專利名稱：風(fēng)力渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力渦輪機(jī)。
背景技術(shù)：
·
現(xiàn)代風(fēng)力渦輪機(jī)通常用于供應(yīng)電力到電網(wǎng)。這種風(fēng)力渦輪機(jī)通常包括一個(gè)具有轉(zhuǎn)子轂和多個(gè)葉片的轉(zhuǎn)子。該轉(zhuǎn)子被設(shè)置成旋轉(zhuǎn)的風(fēng)的影響下，在葉片上。轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)(“直接被驅(qū)動(dòng)”)或通過(guò)使用一個(gè)變速箱驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。變速箱形成維修最密集的風(fēng)力渦輪機(jī)的組件之一。它們需要定期進(jìn)行檢查，并不總是滿足它們的預(yù)期使用壽命；變速箱或它的一些部件有時(shí)需要提前更換。這是由于變速箱經(jīng)受高負(fù)荷和波動(dòng)負(fù)荷。特別地，在葉片上的可以通過(guò)轉(zhuǎn)子軸傳遞到變速箱的彎曲載荷是破壞性的。直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)力渦輪機(jī)不存在與變速箱相關(guān)的問(wèn)題。然而，由于沒(méi)有速度升高，發(fā)電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的非常慢。結(jié)果，通常需要大型昂貴的發(fā)電機(jī)以能夠以高效方式發(fā)電。另外，當(dāng)彎曲載荷和運(yùn)動(dòng)(以及相應(yīng)的變形)通過(guò)轉(zhuǎn)子軸傳遞至發(fā)電機(jī)時(shí)，不可能維持發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)定子之間的恒定氣隙。而且，高彎曲載荷甚至?xí)斐砂l(fā)電機(jī)的部件，例如其軸承的結(jié)構(gòu)損壞。由于發(fā)電機(jī)的尺寸和相關(guān)成本，這種發(fā)電機(jī)部件的更換或維修非常昂貴。同樣在更加集成的直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)計(jì)的情況下，缺少轉(zhuǎn)子軸并且在轂或其葉片與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子之間具有直接聯(lián)接(例如從DE10255745已知)，彎曲力矩和變形從轂直接傳遞至轉(zhuǎn)子和/或定子，使得更加難以最小化氣隙變化。在離岸(近岸和遠(yuǎn)離岸)應(yīng)用中，維護(hù)成本構(gòu)成風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)行成本的重要部分。因此，在這種應(yīng)用中，經(jīng)常選擇直接驅(qū)動(dòng)構(gòu)造，從而避免與變速箱相關(guān)的維護(hù)成本。然而，這并沒(méi)有解決關(guān)于彎曲載荷的傳遞、到發(fā)電機(jī)的相關(guān)變形以及發(fā)電機(jī)氣隙的變化的上述問(wèn)題。從葉片和轂傳遞到發(fā)電機(jī)的彎曲載荷和變形的原因在于風(fēng)力渦輪機(jī)的構(gòu)造。在最常規(guī)的風(fēng)力渦輪機(jī)中，轉(zhuǎn)子轂被安裝在轉(zhuǎn)子軸一端上。所述轉(zhuǎn)子軸可旋轉(zhuǎn)地安裝在風(fēng)力渦輪機(jī)塔架頂部上機(jī)艙內(nèi)的支承結(jié)構(gòu)中。因此該轉(zhuǎn)子形成一個(gè)傳遞扭矩的外伸結(jié)構(gòu)，由于在葉片上的載荷以及轂和葉片的重量而額外地傳遞周期性彎曲載荷。這些彎曲載荷被傳遞到所述發(fā)電機(jī)(在直接驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)的情況下)而導(dǎo)致氣隙變化。為了解決這個(gè)問(wèn)題，例如從ES2163362已知提供一種具有向前延伸的框架的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架。具有其多個(gè)葉片的轉(zhuǎn)子轂被安裝在所述框架上，并且可旋轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)子轂連接到位于所述框架內(nèi)的轉(zhuǎn)子軸。已在圖I中示意性地示出這樣的風(fēng)力渦輪機(jī)。在圖I中，風(fēng)力渦輪機(jī)100包括轂110，其可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在框架170上，在所述框架的遠(yuǎn)端?？蚣?70安裝在塔180上。耦合元件120將轉(zhuǎn)子軸130聯(lián)接至轂110。用變速箱140將轉(zhuǎn)子軸130的旋轉(zhuǎn)變換成驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)160的輸出軸150的快速轉(zhuǎn)動(dòng)。借助包括安裝在框架上的轂的這種構(gòu)造，由于轂和葉片的重量而引起的載荷經(jīng)由框架更加直接地傳遞至塔架，而轉(zhuǎn)子軸主要將轉(zhuǎn)矩傳遞至變速箱(和/或發(fā)電機(jī))，因而基本避免了傳動(dòng)系中不希望的變形。這代表了相對(duì)于其它現(xiàn)有技術(shù)風(fēng)力渦輪機(jī)的主要進(jìn)步，但卻無(wú)法完全避免彎曲載荷從葉片傳遞至轉(zhuǎn)子軸(并且通過(guò)轉(zhuǎn)子軸傳遞至變速箱)。因而，對(duì)于直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)力渦輪機(jī)而言仍然需要顯著減小彎曲載荷和運(yùn)動(dòng)從轉(zhuǎn)子轂到發(fā)電機(jī)的傳遞。本發(fā)明的目的是滿足上述需求。

