風機變槳總成密封系統的製作方法
2023-08-08 01:24:56
專利名稱：風機變槳總成密封系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及風機，確切地說，涉及用於控制進入風機某一部分的方法和設備。
背景技術：
已知的風機將風的動能轉換成電能。風機包括一片或多片連接到可旋轉輪轂的葉片，所述葉片在迎風時旋轉。風流過風機葉片會產生升力、引起旋轉並提供扭矩，以進行發電。葉片的變槳由將葉片連接到可旋轉輪轂的變槳總成控制。至少一些已知的風機包括暴露在周圍環境中的可旋轉輪轂。這種露天式設計有助於冷卻風機的輪轂和/或機艙內部的部件。但是，這種輪轂設計也會導致變槳總成暴露在惡劣的環境和大氣條件以及其中所包括的汙染物(如微粒狀物質或腐蝕性成分)中。變槳總成暴露在周圍大氣中可能會導致變槳總成因大氣中存在的汙染物而加重磨損。
發明內容
一方面，本發明提供一種密封風機變槳總成的系統。變槳總成在變槳總成的內部接口區域處連接到可旋轉輪轂。所述系統包括位於內部接口區域中的密封板，所述密封板用於限制可旋轉輪轂進入變槳總成中。密封板配置成用以密封變槳總成，將其與內部接口區域隔絕。另一方面，本發明提供一種密封風機變槳總成的系統。變槳總成在變槳總成的內部接口區域處連接到可旋轉輪轂。所述系統包括位於內部接口區域中的內部密封板，所述內部密封板用於限制可旋轉輪轂進入變槳總成。內部密封板設有第一開口。第一通道蓋配置成在其處於閉合位置時覆蓋第一開口。外部接口區域由轉子葉片連接到變槳總成的區域構成。外部密封板位於外部接口區域中，所述外部密封板用於限制由轉子葉片進入變槳總成中。另一方面，本發明提供一種密封風機變槳總成的方法。變槳總成在內部接口區域處連接到可旋轉輪轂，在外部接口區域處連接到轉子葉片。本方法包括在變槳總成的內部接口區域中設置內部密封板。內部密封板會限制從可旋轉輪轂進入變槳總成中。
圖1為示範性風機的側面透視圖。圖2為與圖1所示風機結合使用的示範性機艙的局部截面圖。圖3為沿圖2所示截面線3-3截得的密封風機變槳總成的示範性系統的局部截面圖。圖4為圖1所示風機中變槳總成的另一個示範性系統的局部分解截面圖。圖5為圖1所示的示範性風機變槳密封系統的改進實例流程圖。詳細描述參看附圖以舉例說明的方式解釋本發明的實施例，以及優點和特點。
具體實施例方式此處所述的實施例介紹用於密封風機中變槳總成的密封系統。在這些密封系統中，變槳總成被密封，從而與外界惡劣的環境和大氣條件隔絕，而可旋轉輪轂中的其他部件仍暴露在外部大氣中。因此，變槳總成會受到保護，不會受到外部大氣環境和其中所包括的汙染物(如微粒狀物質和腐蝕性成分)的影響。圖1為示範性風機100的示意圖。在示範性實施例中，風機100為水平軸風機。或者，風機100也可以為垂直軸風機。在示範性實施例中，風機100包括與支撐表面104連接且從支撐表面104延伸的塔筒102。塔筒102可通過-地接螺栓或基礎環(均未顯示)連接到支撐表面104。機艙106和塔筒102連接，且轉子108連接到機艙106。轉子108包括可旋轉輪轂110和連接到輪轂110的多片轉子葉片112。在示範性實施例中，轉子108包括三片轉子葉片112。或者，轉子108可能帶有可使風機100如此處所述一般運行的任意合適數量的轉子葉片112。塔筒102的高度和/或結構可為可使風機100如此處所述一般運行的任意合適高度和/或結構。轉子葉片112相隔一定距離排列在輪轂110四周，以促使轉子108旋轉，從而將風 114的動能轉化成可用的機械能，隨後轉化成電能。轉子108和機艙106在偏航軸116上圍繞塔筒102旋轉，以控制轉子葉片112相對於風114方向的角度。轉子葉片112通過在多個負載轉移區120處將轉子葉片根部分118連接到輪轂110。每個負載轉移區120均包括有輪轂負載轉移區和轉子葉片負載轉移區(圖1中均未顯示)。作用於轉子葉片112上的負載會通過負載轉移區120轉移到輪轂110處。