一种风力发电机组的机舱、机舱吊装方法及风力发电机组与流程

1.本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种风力发电机组的机舱、机舱吊装方法及风力发电机组。


背景技术：

2.风力发电机组的机舱中一般包含主轴系、齿轮箱、发电单元（齿轮箱与发电机）以及外围辅助设备（如润滑、冷却系统等），变流器及变压器放置于塔底，电能通过动力电缆由机舱传输至塔底，经过变流器和变压器输送到电网。随着机组容量的增加，塔架高度增加，动力电缆的价格不断提升。为了控制成本，大型风力发电机组开始逐渐采用了变压器上置的方案，即将变压器放置于机舱内（变流器同时也设置在机舱中）。大型机组的机舱尺寸原本就存在超高、超宽和超重等问题，如果直接将变压器和变流器一起放在机舱中，机舱的尺寸和重量会继续增加，机舱的运输和吊装将面临巨大挑战。
3.部分已有的解决方案中提出将这机舱化整为零，将部件分开运输，到吊装现场再装配的方法。这类方法确实解决了运输困难的问题。但现场装配条件相比车间有一定差距，效率会打折扣。如果是在地面装配再吊到塔顶，机舱重量增加导致的吊装成本上升问题依然存在。如果是将零部件吊到塔顶之后再装配，装配难度和速度将会成为新的问题。
4.还有一些方案在传统的主机舱的侧面后面或下面布置额外的舱体，这类方法在一定程度缓解了问题。但是，在主机舱和额外舱体之间需要做设置可靠的联接，不可避免的需要涉及结构强度等问题。此外，在吊装时，吊车需要至少三次才能将机舱吊装完成，增加了吊装成本。
5.与上述一些方案相比，国内目前部分整机商采用的，简单将机舱沿着长度方向加长，把变压器放置在发电单元后方这种方案，需要大大加强机舱承载能力，也就是机舱结构本身的重量会有一定程度的提升。此外，一体式机舱运输和吊装的难度也会增加。这种为了降低电缆成本，而在其他方面增加成本，形成顾此失彼效果的方案，是不可取的。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种风力发电机组机舱，其能够满足大型风力发电机组机舱需要承载变压器、变流器等大型风电机组部件的需求，同时有效的控制了机舱结构的悬臂长度，以及机舱结构的重量和机舱的尺寸，机舱结构完整性高，此外，也控制了机舱在运输及吊装时的难度。
7.本发明的另一目的在于提供一种风力发电机组机舱的吊装方法，简化现场施工难度，减少吊装次数和总耗时（最多仅需两次吊装就能完成）。
8.本发明的第三个目的在于提供一种风力发电机组，以解决海上大型风电机组机舱必须要容纳变压器，控制吊装成本等技术问题，使得风电机组机舱结构完整性高，额外联接少，稳定性强。同时本发明的实施例也适用于大型陆地机组，特别是高原等运输和吊装难度大地区的机组。
9.为达以上目的，第一方面提供一种风力发电机组机舱，所述机舱的第一水平方向的尺寸大于所述机舱的第二水平方向的尺寸；所述第一水平方向垂直于所述风力发电机组的叶轮转动轴线，所述第二水平方向垂直于所述第一水平方向；所述机舱的底座外部沿所述第一水平方向的两侧中至少一侧设置有容纳空间，所述容纳空间内能够放置至少一个所述风力发电机组的部件。
10.在进一步技术方案中，所述机舱包括机舱罩和机舱框架，所述机舱罩将所述机舱框架包围在内部并与所述机舱框架连接。所述容纳空间内放置的所述风力发电机组的部件位于所述底座的外轮廓之外。
11.在进一步技术方案中，所述容纳空间内放置的至少一个所述风力发电机组部件是变压单元，所述变压单元配置为双绕组或三绕组。
12.在进一步技术方案中，所述变压单元与所述底座之间设置隔离板件。
13.在进一步技术方案中，所述机舱外设置有至少一个散热器，所述散热器与所述机舱联接。
14.在进一步技术方案中，所述散热器位于所述风力发电机塔筒顶端外轮廓之外，并位于所述容纳空间上方或下方。
15.在进一步技术方案中，所述机舱沿着所述第一水平方向的两端设置有至少一个可拆卸机舱罩体；或者设置有至少一个可移动机舱罩体，并通过铰链或滑轨的方式与所述机舱连接。
16.在进一步技术方案中，还包含至少一个辅助机舱，所述辅助机舱内部设置有发电单元。所述机舱框架上设置有至少两个第一种辅助连接点，用于与所述辅助机舱连接。