發(fā)明內(nèi)容
在第一方面，本發(fā)明提供一種風(fēng)力渦輪機(jī)，其包括承載有一個(gè)或多個(gè)葉片的轂、發(fā)電機(jī)和通過(guò)第一連軸節(jié)與轂可操作地聯(lián)接的軸，其中最操作中，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子由所述軸直接驅(qū)動(dòng)，并且其中所述轂可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在框架上，所述軸至少部分地設(shè)置在所述框架 內(nèi)，并且其中所述軸與所述轂之間的連軸節(jié)適于將繞所述轂的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)矩從所述轂傳遞至所述軸，同時(shí)基本限制其它載荷的傳遞，并且其中所述發(fā)電機(jī)布置成使得繞所述軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)矩從所述軸傳遞至所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，同時(shí)基本限制其它載荷從所述軸到所述發(fā)電機(jī)的傳遞。在本發(fā)明的這方面中，軸與轂之間的連軸節(jié)適于將繞所述轂的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)矩從所述轂傳遞至所述軸，同時(shí)基本限制其它載荷(例如彎曲力矩，橫向的和軸向的載荷)的傳遞。應(yīng)理解，所述連軸節(jié)不能完全避免這些其它載荷的傳遞。然而，所述連軸節(jié)相對(duì)于這些其它載荷可以是較柔性的，以便使它們通過(guò)不同的載荷路徑(尤其是通過(guò)框架)傳遞。也應(yīng)以相同方式來(lái)理解發(fā)電機(jī)的布置雖然不能完全避免其它載荷(彎曲力矩，橫向的和軸向的載荷)的傳遞，但它們的傳遞將被顯著地限制。借助該構(gòu)造，在發(fā)電機(jī)中可以避免轂必須經(jīng)受的可能的破壞性的彎曲載荷和變形。轂與發(fā)電機(jī)之間通過(guò)軸的連接相對(duì)于扭轉(zhuǎn)是較硬的，但相對(duì)于彎曲載荷和運(yùn)動(dòng)則是柔性的。這些載荷由此從轂直接傳遞到框架，并傳遞到塔架。在某些實(shí)施例中，軸通過(guò)非剛性的第二連軸節(jié)連接至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，并且所述第二連軸節(jié)適于將繞軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)矩從軸傳遞至發(fā)電機(jī)，同時(shí)基本限制其它載荷的傳遞?？蛇x地，所述第二連軸節(jié)包括剛性齒輪(circular spline)。另一個(gè)選擇是第二連軸節(jié)包括中心件，從該中心件基本徑向地延伸有多個(gè)輪輻，所述中心件安裝在所述軸上，并且柔性元件布置成將輪輻連接至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。又一個(gè)選擇是所述第二連軸節(jié)包括安裝在所述軸上的中心件，所述中心件包括基本圓形的盤(pán)，所述圓盤(pán)通過(guò)沿圓周布置的多個(gè)軸向螺栓連接至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中所述螺栓借助多個(gè)柔性襯套布置在所述圓盤(pán)內(nèi)。在其它實(shí)施例中，軸剛性地連接至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，并且發(fā)電機(jī)定子通過(guò)第三連軸節(jié)被固定結(jié)構(gòu)支撐并且柔性地連接至該固定結(jié)構(gòu)。第三連軸節(jié)可以例如連接至框架的一部分、連接至框架的法蘭或另一個(gè)適當(dāng)?shù)牟考?。在此意義上，“固定”結(jié)構(gòu)應(yīng)理解為相對(duì)于機(jī)艙固定的非轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，諸如機(jī)艙本身或安裝有所述轂的框架。應(yīng)理解，嚴(yán)格地講，這些部件并非完全“固定”，這是因?yàn)樗鼈兛梢越柚谄綑C(jī)構(gòu)相對(duì)于塔架轉(zhuǎn)動(dòng)。優(yōu)選地，該第三連軸節(jié)相對(duì)于扭轉(zhuǎn)將是較硬的，但相對(duì)于其它載荷卻是柔性的(以便使這些載荷不會(huì)從定子傳遞至框架)。在某些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)軸承設(shè)置在框架內(nèi)以支撐所述軸。