专利名称：用于组装和控制单壳旋转机的方法和设备的制作方法
用于组装和控制单壳旋转机的方法和设备技术领域
本发明一般涉及旋转机，更特别地，涉及用于组装和控制风轮才几抢的方法和设备.背景技术
至少有一些已知的风轮发电机("风轮机")包括具有多个 叶片的转子。该转子耦合到可旋转轮轴以便于将机械风能转换为驱动一 个或多个发电机的机械旋转转矩。虽然有一些已知的风轮机包括无齿轮 的直接驱动发电机，但是已知的风轮机一般都包括通过变速箱旋转耦合 到该转子的发电机。该变速箱有助于增加该涡轮转子固有的低转速。该 发电机使用该转速来有效促进将旋转机械能转换为电能并供给到应用网 络。
在已知的包括变速箱的风轮机中，该转子、发电机、变速箱 和其他风轮组件典型地被安装在一个机箱或机抢内的承载基架上，该机 箱或机艙被设置在一个基座的顶部，该基座可以是桁架或管塔。由于该 风轮机部件被安装在承栽基架上，该机艙的外壳或外板用作非承载保护 壳，其可以由大型铸件制成。因此， 一些已知的机舱结构显著增加了风 轮塔顶部的重量以助于支撑设置在其中的风轮机部件。此外， 一些已知 机艙的任何相关部件支撑部件也有助于增加风轮塔顶部的重量。作为增 加重量的结果， 一些已知的机艙使得风轮机的资本成本和工作成本增 加。发明内容
在一方面，提供了一种用于组装旋转才几的方法。该方法包括 提供至少一个组件。该组件是旋转部件和静止部件中的至少一个。该方 法还包括将该组件耦合到单壳机艙结构。该单壳机艙结构包括在该组件 的至少一部分上延伸的外壳。在另一方面，提供了一种风轮发电机。该风轮发电机包括至少一个 组件。该组件包括旋转部件和静止部件中的至少一个。该风轮发电机还 包括耦合到该组件的单壳机舱结构。该单壳机舱结构包括在该组件的至 少一部分上延伸的外壳。
图1是一个包括机艙的示例性风轮发电机的示意图；
图3是可以集成到图2所示外壳中的可选的沖压安装部分的 放大分解截面 图4是可以集成到图2所示外壳中的另一可选的冲压安装部 分的放大分解截面图；[ooio] 图5是可以集成到图2所示外壳中并使用的另一可选的冲压 安装部分的放大分解截面图。
具体实施方式
图1是一个示例性风轮发电机100的示意图。在该示例性 实施例中，风轮发电机("风轮机")100是一个水平轴风轮机。可选地， 风轮机100可以是垂直轴风轮机。风轮机100包括直立在支撑面104上 的支柱102,耦合到支柱102的单壳机抢106，和耦合到机抢106的转子 108。转子108包括可旋转轮轴110和耦合到轮轴110的多个转子叶片 112。在该示例性实施例中，支柱102由钢管制成，并且包括在支撑面 104和机艙106之间延伸的空腔(未示出)。在一个替代实施例中，支 柱102是X形支柱。支柱102的高度是基于本领域已知的因素和条件来 选择的。在该示例性实施例中，转子108包括三个转子叶片112。在一 个替代实施例中，转子108可以包括多于或少于三个转子叶片112。
在该示例性实施例中，叶片112具有50米(m) U64英寸 (ft))和100 m ( 328 ft)之间的长度。替代地，叶片112可以具有 任何长度。叶片112连接到转子轮轴110以促进转子108围绕中心旋转 轴114旋转，从而将来自风的动能转换为可用的机械能，继而转换为电 能。更特别地，通过将每个叶片112的叶片根部116耦合到轮轴110上 的多个负荷转移区域118而使叶片112与轮轴110紧密配合。负荷转移 区域118包括轮轴负荷转移区域(未示出)和叶片负荷转移区域(未示 出)。由叶片112产生的负荷通过负荷转移区域118转移到轮轴110上。
在一些配置中，使用控制系统(未示出)中的一个或多个微 控制器来进行整体系统监视和控制包括斜度和转子速度调整、偏航驱动 和偏航制动装置、以及故障监视。替代地，在风轮机100的替代实施例 中使用分布式或集中式控制架构。
