专利名称：风力涡轮、机舱和装配风力涡轮的方法
技术领域：
本文中描述的主题大体涉及风力涡轮，并且更具体地涉及风力涡轮、机舱和装配风力涡轮的方法。
背景技术：
通常，风力涡轮包括转子，其包括具有多个叶片的可旋转的轮毂组件。叶片将风能转化成机械的旋转力矩，其经由转子驱动一个或更多个发电机。发电机有时但不是总是通过变速箱旋转地联接到转子。变速箱为发电机提升转子的固有低转速以有效地将旋转机械能转化为电能，其经由至少一个电连接件供给到公用电网。也存在无传动装置的直接驱动的风力涡轮。转子、发电机、变速箱以及其它构件典型地安装在罩壳或机舱内，罩壳或机舱定位在包括桁架塔架或管状塔架的基座上。在至少一些已知的风力涡轮中，诸如发电机和变速箱的构件在机舱内产生热量。 在高太阳辐射的时期中，诸如在夏季月份期间，和/或在热的气候中，这种热量产生可引起热量在机舱内的不希望的累积。这种热量累积对于风力涡轮的一个或更多个构件可以是破坏性的。在至少一些已知的风力涡轮中，一个或更多个电扇用于从机舱中移除热量。然而， 这种风扇的使用消耗能量并且减少风力涡轮可产生的总的能量。而且，在冷的气候中和/或在冬季月份期间，机舱内的温度可降到安全的和/或最佳的风力涡轮操作的希望的水平之下。在这种情况中，一个或更多个加热器可用于加热一个或更多个构件，诸如变速箱内的油。然而，这种加热器的使用也消耗能量并且减少风力涡轮可产生的总的能量。
发明内容
在一个方面中，提供用于风力涡轮的机舱，其包括具有外表面和限定内腔的内表面的壳体。机舱包括邻近外表面定位的隔离覆盖层。隔离覆盖层构造成减小内腔内的温度的波动。在另一个方面中，提供风力涡轮，其包括塔架和联接到塔架的机舱。机舱包括具有外表面和限定内腔的内表面的壳体。机舱还包括邻近外表面定位的隔离覆盖层，并且隔离覆盖层构造成减小内腔内的温度的波动。在又一个方面中，提供装配风力涡轮的方法，其包括将机舱联接到塔架。机舱包括具有外表面和内表面的壳体，并且内表面限定内腔。隔离覆盖层邻近壳体的外表面定位。隔离覆盖层构造成减小内腔内的温度的波动。
图1是示例性风力涡轮的示意图。图2是适合于与图1中示出的风力涡轮一起使用的示例性机舱的局部截面图。图3是图2中示出的机舱的截面示意图。
图4是适合于与图1中示出的风力涡轮一起使用的替代的机舱的截面示意图。图5是适合于与图1中示出的风力涡轮一起使用的装配风力涡轮的示例性方法的流程图。
具体实施例方式本文中描述的实施例提供用于风力涡轮的一个或更多个隔离覆盖层。隔离覆盖层邻近机舱的一个或更多个表面或者邻近风力涡轮的任何其它适合的表面。隔离覆盖层使当环境温度高于温度阈值时风力涡轮能够反射太阳辐射，并且当环境温度低于温度阈值时吸收太阳辐射。而且，当环境温度在温度阈值之上升高时，隔离覆盖层反射增加的太阳辐射量。类似地，当环境温度在温度阈值之下降低时，隔离覆盖层吸收增加的太阳辐射量。因此， 隔离覆盖层减小机舱内的温度的波动。在一个实施例中，隔离覆盖层包括邻近机舱的反射覆层。在另一个实施例中，隔离覆盖层包括基于环境温度改变颜色、反射性和/或透明度的覆层。在又一个实施例中，两个隔离覆盖层邻近机舱。内覆盖层基本上是反射性的以反射穿过外覆盖层的太阳辐射。外覆盖层在高于温度阈值的温度处基本透明而在低于温度阈值的温度处基本不透明。因此，一个或更多个隔离覆盖层减少需要用来加热和/或冷却机舱的能量。图1是示例性风力涡轮100的示意图。在示例性实施例中，风力涡轮100是横轴式风力涡轮。替代地，风力涡轮100可以是竖轴式风力涡轮。在示例性实施例中，风力涡轮 100包括从支撑表面104延伸并且联接到支撑表面104的塔架102。