每片轉子葉片112還包括轉子葉片葉尖 122。在示範性實施例中，轉子葉片112的長度大約在30米(m) (99英尺(ft))至 120m(394ft)之間。或者，轉子葉片112可具有任意可使風機100如此處所述一般運行的合適長度。例如，轉子葉片112的長度可能為短於30m或長於120m的合適長度。風114與轉子葉片112接觸時，在轉子葉片112上會引起升力，使得轉子108圍繞旋轉軸124旋轉，轉子葉片葉尖122逐漸被加速。轉子葉片112的槳距角(未顯示)是轉子葉片112和來風114方向的夾角，該夾角可以由變槳總成(圖1中未顯示)改變。更具體地，增大轉子葉片112的槳距角會減少轉子葉片表面區域126暴露在風114中的面積，反之，減小轉子葉片112的槳距角會增加轉子葉片表面區域1 暴露在風114中的面積。轉子葉片112的槳距角可通過旋轉每片轉子葉片112圍繞變槳軸1 進行調整。在示範性實施例中，轉子葉片112的槳距角是單獨控制的。圖2為示範性風機100(圖1所示)的機艙106的局部截面圖。風機100的多種部件容納在機艙106中。在示範性實施例中，輪轂110包括三個變槳總成130。每個變槳總成130均與相應的轉子葉片120(顯示在圖1中)相連接，並通過驅動相應轉子葉片120圍繞變槳軸1 旋轉進行槳距角調整。圖2中僅顯示了三個變槳總成130中的一個。在示範性實施例中，每個變槳總成130均包括至少一臺變槳電機131。如圖2所示，轉子108通過轉子軸134(或稱主軸或低速軸)、齒輪箱136、高速軸 138和聯軸器140以可旋轉的方式連接到位於機艙106中的發電機132。轉子軸134旋轉時，驅動旋轉傳動齒輪箱136，隨後驅動高速軸138。高速軸138通過聯軸器140旋轉驅動發電機132，高速軸138旋轉有助於發電機132產生電力。齒輪箱136由支持件142支撐， 發電機132由支持件144支撐。在示範性實施例中，齒輪箱136使用雙路徑幾何結構來傳動高速軸138。可替換地，轉子軸134通過聯軸器140直接連接到發電機132。機艙106還包括偏航驅動機構146，所述偏航驅動機構146會使機艙106和轉子 108圍繞偏航軸116旋轉，以控制轉子葉片112相對於風114方向的角度。機艙106還包括至少一座測風塔148，其中包括風向標和風速計(均未顯示在圖2中)。在一實施例中，測風塔148向風機控制系統150提供風向和/或風速等信息。風機控制系統150包括配置用以執行控制算法的一個或一個以上控制器，或其他處理器。本文所用術語「處理器」包括任意可編程系統，其中包括系統和微控制器、精簡指令集電路(RISC)、專用集成電路(ASIC)、可編程邏輯電路(PLC)和其他任何可執行此處所述功能的電路。以上實例僅為示範性實例， 因此無論如何，其目的並不在於限制術語「處理器」的定義和/或意義。此外，風機控制系統150可能會執行SCADA(數據採集與監控系統)程序。變槳總成130以可操作的方式連接到風機控制系統150。在示範性實施例中，機艙 160還包括前支撐軸承152和後支撐軸承154。前支撐軸承152和後支撐軸承巧4有助於徑向支撐並對齊轉子軸134。前支撐軸承152在靠近輪轂110處連接到轉子軸134。後支撐軸承巧4位於轉子軸134上靠近齒輪箱136和/或發電機132處。機艙106可包括可使風機100如此處所揭示一般運行的任意數量的支撐軸承。轉子軸134、發電機132、齒輪箱 136、高速軸138、聯軸器140和任何相關的緊固、支撐和/或固定裝置(包括但不限於支持件142、支持件144、前支撐軸承152和後支撐軸承154)有時以傳動系統156指代。圖3圖示了用於密封圖1所示風機100中變槳總成130的示範性系統的局部截面圖。圖3的截面圖是沿圖2中截面線3-3截得的。雖然圖3中僅展示了一個變槳總成130 及其對應轉子葉片112，但此處所述的系統可以與圖1及圖2所示的任意數量的轉子葉片 112和變槳總成130結合使用。