在某些實(shí)施例中，所述第一連軸節(jié)包括中心件，從該中心件徑向地延伸有多個(gè)輪輻，所述中心件安裝在所述軸上，并且所述轂設(shè)有多個(gè)沿圓周布置的軸向突起，柔性元件布置成將所述輪輻連接至所述突起。在其它實(shí)施例中，所述第一連軸節(jié)包括安裝在所述軸上的中心件，所述中心件包括基本圓形的盤(pán)，所述圓盤(pán)通過(guò)多個(gè)沿圓周布置的軸向螺栓連接至轂，其中所述螺栓借助多個(gè)柔性襯套布置在所述圓盤(pán)內(nèi)。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，甚至可以使用第一連軸節(jié)的其它實(shí)施例，包括例如適當(dāng)?shù)夭贾玫膹椥曰蛘硰椥栽?，或屈服于彎曲載荷等的其它類(lèi)型的元件。在某些實(shí)施例中，上述中心件可以借助縮緊盤(pán)安裝在所述軸上。然而在其它實(shí)施例中，所述中心件可以被焊接、螺栓連接或通過(guò)其它適當(dāng)?shù)难b置連接。在某些實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子布置在發(fā)電機(jī)定子的徑向外側(cè)。在其它實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)定子布置在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的徑向外側(cè)。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，甚至其它實(shí)施例也是可行的，例如其中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子相對(duì)于彼此軸向地布置的構(gòu)造。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，所述軸包括彼此連接的前部和后部。所述軸的所述前部和所述后部?jī)?yōu)選地彼此剛性地連接。軸分為前部和后部會(huì)使得安裝過(guò)程較容易。還會(huì)便于軸的制造。另一方面，使用一根整體軸會(huì)導(dǎo)致軸的總重量較低。 在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，所述框架包括前部和后部，其中所述轂可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在所述前部上，并且所述框架的后部可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝至塔架上。所述轂因而能繞其轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，并且所述框架的后部能繞塔架的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，框架可以由一個(gè)整體部分形成，或者可以包括兩個(gè)或更多個(gè)獨(dú)立部分。在一個(gè)實(shí)施例中，框架包括三個(gè)部分承載轂的前部、可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在風(fēng)力渦輪機(jī)塔架上的中部和承載發(fā)電機(jī)的后部。包括多個(gè)獨(dú)立部分的框架在風(fēng)力渦輪機(jī)的安裝方面具有優(yōu)點(diǎn)。所述框架還可以具有任何適當(dāng)?shù)男螤詈蜆?gòu)造所述框架可以具有例如圓形、橢圓形、矩形或其它形狀的橫截面。所述框架可以是鍛件，但也可以由例如多個(gè)梁或適當(dāng)?shù)蔫旒芙Y(jié)構(gòu)形成。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，所述軸是“傳統(tǒng)的”實(shí)心軸。然而在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述軸可以是管狀的中空軸。由于軸中的載荷減小，因此所述軸可以制成為重量較輕。代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實(shí)心軸，在本發(fā)明的某些實(shí)施例中可以采用管狀的中空軸。


下文將參照附圖僅通過(guò)非限制性示例的方式說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施例，其中圖I示出現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)力渦輪機(jī)；圖2示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)的第一實(shí)施例；圖3a_3c示意性地示出可以在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的轂與轉(zhuǎn)子軸之間的連軸節(jié)的某些實(shí)施例；圖4示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)的第二實(shí)施例；圖5示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)的第三實(shí)施例；圖6示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)的第四實(shí)施例；圖7示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)的第五實(shí)施例；圖8示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)的第六實(shí)施例；圖9示意性地示出可以在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的發(fā)電機(jī)與框架之間的連軸節(jié)；圖10示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)的第七實(shí)施例；
