專利名稱:風(fēng)力發(fā)電裝置的旋翼頭及風(fēng)力發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電裝置的旋翼頭及風(fēng)力發(fā)電裝置。
背景技術(shù):
風(fēng)力發(fā)電裝置的風(fēng)車裝置具有在支柱的上端設(shè)置成可大致水平地旋轉(zhuǎn)的機(jī)艙;可繞大致水平的軸線旋轉(zhuǎn)且在機(jī)艙上設(shè)置的旋翼頭;以及繞旋翼頭的軸線放射狀地安裝的 多個(gè)(例如3個(gè))風(fēng)車翼。從旋翼頭的軸線方向吹向風(fēng)車翼的風(fēng)力變換成使旋翼頭繞軸線旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力??紤]到強(qiáng)度,旋翼頭一般采用鑄件(鑄鐵、鑄鋼)一體地制作出。近年來(lái),隨著風(fēng) 車裝置的大型化,旋翼頭也大型化,重量增加。例如,2 3MW級(jí)別的風(fēng)力發(fā)電裝置的旋翼頭 的重量在10噸左右??梢灶A(yù)測(cè),如果將來(lái)風(fēng)力發(fā)電裝置變?yōu)?MW級(jí)別,則旋翼頭的重量會(huì) 超過(guò)40噸。這樣,如果旋翼頭大型化,則擔(dān)心采用鑄件一體地制作變得困難、或者無(wú)法制作。 此外,向組裝現(xiàn)場(chǎng)搬運(yùn)旋翼頭的工作也變成有難度且需要成本的作業(yè)。因此,對(duì)能夠與旋翼頭的大型化適應(yīng)的結(jié)構(gòu)有較大的需求。例如專利文獻(xiàn)1所示,公開(kāi)了一種將其分割而制作并在組裝現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝的旋翼 頭。這是將旋翼頭分割為中央的核心部以及安裝各風(fēng)車翼的3個(gè)外側(cè)部,將這些接合 而形成旋翼頭。由此,核心部與外側(cè)部能夠以具有可靠性的大小利用鑄件制作出,因此能夠以較 高的品質(zhì)制造。此外,由于是搬運(yùn)較小的部件,因而運(yùn)送也較為容易。專利文獻(xiàn)1(日本)特表2004_504534號(hào)公報(bào)
發(fā)明內(nèi)容
專利文獻(xiàn)1所示的發(fā)明中,核心部與外側(cè)部的接合部分在沿風(fēng)車翼的安裝面的全 周面上。因此,在分割部分的接合部上,由于承受了作用于風(fēng)車翼的全部載荷,因而要求接 合部具有堅(jiān)固的接合結(jié)構(gòu)。一般而言,接合構(gòu)造的強(qiáng)度相比一體構(gòu)造較弱,因此在大載荷作用下的結(jié)構(gòu)中存 在長(zhǎng)期的可靠性的問(wèn)題。此外,在核心部設(shè)有接合各外側(cè)部的開(kāi)口部,因而在該開(kāi)口部之間存在狹窄的鞍 部。在采用鑄件制造核心部的情況下,熔融金屬流動(dòng)于該鞍部,因而需要熔融金屬能充分地 流動(dòng)所需大小的截面積。因此,這對(duì)減小核心部施加了制約。即,為了維持澆鑄的精度及質(zhì) 量,熔融金屬的流路中途存在的鞍部區(qū)域需要確保充分的大小,難于容易地實(shí)現(xiàn)核心部的 小型化。本發(fā)明鑒于上述課題而提出,其目的在于,提供一種能夠應(yīng)對(duì)大型化且能夠防止 損害裝置的可靠性的風(fēng)力發(fā)電裝置的旋翼頭及風(fēng)力發(fā)電裝置。
