專利名稱：用于風(fēng)力渦輪的轉(zhuǎn)子的輪轂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于風(fēng)力渦輪的轉(zhuǎn)子的輪轂，更具體地涉及這種輪轂的一種新結(jié)構(gòu)，其可實(shí)現(xiàn)輪轂的輕重量的整體設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
風(fēng)力渦輪中的一項(xiàng)備受關(guān)注之處是機(jī)艙的重量。尤其是機(jī)艙的可旋轉(zhuǎn)部分應(yīng)當(dāng)具有非常輕的重量。這對(duì)現(xiàn)代的大功率風(fēng)力渦輪來(lái)說(shuō)尤其如此。
一種用于減輕重量的方法是減小機(jī)艙的旋轉(zhuǎn)件的壁厚。然而，減小壁厚卻會(huì)導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)件的強(qiáng)度和剛度降低。特別是，轉(zhuǎn)子輪轂會(huì)受到由風(fēng)作用在轉(zhuǎn)子葉片上而引起的作用力，以及因輪轂的旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的負(fù)載所引起的作用力。輪轂必須足夠剛硬，以便使這些作用力不會(huì)導(dǎo)致變形。特別是在用來(lái)安裝轉(zhuǎn)子葉片的軸承的法蘭處，必須將輪轂設(shè)計(jì)得非常剛硬以防止其橢圓化，否則就會(huì)損壞轉(zhuǎn)子葉片的軸承和俯仰驅(qū)動(dòng)裝置(pitch drvie)。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于風(fēng)力渦輪的轉(zhuǎn)子的輪轂，其具有相對(duì)較輕的重量，并且足夠剛硬以承受在風(fēng)力渦輪的工作期間作用在輪轂上的負(fù)載。
發(fā)明概要根據(jù)本發(fā)明，這一目的可通過(guò)一種用于風(fēng)力渦輪的轉(zhuǎn)子的輪轂來(lái)實(shí)現(xiàn)，其包括-可圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)并設(shè)有至少一個(gè)法蘭的中空體，該法蘭用于將轉(zhuǎn)子葉片的軸承安裝在中空體上，和
-至少兩個(gè)與中空體形成一體的加強(qiáng)板，其在由法蘭所圍繞的中空體的法蘭區(qū)域中徑向地延伸到法蘭區(qū)域的中心，-其中，在中空體的法蘭區(qū)域內(nèi)設(shè)有至少兩個(gè)開口。
根據(jù)本發(fā)明的輪轂設(shè)有可圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的中空體。該中空體設(shè)有至少一個(gè)法蘭，轉(zhuǎn)子葉片的軸承可安裝在該法蘭上。法蘭限定了一個(gè)通常由孔形成的法蘭區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明，在孔中設(shè)有至少兩個(gè)與中空體形成一體的加強(qiáng)或或增強(qiáng)或加固板，它們從法蘭徑向地延伸到法蘭區(qū)域的中心。這些板如同輪輻一樣地設(shè)置在法蘭區(qū)域內(nèi)，并為法蘭提供了加強(qiáng)、增強(qiáng)或加固的效果。該至少兩個(gè)加強(qiáng)板將法蘭區(qū)域分成由它們所隔開的至少兩個(gè)開口。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在各法蘭區(qū)域內(nèi)都設(shè)有兩個(gè)加強(qiáng)板，并在其相互之間形成大致180°的角度。這兩個(gè)加強(qiáng)板優(yōu)選設(shè)置成平行于輪轂的旋轉(zhuǎn)軸線。作為另一選擇，也可以將加強(qiáng)板設(shè)置成使其垂直于旋轉(zhuǎn)軸線而延伸。
通常來(lái)說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，加強(qiáng)板可均勻地分布在法蘭區(qū)域內(nèi)，并以大致等于360°除以加強(qiáng)板數(shù)量的角度來(lái)相互間設(shè)置。例如在三個(gè)加強(qiáng)板的情況下，加強(qiáng)板之間的角度大致是120°，而在四個(gè)加強(qiáng)板的情況下，加強(qiáng)板之間的角度大致是90°。
