專利名稱：用于風輪機的輪轂和制造所述輪轂的方法
技術領域：
本發明涉及用于風輪機的輪轂。本發明的輪轂在制造和運輸過程中易于操縱，即使輪轂的尺寸非常大也是如此。本發明還涉及制造這種輪轂的方法。
背景技術：
在風カ發電エ業中，存在著生產增大尺寸的風輪機的趨勢。因此，風輪機的各個部件(諸如輪轂)的尺寸也増加。在制造期間以及將風輪機從制造廠向風輪機運轉場所運輸期間，大的部件難以操縱。例如，當使用鋳造技術制造諸如輪轂的部件時，用型砂初始地形成模具，并且將液態金屬傾倒入模具中。當部件冷卻吋，從型砂中取出所述部件，并且型砂被清除并重新用于形成下ー個模具。在鋳造的部件相對小的情況下，采用使用最少量型砂的方式在箱體中形成砂型。當部件已冷卻吋，使用起重機，將包括型砂和鋳造部件的箱體移動至使箱體打開的位置，從而釋放型砂和鋳造部件。這使得易于準備重復使用的型砂。在鑄 造部件相對大且重的情況下，通常用于此目的起重機將不能提起包括型砂和鋳造部件的箱體。因此,必須直接在地面中的凹坑等中形成砂型。在必須人工從凹坑中取出型砂的情況下，形成模具所需的型砂量増加。此外，型砂的浮性導致力作用于鑄造部件上。如果鑄造非常大的部件，則型砂量也非常大，作用于鑄造部件的カ因此可能變得過大。此外，移動諸如輪轂的大風輪機部件非常困難。用于移動部件的車輛必須非常大，并且這種車輛在普通道路上可能難于移動，并且它可能干擾正常交通。車輛必須還能承載部件的重量，并且整個車輛上的重量分布可能不均勻，從而還對車輛提出了更多的要求。最后，僅僅由于部件的大尺寸和大重量，就導致難以在風輪機的制造場所和風輪機的運轉場所操縱大風輪機的部件。US 6，942，461公開了ー種用于風カ設施的轉子葉片輪轂。轉子葉片輪轂分為輪轂芯和與轉子葉片的數量對應的多個外部輪轂部分。外部輪轂部分均與輪轂芯和轉子葉片連接。輪轂芯是相對大的部件，并且因此使用這種輪轂沒有完全避免與操縱和制造大部件有關的缺點。WO 01/42647公開了ー種風輪機轉子輪轂，其包括通過橫向于輪轂的旋轉軸線延伸的平面相互粘附的兩個殼體。所述殼體由復合材料制成。
發明內容
本發明實施方式的目的在于，提供一種在制造和運輸期間易于操縱的用于風輪機的輪轂。本發明的實施方式的另ー個目的在于，提供ー種即使輪轂非常大也可使用鋳造技術制造的用于風輪機的輪轂。本發明的實施方式的另ー個目的在于，提供一種用于制造用于風輪機的輪轂的方法，所述方法使得能夠使用鋳造技術制造甚至非常大的輪轂。
本發明的實施方式的另ー個目的在于，提供ー種使用鋳造技術制造用于風輪機的大輪轂的方法，其中，與現有技術的方法相比，使用更少的勞カ執行鑄造過程。根據本發明的第一方面提供一種風輪機的輪轂，所述輪轂包括形成空心主體的連續殼體，所述空心主體具有適于將所述輪轂連接到主軸的主軸凸緣并具有一個或多個葉片凸緣，每個所述葉片凸緣適于將所述輪轂連接到風輪機葉片，所述空心主體由借助ー個或多個連接部分而彼此連接的至少兩個輪轂部件組裝而成，每個所述輪轂部件由可鋳造材料鑄造而成，其中，至少ー個所述葉片凸緣和/或所述主軸凸緣包括形成這些輪轂部件中的一個輪轂部件的一部分或附接到該ー個輪轂部件的區段以及形成另ー個輪轂部件的一部分或附接到所述另ー個輪轂部件的區段。由于輪轂包括至少兩個部分，這至少兩個部分沿著分割線接合。因為所述分割線在至少ー個葉片凸緣和/或主軸凸緣處相交，所以至少ー個葉片凸緣和/或主軸凸緣包括形成其中一個輪轂部件的一部分或附接到所述ー個輪轂部件的區段以及形成另ー個輪轂部件的一部分或附接到所述另ー個輪轂部件的區段。因此，根據本發明，連接部分與至少ー 個葉片凸緣和/或主凸緣相交。因為凸緣可以是附接到輪轂的単獨部件，所以葉片凸緣和/或主軸凸緣可以包括附接到其中一個輪轂部件的區段和附接到另ー個輪轂部件的區段。另選地，凸緣可以形成輪轂的一部分，并且因此至少一個葉片凸緣和/或主軸凸緣包括形成其中輪轂部件的一部分的區段和形成另ー個輪轂部件的一部分的區段。應當理解，包括連續殼體的輪轂是由以下殼體形成的輪轂當組裝起來時，該殼體形成單個整體，即，除使用過程中變形外，所述至少兩個輪轂部件在組裝起來時不會相對彼此移動。