分段式轉(zhuǎn)子輪轂的制作方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子輪轂。
[0002]近年來，發(fā)展風(fēng)力渦輪機(jī)的目的在于獲得更高的功率輸出。通常，通過增加轉(zhuǎn)子大小實(shí)現(xiàn)更高的功率輸出。然而，增加轉(zhuǎn)子大小也導(dǎo)致輪轂大小的增加，這不是在運(yùn)輸性和其在風(fēng)能裝置現(xiàn)場的處理的方面所希望的。另外，運(yùn)輸較大的轉(zhuǎn)子輪轂代價(jià)高且需要非常多的物流資源和準(zhǔn)備工作。此外，制造較大的轉(zhuǎn)子輪轂需要諸如大型加工機(jī)床之類的昂貴的制造設(shè)備、諸如鑄件之類的大量的材料、和更多的勞動(dòng)力。而且，在現(xiàn)有輪轂出現(xiàn)故障或磨損和撕裂時(shí)，整個(gè)輪轂結(jié)構(gòu)就必須更換。
[0003]進(jìn)一步地，現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子輪轂被設(shè)計(jì)成具有四面體狀輪廓。由于輪轂的這種輪廓，所以輪轂的角部的應(yīng)力高。為了承受該應(yīng)力，輪轂通常被設(shè)計(jì)成具有實(shí)芯或由具有高拉伸強(qiáng)度的材料制成的其它強(qiáng)化結(jié)構(gòu)。因此，需要大量的材料用于制造這些輪轂。而且，這種輪轂需要覆層(cladding)，以便提供空氣動(dòng)力學(xué)前表面(front surface)。這增加了輪轂的總成本。
[0004]以下缺點(diǎn)在本領(lǐng)域中是公認(rèn)的:
傳統(tǒng)的單件式輪轂難以處理和運(yùn)輸。
[0005]傳統(tǒng)的輪轂的形狀為三角形。因此，需要覆層來覆蓋輪轂并向輪轂提供空氣動(dòng)力學(xué)形狀。
[0006]傳統(tǒng)的輪轂通過軸聯(lián)接到發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子。輪轂的旋轉(zhuǎn)使軸旋轉(zhuǎn)，該軸又使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
[0007]由于傳統(tǒng)的輪轂的形狀為三角形，所以輪轂角部處的應(yīng)力被觀察到。
[0008]傳統(tǒng)的輪轂由實(shí)體內(nèi)芯或其它強(qiáng)化結(jié)構(gòu)以補(bǔ)償角部應(yīng)力并承受負(fù)載，因此，制造成本尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)的分段式轉(zhuǎn)子輪轂，特別是，在其正面上具有空氣動(dòng)力學(xué)輪廓和側(cè)面上具有完全開口端，該完全開口端被配置成接納發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的圓周的一端，以下被稱為后端。
[0010]該輪轂包括多個(gè)輪轂段。各個(gè)輪轂段可以被分別制造并且被運(yùn)輸?shù)桨惭b現(xiàn)場。在安裝現(xiàn)場，輪轂段可以通過接合各個(gè)分段式輪轂件來組裝以形成輪轂。這樣形成的分段式輪轂可以圍成中空空間并且在其背面上完全開口。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，多個(gè)輪轂段可以通過使用本領(lǐng)域中已知的適當(dāng)?shù)倪B接裝置(例如凸緣、螺栓和螺釘)來接合。
[0011]如上所示，各個(gè)輪轂段被組裝在一起形成輪轂。輪轂段以這種方式設(shè)計(jì)，即，組裝好的輪轂在其前端具有空氣動(dòng)力學(xué)輪廓并在其后端具有中空空間，該中空空間具有開口端。在一個(gè)實(shí)施方式中，輪轂段被以這種方式制造，即:輪轂可以具有不同的輪廓，例如，大致橢圓形輪廓、拋物線輪廓、圓錐狀輪廓、或半球形輪廓。