例如，利用地脚螺栓或经由基础安装件(都未示出)塔架102可联接到表面104。机舱106联接到塔架102，并且转子108联接到机舱106。转子108包括可旋转的轮毂110以及联接到轮毂110的多个转子叶片112。在示例性实施例中，转子108包括三个转子叶片112。替代地，转子108可具有使风力涡轮100能够如本文所述起作用的任何适合的数目的转子叶片112。塔架102可具有使风力涡轮100能够如本文所述起作用的任何适合的高度和/或结构。转子叶片112围绕轮毂110隔开以有助于使转子108旋转，从而将来自风114的动能转化成可用的机械能，并且随后转化成电能。转子108和机舱106在偏航轴线116上围绕塔架102旋转以控制转子叶片112关于风114的方向的投影。通过在多个负载转移区 120处将叶根部分118联接到轮毂110，转子叶片112配合到轮毂110。负载转移区120每个具有轮毂负载转移区和叶片负载转移区(都未在图1中示出)。引起到转子叶片112的负载经由负载转移区120转移到轮毂110。每个转子叶片112还包括叶梢部分122。在示例性实施例中，转子叶片112具有在近似30米(m) (99英尺(ft))与近似 120m(394ft)之间的长度。替代地，转子叶片112可具有使风力涡轮100能够如本文所述起作用的任何适合的长度。例如，转子叶片112可具有小于30m或大于120m的适合的长度。 当风114接触转子叶片112时，叶片升力引起到转子叶片112并且当叶梢部分122被加速时引起转子108围绕旋转轴线124的旋转。转子叶片112的桨距角(未示出)，即确定转子叶片112关于风114的方向的投影的角度，可通过变桨组件(未在图1中示出)改变。具体地，增大转子叶片112的桨距角减小暴露于风114的叶片表面区域1 的量，而相反地，减小转子叶片112的桨距角增大暴露于风114的叶片表面区域126的量。转子叶片112的桨距角在每个转子叶片112处围绕变桨轴线1 进行调整。在示例性实施例中，转子叶片112的桨距角个别进行控制。替代地， 转子叶片112的桨距角成组地进行控制。图2是示例性风力涡轮100(在图1中示出)的机舱106的局部截面图。风力涡轮 100的各种构件容纳在机舱106中。在示例性实施例中，机舱106包括三个变桨组件130。 每个变桨组件130联接到相关的转子叶片112(在图1中示出)，并且围绕变桨轴线1 调整相关的转子叶片112的桨距。三个变桨组件130中的仅仅一个在图2中示出。在示例性实施例中，每个变桨组件130包括至少一个变桨驱动马达131。如图2所示，转子108经由转子轴134(有时称作主轴或低速轴)、变速箱136、高速轴138以及联轴器140可旋转地联接到定位在机舱106内的发电机132。转子轴134的旋转可旋转地驱动变速箱136，其随后驱动高速轴138。高速轴138经由联轴器140可旋转地驱动发电机132并且高速轴138的旋转有助于通过发电机132产生电功率。变速箱136 由支撑件142支撑而发电机132由支撑件144支撑。在示例性实施例中，变速箱136利用双路径几何形状来驱动高速轴138。替代地，转子轴134经由联轴器140直接联接到发电机 132。机舱106还包括偏航驱动机构146，其使机舱106和转子108围绕偏航轴线116 (在图1中示出)旋转以控制转子叶片112关于风114的方向的投影。机舱106还包括至少一个气象杆148，其包括风向标和风速计(都未在图2中示出)。在一个实施例中，气象杆148 提供包括风向和/或风速的信息到控制系统150。控制系统150包括构造成执行控制算法的一个或更多个控制器或其它处理器。