[发明专利]风力涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮机。

背景技术

现代风力涡轮机通常用于供应电力到电网。这种风力涡轮机通常包括一个具有转子毂和多个叶片的转子。该转子被设置成在风对叶片的影响下旋转。转子轴的转动直接驱动（“直接被驱动”）或通过使用一个变速箱驱动发电机转子。

变速箱形成维修最密集的风力涡轮机的组件之一。它们需要定期进行检查，并不总是满足它们的预期使用寿命；变速箱或它的一些部件有时需要提前更换。这是由于变速箱经受高负荷和波动负荷。特别地，在叶片上的可以通过转子轴传递到变速箱的弯曲载荷是破坏性的。

从叶片和毂传递到发电机的弯曲载荷和变形的原因在于风力涡轮机的构造。在最常规的风力涡轮机中，转子毂被安装在转子轴一端上。所述转子轴可旋转地安装在风力涡轮机塔架顶部上机舱内的支承结构中。因此该转子形成一个传递扭矩的外伸结构，由于在叶片上的载荷以及毂和叶片的重量而额外地传递周期性弯曲载荷。这些弯曲载荷被传递到所述发电机（在直接驱动涡轮机的情况下）而导致气隙变化或传递到变速箱而引起变速箱中的波动负荷。

为了解决这个问题，例如从ES2163362已知提供一种具有向前延伸的框架的风力涡轮机塔架。具有其多个叶片的转子毂被安装在所述框架上，并且可在所述框架上旋转；转子毂连接到位于所述框架内的转子轴。已在图1中示意性地示出这样的风力涡轮机。在图1中，风力涡轮机100包括毂110，其可转动地安装在框架170上，在所述框架的远端。框架170安装在塔180上。耦合元件120将转子轴130联接至毂110。用变速箱140将转子轴130的旋转变换成驱动发电机160的输出轴150的快速转动。

在现有技术连轴节中，中心件借助缩紧盘安装在转子轴上。沿着中心件的环状轮缘的圆周设有多个孔。设置在弹性衬套中的螺栓用于将中心件连接至毂。弹性衬套使得连轴节在转子轴的纵向方向上更为柔性。

借助包括安装在框架上的毂的这种构造，由于毂和叶片的重量而引起的载荷经由框架更加直接地传递至塔架，而转子轴主要将转矩传递至变速箱（和/或发电机），因而在一定程度上避免了传动系中不希望的载荷和变形。这代表了相对于其它现有技术风力涡轮机的进步，但却无法完全避免弯曲载荷从叶片传递至转子轴（并且通过转子轴传递至变速箱）。

而且，用多个螺栓安装连轴节是麻烦的、耗时的，并且因此是昂贵的任务。为了维护、检查或维修而拆卸连轴节当然也是同样麻烦的。在该构造中同样重要的是转子轴要被完全对准，这是因为不对准会导致转子轴、连轴节和毂中的应力。这些应力可能会导致例如疲劳问题。由于需要将转子轴相对于毂完全对准，因此安装过程更加复杂。

而且，由于具有所述多个螺栓和柔性元件（例如每个风力涡轮机大约30个），因此大大增加了部件数量，这会使后勤变得复杂。

因而，对于风力涡轮机而言仍然需要进一步减小弯曲载荷从叶片到转子轴的传递。还需要风力涡轮机减少部件数量并且较容易安装和维护。

发明内容

本发明的目的是提供一种风力涡轮机，其至少部分地满足上述需求。

在第一方面，本发明提供一种风力涡轮机，其包括具有一个或多个叶片的毂，所述毂可转动地安装在框架上并且可操作地联接至所述轴，其中所述轴至少部分地设置在所述框架内，并且在所述轴上安装有中心件，多个轮辐从所述中心件基本径向地延伸，并且所述毂设有多个沿圆周布置的轴向突起，并且所述柔性元件布置成将轮辐连接至所述突起。

在本发明的该方面中，与现有技术系统相比，毂与轴之间的连轴节的相对于除了转矩之外的载荷的刚性会显著减小。这意味着来自毂的转矩有效地传递至轴，而显著地减小了所有其他载荷的传递。而且，可以显著地减少部件数量，并且使得毂与转子轴之间的连接的安装容易得多。该构造的另一方面在于，不再需要将转子轴相对于毂完全对准。由于制造公差而引起的可能的不对准会被柔性元件吸收。

在此意义上，“柔性”元件应理解成对于在至少一个方向上的载荷较容易变形或屈曲（“屈服”）的元件。它们可以由任何适当的材料制成，例如弹性体材料，或金属与弹性体或其它适当材料的组合。所述元件可以由于其形状、材料、定位、安装或这些组合而获得其柔性。

在某些实施例中，所述柔性元件被预加载：所述元件在突起与轮辐之间被压缩，使得它们在风力涡轮机的操作期间不会变松。