然而，連續殼體可以包括ー個或多個孔，諸如供在將其安裝在機艙中或維修風輪機期間必須接近輪轂的維修工人或其它人員使用的開ロ。在本背景下，術語“風輪機”應該被解釋為表示能夠將風能轉化為電能的設備，該電能優選地將供應到電カ網。一組風輪機葉片從風中提取能量，從而致使轉子旋轉。直接通過定子部件和轉子部件，或通過驅動系統(例如，包括用于發電機的主軸、齒輪系統和輸入軸)，將轉子的旋轉運動傳送至發電機。輪轂是風輪機的攜帯風輪機葉片的部件。當風輪機葉片從風中提取能量時，輪轂旋轉。在風輪機屬于包括用于將轉子的旋轉運動傳送至發電機的驅動系統這ー類型的情況下，輪轂可以有利地連接到主軸，其連接方式使得輪轂的旋轉運動被轉換成主軸的旋轉運動。在本發明的輪轂中，主軸通過輪轂上的主軸凸緣和主軸上的對應凸緣連接到輪轂。類似地，風輪機葉片通過各個葉片凸緣和風輪機葉片上的對應凸緣，優選地通過變漿軸承連接到輪轂。輪轂包括至少兩個輪轂部件，每個輪轂部件均通過ー個或多個連接部分連接到至少ー個其它輪轂部件。因此，輪轂分為多個小部件，這些小部件被単獨制造并且隨后被組裝以形成輪轂。因為輪轂部件比所形成的輪轂小，所以與以單件制造輪轂的情況相比，在制造或運輸期間它們更易于操縱。輪轂部件通過ー個或多個連接部分彼此連接。連接部分為所述輪轂上形成的配合界面，以使得輪轂部件之間能夠合適地連接，從而形成輪轂。連接部分可以(例如)包括凸緣或類似凸緣的部分。
連接部分與至少ー個葉片凸緣和/或主軸凸緣相交。因此，由至少兩個不同的輪轂部件的ー些部分形成在輪轂上形成的至少ー個凸緣。因此，輪轂被以這樣的方式分割，即在未組裝輪轂時，不存在具有大的內部容積的“芯部”。從而確保輪轂部件具有可管理的尺寸，并且例如在制造和運輸期間易于對它們進行操縱。當組裝起來時,輪轂包括形成空心主體的連續殼體,所述空心主體由通過ー個或多個連接部分而彼此連接的至少兩個輪轂部件組裝而成。輪轂部件由可鋳造材料鑄造而成。因此，使用鋳造技術制造每個輪轂部件。這是一個優點，因為鑄造是低成本的制造方法，并且所得的部件相對結實并且耐用。需要風輪機的輪轂結實而且耐用，特別是就大型風輪機而言，因為在運轉期間輪轂通常承載高負載。此夕卜，因為輪轂包括分別鑄造的至少兩個輪轂部件，并且由于因連接部分與至少ー個凸緣處相交而使得輪轂部件明顯小于所得到的輪轂，所以可以如上所述使用箱體執行鑄造，從而減少鑄造處理期間所需的勞カ并且便于重新使用形成鑄造模具所用的型砂。總之，由于所述至少兩個輪轂部件，本發明的輪轂在制造和運輸期間易于操縱。使用成本有效的技術制造，也提供了在運轉期間能夠承受所期望的負載的結實并且耐用的輪 轂。可以使用諸如鑄鐵的鑄造材料制成輪轂部件，例如，球墨鑄鐵EN-GJS-400-18或任何其它合適類型的鋳造金屬。每個凸緣可以在連續殼體中形成開ロ，所述開ロ通入空心主體內的內部空間中。輪轂可以包括兩個輪轂部件，并且連接部分可以與至少ー個葉片凸緣相交，即，至少ー個葉片凸緣可以包括形成其中一個輪轂部件的一部分或附接到該ー個輪轂部件的區段以及形成另ー個輪轂部件的一部分或附接到該另ー個輪轂部件的區段。根據這個實施方式，輪轂優選地包括具有完全形成在其內的主軸凸緣的后部件以及與后部件相對布置的前部件。在類似的實施方式中，后部件和/或前部件可以由(例如)圍繞輪轂的旋轉軸線周向布置的多個輪轂部件形成。在這種情況下，可以由(例如)單個輪轂部件形成后部件，從而避免分割主軸凸緣，并且可以由多個(例如，兩個或三個)輪轂部件形成前部件，從而減小輪轂的該部件所用的單個輪轂部件的尺寸。作為替代形式，輪轂部件的數量可以與葉片凸緣的數量相等，并且連接部分可以與主軸凸緣相交，即，主凸緣可以包括形成其中一個輪轂部件的一部分或附接到所述ー個輪轂部件的區段以及形成另ー個輪轂部件的一部分或附接到所述另ー個輪轂部件的區段。根據這個實施方式，輪轂部件優選地相對于輪轂的旋轉軸線周向布置。輪轂部件可以有利地在尺寸和形狀上基本一致，并且它們可以相對于風輪機葉片基本對稱地布置。在類似的實施方式中，一個或多個輪轂部件可以由兩個或更多個輪轂部件(例如，前部件和后部件)形成。