在三個(gè)加強(qiáng)板的情況下，優(yōu)選使其中一個(gè)加強(qiáng)板基本上平行于中空體的旋轉(zhuǎn)軸線而延伸。在四個(gè)加強(qiáng)板的情況下，優(yōu)選使其中兩個(gè)加強(qiáng)板平行于旋轉(zhuǎn)軸線而延伸，而另兩個(gè)垂直于旋轉(zhuǎn)軸線而延伸。
根據(jù)本發(fā)明，加強(qiáng)板可以是實(shí)心的或空心的，并具有朝向法蘭區(qū)域的中心為減小的寬度和/或厚度。換句話說(shuō)，加強(qiáng)板在法蘭區(qū)域的中心處的寬度和/或厚度小于在其鄰近法蘭的徑向外端處的寬度和/或厚度。
根據(jù)本發(fā)明，也可在法蘭區(qū)域內(nèi)設(shè)置沿著轉(zhuǎn)子葉片的俯仰軸線來(lái)布置的若干組加強(qiáng)板，該俯仰軸線垂直于由法蘭所限定的平面。各組加強(qiáng)板相互間并不連接。換句話說(shuō)，法蘭區(qū)域的加強(qiáng)板不需要布置在同一平面內(nèi)，而是布置在不同的相鄰平面中。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，各組加強(qiáng)板中的加強(qiáng)板可圍繞轉(zhuǎn)子葉片的俯仰通道從這組到那組地相互間反向旋轉(zhuǎn)。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，俯仰驅(qū)動(dòng)裝置可安裝在至少其中一個(gè)加強(qiáng)板上。該單個(gè)加強(qiáng)板設(shè)有用于使轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)的俯仰驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)子軸的開孔。在該開孔區(qū)域中，該單個(gè)加強(qiáng)板的寬度或厚度或這兩者被加大，以便提高加強(qiáng)板在俯仰驅(qū)動(dòng)裝置區(qū)域內(nèi)的剛性。
本發(fā)明可用于輪轂中，并且與轉(zhuǎn)子葉片的數(shù)量無(wú)關(guān)。因此，根據(jù)本發(fā)明的輪轂可用于具有一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子。根據(jù)本發(fā)明，也可在輪轂上安裝超過(guò)三個(gè)轉(zhuǎn)子葉片，該輪轂設(shè)有數(shù)量與轉(zhuǎn)子葉片的數(shù)量相同的法蘭。
輪轂的中空體最好包括至少兩個(gè)或三個(gè)法蘭，各法蘭都限定了一個(gè)法蘭區(qū)域。各法蘭區(qū)域都設(shè)有至少兩個(gè)加強(qiáng)板，其中各法蘭區(qū)域內(nèi)的加強(qiáng)板的形狀、設(shè)計(jì)、數(shù)量和/或相對(duì)布置都相同，或者隨著法蘭區(qū)域的不同而不同。
為了進(jìn)一步減輕輪轂的整體重量，可在相鄰法蘭與布置在旋轉(zhuǎn)軸線方向上的中空體的第一和第二端部之間的區(qū)域內(nèi)設(shè)置輔助孔。這些第一和第二端部還包括開口或孔，其中位于與轉(zhuǎn)子軸相反的第二端部處的孔設(shè)計(jì)成人孔。該人孔優(yōu)選設(shè)在處于第二端部處的輪轂中的加深部分內(nèi)。這種設(shè)計(jì)提高了輪轂在其人孔端處的剛性。將安裝風(fēng)力渦輪的空心軸的輪轂的第一端部?jī)?yōu)選也設(shè)有孔，但是作為另一選擇，該端部也可以關(guān)閉。
附圖簡(jiǎn)介下面將參照附圖來(lái)更加詳細(xì)地介紹本發(fā)明，在附圖中
