用于风力涡轮机的机舱主框架结构和传动系组件的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种机舱主框架结构和传动系组件（10），其用于安装在风力涡轮机（1）的塔架（2）上。该机舱主框架结构和传动系组件（10）包括传动系（4）的至少一部分和机舱主框架结构（3）。根据本发明实施例，所述传动系（4）的至少一部分包括：第一连接接口（11），该第一连接接口在机舱主框架结构和传动系组件（10）的转子侧（R）处与机舱主框架结构（3）连接；以及第二连接接口（13），该第二连接接口与机舱主框架结构（3）连接，沿着远离转子侧（R）的方向看，该第二连接接口（13）相对于第一连接接口（11）沿轴向移置。
【专利说明】用于风力涡轮机的机舱主框架结构和传动系组件
【技术领域】
[0001]本发明涉及机舱主框架结构和传动系组件，其用于安装在风力涡轮机的塔架上。【背景技术】
[0002]如今，风力涡轮机市场千变万化。而持续的需求是较大的风力涡轮机，以便能够产生较高数量的兆瓦电力，也称为多兆瓦风力涡轮机。同时，减小涡轮机及其各部件的齿轮和
重量的需求变得越来越重要。
[0003]在风力涡轮机中，通常风力涡轮机转子驱动齿轮传动单元或齿轮箱的低速轴，该齿轮传动单元或齿轮箱将转子的转矩和速度转化为发电机所需的转矩和速度。多兆瓦风力涡轮机的日益增长的需求对这种风力涡轮机的各部件的新设计提出了难题。这是因为风力涡轮机的重量和成本要保持尽可能的低或者至少保持在可接受的范围内，同时必须要确保各部件能够承受在风力涡轮机操作期间产生的高转子载荷。
[0004]在已有的涡轮机设计中，可以分为两个主要的类别。第一类别包括具有机舱主框架结构的涡轮机，机舱主框架结构自身的强度足以应对来自转子的所有载荷。属于该第一类别的涡轮机设计的例子是这样一种涡轮机，其中机舱主框架结构包括常规的台板设计，该台板设计具有保持主轴的两个主轴承。然而，这导致沉重的机舱主框架，然后，包括例如齿轮箱和/或发电机的沉重传动系安装在该机舱主框架上。传动系制成为较重的原因在于其必须能够承受全部转矩载荷。这导致风力涡轮机具有非常沉重的顶部质量。
[0005]这种第一类别中的设计概念具有的优点在于传动系的各部件容易更换的特性，但是这些设计概念的主要缺陷在于传动系自身非常沉重并且仅仅部分地用来将转子载荷传递到风力涡轮机的塔架。结果，需要更加稳固的机舱主框架结构，因此导致机舱主框架结构的整体重量较高。
[0006]第二类别包括具有一体化机舱主框架结构设计的涡轮机，其中机舱主框架结构和传动系形成一个单元。这种设计的优点在于结构部件以更加优化的方式用于将转子载荷传递到塔架。这是载荷承载部件的更加优化的使用，因此，相对于第一类别的设计，机舱主框架结构的重量可以降低。然而，这些一体化设计使得各部件的服务或更换变得较为困难，从而导致可更换的可能性较低以及服务和维护活动的较高成本。
[0007]从以上可以清楚地看到，对于当前已有的涡轮机设计，必须在风力涡轮机各部件的最佳可更换可能性与机舱主框架结构的最佳重量之间找到折中方案。
【发明内容】
[0008]本发明提供一种机舱主框架结构和传动系组件，其用于安装在风力涡轮机的塔架上。机舱主框架结构和传动系组件包括传动系的至少一部分和机舱主框架结构。根据本发明实施例，所述传动系的至少一部分包括:第一连接接口，该第一连接接口在机舱主框架结构和传动系组件的转子侧处与机舱主框架结构连接；以及第二连接接口，该第二连接接口与机舱主框架结构连接，沿着远离转子侧的方向看，该第二连接接口相对于第一连接接口沿轴向移置。
[0009]第一连接接口与第二连接接口不同。换言之，第一和第二连接接口彼此独立地形成。从而，第一和第二连接接口没有形成一个相同的连接接口，而是确实形成两个独立的连接接口。这意味着，第一连接接口和第二连接接口不会彼此交叠或者不会彼此直接接触。