在上述實施方式中，連接部分可以還與至少ー個葉片凸緣相交，使得至少ー個葉片凸緣包括形成其中一個輪轂部件的一部分或附接到所述ー個輪轂部件的區段以及形成另ー個輪轂部件的一部分或附接到所述另ー個輪轂部件的區段。在這種情況下，輪轂的布置在葉片凸緣之間的部分優選地均包含于單個輪轂部件中。從而這些部分的強度不會因輪轂部件之間的連接而受損。作為替代形式，連接部分還可以在兩個葉片凸緣之間延伸，S卩，可以與兩個葉片凸緣之間的至少ー個區域相交。在這種情況下，葉片凸緣優選地均包含于單個輪轂部件中。因此，葉片凸緣的強度不會因輪轂部件之間的連接而受損。作為另ー個替代形式，一些連接部分可以與葉片凸緣相交，而其它的連接部分可以與葉片凸緣之間的區域相交。在這種情況下，輪轂部件的數量可以有利地為葉片凸緣數量的兩倍。應該注意，本發明還涵蓋其中輪轂可以包括任何數量的輪轂部件的實施方式，只要至少有兩個即可，并且這些輪轂部件可以采用任何適于特定輪轂的方式相對于彼此布置。輪轂部件可以通過可逆連接部件(如，一個或多個螺栓配件)彼此連接。這些配件使得輪轂部件易于彼此連接，并且甚至可以在風輪機運轉場所進行組裝。因此，有助于將輪轂從制造場所運輸到運轉場所。此外，可逆連接部件允許輪轂部件在隨后某個 時刻(例如，與風輪機維修、維護或退役的時刻有夫)彼此斷開連接。作為可逆連接部件的替代形式，輪轂部件可以采用永久方式(例如，通過焊接)彼此連接。輪轂還可包括在凸緣處或附近布置的一個或多個強化元件。為了減少輪轂的尺寸和重量，期望的是，使得凸緣之間的區域盡可能地小或窄。然而，這將引起輪轂的這些部分的強度和剛度變得太低以致在風輪機運轉期間無法承受負載的危險。通過將強化元件布置在凸緣處或在凸緣附近(具體地講，在凸緣之間的區域中)，可以在不影響輪轂(具體地講，在凸緣之間的區域中)的強度和剛度的情況下，實現小尺寸和低重量的輪轂。強化元件可以在葉片凸緣之間的區域中特別相關。強化元件可以包括內壁，內壁與可以看作是主壁的連續殼體隔開距離地布置在空心主體內，從而在內壁和連續殼體之間形成腔體。根據這個實施方式,呈內壁形式的強化元件和連續殼體相結合而為凸緣之間的區域提供足夠的強度和剛度。腔體確保在不過多増加輪轂的重量的情況下獲得強度和剛性。內壁和連續殼體可以形成管狀元件。已知這種元件的剛度幾乎與具有同樣外部尺寸的實心物體的剛度ー樣強。然而，由于元件內部的腔體，使得重量顯著降低。內壁可以形成輪轂部件的一體部分，并且在這種情況下，可以在鑄造輪轂部件期間直接形成內壁。作為替代形式，可以單獨制造內壁并且隨后將其附接到一個或多個輪轂部件，例如，通過螺栓連接。作為替代形式或除此之外，強化元件可以包括ー個或多個肋。可以(例如)通過在凸緣處或凸緣附近(具體地講，在凸緣之間的區域中)以肋的形式添加材料來形成肋。作為替代形式，可以以相對大的壁厚鋳造凸緣處或凸緣附近的區域接著移除部分壁材料而形成肋。無論如何，肋向凸緣處或凸緣附近的區域提供剛度和強度而不過多増加輪轂的重量，這與上面參照內壁所述的情形類似。強化元件可以在葉片凸緣之間的區域中特別相關。輪轂還可以包括至少ー個加強元件，其將第一輪轂部件的至少兩個連接部分和第ニ輪轂部件的至少兩個連接部分相互連接。這種加強元件向輪轂提供另外的剛度，從而提供更具剛性的構造。加強元件可以在輪轂的空心主體中延伸。在這種情況下，加強元件可以是將所有的連接部分相互連接并基本填充輪轂的橫截面的大致實心的板。作為替代形式，加強元件可以是大致為實心的板，其形狀與加強元件所處位置的輪轂橫截面形狀不同。例如，在第一輪轂部件包括三個連接部分且連接部分均適于連接第二輪轂部件的連接部分的情況下，則加強元件可以例如具有大致三角形的形狀或Y狀的形狀，三角形的角或‘Y，的端點布置在連接部分的位置。作為另ー種替代形式，加強元件可以包括多個桿或平坦的細長構件，其均將兩組連接部分相互連接。輪轂還可以包括將至少兩個輪轂部件相互連接的至少ー個管部分。管部分可以直接將兩個輪轂部件相互連接，或者兩個輪轂部件可以借助兩個或更多個管部分相互連接。在輪轂包括如上所述的加強元件的情況下，管部分可以將加強元件和其中一個輪轂部件相互連接。管部分為輪轂提供甚至更強的剛性構造。在輪轂包括前輪轂部件和后輪轂部件的情況下，可以沿著在運轉期間由輪轂的旋轉軸線限定的方向有利地布置管部分，并且所述管部分可以被布置成將加強元件連接到前輪轂部件和/或后輪轂部件。為了進一歩在葉片凸緣處強化輪轂，輪轂可以進一歩包括在葉片凸緣處布置并且主要在凸緣界定的開口內延伸的至少ー個葉片凸緣強化元件，例如，大致在由凸緣限定的平面內。在一個實施方式中，可以在每個葉片凸緣處布置葉片強化元件。
