[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，该风力涡轮机具有：布置在风力涡轮机机舱中的固定主轴；转子轮毂，其包括限定了内部的中空壳；以及从转子轮毂径向向外延伸的多个转子叶片，其中，经由至少一个轴承将转子轮毂可转动地安装到固定主轴上。

背景技术

风力涡轮机通常包括布置在风力涡轮机塔顶上的机舱。主轴被固定地布置在机舱中，经由主轴承可转动地安装具有多个转子叶片的转子轮毂。主轴承可以被布置为能够支撑轴向和径向载荷的锥形轴承。通常，主轴承被布置在主轴的面对转子轮毂的那一端与被布置在转子轮毂外表面上的安装装置（特别是凸缘）之间。

利用多于一个的轴承将转子轮毂可转动地安装到主轴的布置结构也是已知的。WO 2011/071378 A2描述了一种风力涡轮机，其具有牢固地连接到管构件的转子轮毂，该管构件具有用于将转子轮毂可转动地安装到主轴的两个锥形滚子轴承。彼此较为靠近地放置两个锥形滚子轴承，从而使得两个轴承承载风力涡轮机转动部分总重量的一部分。

WO 2011/076795 A2描述了一种风力涡轮机的转子轮毂，该转子轮毂由被组装时形成中空壳的两个或多个模制轮毂部分制成。每个轮毂部分包括适于被连接到风力涡轮机转子叶片之一的叶片轴承凸缘的至少一区段。此外，每个轮毂部分包括至少一个连接部分，该连接部分适于与另一轮毂部分的相应连接部分连接或者附接到为轮毂部分提供额外稳定性的加固元件。在后一情形中，加固元件径向向内延伸到当被组装时由中空壳限定的内部中。转子轮毂经由轴承可转动地安装到主轴，所述轴承被附接到布置在中空壳外表面上的主轴凸缘上。

可以直接或间接驱动风力涡轮机。直驱式风力涡轮机将经过转子叶片的风所产生的转矩直接传递到发电机的转子，该转子相对于风力涡轮机的定子被可转动地布置。通过磁感应产生电力。在现有技术中，已经完善地建立了能够将机械能转化为电力的发电机。间接驱动式风力涡轮机包括被布置在转动的转子轮毂和发电机转子之间的齿轮箱或传动装置，用于调节转子相对于定子的角速度。

随着近年来构建能够产生大于6MW电力的更大型风力涡轮机的发展，转子轮毂和转子叶片的尺寸已经显著增大。因此，可转动地安装转子轮毂的轴承不得不支撑更大的载荷。即使在今天，轴承也是构造风力涡轮机时主要的成本驱动因素。

发明内容

因此，本发明的一个目的是要提供一种风力涡轮机，特别是一种直驱式风力涡轮机，其改进了至少一个轴承相对于转子轮毂和主轴的布置结构，从而使得特别是降低了至少一个轴承上的载荷。

根据本发明，通过上述类型的风力涡轮机达到所述目的，其中，所述至少一个轴承被布置在转子轮毂内部中并且与主轴的突出到转子轮毂内部中的一区段连接。

本发明的关键构思在于，将实质上支撑风力涡轮机转动部分的重量的至少一个轴承放置得尽可能靠近转动部分的质心。这减少施加在至少一个轴承上的静态和动态弯矩，从而特别地降低了至少一个轴承的载荷。作为额外的优点，减低了与支撑轴向载荷能力相关的对轴承的要求。这允许使用制造成本低廉的替代轴承，或者允许即使利用容易获得的轴承也能够构造出可产生增加的电力输出的更大型风力涡轮机。

在本申请的上下文中，风力涡轮机的转动部分被定义为转子轮毂和牢固地附接到转子轮毂上的所有部分。因此，在直驱式风力涡轮机的情形中，转动部分包括转子轮毂、转子叶片、牢固地连接到转子轮毂上的转子以及覆盖转子轮毂的毂盖（spinner cover）。在间接驱动式风力涡轮机的情形中，发电机的转子经由中间齿轮箱或传动装置与转子轮毂连接。因此，在后一情形中，转子并不被认为是该定义所指的转动部分。

所述至少一个轴承具有环形结构，其限定了一个竖直平面，该竖直平面被布置成与基本上由风力涡轮机主轴限定的转动轴线垂直。通常，转动组件的质心位于转子轮毂内并且位于转动轴线上。因此，在转子轮毂中布置至少一个轴承确保轴承所限定的竖直平面位于转动部分的质心附近，从而减小了风力涡轮机操作期间作用在至少一个轴承上的剪切力。

由至少一个轴承限定的竖直平面沿平行于转动轴线的轴向方向与质心之间的距离优选小于一米，最优选小于0.5米。然而，应该理解，所述质心与由至少一个轴承限定的竖直平面之间距离的具体值取决于实际的风力涡轮机的大小。具有附接有沉重转子叶片的大型转子轮毂的较大型风力涡轮机可能需要至少一个轴承来在更靠近质心处支撑转动部分的重量。