TW201024535A - Rotor head for wind power generator, and wind power generator - Google Patents

Description

201024535 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於風力發電裝置的轉子頭以及風力發電裝 置。 【先前技術】 風力發電裝置的風車裝置係具備：設置在支柱的上端 〇 可略水平地旋轉的機艙、設在機艙之可在略水平的軸線外 圍旋轉的轉子頭、在轉子頭的軸線外圍呈放射狀安裝的複 數片（例如：3片）的風車翼片。 從轉子頭的軸線方向牴觸到風車翼片之風的力量將會 使得轉子頭在軸線外圍旋轉而轉換成動力。 . 轉子頭因爲考慮到強度的因素，一般都是以鑄造物（ 鑄鐵、鑄鋼）製作成一體。近年來隨著風車裝置的大型化 ，轉子頭也趨於大型化因而重量變大。例如：2〜3MW等 ❷ 級的風力發電裝置的轉子頭的重量係10公噸程度。將來 如果將風力發電裝置做成5MW等級的話，預測其轉子頭 的重量將會超過40公噸。 是以’轉子頭趨於大型化的話，就很難利用鑄造物來 予以製作成一體，或者有無法製作之虞。此外，要將大型 化的轉子頭搬運到組裝現場也是很不容易的作業以及必須 花費很大的成本。 因此’業者有強烈的需求’期待能夠有一種可對應轉 子頭的大型化的構造。 -4- 201024535 因此，曾經有人提出一種方案，係如專利文獻1所示 般地，係將轉子頭予以分割製作，再到組裝現場予以組裝 的轉子頭構造。 這種做法是將轉子頭分割成：中央的核心部以及用來 安裝各風車翼片的3個外側部，再將這些部分接合起來而 形成的。 如此一來，核心部以及外側部能夠以具有可靠性的大 • 小，利用鑄造物來加以製作，因此能夠以高品質加以製造 。此外，因爲是搬運較小尺寸的物件，所以在運送上也比 較容易。 [專利文獻1]日本特表2004-504534號公報 . 【發明內容】 專利文獻1所揭示的轉子頭，核心部與外側部的接合 部分係沿著風車翼片的安裝面，在整個周面上都進行接合 # 。因此，作用到風車翼片上的荷重全部都會加諸到分割部 分的接合部上，所以接合部必須採用堅固的接合構造。 一般而言，接合構造的強度較之一體成型構造的強度 更弱，因此若是有較大荷重作用於該接合構造的話，就長 期性的可靠性而言是會有問題。 此外，在核心部上，必須設置可供各外側部接合用的 開口部，因此會在這些開口部之間，存在著狹窄的鞍部。 將核心部以鑄造物來製造的時候，金屬熔湯將會流經過這 個鞍部，所以必須確保可以讓金屬熔湯充分流經過的充分 -5- 201024535 大小的截面積。因此，也又對於想要將核心部製作成很小 的做法造成限制。亦即，存在於金屬熔湯的流路中途的鞍 部領域，必須要確保充分的大小，才有辦法維持鑄造的精 度和品質’因此想要很簡單就謀求核心部的小型化的這種 想法是困難的。 本發明係有鑒於上述的課題，目的係在於提供：既能 夠對應大型化而且又可防止其可靠性受損的風力發電裝置 φ 的轉子頭以及風力發電裝置。 爲了達成上述目的，本發明係提供以下的手段。 本發明的第1態樣的風力發電裝置的轉子頭，係在軸 線外圍呈放射狀安裝著複數個風車翼片之風力發電裝置的 _ 轉子頭，係將分割成複數而形成的分割體接合而構成的， - 該分割體彼此的接合部分的至少其中一個是形成在與前述 軸線交叉的平面内。 根據本態樣，因爲轉子頭係將複數個分割體接合而構 © 成的，所以各個分割體係能夠以具有可靠性的大小，利用 鑄造物來予以製作。