用於組裝和控制單殼旋轉機的方法和設備的製作方法

2023-06-17 18:56:26 2

專利名稱：用於組裝和控制單殼旋轉機的方法和設備的製作方法
用於組裝和控制單殼旋轉機的方法和設備技術領域
本發明一般涉及旋轉機，更特別地，涉及用於組裝和控制風輪才幾搶的方法和設備.背景技術
至少有一些已知的風輪發電機("風輪機")包括具有多個 葉片的轉子。該轉子耦合到可旋轉輪軸以便於將機械風能轉換為驅動一 個或多個發電機的機械旋轉轉矩。雖然有一些已知的風輪機包括無齒輪 的直接驅動發電機，但是已知的風輪機一般都包括通過變速箱旋轉耦合 到該轉子的發電機。該變速箱有助於增加該渦輪轉子固有的低轉速。該 發電機使用該轉速來有效促進將旋轉機械能轉換為電能並供給到應用網 絡。
在已知的包括變速箱的風輪機中，該轉子、發電機、變速箱 和其他風輪組件典型地被安裝在一個機箱或機搶內的承載基架上，該機 箱或機艙被設置在一個基座的頂部，該基座可以是桁架或管塔。由於該 風輪機部件被安裝在承栽基架上，該機艙的外殼或外板用作非承載保護 殼，其可以由大型鑄件製成。因此， 一些已知的機艙結構顯著增加了風 輪塔頂部的重量以助於支撐設置在其中的風輪機部件。此外， 一些已知 機艙的任何相關部件支撐部件也有助於增加風輪塔頂部的重量。作為增 加重量的結果， 一些已知的機艙使得風輪機的資本成本和工作成本增 加。發明內容
在一方面，提供了一種用於組裝旋轉才幾的方法。該方法包括 提供至少一個組件。該組件是旋轉部件和靜止部件中的至少一個。該方 法還包括將該組件耦合到單殼機艙結構。該單殼機艙結構包括在該組件 的至少一部分上延伸的外殼。在另一方面，提供了一種風輪發電機。該風輪發電機包括至少一個 組件。該組件包括旋轉部件和靜止部件中的至少一個。該風輪發電機還 包括耦合到該組件的單殼機艙結構。該單殼機艙結構包括在該組件的至 少一部分上延伸的外殼。


圖1是一個包括機艙的示例性風輪發電機的示意圖；
圖3是可以集成到圖2所示外殼中的可選的沖壓安裝部分的 放大分解截面 圖4是可以集成到圖2所示外殼中的另一可選的衝壓安裝部 分的放大分解截面圖；[ooio] 圖5是可以集成到圖2所示外殼中並使用的另一可選的衝壓 安裝部分的放大分解截面圖。
具體實施方式
圖1是一個示例性風輪發電機100的示意圖。在該示例性 實施例中，風輪發電機("風輪機")100是一個水平軸風輪機。可選地， 風輪機100可以是垂直軸風輪機。風輪機100包括直立在支撐面104上 的支柱102,耦合到支柱102的單殼機搶106，和耦合到機搶106的轉子 108。轉子108包括可旋轉輪軸110和耦合到輪軸110的多個轉子葉片 112。在該示例性實施例中，支柱102由鋼管制成，並且包括在支撐面 104和機艙106之間延伸的空腔(未示出)。在一個替代實施例中，支 柱102是X形支柱。支柱102的高度是基於本領域已知的因素和條件來 選擇的。在該示例性實施例中，轉子108包括三個轉子葉片112。在一 個替代實施例中，轉子108可以包括多於或少於三個轉子葉片112。
在該示例性實施例中，葉片112具有50米(m) U64英寸 (ft))和100 m ( 328 ft)之間的長度。替代地，葉片112可以具有 任何長度。葉片112連接到轉子輪軸110以促進轉子108圍繞中心旋轉 軸114旋轉，從而將來自風的動能轉換為可用的機械能，繼而轉換為電 能。更特別地，通過將每個葉片112的葉片根部116耦合到輪軸110上 的多個負荷轉移區域118而使葉片112與輪軸110緊密配合。負荷轉移 區域118包括輪軸負荷轉移區域(未示出)和葉片負荷轉移區域(未示 出)。由葉片112產生的負荷通過負荷轉移區域118轉移到輪軸110上。
在一些配置中，使用控制系統(未示出)中的一個或多個微 控制器來進行整體系統監視和控制包括斜度和轉子速度調整、偏航驅動 和偏航制動裝置、以及故障監視。替代地，在風輪機100的替代實施例 中使用分布式或集中式控制架構。
