专利名称：空间构架风力涡轮机的能量转换器结构的制作方法
空间构架风力涡4仑机的能量转换器结构技术领域
本7>开内容大体上涉及风力涡轮机结构，并且更具体地涉及一种在风力涡轮发电机中使用的紧凑式传动系和包括空间构架的 机舱。
背景技术：
近年来，风力涡轮机作为一种对环境安全且相对便宜的替 代能源，受到了日益增加的关注。随着对其关注的增长，人们已做出 相当大的努力来研制可靠且高效的风力涡轮机。
通常，风力涡轮机包括具有多个叶片的转子。叶片附接到 转子上的可旋转的浆毂上。叶片将风的机械能转换成驱动一个或多个 发电机的机械性转动转矩。发电机通常但并非总是通过齿轮箱旋转地 联接到转子上。齿轮箱逐渐地提升用于发电机的涡轮转子的低转速， 以有效地将转动机械能转换成输入公用电力网中的电能。转子、发电 机、齿轮箱及其它构件通常安装在具有外壳的重型基架(bedframe)或机 舱上，该基架或机舱位于可为桁架或管状塔架的塔架顶部。
机舱结构通常由铸件或其它固体制作的金属外壳基架或底 板形成，基架或底板将较大的重量引至风力涡轮机塔架的顶部。此外， 重型底板式机舱结构包括用以支承机舱内的内部传动系构件的负载 支承装置。负载支承装置将附加重量加至机舱结构和传动系构件外壳 上。此外，负载支承装置不能有效地传递在底板式机抢外壳内的待传 递到塔架上的负载和应力，并且还可将不需要的负载和应力引至传动 系构件自身上。增大的重量会增加风力涡轮机的投资成本、物流成本 和营运成本。现有技术水平的风力涡轮机使用重型基架设计和机舱。机舱为非承重机壳，其主要用于阻止风雨直接沖击传动系的单独构 件。
所需的是一种替换底板式机般结构的高度一体化的空间构 架和紧凑的传动系，其减轻了重量并且有效地将转子工作负载、传动 系转矩和重量传递到塔架上。发明内容
本公开内容的一个方面包括一种风力涡轮机，其包括转子、 联接到转子上的传动系，以及安置在塔架顶上的空间构架。传动系收 容在空间构架内，并且空间构架构造成用以将主要的转子负载和传动 系转矩传送到塔架上，从而消除对重型基架的需求。
本公开内容的另 一个方面在于一种用于安置风力涡轮机传 动系的空间构架。空间构架包括构造成用以将传动系转矩和主要的转 子负载传递到支承结构上的结构。
本公开内容的另 一个方面包括一种用于将风力涡轮机传动 系安置在塔架顶上的新型机抢、空间构架。空间构架构造成用以将传 动系转矩和主要的转子负载传递到塔架上。空间构架可由模压和/或冲 压的金属片或金属板或复合镶板(panel)形成。
本公开内容的另 一个方面包括一种用于将风力涡轮机传动 系安置在塔架顶上的机舱，该机舱包括构造成用以将传动系转矩和主 要的转子负载传递到塔架上的空间构架，该空间构架由连结的横杆 (rail)形成。
本公开内容的优点在于， 一体式的空间构架和传动系使得 迄今有可能在相同或较小的机舱空间中实现显著更大的MW(兆瓦)级 额定功率。
本公开内容的另 一个优点在于， 一体式的空间构架和传动 系设计除直接从空间构架上减轻重量之外，还大体上减轻了传动系构 件外壳的总重量。
本公开内容的另 一个优点在于， 一体式的空间构架和传动系设计大体上减轻了 一体式空间构架和传动系组件的总组合重量，以 便能够以与额定功率相对较小的机器相同或相似的重量和尺寸载货量来运输较大的MW级额定功率构件。例如，当前的公开内容使得以 常规的1.5MW至2.5MW的尺寸包装来运输4MW的风力涡轮机成为 现实。
本公开内容的另 一个优点在于， 一体式的空间构架和传动 系设计消除了现有技术的重型铸件底板和非承重机抢构件的需要，从 而增加了风力涡轮机的供给源、选择以及供给量。
