CN1329657C - 用于风力涡轮的转子的轮毂 - Google Patents

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Abstract

一种用于风力涡轮(10)的转子(22)的轮毂，包括可围绕旋转轴线旋转并设有至少一个法兰(34)的中空体(28)，该法兰(34)用于将转子叶片(26)的轴承安装在中空体(28)上，还包括至少两块与中空体(28)形成一体的加强板(38)，其在由法兰(34)所围绕的中空体(28)的法兰区域(36)中径向地延伸到法兰区域(36)的中心(40)，其中在中空体(28)的法兰区域(36)中设有至少两个开口。

Description

用于风力涡轮的转子的轮毂
技术领域
本发明涉及用于风力涡轮的转子的轮毂，更具体地涉及这种轮毂的一种新结构，其可实现轮毂的轻重量的整体设计。
背景技术
风力涡轮中的一项备受关注之处是机舱的重量。尤其是机舱的可旋转部分应当具有非常轻的重量。这对现代的大功率风力涡轮来说尤其如此。
一种用于减轻重量的方法是减小机舱的旋转件的壁厚。然而，减小壁厚却会导致旋转件的强度和刚度降低。特别是，转子轮毂会受到由风作用在转子叶片上而引起的作用力，以及因轮毂的旋转所产生的负载所引起的作用力。轮毂必须足够刚硬，以便使这些作用力不会导致变形。特别是在用来安装转子叶片的轴承的法兰处，必须将轮毂设计得非常刚硬以防止其椭圆化，否则就会损坏转子叶片的轴承和俯仰驱动装置(pitch drvie)。
因此，本发明的目的是提供一种用于风力涡轮的转子的轮毂，其具有相对较轻的重量，并且足够刚硬以承受在风力涡轮的工作期间作用在轮毂上的负载。
发明内容
根据本发明，这一目的可通过一种用于风力涡轮的转子的轮毂来实现，其包括：
-可围绕旋转轴线旋转并设有至少一个法兰的中空体，该法兰用于将转子叶片的轴承安装在中空体上，和
-至少两个与中空体形成一体的加强板，其在由法兰所围绕的中空体的法兰区域中径向地延伸到法兰区域的中心，
-其中，在中空体的法兰区域内设有至少两个开口。
根据本发明的轮毂设有可围绕旋转轴线旋转的中空体。该中空体设有至少一个法兰，转子叶片的轴承可安装在该法兰上。法兰限定了一个通常由孔形成的法兰区域。
根据本发明，在孔中设有至少两个与中空体形成一体的加强或或增强或加固板，它们从法兰径向地延伸到法兰区域的中心。这些板如同轮辐一样地设置在法兰区域内，并为法兰提供了加强、增强或加固的效果。该至少两个加强板将法兰区域分成由它们所隔开的至少两个开口。
根据本发明的一个方面，在各法兰区域内都设有两个加强板，并在其相互之间形成大致180°的角度。这两个加强板优选设置成平行于轮毂的旋转轴线。作为另一选择，也可以将加强板设置成使其垂直于旋转轴线而延伸。
通常来说，根据本发明的另一优选实施例，加强板可均匀地分布在法兰区域内，并以大致等于360°除以加强板数量的角度来相互间设置。例如在三个加强板的情况下，加强板之间的角度大致是120°，而在四个加强板的情况下，加强板之间的角度大致是90°。
在三个加强板的情况下，优选使其中一个加强板基本上平行于中空体的旋转轴线而延伸。在四个加强板的情况下，优选使其中两个加强板平行于旋转轴线而延伸，而另两个垂直于旋转轴线而延伸。
根据本发明，加强板可以是实心的或空心的，并具有朝向法兰区域的中心为减小的宽度和/或厚度。换句话说，加强板在法兰区域的中心处的宽度和/或厚度小于在其邻近法兰的径向外端处的宽度和/或厚度。
根据本发明，也可在法兰区域内设置沿着转子叶片的俯仰轴线来布置的若干组加强板，该俯仰轴线垂直于由法兰所限定的平面。各组加强板相互间并不连接。换句话说，法兰区域的加强板不需要布置在同一平面内，而是布置在不同的相邻平面中。
在本发明的另一优选实施例中，各组加强板中的加强板可围绕转子叶片的俯仰通道从这组到那组地相互间反向旋转。
在本发明的另一实施例中，俯仰驱动装置可安装在至少其中一个加强板上。该单个加强板设有用于使转子叶片旋转的俯仰驱动装置的转子轴的开孔。在该开孔区域中，该单个加强板的宽度或厚度或这两者被加大，以便提高加强板在俯仰驱动装置区域内的刚性。
本发明可用于轮毂中，并且与转子叶片的数量无关。因此，根据本发明的轮毂可用于具有一个、两个或三个转子叶片的转子。根据本发明，也可在轮毂上安装超过三个转子叶片，该轮毂设有数量与转子叶片的数量相同的法兰。
轮毂的中空体最好包括至少两个或三个法兰，各法兰都限定了一个法兰区域。各法兰区域都设有至少两个加强板，其中各法兰区域内的加强板的形状、设计、数量和/或相对布置都相同，或者随着法兰区域的不同而不同。