[0010]根据本发明实施例，第一连接接口可以沿着与传动系的轴线大致垂直的方向取向，或者换言之，可以沿着与塔架的轴线大致平行的方向取向。第二连接接口可以沿着与传动系的轴线大致平行的方向取向，或者换言之，可以沿着与塔架的轴线大致垂直的方向取向。从而，根据这些实施例，第一和第二连接接口可以彼此大致垂直的方向取向。
[0011]根据本发明实施例的第一和第二连接接口的这种取向的优点在于，不需要设置额外的结构来将转子载荷从转子的水平轴线带到塔架的竖向轴线。
[0012]从而，作为根据本发明实施例的机舱主框架结构和传动系组件设计的结果，在风力涡轮机操作期间，所有转子载荷的大部分可以从转子经由传动系传递到风力涡轮机的塔架。其优点在于，与已有的机舱主框架结构相比，机舱主框架结构需要的材料显著少，原因是转子载荷的大部分经由传动系传递，而不是经由机舱主框架结构自身传递。结果，机舱主框架结构可以制成为比已有的机舱主框架结构显著地轻。
[0013]根据本发明实施例，传动系可以包括齿轮箱和发电机。根据其它实施例，传动系可以仅仅包括发电机。
[0014]机舱主框架结构和传动系组件还可以包括用于支撑风力涡轮机的转子的至少一个轴承，也被称为主轴承。机舱主框架结构可以包括用以连接到转子的第一部分以及用以连接到风力涡轮机的塔架的第二部分。根据本发明实施例，该至少一个轴承可以位于机舱主框架结构的第一部分上。根据这样的实施例，沿着与传动系的轴线平行的方向看，传动系可以相对于至少一个轴承沿轴向远离机舱主框架结构和传动系组件的转子侧移置。根据其它实施例，该至少一个轴承还可以位于传动系上。
[0015]根据本发明实施例，该至少一个轴承可以适于经由其外环连接到风力涡轮机的转子。在这样的情况下，该至少一个轴承可以通过其内环连接到机舱主框架结构。
[0016]根据本发明其它实施例，该至少一个轴承可以适于经由其内环连接到风力涡轮机的转子。
[0017]根据这样的实施例，该至少一个轴承可以通过其外环连接到机舱主框架结构。
[0018]根据其它的实施例，传动系还可以包括与风力涡轮机的转子连接的第三连接接□。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]应当注意到，不同附图中的相同附图标记表示相同的、相似的或类似的元件。
[0020]图1为风力涡轮机的正视图。
[0021]图2至图4示出了根据本发明实施例的机舱主框架结构和传动系组件的三维视图。
[0022]图5示出了根据本发明实施例的机舱主框架结构的三维视图。
[0023]图6至图10示出了根据本发明实施例的机舱主框架结构和传动系组件的横截面图，这些实施例附接到风力涡轮机的转子。【具体实施方式】
[0024]在说明书中，不同的实施例将用来描述本发明。因此，将参考不同的附图。应当理解，这些附图是非限制性的，本发明仅仅由权利要求限制。从而附图是用于示意性目的，为了清楚起见，附图中一些元件的尺寸可能被夸大。
[0025]术语“包括”并不是解释为以任何方式限制本发明。权利要求中所用的术语“包括”并不用来限制为其后所描述的意思；其并不排除其它元件、部件或步骤。
[0026]权利要求和说明书中所用的术语“连接”并不是解释为限制成直接连接，除非另外指明。因此，部件A连接到部件B并不是限制为部件A与部件B直接接触，而是还包括部件A和部件B之间的间接接触，换言之，还包括在部件A和部件B之间具有中间部件的情况。
[0027]并不是所有的本发明实施例都包括本发明的所有特征。在以下的说明书和权利要求中，受权利要求书保护的实施例中的任何实施例均可以以任意组合使用。
[0028]将借助于不同的实施例来描述本发明。应当理解，这些实施例仅仅是为了能够容易地理解本发明，而并不是用来以任何方式限制本发明。