變槳總成130包括連接到變槳電機131的變槳傳動齒輪160，所述變槳電機131又連接到輪轂110。變槳傳動齒輪160與變槳齒圈162嚙合，所述變槳齒圈162又連接到轉子葉片112。因此，變槳電機131旋轉會導致轉子葉片112旋轉。內部接口區域157(顯示在圖3中)位於從變槳齒圈162以沿徑向朝內的方向的輪轂110中。內部密封板170設置在內部接口區域157中且可與輪轂110 —體成型(即由鑄造形成)，或者通過任意合適的固定方式(如機械扣件和/或焊接)定位於所述內部接口區域157中。內部密封板170由任意合適的材料形成，所述合適材料包括但不限於鋼、含鋼合金、塑料或合成材料。內部密封板170中形成有第一開口 172。在示範性實施例中，第一開口 172的大小和形狀允許一個人通過，但在其他實施例中，第一開口 172的大小會有所不同。例如，第一開口 172的大小可能為允許一件設備(如機器人)和/或其他工具通過。葉片根收尾 158在轉子葉片112中從變槳總成130處沿徑向朝外的方向設置，可防止物體進入轉子葉片 112。在一些實施例中，葉片根收尾158可能帶有其上形成的開口或其他孔口，以幫助從轉子葉片112的內部部分排出水或其他物質。在示範性實施例中，第一通道蓋174配置成在其處於閉合位置時覆蓋內部密封板 170中的第一開口 172。可在不脫離實施例的範圍的情況下在內部密封板170上提供額外的通道蓋和對應開口。這些額外的通道蓋和開口可以用於其它用途，例如用於檢查和緊固轉子葉片112的螺栓的扭矩以固定所述葉片。因此，第一通道蓋174合適的外形尺寸可能與第一開口 172的外形尺寸相同，也可能略大。在此種閉合位置中，第一通道蓋174可以限制物質進入第一開口 172，這樣就可以防止大於預定大小的微粒狀物質從內部接口區域157進入變槳總成130中。在示範性實施例中，第一通道蓋174會限制物質進入第一開口 172，從而提供56級的防護等級(IP)，在這種防護等級下，灰塵無法通過，還可以針對暫時性的水湧提供保護。處於打開位置時，第一通道蓋174不會限制物質進入第一開口 172，且由此，物體和/或人可以通過。在示範性實施例中，閉合機構(未顯示)用於將第一通道蓋174固定在閉合位置。 閉合機構可能包括機械扣件(如螺母和/或螺栓)、鉸鏈、閂鎖或其他任何合適的部件。為了將第一通道蓋174移動到打開位置，可以移除或解開閉合機構。密封構件(未顯示)也可能設置在第一通道蓋174與內部密封板170之間。密封構件可能為襯墊或其他合適的裝置，當第一通道蓋174處於閉合位置時，所述密封構件可限制或消除內部接口區域157與變槳總成130之間的物質流通。還可以使用其他各種扣件將系統的部件進行連接。圖4說明用於密封圖1所示風機100中變槳總成130的示範性系統的局部截面圖。 圖4的截面圖是沿圖2中截面線3-3截得的。雖然圖4中僅展示了一個變槳總成130及其對應轉子葉片112，但此處所述的系統可以與圖1及圖2所示的任意數量的轉子葉片112和變槳總成130結合使用。圖4的實施例與圖3的實施例類似，且由此，相同參考編號用於指代相同部件。但是，實施例之間的主要區別在於，圖4的實施例使用兩塊密封板設置在變槳總成130兩側。 此外，圖4是展示處於未組裝配置狀態的實施例中組件的分解圖。此外，就其本質而言，圖 4所示部件的布置是示範性的，且因此，可在不脫離實施例的範圍的情況下對其進行修改。內部密封板170可以與軸承外圈一體設置，且設置在內部接口區域157中。內部密封板170還可以與輪轂110形成整體(即由鑄造形成)，或者位於內部區域157中且由任意合適的拴扣系統(如機械扣件和/或焊接)固定。外部密封板180設置在外部接口區域 159中，在所述外部接口區域159中，葉片112連接到變槳總成130。形成外部密封板180 的材料可能與形成上述內部密封板170的材料相同，也可能不同。