为了进一步减轻轮毂的整体重量，可在相邻法兰与布置在旋转轴线方向上的中空体的第一和第二端部之间的区域内设置辅助孔。这些第一和第二端部还包括开口或孔，其中位于与转子轴相反的第二端部处的孔设计成检修孔。该检修孔优选设在处于第二端部处的轮毂中的加深部分内。这种设计提高了轮毂在其检修孔端处的刚性。将安装风力涡轮的空心轴的轮毂的第一端部优选也设有孔，但是作为另一选择，该端部也可以关闭。
附图说明
下面将参照附图来更加详细地介绍本发明，在附图中：
图1显示了风力涡轮的侧视图，其转子设有根据本发明的轮毂，
图2是根据本发明第一实施例的图1所示风力涡轮的轮毂的放大视图，
图3是沿着图1和2中的箭头III的方向看去的轮毂的视图，
图4是类似于图2的轮毂的视图，但这里轮毂旋转了120°，
图5是图2到4所示的轮毂的透视图，
图6是根据本发明的轮毂的另一实施例的视图，
图7是根据本发明另一实施例的轮毂的视图，
图8是根据本发明又一实施例的轮毂的视图，
图9是沿着图8中的线IX-IX剖开的剖视图，和
图10是根据本发明最后一个实施例的轮毂的透视图。
具体实施方式
图1显示了风力涡轮10的整体构造，其包括塔架12和设置在塔架12的顶部并可绕垂直轴线16旋转的机舱14。机舱14包括外壳18，在外壳内设置了可围绕水平轴线20旋转的轴(未示出)。在轴上安装有转子22，其包括轮毂24以及三个从轮毂24中径向延伸出来的转子叶片26。水平轴线20与转子22的旋转轴线重合。
在图2中更详细地显示了轮毂24的一个优选实施例。轮毂24包括由本领域的技术人员通常知晓的适当铸造材料制成的中空体28。也可以使用其它能够提供所需刚性的材料。中空体28包括第一端部30和第二端部32，其中风力涡轮10的空心轴(未示出)安装在中空体28的第一端部30上。在中空体28的外部设有三个法兰34，其中这三个法兰以120°角间隔开。各法兰34都在相应的法兰34内限定了一个在一个平面上延伸的法兰区域36。在本发明的该实施例中，在各法兰区域36内都设置了三个与中空体28的壁形成一体的加强板38，它们从法兰34处径向向内地延伸到法兰区域36的中心40，这三个加强板38在该中心40处相互连接成一个整体。包括有加强板38的中空体28是按照铸造工艺来形成的，这些工艺对于制造风力涡轮转子的轮毂来说是基本上已知的。也可以使用其它用于制造轮毂的制造工艺。
如图2所示，这三个加强板38一起形成了三条臂的星状形状，其中一个加强板平行于旋转轴线20而延伸，它与相邻的加强板38形成120°角。其中一个加强板38包括有开孔42，转子叶片的俯仰驱动装置的转子轴(均未示出)延伸穿过该开孔42，以便使转子叶片旋转。俯仰驱动装置可以安装在这一特殊的加强板38上。
如图2到5所示，在中空体28的壁中，在由两个相邻法兰24与位于第一端部30和第二端部32处的开口所限定的区域内分别设有辅助孔44。在这些区域内设置的这六个孔44进一步减轻了中空体28的整体重量。
图4和5显示了轮毂24的其它视图，这就使得轮毂24的这种可使轮毂24形成轻重量但刚硬的整体构造的特殊设计更加清楚。
图6到10显示了根据本发明的轮毂的其它实施例。在这些图中，与图2到5所示的轮毂24中的部件或零件相同或相似的轮毂的部件或零件使用了相同的标号。
图6所示的轮毂24在各法兰区域36内均包括四个加强板38，其中一个加强板38设有用于俯仰驱动装置的轴的孔42，在该孔42的区域内，加强板38的厚度加大。这四个加强板38以相互间成90°角来布置，使得这四个加强板38形成十字的形式。图6所示的轮毂24的其它设计与图2到5所示轮毂中的类似。
图7显示了轮毂24，其中空体28包括两个平行于轮毂24的旋转轴线20而延伸的加强板38，其在邻近法兰34的区域内的宽度和/或厚度被加大。在其它部分上，轮毂24具有与图2到5所示的轮毂类似的设计。
在图8和9中显示了轮毂24的另一实施例。在该实施例中，在各法兰区域内设有两组如图2所示地布置的加强板38。如图9的剖视图所示，这两组加强件沿着转子叶片的俯仰轴线46来设置。
最后，图10显示了从其第二端部32的方向看去的另一轮毂24的透视图，在该图中可以看到，设置在该第二端部32处的检修孔48处于中空体28的壁的加深部分50中。该加深部分提高了中空体28的刚性和硬度。图10所示轮毂24的加强板的设计与图7实施例中的类似。然而，对于在中空体28的第二端部32处设有用于检修孔48的加深部分50的轮毂24来说，也可以使用其它的加强板设计。
虽然已经参考图1到10所示的各个实施例来介绍了本发明，然而应当注意的是，本发明并不限于所示的这些具体实施例，在不脱离本发明范围的前提下，可以单独地或组合起来地使用所有所示实施例的这些特殊的设计特征。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。