[0029]本发明提供一种机舱主框架结构和传动系组件，其用于安装在风力涡轮机的塔架上。机舱主框架结构和传动系组件包括传动系的至少一部分和机舱主框架结构。根据本发明，传动系的至少一部分包括:第一连接接口，该第一连接接口在机舱主框架结构和传动系组件的转子侧处与机舱主框架结构连接；以及第二连接接口，该第二连接接口与机舱主框架结构连接，沿着远离转子侧的方向看，该第二连接接口相对于第一连接接口沿轴向移置。
[0030]图1示出了风力涡轮机I。风力涡轮机I包括塔架2，机舱主框架结构和传动系组件10设置到该塔架上。机舱主框架结构和传动系组件10包括机舱主框架结构3和传动系
4。根据本发明的实施例且如图1所示，传动系4可以包括齿轮箱5和发电机6。然而，根据本发明的实施例，传动系4可以仅仅包括发电机6。风力涡轮机I还包括转子7和转子叶片8。
[0031]图2至图4示出了根据本发明实施例的机舱主框架结构和传动系组件10的三维视图。在给定的例子中，紧挨着齿轮箱5和发电机6，传动系4还可以包括环齿轮9。图5中示出的机舱主框架结构3可以包括用以连接到风力涡轮机I的转子7的第一部分3a以及用以连接到风力涡轮机I的塔架2的第二部分3b。用于根据本发明实施例的传动系4的齿轮箱5和/或发电机6可以是本领域技术人员已知的任何合适的齿轮箱和/或发电机。
[0032]传动系4具有第一连接接口 11，该第一连接接口在机舱主框架结构3的第一部分3a处与机舱主框架结构3连接。从而，第一相互连接接口 11位于机舱主框架结构和传动系组件10的转子侧R处。机舱主框架结构和传动系组件10的转子侧R是机舱主框架结构和传动系组件10的用于与风力涡轮机I的转子7连接的那一侧。传动系4可以借助凸缘12连接到机舱主框架结构3的第一部分3a。第一连接接口 11沿着与传动系4的轴线A大致垂直的方向取向。或者换言之，第一连接接口 11沿着与风力涡轮机I的塔架2的轴线B大致平行的方向取向。
[0033]机舱主框架结构3和传动系4之间的第二连接接口 13与机舱主框架结构3的第二部分3b连接。从远离转子侧R的方向考虑，第二连接接口 13相对于第一连接接口 11沿轴向移置。根据本发明实施例且如图2至图4所示，第二连接接口 13可以沿着与传动系4的轴线A大致平行的方向取向，或者换言之，沿着与风力涡轮机I的塔架2的轴线B大致垂直的方向取向。从而，从以上描述可以清楚的是，第一连接接口 11和第二连接接口 13可以取向成彼此大致垂直。
[0034]第一连接接口与第二连接接口不同。换言之，第一和第二连接接口彼此独立地形成。从而，第一和第二连接接口没有形成一个相同的连接接口，而是确实形成两个独立的连接接口。这意味着，第一连接接口和第二连接接口不会彼此交叠或者不会彼此直接接触。
[0035]根据本发明实施例的机舱主框架结构和传动系组件10还可以包括用于支撑风力涡轮机I的转子7的至少一个主轴承14。从图2至图4中可以看到，根据本发明实施例，主轴承14可以位于机舱主框架结构3的第一部分3a上。
[0036]如本领域技术人员已知的，常规轴承具有内环和外环，在内环和外环之间具有轴承滚子。在图2至图4以及图6的横截面图给出的例子中，主轴承14可以适于经由其外环连接到风力涡轮机I的转子7。换言之，当根据图2至图4和图6所示实施例的机舱主框架结构和传动系组件10安装在风力涡轮机I中时，主轴承14可以经由其外环连接到风力涡轮机I的转子7。因此，主轴承14可以通过其内环连接到机舱主框架结构3的第一部分3a。在这种情况下，机舱主框架结构3的第一部分3a的内径D1小于主轴承14的内径D2 (参见图6)。
[0037]根据本发明其它实施例，主轴承14可以适于经由其内环连接到风力涡轮机I的转子7。换言之，当根据这样的实施例的机舱主框架结构和传动系组件10安装在风力涡轮机I中时，主轴承14可以经由其内环连接到转子7。这在图7中示出。因此，根据这些实施例，主轴承14可以经由其外环连接到机舱主框架结构3的第一部分3a。从图7中可以看到，机舱主框架结构3的第一部分3a的直径D1大于主轴承14的直径D2。