图2是单壳机抢106 (图1所示)的外壳200的轴向偏斜分 解截面图。更特别地，在该示例性实施例中，外壳2 00是包括外表面2 02、 内表面204和冲压安装部件210的薄承载壳。
外壳200由结实的轻体板材制造，例如但不限于，铝合金， 强化纤维复合材料或其他任何帮助获得预定工作参数的材料。工作参数 包括但不限于，协助减轻支柱102 (图1所示)顶部的重量负荷，提供足 够的材料强度以承受局部环境条件，以及收集和分配来自设置在机抢106 内德风轮机部件的重量和压力负荷。
在该示例性实施例中，通过固定硬件的方法例如但不限于铆 接和螺钉固定来组装该板材以形成外壳200。替代地，可以使用焊接法来耦合该板材。另一种选择是，将外壳200制造、铸造或锻造为符合前述 工作参数的一个单一部件。0019]在组装外壳200之前，冲压用于形成外壳200的至少一个 板材以在其中形成安装部分210，从而使得外表面202的凹进/凸出部 分与内表面204的凹进/凸出部分相配合。安装部分210包括由第一壁 214、第二壁216和设置在它们之间的中间壁218形成的向内延伸通道 212。第一壁214和第二壁216是基本平行的壁，其垂直于中心旋转轴 114并朝着该轴向内延伸。在该示例性实施例中，通道212围绕中心旋 转轴114沿圆周分布。替代地，通道212可以改变大小、形状和/或方 向而不脱离本申请的范围。
安装部分210还包括在通道212内形成的多个间隔突起 220。更特别地，突起220从通道212的中间壁218向外突出。每个突起 220包括向着中心旋转轴114开口的凹穴222。应当i/^识到，突起220 可以改变大小、形状和/或方向而不脱离本申请的范围。由于有了该冲 压的安装部分210，设置在外壳200内的多个风轮机部件通过安装部分 210直接耦合到外壳200。
例如，如图2所示，轴承224沿着轴承224和中间壁218 的中心同轴圆周轴226直接耦合到中间壁218。替代地，可以通过例如 焊接法和/或通过将多个紧固件228插入到在安装部分例如但不限于第 一壁214、第二壁216、突起220和/或外壳200的其他部分中形成的开 口 230，从而将其他风轮机部件直接耦合到外壳200。因此，与已知的机 舱结构相比，由于铆钉和紧固件能够被容易地插入和/或去除以安装和 /或替换在外壳200中提供的风轮机部件，安装部分210使得组装更容 易、磨损更少、和/或维修更简单。
在该示例性实施例中，与已知的包括半-单壳机舱的机抢外 壳相比，单壳机艙106的外壳200是由更薄的加工硬化金属板制造。这 种加工硬化金属可以包括但不限于，具有"H，，下标的特定类型的铝。更 特别地，沖压加工硬化金属促使板材的强度相对于没有被冲压的板材而 增加。因此，该外壳200的其中包括冲压安装部分n0的部分比外壳200 的不包括安装部分210的部分更坚固。例如，冲压安装部分210中的疲 劳更均匀分配，从而使得外壳200的冲压安装部分210中的损坏比非冲 压部分中的损坏更少。因此，安装部分210包括有助于减少外壳200扭曲的扭转刚性。因此，内部风轮机部件能够更高效地工作。
而且，安装部分210有助于将所安装的风轮机部件的压力和负荷分散到外壳200中，这些风轮机部件可以被直接安装到外壳200上。 如该示例性实施例中所述，单壳机抢106有助于减少振动应力和减少支 撑这些压力和负荷的强度和刚度所需的多个结构部件，而不需要额外的 内部支撑部件和/或承栽支撑架的帮助。此外，外壳200是包括坚固安 装部分210的高能吸收体，因此单壳机抢106不需要内部框架来增强结 构强度，在其中安装风轮机部件和/或转移这些风轮机部件的负荷。这 样，在该示例性实施例中，单壳机抢106不包括承栽基座。
安装部分210还有助于利用比已知机艙结构例如半-单壳 机艙结构更薄的板材来制造机舱106。更特别地，代替了为安装强度和/ 或刚度提供更厚的板材，可以冲压更薄的板材而在外壳200中需要部件 安装强度和/或刚度的各个位置上形成沖压安装部分210。这样，通过提 供更薄、更轻的包含弯曲/冲压安装部分的材料而增强了安装强度和/ 或刚度。