本公开内容的另 一个优点在于， 一体式的空间构架和传动 系设计由重复图案的模压和/或沖压的片状或板状金属镶板形成，该金 属镶板是使用类似于中型至重型卡车车架和机动车"整体式车身"构建 技术和工艺的成熟制造方法而制作的，具有设计、制造和自动组装线的优点。
本公开内容的另 一个优点在于， 一体式的空间构架和传动 系设计由重复图案的模压和/或冲压的片状或板状镶板形成，该设计容 许镶板层布置成使得内部镶板边缘接合部和外部镶板边缘接合部除 一点外其它均不重合，从而产生构造成用于改善负载、刚度、最低重 量的镶板，并且最大限度地减少镶板数目以便降低加工成本。
本公开内容的另 一 个优点在于， 一体式的空间构架和传动 系设计将进人道(man-way)、维护和构件保养装置直接并入空间构架结 构中，致使解决了在总体空间构架设计中载重和应力减小的内部结 构。
本公开内容的另 一个优点在于， 一体式的空间构架和传动 系设计将热管理通路和包括入口和出口的其它环境系统装置直接并 入空间构架结构中，致使在总体空间构架设计中产生载重和应力减小 的内部结构。
本公开内容的另 一个优点在于， 一体式的空间构架和传动系设计将周向均匀的转子轴承支承结构直接并入空间构架结构中，致 使在总体空间构架设计中产生载重和应力减小的内部结构。
本公开内容的另 一个优点在于， 一体式的空间构架和传动系设计利用周向均匀的传动系转矩传递来引起空间构架的操作性增 强，以替代传统的结构设计特征或增加重量来提高结构刚度。
本^Hf内容的另 一个优点在于， 一体式的空间构架和传动 系设计将地板栅栏、栏杆、辅助性构件，以及所有样式的先前考虑的 非承重构件并入空间构架结构中，致使在空间构架设计中产生了载重 和应力减小的内部结构。
本公开内容的另 一个优点在于， 一体式的空间构架和传动 系设计产生了总体重量较轻的机头和/或较轻的头顶质量，导致风力涡 轮机系统因比另外所需更轻的塔架和/或底座更为有利。
通过优选实施例的如下更为详细的说明，并结合以举例的 方式来对本公开内容的原理进行图解的附图，本公开内容的其它特征 和优点将更为明显。
图1示出了根据现有技术的示例性风力涡轮机的侧视图。
图2示出了图1中所示的风力涡轮机的重型基板和机舱的 剖开透视图。
图3示出了位于现有技术的1.5MW或2.5MW机舱结构的 示例性设计空间内的示例性4MW机械能-电能转换(MEPC)的紧凑式传动系的剖开透视图。
图4示出了根据本公开内容的示例性MEPC紧凑式传动系 的实体组件略图。
图5参照如图3中所示的点A和点B或点A与备选实施例 的点B'示出了由空间构架传递且进入塔架顶上的转子负载的力和力 矩。
图6示出了用于重复图案的结构横杆长度和连接节点的尺 寸范围的示例性空间构架的设计起始点。
图7示出了在包括用于进人道和辅助设备的内部承重结构 之前的示例性空间构架设计，其中，初始1D才莫型在轴承、MEPC紧 凑式传动系和空间构架之间具有起始点接线。
图7A示出了沿图7的7A-7A线所截取的围绕轴承#1的早 期空间构架设计。
图7B示出了沿图7的7B-7B线所截^l的围绕轴承弁2的早 期空间构架设计。
图7C示出了沿图7的7C-7C线所截^l的围绕MEPC的早 期空间构架设计。
图8示出了空间构架设计的示例性中间细化的lD^t型，该 设计优化了 MEPC和轴承的位置，这些位置受杠杆作用并定向交联， 以最佳地将全范围的设计负载情况分配到空间构架中。
图8A示出了围绕轴承弁1的中间销和交叉连结的空间构架 设计。
图8B示出了围绕轴岸W1和轴承#2的中间销和交叉连结的 空间构架设计。
图8C示出了围绕MEPC的中间销和交叉连结的空间构架 设计。