內部密封板170中形成有第一開口 172，而外部密封板180中形成有第二開口 182。通道蓋174和184具有與其對應的開口 172和182相同或者略大的外形尺寸。通道蓋174和184也可以由剛性材料、柔性材料和/或多孔材料等任意合適的材料形成。開口 172和182的大小和形狀允許一個人通過，但在其他實施例中，開口 172和182的大小會有所不同。例如，開口 172和182的大小可能為允許一件設備(如機器人)和/或其他工具通過此外，開口 172和182的大小可能相同，或者其大小可能各不相同，可以在密封板170 和180中提供額外的開口及對應通道蓋。密封板170和180還可以增強輪轂110及其中所包括軸承的結構剛性，從而削減製造輪轂110及其中所包括軸承的成本。在示範性實施例中，第一通道蓋174用於在其處於閉合位置時覆蓋內部密封板 170中的第一開口 172。同樣地，第二通道蓋184用於在其處於閉合位置時覆蓋外部密封板 180中的第二開口 182。在一些實施例中，通道蓋174和184的大小可能相同，而在其他實施例中，通道蓋174和184的大小可能各不相同。
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處於閉合位置時，通道蓋174會限制物質進入開口 172，這樣就可以防止大於預定大小的微粒狀物質從內部接口區域157進入變槳總成130中，也可以防止此類微粒狀物質從所述變槳總成130進入所述內部接口區域157中。同樣地，通道蓋184會限制物質進入開口 182，這樣就可以防止大於預定大小的微粒狀物質從變槳總成130進入轉子葉片112的內部，也可以防止此類微粒狀物質從所述轉子葉片112內部進入所述變槳總成130中。在示範性實施例中，第一通道蓋174會限制物質進入第一開口 172，從而提供56級的防護等級 (IP)，在這種防護等級下，灰塵無法通過，還可以針對暫時性的水湧提供保護。此外，在一些實施例中，通道蓋174和184處於閉合位置時可以顯著限制或完全防止氣體通過開口流動。處於打開位置時，第一通道蓋174不會限制物質進入第一開口 172，由此，物體和/ 或人可以從中通過。同樣地，第二通道蓋184處於打開位置時也不會限制物質進入第二開口 182，且由此，物體和/或可以從中通過。在示範性實施例中，閉合機構(未顯示)用於將通道蓋174和184固定在閉合位置。閉合機構可能包括機械扣件(如螺母和/或螺栓)、鉸鏈、閂鎖或其他任何合適的部件。 為了將通道蓋174和184移動到打開位置，可以移除或解開閉合機構。當通道蓋174和184 處於閉合位置時，密封構件(未顯示)也可能設置在通道蓋174和184與其對應的密封板 170和180之間。密封構件可能為襯墊或其他合適的裝置，可以限制且/或消除接口區域 156與變槳總成130之間以及變槳總成130與轉子葉片112內部之間的物質流通。圖4的示範性實施例使用了多個扣件將各種部件連接在一起。例如，在示範性實施例中，葉片螺栓190與葉片螺母192結合使用，用於將轉子葉片112和外部密封板180固定在變槳總成130上。葉片螺栓190穿過外部密封板180中的對應螺栓開口 186和變槳總成130中的開口(未顯示)。在示範性實施例中，輪轂螺栓194與輪轂螺母196結合使用， 用於將內部密封板170和變槳總成130固定在輪轂110上。輪轂螺栓194穿過內部密封板 170中的對應螺栓開口 176和變槳總成130中的開口(未顯示)。在其他實施例中，可以使用不同類型的扣件或拴扣系統將各種部件連接在一起。圖5為用於密封風機(顯示在圖1中)變槳總成的示範性方法200的流程圖。方法200可用於改進現有的風機，或者可以在風機投入使用之前的初始建造階段使用。如前所述，風機100包括在內部接口區域157處連接到輪轂110的變槳總成130 和在外部接口區域159處連接到轉子葉片112的變槳總成130。方法200的第一步QlO) 是將內部密封板170設置在變槳總成130的內部接口區域157中。