虽然单壳机舱106是由更薄的板材制造，但是单壳机舱106 有助于吸收由外壳200所产生的反射和振动，并且有助于保护设置在外 壳200内的风轮机部件。因为更薄的板材一般在重量上比相同材料的更 厚板要轻，所以与至少一些已知的机艙相比，单壳机艙106还有助于减 少重量和材料成本。因此，与至少一些已知的机抢相比，单壳机抢106 一般是更坚固、更轻、更耐用、更能吸收负荷和压力。
在该示例性实施例中，冲压用于形成外壳200的至少一个板 材以在其中形成多个向外突出的凹陷232，从而使得外表面202的凹进 /突出部分与内表面204的各个凹进/突出部分相配合。每个向外突出 的凹陷232形成从中心旋转轴114向外伸出的凹穴234。另外还冲压至 少一个形成外壳200的板材以在其中形成多个向内突出的凹陷236,以 使得外表面202的凹进/突出部分与内表面204的各个凹进/突出部分 相配合。每个向内突出的凹陷236包括朝向中心旋转轴114伸出的凹穴 238。应当i人识到，凹穴232和236可以改变大小、形状和/或方向而不 脱离本申请的范围。
如上所述，冲压用于形成外壳200的至少一个板材以形成凹 陷232和236、安装部分210和/或突起220。从而，凹陷232和236、安装部分210和/或突起220可以为外壳200提供额外的表面积。因此， 外壳200的至少一些冲压部分可以有助于为外壳200内设置的冷却风轮 机部件传送冷却空气/风。
图3是可以集成到外壳200 (图2所示)中的可选的沖压安 装部分300的放大分解截面图。在组装外壳200之前，冲压用于形成外 壳200的至少一个板材以在其中形成安装部分300,从而使得外表面202 的凹进/突出部分与内表面204的凹进/突出部分相配合。安装部分300 包括由向内突出的隆起304和从其伸出的多个向内突出的肋状部分306 形成的通道302。在该示例性实施例中，通道302围绕中心旋转轴114 沿圓周分布。替代地，通道302可以改变大小、形状和/或方向而不脱 离本申请的范围。
图4是可以集成到外壳200 (图2所示)中的另一可选的冲 压安装部分400的放大分解截面图。在组装外壳200之前，沖压用于形 成外壳200的至少一个板材以在其中形成安装部分400,从而使得外表 面202的凹进/突出部分与内表面204的凹进/突出部分相配合。安装 部分400包括由第一壁404和基本平行的第二壁406形成的第一通道 402，该笫一壁404和第二壁406垂直于中心旋转轴114并朝着该中心旋 转轴114向内突出。在该示例性实施例中，第一通道402围绕中心旋转 轴114沿圆周分布。替代地，第一通道402可以改变大小、形状和/或 方向而不脱离本申请的范围。0031] 安装部分400还包括在第一通道402内形成的多个间隔的 突起408。每个突起408包括朝着中心旋转轴114开口的凹穴410。应当i^识到，突起408可以改变大小、形状和/或方向而不脱离本申请的范 围。
安装部分400还包括多个间隔的、向内伸出的V形通道412 和414。 V形通道412 —部分由第一壁404和与之成斜角的第三壁416 形成。V形通道414 一部分由第二壁406和与之成斜角的第四壁418形 成。在该示例性实施例中，V形通道412和414有助于增加外壳200的 硬度。而且，V形通道412和414每个都包括从中心旋转轴114向外开 口的凹穴。应当i人识到，V形通道412和414可以改变大小、形状和/ 或方向而不脱离本申请的范围。
