CN103511199A - 风力机 - Google Patents

Abstract

一种用于发电的风力机，该风力机包括可拆分式结构以方便运输和组装，该可拆分式结构包括塔、设于塔顶端的吊舱、多个风力收集叶片和旋转机构，所述旋转机构包括发电机和多个支撑杯状体，所述发电机包括固定于吊舱上的内定子和包围所述内定子的外转子，所述支撑杯状体中安装有叶片桨距调整旋转毂并且所述支撑杯状体上分别固定有风力收集叶片。

Description

风力机

技术领域

本发明涉及使用风力的设备、装备和装置领域，更具体地，涉及一种风力机（wind-driven machine），该风力机优选地具有大功率，并且该风力机构造为具有可拆分式的结构以使得该风力机的各个部件易于通过车辆运输且不会超过道路运输有关尺寸和大小的限制并且还能够简易快捷地就地安装。

背景技术

风力机（有时被称为风力驱动涡轮机或简称为风力涡轮机）广泛地用于将风力转化为电能和机械能的技术领域。具体地，风力机由具有较高高度的塔和设于该塔顶端上的吊舱（gondola），在吊舱上，旋转机构的风力收集叶片或翼设置于主轴上，并且吊舱上设置有全部传动装置、制动装置、调节阀、增速箱和发电机。所述塔具有较高高度的目的是使叶片尽可能地远离地面以收集更高速度的风。

上述部件中的每一个通常都是运输到机器待安装场地的。有时，可在远离安装场地的地方对一些部件进行组装或预组装，形成大尺寸的装置使得不得不使用特殊车辆运输并且还可能超出交通车道（例如公路和一些高速公路）的标准宽度。运输上述的部件和装置需要经过对物流、市区和道路交通进行准确分析和研究而做出决定，还有，上述的部件和设备即使在可运输的情况下也还可能在体积和重量方面超出载荷。因此，部件的预组装受到限制，通常只有小尺寸和中等尺寸的设备可以预组装，这些设备还必须能够在没有极大方便工作的制造设备、机器和工具的供应的情况下在就地实施安装。

由于传统结构的缺陷，一种具有能够预组装或组装为紧凑的设备、能够通过车辆运输而不会超过运输尺寸限制而且能够是实现设备的快速、简便而无需特殊机器和工具的新结构的风力机将变得非常有优势。

发明内容

因此本发明的一个目的是提供一种新型的风力机，该风力机包括安装塔、吊舱和多个风力收集叶片，所述多个风力收集叶片安装在所述吊舱上，其中，吊舱上安装有外部的发电设备，该发电设备在工厂完成组装并且能够容易地运输到机器的安装现场，然后只剩设备的叶片和加强部位的连接。

本发明的另一个目的是提供一种用于发电的风力机，该风力机具有方便运输和组装的可拆分式结构，该可拆分式结构包括塔、位于塔顶端的吊舱、多个风力收集叶片和旋转机构，所述旋转机构包括发电机和多个支撑杯状体，所述发动机包括固定于所述吊舱上的内定子和包围所述内定子的外转子，所述支撑杯状体中安装有叶片桨距调整旋转毂并且所述支撑杯状体上分别固定有风力收集叶片。

本发明还有一个目的是提供一种用于发电的风力机，该风力机包括塔，该塔的顶端设置吊舱，该吊舱用于容纳发电设备和装置，并且该吊车上安装有旋转机构，该旋转机构具有风力收集叶片，其中，所述旋转机构包括：发电机，该发电机包括内定子和外转子，所述内定子固定于所述吊舱上，所述外转子包围所述内定子；磁极和绕组，该磁极和绕组用于发电并且各自任选其一地设置在所述内定子和所述外转子上；多个支撑杯状体，每个所述支撑杯状体用于一个叶片，并且所述多个支撑杯状体等间距地固定于所述发电机的所述外转子上；以及叶片浆距调整毂，该叶片浆距调整毂旋转地安装于所述支撑杯状体内，每个所述风力收集叶片分别连接于一个所述叶片浆距调整毂。

附图说明

为了更清楚和更好地理解本发明的目的，在多个附图中对本发明进行说明，作为举例，本发明的一种优选实施方式展示在这些附图中，其中：

图1是对应于传统的风力涡轮机的基础图，以便于理解风力机的传统结构；

图2是根据本发明的安装在吊舱上的发电设备的剖视图；

图3是安装在吊舱上的图2中的发电设备的横截面视图；

图4是根据本发明的一种可选择方案的发电设备的横截面视图。

具体实施方式

如图所示，本发明涉及一种用于发电的风力机（或者简单地称为风力涡轮机），该风力机包括塔，在塔的顶端设置有吊舱以容纳发电设备和装置，并且吊舱上安装有旋转机构，该旋转机构具有风力收集叶片。

