專利名稱：風力渦輪機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種風カ渦輪機。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代風力渦輪機通常用于供應電カ到電網(wǎng)。這種風カ渦輪機通常包括ー個具有轉(zhuǎn)子轂和多個葉片的轉(zhuǎn)子。該轉(zhuǎn)子被設(shè)置成在風對葉片的影響下旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)動直接驅(qū)動(“直接被驅(qū)動”)或通過使用一個變速箱驅(qū)動發(fā)電機轉(zhuǎn)子。變速箱形成維修最密集的風カ渦輪機的組件之一。它們需要定期進行檢查，并不 總是滿足它們的預期使用壽命；變速箱或它的ー些部件有時需要提前更換。這是由于變速箱經(jīng)受高負荷和波動負荷。特別地，在葉片上的可以通過轉(zhuǎn)子軸傳遞到變速箱的彎曲載荷是破壞性的。從葉片和轂傳遞到發(fā)電機的彎曲載荷和變形的原因在于風カ渦輪機的構(gòu)造。在最常規(guī)的風力渦輪機中，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)地安裝在風カ渦輪機塔架頂部上機艙內(nèi)的支承結(jié)構(gòu)中。因此該轉(zhuǎn)子形成一個傳遞扭矩的外伸結(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(在直接驅(qū)動渦輪機的情況下)而導致氣隙變化或傳遞到變速箱而引起變速箱中的波動負荷。為了解決這個問題，例如從ES2163362已知提供ー種具有向前延伸的框架的風カ渦輪機塔架。具有其多個葉片的轉(zhuǎn)子轂被安裝在所述框架上，并且可在所述框架上旋轉(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カ渦輪機。在圖I中，風カ渦輪機100包括轂110，其可轉(zhuǎn)動地安裝在框架170上，在所述框架的遠端?？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)動發(fā)電機160的輸出軸150的快速轉(zhuǎn)動。在現(xiàn)有技術(shù)連軸節(jié)中，中心件借助縮緊盤安裝在轉(zhuǎn)子軸上。沿著中心件的環(huán)狀輪緣的圓周設(shè)有多個孔。設(shè)置在弾性襯套中的螺栓用于將中心件連接至轂。弾性襯套使得連軸節(jié)在轉(zhuǎn)子軸的縱向方向上更為柔性。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)，因而在ー定程度上避免了傳動系中不希望的載荷和變形。這代表了相對于其它現(xiàn)有技術(shù)風カ渦輪機的進步，但卻無法完全避免彎曲載荷從葉片傳遞至轉(zhuǎn)子軸(并且通過轉(zhuǎn)子軸傳遞至變速箱)。而且，用多個螺栓安裝連軸節(jié)是麻煩的、耗時的，并且因此是昂貴的任務(wù)。為了維護、檢查或維修而拆卸連軸節(jié)當然也是同樣麻煩的。在該構(gòu)造中同樣重要的是轉(zhuǎn)子軸要被完全對準，這是因為不對準會導致轉(zhuǎn)子軸、連軸節(jié)和轂中的應力。這些應力可能會導致例如疲勞問題。由于需要將轉(zhuǎn)子軸相對于轂完全對準，因此安裝過程更加復雜。而且，由于具有所述多個螺栓和柔性元件(例如每個風カ渦輪機大約30個)，因此大大增加了部件數(shù)量，這會使后勤變得復雜。因而，對于風カ渦輪機而言仍然需要進ー步減小彎曲載荷從葉片到轉(zhuǎn)子軸的傳遞。還需要風カ渦輪機減少部件數(shù)量并且較容易安裝和維護。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種風カ渦輪機，其至少部分地滿足上述需求。在第一方面，本發(fā)明提供ー種風カ渦輪機，其包括具有ー個或多個葉片的轂，所述轂可轉(zhuǎn)動地安裝在框架上并且可操作 地聯(lián)接至所述軸，其中所述軸至少部分地設(shè)置在所述框架內(nèi)，并且在所述軸上安裝有中心件，多個輪輻從所述中心件基本徑向地延伸，并且所述轂設(shè)有多個沿圓周布置的軸向突起，并且所述柔性元件布置成將輪輻連接至所述突起。