[发明专利]包含载荷传递部件的风力涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及带有紧凑设计传动系统的风力涡轮机。

背景技术

在过去数十年中，风力涡轮机的尺寸不断地增大，其趋势是不断地紧凑和 变轻的单元。现在，通常所说的推力轴承是相当常用的，其不仅吸收来自转子 的推力和剪力，而且只在一个轴承位置传递弯矩。与带有双转子轴承的设想相 比，这些推力轴承的使用导致明显更紧凑的传动系统。然而，在已有涡轮机的 大多数情况中，齿轮箱以及发电机都作为主托架上的独立部件布置在轴承后面。 于是这主托架就有如下的附加功能，即，从转子轴承将转子载荷传给机舱。因 为这些推力轴承具有相对较大直径并且需要二维刚性接触面来螺栓紧固在轴承 的整个圆周上，所以优选使用铸造结构的主托架。于是，这些载荷就必须从轴 承螺栓连接表面经由主托架引入机舱中，而不使主托架的结构与齿轮箱和发电 机相冲突。这就引起铸造结构需要在背对转子的区域中有大开口，以用于插装 齿轮箱。从强度和变形的角度来看，这些敞开式结构具有很大缺点，因为各部 件因此要承受很大的附加应力。而且，这些结构具有太多部件，因为这些部件 的功能不同于载荷传递。因此，新型风力涡轮机的发展目标是设计更紧凑、更 轻量和成本更低的涡轮机。

WO2005/033505A1公开了一种传动系统的设计，其已经非常紧凑，具有独 立的齿轮箱和发电机，其设置了大开口以用于安装齿轮箱。为了紧固发电机， 需要另一个支撑结构，需要机舱罩来保护各部件不受天气影响。

DE10351524A1同样提出一种紧凑的解决方案，其能够将齿轮箱和轮毂安 置成更靠近在一起，主托架的铸造结构的成型就不顺利，所以预期会有高拉力 峰值和变形。这里也需要机舱罩。

WO02/079644A1提出另一种紧凑的解决方案，齿轮箱的部件被结合于转子 轴承中。然而，这里也有额外的齿轮箱和需要另一支撑结构的独立发电机。此 外，在铸造主托架中可以看到大开口，就结构而言有很大缺点。

DD268741A1同样公开了一种紧凑的机舱结构，这种设计只对小型风力涡 轮机管用，因为这种涡轮机被设计成顺风型机器并且没有配备风向跟踪单元和 垂直制动装置。此外，将齿轮箱与发电机结合到外壳中可具有极其紧凑的结构 的优点，但也有实施维修会很费力的缺点，因为，进入部件的可能性非常受限 制。

发明内容

本发明的目的是创造一种传动系统，其能实现一种非常紧凑、轻量且由此 低成本的总体结构，并且将例如转子轴承、齿轮箱、发电机和风向跟踪单元的 主要部件嵌入从转子到塔架的力传递装置中。同时应当确保独立部件，特别是 齿轮箱和发电机，能够独立安装并且还能在维修作业时被独立处理。

根据本发明，通过权利要求1的特征实现这个目的，从属权利要求详述了 本发明的优选实施例。

本发明获得了功能元件的进一步整合，就部件而言进行了节省。

就本发明来说，齿轮箱、发电机和风向跟踪单元等部件都布置在独立的外 壳中，这些外壳被螺栓紧固在一起。各个外壳都被设计成用于传递最大静态和 动态转子载荷的支撑结构。而且，转子轴承被螺栓紧固在齿轮箱外壳上，并且 将转子载荷传入齿轮箱外壳中。齿轮箱外壳将载荷传入发电机外壳中。这个外 壳将载荷传入发电机外壳中。发电机外壳再把载荷传入顶支撑，该顶支撑又经 由方位轴承将载荷传入塔架。作为这种设计的结果，各部件的外壳承担双重功 能，即作为载荷传递元件和作为用于各部件的单个零件的安装元件。这种设计 使得该机器能够非常轻并由此节约成本，并且还省去了机舱罩，因为，所有部 件的设计都是能够经受风吹雨打。为了装配，将齿轮箱外壳和发电机外壳设计 成两个独立的外壳是有道理的，然而也可以设计成单件。

如果转子轮毂接头、转子轴承、齿轮箱和发电机具有大致相同尺寸的外径， 这种布置就特别有利。这种情形会得到非常良好的力传递，而没有任何更大的 载荷转移。这会得到的状况是，齿轮箱是带有同轴的主动轴和从动轴的两级行 星齿轮箱并且具有大约15至25的传动比，这是有道理的。发电机被布置在那 里的下游并且因而具有大约200至400/分的额定转速。这两个部件都安装在同 一个或两个独立的外壳中，这外壳是一种这样的设计，它们能够将载荷从转子 传递到顶支撑上。该顶支撑然后将载荷传入塔架并且还具有容纳风向跟踪单元、 垂直制动装置、齿轮箱润滑系统以及用于冷却齿轮箱和发电机的换热器的功能。

附图说明