与风力涡轮机转子轴毂的运输相关的改进的制作方法

1.本发明涉及用于运输风力涡轮机发电机的超大型转子轴毂以便符合运输限制的方案或设备。


背景技术：

2.在典型的“水平轴线”风力涡轮机中，被安装在塔上的机舱支承包括转子轴毂和多个叶片的转子。各个叶片皆在其根端经由叶片或“桨距(pitch)”轴承连接至转子轴毂。桨距缸致动叶片轴承以使叶片绕其轴线旋转或“变桨距”。在一些情况下，这些桨距缸从该转子轴毂的主体突出。
3.在风力涡轮机施工现场遇到的状况可能是有挑战性的，因此应当使现场组装过程最小化。因此，风力涡轮机的主要组件(诸如转子轴毂)通常是在现场外进行预组装并运输到施工现场的，在现场将风力涡轮机尽可能快地组装起来。法规和行进境况限制了可以运输的组件的尺寸。结果是，具有突出的桨距缸的大转子轴毂可能存在违反某些运输限制的风险。
4.正是在这种背景下设计了本发明。


技术实现要素：

5.根据本发明的第一方面，提供了一种风力涡轮机的转子轴毂。该转子轴毂可以在使用或“运行”配置与运输配置之间进行配置。在运输配置下，转子轴毂的外部尺寸比在处于运行配置下时减小了。转子轴毂包括大体中空的轴毂主体，该轴毂主体具有沿着轴毂旋转轴线间隔开的第一端和第二端，其中，第一端限定了转子连接凸缘，该转子连接凸缘被配置成将转子轴毂连接至主轴，并且其中，第二端限定轴毂的鼻部区域。轴毂还限定了被限定在第一端与第二端之间的至少一个叶片孔、与所述或各个叶片孔相关联的叶片轴承、以及与叶片轴承相关联的桨距致动器。在运行配置下，桨距致动器的一部分从轴毂主体的鼻部区域突出了第一距离，而在运输配置下，桨距致动器的所述部分从轴毂主体的鼻部区域突出的程度小于在处于运行配置时的程度。
6.在另一方面，本发明在于一种将风力涡轮机的转子轴毂在运输配置与工作配置之间进行配置的方法。转子轴毂包括轴毂主体、叶片轴承以及桨距致动器，其中，轴毂主体包括鼻部区域，桨距致动器的安装端穿过该鼻部区域可伸出。所述方法包括以下步骤：锁定叶片轴承并且向桨距致动器赋能，以使桨距致动器的安装端改变该安装端穿过轴毂主体的鼻部区域突出的程度。
7.因此，本发明的益处在于，当轴毂主体处于运输配置时，与处于运行配置时相比，轴毂主体的总体尺寸减小了。更具体地，轴毂主体的长度尺寸在运输配置下因致动器至少部分地缩回到轴毂主体中而减小。即使小尺寸减小对于为转子轴毂提供额外的设计灵活性也是有用的，以便使强度最大化同时保持在运输尺寸限制内。
8.应注意，术语“运行配置”的使用不要求转子轴毂在使用中，甚或被安装以供使用。
而相反，要以这样的意义来解释，即，无论轴毂主体实际上是否安装在风力涡轮机上，该轴毂主体都通常具有与使用期间被安装在风力涡轮机上时相同的配置。
9.桨距致动器从轴毂主体突出的量/程度/长度可以由已知尺寸的组件来固定。例如，在运行配置下，桨距致动器壳体的安装端可以通过可移除间隔体与轴毂主体的鼻部区域组件间隔开。可移除间隔体组件的尺寸可以限定轴毂的尺寸减小的尺寸。可移除间隔体组件可以是支承桨距致动器的安装端的单个组件。例如，该间隔体组件可以围绕桨距驱动致动器的圆柱形部分伸出，并且承抵限定桨距致动器的安装端的扩大端头或轭。
10.在其它实施方式中，可移除间隔体组件可以由多个部分或间隔体区段来限定，这些部分或间隔体区段可以围绕桨距致动器的一部分集合起来并结合，以承抵并支承该桨距致动器的安装端。
11.为了确保叶片轴承在该轴毂的重新配置期间不会无意中移动，该叶片轴承可以置于锁定状态。因此，桨距致动器的致动具有相对于轴毂的鼻部区域移动桨距致动器安装端而不是移动叶片轴承的效果。