Claims (16)

1.一种用于风力涡轮(10)的转子(22)的轮毂，包括：
-可围绕旋转轴线旋转并设有至少一个法兰(34)的中空体(28)，所述法兰(34)用于将转子叶片(26)的轴承安装在所述中空体(28)上，和
-至少两个与所述中空体(28)形成一体的加强板(38)，其在由所述法兰(34)所围绕的所述中空体(28)的法兰区域(36)中径向地延伸到所述法兰区域(36)的中心(40)，
-其中，在所述中空体(28)的法兰区域(36)中设有至少两个开口。
2.根据权利要求1所述的轮毂，其特征在于，所述加强板(38)均匀地分布在所述法兰区域(36)内，并以等于360°除以所述加强板(38)的数量的角度来相互间设置。
3.根据权利要求1或2所述的轮毂，其特征在于，至少一个所述加强板(38)平行于所述中空体(28)的旋转轴线而延伸。
4.根据权利要求1所述的轮毂，其特征在于，所述加强板(38)的宽度或厚度或这两者均朝向所述法兰区域(36)的中心(40)而减小。
5.根据权利要求1所述的轮毂，其特征在于，所述加强板(38)是实心的或空心的。
6.根据权利要求1所述的轮毂，其特征在于，至少一个所述加强板(38)设有用于驱动装置的转子轴的开孔(42)，所述驱动装置可在通过轴承而安装到所述法兰(34)上时使转子叶片(26)旋转。
7.根据权利要求6所述的轮毂，其特征在于，在所述开孔(42)的区域中，所述至少一个加强板(38)的宽度或厚度或这两者都被加大。
8.根据权利要求1所述的轮毂，其特征在于，所述加强板(38)布置在相对于所述中空体(28)的旋转轴线呈倾斜的平面上。
9.根据权利要求1所述的轮毂，其特征在于，所述加强板(38)设置成至少两个加强板(38)为一组的至少两组的形式，其中这两组加强板(38)沿着所述转子叶片(26)的俯仰轴线(46)来布置，所述俯仰轴线(46)垂直于由所述法兰(34)所限定的平面。
10.根据权利要求9所述的轮毂，其特征在于，所述加强板(38)分组地围绕着所述转子叶片(26)的俯仰轴线(46)而相互间布置。
11.根据权利要求1所述的轮毂，其特征在于，所述加强板(38)的数量是三或四。
12.根据权利要求1所述的轮毂，其特征在于，所述中空体(28)包括至少两个法兰(34)，各所述法兰都限定了一个法兰区域(36)，其中各所述法兰区域(36)都设有至少两个加强板(38)，并且各所述法兰区域(36)中的所述加强板(38)的形状、数量和/或布置相同或不同。
13.根据权利要求1所述的轮毂，其特征在于，所述中空体(28)包括用于安装到转子轴(20)上的第一端部(30)以及与所述第一端部(30)相反的第二端部(32)，其中所述中空体(28)在相邻法兰(34)与其第一或第二端部(32)或这两个端部之间的区域内设有辅助孔(44)。
14.根据权利要求13所述的轮毂，其特征在于，在包括有三个法兰(34)的情况下，所述中空体(28)设有邻近于其第一和第二端部(30，32)的三个辅助孔(44)。
15.根据权利要求1所述的轮毂，其特征在于，所述中空体(28)包括用于安装到转子轴(20)上的第一端部(30)以及与所述第一端部(30)相反的第二端部(32)，其中所述中空体(28)在其第一和/或第二端部(30，32)处包括有孔(42)。
16.根据权利要求15所述的轮毂，其特征在于，所述中空体(28)在其第二端部(32)处包括有加深的区域(50)，在其中设有检修孔(48)。
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