圖2是單殼機搶106 (圖1所示)的外殼200的軸向偏斜分 解截面圖。更特別地，在該示例性實施例中，外殼2 00是包括外表面2 02、 內表面204和衝壓安裝部件210的薄承載殼。
外殼200由結實的輕體板材製造，例如但不限於，鋁合金， 強化纖維複合材料或其他任何幫助獲得預定工作參數的材料。工作參數 包括但不限於，協助減輕支柱102 (圖1所示)頂部的重量負荷，提供足 夠的材料強度以承受局部環境條件，以及收集和分配來自設置在機搶106 內德風輪機部件的重量和壓力負荷。
在該示例性實施例中，通過固定硬體的方法例如但不限於鉚 接和螺釘固定來組裝該板材以形成外殼200。替代地，可以使用焊接法來耦合該板材。另一種選擇是，將外殼200製造、鑄造或鍛造為符合前述 工作參數的一個單一部件。0019]在組裝外殼200之前，衝壓用於形成外殼200的至少一個 板材以在其中形成安裝部分210，從而使得外表面202的凹進/凸出部 分與內表面204的凹進/凸出部分相配合。安裝部分210包括由第一壁 214、第二壁216和設置在它們之間的中間壁218形成的向內延伸通道 212。第一壁214和第二壁216是基本平行的壁，其垂直於中心旋轉軸 114並朝著該軸向內延伸。在該示例性實施例中，通道212圍繞中心旋 轉軸114沿圓周分布。替代地，通道212可以改變大小、形狀和/或方 向而不脫離本申請的範圍。
安裝部分210還包括在通道212內形成的多個間隔突起 220。更特別地，突起220從通道212的中間壁218向外突出。每個突起 220包括向著中心旋轉軸114開口的凹穴222。應當i/^識到，突起220 可以改變大小、形狀和/或方向而不脫離本申請的範圍。由於有了該衝 壓的安裝部分210，設置在外殼200內的多個風輪機部件通過安裝部分 210直接耦合到外殼200。
例如，如圖2所示，軸承224沿著軸承224和中間壁218 的中心同軸圓周軸226直接耦合到中間壁218。替代地，可以通過例如 焊接法和/或通過將多個緊固件228插入到在安裝部分例如但不限於第 一壁214、第二壁216、突起220和/或外殼200的其他部分中形成的開 口 230，從而將其他風輪機部件直接耦合到外殼200。因此，與已知的機 艙結構相比，由於鉚釘和緊固件能夠被容易地插入和/或去除以安裝和 /或替換在外殼200中提供的風輪機部件，安裝部分210使得組裝更容 易、磨損更少、和/或維修更簡單。
在該示例性實施例中，與已知的包括半-單殼機艙的機搶外 殼相比，單殼機艙106的外殼200是由更薄的加工硬化金屬板製造。這 種加工硬化金屬可以包括但不限於，具有"H，，下標的特定類型的鋁。更 特別地，沖壓加工硬化金屬促使板材的強度相對於沒有被衝壓的板材而 增加。因此，該外殼200的其中包括衝壓安裝部分n0的部分比外殼200 的不包括安裝部分210的部分更堅固。例如，衝壓安裝部分210中的疲 勞更均勻分配，從而使得外殼200的衝壓安裝部分210中的損壞比非衝 壓部分中的損壞更少。因此，安裝部分210包括有助於減少外殼200扭曲的扭轉剛性。因此，內部風輪機部件能夠更高效地工作。
而且，安裝部分210有助於將所安裝的風輪機部件的壓力和負荷分散到外殼200中，這些風輪機部件可以被直接安裝到外殼200上。 如該示例性實施例中所述，單殼機搶106有助於減少振動應力和減少支 撐這些壓力和負荷的強度和剛度所需的多個結構部件，而不需要額外的 內部支撐部件和/或承栽支撐架的幫助。此外，外殼200是包括堅固安 裝部分210的高能吸收體，因此單殼機搶106不需要內部框架來增強結 構強度，在其中安裝風輪機部件和/或轉移這些風輪機部件的負荷。這 樣，在該示例性實施例中，單殼機搶106不包括承栽基座。
