专利名称：用于风力涡轮机的传动系统支撑结构的制作方法
技术领域：
本公开一般地涉及适合将机械风能转换成电输出能的风力涡轮机，并且尤其涉及
用于风力涡轮机的传动系统支撑结构。
背景技术：
风力涡轮机的传动系统典型地包括具有多个转子叶片的转子、轮毂、速度适配器单元或齿轮箱以及发电机。典型地，用于所述传动系统的支撑结构极大地构成了风力涡轮机的上部分的总重量。在风力涡轮机的运行期间，例如当具有多个转子叶片的转子旋转时，可产生振动。 典型地，转子围绕水平地定向的主轴线转动，其中，倾斜(例如转子的主轴线的水平定向)不可改变。为了使风力涡轮机的运行参数适合环境状况，可调节偏航角(例如机器外罩围绕例如塔架轴线的竖轴线转动的角度)和桨距角(例如转子叶片围绕其纵轴线的转动)。
发明内容
考虑到上述事实，提供了一种用于包括传动系统的风力涡轮机的传动系统支撑装置，所述传动系统支撑装置包括适合枢转地支撑传动系统的铰链连接构件，适合支撑铰链连接构件的自支撑结构，以及适合支撑配重的第一格架结构，该配重连接至传动系统并对传动系统起作用。 根据另一方面，提供了包括传动系统和传动系统支撑装置的风力涡轮机，所述传动系统支撑装置包括适合枢转地支撑传动系统的铰链连接构件，适合支撑铰链连接构件的自支撑结构，以及适合支撑配重阻尼器质量块的第一格架结构，该配重阻尼器质量块连接至传动系统并对传动系统起作用。 根据又一方面，提供了一种用于调节风力涡轮机的传动系统的倾角的方法，该风力涡轮机包括传动系统和传动系统支撑装置，所述方法包括确定风力涡轮机的位置处的风切变、测量风力涡轮机的传动系统的实际倾角、改变作为实际倾角和所测量的风切变的函数的传动系统的倾角。 其它的示范性的实施例依照从属权利要求、说明书以及附图。
在包括对附图的参考的本说明书的剩余部分中对本领域普通技术人员更具体地阐述了包括其最佳模式的完整且能够实现的公开，其中 图1是根据一典型的实施例的具有塔架和布置成围绕竖轴线可转动的机器外罩的风力涡轮机的侧视图，其中，机器外罩包括振动阻尼器单元； 图2是图l中所示的风力涡轮机的顶视图，其中，转子的转子轴线的定向显示成相对于偏航角可调节；
图3是根据一典型的实施例的传动系统支撑装置的侧视图，其中，传动系统包括 速度适配器单元和发电机； 图4是根据另一典型的实施例的传动系统支撑装置的侧视图，其中，传动系统包 括速度适配器单元和发电机； 图5是根据又一典型的实施例的传动系统支撑装置的侧视图，其中，传动系统包 括直接传动的发电机； 图6是根据又一典型的实施例的传动系统支撑装置的侧视图，其中，传动系统包 括直接传动的发电机；以及 图7示出解释用于依赖于所测量的风切变而调节风力涡轮机的转子轴线的倾角 的方法的流程图。
具体实施例方式
现将详细地参考各种示范性的实施例，其中的一个或多个示例示出在附图中。各 示例以解释的方式提供而不意味着成为限制。例如，作为一实施例的一部分而示出或描述 的特征可用在其它的实施例上，或者与其它实施例相结合以产生又一另外的实施例。本公 开意在包括此类修改和变化。 下文将解释多个实施例。在这种情形中，在附图中相同的结构特征由相同的参考 标号所标识。显示在附图中的结构并未按真实比例描绘，而是仅用作更好地理解这些实施 例。 图1示出根据一典型的实施例从一侧所观察的风力涡轮机100。风力涡轮机100 包括塔架和布置成在塔架102的顶部可转动的机器外罩103。机器外罩包括具有至少一个 转子叶片101的转子、轮毂104以及主轴117。典型地，风力涡轮机100的传动系统包括主 轴117、转子104、以及齿轮箱发电机装置(在下文加以描述)。可使机器外罩103围绕竖 轴线107转动，以使得转子叶片和主轴117可以分别地朝着进风(incoming wind)的风向 105而定向。依赖于进风的强度，可在整个风力涡轮机上产生弯矩109。弯矩109围绕垂直 于竖轴线107和转子轴线115的典型地水平的轴线而起作用。 为了获得自风能到转动能的良好的能量转换，可相对于桨距角108调节该至少一 个转子叶片101。通过围绕各个转子叶片的纵轴线转动各个转子叶片而调节桨距角108。因 此，桨距角可确定作为作用在特定的转子叶片上的进风105的强度的函数的载荷。
