用于風輪機的輪轂的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于風輪機的輪轂，所述輪轂包括由至少兩個殼體部件組裝成的連續(xù)殼體。為了提高輪轂的剛度，將板件附接在組裝成的輪轂的葉片凸緣內(nèi)。由于殼體部件與板件之間的聯(lián)合，在確保強度與剛度的同時便于制造及運輸。
【專利說明】用于風輪機的輪轂
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種輪轂，該輪轂形成有具有至少一個葉片凸緣的空心體，所述葉片凸緣用于使輪轂連接至對應(yīng)的風輪機葉片。即便輪轂的尺寸非常大，本發(fā)明的輪轂也易于操縱及運輸。本發(fā)明還涉及制造輪轂的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代風輪機變得越來越大，從而風輪機的諸如輪轂之類的各個部件的尺寸也增大了。在3MW的風輪機中，葉片可超過50米長，葉根凸緣的直徑可大于3米。由于作用力的增加，需要更大更結(jié)實的輪轂。
[0003]難以操縱大型部件并且難以將其從風輪機的制造工廠運輸至工作地。
[0004]通常，輪轂整體鑄造，由于部件尺寸的增大，鑄造過程更加昂貴并且供應(yīng)量減少。
[0005]US6, 942，461公開了一種用于風電設(shè)施的轉(zhuǎn)子葉片輪轂。該轉(zhuǎn)子葉片輪轂被分成輪轂芯及若干與轉(zhuǎn)子葉片的數(shù)目對應(yīng)的外輪轂部分。每個外輪轂部分連接至輪轂芯及轉(zhuǎn)子葉片。輪轂芯是相當大型的部件，因而此輪轂未完全避免與大型部件的操縱及制造有關(guān)的弊端。
[0006]WOO1/42647公開了一種風輪機轉(zhuǎn)子輪轂，其包括兩個經(jīng)由輪轂旋轉(zhuǎn)軸線的橫向延伸的表面相互粘附的殼體。輪轂由復合材料制成。
[0007]對于較小的風輪機，普遍采用焊接起來的輪轂。然而，為了獲得用于更大型的風輪機的更結(jié)實的葉片輪轂，通常將輪轂設(shè)計成限定在兩個球體(內(nèi)球體和外球體)之間的空心體，通常通過使兩個球體的中心略偏移而獲得由風輪機葉片在輪轂中引起的應(yīng)力的最優(yōu)分配。葉片輪轂設(shè)計成空心體結(jié)構(gòu)以減小其重量并優(yōu)化其強度。
[0008]風輪機葉片借助凸緣附接至輪轂，凸緣之間的軸承允許葉片變槳。為了減小重量并提供從輪轂到葉片內(nèi)腔中的通道，通常在葉片凸緣內(nèi)及輪轂凸緣內(nèi)設(shè)置大型開口。
[0009]由于輪轂中的開口，在風輪機運轉(zhuǎn)期間在此區(qū)域的材料中通常發(fā)生大的應(yīng)力集中，結(jié)果會出現(xiàn)變形。響應(yīng)于應(yīng)力集中，以越來越大的厚度材料制作輪轂，這又使輪轂的制造、操縱及運輸復雜化。
[0010]因此，本發(fā)明的目的是提供一種輪轂，其減小與運轉(zhuǎn)期間的應(yīng)力以及輪轂的制造、操縱及運輸相關(guān)的復雜性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供一種輪轂，該輪轂包括由至少兩個殼體部件組裝而成并形成空心體的連續(xù)殼體，所述空心體具有至少一個葉片凸緣，所述葉片凸緣具有用于連接能相對于所述輪轂運動的風輪機葉片的葉片軸承，所述輪轂還包括布置在每個葉片凸緣內(nèi)的板件。
[0012]由于由至少兩個殼體部件組裝而成的連續(xù)殼體與布置在葉片凸緣內(nèi)的板件之間的聯(lián)合，能夠制造與制成的連續(xù)殼體的尺寸相比尺寸較小的殼體部件，并且由于所述板件，能有效應(yīng)對會由元件的組裝產(chǎn)生的不利。因此，具有大剛度及大應(yīng)力集中承受能力的輪轂?zāi)芤孕〔考男问街圃?、操縱及運輸，因此削弱大型的單件輪轂的上述復雜性。
[0013]此外，輪轂通常會形成有用于使輪轂與主軸連接的主軸凸緣。
[0014]所述至少兩個殼體部件沿劃分線接合。劃分線可以橫斷葉片凸緣和/或主軸凸緣至少其一。以此方式，布置在葉片凸緣內(nèi)的板件有效參與到殼體部件的組裝中，從而可增加組裝后的輪轂的強度。
[0015]如果凸緣由附接至輪轂的分立部件形成，那么葉片凸緣和/或主軸凸緣可包括附接至其中一個殼體部件的片段以及附接至另一個殼體部件的片段。