葉片凸緣強化元件可以包括圓形板元件，所述圓形板元件的尺寸可以與葉片凸緣的尺寸對應，從而為輪轂提供更具剛性的構造。圓形板元件可以是實心板或可以是具有開ロ的板，所述開ロ例如是使人能夠接近外殼的空心主體的開ロ。例如，為了使得更易于從凸緣的邊緣接近，開ロ可以例如相對于板元件的中心偏移。這對于凸緣直徑可以為數米的大型風輪機尤其相關。葉片凸緣強化元件可以另選地包括在凸緣周邊的點之間延伸的多個支架或桿形元件。作為上述葉片凸緣強化元件的替代或者作為其補充，葉片凸緣強化元件可以包括環形元件。環形元件的尺寸可以對應于葉片凸緣的尺寸，并且環形元件可以被定位在葉片凸緣的頂部，從而提供具有更高強度的更具剛性的葉片凸緣。也可以使用類似環形形狀的強化元件來強化主軸凸緣。為了便于運輸環形元件，環形元件可以包括至少兩個環形部分，例如兩半部分、四個四分之一部分或其它數量的部分，當這些部分被設置成各自的端部彼此抵接時形成環。環形部分可以被設置成使得至少其某些端部在彼此抵接時(即，環形部分之間的抵接接頭)可以相對于連接部分偏移地定位，從而增大連接部分的強度。根據第二方面，本發明提供了一種制造用于風輪機的輪轂的方法，所述輪轂包括形成空心主體的連續殼體,所述空心主體具有適于將輪轂連接到主軸的主軸凸緣的并具有ー個或多個葉片凸緣，每個葉片凸緣適于將輪轂連接到風輪機葉片，所述方法包括以下步驟鋳造至少兩個輪轂部件；在每個輪轂部件中加工出一個或多個連接部分；以及通過所述連接部分組裝所述輪轂部件，使得至少ー個葉片凸緣和/或主軸凸緣包括形成這些輪轂部件中的一個輪轂部件的一部分或附接到該ー個輪轂部件的區段以及形成另ー個輪轂部件的一部分或附接到該另ー個輪轂部件的區段。應該注意，本領域的技術人員將容易認識到，結合本發明的第一方面描述的任何特征也可以與本發明的第二方面結合，反之亦然。
執行根據本發明的第二方面的方法優選地導致構造出根據本發明的第一方面的輪轂。根據本發明的第二方面，通過初始鋳造至少兩個輪轂部件而制造輪轂。接著，在每個輪轂部分中加工出一個或多個連接部分，從而提供適于將輪轂部件彼此連接的界面。接著，借助連接部分使輪轂部件彼此連接，從而形成輪轂。輪轂部件通過以下方式連接至少一個葉片凸緣和/或主軸凸緣包括形成其中一個輪轂部件的一部分或附接到所述ー個輪轂部件的區段以及形成另ー個輪轂部件的一部分或附接到所述另ー個輪轂部件的區段，如以上參照本發明的第一方面描述的。因此，分別鑄造井隨后組裝輪轂部件，并且由此獲得以上參照本發明的第一方面所描述的與鑄造過程和操縱輪轂部件有關的優點。加工出一個或多個連接部分可能對于確保尺寸在所需公差范圍內來說是必須的。因為每個輪轂部件都可以非常大，所以對于加工輪轂部件的其它部件來說也可能是必須的。在一個實施方式中，這可以在組裝輪轂部件之后進行。在組裝之后加工包括形成ー個輪轂部件的一部分的區段和形成另ー個輪轂部件的一部分的區段的凸緣，使其滿足公差并從而便于附接風輪機葉片，這可能是尤其有利的。 組裝輪轂部件的步驟可以包括將ー個輪轂部件的至少ー個連接部分螺栓連接至另ー個輪轂部件的至少ー個連接部分。作為替代形式，可以通過其它可逆連接部件(例如，銷)組裝輪轂部件，或者可以通過不可逆方式(例如，通過將連接部分彼此焊接)組裝輪轂部件。鋳造至少兩個輪轂部件的步驟可以包括鋳造其內形成有主軸凸緣的后部件并鑄造前部件。根據這個實施方式，主軸凸緣完全形成于ー個輪轂部件中，并且葉片凸緣均在兩個輪轂部件之間被分割。作為替代形式，可以采用任何其它合適的方式分割輪轂，尤其是如以上參照本發明的第一方面所描述的。所述方法還包括在鋳造至少兩個輪轂部件的步驟之前或在此期間，在至少ー個葉片凸緣附近的區域布置型芯的步驟，以在所述區域中在內壁和連續殼體之間形成腔體。