[0038]因为根据图2至图4以及图6和图7的实施例，主轴承14位于机舱主框架结构3的第一部分3a上，所以传动系4沿着与传动系4的轴线大致平行的方向相对于主轴承14沿轴向远离转子侧R移置。
[0039]然而，根据其它实施例，用于支撑转子7的至少一个主轴承14还可以位于传动系4上。这在图8中示出。在图8给出的例子中，至少一个主轴承14可以适于通过其外环连接到转子7。因此，至少一个主轴承14可以适于通过其内环连接到传动系4。然而，根据其它实施例，至少一个主轴承14还可以适于通过其内轴承连接到风力涡轮机I的转子7 (附图中未示出)。在这样的情况下，至少一个主轴承14可以适于通过其外轴承连接到机舱主框架结构3的第一部分3a。
[0040]根据本发明的另外的实施例且从图6至图8中可以看到，当根据本发明实施例的机舱主框架结构和传动系组件10安装在风力涡轮机I中时，紧挨着与机舱主框架结构3连接的第一和第二连接接口 11、13，传动系4还可以包括第三连接接口 15，该第三连接接口与风力涡轮机I的转子7连接。根据本发明实施例，这个另外的连接接口 15可以形成在转子7和传动系凸缘16之间。
[0041]在上述实施例中，传动系4总是包括齿轮箱5和发电机6。然而，根据本发明的实施例，传动系4可以仅仅包括发电机6。这在图9中示出。在给出的例子中，主轴承14可以经由其外环连接到转子7，并且可以经由其内环连接到机舱主框架结构3的第一部分3a。应当理解，还可以有其它的方式，即主轴承14可以经由其内环连接到转子7，并且经由其外环连接到机舱主框架结构3的第一部分3a，与图7所示的主轴承14位于机舱主框架结构3的第一部分3a上的情况类似。
[0042]此外，在上述实施例中，机舱主框架结构和传动系组件10示出为总是包括完整的传动系4。然而，根据本发明的其它实施例，机舱主框架结构和传动系组件10可以仅仅包括传动系4的一部分。例如且如图10所示，齿轮箱5可以是机舱主框架结构和传动系组件10的一部分，同时发电机6可以位于机舱主框架结构和传动系组件10的外侧。
[0043]作为根据本发明实施例且如上所述的机舱主框架结构和传动系组件10设计的结果，所有转子载荷的大部分将从转子7经由传动系4传递到风力涡轮机I的塔架2。转子载荷意味着来自于风力涡轮机I的转子7运动和重量的所有载荷和力。转子载荷的大部分通过传动系4传递意味着，转子载荷的最大部分将通过传动系4传递，但是还将有转子载荷的最小部分仍然将通过机舱主框架结构3传递。然而，仍然将通过机舱主框架结构3传递的转子载荷的该部分将远远小于当前现有技术的机舱主框架结构和传动系组件的情况。
[0044]来自转子7的转子载荷首先被传递到主轴承14。机舱主框架结构3和传动系4之间的第一连接接口 11位于主轴承14的该位置处。由此，转子载荷将从主轴承14传递到传动系4。然后，在沿着远离转子侧R的方向考虑相对于第一连接接口 11沿轴向移置的位置处，转子载荷经由第二连接接口 13进一步传递到风力涡轮机I的塔架2。
[0045]从而，在根据本发明实施例的机舱主框架结构和传动系组件10的设计中，传动系4获取大部分转子载荷，并且将它们传递到风力涡轮机I的塔架2。因此，根据本发明实施例，传动系4形成载荷路径的一部分。换言之，传动系4为机舱主框架结构3提供刚度。
[0046]其优点在于，根据本发明实施例，与已有的机舱主框架结构相比，机舱主框架结构3需要的材料显著少，原因是转子载荷的大部分经由传动系4传递，而不是经由机舱主框架结构3自身传递。结果，机舱主框架结构3的重量将比已有的机舱主框架结构轻。
[0047]此外，不需要设置额外的结构来将转子载荷从转子7的水平轴线带到塔架2的竖向轴线，原因是这通过提供彼此大致垂直的两个连接接口 11、13 (参见较高的)并且由此利用传动系4作为这两个轴线之间的载荷路径而实现。