圖1顯示了風(fēng)力渦輪的側(cè)視圖，其轉(zhuǎn)子設(shè)有根據(jù)本發(fā)明的輪轂，圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的圖1所示風(fēng)力渦輪的輪轂的放大視圖，圖3是沿著圖1和2中的箭頭III的方向看去的輪轂的視圖，圖4是類似于圖2的輪轂的視圖，但這里輪轂旋轉(zhuǎn)了120°，圖5是圖2到4所示的輪轂的透視圖，圖6是根據(jù)本發(fā)明的輪轂的另一實(shí)施例的視圖，圖7是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的輪轂的視圖，圖8是根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的輪轂的視圖，圖9是沿著圖8中的線IX-IX剖開的剖視圖，和圖10是根據(jù)本發(fā)明最后一個(gè)實(shí)施例的輪轂的透視圖。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的描述圖1顯示了風(fēng)力渦輪10的整體構(gòu)造，其包括塔架12和設(shè)置在塔架12的頂部并可繞垂直軸線16旋轉(zhuǎn)的機(jī)艙14。機(jī)艙14包括外殼18，在外殼內(nèi)設(shè)置了可圍繞水平軸線20旋轉(zhuǎn)的軸(未示出)。在軸上安裝有轉(zhuǎn)子22，其包括輪轂24以及三個(gè)從輪轂24中徑向延伸出來(lái)的轉(zhuǎn)子葉片26。水平軸線20與轉(zhuǎn)子22的旋轉(zhuǎn)軸線重合。
在圖2中更詳細(xì)地顯示了輪轂24的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。輪轂24包括由本領(lǐng)域的技術(shù)人員通常知曉的適當(dāng)鑄造材料制成的中空體28。也可以使用其它能夠提供所需剛性的材料。中空體28包括第一端部30和第二端部32，其中風(fēng)力渦輪10的空心軸(未示出)安裝在中空體28的第一端部30上。在中空體28的外部設(shè)有三個(gè)法蘭34，其中這三個(gè)法蘭以120°角間隔開。各法蘭34都在相應(yīng)的法蘭34內(nèi)限定了一個(gè)在一個(gè)平面上延伸的法蘭區(qū)域36。在本發(fā)明的該實(shí)施例中，在各法蘭區(qū)域36內(nèi)都設(shè)置了三個(gè)與中空體28的壁形成一體的加強(qiáng)板38，它們從法蘭34處徑向向內(nèi)地延伸到法蘭區(qū)域36的中心40，這三個(gè)加強(qiáng)板38在該中心40處相互連接成一個(gè)整體。包括有加強(qiáng)板38的中空體28是按照鑄造工藝來(lái)形成的，這些工藝對(duì)于制造風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子的輪轂來(lái)說(shuō)是基本上已知的。也可以使用其它用于制造輪轂的制造工藝。
如圖2所示，這三個(gè)加強(qiáng)板38一起形成了三條臂的星狀形狀，其中一個(gè)加強(qiáng)板平行于旋轉(zhuǎn)軸線20而延伸，它與相鄰的加強(qiáng)板38形成120°角。其中一個(gè)加強(qiáng)板38包括有開孔42，轉(zhuǎn)子葉片的俯仰驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)子軸(均未示出)延伸穿過(guò)該開孔42，以便使轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)。俯仰驅(qū)動(dòng)裝置可以安裝在這一特殊的加強(qiáng)板38上。
如圖2到5所示，在中空體28的壁中，在由兩個(gè)相鄰法蘭24與位于第一端部30和第二端部32處的開口所限定的區(qū)域內(nèi)分別設(shè)有輔助孔44。在這些區(qū)域內(nèi)設(shè)置的這六個(gè)孔44進(jìn)一步減輕了中空體28的整體重量。
圖4和5顯示了輪轂24的其它視圖，這就使得輪轂24的這種可使輪轂24形成輕重量但剛硬的整體構(gòu)造的特殊設(shè)計(jì)更加清楚。
圖6到10顯示了根據(jù)本發(fā)明的輪轂的其它實(shí)施例。在這些圖中，與圖2到5所示的輪轂24中的部件或零件相同或相似的輪轂的部件或零件使用了相同的標(biāo)號(hào)。
圖6所示的輪轂24在各法蘭區(qū)域36內(nèi)均包括四個(gè)加強(qiáng)板38，其中一個(gè)加強(qiáng)板38設(shè)有用于俯仰驅(qū)動(dòng)裝置的軸的孔42，在該孔42的區(qū)域內(nèi)，加強(qiáng)板38的厚度加大。這四個(gè)加強(qiáng)板38以相互間成90°角來(lái)布置，使得這四個(gè)加強(qiáng)板38形成十字的形式。圖6所示的輪轂24的其它設(shè)計(jì)與圖2到5所示輪轂中的類似。