根据一典型的实施例，提供了振动阻尼器单元114，其适合衰减由变化的风力和转 动效应所造成的振动。这些振动(或振荡)可对整个风力涡轮机100起作用，例如，风力涡 轮机的若干部分以组合的模式振动。典型地，这些振荡取决于风力涡轮机100的设计和气 象状况。 振动阻尼器单元布置在振荡可有效地被衰减的部位处。因此，整个风力涡轮机100 或风力涡轮机100的各部分的机械布置的特定的振动频率可被衰减。为了有效，这种载荷 减少系统典型地安装在塔架102的顶上，例如在机器外罩103内或外。因此可能的是，振动 阻尼器单元与风力涡轮机100的传动系统一起围绕竖轴线107转动。可提供可形成为配重 阻尼器质量块的配重作为液体调整阻尼器(liquidtuned damper)。在一典型的实施例中， 该液体调整阻尼器可包括水。
图2是图1中所示的风力涡轮机100的顶视图。转子轴线115由主轴117(图1)的轴线所限定并可通过改变偏航角106而被指向进风方向105。当具有多个转子叶片101的转子转动时，可产生振动，该振动由主动或被动振动阻尼器单元114衰减。如果在风力涡轮机的位置处存在风切变，例如，如果在接近地面的较低区域中的风速比地面上方高处的较高区域中的风速小时，根据一典型的实施例，不仅通过改变偏航角106而相对于进风方向105调节转子轴线115，而且还相对于垂直于竖轴线107 (图1)和转子轴线115的轴线调节转子轴线115。该轴线称之为倾斜轴线，并且围绕该倾斜轴线的转动的角度为倾角116(见下文图3-6)。 为了围绕垂直于竖轴线107和转子轴线115的倾斜轴线118转动风力涡轮机100
的传动系统，根据图3-6中所示的典型的实施例提供了一种传动系统支撑装置。 图3示出根据一典型的实施例的传动系统支撑装置200。自支撑结构207布置在
塔架102的顶上。该自支撑结构207通过装配单元120而装配在塔架轴承119处。铰链连
接构件201在自支撑结构207的前端处固定在该自支撑结构207上，例如，固定在指向风力
涡轮机100的轮毂104的端部处。铰链连接构件201可包括阻尼机构(例如油减震器单元)。 在图3中所显示的典型的实施例中，风力涡轮机100的传动系统包括具有多个转子叶片101和转子轴线115的转子、速度适配器单元113以及发电机112。速度适配器单元113用于使转子的转动速度适合所要求的发电机112的输入转动速度。在一典型的实施例中，速度适配器单元可包括齿轮箱。包括转子、速度适配器单元113以及发电机112的传动系统适合连接至自支撑结构207，其中，该连接可围绕典型地水平的轴线转动。
因此，铰链连接构件201适合枢转地支撑传动系统。提供倾角检测单元210以测量实际倾角116，和/或倾角116的改变。因此，倾角116是对转子轴线115的定向的测量值。自支撑结构可形成机器外罩103(显示在图1和图2中)的一部分并可通过应用柔性波纹管209(其连接至传动系统的可倾斜部分)而包括闭合的壳体。通过连接至第一格架结构202的配重203提供反力。配重203的重力212通过缆索204而传递至可倾斜的传动系统。此外，配重可作为阻尼器质量块以用于衰减振动。这种配重阻尼器质量块可相对于传动系统沿方向208例如水平地可移动，以使得可补偿转子叶片处的风推力。
如图3中所示，第一格架结构202也可连接至用于将自支撑结构207连接至塔架轴承119的装配单元120。通过改变配重203的重量值，可能改变作用在缆索204上的力并且因此改变整个传动系统的倾角116。更合宜地，沿由箭头208所示的方向移动配重203，以分别地调节传动系统和转子轴线115的倾角116。作用在转子轴线115上的力矩由配重203的重量及配重和塔架轴线107 (图1)之间的间距决定。 在第一格架结构202的顶端处，其可包括用于支撑风速计206的风速计支撑单元205。风速计支撑单元205适合将风速计206布置成远离由转动的转子叶片所造成的空气湍流。安装在远离具有多个转子叶片101的主转子的位置处的风速计206较少被转动的转子叶片IOI所造成的风偏(wind deviation)所影响，并且因此与安装成靠近塔架轴线(竖轴线)107的风速计相比提供了更好的测量精度。 在此注意的是，除了相对于进风105的水平风切变使转子轴线115的倾角116适合之外，也可根据在风力涡轮机100内的不同位置处所测量的载荷使转子轴线115的倾角116适合。此外注意的是，具有自支撑结构207和第一格架结构202的传动系统支撑装置 200是轻量构造，其节约偏航能量并使风力涡轮机的安装轻松。配重沿配重移动方向208的 移动可用于抵消由进风105所造成的推力变化。 图4示出根据另一典型的实施例的用于传动系统(其包括转子、速度适配器113 以及发电机112)的传动系统支撑装置。 在此注意的是，为了避免重复的描述，关于先前的附图的已描述的部件或步骤在 下文部分中不再重述。此外，在随后的附图的描述中不再详细地重复解释在描述中在先前 的附图中已解释的参考数字。 