根據這個實施方式，在至少ー個葉片凸緣處或其附近形成強化元件，所述強化元件限定內壁和連續殼體之間的腔體。如此所獲得的優點以上已參照本發明的第一方面描述過。分別鑄造輪轂部件使得與以單件鋳造輪轂相比，更易于在合適的位置布置型芯。組裝輪轂部件的步驟可以包括將至少一個加強元件連接到第一輪轂部件的至少兩個連接部分并連接到第二輪轂部件的至少兩個連接部分。根據這個實施方式，當組裝輪轂時，在兩個輪轂部件的各對連接部分之間布置加強元件。如以上參照本發明的第一方面所描述的，加強元件為輪轂提供額外剛度。根據第三個方面，本發明提供了ー種包括根據本發明的第一方面的輪轂的風輪機。應當理解，本領域的技術人員將容易認識到，結合本發明的第一和第二方面描述的任何特征也可以與本發明的第三方面結合。
現在，將參考附圖更詳細地描述本發明，其中圖I和圖2是根據本發明的第一實施方式的輪轂的分解圖3和圖4是根據本發明的第二實施方式的輪轂的分解圖；圖5和圖6是根據本發明的第三實施方式的輪轂的分解圖；圖7和圖8是根據本發明的第四實施方式的輪轂的前輪轂部件的立體圖；圖9和圖10是根據本發明的第四實施方式的輪轂的后輪轂部件的立體圖；圖11是圖9和圖10的后輪轂部件的細節；圖12是根據本發明的第五實施方式的輪轂的分解圖；圖13是根據本發明的第六實施方式的輪轂的分解圖；圖14是根據本發明的第七實施方式的輪轂的分解圖；
圖15是根據本發明的第八實施方式的輪轂的分解圖；圖16和圖17是根據本發明的第九實施方式的輪轂的分解圖；圖18和圖19是根據本發明的第十實施方式的輪轂的分解圖；以及圖20是根據本發明的第十一實施方式的輪轂的分解圖。
具體實施例方式應當理解，當說明本發明的實施方式時，僅通過舉例的方式給出詳細描述和具體實例，因為根據該詳細描述，本發明的精神和范圍內的各種變化和修改對本領域的技術人員來說將是顯而易見的。圖I和圖2是從兩個不同角度看到的根據本發明的第一實施方式的輪轂I的分解圖。輪轂I包括前輪轂部件2和后輪轂部件3。后輪轂部件3內形成有主軸凸緣4。主軸凸緣4適于在輪轂I安裝在風輪機中時，連接到主軸(未示出)。輪轂I還包括三個葉片凸緣5，這些葉片凸緣均適于通過變槳軸承連接風輪機葉片。前輪轂部件2和后輪轂部件3均設置有三個連接部分6。連接部分6布置在三個葉片凸緣5之間的區域中，并且它們與三個葉片凸緣5相交，即，每個葉片凸緣5包括形成部分前輪轂部件2的部分和形成部分后輪轂部件3的部分。分別使用鋳造技術制造輪轂部件2、3。因此，鋳造的每個部件的尺寸接近于整個輪轂I的尺寸的一半。如上所述，這使得在鋳造處理期間更易于操縱輪轂。隨后，通過在圖I和圖2示出的位置使連接部分6彼此連接來組裝輪轂部件2、3。這可以(例如)通過用螺栓將連接部分6彼此連接或通過將它們焊接在一起來完成。圖3和圖4是從兩個不同角度看到的根據本發明的第二實施方式的輪轂I的分解圖。圖3和圖4的輪轂I包括運轉期間相對于輪轂I的旋轉軸線周向布置的三個輪轂部件
7。與圖I和圖2的實施方式類似，輪轂I包括主軸凸緣4和三個葉片凸緣5。每個輪轂部件7包括四個連接部分6，所述連接部分均適于連接其它輪轂部件7之一的連接部件6。采用下列方式布置連接部分6 :使每個連接部分與葉片凸緣5相交，并且它們中的一半還與主軸凸緣4相交。因此，每個葉片凸緣5包括形成一個輪轂部件7的一部分的部分和形成另ー個輪轂部件7的一部分的部分。主軸凸緣4包括三個部分，這些部分均形成一個輪轂部件7的一部分。這些葉片凸緣5之間的區域都包含在單個輪轂部件7中。 使用鋳造技術分別制造輪轂部件7，接著如以上參照圖I和圖2描述地借助連接部分6組裝輪轂部件7以形成輪轂I。圖5和圖6是從兩個不同角度看到的根據本發明的第三實施方式的輪轂I的分解圖。與圖3和圖4的實施方式類似，圖5和圖6的輪轂I包括運轉期間相對于輪轂I的旋轉軸線布置的三個輪轂部件7。輪轂I包括主軸凸緣4和三個葉片凸緣5。輪轂部件7均包括兩個連接部分6，這些連接部分均適于連接其它輪轂部件7之一的連接部分6。以每個連接部分均與主軸凸緣4相交并與兩個葉片凸緣5之間的區域相交的方式布置連接部分6。因此，主軸凸緣4包括三個部分，每個部分形成一個輪轂部件7的一部分。然而，每個葉片凸緣5完全形成在一個輪轂部件7中。使用鋳造技術分別制造輪轂部件7，接著如以上參考圖I和圖2描述的借助連接部分6組裝輪轂部件7以形成輪轂I。圖7和圖8是從兩個不同的角度看到的根據本發明的第四實施方式的輪轂的前輪