如本文中所使用的，术语“处理器”包括任何可编程的系统，其包括系统和微控制器、精简指令集电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路(PLC)，以及能够执行本文中描述的功能的任何其它电路。上面的示例仅仅是示例性的，并且因此不意图以任何方式限制术语处理器的定义和/或意义。而且，控制系统150可执行SCADA(监视、控制和数据采集)程序。变桨组件130以操作的方式联接到控制系统150。在示例性实施例中，机舱106还包括主要或前支撑轴承152和后支撑轴承154。前支撑轴承152和后支撑轴承巧4有助于转子轴134的径向支撑和对准。前支撑轴承152在轮毂110附近联接到转子轴134。后支撑轴承154在变速箱136和/或发电机132附近定位在转子轴134上。替代地，机舱106 包括使风力涡轮100能够如本文所公开地起作用的任何数目的支撑轴承。转子轴134、发电机132、变速箱136、高速轴138、联轴器140，以及包括但不限于支撑件142、支撑件144、前支撑轴承152和后支撑轴承154的任何相关的紧固、支撑和/或固定装置，有时称作传动系 145。图3是机舱106的截面示意图。尽管图3仅仅示出定位在机舱106内的变速箱 136和发电机132，但是这仅仅是为了清楚。例如如图2所示，任何适合的构件可容纳在和 /或定位在机舱106内。在示例性实施例中，机舱106包括限定内腔202的外壳200。更具体地，外壳200包括外表面204和限定内腔202的内表面206。风力涡轮100(在图1中示出)的变速箱136、发电机132和/或任何适合的构件定位在内腔202内。至少一个隔离覆盖层208布置在外壳200的外表面204的至少一部分上和/或邻近或围绕外壳200的外表面204的至少一部分定位。隔离覆盖层208构造成使内腔202隔离和/或减小内腔202内的温度波动。在示例性实施例中，除了底部210，隔离覆盖层208布置在外表面204的基本所有部分上和/或邻近或围绕外表面204的基本所有部分定位。 而且，隔离覆盖层208基本上覆盖、包覆和/或包围外表面204。替代地，隔离覆盖层208布置在包括底部210的外表面204的基本所有部分上和/或邻近或围绕包括底部210的外表面204的基本所有部分定位。如本文中所使用的，术语“隔离”和“隔离的”指的是提供或构造材料或构件以防止或减少传热。在一个实施例中，隔离覆盖层208邻近外表面204定位使得间隙211限定在隔离覆盖层208与外表面204之间。在这样的实施例中，间隙211为真空使得间隙211基本上没有空气和其它气体或材料。替代地，间隙211可填充有空气或其它气体，填充有隔离材料， 和/或填充有任何适合的材料或成分。因此，间隙211对隔离覆盖层208和/或对机舱106 提供附加的隔离。在示例性实施例中，隔离覆盖层208包括一个或更多个反射薄膜或覆层、陶瓷层、 涂料和/或漆。例如，隔离覆盖层208可包括诸如铝箔的热反射薄膜，或任何适合的材料或成分。隔离覆盖层208反射影响外表面204和/或隔离覆盖层208的太阳辐射的至少一部分。因此，隔离覆盖层208减少由机舱106吸收的太阳辐射量和/或热量，因此降低内腔 202内部的温度和/或温度的波动。替代地，隔离覆盖层208可包括联接到机舱106的护罩或另一个适合的结构，其反射太阳辐射和/或对机舱106提供遮盖。在替代的实施例中，隔离覆盖层208包括至少一个热变色(thermochromic)的和/ 或任何其它适合的覆层，其基于接近机舱106的外部环境212的环境温度和/或内腔202内的环境温度改变颜色和/或反射性。