如在图3中所示的典型的实施例中一样，提供了自支撑结构207，其通过至少两个 装配单元120而连接至塔架102的塔架轴承119。 再次，自支撑结构207处于固定位置处，其中，在图4中所示的实施例中，铰链连接 构件201由第二格架结构211支撑，该第二格架结构211由第二装配单元121所连接。现在 传动系统可围绕铰链连接构件201 (其在速度适配器113的前端处连接至传动系统)的轴 线转动。如相对于图3所示的实施例中一样，提供第一格架结构202，其通过装配单元120 而连接至塔架轴承119。 现在配重203作用在缆索204的三个不同的部分上。缆索204的第一部分连接至 传动系统，其中，缆索204的第二和第三部分连接至第二格架结构211。
与第一格架结构202 —样，第二格架结构211是轻量的，以使得与没有任何格架结 构的机器外罩相比，整个传动系统支撑装置200具有减少的重量。 提供柔性波纹管209作为传动系统和固定的自支撑结构207之间的连接件。再次， 可沿箭头208的方向移动配重203，以使得可变更转子轴线115的倾角116。
在下文中，关于图5和图6解释根据另外的典型的实施例的传动系统支撑装置 200。关于传动系统支撑装置，图5和图6对应于图3和图4，而图5和图6与图3和图4 相比区别在于，速度适配器113和发电机112(图3和图4)的组合已由直接传动的发电机 111(图5和图6)所替代。 更确切地说，图5对应于图3，其中，速度适配器113和发电机112已由直接传动的 发电机111所替代。图6对应于图4，其中，速度适配器113和发电机112已由直接传动的 发电机111所替代。因此，图5的传动系统支撑装置200对应于图3的传动系统支撑装置， 而图6的传动系统支撑装置对应于图4的传动系统支撑装置200。 如图5中所示，铰链连接构件201连接至自支撑结构207，以使得直接传动的发电 机111围绕垂直于风力涡轮机的竖轴线107 (图1)和转子轴线115 二者的水平轴线(倾斜 轴线118 ;见图2)可倾斜。提供了柔性波纹管209以将直接传动的发电机111连接至自支 撑结构207。如关于图3所解释的，在第一格架结构202的上端处提供了带有风速计206的 风速计支撑单元205。 图6示出根据又一典型的实施例的传动系统支撑装置200。除第一格架结构202 之外，提供了第二格架结构211，该第二格架结构211在铰链连接构件201的位置处连接至 自支撑结构207。倾角检测单元210检测传动系统(其包括具有多个转子叶片101的转子、 轮毂104以及直接驱动的发电机111)围绕倾斜轴线118(图2)的倾角116。
如关于图4所示的实施例中一样，提供了缆索204的三部分。缆索204的第一部分将配重203的重力212传递至传动系统，其中，缆索204的第二和第三部分保持第二格架结构211。 图7是示出根据一典型的实施例的用于调节风力涡轮机100的传动系统的倾角的方法的流程图。在步骤S1开始过程。 在步骤S2，测量风力涡轮机100的不同高度处的风。此外，例如由转子叶片处的弯矩执行对风切变的计算和/或估算。这种风测量导致风切变的确定，该风切变的确定可用于转子轴线115的合理调节。过程前进至步骤S3，在此处测量转子轴线115的实际倾角116。如果实际倾角116适合所测量的风切变(在步骤S4处为"是")，则过程进入步骤S6。
在此注意的是，可使用不同轮毂高度处的风速计测量风切变。此外，可从至少一个转子叶片的挠度(deflection)或载荷的测量中计算风切变。 当在步骤S4处确定实际倾角116不适合所测量的风切变(在步骤S4处为"否")时，过程前进至步骤S5，在此处根据所测量的风切变改变倾角。可通过沿配重移动方向208 (见图3-6)移动配重203而改变倾角。 然后，过程前进至步骤S6，在此处确定风切变是否已改变。风切变的任何变化的确定再次可由安装在风力涡轮机100上的不同高度处的风速传感器执行。如果风切变已改变(在步骤S6处为"是")，则过程返回至步骤S2，并且，重复过程性步骤S2至S5 (S4)。如果确定风切变未改变(在步骤S6为"否")，则过程在步骤S7处结束。 已基于附图中所示的实施例描述了本发明，且从这些实施例显现了进一步的优点和变化。但是，本发明公开不限于以具体用词所描述的实施例，相反地，可以合适的方式加以修改和改变。以合适的方式将一实施例的单个的特征及这些特征的组合与另一实施例的特征及这些特征的组合相结合以得出另外的实施例处于范围内。 基于本文中的教导，对于本领域技术人员将显而易见的是，可以进行改变和修改而不脱离本公开和其更宽泛的方面。换句话说，在上文中所阐述的所有示例都意在为示范性的而非限制性的。