圖Ila和Ilb示意性地示出可以在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的球形花鍵連接。
具體實(shí)施例方式圖2示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)的第一實(shí)施例。風(fēng)力渦輪機(jī)I包括塔架50，框架20安裝在該塔架上。在該實(shí)施例中，框架20包括前部20a、中部20b和后部20c。轂10承載多個(gè)葉片(未示出)，并且借助兩個(gè)軸承15可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在框架的前部20a上。轂10通過(guò)聯(lián)接元件40連接至軸30。聯(lián)接元件40設(shè)計(jì)成使其將轉(zhuǎn)矩從轉(zhuǎn)子轂10傳遞至軸30，同時(shí)基本限制其它載荷的傳遞。應(yīng)理解，聯(lián)接元件40可以采用多種適當(dāng)?shù)男问?。圖3a-3c示出了多種適當(dāng)?shù)穆?lián)接元件。在圖3a的第一實(shí)施例中，聯(lián)接元件40a將軸30連接至轂10 (圖3a中未示出)。聯(lián)接元件40a包括借助縮緊盤(pán)45安裝在軸30上的圓盤(pán)46。在盤(pán)46中設(shè)置了多個(gè)孔48，以提供到轂的通路。盤(pán)46的環(huán)狀輪緣包括多個(gè)孔，在所述孔中設(shè)有螺栓以將所述盤(pán)連接至轂。螺栓41設(shè)置在柔性襯套42a中。這些襯套42a可以由適當(dāng)?shù)膹椥曰蛉嵝圆牧现瞥?。借助該?gòu)造，轂與軸30之間的連接基本限制了除了來(lái)自轂的轉(zhuǎn)矩之外的任何載荷的傳遞。附圖標(biāo)記39指示連接至縮緊盤(pán)45的封閉元件，該封閉元件封閉所述軸并且可以用于保護(hù)軸的內(nèi)部免受環(huán)境影響。圖3b示出另一個(gè)方案連軸節(jié)40b。軸30上設(shè)有中心件。從所述中心件徑向地延伸有三個(gè)輪輻44。輪輻44在其端部處產(chǎn)生開(kāi)口 47。來(lái)自轂的突起(未示出)可以配合在這些開(kāi)口 47中。柔性元件42b將所述輪輻44連接至轂上的突起。在輪輻44之間設(shè)有具有過(guò)孔48的環(huán)狀段49。同樣在該實(shí)施例中，轉(zhuǎn)矩從轂傳遞，同時(shí)基本限制了其它載荷的傳遞。應(yīng)理解，在該具體實(shí)施例中，輪輻的數(shù)量可以自由變化。圖3c示出另一選擇連軸節(jié)40c。與連軸節(jié)40b中類(lèi)似，安裝在軸30上的中心件具有多個(gè)徑向延伸的輪輻44。在其遠(yuǎn)端處設(shè)有柔性元件42b。輪輻可以配合在來(lái)自轂的適當(dāng)?shù)耐黄鹬g。連軸節(jié)40a、40b和40c中所示的柔性元件可以采用任何適當(dāng)?shù)男问?。它們可以是例如彈性的或粘彈性的。它們可以例如由彈性體制成或由彈性體和金屬制成。在某些實(shí)施例中，柔性元件的硬度(或柔性，或彈性)是可調(diào)節(jié)的。在優(yōu)選實(shí)施例中，它們可以被預(yù)加載。柔性元件的最重要方面在于，由于其布置及其特性，它們?cè)谀撤N程度上屈服于全部載荷，但可靠地傳遞來(lái)自轂的轉(zhuǎn)矩。仍參照?qǐng)D2，聯(lián)接元件40通過(guò)縮緊盤(pán)45安裝在軸30上。然而在本發(fā)明的范圍內(nèi)，聯(lián)接元件40可以通過(guò)任何其它適當(dāng)?shù)姆绞?例如焊接、螺栓連接、螺紋連接、過(guò)盈配合等)安裝在軸30上。圖2中可以看出，軸30在框架20內(nèi)延伸。設(shè)有第二聯(lián)接元件70，其將轉(zhuǎn)矩從軸30傳遞至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子62，而同時(shí)限制其它載荷的傳遞。第二連軸節(jié)類(lèi)似于第一連軸節(jié)的方面在于，基本僅傳遞轉(zhuǎn)矩。因此該第二連軸節(jié)也可以采用與如圖3a-3c所示的第一連軸節(jié)類(lèi)似的形狀在某些實(shí)施例中，第二連軸節(jié)包括中心件，從該中心件基本徑向地延伸有多個(gè)輪輻，所述中心件安裝在所述軸上，并且柔性元件布置成將輪輻連接至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。在其它實(shí)施例中，所述第二連軸節(jié)包括安裝在所述軸上的中心件，所述中心件包括基本圓形的盤(pán)，所述圓盤(pán)通過(guò)沿圓周布置的多個(gè)軸向螺栓連接至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中所述螺栓借助多個(gè)柔性襯套布置在所述圓盤(pán)內(nèi)。