安裝部分210還有助於利用比已知機艙結構例如半-單殼 機艙結構更薄的板材來製造機艙106。更特別地，代替了為安裝強度和/ 或剛度提供更厚的板材，可以衝壓更薄的板材而在外殼200中需要部件 安裝強度和/或剛度的各個位置上形成沖壓安裝部分210。這樣，通過提 供更薄、更輕的包含彎曲/衝壓安裝部分的材料而增強了安裝強度和/ 或剛度。
雖然單殼機艙106是由更薄的板材製造，但是單殼機艙106 有助於吸收由外殼200所產生的反射和振動，並且有助於保護設置在外 殼200內的風輪機部件。因為更薄的板材一般在重量上比相同材料的更 厚板要輕，所以與至少一些已知的機艙相比，單殼機艙106還有助於減 少重量和材料成本。因此，與至少一些已知的機搶相比，單殼機搶106 一般是更堅固、更輕、更耐用、更能吸收負荷和壓力。
在該示例性實施例中，衝壓用於形成外殼200的至少一個板 材以在其中形成多個向外突出的凹陷232，從而使得外表面202的凹進 /突出部分與內表面204的各個凹進/突出部分相配合。每個向外突出 的凹陷232形成從中心旋轉軸114向外伸出的凹穴234。另外還衝壓至 少一個形成外殼200的板材以在其中形成多個向內突出的凹陷236,以 使得外表面202的凹進/突出部分與內表面204的各個凹進/突出部分 相配合。每個向內突出的凹陷236包括朝向中心旋轉軸114伸出的凹穴 238。應當i人識到，凹穴232和236可以改變大小、形狀和/或方向而不 脫離本申請的範圍。
如上所述，衝壓用於形成外殼200的至少一個板材以形成凹 陷232和236、安裝部分210和/或突起220。從而，凹陷232和236、安裝部分210和/或突起220可以為外殼200提供額外的表面積。因此， 外殼200的至少一些衝壓部分可以有助於為外殼200內設置的冷卻風輪 機部件傳送冷卻空氣/風。
圖3是可以集成到外殼200 (圖2所示)中的可選的沖壓安 裝部分300的放大分解截面圖。在組裝外殼200之前，衝壓用於形成外 殼200的至少一個板材以在其中形成安裝部分300,從而使得外表面202 的凹進/突出部分與內表面204的凹進/突出部分相配合。安裝部分300 包括由向內突出的隆起304和從其伸出的多個向內突出的肋狀部分306 形成的通道302。在該示例性實施例中，通道302圍繞中心旋轉軸114 沿圓周分布。替代地，通道302可以改變大小、形狀和/或方向而不脫 離本申請的範圍。
圖4是可以集成到外殼200 (圖2所示)中的另一可選的衝 壓安裝部分400的放大分解截面圖。在組裝外殼200之前，沖壓用於形 成外殼200的至少一個板材以在其中形成安裝部分400,從而使得外表 面202的凹進/突出部分與內表面204的凹進/突出部分相配合。安裝 部分400包括由第一壁404和基本平行的第二壁406形成的第一通道 402，該笫一壁404和第二壁406垂直於中心旋轉軸114並朝著該中心旋 轉軸114向內突出。在該示例性實施例中，第一通道402圍繞中心旋轉 軸114沿圓周分布。替代地，第一通道402可以改變大小、形狀和/或 方向而不脫離本申請的範圍。0031] 安裝部分400還包括在第一通道402內形成的多個間隔的 突起408。每個突起408包括朝著中心旋轉軸114開口的凹穴410。應當i^識到，突起408可以改變大小、形狀和/或方向而不脫離本申請的範 圍。
安裝部分400還包括多個間隔的、向內伸出的V形通道412 和414。 V形通道412 —部分由第一壁404和與之成斜角的第三壁416 形成。V形通道414 一部分由第二壁406和與之成斜角的第四壁418形 成。在該示例性實施例中，V形通道412和414有助於增加外殼200的 硬度。而且，V形通道412和414每個都包括從中心旋轉軸114向外開 口的凹穴。應當i人識到，V形通道412和414可以改變大小、形狀和/ 或方向而不脫離本申請的範圍。