為了達(dá)到上述目的,本發(fā)明提供了以下手段。本發(fā)明的第1方式為一種風(fēng)力發(fā)電裝置的旋翼頭,多個(gè)風(fēng)車翼繞軸線放射狀地安裝,接合分割成多個(gè)形成的分割體而構(gòu)成,該分割體彼此的接合部分的至少一個(gè)在與所述 軸線相交的平面內(nèi)形成。根據(jù)本方式,旋翼頭接合多個(gè)分割體而構(gòu)成,因而各個(gè)分割體能夠以具有可靠性 的大小采用鑄件制作出。由此,即使旋翼頭大型化也能夠可靠地制造旋翼頭。此外,由于將 每個(gè)分割體搬運(yùn)到建設(shè)現(xiàn)場(chǎng),因而能夠容易地搬運(yùn)。分割體彼此的接合部分的至少一個(gè)在與旋翼頭的軸線相交的平面內(nèi)形成,因而該 分割面沿與風(fēng)向相交的方向形成。當(dāng)風(fēng)吹向風(fēng)車翼時(shí),風(fēng)車翼向下風(fēng)側(cè)彎曲,因而作用于風(fēng) 車翼的安裝面的彎曲載荷為上風(fēng)側(cè)及下風(fēng)側(cè)較大,而朝向與風(fēng)向相交的方向較小。因此,分 割體彼此的接合部分在該彎曲載荷較小的部分設(shè)置,從而能夠提高接合結(jié)構(gòu)的可靠性。此外,該接合部分以切斷風(fēng)車翼的安裝用開(kāi)口部之間的方式形成,因而在采用鑄 件制造分割體的情況下,能夠使該部分作為熔融金屬的入口或出口。由此,不必要求熔融金 屬流動(dòng)于安裝用開(kāi)口部之間的鞍部,因而能夠減小截面積、即開(kāi)口部之間的寬度。如果能夠 減小開(kāi)口部之間的鞍部,則能夠使旋翼頭小型化。在上述的方式中,所述分割體為2個(gè),希望所述接合部分在通過(guò)所述各風(fēng)車翼的 軸線中心的平面內(nèi)形成。這樣,接合部分在通過(guò)各風(fēng)車翼的軸線中心的平面內(nèi)形成,換言之是僅在與旋翼 頭的軸線大致正交地相交的平面內(nèi)形成,因而在載荷最小的部分接合。在上述結(jié)構(gòu)中,希望在所述接合部分設(shè)有用于設(shè)定相互的接合位置的定位部件。這樣,能夠利用定位部件設(shè)定接合位置,與之對(duì)準(zhǔn)而進(jìn)行鑄件的機(jī)械加工,例如進(jìn) 行回轉(zhuǎn)輪的安裝面的加工。本發(fā)明的第2方式為一種風(fēng)力發(fā)電裝置,設(shè)有接受風(fēng)力的多個(gè)風(fēng)車翼;上述第1 方式的旋翼頭;以及通過(guò)該旋翼頭的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電設(shè)備。根據(jù)本方式,通過(guò)使用上述第1方式的旋翼頭,能夠不損害可靠性地應(yīng)對(duì)旋翼頭 的大型化,因而可以應(yīng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電裝置的大型化。根據(jù)本發(fā)明,旋翼頭接合多個(gè)分割體而構(gòu)成,因而即使旋翼頭大型化也能夠?qū)⑵?可靠地制造出。此外,由于將分割體各自搬運(yùn)到建設(shè)現(xiàn)場(chǎng),因而能夠容易地搬運(yùn)。分割體彼此的接合部分的至少一個(gè)在與旋翼頭的軸線相交的平面內(nèi)形成,因而能 夠提高接合結(jié)構(gòu)的可靠性。此外,該接合部分以切斷風(fēng)車翼的安裝用開(kāi)口部之間的方式形成,因而能夠減小 開(kāi)口部之間的鞍部,能夠使旋翼頭小型化。
圖1為表示本發(fā)明的一種實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電裝置整體的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。圖2為說(shuō)明圖1的旋翼頭的結(jié)構(gòu)的局部放大圖。圖3為表示本發(fā)明的一種實(shí)施方式的旋翼頭的結(jié)構(gòu)的立體圖。圖4為表示本發(fā)明的一種實(shí)施方式的旋翼頭的回轉(zhuǎn)輪的載荷分布的示意圖。圖5為表示本發(fā)明的一種實(shí)施方式的接合部的結(jié)構(gòu)的局部剖面圖。
