅单元经由主框架直接引导到塔架中。
图9示出了一个实施方式，在该实施方式中，工作部件由处在工作部件的底部与辅单元的底部之间的支撑腿91支撑。
图10更详细地示出了另一个实施方式，在该实施方式中，工作部件104由搁置在辅单元102的底部上的支撑框架105承载，并且工作部件104直接悬挂在主单元101内的主框架106上。因此，主框架形成工作部件进入塔架的负载路径的一部分。
变压器104的重量的至少50％由此由主单元101承载，剩余的重量由辅单元102承载，该辅单元再次由主单元101承载。重量的剩余部分因此不直接由主单元101承载。
图11和图11a示出了与图7中的实施方式相当但是是从上面看并且被进一步详细地示出的实施方式。机舱70由主单元71和两个辅单元72、73构成。主单元容纳转子支撑组件74和电子控制结构75。两个辅单元都容纳变压器76、77。容纳在主单元中(即，在两个辅单元外)的电子控制结构75被配置成控制两个变压器，并且特别地被配置成控制变压器到电力网络的连接。
机舱包括发电机112，发电机包括两组绕组，每组绕组经由汇流条110、111连接到工作部件中的一个工作部件。
图11b示出了包括两个发电机112’和112”的机舱的可替代的实施方式，两个发电机均由转子驱动并且经由汇流条110、111单独地连接到工作部件中的一个工作部件。
图11c示出了其中汇流条从主单元进入辅单元的过渡区的放大图。汇流条跨两个单元之间的间隙延伸。在过渡区中，主单元中的汇流条通过柔性连接器113接合到辅单元中的汇流条。柔性连接器跨主单元与辅单元之间的间隙延伸。汇流条延伸通过穿过主单元和辅单元的壁的开口，并且垫圈114在间隙与开口之间进行密封。图11d示出了垫圈密封件114，该垫圈密封件形成通过弹性密封过渡区116连接的两个接合接头115，弹性密封过渡区在主单元71和辅单元72的侧壁118之间形成密封管道117。密封管道可用于在各单元之间传递线缆等，或用作人员的进出通道。
侧壁是波纹状的。更具体地，主单元的波纹和辅单元的波纹是不同的。在波纹壁之间存在间隙119，由此空气可以在主单元与辅单元之间流动。间隙的大小由于波纹而沿着单元的长度变化。
图12至图15图示了形成主单元与辅单元之间的接口即第一接口或第二接口的单元固定结构的4个不同实施方式。在这四个图示中的每一个中，主单元121和辅单元122通过形成单元固定结构的协作结构来连接，并且将在下文中进行进一步的详细描述。
在图12中，协作结构由支架123构成，主单元和辅单元借助于该支架通过螺栓相接合。
在图13中，协作结构由与图12中使用的支架相似的下支架123构成。在上边缘处，主单元和辅单元通过在铰接点132处枢转地接合到主单元的钩子131组装。该钩子可以如箭头133所指示地旋转并且当处于所示出的位置时接合辅单元的边缘支架134。当下支架123被移除并且钩子131旋转到主单元中时，辅单元可以降低到地面。
图14中的实施方式与图13中的实施方式是可比较的，但是其中下支架用上支架141代替，并且钩子被放置在下边缘处。
在图15中，下支架和上支架用于将辅单元螺栓连接到主单元，并且可滑动的支撑件151在螺栓已被附接的状态下支撑辅单元的下表面。如果需要将辅单元降低到地面，例如，用于更换或维护工作部件，则可滑动的支撑件可滑动到左侧，并且辅单元可例如通过使用构建到主单元中的起重机而被降低。
在图12至图15所示的任何实施方式中，支架或钩子将负载从辅单元引导到主单元的刚性部分中，例如，引导到负载承载柱例如主单元的角柱中。各种结构特征可以将承载辅单元的支架或钩子直接连接到主单元中的主框架，从而建立进入塔架的负载路径。
除了图12至图15中所示的钩子和支架接口之外，第一固定结构(未示出)将工作部件(未示出)直接连接到主单元内的主框架。
图16至图18示出了其中主单元和辅单元通过包括铰接元件163、164、165的铰接结构组装的实施方式，铰接元件163、164、165具有用于接收延伸穿过铰接元件的铰接销166的孔。图16还示出了接口形成间隙167，从而允许空气例如从机舱下方穿过该间隙到达机舱上方。间隙通过距离元件168在底部保持打开，该距离元件可由允许空气在单元之间通过的多个销或开放结构构成。
这样的间隙可增加热对流，并因此增加主单元和辅单元内的空间的冷却。该间隙不限于具有铰接结构的实施方式，而是可以与任何其它组装方法组合。
图17和图18示出了铰接元件163、164、165和铰接销166。在图17中，这些铰接元件相对于彼此被正确地定位，使得铰接销可以滑动到铰接元件中。在图18中，铰接销被插入穿过铰接元件163、164、165的孔。
图19示出了用于将辅单元191附接到主单元192的钩子的进一步细节。钩子193旋转地悬挂在主单元中的铰链194处。钩子可以旋转穿过辅单元中的开口195并且抓住辅单元中的凹口或边缘196。