然而本發(fā)明不限于這種示例。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子62通過(guò)適當(dāng)?shù)妮S承65安裝在框架20c上。發(fā)電機(jī)定子64布置在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子62的徑向外側(cè)。設(shè)有發(fā)電機(jī)殼體64來(lái)保護(hù)免受天氣影響。由于第一和第二柔性連軸節(jié)，基本避免了除了轉(zhuǎn)矩之外的任何載荷從轂傳遞至發(fā)電機(jī)。由于沒(méi)有傳遞彎曲載荷以及伴隨的變形，因此可以較穩(wěn)定地維持發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與定子之間的氣隙。圖4示意性地示出本發(fā)明的又一實(shí)施例。相同附圖標(biāo)記用于指示相同元件。圖4和2的實(shí)施例之間的主要區(qū)別在于發(fā)電機(jī)60，并且尤其是殼體61的布置。在圖4中，發(fā)電機(jī)是完全封閉的，這使得發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)牢固。另一方面，其包括了更多的材料，這使得該實(shí)施例比圖2的實(shí)施例更昂貴。圖5不出了另一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，在發(fā)電機(jī)殼體61與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子62之間設(shè)有另一軸承85。該軸承通過(guò)使發(fā)電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)最小化而進(jìn)一步減小氣隙變化。
在圖6的實(shí)施例中，在發(fā)電機(jī)殼體61與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子62之間設(shè)有單個(gè)軸承85。在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子62與框架20c之間也設(shè)有單個(gè)軸承65。在該實(shí)施例中，聯(lián)接元件70和縮緊盤(pán)75完全布置在發(fā)電機(jī)殼體61內(nèi)。在圖7的實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子62布置在發(fā)電機(jī)定子64的徑向外側(cè)。發(fā)電機(jī)殼體61因而由轉(zhuǎn)子形成。發(fā)電機(jī)殼體61與框架20c之間設(shè)有軸承95。與上文所述類(lèi)似，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子軸30之間設(shè)有柔性連軸節(jié)70，以傳遞軸的轉(zhuǎn)矩并且基本限制其它載荷的傳遞。在圖8的實(shí)施例中不設(shè)有這種柔性連軸節(jié)。軸30與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子62之間的連接是剛性的。以不同的方式避免發(fā)電機(jī)中的有害變形和伴隨的氣隙不穩(wěn)定性首先(如在其它實(shí)施例中一樣)，在轉(zhuǎn)子轂10與軸30之間設(shè)有柔性連軸節(jié)。其次，發(fā)電機(jī)定子64(和殼體61)通過(guò)第三連軸節(jié)90被框架20c支撐并且柔性地連接至框架20c。第三連軸節(jié)90是不可轉(zhuǎn)動(dòng)的連軸節(jié)，其相對(duì)于扭轉(zhuǎn)是較硬的，而相對(duì)于其它載荷是較柔性的。圖9示出可以在本發(fā)明中使用的這種連軸節(jié)90的優(yōu)選示例。框架20c上可以安裝有中心件91。從中心件徑向地延伸有多個(gè)輪輻92。發(fā)電機(jī)殼體61包括多個(gè)徑向突起94。這些徑向突起通過(guò)適當(dāng)?shù)娜嵝栽?3連接至輪輻92。應(yīng)理解，可以采用許多不同適當(dāng)材料的許多不同的適當(dāng)?shù)娜嵝栽?。柔性元件的最重要特征在于，它們易于屈服于從連軸節(jié)90的平面向外的載荷。轂與軸之間的第一連軸節(jié)以及發(fā)電機(jī)定子與框架之間的第三連軸節(jié)的組合保證了氣隙變化可以最小化。圖10示出了本發(fā)明的另一實(shí)施例。轉(zhuǎn)子軸30與定子殼體61 (和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子62，其再次布置在發(fā)電機(jī)定子64的徑向外部)之間設(shè)有剛性連軸節(jié)80。在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與框架20c之間設(shè)有軸承65。而且，在轉(zhuǎn)子軸與框架20b之間設(shè)有軸承35。在該實(shí)施例中，在框架中部20b與框架后部20c之間的連接99使得基本限制了除了在連接平面中的載荷之外的載荷的傳遞。這可以通過(guò)各種可能的方式實(shí)現(xiàn)，例如借助圖9所示的裝置，在框架部件之間布置另一適當(dāng)?shù)膹椥曰蛉嵝栽?，或者為用于將框架部件連接在一起的螺釘或螺栓設(shè)置柔性襯套。在該實(shí)施例中，軸承35設(shè)置在框架中部20b與框架后部20c之間的連接處。