17.在进一步技术方案中，所述辅助机舱的机舱罩上设置有多个第二种辅助连接点，通过所述第一种辅助连接点与所述第二种辅助连接点的连接，所述辅助机舱的机舱罩与所述机舱的机舱框架连接。
18.第二方面，提供一种风力发电机组机舱的吊装方法，其包括如下步骤：s1、在地面将机舱的可拆卸机舱罩体卸下，将变压单元从沿着第一水平方向的机舱两端中其中一端放入，并在指定位置固定变压单元；s2、安装所述机舱的可拆卸机舱罩体，从而使得变压单元设置在机舱的容纳空间内；s3、将机舱吊起至风力发电机组塔架顶端，连接偏航系统与塔架顶端。
19.第三方面，提供一种风力发电机组，其包括本发明第一方面所述的一种风力发电机组机舱，所述机舱与所述底座或所述风力发电机组的偏航系统联接，所述连接点至少有两个。所述偏航系统与所述塔架顶端联接。
20.第四方面，提供一种风力发电机组的机舱，其包括机舱罩和机舱框架，所述机舱罩将所述机舱框架包围在内部并与所述机舱框架连接；所述机舱框架的内部被划分为底座安装空间和至少一个容纳空间，所述至少一个容纳空间设置在沿所述底座安装空间的宽度方向的至少一个侧部。
21.在进一步技术方案中，所述底座安装空间对应的所述机舱框架上设置有多个连接
点。
22.在进一步技术方案中，所述多个连接点包括：底座连接点，用于将所述底座与所述机舱框架连接；第一种辅助连接点，用于所述机舱与辅助机舱相连接。
23.在进一步技术方案中，所述底座安装空间与所述容纳空间之间设置有电磁屏蔽隔离部件。
24.在进一步技术方案中，所述容纳空间对应的框架结构与所述底座安装空间对应的框架结构可分离地连接。
25.本发明的有益效果是：风力发电机组机舱沿着横向于叶轮转动轴线布置和延伸，在其内部创造出侧面承载空间，其能够承载变压单元及变流器等大型风电机组部件，既满足了风电机组变压单元上置的需求，同时限制了机舱的承载件悬臂长度及机舱本身的重量，最大程度的保持了机舱结构的完整性，提高其承载稳定性，便于运输及吊装，特别适合陆地及海上大型机组。
附图说明
26.图1为本发明实施例的一种风力发电机组机舱的示意图一；图2为本发明实施例的一种风力发电机组机舱的示意图二；图3为本发明实施例的一种风力发电机组机舱的俯视图；图4为本发明实施例的一种风力发电机组机舱的后视图；图5为本发明实施例的一种风力发电机组机舱的局部示意图；图6为本发明实施例的一种风力发电机组机舱散热器连接示意图；图7为本发明实施例的不同传动系类型机舱俯视对比图；图8为本发明实施例的辅助机舱正视图；图9为本发明实施例的一种风力发电机组机舱吊装流程图。
27.附图标号说明：1、机舱，101、机舱框架，102、机舱罩，102.1、可拆卸的机舱罩体，2、底座，3、叶轮转动轴线，4、容纳空间， 5、变压器，6、变流器，7、第一水平方向，8、第二水平方向，9、机舱与底座连接点，10、底座外轮廓，11、隔离板，12、人孔，13、散热器，1301、散热器支架，1302、散热器翅片，14、塔架，15、第一种辅助连接点，16、辅助机舱，1601、辅助机舱的机舱罩，1602、辅助机舱结构件，1603、第二种辅助连接点，17、发电单元。
28.值得注意的是上述附图是用于说明本发明的特征，并非旨在展示任何实际结构或反映各种部件的尺寸，相对比例等等细节信息。为了更清楚的展示本发明的原理，并且为了避免不必要的细节使本发明的原理变得模糊，各图中示例已经经过简化处理。这些图示对于相关领域的技术人员在理解本发明时不会带来不便，而实际的风力发电机组机舱可以包括更多的部件。
具体实施方式
29.为使本发明实施例的目的、技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例的相关附图，对本发明实施例进行完整的描述。本专利描述的仅是一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的
所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.如图1和图2所示，机舱1将风力发电机组的部件包围在内部，在一些实施例中，这些部件可能包含底座2，轴承座，主轴承以及主轴等。机舱1能够限制其内部容积。
