CN1272595A - 水平轴型风力涡轮机及其建造方法 - Google Patents

Abstract

一塔柱包括:基底塔柱部件;下部塔柱部件;第一级连接塔柱部件;第二级连接塔柱部件;及第三级连接塔柱部件。下部、第一、第二和第三级塔柱部件的下端分别与基底、下部、第一级、第二级连接塔柱部件的上端相连。形成的塔柱绕铰链由横卧位置摆动地上升至直立位置。机舱包括:垂直穿过塔柱的贯穿孔,且机舱由多个可分割的围绕塔柱贯穿孔的机舱部形成。建造完毕后,多个机舱部集中至塔柱周围,彼此相连,同时机舱被塔柱贯穿。随后,机舱被沿塔柱提升并固定至塔柱的顶端。

Description

水平轴型风力涡轮机及其建造方法

本发明涉及一种风力涡轮机，尤其是一种水平轴型风力涡轮机以及一种建造这种风力涡轮机的方法。

通常，用于风力发电的水平轴型风力涡轮机安装在一个高塔的顶端，以便能够有效地获取自然风能。

例如，日本专利申请公开公报特开昭58-192977中披露了一种这一类型的风力涡轮机，如图10所示，风力涡轮机包括一个基座部件101，一个安装在基座部件101上并且垂直延展的塔柱102，一个位于塔柱102顶部的机舱103以及一个安装在机舱103上的转子104。

塔柱102通过一个铰链102a与基座部件101铰接，以便在如图实线所示的直立位置和如图双点画线所示的倒下位置之间摆动。此外，一个起重把杆106的下端与基座部件101铰接，同时一根抗拉钢索107连接在起重把杆106的顶端和塔柱102的上部之间。起重把杆106的顶端通过一根牵引钢索108与一绞车109相连。

因此，当绞车109卷绕牵引钢索108时，起重把杆106和抗拉钢索107使得塔柱102由倒下位置升至直立位置。另一方面，当绞车109松开牵引钢索108时，塔柱102可由直立位置放倒至倒下位置。

起重把杆106和抗拉钢索107可拆卸，以便工作时将其装配起来，工作结束其其移走。当风力涡轮机在起重把杆106和抗拉钢索移开的情况下运转时，塔柱102的下端通过螺栓及类似部件固定至基座部件101上以使得塔柱102保持在直立位置。

作为另外一种构造风力涡轮机的方法，可以使用移动式起重机来提升塔柱、把塔柱安装在基座部件上，并且将机舱和转子固定至塔柱的上端。

按照日本专利申请公开公报特开昭58-192977披露的风力涡轮机，由于塔柱102的下端与基座部件101铰接，以便于在直立位置和倒下位置之间摆动，发电机或容纳在机舱103中的其它设备的保养和维修工作可以有效地在地面完成。

但是。为了将顶端具有一个很重的机舱的塔柱102由倒下位置提升至直立位置，需要一个很大的牵引力，因此这种摆动型风力涡轮机适合于小尺寸的风力涡轮机。

另一方面，按照使用移动式起重机的后一种方法，由于机舱或转子在塔柱建造后安装，因此使用一个大尺寸的移动式起重机才有可能构造一个尺寸相对大的风力涡轮机。

但是，使用大尺寸移动式起重机会导致建造设备之成本的增加，尤其是在岛，高山，偏僻地区以及类似地方进行建造时，建造设备之成本会增加。再者，确定一个适合建造的工作场地是很困难的。另外，由于需要使用大尺寸起重机，保养成本也将增加。

因此，尽管在岛，高山，偏僻地区以及类似地方非常希望由风力涡轮机提供动力，但是有许多建造风力涡轮机的方案必须被放弃的情况，在落后国家也存在类似情况，采购诸如大尺寸起重机一类的建造设备通常很困难。

本发明的一个目的是提供一种建造尺寸相对大的水平轴型风力涡轮机的方法，该方法不使用大尺寸起重机而且能够减少建造成本。

为了实现该目的，水平轴型风力涡轮机具有一个安装在基座上的塔柱，一个安装在塔柱上的机舱以及一个由机舱支承的转子，塔柱包括一个安装在基座上的基底塔柱部件，一个下部塔柱部件，其下端通过一铰链与基底塔柱部件的上端铰接，以便于在一横卧位置和一直立位置之间摆动，一个第一级连接塔柱部件，其下端与下部塔柱部件的上端相连，以及一个最高级连接塔柱部件，其下端与次高级连接塔柱部件的上端相连。此外，机舱包括一个塔柱可垂直穿过的塔柱贯穿孔，并且由多个可分割的围绕塔柱贯穿孔的机舱部形成。