在本發(fā)明的該方面中，與現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)相比，轂與軸之間的連軸節(jié)的相對于除了轉(zhuǎn)矩之外的載荷的剛性會顯著減小。這意味著來自轂的轉(zhuǎn)矩有效地傳遞至軸，而顯著地減小了所有其他載荷的傳遞。而且，可以顯著地減少部件數(shù)量，并且使得轂與轉(zhuǎn)子軸之間的連接的安裝容易得多。該構(gòu)造的另一方面在于，不再需要將轉(zhuǎn)子軸相對于轂完全對準。由于制造公差而引起的可能的不對準會被柔性元件吸收。在此意義上，“柔性”元件應理解成對于在至少ー個方向上的載荷較容易變形或屈曲(“屈服”)的元件。它們可以由任何適當?shù)牟牧现瞥?，例如弾性體材料，或金屬與弾性體或其它適當材料的組合。所述元件可以由于其形狀、材料、定位、安裝或這些組合而獲得其柔性。在某些實施例中，所述柔性元件被預加載所述元件在突起與輪輻之間被壓縮，使得它們在風カ渦輪機的操作期間不會變松。在本發(fā)明的某些實施例中，所述突起每個都(通過所述柔性元件)連接至一對所述輪輻。因而所述轂的突起每個都位于ー對輪輻之間。在一個實施例中，所述轂包括三個突起，并且所述中心件包括三對輪輻。在其他實施例中，可以使用不同數(shù)量的突起和成對輪輻，例如兩個、四個、五個或六個。具有三個或更多個突起和成對輪輻的構(gòu)造的優(yōu)點在于更加平衡的動態(tài)載荷。在本發(fā)明的某些實施例中，所述中心件還包括在相鄰成對輪輻之間的環(huán)狀段。在優(yōu)選實施例中，所述環(huán)狀段包括至少ー個孔。這些孔提供到轂或轂的軸承的通路。他們由此便于維護和檢查。在其他實施例中，所述輪輻每個都連接至一對所述突起。在其他實施例中，所述風力渦輪機包括相同數(shù)量的輪福和突起。應理解，在這些實施例中，輪福和突起的數(shù)量也可以
自由變化?？蛇x地，所述中心件借助收緊盤安裝在所述軸上。在其他實施例中，中心件可以通過不同的方式連接至軸例如螺栓連接、焊接、釬焊、使用粘合劑、通過熱干擾的處理、或例如使用設(shè)置在所述軸上的鋸齒狀部的形狀配合、上述的組合或其他方法。適當?shù)倪B接方法的選擇可以例如取決于對于拆卸連軸節(jié)的可能的需求。在本發(fā)明的某些實施例中，轉(zhuǎn)子軸可以是基本管狀的中空軸。由于軸上的載荷減小，因此所述軸可以是管狀的，而不是傳統(tǒng)的實心軸。然而，在本發(fā)明的其他實施例中，可以使用傳統(tǒng)的實心軸。
在本發(fā)明的某些實施例中，所述柔性元件的硬度可以改變。在這方面，可以根據(jù)環(huán)境而調(diào)節(jié)(例如在維護期間)所述元件的硬度。在本發(fā)明的某些實施例中，所述柔性元件中的至少ー個的硬度與所述柔性元件中的至少另ー個的硬度不同。在本發(fā)明的某些實施例中，所述柔性元件是彈性的。在本發(fā)明的其他實施例中，所述柔性元件是粘彈性的。在其變形與所施加的載荷成比例的意義上，柔性元件可以是彈性的。在其表現(xiàn)出基于時間的應變的意義上，所述柔性元件也可以是粘彈性的。根據(jù)在風力渦輪機中通常出現(xiàn)的振動，應用弾性的、粘弾性的或其他元件會是有利的。在某些實施例中,柔性元件可以姆個都包括液壓腔。優(yōu)選地在這些實施例中，包括液壓腔的所述元件通過ー個或多個液壓回路連接。在優(yōu)選實施例中，受到風カ渦輪機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩壓縮的柔性元件可以連接至共用的液壓回路，以便在各支柱與突起之間均勻地分配徑向載荷。類似地，受到風力渦輪機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩壓縮的柔性元件也可以連接至另ー個共用的液 壓回路。這種構(gòu)造可以減小從轂傳遞至發(fā)電機轉(zhuǎn)子的徑向載荷，該徑向載荷可能是由例如發(fā)電機轉(zhuǎn)子和風カ渦輪機轉(zhuǎn)子的軸線在徑向上未對準而引起的。在某些實施例中，柔性元件的液壓回路可以被主動控制，以影響例如傳動系的扭轉(zhuǎn)特征頻率，或使用主動減振抵消振動，或通過釋放來自這種回路的液壓流體而減小載荷峰值。另ー方面，本發(fā)明提供一種組裝基本如上所述的風力渦輪機的方法，其包括將轂安裝在框架上，將轉(zhuǎn)子軸設(shè)置在框架中，將中心件安裝在轉(zhuǎn)子軸上、將第一柔性元件定位在第一突起與第一輪輻之間，施加壓カ以壓縮所述第一柔性元件，以及將第二柔性元件定位在所述第一突起與第二輪輻之間或第二突起與所述第一輪輻之間。