[0016]另選地，凸緣可形成輪轂的一部分，因此至少一個葉片凸緣和/或主軸凸緣包括形成其中一個殼體部件的一部分的片段以及形成另一個殼體部件的一部分的片段。
[0017]應(yīng)理解，包括連續(xù)殼體的輪轂是由如下殼體形成的輪轂:組裝起來后該殼體形成單個整體，即，所述至少兩個殼體部件在組裝起來后除使用期間的變形外，不能相對于彼此移動。然而，該連續(xù)殼體可包括一個或多個開孔，例如在機艙中安裝輪轂期間或維修風輪機期間必須出入輪轂的維修工或其他人員使用的開口。
[0018]在本文背景下，術(shù)語“風輪機”應(yīng)解釋為一種能夠?qū)L能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，電能優(yōu)選被供應(yīng)至電網(wǎng)。一組風輪機葉片提取風能，從而使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運動直接經(jīng)由定子部件和轉(zhuǎn)子部件傳遞至發(fā)電機，或者經(jīng)由例如包括主軸、齒輪系統(tǒng)以及發(fā)電機輸入軸的傳動系傳遞至發(fā)電機。尤其是，本發(fā)明與大型水平軸線風輪機(例如3MW以上的風輪機)有關(guān)。
[0019]輪轂是風輪機承載風輪機葉片的部件。當風輪機葉片提取風能時，輪轂旋轉(zhuǎn)。在風輪機是一種包括用于將轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運動傳遞至發(fā)電機的傳動系的風輪機的情況下，輪轂可以有利地以下述方式連接至主軸:輪轂的旋轉(zhuǎn)運動被轉(zhuǎn)換為主軸的旋轉(zhuǎn)運動。在本發(fā)明的輪轂中，主軸借助輪轂上的主軸凸緣及主軸上的對應(yīng)凸緣連接至輪轂。類似地，風輪機葉片借助相應(yīng)的葉片凸緣及風輪機葉片上的對應(yīng)凸緣(優(yōu)選經(jīng)由變槳軸承)連接至輪轂。
[0020]殼體部件借助一個或多個連接部相互連接。這些連接部與形成在殼體部件上的接口匹配以允許殼體部件之間的合適連接，從而形成輪轂。連接部可例如包括例如設(shè)置有用于螺栓連接等的孔的凸緣或類凸緣部。
[0021]殼體部件可由可鑄造的材料鑄造而成。因此，每個殼體部件利用鑄造技術(shù)制造。這是一項優(yōu)勢，因為鑄造是低成本的制造方法，并且制造的部件相當結(jié)實耐用。
[0022]而且，因為輪轂包括至少兩個分開鑄造的殼體部件，還因為殼體部件明顯小于所形成的輪轂，所以能夠執(zhí)行更為簡單的鑄造操作，以減少鑄造過程中的人力需求，并且便于重新使用形成鑄模所用的型砂。
[0023]總之，由于所述至少兩個殼體部件，本發(fā)明的輪轂在制造及運輸期間易于操縱。利用有成本效益的技術(shù)制成，這還提供結(jié)實耐用的輪轂，該輪轂?zāi)軌虺惺苓\轉(zhuǎn)期間的預期負荷。
[0024]殼體部件可由鑄鐵之類的鑄造金屬或其它合適的鑄造金屬制成，所述鑄鐵例如球墨鑄鐵 EN-GJS-400-18。
[0025]每個凸緣可在連續(xù)殼體中形成進入空心體內(nèi)的內(nèi)部空間的開口。
[0026]輪轂可具體地由兩個殼體部件構(gòu)成，或者甚至可包括兩個以上殼體部件。[0027]如已經(jīng)提及的，連接部可至少橫斷一個葉片凸緣，S卩，至少一個葉片凸緣可包括形成其中一個殼體部件的一部分的片段以及形成其它殼體部件的一部分的片段，或者包括附接至其中一個殼體部件的片段以及附接至其它殼體部件的片段。根據(jù)此實施方式，輪轂優(yōu)選包括后部件以及與后部件對置的前部件，主軸凸緣完全形成在后部件內(nèi)。在相似的實施方式中，后部件和/或前部件可由多個殼體部件形成，這些殼體部件例如繞輪轂的旋轉(zhuǎn)軸線周向布置。在此情況下，后部件可例如由單個殼體部件形成，由此避免劃分主軸凸緣，而前部件可由多個殼體部件形成，例如兩個或三個，由此減小輪轂的該前部件所用的各個殼體部件的尺寸。
[0028]作為另選方案，殼體部件的數(shù)目可等于葉片凸緣的數(shù)目，并且連接部可橫斷主軸凸緣，即，主軸凸緣可包括形成其中一個殼體部件的一部分的片段以及形成另一殼體部件的一部分的片段，或者包括附接至其中一個殼體部件的片段以及附接至另一殼體部件的片段。根據(jù)此實施方式，殼體部件優(yōu)選相對于輪轂的旋轉(zhuǎn)軸線周向布置。殼體部件可有利地在尺寸與形狀方面大致相同，并且這些殼體部件可關(guān)于風輪機葉片大致對稱布置。在類似的實施方式中，一個或多個殼體部件可由兩個或更多個殼體部件形成，例如后部件與前部件。