圖6為表示本發(fā)明的一種實(shí)施方式的接合部的接合狀態(tài)的局部剖面圖。圖7為說(shuō)明本發(fā)明的一種實(shí)施方式的旋翼頭的作用的示意圖。標(biāo)號(hào)說(shuō)明1 風(fēng)力發(fā)電裝置4 旋翼頭6 風(fēng)車翼7 發(fā)電設(shè)備13前部旋翼頭14后部旋翼頭16接合部18 鉸刀孔19銷形鉸刀L 旋轉(zhuǎn)軸線0、0A、0B、0C 軸線中心
具體實(shí)施例方式以下基于圖1 圖7說(shuō)明本發(fā)明的一種實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電裝置1。圖1為表示本實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電裝置1整體的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。風(fēng)力發(fā)電裝置1上設(shè)有在基座B上直立設(shè)置的支柱2 ;在支柱2的上端設(shè)置的機(jī) 艙3 ;可繞大致水平的軸線旋轉(zhuǎn)且在機(jī)艙3上設(shè)置的旋翼頭4 ;覆蓋旋翼頭4的頭部外罩5 ; 繞旋翼頭4的旋轉(zhuǎn)軸線(軸線)L放射狀地安裝的多個(gè)風(fēng)車翼6 ;以及利用旋翼頭4的旋轉(zhuǎn) 而進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電設(shè)備7。支柱2如圖1所示,為從基座B向上方(圖1的上方)延伸的柱狀的結(jié)構(gòu),例如將 多個(gè)部件沿上下方向連接而構(gòu)成。在支柱2的最上部設(shè)有機(jī)艙3。在支柱2由多個(gè)單元構(gòu)成的情況下,在設(shè)于最上部 的部件之上設(shè)置機(jī)艙3。機(jī)艙3如圖1所示,將旋翼頭4支承為通過(guò)主軸8可旋轉(zhuǎn),并且在內(nèi)部收容有利用 旋翼頭4(即主軸8)的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電設(shè)備7。作為發(fā)電設(shè)備7,可以例舉出設(shè)有如下構(gòu)造的發(fā)電設(shè)備使主軸8的轉(zhuǎn)數(shù)增加的增 速機(jī);傳遞旋翼頭4的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力而進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電機(jī);以及將由發(fā)電機(jī)發(fā)電得到的電壓 變換為規(guī)定的電壓的變壓器。圖2為說(shuō)明圖1的旋翼頭部分的結(jié)構(gòu)的局部放大圖。圖3是表示旋翼頭4的單體 狀態(tài)的立體圖。在旋翼頭4上繞所述旋轉(zhuǎn)軸線L放射狀地安裝多個(gè)風(fēng)車翼6,旋翼頭4的周圍由頭
部外罩5覆蓋。由此,當(dāng)風(fēng)從旋翼頭4的旋轉(zhuǎn)軸線L方向吹向風(fēng)車翼6時(shí),在風(fēng)車翼6上產(chǎn)生使旋翼頭4繞旋轉(zhuǎn)軸線L旋轉(zhuǎn)的力,旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)旋翼頭4。此外,在本實(shí)施方式中,適用于設(shè)置有3個(gè)風(fēng)車翼6的例子而進(jìn)行說(shuō)明,但風(fēng)車翼 6的數(shù)量不限于3個(gè),也可以適用于2個(gè)的情況或多于3個(gè)的情況,沒(méi)有特別的限制。
