专利名称：包含载荷传递部件的风力涡轮机的制作方法
技术领域：
本发明涉及带有紧凑设计传动系统的风力涡轮机。
背景技术：
在过去数十年中，风力涡轮机的尺寸不断地增大，其趋势是不断地紧凑和变轻的 单元。现在，通常所说的推力轴承是相当常用的，其不仅吸收来自转子的推力和剪力，而且 只在一个轴承位置传递弯矩。与带有双转子轴承的设想相比，这些推力轴承的使用导致明 显更紧凑的传动系统。然而，在已有涡轮机的大多数情况中，齿轮箱以及发电机都作为主托 架上的独立部件布置在轴承后面。于是这主托架就有如下的附加功能，即，从转子轴承将转 子载荷传给机舱。因为这些推力轴承具有相对较大直径并且需要二维刚性接触面来螺栓紧 固在轴承的整个圆周上，所以优选使用铸造结构的主托架。于是，这些载荷就必须从轴承螺 栓连接表面经由主托架引入机舱中，而不使主托架的结构与齿轮箱和发电机相冲突。这就 引起铸造结构需要在背对转子的区域中有大开口，以用于插装齿轮箱。从强度和变形的角 度来看，这些敞开式结构具有很大缺点，因为各部件因此要承受很大的附加应力。而且，这 些结构具有太多部件，因为这些部件的功能不同于载荷传递。因此，新型风力涡轮机的发展 目标是设计更紧凑、更轻量和成本更低的涡轮机。 W02005/033505A1公开了一种传动系统的设计，其已经非常紧凑，具有独立的齿轮 箱和发电机，其设置了大开口以用于安装齿轮箱。为了紧固发电机，需要另一个支撑结构， 需要机舱罩来保护各部件不受天气影响。 DE10351524A1同样提出一种紧凑的解决方案，其能够将齿轮箱和轮毂安置成更靠 近在一起，主托架的铸造结构的成型就不顺利，所以预期会有高拉力峰值和变形。这里也需 要机舱罩。 W002/079644A1提出另一种紧凑的解决方案，齿轮箱的部件被结合于转子轴承中。 然而，这里也有额外的齿轮箱和需要另一支撑结构的独立发电机。此外，在铸造主托架中可 以看到大开口 ，就结构而言有很大缺点。 DD268741A1同样公开了一种紧凑的机舱结构，这种设计只对小型风力涡轮机管 用，因为这种涡轮机被设计成顺风型机器并且没有配备风向跟踪单元和垂直制动装置。此 外，将齿轮箱与发电机结合到外壳中可具有极其紧凑的结构的优点，但也有实施维修会很 费力的缺点，因为，进入部件的可能性非常受限制。
发明内容
本发明的目的是创造一种传动系统，其能实现一种非常紧凑、轻量且由此低成本 的总体结构，并且将例如转子轴承、齿轮箱、发电机和风向跟踪单元的主要部件嵌入从转子 到塔架的力传递装置中。同时应当确保独立部件，特别是齿轮箱和发电机，能够独立安装并 且还能在维修作业时被独立处理。 根据本发明，通过权利要求1的特征实现这个目的，从属权利要求详述了本发明的优选实施例。 本发明获得了功能元件的进一步整合，就部件而言进行了节省。 就本发明来说，齿轮箱、发电机和风向跟踪单元等部件都布置在独立的外壳中，这
些外壳被螺栓紧固在一起。各个外壳都被设计成用于传递最大静态和动态转子载荷的支撑
结构。而且，转子轴承被螺栓紧固在齿轮箱外壳上，并且将转子载荷传入齿轮箱外壳中。齿
轮箱外壳将载荷传入发电机外壳中。这个外壳将载荷传入发电机外壳中。发电机外壳再把
载荷传入顶支撑，该顶支撑又经由方位轴承将载荷传入塔架。作为这种设计的结果，各部件
的外壳承担双重功能，即作为载荷传递元件和作为用于各部件的单个零件的安装元件。这
种设计使得该机器能够非常轻并由此节约成本，并且还省去了机舱罩，因为，所有部件的设
计都是能够经受风吹雨打。为了装配，将齿轮箱外壳和发电机外壳设计成两个独立的外壳
是有道理的，然而也可以设计成单件。 如果转子轮毂接头、转子轴承、齿轮箱和发电机具有大致相同尺寸的外径，这种布 置就特别有利。这种情形会得到非常良好的力传递，而没有任何更大的载荷转移。这会得到 的状况是，齿轮箱是带有同轴的主动轴和从动轴的两级行星齿轮箱并且具有大约15至25 的传动比，这是有道理的。发电机被布置在那里的下游并且因而具有大约200至400/分的 额定转速。这两个部件都安装在同一个或两个独立的外壳中，这外壳是一种这样的设计，它 们能够将载荷从转子传递到顶支撑上。该顶支撑然后将载荷传入塔架并且还具有容纳风向 跟踪单元、垂直制动装置、齿轮箱润滑系统以及用于冷却齿轮箱和发电机的换热器的功能。
下面将参照附图解释本发明的优选实施例，其中 图1示出轮毂、转子轴承、发电机外壳和顶支撑的侧视图，截面中只示出单个转子 叶片；和 图2示出与图1相对应的局部截面视图。
具体实施例方式