下文將參照附圖僅通過非限制性示例的方式說明本發(fā)明的具體實施例，其中圖I示出現(xiàn)有技術(shù)的風力渦輪機；圖2示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的風カ渦輪機的第一實施例；圖3示意性地示出根據(jù)本發(fā)明在轂與轉(zhuǎn)子軸之間的連軸節(jié)的另ー個實施例；圖4示意性地示出根據(jù)本發(fā)明在轂與轉(zhuǎn)子軸之間的連軸節(jié)的又一個實施例；圖5示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的風カ渦輪機的另ー個實施例；圖6a_6d示出根據(jù)本發(fā)明將柔性元件安裝在連軸節(jié)中的方法。
具體實施例方式圖2示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的風カ渦輪機的第一實施例。轂10可轉(zhuǎn)動地安裝在框架20上。轂承載多個葉片(未示出)，所述葉片可以安裝在葉片根部配合件15中。轂包括多個突起14。在圖2所示的具體實施例中，設(shè)有六個突起，但在本發(fā)明的范圍內(nèi)，該數(shù)目可以自由變化。轉(zhuǎn)子軸(未示出)可以設(shè)置在中心件40的中心開ロ 31中。中心件40因而可以通過例如焊接、螺栓連接、過盈配合或以其他方式安裝在轉(zhuǎn)子軸上。在該實施例中，中心件40上設(shè)有六個徑向延伸的輪輻44，并且十二個柔性元件42將輪輻44連接至突起14。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明轉(zhuǎn)子軸到轂的可替代的連軸節(jié)。中心件40a通過縮緊盤45安裝在轉(zhuǎn)子軸30上。所述收縮盤45設(shè)置成圍繞所述中心件的管狀延伸部(圖3中看不到)，并且安裝成壓縮所述管狀延伸部，并由此建立可靠的配合。在所述中心件上設(shè)有六個基本徑向地延伸的輪輻44。這些輪輻成對地設(shè)置。在成對輪輻44的遠端之間產(chǎn)生開ロ 47。所述轂上適當?shù)耐黄?在該圖中未示出)可以配合在這些開ロ中。柔性元件42設(shè)置成將輪輻44從轂連接至這些突起。在該實施例中，環(huán)狀段49將成對的輪輻44連接至彼此。這些環(huán)狀段49可以用于均勻地分配載荷。設(shè)置了通過孔48，以便于檢查和維護轂和設(shè)置在轂內(nèi)的部件。附圖標記51指示封閉元件，該封閉元件基本封閉所述軸并且可以保護其內(nèi)部免受環(huán)境影響。圖4示出根據(jù)本發(fā)明轉(zhuǎn)子軸到轂的另ー個連軸節(jié)。在轉(zhuǎn)子軸30上用縮緊盤45安裝有中心件40b。徑向延伸的輪輻44可以配合在轂上的成對突起(該圖中未示出)之間。柔性元件42將三個輪輻44連接至轂上的成對突起。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的風カ渦輪機的又一個實施例。轂10連接至轉(zhuǎn)子軸30。轉(zhuǎn) 子軸30連接至變速箱的第一級。附圖標記60用于指示該連接。類似于圖3的實施例，中心件40c承載三對輪輻44。每對輪輻都在其之間限定一空間。轂上的每個突起14使用柔性元件42連接至一對這種輪輻。與圖3的實施例的值得注意的區(qū)別是中心件40c不包括連接輪輻的環(huán)狀段。在圖5的實施例中，中心件40c焊接在軸30上。為了安裝和維修，重要的是軸與變速箱級的連接或軸與中心件的連接中的至少ー個是可拆卸的。例如在所示實施例中，軸包括凸緣，該凸緣通過螺栓連接至變速箱的第一級。在某些實施例中，圖2-5所示的柔性元件每個都可以包括液壓腔。優(yōu)選地在這些實施例中，包括液壓腔的所述元件通過ー個或多個液壓回路連接。這種構(gòu)造可以減小從轂傳遞至發(fā)電機轉(zhuǎn)子的徑向載荷，該徑向載荷可能是由例如發(fā)電機轉(zhuǎn)子和風カ渦輪機轉(zhuǎn)子的軸線在徑向上未對準而引起的。在優(yōu)選實施例中，被風カ渦輪機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩壓縮的柔性元件可以連接至共用的液壓回路，以便在各輪輻之間均等地分配徑向載荷。