例如，隔离覆盖层208可非限制性地包括包含(embody) 在基质或其它介质内的一个或更多个热变色的晶体、包含在介质内的一个或更多个热变色的染料或包膜(诸如无色染料)，和/或任何适合的热变色材料。在特定实施例中，覆层在预定的温度阈值或温度值处具有预定的颜色。如果环境温度在温度阈值之上升高则覆层颜色变得更浅，而如果环境温度在温度阈值之下降低则覆层颜色变得更深。当由于更高的环境温度颜色变得更浅时，从外壳200反射更多的太阳辐射，而机舱106从太阳辐射中吸收更少的热量。因此，当环境温度升高时，隔离覆盖层208表现出对从太阳辐射的热量吸收的增加的抵抗。相反地，当由于更低的环境温度颜色变得更深时，由外壳200反射更少的太阳辐射，而机舱106从太阳辐射中吸收更多的热量。因此，当环境温度降低时，由于太阳辐射的增加的吸收，隔离覆盖层208表现出对热损失的增加的抵抗。换言之，当环境温度在温度阈值之上逐渐升高和/或在温度阈值之下逐渐降低时，隔离覆盖层208增加对内腔202内的温度波动的抵抗。图4示出适合于与风力涡轮100(在图1中示出)一起使用的替代的机舱300的截面示意图。除了如本文所述，机舱300基本上类似于机舱106 (在图3中示出)，并且类似的构件标以相同的附图标记。在特定实施例中，至少两个隔离覆盖层302，诸如第一或内覆盖层304和第二或外覆盖层306，布置在外壳200的外表面204上和/或邻近或围绕外壳 200的外表面204定位。内覆盖层304布置在外表面204上和/或邻近或围绕外表面204 定位以基本上覆盖、包覆和/或包围外表面204。在一个实施例中，除了底部210，内覆盖层 304基本上覆盖、包覆和/或包围外表面204的全部，而外覆盖层306布置在内覆盖层304 上和/或邻近或围绕内覆盖层304定位以基本上覆盖、包覆和/或包围内覆盖层304。在一个实施例中，内覆盖层304邻近外表面204定位使得内间隙308限定在内覆盖层304与外表面204之间。附加地或替代地，外覆盖层306邻近内覆盖层304定位使得外间隙310限定在外覆盖层306与内覆盖层304之间。在这样的实施例中，内间隙308和外间隙310为真空使得内间隙308和外间隙310基本上没有空气和其它气体或材料。替代地，内间隙308和/或外间隙310可填充有空气或其它气体，填充有隔离材料，和/或填充有任何适合的材料或成分。因此，内间隙308和外间隙310对内覆盖层304、对外覆盖层306 和/或对机舱106提供附加的隔离。在示例性实施例中，内覆盖层304是反射性的，并且可包括金属箔、反射性涂料或漆、陶瓷层、和/或另一个适合的反射性材料或成分。外覆盖层306包括适合的材料或成分，诸如热致(thermotropic)覆层、热变色的半导体覆层，和/或基于外部环境212的环境温度和/或内腔202内的环境温度改变透明度的任何适合的材料或覆层。例如，外覆盖层 306可非限制性地包括包含在基质或其它介质内的一个或更多个热致晶体、二氧化钒基覆层，和/或任何适合的覆层。在示例性实施例中，外覆盖层306在预定的温度阈值或温度值处具有预定的透明度。如果环境温度在温度阈值之上升高则外覆盖层306变得更加透明，而如果环境温度在温度阈值之下降低则外覆盖层306变得更少透明(即，更加不透明)。当由于更高的环境温度外覆盖层306变得更加透明时，更多的太阳辐射穿过外覆盖层306并且由内覆盖层304 反射离开机舱300使得机舱300从太阳辐射中吸收更少的热量。因此，当环境温度升高时， 内覆盖层304和外覆盖层306表现出对从太阳辐射的热量吸收的增加的抵抗。相反地，当由于更低的环境温度外覆盖层306变得更加不透明时，更少的太阳辐射穿过外覆盖层306和由内覆盖层304反射。