图1是按照本发明一个实施例的水平轴型风力涡轮机的侧视图；

图2是按照本发明一个实施例的局部分解视图；

图3是按照本发明一个实施例的包括一个转子的一机舱的纵向剖视图；

图4是按照本发明一个实施例的包括一个转子的一机舱的水平剖视图；

图5是按照本发明一个实施例的导向机构的剖视图；

图6是按照本发明一个实施例的安全装置的剖视图；

图7a-7g是按照本发明一个实施例的建造一个水平轴型风力涡轮机之过程的示意图；

图8是按照本发明一个实施例的提升装置的示意图；

图9是按照本发明一个实施例的安全装置的一个变形的剖视图；

图10是现有的风力涡轮机的平面图。

参见图1，附图标记1表示一个水平轴型风力涡轮机，该风力涡轮机包括一个基座10，一个位于基座10上的塔柱11，一个安装在塔柱11之顶端的的机舱21，一个由机舱21支承的旋翼叶毂31a，一个包括一个或两个叶片31b的转子31。

塔柱11包括一个固定在基座10上的基底塔柱部件12，一个下部塔柱部件13以及多个连接塔柱部件15。

基底塔柱部件12由金属制成，并且具有一个人可在其上工作的圆柱体或多边体12a。一个周边向内侧折叠的环形上部凸缘12b位于圆柱体12a的上部边缘。此外，在圆柱体12a中具有一个在下文将要描述的电线孔12c。

另外，下部塔柱部件13由金属制成，并且具有一个圆柱体13a，该圆柱体的直径与基底塔柱部件12之圆柱体12a的直径相同。圆柱体13a在其上部和下部边缘分别具有一个周边向内侧折叠的环形上部凸缘13b和下部凸缘13c。圆柱体13a还具有一个用于打开和关闭一窗口(未示出)的门13d以及一个沿轴向位于该圆柱体内表面的梯子14。

连接塔柱部件15由金属制成，并且具有一个与下部塔柱部件13之圆柱体13a直径相同的圆柱体15a。圆柱体15a在其上部和下部边缘分别具有一个周边向内侧折叠的环形上部凸缘15b和下部凸缘15c。一个梯子14沿轴向位于圆柱体15a之内表面。

这些基底塔柱部件12，下部塔柱部件13以及连接塔柱部件15各自被恰当地构造以便具有一个不妨碍运输的长度。此外，基底塔柱部件12之上部凸缘12b，下部塔柱部件13之上部凸缘13b和下部凸缘13c，以及连接塔柱部件15之上部凸缘15b和下部凸缘15c形成用于连接各个塔柱部件12，13，及15的连接装置。

下部塔柱部件13的底端通过一个铰链18与基底塔柱部件12之上端相连，以便其能在横卧或倒下位置和直立位置之间摆动。通过螺栓(未示出)及其类似部件将下部塔柱部件13之上部凸缘13b固定至第一级连接塔柱部件15之下部凸缘15c，下部塔柱部件13与一个第一级连接塔柱部件15相连。

同样地，通过螺栓和类似部件将第一级连接塔柱部件15之上部凸缘15b固定至第二级连接塔柱部件15之下部凸缘15c，第一级连接塔柱部件15与一个第二级连接塔柱部件15相连。

在这一实施例中，当三个连接塔柱部件15完成与下部塔柱部件13的连接之后，下部塔柱部件13连同三个连接塔柱部件15绕铰链18升起，而且基底塔柱部件12之上部凸缘12b通过螺栓和类似部件与下部塔柱部件13之下部凸缘13c相连，这样一来，塔柱11就完成了。

如图3所示，机舱21通过一个轴承19可转动地安装在最上级或最高级连接塔柱部件15之上部凸缘15b上，该轴承19具有一个沿上部凸缘15b设置的内座圈和外座圈。

轴承19之外座圈与最上级或最高级连接塔柱部件15之上部凸缘15b相连，并且一个齿轮在轴承19之外座圈的外圆周面上形成。此外，轴承19之内座圈通过螺栓和类似部件与一个直径大于连接塔柱部件15之外径的环形机舱安装板20相连。

另一方面，如图3和图4所示，机舱21具有一个水平延展、两端封闭的圆柱状结构。机舱21由一个前机舱部分21A和一个后机舱部分21B构成。前、后机舱部分21A、21B可以沿一个轴向分离线相应地分隔成一个上部和一个下部。前机舱部分21A在机舱连接部分21C处与后机舱部分21B相连。