在旋翼頭4上設(shè)有安裝主軸8的主軸安裝部9 ;以及作為安裝風(fēng)車翼6的大致圓 形的開(kāi)口部的風(fēng)車翼安裝部10。從旋轉(zhuǎn)軸線L的方向、即從風(fēng)向W觀察,旋翼頭4是角部為凹彎曲的大致正三角形 狀。風(fēng)車翼安裝部10A、10BU0C如圖3所示,在與正三角形的各邊對(duì)應(yīng)的位置形成為大致 圓形。旋翼頭4由前部旋翼頭(分割體)13及后部旋翼頭(分割體)14構(gòu)成,所述前部 旋翼頭13及后部旋翼頭14通過(guò)風(fēng)車翼安裝部1(^、1( 、10(的軸線中心(^、(》、0(確定的 平面11分割而成。平面11與旋翼頭4的旋轉(zhuǎn)軸線L大致正交地相交。在前部旋翼頭I3及后部旋翼頭14的風(fēng)車翼安裝部10A、10B、10C之間的凹彎曲的 鞍部15上設(shè)置有接合部(接合部分)16。接合部16如圖3及圖5所示,以沿厚度方向向外側(cè)及內(nèi)側(cè)突起的方式設(shè)置。如圖 5所示,在接合部16的突起部上形成多個(gè)供螺栓插穿用的貫通孔17,例如形成3個(gè)。在接合部16的主體部分上形成有多個(gè)定位用的鉸刀孔(定位部件)18,例如形成 2個(gè)。前部旋翼頭13及后部旋翼頭14如圖6所示,利用在各接合部16上插穿鉸刀孔18 的銷形鉸刀(定位部件)19進(jìn)行定位,利用插穿螺栓孔17的螺栓20及螺母22進(jìn)行接合。此外,也可以在螺栓孔17上切削螺紋,不使用螺母22而利用螺栓20進(jìn)行接合。這樣,旋翼頭4為接合前部旋翼頭13及后部旋翼頭14而構(gòu)成,因而前部旋翼頭13 及后部旋翼頭14能夠以具有可靠性的大小采用鑄件而制作。這樣,即使旋翼頭4大型化也能夠可靠地制造出。此外,前部旋翼頭13及后部旋 翼頭14能夠分別搬運(yùn)至組裝現(xiàn)場(chǎng),因而能夠容易地將它們搬運(yùn)。在風(fēng)車翼6的翼根部一側(cè)具有通過(guò)回轉(zhuǎn)輪軸承23自由旋轉(zhuǎn)地支承在旋翼頭4上 的基部21。回轉(zhuǎn)輪軸承23由2列的滾動(dòng)軸承構(gòu)成?;?1為由一對(duì)大致圓形形狀的頂板29夾持回轉(zhuǎn)輪軸承23的內(nèi)輪25的兩端部 而形成?;剞D(zhuǎn)輪軸承23的外輪27通過(guò)螺栓固定安裝在旋翼頭4上。風(fēng)車翼6固定安裝在外周側(cè)(圖5的下側(cè))的頂板29上,因而將風(fēng)車翼6的整體 支承為可相對(duì)旋翼頭4旋轉(zhuǎn)。在旋翼頭4上,與各風(fēng)車翼6對(duì)應(yīng)而1對(duì)1地設(shè)置螺距驅(qū)動(dòng)裝置19,該螺距驅(qū)動(dòng)裝 置19使風(fēng)車翼6繞風(fēng)車翼6的軸線中心0旋轉(zhuǎn)并改變風(fēng)車翼6的螺距角。(參見(jiàn)圖2)接著,對(duì)由上述結(jié)構(gòu)構(gòu)成的風(fēng)力發(fā)電裝置1的發(fā)電方法進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。在風(fēng)力發(fā)電裝置1中,從旋翼頭4的旋轉(zhuǎn)軸線L方向吹向風(fēng)車翼6的風(fēng)力變換成 使旋翼頭4繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力。該旋翼頭4的旋轉(zhuǎn)通過(guò)主軸8傳遞至發(fā)電設(shè)備7,在發(fā)電設(shè)備7中發(fā)電產(chǎn)生適于電 力供給對(duì)象的電力,例如頻率為50Hz或60Hz的交流電。此處,至少在發(fā)電期間,為了使風(fēng)力有效地作用于風(fēng)車翼6,通過(guò)適當(dāng)?shù)厥箼C(jī)艙3在水平面上旋轉(zhuǎn),使旋翼頭4朝向上風(fēng)。