內部密封板170能限制物質從輪轂110進入變槳總成130中。內部密封板170中還形成有第一開口 172。所述第一開口 172可在將內部密封板170設置在內部接口區域157中之前或之後形成。內部密封板170可藉助合適的機械扣件(如螺栓、螺母等)在內部接口區域157內定位，或者可以使用其他固定系統(如焊接、銅焊、粘接等)將內部密封板170定位在適當的位置。接下來，方法200提供第一通道蓋174，其大小和形狀可以在第一通道蓋174處於閉合位置時覆蓋內部密封板170中形成的第一開口 172(220)。之後，將外部密封板180設置在變槳總成130的外部接口區域159中(230)。外部密封板180會限制物質從轉子葉片 112進入變槳總成中，且其上形成有第二開口 182。所述第二開口 182可在在將外部密封板 180設置在外部接口區域159中之前或之後形成。外部密封板180可藉助合適的機械扣件 (如螺栓、螺母等)定位於外部接口區域159的適當位置，或者可以使用其他拴扣系統(如焊接、銅焊、粘接等)將外部密封板180定位在適當的位置。之後可提供第二通道蓋184 Q40)，其大小和形狀可以在第二通道蓋184處於閉合位置時覆蓋外部密封板180中形成的第二開口 182。然後可以提供各種閉合機構，用於分別將第一通道蓋174和/或第二通道蓋184固定在相應閉合位置。此處使用的實例僅為說明性實例，並不局限於這些實例的要素。上述實施例提供了用於限制物質進入風機中變槳總成的高效率、具成本效益的系統。上述實施例還提供了用於對風機進行改進，以使其包括用於限制物質進入風機中變槳總成的系統的方法。所述系統和方法可以保護變槳總成，使其不受外部大氣及其中所包括的汙染物的影響。因此，風機的輪轂及其中所包括的部件可以暴露在大氣中，由大氣進行冷卻，而變槳總成可以與大氣隔絕。上文詳細介紹了風機的示範性實施例、用於限制物質進入變槳總成的系統和用於對帶有此類系統的風機進行改進的方法。所述方法、風機和系統並不局限於此處所述的特定實施例，相反，所述風機的部件和/或系統和/或所述方法的步驟可以與此處所述的其他部件和/或步驟分開來單獨使用。例如，所述系統還可以與其他系統和方法結合使用，並不局限於僅與此處所述風機和系統有關的實踐。相反，所述示範性實施例可以與其他許多風機應用結合實施並使用。雖然一些附圖中可能顯示了本發明各種實施例的特定特點而其他附圖中並未顯示，但這僅是為了方便起見。根據本發明的原理，附圖中的任何特點都可以與其他附圖的任何特點結合參考或主張。本書面說明使用實例揭示本發明(包括最佳模式)，並使所屬領域的任何一般技術人員可以實踐本發明，包括製作和使用任何裝置或系統，以及執行併入本說明中的任何方法。本發明的保護範圍由權利要求書界定，可能包括所屬領域的一般技術人員想出的其他實例。如果其他此類實例的結構要素與權利要求書的字面意義相同，或如果此類實例的等效結構要素與權利要求書的字面意義無顯著差別，則此類實例也屬於權利要求書的範圍。
權利要求
1.一種密封風機中變槳總成的系統，所述變槳總成在所述變槳總成的內部接口區域處連接到可旋轉輪轂，所述系統包括位於所述內部接口區域中的用於限制從所述可旋轉輪轂進入所述變槳總成中的密封板，所述密封板配置成使所述變槳總成與所述內部接口區域隔絕。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於所述密封板形成有開口。
3.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於還包括通道蓋，所述通道蓋在其處於閉合位置時用於密封所述形成於密封板的所述開口。
4.根據權利要求3所述的系統，其特徵在於還進一步包括用於將所述通道蓋固定在所述密封板上的閉合機構。