机舱21具有机舱贯穿孔22，23，该贯穿孔可以分别被下部塔柱部件13和连接塔柱部件15贯穿，并且彼此相对地位于机舱的上表面和下表面。在机舱21安装在塔柱11上之后，位于机舱21上表面的塔柱贯穿孔22被一个盖子22a封闭。

一个前支承部件24和一个后支承部件25分别安装在前机舱部分21A和后机舱部分21B的地面，以便这些支承部件24，25不会妨碍机舱贯穿孔20。各个支承部件24，25通过多个L型机舱安装部件26与机舱安装板20相连，在这一实施例中，机舱安装部件26通过螺栓与机舱安装板20相连。

机舱21内容纳机舱设备30。如图3和图4所示，在塔柱11穿过机舱21的通道未被阻塞的前机舱部分21A区域放置有一个支承转子31的转动轴32，一个支承转动轴32的轴承箱33，一个改变转动轴32之转动速度的齿轮箱34，一个制动装置35和类似装置。

另外，在塔柱11穿过机舱21的通道未被阻塞的后机舱部分21B区域放置有一个发电机37，一个控制器38，一个液压动力源39以及类似部件。此外一个驱动轴40布置在齿轮箱34和发动机37之间，以便从齿轮箱34向发电机37传递动力。一个偏转马达41安装在机舱安装板20上以便转动机舱21。偏转马达的一个输出轴具有一个驱动齿轮(未示出)，而且该驱动齿轮与在轴承19之外座圈的外圆周面上形成的齿啮合，从而可由偏转马达41的转动来改变或调整由机舱21支承的转子31的方向。

一个风向及速度测量仪42安装在后机舱部分21B上。由风向及速度测量仪42测定的风向及风速传送至控制器38，其它的操作信号由此传送至传动装置36，制动装置35，偏转马达41以及类似部件，以便按照风况最有效地操作发电机37。

机舱21具有一个在其机舱底部的用以辅助机舱21平稳升起的导向机构45。如图5所示，导向机构45包括多个可摆动地与机舱21底部相连的臂45a，一个与臂45a的末端可转动地连接的导向滚柱45b，以及一个(未示出)作为偏压装置的弹簧，以使导向滚柱45b压迫在塔柱11的一外圆周面11a上。导向滚柱45b具有一个反向阻碍机构(未示出)，以便当机舱21下降时锁止导向滚柱45b。即导向机构45具有一个防止机舱下降的降落阻碍功能。在机舱21安装在塔柱11上后，偏压装置的偏压力消除。

在沿塔柱11提升机舱21过程中，当机舱21接触塔柱11之顶端时，由一个安全转置46来防止机舱21下落。

如图6所示，安全装置46包括一个由机舱21支承的支承部件47，一个钩型部件48，该部件的下端与支承部件47可摆动地连接，该部件的上端具有一个吊钩48a，一个指示器杆49，该指示器杆可滑动地安装在于支承部件47上膛出的通孔47a中，并且能够支撑钩型件48的上端，以及一个诸如弹簧和类似部件的偏压装置(未示出)，该偏压装置沿离开支撑部件47的方向偏压钩型件48。

在如此构造的安全装置46中，在指示器杆49的一端抵靠钩型件48，另一端固定于通孔47a中的情况下，机舱21沿塔柱11被提升。随后，如图中双点画线所示，通过吊钩48a之锥形表面与机舱安装板20之外边缘的接触，钩型件48抵抗偏压装置而被推向支承部件47一侧。当机舱21进一步如实线所示上升时，钩型件48之吊钩48a与机舱安装板20之顶面接合，以防止机舱21下落，同时指示器杆49仍位于支承部件47中，其另一端由通孔47a中伸出。相应地，通过观察指示器杆49的运动可以确认机舱21是否达到一个预定的位置。为了便于观察，指示器杆49应涂成红色或黄色。

下面，将参考附图7a至7g来描述构造这样一种结构的水平轴式风力涡轮机的方法。

首先，基底塔柱部件12，下部塔柱部件13，多个连接塔柱部件15，机舱21，转子31，机舱设备30以及类似部件被运送至施工处。在如图7a和图2所示的第一步，基底塔柱部件12被安装并固定于在施工处形成的基座10上。然后，基底塔柱部件12上表面的一端通过一个铰链18与处于横卧或倒下位置的下部塔柱部件13下表面的一端摆动连接。