類似地，被風カ渦輪機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩減壓的柔性元件也連接至另ー個共用的液壓回路。圖6a_6d示出根據(jù)本發(fā)明將柔性元件安裝在連軸節(jié)中的方法。圖6a示出這種方法的第一步驟。一個柔性元件42定位在第一輪輻44的遠端與第一突起14之間。而且圖6a中示出突起14上的組裝孔16用于安裝第一組裝工具。類似地，第二輪輻44’包括這種組裝孔51。圖6b示出在安裝過程中的以下步驟使用組裝孔將第一組裝支撐件61和第二組裝支撐件62分別螺紋連接在第一轉(zhuǎn)子轂突起14和第二輪輻44’上。在這些組裝支撐件之間設(shè)有(液壓)活塞63。通過隨后致動活塞63，如圖6c所示，組裝支撐件61或62可以被推開并且第一柔性元件42被壓縮。第一轉(zhuǎn)子轂突起14或第二輪輻44’由此也被推開。該過程產(chǎn)生足夠的空間以將第二柔性元件42’配合在突起14的另ー側(cè)上(組裝支撐件后面)，如圖6c中的箭頭所示?；钊S后可被釋放。繼而可以拆除活塞63和組裝支撐件61和62。作為該過程的結(jié)果，柔性元件42和42’被預加載在轂14上的突起與中心件的輪輻44、44’之間(圖6d)。所述安裝過程可以ー個接一個地執(zhí)行，或者可以同時對若干柔性元件執(zhí)行安裝第一組柔性元件，安裝多個組裝支撐件，并且隨后致動多個活塞以壓縮所述第一組柔性元件。如圖6a_6d所示的安裝柔性元件的方法是針對包括在轂上的多個突起的構(gòu)造而示出的，每個突起都位于ー對輪輻之間(例如圖3中示出了類似構(gòu)造)。然而應理解，當在本 發(fā)明的其他實施例中，例如在圖2 (相等數(shù)量的輪輻和突起)和圖4 (每個輪輻定位在ー對突起之間)所示的實施例中，安裝柔性元件時，可以使用類似的方法。還應理解，轂上的突起、中心件上的輪輻和柔性元件可以采用除了圖中所示的形狀之外的許多其他適當?shù)男螤睢Ｈ嵝栽臋M截面可以是例如圓形的、矩形的、方形的或其他形狀的。轂上的突起可以例如是如圖2所示基本薄壁的，或者如圖5所示是實心的。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)電機安裝在框架上的軸承種類?？梢圆捎眠m當?shù)牧黧w軸承，尤其是動態(tài)液壓或靜態(tài)液壓軸承?；蛘撸部梢允褂眠m當?shù)臐L動元件軸承，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)明還不局限于在風力渦輪機中使用變速箱。轂到軸的相同的連軸節(jié)可以例如在直接驅(qū)動構(gòu)造中使用。雖然已經(jīng)在某些優(yōu)選實施例和示例的描述中公開了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應理解，本發(fā)明延伸超出具體公開的實施例而到達其它可替代實施例和/或本發(fā)明的用途及其明顯變型和等效。因而在此公開的本發(fā)明的范圍不應受到之前描述的具體公開的實施例的限制，而是僅應通過以下權(quán)利要求書的公正解讀而確定。
權(quán)利要求
1.一種風力渦輪機，其包括具有一個或多個葉片的轂，所述轂可轉(zhuǎn)動地安裝在框架上并且可操作地聯(lián)接至軸， 其中所述軸至少部分地設(shè)置在所述框架內(nèi)，并且 所述軸上安裝有中心件，多個輪輻從所述中心件基本徑向地延伸，并且 所述轂設(shè)有多個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。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風力渦輪機，其特征在于，所述突起每個都連接至一對所述輪輻。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風力渦輪機，其特征在于，所述風力渦輪機包括三個所述突起和三對輪輻。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的風力渦輪機，其特征在于，所述中心件還包括在相鄰的成對輪輻之間的環(huán)狀段。