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CN101294549B - 风力涡轮机 - Google Patents

风力涡轮机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及风力涡轮机，该风力涡轮机包括具有偏航轴承的垂直塔架；位于偏航轴承顶部的短舱；轮毂，其具有可沿大致水平的旋转轴线旋转的叶片。短舱具有发电机和控制室，其中，发电机包括承载着轮毂的转子，转子具有由两个转子轴承支撑的转子轴；以及包括圆柱形外壳的定子，其具有约等于短舱直径的定子直径，并且外壳在其端部有前盖板和后盖板，各盖板均具有支撑转子轴的转子轴承。根据本发明，转子轴是中空的，并且可从控制室穿过中空转子轴进入该中空轮毂。

Description

风力涡轮机
技术领域
本发明涉及依据本发明权利要求1的前序的风力涡轮机。
背景技术
此类风力涡轮机是众所周知的。该所知的风力涡轮机的不足在于通向轮毂的通道存在危险，因为通向轮毂的通道或是在短舱外部，其是否危险取决于天气条件；或是在短舱内部，其因为接近高压电缆而危险。
发明内容
为了克服此不足，该风力涡轮机依据本发明的一方面。通过构建穿过定子轴到中空轮毂内部的通道，使操作者在有了通往轮毂的轻松而安全的路径的同时避开了发电机的高压区域。
根据实施例，该风力涡轮机依据本发明的又一方面。这样，垂直圆桶直接地支撑外壳和转子，由此环境空气冷却圆柱形外壳，该圆柱形外壳是发电机定子的一部分。
根据实施例，该风力涡轮机依据本发明的再一方面。这样，发电机直接位于偏航轴承的上方，使得作为其负载的主要部分的发电机的重量不会导致在偏航轴承上产生集中和/或不对称的负载。
根据实施例，该风力涡轮机依据本发明的再一方面。这样，可以从塔架直接并安全地进入控制室。
根据实施例，该风力涡轮机依据本发明的再一方面。这样，前盖板足够刚性从而可以最小的形变来承受由叶片产生的轴向力。
根据实施例，该风力涡轮机依据本发明的再一方面。这样，前盖板可以减轻重量。
根据实施例，该风力涡轮机依据本发明的再一方面。这样，对于支撑有叶片的轮毂并使转子和定子之间维持固定的间隙，轴承足够刚性。
根据实施例，该风力涡轮机依据本发明的再一方面。这样，第一轴承足够刚性而其直径不是太大，使得轴承的成本仍然合理。
根据实施例，该风力涡轮机依据本发明的再一方面。这样，可以制造质轻且坚固的发电机结构。
根据实施例，该风力涡轮机依据本发明的再一方面。这样，用一种简单的方式布置了将定子的热量传递给环境空气。
根据实施例，该风力涡轮机依据本发明的再一方面。这样，电缆可以直接连接到塔架中的接线箱上，并不需要引导到短舱中。
附图说明
在后文中，通过在附图的辅助下描述风力涡轮机的一个实施例，本发明被解释得更加详细，其中
图1示出了风力涡轮机的具有短舱的塔架顶部的截面示意图，以及
图2示出了风力涡轮机的短舱的侧视图。
具体实施方式
偏航轴承22安装在塔架23上。在示出的实施例中，塔架23是安装在底座上的圆柱形或略微圆锥形的管。塔架23可以有不同的形式，例如桁架。偏航轴承22支撑圆柱形外壳24，该圆柱形外壳24经由连接法兰28联接到短舱29的外壳9上。圆柱形外壳24的高度大约是2米，使得偏航轴承22上方有足够的空间供操作者站立。在圆柱形外壳24中，偏航驱动器25安装到作为偏航轴承22的一部分的轮齿上，以旋转短舱29，使得具有叶片5的轮毂3的旋转轴线33可以对准驱动该风力涡轮机的叶片5的风的方向。圆柱形外壳24和/或连接法兰28的直径是外壳9直径的50％以上或接近60％，使得圆柱形外壳24和/或连接法兰28相当大地加强了外壳9并保证了其圆度。
外壳9连同连接法兰28可以由诸如铸钢的铸造金属制成一个整体。用这样的方式铸造此整体可以是有利的，因为连接法兰28的内部有部分或完全的开口，而不是外壳9的圆柱壁。在那种情况下，板19优选地焊接或安装在此开口中，从而在短舱下面的空间和发电机内部之间产生间隔。由此更容易将发电机内部与环境空气隔离，这在风力涡轮机位于海上或海里时尤其有好处。在另一实施例中，连接法兰28和外壳9不是铸造而成，而可以是由板状或管状材料焊接而成。
外壳9形成了短舱29的外部，且是发电机的一部分，因为具有定子线圈12的定子板11刚好安装在外壳9内部。作为产生电力的结果，发电机还会在定子板11和/或定子线圈12中产生热量，该热量必须要去除。因为这个原因，定子板11刚好靠着外壳9，且优选地外壳9在其外部具有由环境空气所冷却的冷却翅片37。
外壳9的前端由前法兰连接件8连接到前盖7上。前盖7在其外表面上可具有冷却翅片37。前轴承31安装在前盖7中。优选地前盖7大约为圆锥形，使得来自叶片5的轴向力以几乎不使外壳9产生形变的方式直接引至外壳9，并从外壳9经由垂直连接法兰28引至圆柱壁24和偏航轴承22。外壳9的后端由后法兰连接件35连接到后盖18上。后轴承17安装在后盖18中。具有旋转轴线33的中空轴32安装在前轴承31和后轴承17中。发电机设计成使得其主要由定子线圈重量决定的重心落在偏航轴承22的外圆周内。优选地前轴承31和后轴承17之间具有较大的距离，例如至少等于偏航轴承22的直径长度的距离。前轴承31优选地在偏航轴承22的圆周的前面，而如有可能，后轴承17在偏航轴承22的外圆周的另一侧。
两个法兰26将转子27连接到中空轴32上。转子27与中空轴32和叶片5一起旋转，且在该转子27的外圆周上具有永磁体(未示出)，该永磁体与定子线圈12相互作用从而在定子线圈12的电缆中产生电力。定子线圈12的电缆被引导穿过在外壳9的底部或板19上的开口(未示出)到达位于圆柱形外壳24内的接线箱。将接线箱34和变流器连接以将所产生的交流电转换成直流电的电缆，或将接线箱34连接到其他连接件的电缆穿过偏航轴承22中的开口从接线箱34垂出，使得短舱29可以自由地旋转。
在外壳9的前端，中空轮毂3联接到中空轴32上。在外壳9的后端，短舱29具有控制室15，其外部大概和外壳9的外表面成一条直线延伸。该控制室15可从圆柱形外壳24经由在圆柱形外壳24壁上的开口21和通道20进入，该通道20连接圆柱形外壳24和控制室15地板上的开口36。控制室15具有起重机轨道14，起重机(未示出)可在该起重机轨道14上滑动。朝向远离发电机方向的墙具有舱口16，该舱口16倾斜并部分地位于起重机轨道14之下，使得部件可穿过舱口16从控制室15中放下或吊起进入控制室15中。
中空轮毂3具有轮毂室1，该轮毂室1可从控制室15穿过中空轴32进入。叶片5通过叶片轴承2附在轮毂3上，并且有叶片驱动器(未示出)来改变叶片的间距。为了减少风中的流阻，轮毂3由具有鼻部4的盖30包围。操作者可以用一种轻松的方式穿过中空轴32进入轮毂室1，来对可从轮毂室1进入的叶片5内部及叶片驱动器进行维护。因此操作者不用穿过发电机的内部，也不用接近定子线圈12的高压配线，就可以到达轮毂室1。并且操作者也可以远离从塔架23中的接线箱34垂落下来的电缆。为了对轮毂3外部及叶片5的根部进行维护，可通过在控制室室顶的舱口13和由在外壳9顶面之上的轨道10所形成的路径进入轮毂3。保护盖30中的舱口6使进入盖30内部、轮毂3外部及叶片5的根部成为可能。