藉此，即使轉子頭趨於大型化，還是 能夠將其確實地製造。而且是就每一個分割體來運送到建 設現場，所以可很容易運送。 因爲分割體彼此的接合部分的至少其中一個係形成在 與轉子頭的軸線交叉的平面内，所以這個分割面係形成在 與風向呈交叉的方向上。每當風吹及到風車翼片的時候， 風車翼片會朝下風側撓曲，因此，作用在風車翼片的安裝 面的撓曲荷重係在上風側以及下風側變大，而且是朝與風 -6 - 201024535 向呈交叉的方向變小。因此，分割體彼此的接合部分就變 成被設置在這種撓曲荷重較小的部分上，所以能夠提高接 合構造的可靠性。 此外，這個接合部分係形成宛如將風車翼片的安裝用 開口部之間予以切斷，因此將分割體以鑄造物來製造的時 候，可將這個部分當成金屬熔湯的入口或出口。如此一來 ，原本必須將金屬熔湯流經安裝用開口部之間的鞍部的需 〇 求不復存在，因此，可以將截面積亦即開口部之間的寬度 予以變小。開口部之間的鞍部能夠變小的話，就可以將轉 子頭製作成小型化。 在上述態樣中，前述分割體是2個，前述接合部分係 形成在通過前述各風車翼片的軸線中心的平面内爲宜。 是以，接合部分只被形成在通過各風車翼片的軸線中 心的平面内，換言之，只被形成在與轉子頭的軸線以略正 交的方式交叉的平面内，所以是在荷重最少的部分被進行 ❹ 接合。 在上述的結構中，是在前述接合部分設置：用來設定 互相的接合位置之定位構件爲宜。 如此一來，可先利用定位構件來設定接合位置，然後 再配合該接合位置來進行鑄造物的機械加工例如：進行對 於迴旋輪的安裝面的加工。 本發明的第2態樣係設有：用來承受風力的複數個風 車翼片、上述第1態樣的轉子頭、藉由該轉子頭的旋轉來 進行發電的發電設備之風力發電裝置。 201024535 根據本態樣，係藉由採用上述第1態樣的轉子頭，既 不損及可靠性又可對應轉子頭的大型化，因此能夠對應風 力發電裝置的大型化。 根據本發明，轉子頭係將複數個分割體接合而構成的 ，因此，即使轉子頭趨於大型化，亦可將其確實地製造。 而且係就每一個分割體來運送到建設現場，因此可以容易 運送。 Φ 分割體彼此的接合部分的至少其中一個是形成在與轉 子頭的軸線交叉的平面内，因此，可提高接合構造的可靠 性。 此外，這個接合部分係被形成宛如將風車翼片的安裝 用開口部之間切斷，因此，可使得開口部之間的鞍部變小 ，可將轉子頭予以小型化。 【實施方式】 Ο [發明之最佳實施方式] 茲佐以第1圖〜第7圖來説明本發明之一實施方式的 風力發電裝置1。 第1圖係顯示本實施方式的風力發電裝置1的整體槪 略結構的側面圖。 在風力發電裝置1中係設置了 ：豎設在基礎B上的支 柱2、設置在支柱2的上端的機艙3、設在機艙3上之可 在略水平的軸線外圍旋轉的轉子頭4、用來包覆轉子頭4 的頭部封包件5、呈放射狀地安裝在轉子頭4的旋轉軸線 201024535 (軸線）L的外圍的複數片風車翼片6、藉由轉子頭4的旋 轉而可進行發電的發電設備7。 支柱2係如第1圖所示般地，係採用從基礎B往上方 (第1圖的上方）延伸的柱狀結構，例如：將複數個單元在 上下方向相連結的結構。 在支柱2的最上部係設有機艙3。如果支柱2係由複 數個單元所構成的話，機艙3係設置在最上部的單元之上 ❹ 機艙3係如第1圖所示般地，係利用主軸8將轉子頭 4支承成可以旋轉，並且在内部收納著可藉由轉子頭4(亦 即，主軸8)的旋轉而進行發電的發電設備7。 至於發電設備7，係可例舉出設置了：用以增加主軸 8的旋轉數的増速機、被傳遞了轉子頭4的旋轉驅動力而 可進行發電的發電機、將發電機所發電的電壓轉換成預定 的電壓之變壓器者。 • 第2圖係用來說明第1圖的轉子頭部的結構的局部放 大圖。第3圖係顯示轉子頭4的單體狀態的立體圖。 在轉子頭4上，係在其旋轉軸線L的外圍，呈放射狀 地安裝了複數片風車翼片6，轉子頭4的周圍則是被頭部 封包件5所包覆著。 如此一來，每當風從轉子頭4的旋轉軸線L方向吹及 到風車翼片6的話，風車翼片6就會產生令轉子頭4沿著 旋轉軸線L外圍旋轉的力量而使得轉子頭4被旋轉驅動。 此外，在本實施方式中，雖然是以應用在裝設了 3片 -9- 201024535 風車翼片6的例子來作説明，但是風車翼片6的數目並不 限定爲3片’也可以應用在2片的情況或者較3片更多的 情況’並沒有特別的限定。 在轉子頭4中，係設有：供裝設主軸8的主軸裝設部 9、供安裝風車翼片6之大致呈圓形的開口部也就是風車 翼片安裝部1 0。 轉子頭4，從旋轉軸線L的方向也就是從風向w來 Φ 看的話’係呈現出：各角部凹陷彎曲的略正三角形狀。風 車翼片安裝部10A，10B，10C係如第3圖所示般地，在 對應於正三角形的各邊的位置，形成略圓形狀。 轉子頭4係由：被風車翼片安裝部l〇A，10B，10C 的軸線中心OA，OB，OC所連結成的平面1 1分割成兩半 的前部轉子頭（分割體）13以及後部轉子頭（分割體）14所構 成的。 平面11係與轉子頭4的旋轉軸線L大致呈正交地交 Φ 叉在一起。 在前部轉子頭13以及後部轉子頭14上的風車翼片安 裝部10A，10B，10C之間的凹陷彎曲的鞍部15上，設有 接合部（接合部分）16。 接合部16係如第3圖以及第5圖所示般地，設置成 朝厚度方向上的外側以及内側突起。在接合部16的突起 部，係如第5圖所示般地，形成有複數個例如：3個供螺 栓揷通用的貫通孔17。 在接合部16的本體部分係形成有=複數個例如=兩 -10- 201024535 個定位用的槽孔（定位構件）1 8。 在前部轉子頭13以及後部轉子頭14，係如第6圖所 示般地’在各接合部1 6，係利用插通於槽孔1 8的槽孔銷 (定位構件）1 9而被定位，並且利用插通於螺栓孔1 7的螺 栓20與螺帽22而接合在一起。 此外，也可以在螺栓孔1 7內切削成螺紋部，而不必 使用螺帽22，只利用螺栓20來進行接合。 ❹ 以這種方式，將前部轉子頭13以及後部轉子頭14接 合在一起而構成轉子頭4，因此，前部轉子頭13以及後 部轉子頭1 4係能夠以具有可靠性的大小，利用鑄造物來 製作。 藉此，即使轉子頭4趨於大型化，亦可將其確實地製 造。此外，前部轉子頭13以及後部轉子頭14係分別各別 地運送到組裝現場，所以可容易運送它們。 在風車翼片6的翼基部側，係具有基部21，該基部 ® 21係利用迴旋輪軸承23而可自由轉動地被支承於轉子頭 4。迴旋輪軸承23係由2排的滾子軸承所構成的。 基部21係由一對略圓形狀的頂板29將迴旋輪軸承 23的内輪25的兩端部挾持而形成的。 迴旋輪軸承23的外輪27係利用螺栓而被固定安裝在 轉子頭4。 在外周側（第5圖的下側）的頂板29係固定安裝著風 車翼片6，因此風車翼片6的整體係被支承成可相對於轉 子頭4進行轉動。 -11 - 201024535 在轉子頭4上，係以1對1的對應關係’對應於各風 車翼片6而分別設有一個傾角驅動裝置19，係可令風車 翼片6在該風車翼片6的軸線中心0的外圍旋轉’因而 可改變風車翼片6的傾角。（參考第2圖） 其次，針對於由上述的結構所組成的風力發電裝置1 的發電方法進行槪略説明。 在風力發電裝置1中，從轉子頭4的旋轉軸線L方向 e 吹及到風車翼片6的風的力量將被轉換成可令轉子頭4在 旋轉軸線外圍旋轉的動力。 