由於有了衝壓安裝部分400，設置在外殼200內的多個風輪 機部件可以通過安裝部分400直接耦合到外殼200。例如，在該示例性 實施例中，定子鐵心420的堆疊鐵心片可以沿著定子鐵心420和第一通 道402的中心同軸圓周軸422直接輛合到第一壁404和第二壁406。替 代地，例如通過焊接法和/或通過將多個緊固件(未示出)插入到在其 他安裝部分例如但不限於第一壁404、第二壁406、突起408和/或外殼 200的其他部分中形成的開口 424中，從而將其他風輪機部件直接耦合 到外殼200。因此，與已知的機搶結構相比，由於鉚釘和緊固件能夠被容 易地插入和/或去除以安裝和/或替換在外殼200中提供的風輪機部 件，安裝部分400使得組裝更容易、磨損更少、維修更簡單。而且，與 已知的機搶結構相比，衝壓安裝部分400還有助於提供上述相關的優點， 即增加強度，^t壓力和負荷，減少振動應力，減少多個結構部件，減 少總重量，和/或增加外殼200的表面積。
圖5是可以集成到外殼200 (圖2所示)中並使用的另一可 選的衝壓安裝部分的放大分解截面圖。在組裝外殼200之前，沖壓用於 形成外殼200的至少一個板材以在其中形成安裝部分500,從而使得外 表面202的凹進/突出部分與內表面204的凹進/突出部分相配合。安 裝部分500包括由具有第一壁506和基本平行的第二壁508的波浪狀突 起504形成的通道502。在該示例性實施例中，通道502圍繞中心旋轉 軸114沿圓周分布。替代地，通道502可以改變大小、形狀和/或方向 而不脫離本申請的範圍。在該示例性實施例中，還衝壓用於形成外殼200 的至少一個板材以形成間隔的泡狀安裝突起510。
由於有了衝壓安裝部分500和/或衝壓的泡狀安裝突起510，設置在外殼200內的多個部件可以通過安裝部分500和安裝突起 510直接耦合到外殼200。例如，可以通過焊接法和/或通過將多個緊固 件(未示出)插入到在安裝部分500、安裝突起510和/或外殼200的 其他部分中形成的開口中，從而將風輪機部件直接耦合到外殼200。因 此，與已知的機艙結構相比，由於鉚釘和緊固件能夠被容易地插入和/ 或去除以安裝和/或替換在外殼200中提供的風輪機部件，安裝部分500 使得組裝更容易、磨損更少、維修更簡單。而且，與已知的機搶結構相 比，衝壓的安裝部分500還有助於提供上述相關的優點，即增加強度， 分散壓力和負荷，減少振動應力，減少多個結構部件，減少總重量，和 /或增加外殼200的表面積。
在組裝外殼200之後，可以希望外殼200具有更厚和更硬 的局部部分。在該示例性實施例中，衝壓至少一個分離的板材以形成額 外的嵌套安裝部分520。嵌套安裝部分520包括通道522，通道522包括 第一壁524和間隔的基本平行的第二壁526。第一壁524和第二壁526 分別包括向外伸出的凸緣528和530。而且，第一壁524和笫二壁526 通過設置在它們之間的中間壁532連接。此外，中間壁532包括沖壓到 中間壁532中的多個泡狀安裝部分534。應當理解，嵌套安裝部分520 和/或泡狀安裝部分534可以改變大小、形狀和/或方向而不脫離本申 請的範圍。
在該示例性實施例中，嵌套安裝部分520可以耦合到外殼 200和安裝部分500衷的至少一個以便局部加強外殼200。例如，嵌套安 裝部分520可以通過焊接法或通過將緊固件(未示出)插入到在嵌套安 裝部分520中形成的開口中和/或外殼200的一部分中形成的開口中而 耦合到外殼200。然後，風輪機部件可以通過在泡狀安裝部分534和/ 或嵌套安裝部分520的其他區域中形成的開口 538耦合到嵌套安裝部分 520。因此，可以部分加強外殼部分以增強局部材料強度，從而能夠承受 局部環境條件。因為嵌套安裝部分520有助於在需要時增強衝壓外殼200 局部區域的的強度，所以與一些已知的機艙相比，還有助於減少整個外 殼200的重量和成本。
—般地，如這裡所述的安裝部分的任何組合可以形成和/或 用於單殼機艙106的外殼200以獲得如這裡所迷的預定工作參數。