此時(shí),如果風(fēng)吹向風(fēng)車翼6,則風(fēng)車翼6向下風(fēng)側(cè)彎曲,因而在作為風(fēng)車翼6安裝于旋翼頭4上的部分的回轉(zhuǎn)輪23上作用有彎曲載荷。圖4表示作用于風(fēng)車翼安裝部IOA的回轉(zhuǎn)輪23的載荷分布P。平面11通過(guò)風(fēng)車 翼安裝部IOA的軸線中心0A,與軸線中心L、即風(fēng)向W大致正交。該平面11與風(fēng)車翼安裝 部IOA的交點(diǎn)為點(diǎn)A、B。當(dāng)風(fēng)車翼6受到風(fēng)引起的彎曲力矩時(shí),作用于回轉(zhuǎn)輪23的彎曲載荷在上風(fēng)側(cè)及下 風(fēng)側(cè)變大,朝向與風(fēng)向相交的方向變小。因此,在平面11上的點(diǎn)A及點(diǎn)B上變得極小。換言 之,由于隔著平面11上的點(diǎn)A及點(diǎn)B而對(duì)稱,因此這些位置成為彎曲載荷的中立位置。此 夕卜,如果風(fēng)的狀況等發(fā)生變化,則該中立位置會(huì)稍微偏離,但總體上點(diǎn)A及點(diǎn)B為中立位置。這樣,接合部16設(shè)置在彎曲載荷最小的部分上,因而沒(méi)有大載荷作用于接合部 16。因此,即使是通過(guò)螺栓20及螺母22而接合的結(jié)構(gòu),在強(qiáng)度方面也能夠長(zhǎng)期保持充分的 可靠性。此外,即使平面11通過(guò)軸線中心0A、0B、0C而與旋轉(zhuǎn)軸線L相交,也能夠得到大致 相同的載荷條件。另外,平面11也可以不通過(guò)軸線中心OA、OB、OC而與旋轉(zhuǎn)軸線L相交。以下,說(shuō)明旋翼頭4的制造方法。前部旋翼頭13及后部旋翼頭14分別通過(guò)鑄造制成。此時(shí),對(duì)于前部旋翼頭13及 后部旋翼頭14,以接合部16位于上方的方式形成鑄型,從下部注入熔融金屬,使多余的殘 渣等從接合部16出來(lái)。這樣,在風(fēng)車翼安裝部10A、10BU0C之間的鞍部15上形成接合部16,因此例如接 合部16可以作為熔融金屬的出口。如果熔融金屬不必流動(dòng)于鞍部15,則不需要保持使熔融 金屬流動(dòng)所需最小限度的截面積。因此,能夠與熔融金屬流動(dòng)所需的截面積無(wú)關(guān)地使鞍部 15的截面積、即鞍部15的寬度減小。換言之,能夠使風(fēng)車翼安裝部10A、10BU0C互相接近而設(shè)置。圖7表示由鞍部15的大小引起的對(duì)風(fēng)車翼6的大小的影響。鞍部15的大小為用 于使熔融金屬順暢地流動(dòng)所需的大小。在本實(shí)施方式中,由于鞍部15的大小與使熔融金屬流動(dòng)所需的截面積無(wú)關(guān),因而 能夠使風(fēng)車翼安裝部10A、10BU0C向旋轉(zhuǎn)軸線L的方向移動(dòng)而使鞍部15的大小如鞍部15A 那樣減小。這樣,由于能夠使鞍部15如鞍部15A那樣減小,因而能夠不改變風(fēng)車翼6的大小 而使旋翼頭4如旋翼頭4A那樣小型化。另一方面,在一體結(jié)構(gòu)的旋翼頭4中,在與旋翼頭4A體積大致相同的旋翼頭4B的 情況下,鞍部15B與鞍部15的大小大致相同,因而風(fēng)車翼6B比風(fēng)車翼6小。換言之,在安裝同樣大小的風(fēng)車翼6的情況下,在本實(shí)施方式中,能夠減小旋翼頭 4的大小。接著,切削所鑄造的接合面16,為了對(duì)準(zhǔn)位置而機(jī)械加工出鉸刀孔18。以鉸刀孔 18為基準(zhǔn),對(duì)螺栓孔17、外輪27的安裝面等進(jìn)行機(jī)械加工。