這種轉子頭4的旋轉將利用主軸8傳遞到發電設備7 ，在發電設備7中進行發電成依據電力供給對象所需的電 力例如：頻率爲50Hz或60Hz的交流電。 此處，至少在進行發電的期間，爲了使得風力更有效 果地作用在風車翼片6身上，將適度地使得機艙3在水平 面上旋轉，藉此可讓轉子頭4朝向上風側。 ® 此時，風吹及到風車翼片6的話，風車翼片6將會往 下風側撓曲，撓曲荷重將會作用在風車翼片6之對於轉子 頭4的安裝部分，也就是迴旋輪23。 第4圖係顯示作用在風車翼片安裝部10A的迴旋輪 23上的荷重分布P。平面11係通過風車翼片安裝部i〇A 的軸線中心OA，軸線中心L，也就是與風向W大致呈正 交。將這個平面11與風車翼片安裝部10A的交點當作點 A，B。 當風車翼片ό承受到風力所產生的撓曲向量的話，作 -12- 201024535 用在迴旋輪2 3的撓曲荷重係在上風側以及下風側變得比 較大’而朝向與風向交叉的方向變小。因此，在平面U 上的點A以及點B，則是變得極小。換言之，係隔著平面 11上的點A以及點b而呈對稱，因此這些位置就成爲撓 曲荷重的中立位置。此外，一旦風的狀況等產生變化的話 ’這個中立位置雖然會產生若干的震動，但是就整體而言 ，點A以及點B將成爲中立位置。 Φ 以這種方式將接合部16設在撓曲荷重最小的部分， 因此較大的荷重不會作用在接合部16。因而即使是以螺 栓20以及螺帽22來接合的構造，在強度方面也可以具有 長期且充分的可靠性。 此外，即使將平面1 1先通過軸線中心OA，OB，OC 之後才與旋轉軸線L構成交叉，也還是可獲得大致同等的 荷重條件。再者，亦可將平面1 1不通過軸線中心OA， OB，OC，只與旋轉軸線L構成交叉。 ® 其次，說明轉子頭4的製造方法。 前部轉子頭1 3以及後部轉子頭1 4是分別利用鑄造而 作成的。此時，前部轉子頭13以及後部轉子頭14係以讓 接合部16位於上方的方式來形成鑄模，將金屬熔湯從下 部注入，從接合部16讓多餘的鑄渣之類的物體流出去。 以這種方式，將接合部16形成在風車翼片安裝部 10A，10B，10C之間的鞍部 15，因此，例如可將接合部 16當成金屬熔湯的出口。金屬熔湯如果不必流經鞍部15 的話，鞍部15就不必再維持著可讓金屬熔湯流過所需的 -13- 201024535 最低限度的截面積了。因此，鞍部15的截面積就變成與 可供金屬熔湯流過所需的截面積毫無關係了，也就是說， 可將鞍部1 5的寬度製作得很小。 換言之，可以將風車翼片安裝部l〇A，10B，10C互 相很靠近地設置。 第7圖係顯示鞍部15的大小之對於風車翼片6的大 小的影響。鞍部1 5的大小是作成可讓金屬熔湯順暢地流 _ 過所需的大小。 在本實施方式中，鞍部15的大小係與讓金屬熔湯流 過所需的截面積變得毫無關係，因此，可將風車翼片安裝 部10A，10B，10C往旋轉軸線L的方向移動，而能夠將 鞍部1 5的大小製作成如鞍部1 5 A所示的這種程度的小號 尺寸。 因爲以這種方式可以將鞍部15製作成如鞍部15A所 示的這種程度的小號尺寸，因此得以不改變風車翼片6的 # 大小，只將轉子頭4製作成如轉子頭4A所示的這種程度 的小型化。 另外，如果是一體構造的轉子頭4的情況下，若採用 與轉子頭4A大致相同體積的轉子頭4B的話，鞍部15B 將會是與鞍部15大致同等的大小，因此風車翼片6B將會 較之風車翼片6變得更小。 換言之，若是安裝相同大小的風車翼片6的情況下， 本實施方式可以讓轉子頭4的大小變得更小型化。 