由风力涡轮机的转子叶片10和轮毂12组成的转子被转子轴承16支承，并且将力 和力矩传给随后的部件。齿轮箱被结合到齿轮箱外壳18中。布置在下游的发电机被安装 在发电机外壳20中。这两个外壳18、20大致为相同直径并且用螺栓紧固在一起。然后将 发电机外壳20螺栓紧固到顶支撑22上，该顶支撑将载荷经由方位轴承42传入塔架14。所 需的所有单元和部件都容纳在这些元件中。不需要用于保护不受天气影响并容纳子单元的 额外机舱罩。这两个外壳的外侧都配有冷却肋片，用于将散发的热部分地带给外界空气。
轮毂12经由螺纹接头52连接到第一齿轮级的齿圈24(图2)。齿圈24被压入转 子轴承16的内圈中并且永久相连。转子轴承16的外圈30由螺钉54永久地连接到齿轮箱 外壳18上，并且经由这个齿轮箱外壳18连接到发电机外壳20上。迷宫汽封50朝着外侧的 方向密封齿轮箱36。第一齿轮级的行星齿轮56由球形滑动轴承26支承。这些滑动轴承26 经由轴承轴颈28而固定到齿轮箱外壳18上。行星齿轮56将转矩传递到太阳齿轮58上。 在太阳齿轮的内部居中配有螺旋齿，并且将转矩传递到中间轴60上。中间轴60又插入第 二行星级的行星齿轮架62中。第二行星级32同样结合于齿轮箱外壳18中并且使用传动轴66驱动太阳齿轮。就转矩而言，传动轴66使用螺旋齿连接到发电机主动凸缘68上。发 电机34被设计成恒定场同步发电机，其装入发电机外壳20中并且配有水冷却套36。由输 送泵64操纵冷却回路，通过冷却器48将废热带给外界空气。发电机外壳20通过螺纹接头 38连接到顶支撑22。顶支撑22包括用于风向跟踪单元的伺服单元44、垂直制动装置40、 用于齿轮箱和发电机的冷却器48、带有滤清器和循环泵的齿轮箱油箱46、以及用于发电机 冷却剂回路的循环泵64。中央管70居中地穿过这两个齿轮级和发电机，并且用于调整转子 叶片的电源通过该中央管安装。旋转传动接头或滑环72将所需动力从顶支撑22的固定部 分传递到旋转轮毂12上。
权利要求
风力涡轮机，其带有至少一个转子叶片(10)、轮毂(12)、容纳齿轮箱(32)的齿轮箱外壳(18)、容纳发电机(34)的发电机外壳(20)、顶支撑(22)、塔架(14)、和将该顶支撑可旋转地支承在该塔架(14)上的方位轴承(42)，其特征在于转子轴承(16)、该齿轮箱外壳(18)和该发电机外壳(20)布置在该轮毂(12)与该顶支撑(22)之间，被设计成载荷传递部件，并且经由螺纹接头(54、38)相互连接。
2. 如权利要求l所述的风力涡轮机，其特征在于，该齿轮箱外壳(18)和该发电机外壳 (20)是独立的外壳。
3. 如权利要求2所述的风力涡轮机，其特征在于，该齿轮箱外壳(18)和该发电机外壳 (20)具有大致相同的外径。
4. 如在前任一项权利要求所述的风力涡轮机，其特征在于，该转子轴承(16)是直接拧 在该齿轮箱外壳(18)前面的推力轴承。
5. 如在前任一项权利要求所述的风力涡轮机，其特征在于，该齿轮箱(32)是两级行星 齿轮箱。
6. 如在前任一项权利要求所述的风力涡轮机，其特征在于，该发电机(34)是恒定场同 步发电机。
7. 如在前任一项权利要求所述的风力涡轮机，其特征在于，该齿轮箱外壳(18)和/或 该发电机外壳(20)配有朝向外侧的冷却肋片。
8. 如在前任一项权利要求所述的风力涡轮机，其特征在于，设置有作为迷宫汽封的齿 轮箱密封设计。
9. 如在前任一项权利要求所述的风力涡轮机，其特征在于，该发电机(34)的冷却水套 (36)结合到该发电机外壳(20)中。
10. 如在前任一项权利要求所述的风力涡轮机，其特征在于，由方位轴承(42)和伺服 传动装置(44)组成的风向跟踪单元、垂直制动装置(40)、齿轮箱油箱(46)、以及用于该齿 轮箱(32)和该发电机(34)的冷却器(48)布置在该顶支撑(22)中。
11. 如在前任一项权利要求所述的风力涡轮机，其特征在于，管子(70)居中地穿过该 齿轮箱(32)和该发电机(34)，以转子的速度旋转，并且容纳着用于调整叶片的电源线。
12. 如在前任一项权利要求所述的风力涡轮机，其特征在于，该发电机外壳(20)、该齿 轮箱外壳(18)和顶支撑(22)是防风雨结构。
全文摘要
一种风力涡轮机，其带有至少一个转子叶片(10)、轮毂(12)、容纳齿轮箱(32)的齿轮箱外壳(18)、容纳发电机(34)的发电机外壳(20)、顶支撑(22)、塔架(14)和支承该顶支撑以使得其在该塔架(14)上旋转的方位轴承(42)。该风力涡轮机的特征在于，转子轴承(16)、该齿轮箱外壳(18)和该发电机外壳(20)布置在该轮毂(12)与该顶支撑(22)之间，被设计成载荷传递部件，并且经由螺纹接头(54、38)相互连接。
文档编号F03D11/02GK101702928SQ200880008108
公开日2010年5月5日 申请日期2008年2月27日 优先权日2007年3月15日
发明者S·西格弗里德森 申请人:爱罗丁工程有限公司