由于有了冲压安装部分400，设置在外壳200内的多个风轮 机部件可以通过安装部分400直接耦合到外壳200。例如，在该示例性 实施例中，定子铁心420的堆叠铁心片可以沿着定子铁心420和第一通 道402的中心同轴圆周轴422直接辆合到第一壁404和第二壁406。替 代地，例如通过焊接法和/或通过将多个紧固件(未示出)插入到在其 他安装部分例如但不限于第一壁404、第二壁406、突起408和/或外壳 200的其他部分中形成的开口 424中，从而将其他风轮机部件直接耦合 到外壳200。因此，与已知的机抢结构相比，由于铆钉和紧固件能够被容 易地插入和/或去除以安装和/或替换在外壳200中提供的风轮机部 件，安装部分400使得组装更容易、磨损更少、维修更简单。而且，与 已知的机抢结构相比，冲压安装部分400还有助于提供上述相关的优点， 即增加强度，^t压力和负荷，减少振动应力，减少多个结构部件，减 少总重量，和/或增加外壳200的表面积。
图5是可以集成到外壳200 (图2所示)中并使用的另一可 选的冲压安装部分的放大分解截面图。在组装外壳200之前，沖压用于 形成外壳200的至少一个板材以在其中形成安装部分500,从而使得外 表面202的凹进/突出部分与内表面204的凹进/突出部分相配合。安 装部分500包括由具有第一壁506和基本平行的第二壁508的波浪状突 起504形成的通道502。在该示例性实施例中，通道502围绕中心旋转 轴114沿圆周分布。替代地，通道502可以改变大小、形状和/或方向 而不脱离本申请的范围。在该示例性实施例中，还冲压用于形成外壳200 的至少一个板材以形成间隔的泡状安装突起510。
由于有了冲压安装部分500和/或冲压的泡状安装突起510，设置在外壳200内的多个部件可以通过安装部分500和安装突起 510直接耦合到外壳200。例如，可以通过焊接法和/或通过将多个紧固 件(未示出)插入到在安装部分500、安装突起510和/或外壳200的 其他部分中形成的开口中，从而将风轮机部件直接耦合到外壳200。因 此，与已知的机艙结构相比，由于铆钉和紧固件能够被容易地插入和/ 或去除以安装和/或替换在外壳200中提供的风轮机部件，安装部分500 使得组装更容易、磨损更少、维修更简单。而且，与已知的机抢结构相 比，冲压的安装部分500还有助于提供上述相关的优点，即增加强度， 分散压力和负荷，减少振动应力，减少多个结构部件，减少总重量，和 /或增加外壳200的表面积。
在组装外壳200之后，可以希望外壳200具有更厚和更硬 的局部部分。在该示例性实施例中，冲压至少一个分离的板材以形成额 外的嵌套安装部分520。嵌套安装部分520包括通道522，通道522包括 第一壁524和间隔的基本平行的第二壁526。第一壁524和第二壁526 分别包括向外伸出的凸缘528和530。而且，第一壁524和笫二壁526 通过设置在它们之间的中间壁532连接。此外，中间壁532包括沖压到 中间壁532中的多个泡状安装部分534。应当理解，嵌套安装部分520 和/或泡状安装部分534可以改变大小、形状和/或方向而不脱离本申 请的范围。
在该示例性实施例中，嵌套安装部分520可以耦合到外壳 200和安装部分500衷的至少一个以便局部加强外壳200。例如，嵌套安 装部分520可以通过焊接法或通过将紧固件(未示出)插入到在嵌套安 装部分520中形成的开口中和/或外壳200的一部分中形成的开口中而 耦合到外壳200。然后，风轮机部件可以通过在泡状安装部分534和/ 或嵌套安装部分520的其他区域中形成的开口 538耦合到嵌套安装部分 520。因此，可以部分加强外壳部分以增强局部材料强度，从而能够承受 局部环境条件。因为嵌套安装部分520有助于在需要时增强冲压外壳200 局部区域的的强度，所以与一些已知的机艙相比，还有助于减少整个外 壳200的重量和成本。
—般地，如这里所述的安装部分的任何组合可以形成和/或 用于单壳机艙106的外壳200以获得如这里所迷的预定工作参数。