权利要求
一种用于包括传动系统的风力涡轮机(100)的传动系统支撑装置(200)，所述传动系统支撑装置(200)包括适合枢转地支撑所述传动系统的铰链连接构件(201)；适合支撑所述铰链连接构件(201)的自支撑结构(207)；和适合支撑配重质量块(203)的第一格架结构(202)，所述配重质量块(203)连接至所述传动系统并对所述传动系统起作用。
2. 根据权利要求l所述的传动系统支撑装置(200)，其特征在于，配重形成为配重阻尼 器质量块(203)，所述配重阻尼器质量块(203)适合使所述传动系统围绕水平轴线倾斜。
3. 根据权利要求1所述的传动系统支撑装置(200)，其特征在于，所述配重(203)通过 至少一根缆索连接至所述传动系统。
4. 根据权利要求l所述的传动系统支撑装置(200)，其特征在于，所述铰链连接构件 (201)包括阻尼机构。
5. 根据权利要求4所述的传动系统支撑装置(200)，其特征在于，所述阻尼机构包括油减震器单元。
6. 根据权利要求1所述的传动系统支撑装置(200)，其特征在于，所述配重(203)相对 于所述传动系统可移动，以使得能够在所述传动系统处施加可变力。
7. 根据权利要求1所述的传动系统支撑装置(200)，其特征在于，提供了适合支撑所述 传动系统的第二格架结构(211)。
8. 根据权利要求7所述的传动系统支撑装置(200)，其特征在于，所述第二格架结构 (211)连接至至少一根缆索(204)，所述至少一根缆索(204)连接至所述配重(203)。
9. 根据权利要求l所述的传动系统支撑装置(200)，其特征在于，提供了柔性波纹管 (209)，其将所述传动系统连接至所述自支撑结构(207)。
10. 根据权利要求1所述的传动系统支撑装置(200)，其特征在于，所述传动系统支撑 装置(200)是所述风力涡轮机(100)的机器外罩的一部分。
11. 根据权利要求10所述的传动系统支撑装置(200)，其特征在于，所述配重(203)布 置在所述机器外罩外。
12. 根据权利要求10所述的传动系统支撑装置(200)，其特征在于，所述配重(203)布 置在所述机器外罩内。
13. 根据权利要求1所述的传动系统支撑装置(200)，其特征在于，在所述第一格架结 构(202)处提供了风速计支撑单元(205)，并且所述风速计支撑单元(205)适合支撑风速计 (206)。
14. 根据权利要求1所述的传动系统支撑装置(200)，其特征在于，在所述风力涡轮机 (100)的发电机(112)和转子之间提供了速度适配器单元。
15. —种用于调节风力涡轮机(100)的传动系统的倾角的方法，所述风力涡轮机(100) 包括传动系统和传动系统支撑装置(200)，所述方法包括确定所述风力涡轮机(100)的位置处的风切变；测量所述风力涡轮机(100)的所述传动系统的实际倾角；以及改变作为所述实际倾角和所述测量的风切变的函数的所述传动系统的倾角。
16. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述倾角通过配重阻尼器质量块(203)的水平移位而改变。
17. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，转子轴线的实际倾角由倾角检测单元
18. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，水平风切变通过检测围绕水平轴线的 所述风力涡轮机(100)的弯矩(109)而确定。
19. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述配重阻尼器质量块(203)提供所述 传动系统的振动阻尼。
全文摘要
本发明涉及一种用于风力涡轮机的传动系统支撑结构，具体而言，提供了一种用于包括传动系统的风力涡轮机(100)的传动系统支撑装置(200)。传动系统支撑装置(200)包括适合枢转地支撑传动系统的铰链连接构件(201)，适合支撑铰链连接构件(201)的自支撑结构(207)，以及适合支撑配重阻尼器质量块(203)的格架结构。配重阻尼器质量块(203)连接至传动系统并对传动系统起作用。
文档编号F03D11/04GK101737246SQ200910222139
公开日2010年6月16日 申请日期2009年11月6日 优先权日2008年11月7日
发明者E·耶格罗, P·贝尼托 申请人:通用电气公司