[0048]根据本发明实施例的机舱主框架结构和传动系组件10的另一个优点在于，针对例如服务目的，传动系4可以容易地从组件移除，而不必将转子7从机舱主框架结构3拆下。传动系4可以在两个连接接口 11、13处断开，然后可以沿轴向被移除。这意味着，其可以沿着与传动系4的轴线大致平行的方向在风力涡轮机I的塔架2之后运动回到机舱主框架结构3的背部，然后其可以在这里下降到地面。还可以容易地执行的是，在服务之后，传动系4插入回到机舱主框架结构3中，或者组装根据本发明实施例的机舱主框架结构和传动系组件10。在传动系4没有就位的情况下，转子7的重量将导致机舱主框架结构3稍稍向前倾斜。这在传动系4插入期间是有利的，原因是提供了稍大的空间，使得当传动系4被放置就位时，其紧密配合在机舱主框架结构3中。为了将其插入，传动系4首先可以在第一连接接口 11处连接到机舱主框架结构3并且在另一个连接接口 15处连接到转子7。其次，张紧第二连接接口 13，使得机舱主框架结构3就位，由此使得传动系4成为载荷路径的一部分。
[0049]根据本发明实施例的机舱主框架结构和传动系组件10结合了机舱主框架结构3重量轻以及传动系4或传动系各部件容易从机舱主框架结构3更换的可更换性的优点。从而，不必如当前已有的涡轮机设计的情况那样在轻重量或容易可更换性之间进行折中。
【权利要求】
1.一种机舱主框架结构和传动系组件(10)，其用于安装在风力涡轮机(I)的塔架(2)上，该机舱主框架结构和传动系组件(10)包括传动系(4)的至少一部分和机舱主框架结构(3)，其中该传动系(4)的至少一部分包括: 第一连接接口( 11 )，该第一连接接口在机舱主框架结构和传动系组件(10)的转子侧(R)处与机舱主框架结构(3)连接；以及 第二连接接口( 13)，该第二连接接口与机舱主框架结构(3)连接，沿着远离转子侧(R)的方向看，该第二连接接口相对于第一连接接口(11)沿轴向移置。
2.根据权利要求1所述的机舱主框架结构和传动系组件(10)，其中第一连接接口(11)沿着与传动系(4)的轴线大致垂直的方向取向。
3.根据权利要求1或2所述的机舱主框架结构和传动系组件(10)，其中第二连接接口(13)沿着与传动系(4)的轴线大致平行的方向取向。
4.根据前述权利要求中任一项所述的机舱主框架结构和传动系组件(10)，该机舱主框架结构和传动系组件(10)还包括用于支撑风力涡轮机(I)的转子(7)的至少一个轴承(14)，其中所述至少一个轴承(14)位于机舱主框架结构(3)上。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的机舱主框架结构和传动系组件(10)，该机舱主框架结构和传动系组件(10)还包括用于支撑风力涡轮机(I)的转子(7)的至少一个轴承(14)，其中所述至少一个轴承(14)位于传动系(4)上。
6.根据权利要求4或5所述的机舱主框架结构和传动系组件(10)，其中所述至少一个轴承(14)被适配为经由外环连接到风力涡轮机(I)的转子(7)。
7.根据权利要求4或5所述的机舱主框架结构和传动系组件(10)，其中所述至少一个轴承(14)被适配为经由内环连接到风力涡轮机(I)的转子(7)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的机舱主框架结构和传动系组件(10)，其中所述传动系(4)的至少一部分还包括用于与风力涡轮机(I)的转子(7)连接的第三连接接口(15)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的机舱主框架结构和传动系组件(10)，其中传动系(4)包括齿轮箱(5)和发电机(6),或者仅仅包括发电机(6)。
【文档编号】F03D11/04GK103703246SQ201180072289
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2011年7月15日 优先权日:2011年7月15日
【发明者】W·勒梅里, W·斯莫克 申请人:Zf风力发电安特卫普股份有限公司