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風力渦輪機，其特征在于，所述環(huán)狀段包括至少一個孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風力渦輪機，其特征在于，所述輪輻每個都連接至一對所述關(guān)起。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風力渦輪機，其特征在于，所述風力渦輪機包括三個所述輪輻和三對所述突起。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風力渦輪機，其特征在于，所示風力渦輪機包括相同數(shù)量的輪福和關(guān)起。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任意一項所述的風力渦輪機，其特征在于，所述中心件借助收緊盤安裝在所述軸上。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任意一項所述的風力渦輪機，其特征在于，所述軸是基本管狀的中空軸。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任意一項所述的風力渦輪機，其特征在于，所述柔性元件的硬度能變化。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任意一項所述的風力渦輪機，其特征在于，所述柔性元件中的至少一個的硬度與所述柔性元件中的至少另一個的硬度不同。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任意一項所述的風力渦輪機，其特征在于，所述柔性元件是彈性的。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-12中的任意一項所述的風力渦輪機，其特征在于，所述柔性元件是粘彈性的。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任意一項所述的風力渦輪機，其特征在于，所述柔性元件被預加載。
16.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任意一項所述的風力渦輪機，其特征在于，所述柔性元件包括液壓腔。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的風力渦輪機，其特征在于，包括液壓腔的所述元件通過一個或多個液壓回路連接。
18.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任意一項所述的風力渦輪機，其特征在于，所述突起和/或所述輪輻包括組裝孔，所述組裝孔用于安裝在所述柔性元件的組裝中所使用的工具。
19.組裝根據(jù)權(quán)利要求1-18中的任意一項所述的風力渦輪機的方法，其包括 將所述轂安裝在所述框架上， 將所述轉(zhuǎn)子軸設(shè)置在所述框架中， 將所述中心件安裝在所述轉(zhuǎn)子軸上， 將第一柔性元件定位在第一突起與第一輪輻之間， 施加壓力以壓縮所述第一柔性元件，和 將第二柔性元件定位在所述第一突起與第二輪輻之間或第二突起與所述第一輪輻之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的組裝方法，其特征在于，施加壓力以壓縮所述第一柔性元件包括 將第一組裝支撐件安裝在所述第一突起上或所述第一輪輻上， 將第二組裝支撐件安裝在第二輪輻上或第二突起上，和 致動位于所述第一和第二組裝支撐件之間的液壓活塞以使其分離。
全文摘要
一種風力渦輪機，其包括具有一個或多個葉片的轂(10)，所述轂(10)可轉(zhuǎn)動地安裝在框架(20)上并且可操作地聯(lián)接至軸(30)，其中所述軸(30)至少部分地設(shè)置在所述框架(20)內(nèi)，并且其中所述軸(30)上安裝有中心件(40)，多個輪輻(44)從所述中心件基本徑向地延伸，并且其中所述轂(10)設(shè)有多個基本沿圓周布置的軸向突起(14)，并且其中柔性元件(42)布置成將所述輪輻(44)連接至所述突起(14)。
文檔編號F03D11/02GK102822519SQ201180017180
公開日2012年12月12日 申請日期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, C·卡薩諾瓦斯貝爾梅霍 申請人:阿爾斯通風力有限個人公司