图9示出了常规重型基架机舱的相对刚度和MW大小对示 例性的4MW中间优化的一体式空间构架和紧凑式传动系设计之间的 关系。
图IO示出了转矩带概念以及空间构架结构的最终形成的周 向均匀加强。
图11A和图11B分别示出了中间细化的空间构架设计1D 模型和用以优化空间构架区域的区域性方法。
图12为四维势空间构架的模压和冲压的金属片材或板材的概要，以及强度、偏转和完工成本特性的示例性范围。
图13A、图13B、图13C和图13D示出了根据本公开内容 的在从1D模型转换成模压和冲压的片状或板状金属镶板焊接构造之 后的示例性一体式的空间构架和紧凑的传动系外壳或主壳。
只要可能，则相同的参考标号将在全部附图中用于表示相 同或相似的零件。
具体实施方式
参看图1,公开了 一种根据本公开内容的示例性风力涡轮机 100。风力涡轮机100包括安装在高塔架104顶上的机抢102，图1中 仅示出了塔架的一部分。风力涡轮机100还包括风力涡轮转子106， 其包括附接到旋转浆毂110上具有叶尖138的一个或多个转子叶片 108。在该示例性实施例中，风力涡轮机100包括三个转子叶片108。 在另一个实施例中，风力涡轮机IOO可包括一个或多个转子叶片108。 在又一个实施例中，不存在对转子叶片108数目的特殊限制。
在一些构造中并参看图2,示出了安置在塔架104顶上的机 舱102中的各种构件的示例性构造。 一个或多个微控制器(未示出)安 置在控制面板112内。微控制器包括构造成用以提供控制系统的硬件 和软件，该控制系统提供整个系统的监测和控制，包括倾斜和速度调 节、高速轴和偏航制动应用、偏航和泵用电动机应用以及故障监测。 在本公开内容的备选实施例中，控制系统可为分布式控制体系，其并 非仅由控制面板112提供。控制系统将控制信号提供给可变叶片倾斜 驱动器114，以控制通过风力来驱动浆毂110的叶片108(图l)倾斜。 在一些构造中，叶片108的倾斜角由叶片倾斜驱动器114单独地进行 控制。
风力涡轮机的传动系包括主转子轴116(也称为"低速轴")， 其连接到桨毂110上并由主轴承130支承，并且在轴116的相反端处 连接到齿轮箱118上。在另一个实施例中，主转子轴116由两个轴承(未示出)支承，而齿轮箱118由主转子轴116支承。在一些构造中，齿轮箱118利用双路径几何形状来驱动装入的高速轴。高速轴(图2中未示出)用于驱动安装在主机架132上的发电机120。在一些构造中，通过联接器122来传递高速轴转矩。发电机120可以是任何适当的类型，例如绕线转子感应发电机。偏航驱动器124和偏航甲板126提供用于风力涡轮机100的偏航定向系统。风速测定提供用于偏4元定向系统的信息，包括在风力涡轮机处测得的即时和平均时间的风向和风速。风速测定可由风向标128提供。在一些构造中，偏航轴承系统安装在提供于塔架104顶上的固定凸缘(未示出)上。包括主轴承130、偏航甲板126、主机架132，以及相关支承结构的结构通常称为"底板"或"基架"。图3示出了根据本公开内容的示例性4MW机械能电能转换(MEPC)紧凑式传动系183。 MEPC紧凑式齿轮传动系(CGDT)183联接到转子120上。MEPCCGDT安置在空间构架160内。在该示例性实施例中，空间构架160包括空间构架过渡件142，其将空间构架160连接到塔架140上。点A为转子浆毂115后部与MEPC紧凑式传动系183主轴130的前面之间的界面。点B'为空间构架过渡件142与塔架140的交点。点B为一点，在该点处，不具有空间构架过渡件142的空间构架160或常规机舱通过其偏航曱板132(图2)将附接到塔架140上。在另一个实施例中，空间构架160可构造成不具有空间构架过渡件142，并且空间构架可在点B处附接到塔架140上。