31.在一些实施例中，机舱1包括机舱罩102和机舱框架101，机舱罩102将机舱框架101包围在内部并与机舱框架101连接，连接点有多处。其中机舱框架101可以是梁和立柱组成的框架结构，也可以是立柱和支撑板组成的结构。
32.如图3所示，机舱1通过机舱框架101中的梁或支撑板与风力发电机组的底座2联接,机舱与底座2的连接点9可能有多个。
33.机舱1具有两个方向的尺寸，第一水平方向7的尺寸，以及第二水平方向8的尺寸。第一水平方向垂直于风力发电机组叶轮的转动轴线，第二水平方向垂直于第一水平方向。
34.机舱1第一水平方向7的尺寸大于机舱第二水平方向8的尺寸。也就是通常定义中的机舱宽度方向尺寸大于机舱长度方向尺寸。
35.底座沿着第一水平方向的两侧（也就是通常定义中的机舱宽度方向两侧）设置有容纳空间4。
36.容纳空间4内放置至少一个风力发电机组部件，在一些实施例中，这个风力发电机组部件是变压器5或变流器6，也可以二者都有。变压器5或变流器6等大质量部件的载荷通过机舱框架结构101传递给底座2和偏航系统。
37.上述技术方案的特点和新颖之处是：常规的风力发电机组机舱全部都是第一水平方向7的尺寸小于第二水平方向8的尺寸，也就是通常定义中的机舱长度方向尺寸大于机舱宽度方向尺寸。如果要在常规的机舱中加入重量超过十吨以上的变压器，那么一般的做法是在常规机舱的侧面或后面或下面外挂机舱。
38.本发明实施例提出的技术方案打破常规思路，反其道行之，把机舱1设计成为第一水平方向7的尺寸大于第二水平方向8的尺寸，也就是通常定义中的机舱宽度方向尺寸大于机舱长度方向尺寸。在底座沿着第一水平方向的两侧创造容纳空间4，没有侧面悬挂的额外机舱，整个机舱具有较好的完整性。
39.上述技术方案的益处是：将质量较大的变压器5和/或变流器6等部件分别放置在底座沿着第一水平方向的两侧创造的容纳空间4内，既通过合理的承载结构满足了风力发电机组变压单元上置的需求，同时避免了简单增加机舱1的承载件悬臂长度，有效限制了机舱1重量的增加，最大程度的保持了机舱1结构的完整性，提高其承载稳定性，便于运输及吊装，这种方案特别适合陆地及海上大型风力发电机组。
40.如图3和图4所示，机舱1第一水平方向7的尺寸大于机舱1第二水平方向8的尺寸，因此容纳空间4内承载的风力发电机组部件，如变压器5和/或变流器6等，一定位于底座2外轮廓10之外，不占用底座2自身的安装空间，同时也避免与偏航系统的偏航驱动器等发生物理干涉。其次，考虑到电气安全距离和维护空间等因素，在一些实施例中，变压器5或变流器6与底座2外轮廓10之间需要预留一段距离。
41.机舱1与底座2的连接点9至少有两个，在一些实施例中，为了保证连接的稳定性，更有效的传递载荷，机舱1通过机舱框架101与偏航系统或底座2连接时，连接点9有四个，两个为一组分布在叶轮转动轴线3的两侧，并且连接点9在轴承座下方附近，通常底座2在轴承座下方附近结构强度较高，有更好的承载能力。
42.容纳空间4内承载的变压器5的配置为双绕组或三绕组，在一些实施例中，双绕组的变压器5的配置需要机舱1内添加一个额外的辅助变压器。辅助变压器的功能是将变流器6的输出电压降低到一般的用电电压级别，如400v或220v，供控制柜和辅助执行器件使用。在一些实施例中，变压器5可以采用三绕组的配置，机舱内不需要额外的辅助变压器5，变压器5可以直接提供一般的用电电压，如400v或220v，供控制柜和辅助执行器件使用。
43.如图5所示，考虑到电气安全距离和电磁屏蔽等需求，变压器5与偏航系统和底座1之间设置隔离板11，在一些实施例中，隔离板11可以是具有一定厚度的金属板。隔离板11上设置有人孔12，便于维护人员进入或离开变压器5放置空间。
44.如图6所示，机舱1外部设置有至少一个散热器13，在一些实施例中，可以设置两个散热器13，分别位于叶轮旋转轴线3的两侧。两个散热器都13与机舱1联接，散热器13由散热器支架1301和散热器翅片1302构成，散热器支架1301与机舱框架101或机舱罩102联接。散热器13位于风力发电机塔筒14顶端外轮廓之外，避开了塔筒14对自然风来流的阻挡。并且，散热器13位于侧面承载空间4上方或下方，这种方案省去了进风通道和出风通道，不用在侧面承载空间4内再设置多余的通道，自然风来流直接穿过散热器13，完成热交换。