12.在本发明的方法中，向所述桨距致动器赋能的步骤还可以包括：伸出桨距致动器，以增加桨距致动器的安装端从轴毂主体的鼻部区域突出的程度，从而将转子轴毂置于运行配置。在该方法中，所述方法还可以包括以下步骤：在桨距致动器的安装端与轴毂主体的鼻部区域之间定位间隔体组件。在已经执行了该步骤之后，可以经由间隔体组件，将桨距致动器的安装端固定至轴毂主体的鼻部区域。将转子轴毂配置成运行配置的步骤还可以包括：解锁叶片轴承，以使该叶片轴承可以通过桨距致动器进行驱动以旋转。
13.而且，向桨距致动器赋能的步骤还可以包括：缩回桨距致动器，以便减小桨距致动器的安装端从轴毂主体的鼻部区域突出的程度，从而将转子轴毂置于运输配置。在桨距致动器缩回之前，所述方法可以包括以下步骤：将间隔体组件从其在桨距致动器的安装端与轴毂主体的鼻部区域之间的位置移除。在桨距致动器缩回之后，接着可以将桨距致动器的安装端固定至轴毂主体的鼻部区域。
14.桨距致动器的赋能可以使用辅助控制系统来实现。即，辅助控制系统是与轴毂中的主液压系统分离的系统，该主液压系统通常是在运行期间为桨距致动器提供动力的。因此，主控制系统可以不受辅助控制系统的操作影响，这可以简化轴毂在运输配置与运行配置之间的重新配置。
15.应意识到，本发明的第一方面的优选和/或可选特征可以与本发明的其它方面进行组合。本发明的各个方面在所附独立权利要求中加以限定，并且有利的特征在所附从属权利要求中加以限定。
附图说明
16.下面，参照附图，仅通过示例的方式对本发明的上述和其它方面进行描述，其中：
17.图1是可以将本发明的实施方式并入的水平轴线风力涡轮机的正视图；
18.图2是根据本发明的实施方式的轴毂和关联的桨距系统的立体图；以及
19.图3、图4以及图5是图2中的轴毂的示意图，其中，轴毂被准备用于运输。
20.注意，在不同的图中相同或相似的特征由相同的标号来指示。
具体实施方式
21.如上所述，本发明涉及对用于运输的风力涡轮机轴毂进行配置以使轴毂的尺寸包络沿着至少一个轴线减小的方案和方法。在已知技术中，轴毂的外部尺寸在制造时是固定的。为了运输至要安装该轴毂的地方，必须将轴毂装载到拖车上并通过道路运输至少某一距离。公共道路通常具有宽度限制以确保其它道路使用者的安全，并且还具有高度限制以确保载荷不被沿着路线的低桥、龙门架以及其它交叉公路结构所连累。出于这个理由，因此，这些宽度和高度限制就是风力涡轮机轴毂的设计和工程方面的约束。因此，本发明提供了这样一种装置，即，通过该装置可以在运输轴毂之前减小该轴毂的外部尺寸，此后可以将轴毂重新配置成其使用中的配置。
22.典型的水平轴线风力涡轮机2在图1中示出并且包括被支承在塔6的顶部上的机舱4。图1是局部视图，因为其仅示出了风力涡轮机的上端。然而，应理解，在陆地风力涡轮机发电设备的情况下，将塔安装在嵌入地面中的适当地基上。对于海上风力涡轮机发电设备，将使用已知的基于重力的单桩地基或导管架型地基，如本领域技术人员所熟知的。
23.机舱4支承转子轴毂总成8，以使该转子轴毂总成能够相对于机舱4绕旋转轴线r旋转。转子轴毂总成8包括轴毂主体或“轴毂”10以及旋桨毂盖罩(spinner cover)12或者更简单为“旋桨毂盖”，该旋桨毂盖用作轴毂10的空气动力学整流罩，以便保护位于其中的组件。旋桨毂盖12在此是以虚影的形式示出的，因为它不是本讨论的主要焦点，所以进一步描述将集中在轴毂10本身上。
24.轴毂10是提供机舱4内的主轴(未示出)与一组转子叶片14之间的接触面的主要机械组件。在所例示的实施方式中，轴毂10支承三个转子叶片14，以使它们在由风流驱动时能够绕旋转轴线r旋转。三叶片式配置在现代水平轴线风力涡轮机中是典型的，但是其它数量的叶片也是可能的。
