專(zhuān)利名稱(chēng)：包含載荷傳遞部件的風(fēng)力渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶有緊湊設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)。
背景技術(shù)：
在過(guò)去數(shù)十年中，風(fēng)力渦輪機(jī)的尺寸不斷地增大，其趨勢(shì)是不斷地緊湊和變輕的 單元。現(xiàn)在，通常所說(shuō)的推力軸承是相當(dāng)常用的，其不僅吸收來(lái)自轉(zhuǎn)子的推力和剪力，而且 只在一個(gè)軸承位置傳遞彎矩。與帶有雙轉(zhuǎn)子軸承的設(shè)想相比，這些推力軸承的使用導(dǎo)致明 顯更緊湊的傳動(dòng)系統(tǒng)。然而，在已有渦輪機(jī)的大多數(shù)情況中，齒輪箱以及發(fā)電機(jī)都作為主托 架上的獨(dú)立部件布置在軸承后面。于是這主托架就有如下的附加功能，即，從轉(zhuǎn)子軸承將轉(zhuǎn) 子載荷傳給機(jī)艙。因?yàn)檫@些推力軸承具有相對(duì)較大直徑并且需要二維剛性接觸面來(lái)螺栓緊 固在軸承的整個(gè)圓周上，所以?xún)?yōu)選使用鑄造結(jié)構(gòu)的主托架。于是，這些載荷就必須從軸承螺 栓連接表面經(jīng)由主托架引入機(jī)艙中，而不使主托架的結(jié)構(gòu)與齒輪箱和發(fā)電機(jī)相沖突。這就 引起鑄造結(jié)構(gòu)需要在背對(duì)轉(zhuǎn)子的區(qū)域中有大開(kāi)口，以用于插裝齒輪箱。從強(qiáng)度和變形的角 度來(lái)看，這些敞開(kāi)式結(jié)構(gòu)具有很大缺點(diǎn)，因?yàn)楦鞑考虼艘惺芎艽蟮母郊討?yīng)力。而且，這 些結(jié)構(gòu)具有太多部件，因?yàn)檫@些部件的功能不同于載荷傳遞。因此，新型風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)展 目標(biāo)是設(shè)計(jì)更緊湊、更輕量和成本更低的渦輪機(jī)。 W02005/033505A1公開(kāi)了一種傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其已經(jīng)非常緊湊，具有獨(dú)立的齒輪 箱和發(fā)電機(jī)，其設(shè)置了大開(kāi)口以用于安裝齒輪箱。為了緊固發(fā)電機(jī)，需要另一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)， 需要機(jī)艙罩來(lái)保護(hù)各部件不受天氣影響。 DE10351524A1同樣提出一種緊湊的解決方案，其能夠?qū)X輪箱和輪轂安置成更靠 近在一起，主托架的鑄造結(jié)構(gòu)的成型就不順利，所以預(yù)期會(huì)有高拉力峰值和變形。這里也需 要機(jī)艙罩。 W002/079644A1提出另一種緊湊的解決方案，齒輪箱的部件被結(jié)合于轉(zhuǎn)子軸承中。 然而，這里也有額外的齒輪箱和需要另一支撐結(jié)構(gòu)的獨(dú)立發(fā)電機(jī)。此外，在鑄造主托架中可 以看到大開(kāi)口 ，就結(jié)構(gòu)而言有很大缺點(diǎn)。 DD268741A1同樣公開(kāi)了一種緊湊的機(jī)艙結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計(jì)只對(duì)小型風(fēng)力渦輪機(jī)管 用，因?yàn)檫@種渦輪機(jī)被設(shè)計(jì)成順風(fēng)型機(jī)器并且沒(méi)有配備風(fēng)向跟蹤單元和垂直制動(dòng)裝置。此 外，將齒輪箱與發(fā)電機(jī)結(jié)合到外殼中可具有極其緊湊的結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，但也有實(shí)施維修會(huì)很 費(fèi)力的缺點(diǎn)，因?yàn)椋M(jìn)入部件的可能性非常受限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是創(chuàng)造一種傳動(dòng)系統(tǒng)，其能實(shí)現(xiàn)一種非常緊湊、輕量且由此低成本 的總體結(jié)構(gòu)，并且將例如轉(zhuǎn)子軸承、齒輪箱、發(fā)電機(jī)和風(fēng)向跟蹤單元的主要部件嵌入從轉(zhuǎn)子 到塔架的力傳遞裝置中。同時(shí)應(yīng)當(dāng)確保獨(dú)立部件，特別是齒輪箱和發(fā)電機(jī)，能夠獨(dú)立安裝并 且還能在維修作業(yè)時(shí)被獨(dú)立處理。 根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)權(quán)利要求1的特征實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，從屬權(quán)利要求詳述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。 本發(fā)明獲得了功能元件的進(jìn)一步整合，就部件而言進(jìn)行了節(jié)省。 就本發(fā)明來(lái)說(shuō)，齒輪箱、發(fā)電機(jī)和風(fēng)向跟蹤單元等部件都布置在獨(dú)立的外殼中，這