这里所述的用于风轮发电机机抢的方法和设备有助于风轮发电机的工作。更特别地，如上所述的风轮发电机单壳结构有助于高效 和有效的机械负荷和应力转移方案。而且，该更轻重量的单壳机抢结构 有助于减少资本建设成本。这种单壳机抢结构还有助于风轮发电机可靠 度以及减少维护成本和风轮发电机损耗。
上面详细描述了与风轮发电机相关的单壳风轮机机抢结构 的示例性实施例。该方法、设备和系统不限于这里所述的特定实施例或 特定图示的风轮发电机。 部件列表转部移 分机 面 旋根转轴 面面部 壁壁壁 轴件轮柱撑艙子轴片心片荷旋壳表表装道一 二间起穴承周固口陷风支支4转轮叶中叶负螺外外内安通第第中突凹轴圆紧开凹234:凹穴236:凹陷238:凹穴300:安装部分302:通道304:隆起306:肋状部分308:紧固件310.开口400安装部分402第一通道404:第一壁406:第二壁408.突起410:凹穴412:V形通道414:V形通道416:第三壁418:第四壁420:定子铁心422:圆周轴424:开口500'安装部分502通道504波浪状突起506第一壁508.第二壁510.泡状安装部分520安装部分522:通道524.第一壁526:第二壁528:凸缘530:凸缘532:中间壁534:泡状安装部分 536:开口 538:开口
权利要求
1.一种风轮发电机(100)，包括至少一个组件，所述组件包括旋转部件和静止部件中的至少一个；和耦合到所述组件的单壳机舱结构(106)，所述单壳机舱结构包括在所述组件的至少一部分上延伸的外壳(200)。
2. 如权利要求1所述的风轮发电机(100)，其中所述外壳(200 ) 包括通过固定硬件和焊接中的至少一个耦合到 一起的多个板件，并且其 中所述组件耦合到所述外壳。
3. 如权利要求1所述的风轮发电机(100)，还包括至少一个安装 部分(210, 300， 400， 500， 520 )，所述安装部分被冲压成用于形成所 述外壳(200 )的至少一个板件。
4. 如权利要求3所述的风轮发电机(100 ),其中所述安装部分(210， 300， 400, 500， 520 )包4舌至少一个通道(212， 302, 502， 522 )。
5. 如权利要求3所述的风轮发电机(100 )，其中所述安装部分(210， 300， 400， 500， 520 )包括多个V形通道(412， 414)。
6. 如权利要求3所述的风轮发电机(100)，还包括嵌套安装部分 (210， 300, 400， 500， 520 ),所述嵌套安装部分包括在所述通道中嵌套所述沖压的安装部分的通道(212， 302， 502, 522 )。
7. 如权利要求3所述的风轮发电机(100)，其中所述外壳(200 ) 还包括至少一个凹陷(232， 236 )，所述凹陷被冲压成用于形成所述外 壳的至少一个板件。
8. —种用于旋转机的单壳机抢(106)，所述单壳机抢包括至少一个组件，所述组件包括旋转部件和静止部件中的至少一个；和耦合到所述组件的外壳(200 )，所述外壳在所述组件的至少一部分 上延伸。
9. 如权利要求8所述的单壳机艙(106),其中所述外壳(200 )包 括通过固定硬件和焊接中的至少一个耦合到一起的多个板件。
10. 如权利要求8所述的单壳机舱(106)，还包括至少一个安 装部分(210， 300， 400， 500， 520)，所述安装部分净皮沖压成用于 形成所述外壳(200)的至少一个板件。
全文摘要
提供一种风轮发电机(100)。该风轮发电机(100)包括至少一个组件，该组件包括旋转部件和静止部件中的至少一个，以及耦合到该组件的单壳机舱结构(106)，该单壳机舱结构包括在该组件的至少一部分上延伸的外壳(200)。
文档编号F03D1/00GK101216013SQ20081000197
公开日2008年7月9日 申请日期2008年1月4日 优先权日2007年1月4日
发明者B·S·巴杰帕利, J·P·F·莱昂斯, P·罗加尔 申请人:通用电气公司