钩子还可以被附接在辅单元中并且抓住主单元中的凹口或边缘，在这种情况下，钩子可以被相反地附接，即，如图20所示。钩子的位置可通过致动器来控制。
图21示出了处于打开位置的钩子，在打开位置，辅单元自由地降低到地面。
图22示出了能看到两个螺栓孔221的截面。螺栓孔有助于通过使用螺栓将辅单元附接在主单元上以用于牢固固定。在本实施方式中，钩子主要用于将辅单元相对于主单元定位在正确的高度上，并且螺栓用于将各单元相接合。
在图19、图21和图22中，钩子优选地由主单元的主框架支撑，例如，经由沿着主单元的内表面布置的柱或支撑杆支撑。在图19中，柱197沿着主单元的内表面延伸并且在主单元的底部部分中支撑主框架上的钩子。
在图20中，在钩子形成辅单元的一部分的情况下，主单元中的供钩子接合的边缘可以优选地由主单元中的主框架承载。再次，这可以是沿着主单元的内表面布置的多个杆或多个柱。
钩子可通过动力驱动装置(例如，包括液压驱动致动器)在打开位置(图21)与关闭位置(图19、图20、图22)之间移动。
图23、图24、图25示出了其中钩子不是旋转地悬挂而是滑动地悬挂的实施方式。该功能与图19至图22的实施方式类似。在图23和图24中，截面图示出了螺栓孔231，该螺栓孔可用于将辅单元牢固地螺栓固定在主单元上。图23中的钩子附接到主单元并且图24中的钩子附接到辅单元。
在图25a中，钩子251向左滑动，从而脱离辅单元的边缘并允许辅单元降低到地面。在图25b中，钩子251向右滑动，从而接合辅单元的边缘并且保持两个单元彼此固定。钩子可通过动力驱动装置(例如，通过液压致动器)滑动。
在以上描述中，图19至图25被解释为用于将辅单元固定到主单元的单元固定结构的一部分。类似的结构可以构成第一固定结构，工作部件通过该第一固定结构可释放地固定到主单元。类似的结构还可以构成第二固定结构，工作部件通过该第二固定结构可释放地固定到辅单元，并且类似的结构可以构成第三固定结构，两个辅单元通过该第三固定结构固定到彼此。
图26示出了在维护或更换期间向上或向下吊装辅单元。通过使用形成主单元的一部分的起重机261来吊装辅单元。运动基本上仅在由箭头263示出的竖直平面中进行，并且辅单元在主单元上的附接可以通过如前所述的单元固定结构来辅助，该单元固定结构包括可移动的固定特征，例如铰接的或可滑动的钩子等。
图27以放大视图示出了内部起重机261。起重机附接到主单元的顶部部分，并且通过其位置，起重机可在竖直方向上将辅单元吊装到所述单元固定结构可在主单元与辅单元之间形成接合的位置。该过程可以不需要沿除竖直方向之外的其它方向的运动，并且因此有助于简单的组装过程，减少了对外部起重机辅助的需要。为了在水平平面中进行调节，起重机261可以具有水平运动的选项，例如，如箭头262所示。
图28示意性地示出了在主单元282的顶部上具有双悬臂梁281的另一起重机结构。悬臂梁281可以在伸缩节283中侧向延伸。悬臂梁有助于辅单元284到主单元282的提升和连接。即使本文公开的单元固定结构(包括可枢转或可滑动的钩子)通常能促进通过仅在竖直方向上进行吊装来附接辅单元，进出移动也能促进主单元与辅单元之间的水平距离的精细调节。
定义
在此，术语“机舱”是指描述用于风力涡轮机的机器室的普遍接受的术语，即，承载该转子和传动系并且由风力涡轮机塔架承载的那一部分。
本文中的术语“主单元”和“辅单元”是指可以单独运输并且可以与一个或多个其它单元进行组装以形成机舱的单元。
在此，术语“转子支撑组件”是指机舱的承载转子典型地是承载传动系、主轴承和主框架的那些部分。取决于风力涡轮机的类型，传动系可包括不同的部件，例如，转子轴、发电机以及可选地处在转子轴与发电机之间的齿轮箱。
在此，用语“相同功能的部件”是指这些部件执行基本上相同的功能，但是它们可以具有或可以不具有不同的内部配置、不同的评级，或者它们可以由不同的制造商生产。作为示例，具有相同功能但具有不同功率电平的两个部件在此意义内相同地起作用。作为另一个示例，两个部件提供相同的功能，例如，从AC到DC和/或从DC到AC的转换可以相同地起作用，而与该功能的具体技术实现方式无关。这允许在两个部件之间共享功率转换，或者如果部件之一具有故障，则允许风力涡轮机以降低的容量继续操作。

Claims (23)

1.一种风力涡轮机机舱(2)，该风力涡轮机机舱被配置成用于安装在风力涡轮机塔架(3)上并且容纳转子支撑组件，所述转子支撑组件限定旋转轴线并且包括功率转换组件，所述机舱包括：
主单元，该主单元被布置成有待连接到风力涡轮机塔架并且容纳所述转子支撑组件；
第一辅单元；以及
第二辅单元，
其中：
所述主单元、所述第一辅单元和所述第二辅单元是独立单元，