相反，更多的太阳辐射由外覆盖层306吸收，并且机舱300从太阳辐射中吸收更多的热量。因此，当环境温度降低时，由于太阳辐射的增加的吸收，内覆盖层304 和外覆盖层306表现出对热损失的增加的抵抗。换言之，当环境温度在温度阈值之上逐渐升高和/或在温度阈值之下逐渐降低时，内覆盖层304和外覆盖层306增加对内腔202内的温度波动的抵抗。尽管图3和图4示出布置在机舱106和/或机舱300的外表面204上和/或邻近或围绕机舱106和/或机舱300的外表面204定位的隔离覆盖层208、内覆盖层304和/或外覆盖层306，但是隔离覆盖层208、内覆盖层304和/或外覆盖层306可布置在风力涡轮 100的任何适合的表面上和/或邻近或围绕风力涡轮100的任何适合的表面定位。例如，隔离覆盖层208、内覆盖层304和/或外覆盖层306可非限制性地布置在塔架102、转子108、 轮毂110和/或转子叶片112的一个或更多个适合的表面上和/或邻近或围绕塔架102、转子108、轮毂110和/或转子叶片112的一个或更多个适合的表面定位。而且，现有的风力涡轮可改型以包括隔离覆盖层208、内覆盖层304和/或外覆盖层306以如本文所述减小温度波动。在示例性实施例中，隔离覆盖层208、内覆盖层304和/或外覆盖层306包含在一个或更多个漆、涂料、清漆和/或任何其它适合的覆层内。覆层通过喷射、涂覆和/或通过任何适合的应用施加到外表面204。在一个实施例中，隔离覆盖层208、内覆盖层304和/ 或外覆盖层306包含在叠片、金属或合金的层、基质和/或粘合地联接、喷射、涂覆和/或通过任何其它适合的方法布置在机舱106和/或机舱300上和/或邻近或围绕机舱106和/ 或机舱300定位的任何其它适合的材料中。
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图5示出装配诸如风力涡轮100(在图1中示出)的风力涡轮的方法400。在示例性实施例中，机舱联接402到塔架。机舱包括外壳，其具有外表面和限定内腔的内表面。至少一个隔离覆盖层布置在外壳的外表面上或邻近或围绕外壳的外表面定位404。该至少一个隔离覆盖层构造成如本文所述减小内腔内的温度波动。在一个实施例中，隔离覆盖层包括反射覆层，其布置在外壳的外表面上和/或邻近或围绕外壳的外表面定位404。附加地或替代地，隔离覆盖层包括布置在外表面上和/或邻近或围绕外表面定位404的覆层，并且覆层构造成基于环境温度改变颜色。在又一个实施例中，隔离覆盖层包括布置在外壳的外表面上和/或邻近或围绕外壳的外表面定位404 的内覆盖层，以及布置在内覆盖层上和/或邻近或围绕内覆盖层定位404的外覆盖层。在特定实施例中，反射性的内覆盖层布置在外壳的外表面上和/或邻近或围绕外壳的外表面定位404。外覆盖层布置在内覆盖层上和/或邻近或围绕内覆盖层定位404。当环境温度高于温度阈值时外覆盖层基本透明，而当环境温度低于温度阈值时外覆盖层基本不透明。本文中描述的实施例提供用于在风力涡轮内控制温度的节省成本的和有效的隔离覆盖层。隔离覆盖层布置在机舱的一个或更多个表面或风力涡轮的任何其它适合的表面上和/或邻近或围绕机舱的一个或更多个表面或风力涡轮的任何其它适合的表面定位。隔离覆盖层使风力涡轮能够当环境温度高于温度阈值时基本上反射太阳辐射，而当环境温度低于温度阈值时基本上吸收太阳辐射。而且，当环境温度在温度阈值之上升高时，隔离覆盖层反射增加的太阳辐射量。类似地，当环境温度在温度阈值之下降低时，隔离覆盖层吸收增加的太阳辐射量。因此，隔离覆盖层减小机舱内的温度波动。而且，如本文所述，隔离覆盖层减少需要用来加热和/或冷却机舱的能量。