[0029]在上述實施方式中，連接部可還橫斷至少一個葉片凸緣，使得至少一個葉片凸緣包括形成其中一個殼體部件的一部分的片段以及形成另一殼體部件的一部分的片段，或者包括附接至其中一個殼體部件的片段以及附接至另一殼體部件的片段。在此情況下，輪轂的布置在葉片凸緣之間的部分優(yōu)選地均包含在單個殼體部件中。由此，殼體部件之間的連接不會使這些部分的強度受損。
[0030]在將輪轂分成多個殼體部件的上述任一方式中，所述板件或每一板件可優(yōu)選附接至至少兩個不同的殼體部件，使得板件參與將殼體部件保持在一起。
[0031]作為另選方案，連接部還可在兩個葉片凸緣之間延伸，S卩，可橫斷兩個葉片凸緣之間的至少一個區(qū)域。在此情況下，葉片凸緣優(yōu)選均包含在單個殼體部件中。由此，殼體部件之間的連接不會使葉片凸緣的強度受損。
[0032]作為另一另選方案，一些連接部可橫斷葉片凸緣，而另一些連接部可橫斷葉片凸緣之間的區(qū)域。在此情況下，殼體部件的數(shù)目有利地是葉片凸緣數(shù)目的兩倍。
[0033]應(yīng)理解，本發(fā)明還涵蓋了如下實施方式:輪轂可包括任一數(shù)目的殼體部件，只要至少有兩個即可，并且這些殼體部件能以任一適合于具體輪轂的方式相對于彼此布置。
[0034]殼體部件可用諸如一個或多個螺栓組件之類的可逆連接裝置相互連接。這樣的組裝允許殼體部件容易地相互連接，并且組裝甚至可在風輪機的工作地進行。因此便利了輪轂由制造地到工作地的運輸。而且，可逆連接裝置允許殼體部件在以后的時間相互斷開，例如在風輪機的修理、維護或者廢棄時。
[0035]板件可以以相似方式借助可逆連接裝置連接至輪轂，并且優(yōu)選連接到至少兩個不同的殼體部件。
[0036]作為可逆連接裝置的另選方案，殼體部件與板件能以例如焊接之類的永久方式相互連接。
[0037]特別地，板件可以是具有圓形外緣部的圓板。外緣部在葉片凸緣與葉片軸承之間附接至輪轂，并且特別地，外緣部可附接至軸承的定子環(huán)。
[0038]板和/或葉片軸承的定子環(huán)可例如借助焊接永久附接至輪轂，或者可如以上所述螺栓連接至輪轂。為了將這些零件螺栓連接，圓形外緣部可包括多個用于使板件與葉片凸緣進行螺栓連接的凸緣連接孔。圓形外緣部也可包括多個用于使板件與葉片軸承的定子環(huán)進行螺栓連接的軸承連接孔。
[0039]特別地，軸承連接孔與凸緣連接孔可沿軸承連接圓與凸緣連接圓布置，凸緣連接圓的直徑可大于軸承連接圓的直徑。
[0040]為了保證葉片軸承相對于連續(xù)殼體正確調(diào)平，輪轂還可包括固定至輪轂并繞板件周向延伸的環(huán)形元件。在此實施方式中，葉片軸承可借助板件并借助該環(huán)形元件被支撐在殼體上。
[0041]所述環(huán)形元件與包括內(nèi)定子環(huán)、外定子環(huán)及定子環(huán)之間的轉(zhuǎn)子環(huán)的三環(huán)軸承特別相關(guān)。內(nèi)定子環(huán)可附接至板件的外緣，外定子環(huán)可附接至環(huán)形元件。
[0042]所述環(huán)形元件可制成多個片段，這些片段接合而形成繞葉片凸緣周向延伸的單個元件，或者所述環(huán)形元件可由多個分離的片段構(gòu)成。
[0043]為了提供連續(xù)殼體中的腔與葉片內(nèi)的腔之間的通道，板件可包括至少一個且任選地多個開口，開口的尺寸足以使人員穿過板件進入。這些開口可設(shè)置有可釋放的閉合元件，例如沿開口的外緣部固定的閉合元件，這樣當開口被關(guān)閉時，閉合元件也可增大輪轂的強度。
[0044]在一個實施方式中，主軸凸緣以對應(yīng)于以上關(guān)于葉片凸緣描述的方式設(shè)置有板件和/或環(huán)形元件。
[0045]在第二方面中，本發(fā)明提供一種包括如上所述的輪轂的風輪機。
[0046]在第三方面中，本發(fā)明提供一種制造用于風輪機的輪轂的方法，該方法包括以下步驟:由至少兩個殼體部件組裝成連續(xù)殼體以形成空心體；在所述空心體上設(shè)置用于使輪轂與主軸連接的主軸凸緣并設(shè)置至少一個葉片凸緣，該葉片凸緣具有用于連接能相對于輪轂運動的風輪機葉片的葉片軸承；以及在每個葉片凸緣內(nèi)附接板件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0047]現(xiàn)將參照附圖更為詳細地描述本發(fā)明，在附圖中，