然后，下部塔柱部件13之上部凸缘与连接塔柱部件15之下部凸缘15c配合，同时两凸缘的配合面通过螺栓及其类似部件固定。因此，下部塔柱部件13与第一级连接塔柱部件15相连接。

第一级连接塔柱部件15之上部凸缘15b进一步与第二级连接塔柱部件15之下部凸缘15c配合，同时两凸缘的配合面通过螺栓以及类似部件固定。因此，第一级连接塔柱部件15与第二级连接塔柱部件相连接。

第二级连接塔柱部件15之上部凸缘15b再与第三级连接塔柱部件15之下部凸缘15c配合，同时两凸缘的配合面通过螺栓以及类似部件固定。因此，第二级连接塔柱部件15与第三级连接塔柱部件相连接。这样一来，各个塔柱部件12，13以及15的连接工作在地面有效而且安全地完成。

接下来，在如图7b所示的第二步，一个起重把杆51的下部与下部塔柱部件13相连，以便起重把杆51绕铰链18摆动。然后，最高一级连接塔柱部件15的上部通过一个抗拉钢索52与起重把杆的上端相连，而且起重把杆51的上端通过一个牵引钢索53与一个绞车54相连。因此，当绞车54卷绕牵引钢索53时，下部塔柱部件13以及多个一体相连、彼此绕铰链18转动的连接塔柱部件15如图7b双点画线所示从倒下位置上升至直立位置。

在这一直立位置，基底塔柱部件12之上部凸缘12b通过螺栓及类似部件与下部塔柱部件13之下部凸缘13c相连。这样一来，由基底塔柱部件12、下部塔柱部件13以及多个连接塔柱部件15构成的塔柱11被形成。这之后，起重把杆51，抗拉钢索52，牵引钢索53以及类似部件被移走。

由于每个凸缘12b，13c，13b，15c以及15b均在塔柱部件的内侧形成，所以塔柱11具有一个平滑的外圆周面11a。

此外，在塔柱11处于倒下状态时，轴承19以及机舱安装板20被安装在最高级连接塔柱部件15的上部凸缘15b上。

另一方面，机舱设备30将被安装于前机舱部分21A一侧，即，转动轴32，旋翼叶毂31a，轴承箱33，齿轮箱34，制动装置35以及类似部件被安装在前机舱部21A的前支承部件24上。同样地，机舱设备30将被安装于后机舱部分21B一侧，即，发电机37，控制器38，液压动力源39以及类似部件被安装在后机舱部21B的后支承部件25上。

在如图7c所示的第三步，一平台55布置在塔柱11之下端的附近。首先，如图7c虚线所示，前机舱部21A被放置在塔柱11的前侧，后机舱部21B被放置在塔柱11的后侧。接着，塔柱11位于其间的两个机舱部21A，21B彼此越来越靠近，并且彼此通过机舱连接部21C相连。被连接成一体的机舱21被放置在平台55上。

导向机构45以及安全装置46在前机舱部21A及后机舱部21B连接前或连接后被安装。此外，叶片31b和旋翼叶毂31a相连。

在如图7d所示的第四步，一个提升装置被安装。如图5及图8所示，提升装置包括多个位于塔柱11上端的滑轮58(在本实施例中，一对滑轮)，一个在基底塔柱部件12中与基座10连接的滑轮59，位于塔柱11附近的绞车54，两根与机舱21和一调整器65相连的提升钢索61，以及一根与调整器65和绞车54相连的牵引钢索62。

两根提升钢索61，61的相应的一端部61a，61a分别与机舱21的前端和后端相连。每个钢索61，61被绕在滑轮58，58上，同时钢索61，61的另一端与调节器65相连。牵引钢索62被绕在滑轮59上，并由塔柱11引出，牵引钢索62的一端62a与调节器65相连，另一端与绞车54相连。

位于提升钢索61和牵引钢索62之间的调节器65包括一个底座66以及一个长度调节机构，例如一个用于校正每个提升钢索62，62之长度的紧线器67，以便在水平位置支撑机舱21。

在如图7e所示的第五步，借助调节器65，通过绞车54卷绕牵引钢索62，机舱21被沿塔柱11提升。

当机舱21被提升时，位于机舱21中的导向机构45引导机舱21。即导向机构45之导向滚柱45b在塔柱11的外圆周面11a上滚动，同时受压。从而使得机舱21沿塔柱11之外圆周面11a平稳地上升，而不会发生左右摆动。