在其它實(shí)施例中，軸承35設(shè)置在不同位置處。圖Ila和Ilb示意性地示出了轉(zhuǎn)子軸30與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子62之間的非剛性連軸節(jié)的另一種方式，其將轉(zhuǎn)矩從軸傳遞至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，但基本限制其它載荷的傳遞。所示連接使用設(shè)置在轉(zhuǎn)子軸30上的花鍵33和設(shè)置在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的配合花鍵63。徑向延伸的花鍵33成形為圓弓形。配合花鍵63的形狀與花鍵33互補(bǔ)，以便使花鍵33配合在配合花鍵63中。當(dāng)受到彎曲載荷時(shí)，花鍵33將相對(duì)于花鍵63滑動(dòng)。當(dāng)經(jīng)受轉(zhuǎn)矩時(shí)，載荷直接通過(guò)花鍵33和63傳遞。因而，使用這種連接也可以保證從轉(zhuǎn)子軸傳遞轉(zhuǎn)矩，同時(shí)基本限制其它載荷的傳遞。雖然在附圖所示的實(shí)施例中轉(zhuǎn)子軸30被示出為中空的管狀軸，但在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，所述軸也可以是實(shí)心軸。
雖然在附圖所示的實(shí)施例中框架20被示出為包括三個(gè)獨(dú)立部分，但在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，框架也可以是一體的或包括兩個(gè)或四個(gè)或更多個(gè)不同部分。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，所述框架還可以采用不同的形狀和結(jié)構(gòu)。而且本發(fā)明不以任何方式限制用于將轂安裝在框架上或?qū)l(fā)電機(jī)安裝在框架上的軸承種類(lèi)?？梢圆捎眠m當(dāng)?shù)牧黧w軸承，尤其是動(dòng)態(tài)液壓或靜態(tài)液壓軸承?；蛘撸部梢允褂眠m當(dāng)?shù)臐L動(dòng)元件軸承，例如滾子軸承、雙錐滾子軸承或球軸承。所述軸承還可以是純徑向軸承，或徑向和軸向軸承。本發(fā)明還不以任何方式限制在風(fēng)力渦輪機(jī)中使用的發(fā)電機(jī)的類(lèi)型?？梢允褂萌魏芜m當(dāng)類(lèi)型的同步或異步發(fā)電機(jī)。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)有永磁體。雖然已經(jīng)在某些優(yōu)選實(shí)施例和示例的描述中公開(kāi)了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，本發(fā)明延伸超出具體公開(kāi)的實(shí)施例而到達(dá)其它可替代實(shí)施例和/或本發(fā)明的用途及其明顯變型和等效。因而在此公開(kāi)的本發(fā)明的范圍不應(yīng)受到之前描述的具體公開(kāi)的實(shí)施例的限制，而是僅應(yīng)通過(guò)以下權(quán)利要求書(shū)的公正解讀而確定。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力渦輪機(jī)，其包括承載一個(gè)或多個(gè)葉片的轂、發(fā)電機(jī)和通過(guò)第一連軸節(jié)可操作地聯(lián)接至所述轂的軸，其中，在操作中，所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子由所述軸直接驅(qū)動(dòng)，并且其中 所述轂可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在框架上， 所述軸至少部分地設(shè)置在所述框架內(nèi)，并且其中 所述軸與所述轂之間的連軸節(jié)能將繞所述轂的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)矩從所述轂傳遞至所述軸，同時(shí)基本限制其它載荷的傳遞， 并且其中所述發(fā)電機(jī)布置成使得繞所述軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)矩從所述軸傳遞至所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，同時(shí)基本限制其它載荷從所述軸傳遞至所述發(fā)電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述軸通過(guò)非剛性的第二連軸節(jié)連接至所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，并且所述第二連軸節(jié)能將繞所述軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)矩從所述軸傳遞至所述發(fā)電機(jī)，同時(shí)基本限制其它載荷的傳遞。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述第二連軸節(jié)包括基本剛性齒輪。