25.如所讨论的，图1示出了风力涡轮机的一般形式，该形式为下面关于本发明的实施方式的讨论提供了合适的背景。图2例示了根据本发明的实施方式的轴毂10，该轴毂适用于如图1所示的风力涡轮机2。
26.轴毂10包括三个叶片孔16，其中各个叶片孔皆支承叶片14中的相应一个叶片。注意，由于观察轴毂10的角度，因此图2仅示出了三个叶片孔16中的两个。而且，叶片14未示出，但它们的存在是隐含的。叶片孔16是围绕旋转轴线r以相等的角度间隔开的。叶片孔16中的各个叶片孔皆包括叶片轴承18。如已知的，叶片轴承18在相应的叶片14与轴毂10之间提供旋转接触面，以使叶片能够绕其翼展方向或纵向轴线变桨距。为清楚起见，这里没有示出叶片与叶片轴承之间的螺栓式连接。然而，这种连接是常规的，并且对于由权利要求限定的发明构思不是关键的。
27.应意识到，在图2中，轴毂10在页面上是水平定向的，使得轴毂10的转子连接凸缘17处于右侧，而轴毂10的鼻部区域19处于左侧。应意识到，当将轴毂安装在风力涡轮机上时，鼻部区域19位于轴毂10的前部，而当沿着旋转轴线r考虑时，鼻部区域19是与转子连接凸缘17相对地定位的。
28.轴毂10还包括桨距系统20，该桨距系统具有使叶片绕纵向轴线变桨距并因此控制其桨距角的功能。桨距系统20包括一组线性致动器22；每叶片至少一个线性制动器。在所例示的实施方式中，线性致动器是液压致动器，并且每叶片包括单个线性致动器。然而，可以
为各个叶片提供更多的致动器。
29.图2以示例的方式示出了单个线性致动器22，但是不使附图复杂化。该讨论将涉及单个致动器，但是应意识到，相同的细节将出现在轴毂的其它线性致动器中。
30.将线性致动器22安装至轴毂10并且连接至与相应叶片相关联的桨距控制联动装置(linkage)24。桨距控制联动装置24可以采取各种形式，但是在所例示的示例中是横跨叶片轴承18的内环的盘状圆形隔板(bulkhead)。线性致动器22联接至桨距控制联动装置24上的径向偏置接头26，使得被施加至联动装置的力引起叶片绕其纵向轴线变桨距。注意，桨距控制联动装置24在此被示出为连接到或形成叶片轴承18的部分，但是应意识到，桨距控制联动装置24也可以被连接至叶片，或者形成叶片的部分，特别是形成叶片的根端。然而，桨距控制联动装置24的功能在两种情况下均是相同的，其将线性力从致动器22传递成向叶片施加的扭转力。
31.线性致动器22包括安装端或“联接”端30以及致动端32。在所例示的实施方式中，安装端30是致动器的缸或“壳体”34的端部，而致动端32包括推杆36，该推杆终止于径向偏置接头26处。因此，在本实施方式中，线性致动器是常规的液压致动器，其具有限定内筒的缸，活塞可响应于活塞任一侧上的液压流体的压差而在内筒内滑动。将活塞连接至合适的致动部件(诸如推杆)，使得活塞的移动导致推杆的伸出和缩回。
32.在这点上应提及的是，常规上液压致动器是通过它们的缸组件安装的，而将推杆或“柱塞”连接至需要它们来移动的组件。然而，这并不排除反向地安装致动器，使得将推杆安装至轴毂，而将缸安装至桨距控制联动装置。术语“安装端”和“致动端”应当进行相应解释。
33.在图2中可以看到，线性致动器22被设置在大体中空的轴毂10内部，以使线性致动器22的一部分38从轴毂10的鼻部区域19伸出。以这种方式设置线性致动器22是有利的，因为这意味着可以使用更大的致动器，以便在桨距控制联动装置24上提供更大的扭矩，而不会增加轴毂的尺寸。由于较大的致动器在桨距控制联动装置24上产生较大的扭矩，因此，这意味着桨距系统能够有效地联接至较大的叶片，同时维持桨距角速度。然而，这种布置的缺点是线性致动器的突出部分38增加了毂10的轴向长度。