在提升钢索61或牵引钢索62断裂的情况下，各个导向滚柱45b的反向转动阻碍机构运作以防止机舱21下落。

按照如图7f所示的第六步，当机舱21进一步上升而达到一个接近塔柱11上端的特定位置时，安全装置46使得机舱21与塔柱11的指定位置接合并固定。即，如图6所示，当安全装置46连同上升的机舱21一起沿塔柱11上升，同时安装在通孔47a中指示器杆49的一端抵靠钩型件48时，钩型件48接触机舱安装板20的外圆周侧缘并被推向支承部件47一侧。当安全装置46进一步上升时，钩型件48的吊钩48a与机舱安装板20之上表面接合，以防止机舱21下落。此时，由通孔47a伸出的指示器杆49指示机舱21上升并固定至指定的位置。

在如图7g所示的第七步，机舱安装部件26如图3所示通过螺栓及类似部件与机舱安装板20固定。随后滑轮58，59，提升钢索61以及其它的诸如调整器65一类的提升转置被从塔柱11和机舱21处移开。

这之后，偏转马达被安装在机舱安装板20上，而且机舱设备30，诸如布置于前机舱部21A和后机舱部21B两侧区域的传动装置36，驱动轴40以及类似部件沿塔柱11的内部被提升。在所有设备安装完毕之后，塔柱贯穿孔22被盖子22a封闭。

总之，按照前面描述的实施例，由于塔柱11被分隔成诸如基底塔柱部件11，下部塔柱部件13以及多个连接塔柱部件15的几个塔柱部件，而且每个塔柱部件的尺寸均不影响运输，因此即使在诸如岛、山、偏僻地区以及类似的条件差的地方或地带，建造塔柱11也是可行的。此外，由于不需使用诸如起重机的大型施工器械就能够将机舱21沿塔柱11提升，并且固定于塔柱11的指定位置，因此建造成本可以减少。

尽管对本发明的最佳实施例已经进行了描述，但是应该明白这种公开是为了解释，根据权利要求书所述，在不脱离本发明范围的情况下可以做出不同的转换和变形。

Claims (4)

1.一种水平轴型风力涡轮机，所述涡轮机具有一个安装在一基座上的塔柱，一个安装在所述塔柱上的机舱以及一个由所述机舱支承的转子，所述塔柱包括：

一个安装在所述基座上的基底塔柱部件；

一个下部塔柱部件，其下端通过一铰链与所述基底塔柱部件的一上端铰接，以便于在一横卧位置和一直立位置之间摆动；

一个第一级连接塔柱部件，其下端与所述下部塔柱部件的一上端相连；

一个最高级连接塔柱部件，其下端与一个次高级连接塔柱部件的一上端相连。

2.如权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于：所述机舱包括一个所述塔柱可垂直穿过的塔柱贯穿孔，并且所述机舱由多个可分割的围绕所述塔柱贯穿孔的机舱部形成。

3.一种构造水平轴型风力涡轮机的塔柱的方法，所述塔柱包括一个基座，一个基底塔柱部件，一个下部塔柱部件，一个将所述基底塔柱部件和所述下部塔柱部件铰接的铰链，以及至少一个连接塔柱部件，该方法包括以下步骤：

将所述基底塔柱部件安装在所述基座上；

在所述下部塔柱部件处于横卧位置时，将所述下部塔柱部件通过所述铰链和所述基底塔柱部件相连；

将所述第一级连接塔柱部件和处于横卧位置的所述下部塔柱部件相连；

将所述最高级连接塔柱部件和处于横卧位置的所述次高级连接塔柱部件相连；

所述下部塔柱部件连同所述彼此相连的连接塔柱部件绕所述铰链摆动，而且使得所述下部塔柱部件和所述连接塔柱部件位于处于直立位置的所述基底塔柱部件之上。

4.一种将水平轴型风力涡轮机的机舱提升并安装在一塔柱顶端的方法，所述机舱包括一个所述塔柱可垂直穿过的塔柱贯穿孔，并且所述机舱由多个可分割的围绕所述塔柱贯穿孔的机舱部形成，该方法包括以下步骤：

连接多个所述机舱部并形成所述机舱，同时所述机舱在提升前被所述塔柱贯穿；

通过多个垂直通过所述塔柱内部的抗拉部件以及多个位于所述塔柱上的滑轮沿所述塔柱提升所述机舱；

确认所述机舱是否达到所述塔柱顶端的一个指定的位置；

将所述机舱和所述塔柱顶端相连。

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