轂部件2的立體圖。如上參照圖I和圖2所述的，前輪轂部件2包括三個葉片凸緣5的一些部分。前輪轂部件2還包括三個連接部分6，這些連接部分適于連接后輪轂部件的相應連接部分。在葉片凸緣5之間的區域中，前輪轂部件2設置有內壁8。內壁8與前輪轂部件2的主壁隔開距離地布置，從而在內壁8與前輪轂部件2的主壁之間形成腔體9，所述主壁是輪轂I的連續殼體的一部分。內壁8在葉片凸緣5之間的區域內提供額外的強度和剛性。腔體9確保在不過多増加前輪轂部件2的重量的情況下獲得額外的強度和剛性。圖9和圖10是從兩個不同角度看到的根據本發明的第四實施方式的輪轂的后輪轂部件3的立體圖。后輪轂部件3包括三個葉片凸緣5的ー些部分和三個連接部分6。后輪轂部件3內還形成有主軸凸緣4。連接部分6適于連接圖7和圖8的前輪轂部件2的連接部分6，從而形成輪轂。當前輪轂部件2的連接部分6和后輪轂部件3的連接部分6接合在一起時，分別由前輪轂部件2的葉片凸緣部分和后輪轂部件3的葉片凸緣部分形成葉片凸緣5。后輪轂部件3也在葉片凸緣5之間的區域中設置有內壁8，內壁8與后輪轂部件3的主壁隔開距離地布置，從而在內壁8和主壁之間形成腔體9，所述主壁是輪轂I的連續殼體的一部分。當前輪轂部件2 (圖7和圖8中示出的)的連接部分6連接后輪轂部件3 (圖9和圖10中示出的)的相應連接部分6時，前輪轂部件2的內壁8和后輪轂部件3的內壁8被布置為彼此連續的形式，從而在葉片凸緣5之間的每個區域中形成ー個基本連續的內壁
8。此外，前輪轂部件2的腔體9和后輪轂部件3的腔體9也被布置為彼此連續的形式，從而在葉片凸緣5之間的每個區域中形成ー個基本連續的腔體9。根據本發明的第四實施方式的輪轂分為前輪轂部件2和后輪轂部件3，并且連接部分6與葉片凸緣5之間的區域相交，這使得易于采用形成內壁8和腔體9的方式鑄造輪轂部件2、3，因為腔體9具有朝向連接部分6的開ロ端。這使得在鑄造處理期間能夠易于布置型芯。圖11是圖9和圖10的后輪轂部件3的細節，其清楚地示出其中一個壁部件8及對應的腔體9。圖12是根據本發明的第五實施方式的輪轂I的分解圖。輪轂I包括圖7和圖8所示類型的前輪轂部件2以及圖9和圖10示所示類型的后輪轂部件3。在前輪轂部件2和后輪轂部件3之間插入有大致為三角形板形式的加強元件10。加強元件10與前輪轂部件2的三個連接部分6和后輪轂部件3的三個連接部分6相互連接，從而為輪轂I賦予額外的剛度。圖13是根據本發明的第六實施方式的輪轂I的分解圖。圖13的輪轂I與圖12的輪轂I非常類似。然而，在圖13中，加強元件10具有Y狀的形狀。因此，與圖12中示出的加強元件10比較，加強元件10的材料用量減少。因此，加強元件10的重量減少，但是加強元件10提供的剛度與圖12的加強元件提供的剛度基本ー樣高。圖14是根據本發明的第七實施方式的輪轂I的分解圖。圖14的輪轂I與圖13的輪轂I非常類似。然而，在圖14中，在加強元件10中設置了三個另外的開ロ 11，從而甚至進ー步減少加強元件10的材料用量，因而甚至進ー步減少加強元件10的重量。圖15是根據本發明的第八實施方式的輪轂I的分解圖。圖15的輪轂I與圖14的輪轂I非常類似。然而，圖15的輪轂I還設置有兩個管部分12，這兩個管部分使加強元件 10分別與前輪轂部件2和后輪轂部件3相互連接。管部分12進ー步為輪轂I提供剛度。圖16和圖17是從兩個不同角度看到的根據本發明的第九實施方式的輪轂I的分解圖。與上述一些實施方式類似，輪轂I包括前輪轂部件2和后輪轂部件3。后輪轂部件3內形成有主軸凸緣4。輪轂I還包括三個葉片凸緣5，所述葉片凸緣均適于通過變槳軸承連接風輪機葉片。前輪轂部件2和后輪轂部件3均設置有三個連接部分6，這些連接部分適于彼此成對地連接。每個連接部分6均與葉片凸緣5相交，使得葉片凸緣5包括形成部分前輪轂部件2的區段和形成部分后輪轂部件3的區段。在葉片凸緣5之間的區域中，輪轂I設置有呈肋13形式的強化元件。