所述第一辅单元在第一接口中组装到所述主单元，
所述第二辅单元在第二接口中组装到所述主单元，并且
所述第一辅单元容纳第一工作部件，所述第一工作部件形成所述功率转换组件的一部分并且具有与容纳在所述第二辅单元中的相应的第二工作部件的功能相同的功能，所述第一工作部件和所述第二工作部件被配置成由未被容纳在所述第一辅单元和所述第二辅单元中的任一者中的电子控制结构控制。
2.根据权利要求1所述的机舱，其中，所述电子控制结构被容纳在所述主单元中。
3.根据权利要求1所述的机舱，其中，所述电子控制结构被容纳在所述主单元外。
4.根据前述权利要求中任一项所述的机舱，其中，所述电子控制结构被配置成用于所述第一工作部件和所述第二工作部件中的一者或两者的独立操作。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的机舱，该机舱包括汇流条结构，所述汇流条结构形成从所述电子控制结构到所述第一工作部件和所述第二工作部件的电连接。
6.根据权利要求5所述的机舱，其中，所述汇流条从所述主单元延伸到所述第一辅单元和所述第二辅单元中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的机舱，其中，所述第一工作部件和所述第二工作部件这两者都被电联接到切换结构，所述切换结构布置在工作部件与电力网络之间并且被配置成在所述第一工作部件、所述第二工作部件或者所述第一工作部件和所述第二工作部件这两者连接到所述电力网络之间进行选择。
8.根据权利要求7所述的机舱，其中，所述切换结构位于所述机舱中或者位于所述塔架的基部处。
9.根据前述权利要求中任一项所述的机舱，其中，所述第一接口和所述第二接口均被配置成用于相应辅单元的独立固定，并且其中，所述第一接口和所述第二接口允许独立于其它辅单元来释放所述相应辅单元。
10.根据前述权利要求中任一项所述的机舱，其中，所述第一辅单元和所述第二辅单元通过由所述旋转轴线确定的平面隔开。
11.根据前述权利要求中任一项所述的机舱，其中，两个辅单元在所述主单元的一个侧面布置在彼此之上，以形成下部辅单元和上部辅单元。
12.根据前述权利要求中任一项所述的机舱，该机舱包括起重机结构，所述起重机结构附接到所述主单元并且被配置成将所述辅单元从地面吊装到单元固定结构能将所述辅单元连接到所述主单元的位置。
13.根据权利要求12所述的机舱，其中，所述起重机结构被配置成在竖直方向上吊装所述辅单元而不使所述辅单元在水平方向上移动。
14.根据前述权利要求中任一项所述的机舱，其中，所述第一工作部件和所述第二工作部件这两者选自由以下各项组成的组：变压器、逆变器、电池和电解池。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的机舱，该机舱包括容纳在所述机舱中的发电机。
16.根据前述权利要求中任一项所述的机舱，其中，所述电子控制结构位于所述机舱外，并且所述机舱包括用于在所述工作部件与所述电子控制结构之间传送控制信号的通信结构，所述通信结构包括离开所述机舱的线缆连接件。
17.一种风力涡轮机，该风力涡轮机具有塔架和根据前述权利要求中任一项所述的机舱。
18.根据权利要求17所述的风力涡轮机，该风力涡轮机包括位于所述机舱外的发电机。
19.根据权利要求17或18所述的风力涡轮机，其中，所述电子控制结构被容纳在所述塔架中。
20.一种在形成功率转换组件的一部分的工作部件中出现故障期间操作具有根据权利要求1至16中任一项所述的机舱的风力涡轮机或者根据权利要求16至18所述的风力涡轮机的方法，该方法包括：
识别出现故障的工作部件；
识别容纳所述出现故障的工作部件的辅单元；
将所述出现故障的工作部件与所述风力涡轮机断开连接；
将所识别的容纳所述出现故障的工作部件的辅单元断开连接；
连接容纳了更换用工作部件的替代辅单元；以及
将所述更换用工作部件连接到所述风力涡轮机。
21.根据权利要求20所述的方法，该方法包括以下步骤：通过使用具有与所述出现故障的工作部件的功能相同的功能的工作部件继续操作所述风力涡轮机，直到容纳所述更换用工作部件的所述替代辅单元已经连接到所述风力涡轮机为止。
22.根据权利要求21所述的方法，该方法包括：通过使用相同的电子控制结构来控制所述出现故障的工作部件、具有与所述出现故障的工作部件的功能相同的功能的工作部件以及所述更换用工作部件。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所有工作部件都是从所述第一辅单元和所述第二辅单元外的位置控制的。
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