些外殼被螺栓緊固在一起。各個(gè)外殼都被設(shè)計(jì)成用于傳遞最大靜態(tài)和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)子載荷的支撐
結(jié)構(gòu)。而且，轉(zhuǎn)子軸承被螺栓緊固在齒輪箱外殼上，并且將轉(zhuǎn)子載荷傳入齒輪箱外殼中。齒
輪箱外殼將載荷傳入發(fā)電機(jī)外殼中。這個(gè)外殼將載荷傳入發(fā)電機(jī)外殼中。發(fā)電機(jī)外殼再把
載荷傳入頂支撐，該頂支撐又經(jīng)由方位軸承將載荷傳入塔架。作為這種設(shè)計(jì)的結(jié)果，各部件
的外殼承擔(dān)雙重功能，即作為載荷傳遞元件和作為用于各部件的單個(gè)零件的安裝元件。這
種設(shè)計(jì)使得該機(jī)器能夠非常輕并由此節(jié)約成本，并且還省去了機(jī)艙罩，因?yàn)?，所有部件的設(shè)
計(jì)都是能夠經(jīng)受風(fēng)吹雨打。為了裝配，將齒輪箱外殼和發(fā)電機(jī)外殼設(shè)計(jì)成兩個(gè)獨(dú)立的外殼
是有道理的，然而也可以設(shè)計(jì)成單件。 如果轉(zhuǎn)子輪轂接頭、轉(zhuǎn)子軸承、齒輪箱和發(fā)電機(jī)具有大致相同尺寸的外徑，這種布 置就特別有利。這種情形會(huì)得到非常良好的力傳遞，而沒(méi)有任何更大的載荷轉(zhuǎn)移。這會(huì)得到 的狀況是，齒輪箱是帶有同軸的主動(dòng)軸和從動(dòng)軸的兩級(jí)行星齒輪箱并且具有大約15至25 的傳動(dòng)比，這是有道理的。發(fā)電機(jī)被布置在那里的下游并且因而具有大約200至400/分的 額定轉(zhuǎn)速。這兩個(gè)部件都安裝在同一個(gè)或兩個(gè)獨(dú)立的外殼中，這外殼是一種這樣的設(shè)計(jì)，它 們能夠?qū)⑤d荷從轉(zhuǎn)子傳遞到頂支撐上。該頂支撐然后將載荷傳入塔架并且還具有容納風(fēng)向 跟蹤單元、垂直制動(dòng)裝置、齒輪箱潤(rùn)滑系統(tǒng)以及用于冷卻齒輪箱和發(fā)電機(jī)的換熱器的功能。


下面將參照附圖解釋本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中 圖1示出輪轂、轉(zhuǎn)子軸承、發(fā)電機(jī)外殼和頂支撐的側(cè)視圖，截面中只示出單個(gè)轉(zhuǎn)子 葉片；和 圖2示出與圖1相對(duì)應(yīng)的局部截面視圖。
具體實(shí)施例方式
由風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片10和輪轂12組成的轉(zhuǎn)子被轉(zhuǎn)子軸承16支承，并且將力 和力矩傳給隨后的部件。齒輪箱被結(jié)合到齒輪箱外殼18中。布置在下游的發(fā)電機(jī)被安裝 在發(fā)電機(jī)外殼20中。這兩個(gè)外殼18、20大致為相同直徑并且用螺栓緊固在一起。然后將 發(fā)電機(jī)外殼20螺栓緊固到頂支撐22上，該頂支撐將載荷經(jīng)由方位軸承42傳入塔架14。所 需的所有單元和部件都容納在這些元件中。不需要用于保護(hù)不受天氣影響并容納子單元的 額外機(jī)艙罩。這兩個(gè)外殼的外側(cè)都配有冷卻肋片，用于將散發(fā)的熱部分地帶給外界空氣。
輪轂12經(jīng)由螺紋接頭52連接到第一齒輪級(jí)的齒圈24(圖2)。齒圈24被壓入轉(zhuǎn) 子軸承16的內(nèi)圈中并且永久相連。轉(zhuǎn)子軸承16的外圈30由螺釘54永久地連接到齒輪箱 外殼18上，并且經(jīng)由這個(gè)齒輪箱外殼18連接到發(fā)電機(jī)外殼20上。迷宮汽封50朝著外側(cè)的 方向密封齒輪箱36。第一齒輪級(jí)的行星齒輪56由球形滑動(dòng)軸承26支承。這些滑動(dòng)軸承26 經(jīng)由軸承軸頸28而固定到齒輪箱外殼18上。行星齒輪56將轉(zhuǎn)矩傳遞到太陽(yáng)齒輪58上。 在太陽(yáng)齒輪的內(nèi)部居中配有螺旋齒，并且將轉(zhuǎn)矩傳遞到中間軸60上。中間軸60又插入第 二行星級(jí)的行星齒輪架62中。第二行星級(jí)32同樣結(jié)合于齒輪箱外殼18中并且使用傳動(dòng)軸66驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)齒輪。就轉(zhuǎn)矩而言，傳動(dòng)軸66使用螺旋齒連接到發(fā)電機(jī)主動(dòng)凸緣68上。發(fā) 電機(jī)34被設(shè)計(jì)成恒定場(chǎng)同步發(fā)電機(jī)，其裝入發(fā)電機(jī)外殼20中并且配有水冷卻套36。由輸 送泵64操縱冷卻回路，通過(guò)冷卻器48將廢熱帶給外界空氣。發(fā)電機(jī)外殼20通過(guò)螺紋接頭 38連接到頂支撐22。頂支撐22包括用于風(fēng)向跟蹤單元的伺服單元44、垂直制動(dòng)裝置40、 用于齒輪箱和發(fā)電機(jī)的冷卻器48、帶有濾清器和循環(huán)泵的齒輪箱油箱46、以及用于發(fā)電機(jī) 冷卻劑回路的循環(huán)泵64。中央管70居中地穿過(guò)這兩個(gè)齒輪級(jí)和發(fā)電機(jī)，并且用于調(diào)整轉(zhuǎn)子 葉片的電源通過(guò)該中央管安裝。旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)接頭或滑環(huán)72將所需動(dòng)力從頂支撐22的固定部 分傳遞到旋轉(zhuǎn)輪轂12上。