肋13向葉片凸緣5之間的區域提供額外的強度和剛度，從而允許這些區域小或窄，由此使輪轂I的尺寸能最小化。因為強化元件呈肋13的形式，而不是呈在葉片凸緣5之間的區域內増加連續殼體的壁厚的形式，所以在不顯著増加輪轂I的重量的情況下獲得額外的強度和剛度。因此，肋13以與圖7至圖15示出的內壁8類似的方式發揮作用。可以通過與輪轂部件2、3—起直接鋳造肋13而形成肋13，即，通過在肋13所處的位置向連續殼體的主壁添加材料而形成肋13。另選地，可以將主壁鑄造為厚度與肋13的厚度對應，隨后去除材料以形成肋13。圖18和圖19是從兩個不同角度看到的根據本發明的第十實施方式的輪轂I的分解圖。圖18和圖19的輪轂I與圖7至圖11所示的輪轂I非常類似。然而，在圖18和圖19中示出的實施方式中，這些內壁8是單獨部件的形式，在前輪轂部件2和后輪轂部件3借助連接部分6組裝在一起之后，在葉片凸緣5之間的區域將這些単獨部件附接到輪轂I。可以通過螺栓連接的方式或其它合適的可逆連接的方式，將內壁8附接到輪轂I。作為替代形式，可以用永久方式(例如，使用焊接技木)，將內壁8附接到輪轂I。當將內壁8附接到輪轂I時，在葉片凸緣5之間的區域中在內壁8和輪轂I的連續殼體之間形成腔體。因此，在不顯著増加輪轂I的重量的情況下，増大了葉片凸緣5之間的區域的強度和剛度，即，獲得以上參照圖7至圖11所述的優點。以單獨制造的部件的形式提供內壁8而不是將其與輪轂部件2、3直接一起鋳造的ー個優點在于，在某些情況下，相比于以允許將內壁8與輪轂部件2、3直接一起鋳造的方式形成鑄造模具分別制造然后將內壁8附接到輪轂I來說，會更容易。
圖20是根據本發明的第十一實施方式的輪轂I的分解圖。如以上參考圖I和圖2所述的，前輪轂部件2包括三個葉片凸緣5的ー些部分。前輪轂部件2還包括三個連接部分6，這些連接部分適于連接到后輪轂部件3的對應連接部分6。輪轂I還包括布置在葉片凸緣5處的葉片凸緣強化元件。在本實施方式中，葉片凸緣強化元件包括三個圓形板元件14和三個環形元件15，每個葉片凸緣5具有一個圓形板元件和一個環形元件。板元件14的尺寸與葉片凸緣5的尺寸對應，從而提供輪轂I的更具剛性的構造。圓形板元件14具有開ロ 16，該開ロ讓人能夠接近殼體的空心主體。環形元件15的尺寸與葉片凸緣5的尺寸對應，并被定位在葉片凸緣5的頂部，從而以更高強度提供更具剛性的葉片凸緣5。每個環形元件15均包括四個環形部分17。環形元件的其中兩個抵接接頭相對于連接部分6偏移地定位，而其它兩個抵接接頭被定位在前輪轂部件2和后輪轂部件3之間 的連接處的頂部。
權利要求
1.一種用于風輪機的輪轂，所述輪轂包括形成空心主體的連續殼體，所述空心主體具有適于將所述輪轂連接到主軸的主軸凸緣并具有ー個或多個葉片凸緣，每個所述葉片凸緣適于將所述輪轂連接到風輪機葉片，所述空心主體由借助一個或多個連接部分而彼此連接的至少兩個輪轂部件組裝而成，每個所述輪轂部件由能鋳造的材料鑄造而成，其中，至少ー個葉片凸緣和/或所述主軸凸緣包括形成這些輪轂部件中的一個輪轂部件的一部分或附接到該ー個輪轂部件的區段以及形成另ー個輪轂部件的一部分或附接到該另ー個輪轂部件的區段。
2.根據權利要求I所述的輪轂，其中，每個所述凸緣在所述連續殼體中形成開ロ，所述開ロ通入所述空心主體內的內部空間中。
3.根據權利要求I或2所述的輪轂，其中，所述輪轂部件的數量等于所述葉片凸緣的數量；并且所述主軸凸緣包括形成這些輪轂部件中的一個輪轂部件的一部分或附接到該ー個輪轂部件的區段以及形成另ー個輪轂部件的一部分或附接到該另ー個輪轂部件的區段。
4.根據權利要求3所述的輪轂，其中，至少ー個葉片凸緣包括形成這些輪轂部件中的一個輪轂部件的一部分或附接到該ー個輪轂部件的區段以及形成另ー個輪轂部件的一部分或附接到該另ー個輪轂部件的區段。
5.根據權利要求3所述的輪轂，其中，所述連接部分在兩個葉片凸緣之間延伸。
6.根據前述權利要求中的任一項所述的輪轂，其中，所述輪轂部件通過可逆連接部件彼此連接。
7.根據權利要求6所述的輪轂，其中，所述可逆連接部件包括一個或多個螺栓配件。