如最好在图3中可见，示例性的4MW MEPC紧凑式传动系183占据了体积缩小的2.5MW常规机抢185的轮廓160,容许机抢每单位体积的更大MW产能。在备选实施例中，MEPC紧凑式传动系183可占据1.5MW的常规基架和机艙内的体积。图4中示出了 MEPC紧凑式传动系183的主要元件。始于左侧的为浆毂-轴法兰410以及对应于点A(图3)的浆毂-主轴界面415,其中，转子负载经由浆毂-轴法兰410传递到主轴420上。称作l号轴承和2号轴承的两个轴承425,426分别用于将转子负载传递到空间构架160(图3)上，空间构架160然后将这些负载传递到塔架140(图3)上。主轴420然后延伸进入MEPC —体式齿4仑箱和发电冲几400中。MEPC齿轮箱和发电机内存在轴承，其容许轴相对于MEPC齿轮箱和发电机的固定外壳旋转。MEPC紧凑式传动系183并非由传统意义上的空间构架(未示出)的水平或竖直反作用力支承，作为替代，主轴420执行该功能。必须由空间构架接纳的MEPC紧凑式传动系负载为转矩。以此为实例，示出了周向结构带440,其中，转矩负载可围绕MEPC紧凑式传动系183的外周均匀地传播，并且更为均匀地传递到空间构架中。与安装在单独安装的传动系构件下方的重型基架相比，由于空间构架的结构设计全面包绕MEPC紧凑式传动系，故传递转矩是可行的。通过围绕MEPC紧凑式传动系183的周围传播转矩负载并传播到空间构架中，传递连结件(未示出M艮小，并且与经由一个或两个较大且较重的横向转矩臂来将齿轮箱转矩传递到基架上的常规基架/机抢设计相比，对于对应的反作用点使得总体上更轻的设计成为可能。图5示出了围绕点A和点B,以及备选地围绕点B'(见图3)的示例性力和力矩。参照图6中所示的x，y,z坐标系，示出了力Fx, Fy和Fz和力矩Mx,My和Mz。当风力负载冲击转子平面时，负载经由点A传递并传送至点B(在空间构架160并不包括空间构架过渡件142的实施例中)(图3)，或作为备选传送至点B'(在空间构架160包括空间构架过渡件142的实施例中)。相反，重型基架机舱设计实现了主要经由主轴、轴承和齿轮箱构件的负载传递，其中对轴的轴承和齿轮箱寿命有不利影响。 一体式的空间构架和MEPC紧凑式传动系设计将齿轮箱从负载路径上除去，并且更为直接地经由空间构架结构将这些转子负载向下传递到塔架上。点A、点B和点B'的位置是示例性的，并且在备选实施例中，可重新定位以解决结构几何形状和/或构件定位的变化。为了获得空间构架的模压和沖压的片状或板状金属的限
定，第一步是产生节点和横杆的网络，这些节点和横杆用于形成空间
构架外壳和内部构件桥接的第一近似。如图6中所示，基本的重复图案可包括由6个等边三角形组成的六边形600。这些六边形600从一种尺寸的图案平滑地转变成另 一种，并且存在沿传动系中心线对称的竖直平面。横杆自身可为通道、管路或盒形截面。节点可为用于横杆的任何适合的结点，并且例如可由初始的1D有限元分析(FEA)模型中的球体表示。基于主要的工作负载水平以及点A和点B(或作为备选的点B')之间的总体路径的布置，估计横杆长度和节点的重复图案。空间构架图案单元的较细网络可用于应力较高的区域。应力较低的区域使用较宽的图案间距，但并非宽到消极地影响完成的构架的外形。图案间距还必须考虑防风雨的织物覆盖件，其最终将会铺设在空间构架上。然后对于众多的FEA计算来优化图案，以将单独横杆中的应力和偏转最大限度地减小到允许值的规定水平。对于横杆的其它自由度包括横杆截面的区域定制、材料厚度、材料身见格及其它考虑因素。图7、图7A、图7B和图7C示出了一体式的空间构架160和MEPC紧凑式传动系的初始的1D模型的实例，该模型由主轴轴承425与MEPC紧凑式传动系转矩带440之间的接线表示。如最好在图7中可见，来自于转矩带440的转矩的分布经由联接到转矩带上的销或桥接结构而传递到空间构架上。桥接示出为在进人道或辅助设备的包含物之前的空间构架设计。使用连续的1D FEA计算的结果，优化了横杆、节点和销的图案，连同其特殊的设计特性。对于如下主要考虑因素来询问各计算结果