[0048]圖1至圖3是根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的輪轂的分解圖；以及
[0049]圖4與圖5是根據(jù)本發(fā)明的另選實施方式的輪轂I的分解圖。
【具體實施方式】
[0050]應(yīng)理解，詳細說明及具體實施例在表明本發(fā)明的實施方式的同時僅以例示的方式給出，這是因為根據(jù)該詳細說明，在本發(fā)明精神和本發(fā)明范圍內(nèi)的多種變更及變型對于本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員來說將會是顯而易見的。
[0051]圖1是根據(jù)本發(fā)明的輪轂I的分解圖。所示的輪轂具有主體，該主體被分成兩個殼體部件并因此包括前殼體部件2，該前殼體部件2包括三個葉片凸緣5各自的一部分。前殼體部件2還包括三個連接部6，這些連接部適于與后殼體部件3的對應(yīng)連接部6連接。
[0052]輪轂I還包括布置在每個葉片凸緣5內(nèi)的板件4。
[0053]板件4的尺寸與其所附接的葉片凸緣5的尺寸基本對應(yīng)。由此，板件為輪轂I提供剛度更大的結(jié)構(gòu)。圓形板件4具有允許人員出入殼體的空心體的開口 7。[0054]環(huán)狀的環(huán)形元件8的尺寸對應(yīng)于葉片凸緣5的尺寸，并且環(huán)形元件8定位在葉片凸緣5的頂部，以提供具有更大強度的剛度更大的葉片凸緣5。
[0055]每個環(huán)形元件8包括四個環(huán)形部9。環(huán)形元件的其中兩個對接接頭定位成相對于連接部6偏移，而另外兩個對接接頭定位在前殼體部件2與后殼體部件3之間的連接部的頂部上。
[0056]圖2與圖3是根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的輪轂的分解圖，這兩個圖是從兩個不同角度看到的，未示出板件。輪轂I包括前殼體部件2與后殼體部件3。后殼體部件3中形成有主軸凸緣10。在輪轂I安裝在風輪機中時，主軸凸緣10適于連接至主軸(未示出)。
[0057]輪轂I還包括三個葉片凸緣5，每個葉片凸緣適于借助變槳軸承連接風輪機葉片。
[0058]前殼體部件2與后殼體部件3均設(shè)置有三個連接部6。這些連接部6布置在葉片凸緣5之間的區(qū)域中，并且其橫斷葉片凸緣5，即，每個葉片凸緣5包括形成前殼體部件2的一部分的部分以及形成后殼體部件3的一部分的部分。
[0059]在此第一實施方式中，附接至每個葉片凸緣的三個板件(未示出)增強了兩個殼體部件之間的連接強度。
[0060]利用鑄造技術(shù)單獨制成殼體部件2、3。因此，每個鑄件的尺寸大致是整個輪轂I的尺寸的一半。如上所述，這使得在鑄造過程中更易于操縱輪轂。之后，通過使連接部6在圖1與圖2所示的位置中相互連接而組裝殼體部件2、3。這可例如通過使連接部6相互螺栓連接或者通過焊接而完成。
[0061]圖4與圖5是根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的輪轂I的分解圖，也是從兩個不同角度看到的，并且為了簡化視圖而未示出板件。輪轂包括三個殼體部件11，這些殼體部件相對于輪轂I運轉(zhuǎn)期間的旋轉(zhuǎn)軸線周向布置。類似于圖2與圖3的實施方式，輪轂I包括主軸凸緣10與三個葉片凸緣5。
[0062]每個殼體部件11包括四個連接部6，每個連接部適于連接至其它殼體部件11中的一個殼體部件的連接部6。這些連接部6以如下方式布置:每個連接部6橫斷葉片凸緣5，并且這些連接部中的半數(shù)還橫斷主軸凸緣10。因此，每個葉片凸緣5包括形成一個殼體部件11的一部分的部分以及形成另一個殼體部件11的一部分的部分。
[0063]主軸凸緣10包括三個部分，每個部分形成其中一個殼體部件11的一部分。葉片凸緣5之間的區(qū)域包含在單個殼體部件11中。
[0064]利用鑄造技術(shù)單獨制成殼體部件11，之后，參照圖1與圖2，如上所述借助連接部6將這些殼體部件組裝起來而形成輪轂I。
【權(quán)利要求】