图1中示出了传统的风力驱动机或者风力涡轮机，传统的风力驱动机或者风力涡轮机包括塔1，该塔1具有足够高度以能够获取适用速度的风，在塔1的顶端安装有通常关闭的所谓的吊舱2。根据风力机的类型和尺寸，所述吊舱2可以是固定形式或者可旋转形式。吊舱的前部或者头部（nose）3为风力收集旋转平面（rotary plane），该风力收集旋转平面包括多个固定于毂5上的翼片或叶片4，为了改变桨距（pitch），叶片通过可以绕其纵向几何轴线旋转的机械方式固定于毂5上。毂5传递旋转运动给主轴组件6，该主轴组件6通过公知的连接系统旋转连接于增速箱7（例如齿轮箱），该增速箱7用于增大主轴组件6的旋转速度并将旋转通过传动轴8输送至发电机9，发电机9产生电能并且电能通过导体10传递给发电站。这种结构的乃至更先进的风力涡轮机的构造需要多次就地构造和组装，因而产生很多问题、耗费过长时间且需要一些只能在制造工厂获得的且运输代价高的机器和工具。在更先进的结构中，一些部件在工厂预制造且运输到设备处以进行安装，但是这些部件太大使得一般不能通过标准道路或者道路（例如公路或者高速公路）运输，为了用车辆运输这些部件，必须将这些部件拆分。

与传统的设备不同，本发明提供了一种功率高于4兆瓦的大功率风力机，其中，此外，为了强化风力机的结构，发电机在设计上具有独特特征，这通过使发电机的旋转部的结构与连接于叶片支撑锥形体的强化横梁或者外部强化环封闭来实现。根据本发明的其他方面，将风力机按照以下方式拆分成多个部件：便于部件的起吊和装置的高空组装，并且即使是大功率机器也能符合标准尺寸限制从而允许地面运输。

更具体地，根据本发明，提供了一种大功率风力机，优选为功率高于4兆瓦的风力机，该风力机也包括塔和设有风力收集叶片的吊舱，其中，将风力机按照以下方式拆分成多个部件：便于部件的起吊和装置的高空组装，并且即使是大功率风力机也能够允许地面运输。风力机的叶片安装于旋转机构（在图2、图3和图4中由参考标记11表示）上。该旋转机构11包括发电机（electric power generator）12，发电机12为带有外转子的同步发电机，发电机12包括固定于吊舱的内定子13和围绕该内定子13设置的外转子14。该内定子13包括圆盘形部件15，该圆盘形部件15的中部固定于吊舱上，并且包括外围部件16。更具体地，圆盘形部件15通过螺钉或螺栓17牢固地固定于吊舱的延伸部18（图中未示出）。

固定的内定子13由外转子14包围，该外转子14包括圆柱形外围壁19和中间翼22，所述圆柱形外围壁19牢固地固定于前圆形壁20和后圆形壁21，所述中间翼22从前圆形壁20延伸出并且对准于圆柱形外围壁19的轴线。发动机的工作部件，即用于发电的磁极、磁场发生器和绕组各自任选其一地（indistinctly）设置在内定子13和外转子14中，也就是说，更具体地，用于发电的磁极和绕组中的一者设置于定子的外围部件16内，另一者设置于转子的圆柱形外围壁19和中间翼22内。产生磁场的磁极23可由永磁体构成或者可具有缠绕有由超导体材料制作的螺旋绕组的凸极。发电机的定子部件可由导电材料或者超导体材料制作的单线绕组或双线绕组的绕组24构成。在使用导电绕组的情况下，冷却依靠液体完成，该液体适用于吸收绕组产生的热量并通过交换器将热量传递到环境中。若使用超导体绕组的情况下，冷却可基于液氮或者其他能使超导体保持在最高工作温度下的产品来实现。定子14可旋转地安装于吊舱的头部18，例如通过任何公知的能承受这种类型的设备的载荷的转动机构25、26可旋转地安装于吊舱的头部18。

另外，根据本发明，设置有多个支撑杯状体，每个支撑杯状体用于一个叶片，该多个支撑杯状体等间距地固定于吊舱的外转子14上。在本发明的一个实施例中，由于设备将具有三个叶片，因而设置有三个支撑杯状体27，每个叶片连接于一个杯状体27，详情如下。支撑杯状体27呈截锥形状，该截锥的小底座（minor base）28固定于外转子14的外围壁19上。小底座28可由如图3所示的一个附属部件组成，或者可以为截锥本身的一部分。其次，截锥的大底座（major base）29呈放射状朝外开放，并且如图2所示优选地具有连接法兰30。支撑杯状体27围绕发电机等角度并等间距地分布，在具有三个叶片的情况下，三个叶片呈120°夹角分布。支撑杯状体27之间通过刚性横梁31彼此连接，该刚性横梁31可以例如通过螺栓连接到连接法兰30的各自的边缘32上。设备的旋转部件的这种具有高结构强度的封闭结构是为了抵抗风产生的作用力。