然後，對於鑄造後的接合面16進行切削，爲了對準 -14- 201024535 位置而進行機械加工以形成槽孔18。以槽孔18作爲基準 ，進行螺栓孔17、外輪27的安裝面等的機械加工。 以這種方式，配合用來接合前部轉子頭13以及後部 轉子頭14時的定位用槽孔18’來對於鑄造物進行機械加 工，例如：進行迴旋輪的安裝面的加工’因此’將前部轉 子頭13以及後部轉子頭14合體之後’可以正確地形成轉 子頭4。 〇 分別個體形成的前部轉子頭13以及後部轉子頭14’ 係分別運送到風力發電裝置1的組裝現場。以這種方式將 前部轉子頭13以及後部轉子頭14個別地運送’因此即使 轉子頭趨於大型化，亦可很容易將其運送到組裝現場。 前部轉子頭13以及後部轉子頭14是在組裝現場進行 組裝。將槽孔銷19揷入到前部轉子頭13以及後部轉子頭 14的接合部16的其中任何一方的槽孔18。並且將另一方 的接合部16的槽孔18套在槽孔銷19，以使得前部轉子 ® 頭13以及後部轉子頭14可以組合在一起。 然後將已經靠合在一起的接合部16彼此利用螺栓20 以及螺帽22來加以接合。 在外輪安裝面，安裝外輪27之後，裝設到機艙3的 主軸8。並且，在風車翼片安裝部10A，10B，10C安裝 風車翼片6。 此外，本發明並不侷限在上述各實施方式，只要在不 脫離本發明的要旨的範圍内，亦可適度地改變。 例如：在本實施方式中，轉子頭4雖然是採用2分割 -15- 201024535 的結構，但是也可以採用3分割以上的結構。這種情況下 ，其中任何一個分割面係與本實施方式同樣地，被設定在 與旋轉軸線L交叉的方向上。 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示本發明之一實施方式的風力發電裝置的 整體槪略結構的側面圖。 Φ 第2圖係用來說明第1圖的轉子頭的結構的局部放大 圖。 第3圖係顯示本發明之一實施方式的轉子頭的結構的 立體圖。 第4圖係顯示本發明之一實施方式的轉子頭的迴旋輪 上的荷重分布的示意圖。 第5圖係顯示本發明之一實施方式的接合部的結構的 部分剖面圖。 ® 第6圖係顯示本發明之一實施方式的接合部的接合狀 態的部分剖面圖。 . 第7圖係用來說明本發明之一實施方式的轉子頭的作 用的示意圖。 【主要元件符號說明】 1 :風力發電裝置 4 :轉子頭 6 :風車翼片 -16- 201024535 頭 頭 〇 c :軸線中心 7 :發電設備 13 :前部轉子 1 4 :後部轉子 1 6 :接合部 1 8 :槽孔 1 9 :槽孔銷 L :旋轉軸線 φ Ο，OA，OB，

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Claims (1)

1. 201024535 十、申請專利範圍 1· 一種風力發電裝置的轉子頭’係在軸線外圍呈放射 狀地安裝複數個風車翼片的風力發電裝置的轉子頭’ 係將分割成複數而形成的分割體接合在一起而構成的 ，該分割體彼此的接合部分的至少其中一個是形成於與前 述軸線交叉的平面内。 2. 如申請專利範圍第1項所述的風力發電裝置的轉子 9 頭，其中，前述分割體是2個，前述接合部分是形成於通 過前述各風車翼片的軸線中心的平面内。 3. 如申請專利範圍第1或第2項所述的風力發電裝置 的轉子頭，其中，在前述接合部分係設有：用以設定互相 的接合位置的定位構件。 4. 一種風力發電裝置，係設有： 用來承受風力的複數個風車翼片、如申請專利範圍第 1項至第3項之其中任一項所述的轉子頭、利用該轉子頭 ® 的旋轉來進行發電的發電設備。 -18-