空间构架和MEPC紧凑式传动系组合的总体重量
点A与点B(或作为备选的点B')之间的总偏转
所有横杆和销(桥接部件)中的最大和接近最大的局部应力水平和位置
对于所有横杆和销中的最大和接近最大的局部偏转和位置 所有;f黄杆和销中的最小和接近最小的局部应力水平和位置 所有横杆和销中的最小和接近最小的局部偏转和位置各ID FEA计算的结果用于针对优化标准来在下个计算模型上产生设计更改。该优化过程可利用数字自动化进行应用。数字自动化可提供特殊空间构架和一体式的MEPC紧凑式传动系设计的精确和及时的i殳计。图8、图8A、图8B和图8C示出了在许多1DFEA优化循环之后的更为精细的中间空间构架模型的实例，该模型包括销和交叉结点，由主轴轴承425与MEPC紧凑式传动系转矩带440之间的接线表示。其它所需的设计特征，如前人员地板810和后人员地板820,以及内部主轴轴承425和MEPC转矩带440,分别加到该模型上，以进一 步提高总体空间构架优化标准。图9示出了常规基架和空间构架涡轮机的最大负载情况的实例的空间位移和MW额定功率之间的关系。随MW额定功率变化的点A与点B之间的位移为涡轮基架或空间构架的刚度的良好指标。常规涡轮设计所产生的最为常见的位移范围在大约0.01%至大约0.10%之间。在Q.6处示出了 3.6MW涡轮机的常规基架设计的位移范围。如图9中所示，对于1.5MW空间构架设计S,.5的估计刚度水平在大约0.05%至大约0.10%之间，而对于2.5MW空间构架设计S2.5的估计刚度水平在大约0.01%至大约0.05%之间。在S4R处示出了 4MW空间构架设计的刚度范围，而在S4处示出了在优化前的特殊空间构架设计。箭头920表示空间构架设计中包括常规的增加重量或使用包含为本公开内容的一部分的转矩加强。换句话说，通过使用较重的型钢和/或更多元件，可使得空间构架设计的最终刚度到达现有基架构造的近似范围，但这将导致空间构架更重且更昂贵。为了更轻的设计点，还可考虑相对于风力涡轮机总体偏转的空间构架偏转来优化空间构架的刚度。在一个实施例中，如稍后所述，MEPC工作转矩可用于"加
强，，空间构架，代替增加较重的子结构或增加具有增大才莫数的材料。设计优化的附加周期包括传动系元件与空间构架之间的"桥接件"。这些桥接件或"销"将传动系工作负载传递到空间构架中。为了最大限度地减小传递到传动系中的空间构架负载，这些销设置为内圆周"桁架"。它们围绕轴承支承件的圓周和MEPC紧凑式传动系转矩带均匀地伸展，而在传动系与空间构架内部之间的径向空间中的新内部节点与空间构架优化相似，用于改变重复图案的尺寸。它们还设
置成利用最大限度地减小传动系与空间构架之间的应力和总体相对偏转所需的"轴距(wheel-base)"的量。与外部空间构架的形成相似，这些早先的计算特征随后在优化过程中用模压和沖压金属片或金属板