如图3所示，为了能够改变各叶片间的桨距，提供了一种可旋转地安装于各个支撑杯状体27内的叶片桨距调整毂33。叶片桨距调整毂33优选具有圆锥形整体结构的主体，该主体插入相应的支撑杯状体27内，并且与杯状体27类似，圆锥形整体结构的主体具有容纳于杯状体27底部的小基座34和从支撑杯状体开放的大底座29向上延伸的大基座35。全部毂33的大基座35分别与多个叶片连接。更具体地，各个叶片36通过例如本领域公知的螺钉、螺栓或者T型螺栓37固定于大基座35。

为了使叶片36能绕其纵向几何轴线旋转，杯状体27内可旋转地安装有桨距调整毂33，以便朝向风调整叶片的表面或者平面的角度位置，简单来说以便改变螺旋间距。因此，毂33通过设置在毂33的小基座34和大基座35的外围上的内部润滑辊或者浮动块38和外部润滑辊或者浮动块39安装。以示意和常规的方式由参考标记40表示的驱动机构用于相对于固定的杯状体27产生旋转运动从而在该驱动机构的辊上旋转毂33。这种锥形装置能够牢固地支撑因尺寸大而具有较大齿根直径的叶片36。

如图4所示，根据本发明的可选方案，发电机的组成与图2和图3的实施例基本相同，因此保留相同的参考标记。图4中的发电机的定子绕组是单线绕组而图3中的发电机的定子绕组是双线绕组。在这个方案中，支撑杯状体的结构形状有所改变，支撑杯状体41通过螺栓固定于外转子14的外周上。叶片36通过活动结构42固定于支撑杯状体或锥体41上，叶片36通过螺栓（可以是本领域公知的T型螺栓）固定于活动结构42上。为了使叶片36旋转并且为了改变叶片36的桨距，提供了一种调节机构，该调节机构由电动机45驱动，或者由液压回路（未示出）驱动。

本发明提供的可拆分式结构配置能够使整个发电机作为一个部件起吊、并固定于安装在塔端部的吊舱上，各叶片36分别地与支撑杯状体、桨距调整毂和刚性横梁连接以获得高刚度的封闭结构。

可拆分式的设计除了能方便起吊外，还能使部件符合运输的标准尺寸限制从而能够通过公路来运输，因此提高竞争优势。

最后，所述塔能够承受大尺寸装置所承受的较大的力，其可全部由后张预应力混凝土分段地制造，或者部分由混凝土制造而顶端由金属制造。塔的混凝土段可以在成风公园（aeolian park）形成以便于塔的各部件的运输。

尽管已经阐明和描述了本发明的优选实施方式，但是对于本领域技术人员来说显然的是，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以对本发明进行各种改变和修改。

Claims (9)

1.一种风力机，该风力机用于发电，该风力机包括塔，该塔的顶端设置有吊舱，该吊舱用于容纳发电设备和装置，并且该吊舱上安装有旋转机构，该旋转机构具有风力收集叶片，其中，所述旋转机构包括：

发电机，该发电机包括内定子和外转子，所述内定子固定于所述吊舱上，所述外转子包围所述内定子；

磁极和绕组，该磁极和绕组用于发电并且各自任选其一地设置在所述内定子和所述外转子上；

多个支撑杯状体，每个所述支撑杯状体用于一个叶片，并且所述多个支撑杯状体等间距地固定于所述发电机的所述外转子上；

叶片浆距调整毂，各个所述支撑杯状体内可旋转地安装有所述叶片浆距调整毂，每个所述风力收集叶片分别连接于一个所述叶片浆距调整毂。

2.根据权利要求1所述的风力机，其中，所述内定子包括圆盘形部件，该圆盘形部件包括外围部件并且该圆盘形部件的中部固定于所述吊舱上。

3.根据权利要求2所述的风力机，其中，所述发电机的所述外转子包括圆柱形外围壁、前圆形壁、后圆形壁和中间翼，所述中间翼对准于所述圆柱形外围壁的轴线。

4.根据权利要求3所述的风力机，其中，用于发电的所述磁极和所述绕组各自设于所述内定子的所述外围部件、以及所述外转子的所述圆柱形外围壁和所述中间翼中的对应一个上。

5.根据权利要求1所述的风力机，其中，所述支撑杯状体呈截锥形状，该截锥具有固定于所述外转子的所述圆柱形外围壁的小底座和呈放射状朝外开放的大底座。

6.根据权利要求5所述的风力机，其中，所述叶片桨距调整毂具有圆锥形整体结构的主体，该主体插入相对应的所述支撑杯状体内，所述圆锥形整体结构的主体具有从所述支撑杯状体的开放的所述大底座向上延伸的大基座。

7.根据权利要求6所述的风力机，其中，所述叶片固定于所述叶片桨距调整毂的所述大基座。

8.根据权利要求1所述的风力机，其中，所述支撑杯状体之间通过刚性横梁连接。

9.根据权利要求8所述的风力机，其中，所述刚性横梁固定于各个所述支撑杯状体的开放的所述大底座的法兰上。

Images