8.根據前述權利要求中的任一項所述的輪轂，該輪轂還包括在所述凸緣處或附近布置的ー個或多個強化兀件。
9.根據權利要求8所述的輪轂，其中，所述強化元件包括與所述連續殼體隔開距離地布置在所述空心主體內的內壁，從而在所述內壁和所述連續殼體之間形成腔體。
10.根據權利要求8或9所述的輪轂，其中，所述強化元件包括ー個或多個肋。
11.根據前述權利要求中的任一項所述的輪轂，該輪轂還包括至少ー個加強元件，所述加強元件將第一輪轂部件的至少兩個連接部分和第二輪轂部件的至少兩個連接部分相互連接。
12.根據權利要求11所述的輪轂，其中，所述加強元件在所述空心主體中延伸。
13.根據前述權利要求中的任一項所述的輪轂，該輪轂還包括將所述輪轂部件中的至少兩個相互連接的至少ー個管部分。
14.根據前述權利要求中的任一項所述的輪轂，該輪轂還包括在所述葉片凸緣處布置的至少ー個葉片凸緣強化元件。
15.根據權利要求14所述的輪轂，其中，所述葉片凸緣強化元件包括圓形板元件。
16.根據權利要求14或15所述的輪轂，其中，所述葉片凸緣強化元件包括環形元件。
17.根據權利要求16所述的輪轂，其中，所述環形元件由至少兩個環形部分組裝而成；并且所述環形元件的接頭相對于所述連接部分偏移地定位。
18.—種制造用于風輪機的輪轂的方法，所述輪轂包括形成空心主體的連續殼體，所述空心主體具有適于將所述輪轂連接到主軸的主軸凸緣并具有ー個或多個葉片凸緣，每個所述葉片凸緣適于將所述輪轂連接到風輪機葉片，所述方法包括以下步驟鋳造至少兩個輪轂部件； 在每個所述輪轂部件中加工出一個或多個連接部分；以及 通過所述連接部分組裝所述輪轂部件，使得至少ー個所述葉片凸緣和/或所述主軸凸緣包括形成這些輪轂部件中的一個輪轂部件的一部分或附接到該ー個輪轂部件的區段以及形成另ー個輪轂部件的一部分或附接到該另ー個輪轂部件的區段。
19.根據權利要求18所述的方法，其中，組裝所述輪轂部件的所述步驟包括將ー個輪轂部件的至少ー個連接部分螺栓聯接到另ー個輪轂部件的至少ー個連接部分。
20.根據權利要求18或19所述的方法，其中，鋳造至少兩個輪轂部件的所述步驟包括鋳造其內形成有所述主軸凸緣的后部件以及鑄造前部件。
21.根據權利要求18至20中的任一項所述的方法，該方法還包括以下步驟在鋳造至少兩個輪轂部件的所述步驟之前或在此期間，在至少ー個葉片凸緣附近的區域中布置型芯，以在所述區域中在內壁和所述連續殼體之間形成腔體。
22.根據權利要求18至21中的任一項所述的方法，其中，組裝所述輪轂部件的所述步驟包括將至少一個加強元件連接到第一輪轂部件的至少兩個連接部分和第二輪轂部件的至少兩個連接部分。
23.一種風輪機，所述風輪機包括根據權利要求I至17中的任一項所述的輪轂。
全文摘要
本發明公開了用于風輪機的輪轂(1)和制造輪轂(1)的方法。輪轂(1)包括形成空心主體的連續殼體，該空心主體具有適于將輪轂(1)連接到主軸的主軸凸緣(4)并具有一個或多個葉片凸緣(5)，每個葉片凸緣(5)適于將輪轂(1)連接到風輪機葉片。輪轂(1)還包括至少兩個輪轂部件(2、3、7)，每個輪轂部件(2、3、7)分別由可鑄造材料鑄造而成，接著通過一個或多個連接部分(6)將每個輪轂部件(2、3、7)連接到至少一個其它的輪轂部件(2、3、7)，使得至少一個葉片凸緣(5)和/或主軸凸緣(4)包括形成其中一個輪轂部件(2、3、7)的一部分或附接到該一個輪轂部件的區段以及形成另一個輪轂部件(2、3、7)的一部分或附接到該另一個輪轂部件的區段，從而確保鑄造的部件具有在制造期間尤其是在鑄造期間可管理的尺寸和重量。輪轂(1)可包括布置在葉片凸緣(5)處或附近的一個或多個強化元件，例如包括距連續殼體一定距離布置的內壁(8)，從而在內壁(8)和連續殼體之間形成腔體(9)。這允許葉片凸緣(5)之間的區域小或窄，從而在保持這些區域具有足夠強度和剛性的同時，減小輪轂(1)的尺寸和重量。
文檔編號F03D1/06GK102822507SQ201080063814
公開日2012年12月12日 申請日期2010年12月21日 優先權日2009年12月21日
發明者安東·貝什, M·L·比特什 申請人:維斯塔斯風力系統有限公司