圖7顯示了輪轂24，其中空體28包括兩個(gè)平行于輪轂24的旋轉(zhuǎn)軸線20而延伸的加強(qiáng)板38，其在鄰近法蘭34的區(qū)域內(nèi)的寬度和/或厚度被加大。在其它部分上，輪轂24具有與圖2到5所示的輪轂類似的設(shè)計(jì)。
在圖8和9中顯示了輪轂24的另一實(shí)施例。在該實(shí)施例中，在各法蘭區(qū)域內(nèi)設(shè)有兩組如圖2所示地布置的加強(qiáng)板38。如圖9的剖視圖所示，這兩組加強(qiáng)件沿著轉(zhuǎn)子葉片的俯仰軸線46來(lái)設(shè)置。
最后，圖10顯示了從其第二端部32的方向看去的另一輪轂24的透視圖，在該圖中可以看到，設(shè)置在該第二端部32處的人孔48處于中空體28的壁的加深部分50中。該加深部分提高了中空體28的剛性和硬度。圖10所示輪轂24的加強(qiáng)板的設(shè)計(jì)與圖7實(shí)施例中的類似。然而，對(duì)于在中空體28的第二端部32處設(shè)有用于人孔48的加深部分50的輪轂24來(lái)說(shuō)，也可以使用其它的加強(qiáng)板設(shè)計(jì)。
雖然已經(jīng)參考圖1到10所示的各個(gè)實(shí)施例來(lái)介紹了本發(fā)明，然而應(yīng)當(dāng)注意的是，本發(fā)明并不限于所示的這些具體實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，可以單獨(dú)地或組合起來(lái)地使用所有所示實(shí)施例的這些特殊的設(shè)計(jì)特征。因此，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種用于風(fēng)力渦輪(10)的轉(zhuǎn)子(22)的輪轂，包括-可圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)并設(shè)有至少一個(gè)法蘭(34)的中空體(28)，所述法蘭(34)用于將轉(zhuǎn)子葉片(26)的軸承安裝在所述中空體(28)上，和-至少兩個(gè)與所述中空體(28)形成一體的加強(qiáng)板(38)，其在由所述法蘭(34)所圍繞的所述中空體(28)的法蘭區(qū)域(36)中徑向地延伸到所述法蘭區(qū)域(36)的中心(40)，-其中，在所述中空體(28)的法蘭區(qū)域(36)中設(shè)有至少兩個(gè)開口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪轂，其特征在于，所述加強(qiáng)板(38)均勻地分布在所述法蘭區(qū)域(36)內(nèi)，并以大致等于360°除以所述加強(qiáng)板(38)的數(shù)量的角度來(lái)相互間設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的輪轂，其特征在于，至少一個(gè)所述加強(qiáng)板(38)基本上平行于所述中空體(28)的旋轉(zhuǎn)軸線而延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的輪轂，其特征在于，所述加強(qiáng)板(38)的寬度或厚度或這兩者均朝向所述法蘭區(qū)域(36)的中心(40)而減小。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的輪轂，其特征在于，所述加強(qiáng)板(38)是實(shí)心的或空心的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的輪轂，其特征在于，至少一個(gè)所述加強(qiáng)板(38)設(shè)有用于驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)子軸的開孔(42)，所述驅(qū)動(dòng)裝置可在通過(guò)軸承而安裝到所述法蘭(34)上時(shí)使轉(zhuǎn)子葉片(26)旋轉(zhuǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的輪轂，其特征在于，在所述開孔(42)的區(qū)域中，所述至少一個(gè)加強(qiáng)板(38)的寬度或厚度或這兩者都被加大。