34.图3例示了图2中的轴毂的示意图，并且示出了用于线性致动器22的安装布置40，该安装布置使得线性致动器22能够在朝向和远离轴毂10的鼻部区域19的方向上移动。移动的方向具有与轴毂10的旋转轴线r对准的分量。这种经准许的移动允许轴毂10在运输配置与运行配置之间切换。图3是示出轴毂10可以如何在这两种配置之间重新配置的三个例示图中的第一例示图。
35.图3本身示出了处于运行配置的轴毂10。因此，线性致动器22处于在风力涡轮机的正常功能期间所处的位置。与图2相同，可以看到线性致动器22的突出部分38穿过轴毂中的孔39伸出并且超出轴毂10的鼻部区域19达第一距离。这在图3中由尺寸l1标记。应注意，尺寸l1在此被示出为在与轴毂的旋转轴线对准的方向上伸出。然而，尺寸l1仅被呈现以指示桨距致动器的安装端30能够离开和朝向轴毂的鼻部区域19移动达一定距离。不要求桨距致动器在平行于轴毂的旋转轴线的方向上可移动。
36.如图3的运行配置所示，叶片轴承18被解锁，如挂锁符号所描绘的。因此，线性致动器22可操作以伸出和缩回，从而作用在桨距控制联动装置24上以使叶片轴承相应地旋转。
注意，驱动致动器的液压桨距系统的细节未在图3至图5中示出。然而，技术人员将理解，桨距系统包括合适的控制系统(在这种情况下是液压的)，该控制系统将向线性致动器22提供合适的控制输入以便使其伸出和缩回。
37.仍以图3继续，安装布置40将线性致动器22的安装端30支承在轴毂的鼻部区域19之外，即，鼻部区域的外侧。在所例示的实施方式中，线性致动器22的安装端30被描绘为包括从线性致动器22的基部44伸出的经螺栓连接的安装托架42。安装托架42由块状安装板或“轭”46接纳并且被螺栓连接至该块状安装板或“轭”，该块状安装板或“轭”的形式为线性的。安装托架42将轭46的长度尺寸二等分，使得轭46相对于安装托架42在该安装托架的每一侧横向伸出相等的长度。因此，实际上，轭46相对于线性致动器22限定“t”的顶杆。
38.从图4和图5将明显看出，轭46能够被直接联接至轴毂10的鼻部区域19。然而，在图3中，轭46被示出为与轴毂10的鼻部区域19间隔开。关于这一点，将间隔体组件50定位在轭46与轴毂10的鼻部区域19之间。如将变得显而易见的，间隔体组件50是可移除的，这是可以在运行配置与运输配置之间重新配置轴毂10的过程的一部分。
39.使轭46和间隔体组件50成一体并且通过一组紧固件52(在此被示出为螺栓)固定至轴毂10的鼻部区域19。这里仅示出了一对螺栓52，仅用于例示连接原理。然而，技术人员应意识到，所需要的是用于将轭46和间隔体组件50固定至轴毂10的恰当紧固方案。
40.图4例示了第一系列步骤以便将轴毂10置于传输配置。如可以看出，叶片轴承18被锁定，如挂锁符号所指示的。叶片轴承18的锁定可以以各种方式来实现，该叶片轴承可以包括液压或电驱动的锁定构件，或者简单地包括手动应用的夹紧装置，其可以被应用于叶片轴承并且被上紧以确保叶片轴承18无法旋转。
41.一旦叶片轴承18被锁定，螺栓52就被松开并且从间隔体组件50和轭46中拉出。轭46仍依靠安装托架42保持附接至线性致动器22的安装端30。
42.间隔体组件50可以采用各种形式，但是应意识到，其主要功能是在轭46与轴毂10的鼻部区域19之间提供预定偏置距离。如在此所示，间隔体组件50包括两个区段或节段50a、50b，它们结合在一起以抱住线性致动器的安装端30并且位于轭46与鼻部区域19之间。照此，将两个节段50a、50b沿相反的方向拉出，显然在本实施方式中这两个节段50a、50b没有被连接在一起，因此是彼此分开的。如图所示，两个节段50a、50b是沿基本上垂直于线性致动器22的主轴线的方向来移动的。另选地，可以将间隔体组件50配置为如上的一对节段，但将它们以某一方式铰接在一起，以作为单个组件，或者作为多于两个节段。