1.一種用于風輪機的輪轂，所述輪轂包括由至少兩個殼體部件組裝起來并形成空心體的連續(xù)殼體，該空心體具有至少一個葉片凸緣，所述葉片凸緣用于連接便于葉片相對于所述輪轂運動的葉片軸承，所述輪轂還包括布置在每個葉片凸緣內(nèi)的板件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪轂，其中，所述板件包括在所述葉片凸緣與所述葉片軸承之間附接至所述輪轂的圓形外緣部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輪轂，其中，所述圓形外緣部包括多個用于使所述板件與所述葉片凸緣進行螺栓連接的凸緣連接孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的輪轂，其中，所述圓形外緣部包括多個用于使所述板件與所述葉片軸承的定子環(huán)進行螺栓連接的軸承連接孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求3和4所述的輪轂，其中，所述軸承連接孔沿軸承連接圓布置，所述凸緣連接孔沿凸緣連接圓布置，并且所述凸緣連接圓的直徑大于所述軸承連接圓的直徑。
6.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的輪轂，所述輪轂還包括環(huán)形元件，該環(huán)形元件固定至所述輪轂并繞所述板件周向延伸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的輪轂，其中，所述環(huán)形元件繞所述葉片凸緣周向延伸。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的輪轂，其中，所述環(huán)形元件固定至所述葉片軸承的定子環(huán)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中的任一項所述的輪轂，其中，所述環(huán)形元件固定至所述葉片凸緣。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9中的任一項所述的輪轂，其中，所述環(huán)形元件固定至所述連續(xù)殼體。
11.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的輪轂，其中，所述板件包括至少一個開口，所述開口提供從所述空心體到對應(yīng)的葉片內(nèi)的通道。
12.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的輪轂，所述輪轂還包括:用于使所述輪轂與主軸連接的主軸凸緣；以及布置在所述主軸凸緣內(nèi)的圓形板件。
13.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的輪轂，其中，至少一個所述板件被附接至至少兩個殼體部件。
14.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的輪轂，其中，所述至少兩個殼體部件沿橫切至少一個所述葉片凸緣的劃分線接合。
15.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的輪轂，其中，所述葉片軸承僅借助所述葉片軸承的定子環(huán)附接至所述連續(xù)殼體。
16.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1至14中的任一項所述的輪轂的風輪機。
17.—種制造用于風輪機的輪轂的方法，該方法包括以下步驟:由至少兩個殼體部件組裝成連續(xù)殼體以形成空心體；在所述空心體上設(shè)置用于使所述輪轂與主軸連接的主軸凸緣以及用于連接葉片軸承的至少一個葉片凸緣；以及在每個葉片凸緣內(nèi)附接板件。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述板件在被附接于所述葉片凸緣內(nèi)之前被安裝至所述葉片軸承。
【文檔編號】F03D1/06GK103459836SQ201280016574
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月30日
【發(fā)明者】M·L·比特什, J·L·安德森 申請人:維斯塔斯風力系統(tǒng)有限公司