上面详细描述风力涡轮、机舱和装配风力涡轮的方法的示例性实施例。风力涡轮、 机舱和方法不限于本文中描述的特定实施例，而是，风力涡轮和/或机舱的构件和/或方法的步骤可独立于和与本文中描述的其它构件和/或步骤分离地利用。例如，机舱和方法也可结合其它功率系统和方法来使用，而不限于仅仅与如本文所述的风力涡轮系统进行实践。相反，示例性实施例可连同许多其它风力涡轮或功率系统应用来实现和利用。尽管本发明的各种实施例的特定特征可能在一些附图中示出而在另一些附图中未示出，但是这仅仅是为了方便。根据本发明的原理，附图的任何特征可结合任何其它附图的任何特征来参照和/或要求保护。该文字描述使用示例以公开本发明，包括最佳实施方式，并且也使本领域技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何包括在内的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这种其它示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括具有与权利要求的字面语言无实质差别的等同结构元件，则这种其它示例意图在权利要求的范围内。
权利要求
1.一种用于风力涡轮(100)的机舱(106)，所述机舱包括壳体000)，其具有外表面(204)和内表面006)，所述内表面限定内腔Q02)；和至少一个隔离覆盖层(302)，其邻近所述外表面，所述隔离覆盖层构造成减小所述内腔内的温度的波动。
2.根据权利要求1所述的机舱(106)，其特征在于，所述隔离覆盖层(302)包括反射覆层。
3.根据权利要求1所述的机舱(106)，其特征在于，所述隔离覆盖层(302)包括构造成基于环境温度改变颜色的覆层。
4.根据权利要求1所述的机舱(106)，其特征在于，所述隔离覆盖层(302)包括多个隔离覆盖层。
5.根据权利要求4所述的机舱(106)，其特征在于，所述多个隔离覆盖层(302)包括邻近所述外表面O04)的第一覆盖层和邻近所述第一覆盖层的第二覆盖层。
6.根据权利要求5所述的机舱(106)，其特征在于，所述第一覆盖层包括反射覆层，并且所述第二覆盖层包括构造成当环境温度高于温度阈值时基本透明而当所述环境温度低于所述温度阈值时基本不透明的覆层。
7.根据权利要求6所述的机舱(106)，其特征在于，所述第二覆盖层包括热致材料和热变色材料中的至少一个的至少一个层。
8.一种风力涡轮(100)，其包括 塔架(102)；和联接到所述塔架的机舱(106)，所述机舱包括壳体000)，其具有外表面(204)和内表面006)，所述内表面限定内腔Q02)；和至少一个隔离覆盖层(302)，其邻近所述外表面，所述隔离覆盖层构造成减小所述内腔内的温度的波动。
9.根据权利要求8所述的风力涡轮(100)，其特征在于，所述隔离覆盖层(302)包括反射覆层。
10.根据权利要求8所述的风力涡轮(100)，其特征在于，所述至少一个隔离覆盖层 (302)包括构造成基于环境温度改变颜色的覆层。
全文摘要
本发明涉及风力涡轮、机舱和装配风力涡轮的方法。提供用于风力涡轮(100)的机舱(106)。机舱包括具有外表面(204)和内表面(206)的壳体(200)以及邻近外表面的至少一个隔离覆盖层(302)，内表面限定内腔(202)，隔离覆盖层构造成减小内腔内的温度的波动。
文档编号F03D11/00GK102235321SQ20111010792
公开日2011年11月9日 申请日期2011年4月19日 优先权日2010年4月20日
发明者J·米登多夫 申请人:通用电气公司