43.转至图5，可以看到轴毂10处于运输配置。在此，间隔体组件50已经被移除并且轭46已经被移动，以使该轭现在抵接鼻部区域19。为了移动轭46，向线性致动器46赋能以使其缩回或减小长度。叶片轴承18仍然被锁定(如挂锁符号所指示的)，因此线性致动器22的缩回导致轭46被拉向轴毂10的鼻部区域19。
44.在图5中示出了致动器控制系统54，该致动器控制系统54被配置成控制线性致动器22的移动。致动器控制系统54可以是与被容纳在轴毂中的主控制系统(未示出)不同的系统。同样地，致动器控制系统54可以是专用的辅助或“次级”控制系统，其具有机载液压供应、控制接口以及足以驱动线性致动器22穿过相对小的移动范围的液压连接。这简化了线性致动器的操作，因为不需要连接至主控制系统。
45.一旦线性致动器已经充分地缩回，以使轭46邻接鼻部区域19，就可以把螺栓52放
回到轭46和轴毂10中的相应螺栓孔中，并且恰当地上紧以固定轭46。注意，螺栓52可以是将轭46和间隔体组件50固定至轴毂的相同螺栓，或者可以是较短的不同螺栓，如图5所示，这是因为先前螺栓的增加的长度现在可能无法适配到相应的螺栓孔中。
46.这里使用的与线性致动器的移动相关的术语“缩回”并不意味着致动器完全缩回。相反地，这是指致动器与轴毂处于运行配置时该致动器的位置相比是缩回的。
47.应意识到，在图5所示的配置中，线性致动器22从鼻部区域19突出的程度小于在轴毂处于运行配置时的程度。该距离在图5中被示出为l2。给定现代实用规模风力涡轮机上的轴毂的尺寸，设想长度减小可以介于20cm至70cm或更多。应注意，在所例示的实施方式中，当线性致动器22缩回时，该线性致动器的一部分仍然从轴毂10突出。然而，可以设想，在其它实施方式中，该布置可以被配置成使得致动器22可以被完全拉回到轴毂中，以使致动器22根本不从轴毂突出。在这样的情况下，致动器仍旧被认为从轴毂10突出的程度小于在轴毂处于运行配置时的程度。
48.如图5所示，一旦轴毂处于运输配置，就应意识到，然后可以通过逆转如上所述的过程将其放回到运行配置。
49.在不脱离由权利要求限定的本发明的情况下，可以对上面讨论的所例示的实施方式进行各种修改和改编。已经提及了一些修改和改编，但是其它的修改和改编对于本领域技术人员来说是显而易见的。
50.标号列表。
[0051]2ꢀꢀꢀꢀꢀ
风力涡轮机
[0052]4ꢀꢀꢀꢀꢀ
机舱
[0053]6ꢀꢀꢀꢀꢀ
塔
[0054]8ꢀꢀꢀꢀꢀ
转子轴毂总成
[0055]
10
ꢀꢀꢀꢀ
轴毂主体/轴毂
[0056]
12
ꢀꢀꢀꢀ
旋桨毂盖
[0057]
14
ꢀꢀꢀꢀ
叶片
[0058]
16
ꢀꢀꢀꢀ
叶片孔
[0059]
17
ꢀꢀꢀꢀ
旋转连接凸缘
[0060]
18
ꢀꢀꢀꢀ
叶片轴承
[0061]
19
ꢀꢀꢀꢀ
鼻部区域
[0062]
20
ꢀꢀꢀꢀ
桨距系统
[0063]
22
ꢀꢀꢀꢀ
线性致动器
[0064]
24
ꢀꢀꢀꢀ
桨距控制联动装置
[0065]
26
ꢀꢀꢀꢀ
径向偏置接头
[0066]
30
ꢀꢀꢀꢀ
安装端
[0067]
32
ꢀꢀꢀꢀ
致动端
[0068]
34
ꢀꢀꢀꢀ
圆筒形壳体
[0069]
36
ꢀꢀꢀꢀ
推杆
[0070]
38
ꢀꢀꢀꢀ
突出部分
[0071]
39
ꢀꢀꢀꢀ
轴毂中的孔
[0072]
40
ꢀꢀꢀꢀ
安装布置
[0073]
42
ꢀꢀꢀꢀ
安装托架
[0074]
44
ꢀꢀꢀꢀ
致动器的基部
[0075]
46
ꢀꢀꢀꢀ
安装轭
[0076]
50
ꢀꢀꢀꢀ
间隔体组件
[0077]
52
ꢀꢀꢀꢀ
紧固件
[0078]
54
ꢀꢀꢀꢀ
致动器控制系统