45.如图1和图2所示，机舱1沿着第一水平方向7的两端，即左右两侧的端面设置有至少一个可拆卸机舱罩体102.1。在一些实施例中，两侧的端面都设置有可拆卸的机舱罩体102.1，机舱罩体102.1也可以是可移动式的，采用铰链或滑轨等方式完成打开和关闭。可拆卸机舱罩体102.1的尺寸要大于变压器5与变流器6的最大尺寸。这样，在可拆卸机舱罩体102.1卸下后，使得变压器5或变流器6可以被送入机舱1内。
46.在本发明的实施例中，对于采用一些传动系类型的风力发电机组，如中速型（又称混合型或半直驱）和双馈型风电机组，这些机组都包含有发电单元17，即齿轮箱和发电机，这两个部件必须被放置于一个密封的环境内，传统的机舱也是将齿轮箱和发电机放置在机舱内。如图7右附图所示，中速型和双馈型等风电机组在一些实施例中需要包含至少一个辅助机舱16，辅助机舱16内部设置有发电单元17。如图7左附图所示，如果风力发电机组是直驱型，发电机已经位于机舱与叶轮之间，因此不需要在机舱1的后方再添加辅助机舱16。
47.对于如图7右附图所示的一类风力发电机组，辅助机舱16本身几乎不用承载，因此不需要设置如机舱1的机舱框架101。辅助机舱16的机舱罩1601上设置有至少两个第二种辅助连接点1603(如图8所示)。通过第一种辅助连接点15与第二种辅助连接点1603的连接，辅助机舱的机舱罩1601完成与机舱1的机舱框架结构101固定连接。如图4所示，位于机舱1内部的机舱框架101上设置有至少两个第一种辅助连接点15，在一些实施例中，这些第一种辅助连接点15至少有四个，两个一组分布在叶轮转动轴线3的两侧，每一侧的机舱1顶端附近和底端附近各一个。如图8所示，辅助机舱16的机舱罩1601同时也需要通过辅助机舱结构件1602与发电单元17的外壳（齿轮箱或发电机）的外壳固定连接，增加整个辅助机舱16的机舱罩1601的支撑刚度，减小受载后形变。辅助机舱16内的发电单元17与底座2形成连接，发电单元17的重力产生的载荷由底座2传递给偏航系统和塔筒14。
48.需要特别说明的，大型风电机组，无论是海上还是陆地机组，发电单元17的总重量都越来越大，一般不小于六十吨。即便是常规的机舱，将发电单元和其一起运输和吊装，难度也较大，常规的做法是分别运输及吊装。本发明实施例中的辅助机舱16相比常规的机舱，在实际中并没有增加运输和吊装的成本。
49.参阅图8，风力发电机组机舱的吊装的工作方法包括如下步骤：s1、在地面将机舱1的可拆卸机舱罩体102.1卸下，将变压器5从机舱1沿着第一水平方向7两端中其中一端利用运输小车（用汽车吊将变压器5放在运输小车上）放入。将变压器5运送到指定安装位置，利用千斤顶将变压器5送到安装底座2上并固定，撤出运输小车；s2、将变流器6从横向于叶轮转动轴线3的机舱1两端中的另一端通过运输小车（用汽车吊将变流器6放在运输小车上）放入，将变流器6运送到指定安装位置，利用千斤顶将变流器送到安装底座上并固定，撤出运输小车；s3、安装机舱1的可拆卸机舱罩体102.1，从而使得变压器5和变流器6设置在机舱的容纳空间4内；s4、撤去机舱1以及辅助机舱16沿叶轮转动轴线3方向布置的运输盖板或盖布（此运输盖板或盖布是为了对主轴法兰端17和底座2与发电单元联接端提供一定的密封和遮挡）；s5、将机舱1吊起至风力发电机组塔架14顶端，连接偏航系统与塔架14顶端；s6、将辅助机舱16吊起至风力发电机组塔架14顶端，位于机舱1后方的位置，对接第一种辅助连接点15与辅助机舱16的机舱罩1601上的第二种辅助连接点1603，将发电单元17与底座2连接，完成辅助机舱16与机舱1的连接。
50.在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、左、右、前、后、内、外以及两侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
51.本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接、联接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
52.虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。