Claims (11)

1.一种风力涡轮机，包括具有偏航轴承(22)的垂直塔架；位于偏航轴承顶部的短舱(29)；中空轮毂(3)，其具有可绕大致水平的旋转轴线(33)旋转的叶片(5)；所述短舱包括发电机和控制室(15)，其中所述发电机包括承载着所述中空轮毂的转子(27)，所述转子(27)具有由两个转子轴承(17，31)支撑的转子轴(32)；以及包括圆柱形外壳的定子(11)，其具有等于所述短舱直径的定子直径，并且所述外壳在其端部具有前盖板(7)和后盖板(18)，各盖板均具有支撑所述转子轴的转子轴承，其特征在于，所述转子轴(32)是中空的，并且可从所述控制室(15)穿过所述中空转子轴进入所述中空轮毂(3)。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述圆柱形外壳(9)形成所述短舱(29)的外表面的一部分，并且直接连接到由所述偏航轴承(22)支撑的垂直圆桶(24)的圆周上。
3.根据权利要求2所述的风力涡轮机，其特征在于，所述两个转子轴承(17，31)之间的距离至少为所述垂直圆桶(24)的直径长度。
4.根据权利要求2或3所述的风力涡轮机，其特征在于，通道(20)将在所述垂直圆桶(24)的侧面上的第一开口(21)与所述控制室(15)的地板上的第二开口(36)相连接。
5.根据权利要求1-3之一所述的风力涡轮机，其特征在于，在所述发电机和所述中空轮毂(3)之间的所述前盖板(7)具有前转子轴承(31)，并且在所述前盖板(7)的外圆周上具有用来将所述前盖板(7)连接到圆柱形外壳上的连接法兰(8)，其中，在所述前转子轴承和所述连接法兰之间的距离至少是所述连接法兰直径的0.15倍。
6.根据权利要求5所述的风力涡轮机，其特征在于，所述前盖板(7)具有圆锥形形状。
7.根据权利要求5所述的风力涡轮机，其特征在于，所述前转子轴承(31)的轴承直径至少是所述连接法兰(8)的直径的0.40倍。
8.根据权利要求5所述的风力涡轮机，其特征在于，所述前转子轴承(31)的轴承直径是所述连接法兰(8)的直径的0.40倍至0.70倍。
9.根据权利要求2所述的风力涡轮机，其特征在于，所述圆柱形外壳(9)，以及如果适用的话，将所述圆柱形外壳连接到所述垂直圆桶(24)上的垂直连接法兰(28)均由铸造金属制成。
10.根据权利要求2所述的风力涡轮机，其特征在于，所述圆柱形外壳(9)具有用来冷却所述定子(11)的冷却翅片(37)。
11.根据权利要求2所述的风力涡轮机，其特征在于，所述发电机具有电缆接线箱(34)，其用来将所述发电机连接到所述塔架中的电缆上，其中，所述电缆接线箱在所述短舱(29)下方，位于所述垂直圆桶(24)内。
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