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一項(xiàng)所述的輪轂，其特征在于，所述加強(qiáng)板(38)布置在相對(duì)于所述中空體(28)的旋轉(zhuǎn)軸線呈傾斜的平面上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一項(xiàng)所述的輪轂，其特征在于，所述加強(qiáng)板(38)設(shè)置成至少兩個(gè)加強(qiáng)板(38)為一組的至少兩組的形式，其中這兩組加強(qiáng)板(38)沿著所述轉(zhuǎn)子葉片(26)的俯仰軸線(46)來(lái)布置，所述俯仰軸線(46)垂直于由所述法蘭(34)所限定的平面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的輪轂，其特征在于，所述加強(qiáng)板(38)分組地圍繞著所述轉(zhuǎn)子葉片(26)的俯仰軸線(46)而相互間布置。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10中任一項(xiàng)所述的輪轂，其特征在于，所述加強(qiáng)板(38)的數(shù)量是三或四。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到11中任一項(xiàng)所述的輪轂，其特征在于，所述中空體(28)包括至少兩個(gè)、優(yōu)選三個(gè)法蘭(34)，各所述法蘭都限定了一個(gè)法蘭區(qū)域(36)，其中各所述法蘭區(qū)域(36)都設(shè)有至少兩個(gè)加強(qiáng)板(38)，并且各所述法蘭區(qū)域(36)中的所述加強(qiáng)板(38)的形狀、數(shù)量和/或布置可以相同或不同。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到12中任一項(xiàng)所述的輪轂，其特征在于，所述中空體(28)包括用于安裝到轉(zhuǎn)子軸(20)上的第一端部(30)以及與所述第一端部(30)相反的第二端部(32)，其中所述中空體(28)在相鄰法蘭(34)與其第一或第二端部(32)或這兩個(gè)端部之間的區(qū)域內(nèi)設(shè)有輔助孔(44)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的輪轂，其特征在于，在包括有三個(gè)法蘭(34)的情況下，所述中空體(28)設(shè)有鄰近于其第一和第二端部(30，32)的三個(gè)輔助孔(44)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1到14中任一項(xiàng)所述的輪轂，其特征在于，所述中空體(28)包括用于安裝到轉(zhuǎn)子軸(20)上的第一端部(30)以及與所述第一端部(30)相反的第二端部(32)，其中所述中空體(28)在其第一和/或第二端部(30，32)處包括有孔(42)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的輪轂，其特征在于，所述中空體(28)在其第二端部(32)處包括有加深的區(qū)域(50)，在其中設(shè)有人孔(48)。
全文摘要
一種用于風(fēng)力渦輪(10)的轉(zhuǎn)子(22)的輪轂，包括可圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)并設(shè)有至少一個(gè)法蘭(34)的中空體(28)，該法蘭(34)用于將轉(zhuǎn)子葉片(26)的軸承安裝在中空體(28)上，還包括至少兩塊與中空體(28)形成一體的加強(qiáng)板(38)，其在由法蘭(34)所圍繞的中空體(28)的法蘭區(qū)域(36)中徑向地延伸到法蘭區(qū)域(36)的中心(40)，其中在中空體(28)的法蘭區(qū)域(36)中設(shè)有至少兩個(gè)開口。
文檔編號(hào)F03D1/06GK1659377SQ03813463
公開日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2003年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月12日
發(fā)明者N·德盧西斯 申請(qǐng)人:通用電氣公司, 文森特·謝林斯