這樣,與使前部旋翼頭13及后部旋翼頭14接合時(shí)的定位鉸刀孔18對(duì)合而進(jìn)行鑄 件的機(jī)械加工,例如進(jìn)行回轉(zhuǎn)輪的安裝面的加工,因而能夠使前部旋翼頭13及后部旋翼頭 14合為一體,正確地形成旋翼頭4。各自形成的前部旋翼頭13及后部旋翼頭14分別被搬運(yùn)到風(fēng)力發(fā)電裝置1的組裝現(xiàn)場(chǎng)。這樣,分別搬運(yùn)前部旋翼頭13及后部旋翼頭14,因而即使旋翼頭大型化也能夠容易 地將旋翼頭搬運(yùn)至組裝現(xiàn)場(chǎng)。前部旋翼頭13及后部旋翼頭14在組裝現(xiàn)場(chǎng)被組裝。在前部旋翼頭13及后部旋 翼頭14的接合部16的任意一方的鉸刀孔18中插入銷形鉸刀19。以在銷形鉸刀19上插入 另一方的接合部16的鉸刀孔18的方式組合前部旋翼頭13及后部旋翼頭14。之后,利用螺栓20及螺母22使對(duì)合的接合部16彼此接合。在外輪安裝面上安裝外輪27并安裝于機(jī)艙3的主軸8上。進(jìn)而,在風(fēng)車翼安裝部10A、10B、IOC上安裝風(fēng)車翼6。此外,本發(fā)明不限于上述各實(shí)施方式,在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兏?。例如在本?shí)施方式中,旋翼頭4被分割為2個(gè),但是也可以分割為3個(gè)以上。這種情況下,任一個(gè)分割面與本實(shí)施方式同樣地沿與旋轉(zhuǎn)軸線L相交的方向設(shè)定。
權(quán)利要求
一種風(fēng)力發(fā)電裝置的旋翼頭,多個(gè)風(fēng)車翼繞軸線放射狀地安裝,所述風(fēng)力發(fā)電裝置的旋翼頭接合分割成多個(gè)形成的分割體而構(gòu)成,該分割體彼此的接合部分的至少一個(gè)在與所述軸線相交的平面內(nèi)形成。
2.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電裝置的旋翼頭,所述分割體為2個(gè),所述接合部分在通過(guò)所述各風(fēng)車翼的軸線中心的平面內(nèi)形成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)力發(fā)電裝置的旋翼頭, 所述接合部分上設(shè)有用于設(shè)定相互的接合位置的定位部件。
4.一種風(fēng)力發(fā)電裝置,設(shè)有 接受風(fēng)力的多個(gè)風(fēng)車翼;權(quán)利要求1至權(quán)利要求3的任一項(xiàng)所述的旋翼頭;以及 通過(guò)該旋翼頭的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電設(shè)備。
全文摘要
提供一種風(fēng)力發(fā)電裝置的螺距驅(qū)動(dòng)裝置及風(fēng)力發(fā)電裝置,其能夠以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)防止損害螺距驅(qū)動(dòng)裝置的可靠性。一種風(fēng)力發(fā)電裝置(1)的旋翼頭(4),多個(gè)風(fēng)車翼(6)繞旋轉(zhuǎn)軸線(L)放射狀地安裝,接合分割成多個(gè)形成的前部旋翼頭(13)及后部旋翼頭(14)而構(gòu)成,前部旋翼頭(13)及后部旋翼頭(14)彼此的接合部(16)在與旋轉(zhuǎn)軸線(L)相交的平面(11)內(nèi)形成。
文檔編號(hào)F03D1/06GK101821499SQ20088000232
公開(kāi)日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日
發(fā)明者沼尻智裕 申請(qǐng)人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社