来替换。再次参看图8,示出了具有销的中间销设计，销具有街架或网格型的外形。在极限的情况下，如果负载很高和/或空间构架的横杆太轻，则将会驱使用于三个传动系位置中的各个传动系位置的销限定到达彼此交叉的极端(并且提供对于附加节点的更多机会)。根据用于人员和构件的最终内部通路、转变成最终的片状或成形的板状金属或复合结构的复杂性，以及对于整体组合结构的总体重量和刚度，这是对此进4于的一种权ff。转矩带销或"桥接件"(且因此，替换1D分析销的最终的片状或成形的板状金属或复合空间构架结构)的另 一个重要特征在于其沿周向远离径向的构造。该设计特征造成一体式的空间构架和MEPC紧凑式传动系外壳总体上加强，以便提高操作转矩(风力涡轮机的电性输出)的水平。加强效果归因于受压的销将均匀的向外力施加到空间构架壁上，并且这继而又使空间构架壁置于称为"圓周应力"的周向上的张力下。同时，MEPC紧凑式传动系逐渐保持坚固并且位于空间构架的中心。图10中示出了在MEPC转矩带的轴向位置处(在从后部观察时)的空间构架横截面的简化示图。MEPC转矩带的外径(rl)和空间构架的内径(r2)由销结构[A]桥接。当风力涡轮机开始产生功率时，将MEPC转矩(T。输送到销结构[A]的内端(1)。反作用转矩(TR)表示为在销结构[A]中的压缩，而这又引起空间构架在(2)处向外加载。由于存在许多围绕圆周等距隔开的销结构[A],故空间构架同等地抵抗周围的该向外力，并且在空间构架中引起周向张力。当反作用转矩随风力涡轮机的功率产量水平的增长而增大时，空间构架主要地在周向上变得更加刚硬。图IIA和图IIB示出了乂人图IIA的中间空间构架设计过渡到图11B的横杆和节点的组合的区域方式，以开始将设计优化模型转变成成形的和连结的片状或板状金属结构的过程。这些区域可进行组合来改变横杆尺寸、截面形状、材料或其它特性，以便为了降低重量而更进一步地优化。这随后还用于设计过程中，以帮助引导用成形的、沖压的、模压的和连结的片状、板状金属，或复合镶板类几何形状170和构造边界165来替换横杆和节点。这些边界的层与层之间除一点外在完成用于一体式空间构架和MEPC紧凑式传动系的第一级特性的1D建模和优化之后，可开始进行向金属片或复合材料限定的转变。该过程始于用金属片或复合镶板替换空间构架中的节点和横杆的"补片"。利用从左到右的中心线对称来重复该过程，直到整个空间构架由成形的片状或板状金属镶板组成(在整个初始空间构架设计优化过程中所使用的所有横杆和节点(管路或压出的中空形状)均在该过程结束时被替换或除去)。金属片、金属板或复合镶板对于如下考虑因素进行设计
最低成本材料和制造工艺规范
钢片厚度的最大镶板尺寸和模压复杂性
用以确保最少零件数量和加工成本的镶板最小数目
优化对于所需特性的镶板截面 优化对于层数的镶板截面
对于用户或厂商而言，为了强度、刚度以及最高的总体总值而选择单独的片材或板材的厚度、模压形状和沖压开口 对于多片焊接所需的方法和几何形状 对于结合胶水的多片连结的备选实施例 对于镶板边缘焊接或连结所需的方法和几何形状 对于所有设计负载情况和操作极限的区段、几何形状和总体完成的组件所需的总体疲劳寿命要求作为成本最低的最佳操作特性的总体优化的一部分， 一个
最重要的设计杠杆在于选择空间构架的构成材料。空间构架可由金属、金属合金、复合材料、聚合物以及它们的组合构成。在另一个实施例中，空间构架使用金属合金构成。在另一个实施例中，金属合金为铝合金或钢。在另一个实施例中， 一体式的空间构架和紧凑式传动系使用在当前的机动车辆和卡车行业中存在的相同的钢材。用于机动
车辆应用场合(见图12)的片状钢材的一些实例包括软钢、耐冲击性钢、高强度钢以及马氏体钢。
软钢/低碳钢(MS)具有优异的可成形性、可制造性和低成本。其用于横梁、通道、轨道、管道和复杂形状。
耐沖击性钢(DRS)为可用作结构构件的低碳高强度的优质钢。DRS通常用于车身镶板、引擎盖、保险杠、行李箱盖和挡泥板。