權(quán)利要求
風(fēng)力渦輪機(jī)，其帶有至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片(10)、輪轂(12)、容納齒輪箱(32)的齒輪箱外殼(18)、容納發(fā)電機(jī)(34)的發(fā)電機(jī)外殼(20)、頂支撐(22)、塔架(14)、和將該頂支撐可旋轉(zhuǎn)地支承在該塔架(14)上的方位軸承(42)，其特征在于轉(zhuǎn)子軸承(16)、該齒輪箱外殼(18)和該發(fā)電機(jī)外殼(20)布置在該輪轂(12)與該頂支撐(22)之間，被設(shè)計(jì)成載荷傳遞部件，并且經(jīng)由螺紋接頭(54、38)相互連接。
2. 如權(quán)利要求l所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，該齒輪箱外殼(18)和該發(fā)電機(jī)外殼 (20)是獨(dú)立的外殼。
3. 如權(quán)利要求2所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，該齒輪箱外殼(18)和該發(fā)電機(jī)外殼 (20)具有大致相同的外徑。
4. 如在前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，該轉(zhuǎn)子軸承(16)是直接擰 在該齒輪箱外殼(18)前面的推力軸承。
5. 如在前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，該齒輪箱(32)是兩級(jí)行星 齒輪箱。
6. 如在前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，該發(fā)電機(jī)(34)是恒定場(chǎng)同 步發(fā)電機(jī)。
7. 如在前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，該齒輪箱外殼(18)和/或 該發(fā)電機(jī)外殼(20)配有朝向外側(cè)的冷卻肋片。
8. 如在前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，設(shè)置有作為迷宮汽封的齒 輪箱密封設(shè)計(jì)。
9. 如在前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，該發(fā)電機(jī)(34)的冷卻水套 (36)結(jié)合到該發(fā)電機(jī)外殼(20)中。
10. 如在前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，由方位軸承(42)和伺服 傳動(dòng)裝置(44)組成的風(fēng)向跟蹤單元、垂直制動(dòng)裝置(40)、齒輪箱油箱(46)、以及用于該齒 輪箱(32)和該發(fā)電機(jī)(34)的冷卻器(48)布置在該頂支撐(22)中。
11. 如在前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，管子(70)居中地穿過(guò)該 齒輪箱(32)和該發(fā)電機(jī)(34)，以轉(zhuǎn)子的速度旋轉(zhuǎn)，并且容納著用于調(diào)整葉片的電源線。
12. 如在前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，該發(fā)電機(jī)外殼(20)、該齒 輪箱外殼(18)和頂支撐(22)是防風(fēng)雨結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種風(fēng)力渦輪機(jī)，其帶有至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片(10)、輪轂(12)、容納齒輪箱(32)的齒輪箱外殼(18)、容納發(fā)電機(jī)(34)的發(fā)電機(jī)外殼(20)、頂支撐(22)、塔架(14)和支承該頂支撐以使得其在該塔架(14)上旋轉(zhuǎn)的方位軸承(42)。該風(fēng)力渦輪機(jī)的特征在于，轉(zhuǎn)子軸承(16)、該齒輪箱外殼(18)和該發(fā)電機(jī)外殼(20)布置在該輪轂(12)與該頂支撐(22)之間，被設(shè)計(jì)成載荷傳遞部件，并且經(jīng)由螺紋接頭(54、38)相互連接。
文檔編號(hào)F03D11/02GK101702928SQ200880008108
公開(kāi)日2010年5月5日 申請(qǐng)日期2008年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月15日
發(fā)明者S·西格弗里德森 申請(qǐng)人:愛(ài)羅丁工程有限公司