[0012]在一個(gè)實(shí)施方式中，各個(gè)輪轂段具有至少一個(gè)分型面。在組裝時(shí)，多個(gè)輪轂段被組裝使得一個(gè)輪轂段的至少一個(gè)分型面鄰靠另一個(gè)輪轂段的至少一個(gè)分型面。鄰靠的分型面之后可以通過適當(dāng)?shù)倪B接裝置(諸如凸緣、螺釘和螺栓組件)接合在一起。各個(gè)輪轂段可以包括用于接納風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子葉片開口，該轉(zhuǎn)子葉片開口又可以進(jìn)一步包括適于接納并支承轉(zhuǎn)子葉片的葉片凸緣。隨后，轉(zhuǎn)子葉片可以被定位到轉(zhuǎn)子葉片開口中。在一個(gè)實(shí)施方式中，開口和葉片凸緣可以部分地設(shè)置在輪轂段上，使得一個(gè)輪轂段中的葉片凸緣的一部分鄰靠設(shè)置在另一個(gè)輪轂段上的葉片凸緣的另一部分，以形成完整的葉片凸緣。
[0013]在一個(gè)實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)子輪轂包括三個(gè)輪轂段。各個(gè)輪轂段具有至少兩個(gè)端，即，面向發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的后端、和面向風(fēng)的前端。輪轂段的外面從后端延伸并朝向前端聚攏。各個(gè)輪轂段具有一個(gè)或多個(gè)分型面，該分型面要么從后端延伸到前端要么延伸穿過轉(zhuǎn)子輪轂的旋轉(zhuǎn)軸線。進(jìn)一步地，各個(gè)輪轂段包括用于接納風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子葉片開口，該轉(zhuǎn)子葉片開口又可以進(jìn)一步包括適于接納并支承轉(zhuǎn)子葉片的葉片凸緣。在組裝時(shí)，多個(gè)輪轂段被以這種方式組裝，即:輪轂段的后端和前端相互對齊，并且輪轂段的分型面相互鄰靠。隨后，輪轂段的分型面可以通過連接裝置(諸如凸緣、螺栓和螺釘組件)彼此接合，以形成組裝好的輪轂。之后，轉(zhuǎn)子葉片可以被定位到設(shè)置在輪轂段上的轉(zhuǎn)子葉片開口中。
[0014]在另一個(gè)實(shí)施方式中，可以用于形成分段式輪轂的輪轂段的數(shù)量可以不同。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，分段式輪轂可以由兩個(gè)輪轂段或四個(gè)輪轂段形成?？梢宰⒁獾?，輪轂段的形狀、大小和尺寸可以相同或不同，這取決于要制造的片段數(shù)和轉(zhuǎn)子輪轂的大小。
[0015]在一個(gè)實(shí)施方式中，組裝好的輪轂的后端適于接納發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，使得轉(zhuǎn)子直接聯(lián)接到輪轂。憑借這種布置，輪轂直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子，從而消除了需要軸來驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子。尋求保護(hù)的主題的這些和其它方面在隨后的章節(jié)中進(jìn)行更詳細(xì)地提供。
[0016]在一個(gè)實(shí)施方式中，各個(gè)輪轂段的大小、形狀和尺寸可以相同。適于接納轉(zhuǎn)子葉片的葉片凸緣的數(shù)量取決于風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片的數(shù)量。進(jìn)一步地，葉片凸緣可以被設(shè)計(jì)成具有空氣動(dòng)力學(xué)輪廓，從而增加了其空氣升力。葉片凸緣可以被分開制造并且可以被可拆卸地附接到輪轂或與輪轂為一體。
[0017]輪轂段可以通過連接裝置(諸如凸緣、螺栓和螺釘組件)彼此連接。組裝可以在風(fēng)力渦輪機(jī)的安裝現(xiàn)場進(jìn)行。從而，方便了從制造現(xiàn)場向安裝現(xiàn)場運(yùn)輸輪轂。進(jìn)一步地，上述連接裝置是可逆連接裝置，在修理和維護(hù)風(fēng)力渦輪機(jī)期間，該連接裝置允許輪轂段彼此斷開連接。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，輪轂段被以這種方式設(shè)計(jì)，即:組裝輪轂段向輪轂提供了空氣動(dòng)力學(xué)輪廓。另外，多個(gè)翅片可以設(shè)置在輪轂的外表面上，使得朝向輪轂的風(fēng)大致在輪轂的軸向方向上沿著所述至少一個(gè)翅片被引導(dǎo)。在一個(gè)實(shí)施例中，翅片在輪轂的外表面的圓周方向上以間隔開布置的方式設(shè)置。憑借翅片的這種布置，通過空氣沿翅片的表面流動(dòng)提高了從翅片向外部大氣的傳熱率。在一個(gè)實(shí)施方式中，翅片整合到輪轂。在另一個(gè)實(shí)施方式中，翅片被形成為與輪轂分開并且可以被可拆卸地附接到輪轂的元件。翅片也可以被設(shè)計(jì)成具有空氣動(dòng)力學(xué)輪廓。