高强度钢(HSS)用于机动车辆的车身结构和耐久性是首要要求的支承件。可能难以制造复杂形状。其使用的实例包括车门槛板、轨道、大梁和部件，以及内支柱和支承件。
可热处理的钢/马氏体钢提供了较高的强度-重量的比率(用来减轻对于轻量设计的重量)，但其较为昂贵。用途包括门防护梁、保险杠加固梁、弹簧和卡夹。图12总结了这四种基本材料，并且示出了强度和偏转特性的范围，以及成品的模压和冲压钢片原料的大约2007的成本。其它
16材料可用于空间构架构造。例如，中碳钢、高碳钢、合金钢、钛和钛
合金也可用于空间构架构造。合金钢可包括含有Cr， Ni, Si和Mn的合金钢。在另一个实施例中，不同材料的组合可用于构造空间构架。例如，空间构架可在应力较高的区域中使用高合金、高强度钢，而在应力较低的区域中使用低合金、低强度和较为便宜的钢。—体式的空间构架和MEPC紧凑式传动系的设计的最终的金属片或金属板限定对焊接和/或机械连结的组件接合部的疲劳寿命能力和保养也是选择特定空间构架设计材料的考虑因素。据估计，用于风力涡轮机空间构架应用场合的金属片或金属板的厚度名义上比当前最重型的机动车辆应用中所使用的厚度大两倍或三倍，例如与2至3毫米相比为6至9毫米。期望当前汽车和卡车中使用的形状和连结方法证实的成功的疲劳寿命是可传递的且与风力涡轮机空间构架应用有关。在工作期间，传动系和电力系统产生热量，这些热量在一体式空间构架和MEPC紧凑式传动系的设计中得到计算和管理。传送调节空气的进气口、通路和出口结合到空间构架结构中。还有，用于电力的、机械的或辅助流体保养的其它通路结合到空间构架结构中。完成这些是为了通过产生附加的内部承重结构来提高空间构架的强度和刚度。结构和电性/流体输送的这种特殊的双重用途特征的独特之处在于风力涡轮机一体式的空间构架和MEPC紧凑式传动系应用。对工作人员的安全、可达性和生产力的人机工程考虑被设计到一体式的空间构架和MEPC紧凑式传动系中。在维修期间，必须自由地接近传动系和电力系统，并且这包括浆毂的内部。从空间构架内部通向浆毂的内部并非新的设想，然而这种设计的三个特殊特征较为独特
1.从轴向上看，浆毂通路进人道位于相对于对应叶片数目的正常的三个位置的12点、3点45和8点15的时钟位置的叶片内位置上。备选的时钟位置和开口数目对于特定的叶片数目和空间构架与紧凑式传动系的整体式设计较为特别。
2. 浆毂通路进人道结合到空间构架结构中，并且在维持或提高总 体设计的刚度和强度时实现
3. 在备选实施例中，金属片或复合材料的进人道兼作用于风力涡 轮机的冷却空气入口和管路在一个实施例中，使用局部设计特征将进人道结合到空间 构架结构中，该局部设计特征安全地为移除的横杆和销承受负载。在 大多数位置上，使得有可能在任何方向上都有附加的横向部件，并且 这有助于保持总体空间构架的初始强度和刚度，且结合附加的较小标 度的内部承重特征来用于单个或多个进人道。 一般认为，这种特殊的 多用途特征(结构、人员通路和热管理/辅助保养)对于该风力涡轮机应 用是独特的。在空间构架内部的尺寸设计中，计算了用于构件的保养 和替换的内部间隙。还包括对主要构件提供修理或替换。图13A、图13B、图13C和图13D示出了根据本公开内容 的示例性空间构架160。图13A示出了过渡到另一邻近的空间构架区 i或1320的空间构架区i或1310。邻近的空间构架区i或1320可由与空间 构架区域1310相比的不同材料、不同材料厚度、不同截面形状或它 们的组合形成。图13B示出了两个模压的片状或板状金属镶板部件的 剖面，该镶板部件融焊或固态焊接或机械地连结在一起，以形成盒形 截面1330。图13D示出了多层或折合的空间构架壁区域的备选实施 例的实例，可优化该壁区域以减轻高应力和过度偏转。