分段式转子轮毂的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本发明涉及一种用于风力涡轮机的转子轮毂。
[0002]近年来，发展风力涡轮机的目的在于获得更高的功率输出。通常，通过增加转子大小实现更高的功率输出。然而，增加转子大小也导致轮毂大小的增加，这不是在运输性和其在风能装置现场的处理的方面所希望的。另外，运输较大的转子轮毂代价高且需要非常多的物流资源和准备工作。此外，制造较大的转子轮毂需要诸如大型加工机床之类的昂贵的制造设备、诸如铸件之类的大量的材料、和更多的劳动力。而且，在现有轮毂出现故障或磨损和撕裂时，整个轮毂结构就必须更换。
[0003]进一步地，现有的转子轮毂被设计成具有四面体状轮廓。由于轮毂的这种轮廓，所以轮毂的角部的应力高。为了承受该应力，轮毂通常被设计成具有实芯或由具有高拉伸强度的材料制成的其它强化结构。因此，需要大量的材料用于制造这些轮毂。而且，这种轮毂需要覆层(cladding)，以便提供空气动力学前表面(front surface)。这增加了轮毂的总成本。
[0004]以下缺点在本领域中是公认的:
传统的单件式轮毂难以处理和运输。
[0005]传统的轮毂的形状为三角形。因此，需要覆层来覆盖轮毂并向轮毂提供空气动力学形状。
[0006]传统的轮毂通过轴联接到发电机的转子。轮毂的旋转使轴旋转，该轴又使发电机的转子旋转。
[0007]由于传统的轮毂的形状为三角形，所以轮毂角部处的应力被观察到。
[0008]传统的轮毂由实体内芯或其它强化结构以补偿角部应力并承受负载，因此，制造成本尚。
【发明内容】
[0009]本发明涉及一种用于风力涡轮机的分段式转子轮毂，特别是，在其正面上具有空气动力学轮廓和侧面上具有完全开口端，该完全开口端被配置成接纳发电机转子的圆周的一端，以下被称为后端。
[0010]该轮毂包括多个轮毂段。各个轮毂段可以被分别制造并且被运输到安装现场。在安装现场，轮毂段可以通过接合各个分段式轮毂件来组装以形成轮毂。这样形成的分段式轮毂可以围成中空空间并且在其背面上完全开口。如本领域技术人员所理解的，多个轮毂段可以通过使用本领域中已知的适当的连接装置(例如凸缘、螺栓和螺钉)来接合。
[0011]如上所示，各个轮毂段被组装在一起形成轮毂。轮毂段以这种方式设计，即，组装好的轮毂在其前端具有空气动力学轮廓并在其后端具有中空空间，该中空空间具有开口端。在一个实施方式中，轮毂段被以这种方式制造，即:轮毂可以具有不同的轮廓，例如，大致椭圆形轮廓、抛物线轮廓、圆锥状轮廓、或半球形轮廓。
[0012]在一个实施方式中，各个轮毂段具有至少一个分型面。在组装时，多个轮毂段被组装使得一个轮毂段的至少一个分型面邻靠另一个轮毂段的至少一个分型面。邻靠的分型面之后可以通过适当的连接装置(诸如凸缘、螺钉和螺栓组件)接合在一起。各个轮毂段可以包括用于接纳风力涡轮机的转子叶片的转子叶片开口，该转子叶片开口又可以进一步包括适于接纳并支承转子叶片的叶片凸缘。随后，转子叶片可以被定位到转子叶片开口中。在一个实施方式中，开口和叶片凸缘可以部分地设置在轮毂段上，使得一个轮毂段中的叶片凸缘的一部分邻靠设置在另一个轮毂段上的叶片凸缘的另一部分，以形成完整的叶片凸缘。
[0013]在一个实施方式中，转子轮毂包括三个轮毂段。各个轮毂段具有至少两个端，即，面向发电机的转子的后端、和面向风的前端。轮毂段的外面从后端延伸并朝向前端聚拢。各个轮毂段具有一个或多个分型面，该分型面要么从后端延伸到前端要么延伸穿过转子轮毂的旋转轴线。进一步地，各个轮毂段包括用于接纳风力涡轮机的转子叶片的转子叶片开口，该转子叶片开口又可以进一步包括适于接纳并支承转子叶片的叶片凸缘。在组装时，多个轮毂段被以这种方式组装，即:轮毂段的后端和前端相互对齐，并且轮毂段的分型面相互邻靠。随后，轮毂段的分型面可以通过连接装置(诸如凸缘、螺栓和螺钉组件)彼此接合，以形成组装好的轮毂。之后，转子叶片可以被定位到设置在轮毂段上的转子叶片开口中。
[0014]在另一个实施方式中，可以用于形成分段式轮毂的轮毂段的数量可以不同。例如，在一个实施方式中，分段式轮毂可以由两个轮毂段或四个轮毂段形成。可以注意到，轮毂段的形状、大小和尺寸可以相同或不同，这取决于要制造的片段数和转子轮毂的大小。