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述第二連軸節(jié)包括中心件，從該中心件基本徑向地延伸有多個(gè)輪輻，所述中心件安裝在所述軸上，并且 柔性元件布置成將所述輪輻連接至所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述第二連軸節(jié)包括安裝在所述軸上的中心件，所述中心件包括基本圓形的盤(pán)，所述圓盤(pán)通過(guò)沿圓周布置的多個(gè)軸向螺栓連接至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中所述螺栓借助多個(gè)柔性襯套布置在所述圓盤(pán)內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述軸剛性地連接至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，并且發(fā)電機(jī)定子通過(guò)第三連軸節(jié)被固定結(jié)構(gòu)支撐并且柔性地連接至該固定結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述固定結(jié)構(gòu)是所述框架的一部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述第三連軸節(jié)相對(duì)于扭轉(zhuǎn)是較硬的，但相對(duì)于其它載荷卻是較柔性的。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中的任意一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，在框架內(nèi)設(shè)有一個(gè)或多個(gè)軸承以支撐所述軸。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述第一連軸節(jié)包括一中心件，從該中心件基本徑向地延伸有多個(gè)輪輻，所述中心件安裝在所述軸上，并且 所述轂設(shè)有多個(gè)沿圓周布置的軸向突起，并且 柔性元件布置成將所述輪輻連接至所述突起。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至9中的任意一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述第一連軸節(jié)包括安裝在所述軸上的中心件，所述中心件包括基本圓形的盤(pán)，所述圓盤(pán)通過(guò)多個(gè)沿圓周布置的軸向螺栓連接至所述轂，其中所述螺栓借助多個(gè)柔性襯套布置在所述圓盤(pán)內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述中心件借助縮緊盤(pán)安裝在所述軸上。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子布置在發(fā)電機(jī)定子的徑向內(nèi)側(cè)。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子布置在發(fā)電機(jī)定子的徑向外側(cè)。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述軸包括彼此連接的前部和后部。
16.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述框架包括前部、中部和后部，所述轂可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在所述前部上，并且 所述框架的中部可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在塔架上。
17.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述軸是管狀的中空軸。
全文摘要
一種風(fēng)力渦輪機(jī)，其包括承載一個(gè)或多個(gè)葉片的轂、發(fā)電機(jī)和通過(guò)第一連軸節(jié)可操作地聯(lián)接至所述轂的軸，其中，在操作中，所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子由所述軸直接驅(qū)動(dòng)，并且其中所述轂可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在框架上，所述軸至少部分地設(shè)置在所述框架內(nèi)，并且其中所述軸與所述轂之間的連軸節(jié)能將繞所述轂的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)矩從所述轂傳遞至所述軸，同時(shí)基本限制其它載荷的傳遞，并且其中所述發(fā)電機(jī)布置成使得繞所述軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)矩從所述軸傳遞至所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，同時(shí)基本限制其它載荷從所述軸傳遞至所述發(fā)電機(jī)。
文檔編號(hào)F03D11/02GK102834612SQ201180017171
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2011年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月29日
發(fā)明者D·卡斯特利馬丁內(nèi)斯 申請(qǐng)人:阿爾斯通風(fēng)力有限個(gè)人公司