在备选实施例中，伴随着由将构件传动系与转子负载隔离 而引起的较高总体可靠性的高度一体化产生了独特的成本有利的风 力涡轮才几产品途径。在另 一个实施例中， 一体式的空间构架和MEPC 紧凑式传动系设计为且视作为是相当可靠的，以致产品寿命周期财务 基础可将全套机组的替换假定为"修理"策略。这将产生比其它可能的 甚至更紧凑和更轻/更便宜的空间构架。—体式的空间构架和传动系设计利用防风雨的、耐用且成本效益合算的织物覆盖件来在机器设计寿命内提供对传动系和塔架 上方内部构件的环境保护。例如，可使用提供二十至三十年服务的建 筑用织物覆盖件。该织物覆盖件还是优异的消声装置，这是由于其为 机械刺激声波发射的很弱的发射器。该织物将不会促进将机器噪声传 输到空间构架中，并且消除了声音传输到外部环境而引起的"镶板"振 动的可能性。尽管已经参照优选实施例描述了本文所公开的内容，然而
本领域的技术人员将会认识到，在不脱离本公开内容范围的情况下， 可做出多种改变，并且可用等同物代替其元件。此外，在不脱离本公 开内容基本范围的情况下，可做出许多修改以使特定的情势或材料适 应本文所教导的内容。因此，期望本^y开内容不限于作为构思成用于 执行本公开内容的最佳方式而公开的具体实施例，而是本公开内容将 包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。
权利要求
1.一种风力涡轮机(100)，包括转子(106)；联接到所述转子(120)上的紧凑式传动系(183)；以及安装在塔架(104)的顶上且与所述紧凑式传动系(183)形成一体的空间构架(160)，其中，所述空间构架(160)和所述紧凑式传动系(183)构造成用以将主要的转子负载和传动系转矩传递到所述塔架(104)。
2. 根据权利要求1所述的风力涡轮机(IOO),其特征在于，所述空 间构架(160)由连结的横杆形成。
3. 根据权利要求1所述的风力涡轮机(IOO),其特征在于，所述空 间构架(160)由连结的镶板形成。
4. 根据权利要求1所述的风力涡轮机(IOO)，其特征在于，所述空 间构架(160)由从包括金属合金、复合材料和聚合物材料的组中选出的 材料形成。
5. 根据权利要求5所述的风力涡轮机(100),其特征在于，所述材 料为从包括铝合金和钢的组中选出的金属合金。
6. 根据权利要求1所述的风力涡轮机(IOO)，其特征在于，进人道 被结合到所述空间构架(160)中。
7. 才艮据权利要求1所述的风力涡轮机(IOO),其特征在于，所述空 间构架(160)由建筑织物或其它防风雨材料所覆盖。
8. 根据权利要求1所述的风力涡轮机(IOO),其特征在于，所述紧构架(160)中。
9. 根据权利要求1所述的风力涡轮机(IOO),其特征在于，所述空 间构架包括一种构造成用以将传动系转矩和主要的转子负载传送到 支承结构上的结构。
10.根据权利要求9所述的风力涡轮机(100),其特征在于，所述结构构造成用以接收从所述紧凑式传动系(183)进入所述结构中的周向均匀的转矩负载。
全文摘要
本发明公开了一种空间构架风力涡轮机的能量转换器结构。具体而言，公开了一种风力涡轮机(100)，其包括安装在支承结构(104)顶上的空间构架(160)。空间构架(160)安置风力涡轮机的传动系(183)且与之形成一体。空间构架(160)将主要的转子负载和传动系转矩传送到支承结构上。
文档编号F03D1/00GK101624965SQ20091015211
公开日2010年1月13日 申请日期2009年7月9日 优先权日2008年7月9日
发明者L·D·维利 申请人:通用电气公司