這裡所述的用於風輪發電機機搶的方法和設備有助於風輪發電機的工作。更特別地，如上所述的風輪發電機單殼結構有助於高效 和有效的機械負荷和應力轉移方案。而且，該更輕重量的單殼機搶結構 有助於減少資本建設成本。這種單殼機搶結構還有助於風輪發電機可靠 度以及減少維護成本和風輪發電機損耗。
上面詳細描述了與風輪發電機相關的單殼風輪機機搶結構 的示例性實施例。該方法、設備和系統不限於這裡所述的特定實施例或 特定圖示的風輪發電機。 部件列錶轉部移 分機 面 旋根轉軸 面面部 壁壁壁 軸件輪柱撐艙子軸片心片荷旋殼表表裝道一 二間起穴承周固口陷風支支4轉輪葉中葉負螺外外內安通第第中突凹軸圓緊開凹234:凹穴236:凹陷238:凹穴300:安裝部分302:通道304:隆起306:肋狀部分308:緊固件310.開口400安裝部分402第一通道404:第一壁406:第二壁408.突起410:凹穴412:V形通道414:V形通道416:第三壁418:第四壁420:定子鐵心422:圓周軸424:開口500'安裝部分502通道504波浪狀突起506第一壁508.第二壁510.泡狀安裝部分520安裝部分522:通道524.第一壁526:第二壁528:凸緣530:凸緣532:中間壁534:泡狀安裝部分 536:開口 538:開口
權利要求
1.一種風輪發電機(100)，包括至少一個組件，所述組件包括旋轉部件和靜止部件中的至少一個；和耦合到所述組件的單殼機艙結構(106)，所述單殼機艙結構包括在所述組件的至少一部分上延伸的外殼(200)。
2. 如權利要求1所述的風輪發電機(100)，其中所述外殼(200 ) 包括通過固定硬體和焊接中的至少一個耦合到 一起的多個板件，並且其 中所述組件耦合到所述外殼。
3. 如權利要求1所述的風輪發電機(100)，還包括至少一個安裝 部分(210, 300， 400， 500， 520 )，所述安裝部分被衝壓成用於形成所 述外殼(200 )的至少一個板件。
4. 如權利要求3所述的風輪發電機(100 ),其中所述安裝部分(210， 300， 400, 500， 520 )包4舌至少一個通道(212， 302, 502， 522 )。
5. 如權利要求3所述的風輪發電機(100 )，其中所述安裝部分(210， 300， 400， 500， 520 )包括多個V形通道(412， 414)。
6. 如權利要求3所述的風輪發電機(100)，還包括嵌套安裝部分 (210， 300, 400， 500， 520 ),所述嵌套安裝部分包括在所述通道中嵌套所述沖壓的安裝部分的通道(212， 302， 502, 522 )。
7. 如權利要求3所述的風輪發電機(100)，其中所述外殼(200 ) 還包括至少一個凹陷(232， 236 )，所述凹陷被衝壓成用於形成所述外 殼的至少一個板件。
8. —種用於旋轉機的單殼機搶(106)，所述單殼機搶包括至少一個組件，所述組件包括旋轉部件和靜止部件中的至少一個；和耦合到所述組件的外殼(200 )，所述外殼在所述組件的至少一部分 上延伸。
9. 如權利要求8所述的單殼機艙(106),其中所述外殼(200 )包 括通過固定硬體和焊接中的至少一個耦合到一起的多個板件。
10. 如權利要求8所述的單殼機艙(106)，還包括至少一個安 裝部分(210， 300， 400， 500， 520)，所述安裝部分淨皮沖壓成用於 形成所述外殼(200)的至少一個板件。
全文摘要
提供一種風輪發電機(100)。該風輪發電機(100)包括至少一個組件，該組件包括旋轉部件和靜止部件中的至少一個，以及耦合到該組件的單殼機艙結構(106)，該單殼機艙結構包括在該組件的至少一部分上延伸的外殼(200)。
文檔編號F03D1/00GK101216013SQ20081000197
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月4日 優先權日2007年1月4日
發明者B·S·巴傑帕利, J·P·F·萊昂斯, P·羅加爾 申請人:通用電氣公司