5.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於進一步包括位於外部接口區域中的外部密封板，轉子葉片在所述外部接口區域處連接到所述變槳總成，所述外部密封板配置成使所述變槳總成，與所述轉子葉片隔絕。
6.根據權利要求3所述的系統，其特徵在於進一步包括設置在所述密封板與所述通道蓋之間的密封構件。
7.根據權利要求3所述的系統，其特徵在於所述密封板和所述通道蓋配置成，在所述通道蓋處於所述閉合位置時，所述密封板和所述通道蓋可以防止大於預定大小的微粒狀物質和水從所述可旋轉輪轂進入所述變槳總成中。
8.—種密封風機中變槳總成的系統，所述變槳總成在所述變槳總成的內部接口區域處連接到可旋轉輪轂，所述系統包括位於所述內部接口區域中的內部密封板，所述內部密封板用於限制從所述可旋轉輪轂進入所述變槳總成中，所述內部密封板設有第一開口 ；第一通道蓋，所述第一通道蓋配置成其處於閉合位置時覆蓋所述第一開口 ；外部接口區域，所述外部接口區域由轉子葉片連接到所述變槳總成的區域界定；以及位於所述外部接口區域中的外部密封板，所述外部密封板用於限制從所述轉子葉片進入所述變槳總成中。
9.根據權利要求8所述的系統，其特徵在於還包括有第二通道蓋，所述第二通道蓋配置成在其處於閉合位置時，覆蓋所述形成於所述外部密封板的第二開口，且在其處於打開位置時允許進入所述第二開口。
10.根據權利要求8所述的系統，其特徵在於所述形成於內部密封板的所述第一開口的大小允許一個人通過。
11.根據權利要求8所述的系統，其特徵在於還包括用於將所述第一通道蓋和所述第二通道蓋中一者固定在所述閉合位置的至少一個閉合機構。
12.根據權利要求11所述的系統，其特徵在於所述閉合機構包括一條或一條以上鉸鏈以及一個或一個以上閂鎖機構。
13.根據權利要求8所述的系統，其特徵在於還包括第一襯墊，當所述第一通道蓋處於所述閉合位置時，所述第一襯墊處於在所述第一密封板與所述第一通道蓋之間。
14.根據權利要求9所述的系統，其特徵在於還包括第二襯墊，當所述第二通道蓋處於所述閉合位置時，所述第二襯墊處於在所述第二密封板與所述第二通道蓋之間。
15.一種密封風機中變槳總成的方法，所述變槳總成在內部接口區域處連接到可旋轉輪轂，所述變槳總成在外部接口區域處連接到轉子葉片，所述方法包括將內部密封板設置在所述變槳總成的所述內部接口區域中，所述內部密封板限制從所述可旋轉輪轂進入所述變槳總成中。
16.根據權利要求15所述的方法，其特徵在於所述內部密封板中形成有第一開口。
17.根據權利要求16所述的方法，其特徵在於進一步包括有第一通道蓋，所述第一通道蓋配置成在其處於閉合位置時覆蓋所述形成於內部密封板上的所述第一開口。
18.根據權利要求17所述的方法，其特徵在於包括在所述變槳總成的外部接口區域中設置外部密封板，所述外部密封板限制從所述轉子葉片進入所述變槳總成中，所述外部密封板形成有第二開口。
19.根據權利要求18所述的方法，其特徵在於還進一步包括設置第二通道蓋，所述第二通道蓋配置成在其處於閉合位置時覆蓋所述形成於所述外部密封板的所述第二開口。
20.根據權利要求17所述的方法，其特徵在於還包括將所述第一通道蓋固定在所述閉合位置，以覆蓋形成於所述內部密封板的所述第一開口。
全文摘要
本發明涉及一種密封風機的一部分的系統和一種用所述密封系統密封風機的方法。內部密封板位於內部接口區域中，所述內部接口區域在所述風機的輪轂與變槳總成之間。所述內部密封板形成有開口，當第一通道蓋處於閉合位置時其會覆蓋所述開口。外部密封板位於外部接口區域中，所述外部接口區域在變槳總成與轉子葉片之間。所述外部密封板形成有開口，當第二通道蓋處於閉合位置時其會覆蓋所述開口。所述通道蓋在處於閉合位置時會限制物質進入所述密封板中形成的相應開口。
文檔編號F16J15/16GK102466040SQ20111033957
公開日2012年5月23日 申請日期2011年10月24日 優先權日2010年10月29日
發明者B·G·穆爾 申請人:通用電氣公司