[0019]所提出的輪轂旨在改善較大的風(fēng)力渦輪機(jī)的穩(wěn)定性和負(fù)載承載能力。進(jìn)一步地，所提出的輪轂的設(shè)計(jì)降低了用于運(yùn)輸和處理輪轂(諸如在安裝風(fēng)力渦輪機(jī)期間)的成本和工作。此外，所提出的輪轂降低了輪轂的制造成本和維護(hù)成本。
[0020]描述了一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)的分段式輪轂，該分段式輪轂具有多個(gè)輪轂段，具體地，三個(gè)輪轂段，該輪轂段可以分別被運(yùn)輸?shù)桨惭b現(xiàn)場并且隨后在安裝現(xiàn)場被組裝以形成輪轂。這種分段式輪轂提供運(yùn)輸和處理的便利性，并且還降低了相關(guān)成本。
[0021]進(jìn)一步地，輪轂段被以這種方式設(shè)計(jì)，即:這些片段的組裝向輪轂提供了空氣動(dòng)力學(xué)形狀。憑借輪轂的空氣動(dòng)力學(xué)形狀，避免了經(jīng)常在傳統(tǒng)的三角形輪轂中觀察到的角部應(yīng)力。因此，由于空氣動(dòng)力學(xué)形狀，所以負(fù)載被均勻地分布在輪轂上，并且輪轂保持穩(wěn)定。而且，輪轂的空氣動(dòng)力學(xué)形狀不需要覆層。
[0022]進(jìn)一步地，在不要求附接軸的情況下，輪轂從內(nèi)部中空。該輪轂被設(shè)計(jì)為直接附接到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的圓周，從而消除了對軸的需要。憑借這個(gè)特征，可以使輪轂從一側(cè)中空并且另一側(cè)具有空氣動(dòng)力學(xué)形狀。
[0023]本發(fā)明至少涵蓋以下概念，這些概念可以以任何可能的方式組合并且可以由本文檔中列出的任何信息來補(bǔ)充，該文檔包括正文和附圖。
[0024]本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)的分段式轉(zhuǎn)子輪轂，特別是，在其正面上具有空氣動(dòng)力學(xué)輪廓和其側(cè)面上具有完全開口端，該完全開口端被配置成接納發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的圓周的一端，以下被稱為后端。
[0025]輪轂包括多個(gè)輪轂段。
[0026]各個(gè)輪轂段可以被分別制造并且被運(yùn)輸?shù)桨惭b現(xiàn)場。
[0027]在安裝現(xiàn)場，輪轂段通過接合各個(gè)分段式輪轂件來組裝以形成輪轂。
[0028]這樣形成的分段式輪轂可以圍成中空空間并且在其背面上完全開口。如本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的，多個(gè)輪轂段可以通過使用本領(lǐng)域已知的適當(dāng)?shù)倪B接裝置(例如凸緣、螺栓、和螺釘)來接合。
[0029]如上所述，各個(gè)輪轂段被組裝到一起以形成輪轂。輪轂段被以這種方式設(shè)計(jì)，即:組裝好的輪轂在其前端上具有空氣動(dòng)力學(xué)輪廓并且在其后端上具有中空空間，該中空空間具有開口端。
[0030]在一個(gè)實(shí)施方式中，輪轂段被以這種方式制造，S卩:輪轂可以具有不同的輪廓，例如，大致橢圓形輪廓、拋物線輪廓、圓錐形輪廓、或半球形輪廓。
[0031]在一個(gè)實(shí)施方式中，各個(gè)輪轂段具有至少一個(gè)分型面。
[0032]在組裝時(shí)，所述多個(gè)輪轂段被組裝使得一個(gè)輪轂段的所述至少一個(gè)分型面鄰靠另一個(gè)輪轂的至少一個(gè)分型面。
[0033]隨后，鄰靠的分型面可以通過適當(dāng)?shù)倪B接裝置(諸如凸緣、螺釘和螺栓組件)接合在一起。
[0034]各個(gè)輪轂段可以包括用于接納風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子葉片開口，該轉(zhuǎn)子葉片開口又可以進(jìn)一步包括適于接納并支承轉(zhuǎn)子葉片的葉片凸緣。
[0035]隨后，轉(zhuǎn)子葉片可以被定