[0015]在一个实施方式中，组装好的轮毂的后端适于接纳发电机的转子，使得转子直接联接到轮毂。凭借这种布置，轮毂直接驱动转子，从而消除了需要轴来驱动转子。寻求保护的主题的这些和其它方面在随后的章节中进行更详细地提供。
[0016]在一个实施方式中，各个轮毂段的大小、形状和尺寸可以相同。适于接纳转子叶片的叶片凸缘的数量取决于风力涡轮机的转子叶片的数量。进一步地，叶片凸缘可以被设计成具有空气动力学轮廓，从而增加了其空气升力。叶片凸缘可以被分开制造并且可以被可拆卸地附接到轮毂或与轮毂为一体。
[0017]轮毂段可以通过连接装置(诸如凸缘、螺栓和螺钉组件)彼此连接。组装可以在风力涡轮机的安装现场进行。从而，方便了从制造现场向安装现场运输轮毂。进一步地，上述连接装置是可逆连接装置，在修理和维护风力涡轮机期间，该连接装置允许轮毂段彼此断开连接。
[0018]根据本发明的一个实施方式，轮毂段被以这种方式设计，即:组装轮毂段向轮毂提供了空气动力学轮廓。另外，多个翅片可以设置在轮毂的外表面上，使得朝向轮毂的风大致在轮毂的轴向方向上沿着所述至少一个翅片被引导。在一个实施例中，翅片在轮毂的外表面的圆周方向上以间隔开布置的方式设置。凭借翅片的这种布置，通过空气沿翅片的表面流动提高了从翅片向外部大气的传热率。在一个实施方式中，翅片整合到轮毂。在另一个实施方式中，翅片被形成为与轮毂分开并且可以被可拆卸地附接到轮毂的元件。翅片也可以被设计成具有空气动力学轮廓。
[0019]所提出的轮毂旨在改善较大的风力涡轮机的稳定性和负载承载能力。进一步地，所提出的轮毂的设计降低了用于运输和处理轮毂(诸如在安装风力涡轮机期间)的成本和工作。此外，所提出的轮毂降低了轮毂的制造成本和维护成本。
[0020]描述了一种用于风力涡轮机的分段式轮毂，该分段式轮毂具有多个轮毂段，具体地，三个轮毂段，该轮毂段可以分别被运输到安装现场并且随后在安装现场被组装以形成轮毂。这种分段式轮毂提供运输和处理的便利性，并且还降低了相关成本。
[0021]进一步地，轮毂段被以这种方式设计，即:这些片段的组装向轮毂提供了空气动力学形状。凭借轮毂的空气动力学形状，避免了经常在传统的三角形轮毂中观察到的角部应力。因此，由于空气动力学形状，所以负载被均匀地分布在轮毂上，并且轮毂保持稳定。而且，轮毂的空气动力学形状不需要覆层。
[0022]进一步地，在不要求附接轴的情况下，轮毂从内部中空。该轮毂被设计为直接附接到发电机转子的圆周，从而消除了对轴的需要。凭借这个特征，可以使轮毂从一侧中空并且另一侧具有空气动力学形状。
[0023]本发明至少涵盖以下概念，这些概念可以以任何可能的方式组合并且可以由本文档中列出的任何信息来补充，该文档包括正文和附图。
[0024]本发明涉及一种用于风力涡轮机的分段式转子轮毂，特别是，在其正面上具有空气动力学轮廓和其侧面上具有完全开口端，该完全开口端被配置成接纳发电机转子的圆周的一端，以下被称为后端。
[0025]轮毂包括多个轮毂段。
[0026]各个轮毂段可以被分别制造并且被运输到安装现场。
[0027]在安装现场，轮毂段通过接合各个分段式轮毂件来组装以形成轮毂。
[0028]这样形成的分段式轮毂可以围成中空空间并且在其背面上完全开口。如本领域技术人员理解的，多个轮毂段可以通过使用本领域已知的适当的连接装置(例如凸缘、螺栓、和螺钉)来接合。
[0029]如上所述，各个轮毂段被组装到一起以形成轮毂。轮毂段被以这种方式设计，即:组装好的轮毂在其前端上具有空气动力学轮廓并且在其后端上具有中空空间，该中空空间具有开口端。
[0030]在一个实施方式中，轮毂段被以这种方式制造，S卩:轮毂可以具有不同的轮廓，例如，大致椭圆形轮廓、抛物线轮廓、圆锥形轮廓、或半球形轮廓。
[0031]在一个实施方式中，各个轮毂段具有至少一个分型面。
[0032]在组装时，所述多个轮毂段被组装使得一个轮毂段的所述至少一个分型面邻靠另一个轮毂的至少一个分型面。
[0033]随后，邻靠的分型面可以通过适当的连接装置(诸如凸缘、螺钉和螺栓组件)接合在一起。
[0034]各个轮毂段可以包括用于接纳风力涡轮机的转子叶片的转子叶片开口，该转子叶片开口又可以进一步包括适于接纳并支承转子叶片的叶片凸缘。
[0035]随后，转子叶片可以被定