用于风力涡轮发电机支承框架的模块化寿命延长套件

摘要

一种用于风力涡轮发电机(34)的支承框架(46)的模块化寿命延长套件(300)，所述支承框架包括配接到支承横向构件(58，59)的至少一个支承构件(56)，所述支承构件具有第一长度(62)且所述支承横向构件具有第二长度。模块化寿命延长套件包括多个板(301，302，304，306，308，310，312)，其被配置成配接到所述支承框架，其中多个板中的至少一个第一板具有第一侧(314)和第二侧(316)，第一侧(314)被配置成配接到所述支承构件，且第二侧(316)被配置成配接到所述支承横向构件，所述第一侧延伸所述第一长度的至少百分之五，且所述第二侧延伸所述第二长度的至少百分之五。

说明书

技术领域

本文所述的主题大体而言涉及风力涡轮机(wind turbines)，且更具体而言，涉及用于风力涡轮发电机支承框架的寿命延长套件(lifeextension kit)。

背景技术

风力涡轮机为环保且相对廉价的替代能源而受到越来越多的关注。随着对替代能源的关注越来越多，做出了大量工作来开发可靠、高效且具有成本效益的风力涡轮机。

某些已知的风力涡轮机包括发电机支承框架，其包括主要框架或“台板”和发电机支承框架或从台板悬置的“后框架”部分。已知的发电机支承框架可经受应力，包括动态荷载，其造成疲劳开裂和/或故障。

发明内容

在一方面，提供一种在风力涡轮发电机的支承框架上安装模块化寿命延长套件的方法。该支承框架包括配接到支承横向构件上的支承构件。该支承构件具有第一长度，且该支承横向构件具有第二长度。该方法包括提供多个板，多个板被配置成配接到支承框架。多个板中的至少一个第一板具有第一侧和第二侧，第一侧延伸所述第一长度的至少百分之五，且第二侧延伸所述第二长度的至少百分之五。第一侧与支承构件对齐且第二侧与支承横向构件对齐。第一板沿着第一侧和第二侧配接到所述支承框架。

在另一方面，提供一种用于风力涡轮发电机的支承框架的模块化寿命延长套件。该支承框架包括配接到支承横向构件上的至少一个支承构件。该支承构件具有第一长度且该支承横向构件具有第二长度。该模块化寿命延长套件包括多个板，多个板被配置成配接到支承框架。多个板中的至少一个第一板具有第一侧和第二侧，第一侧被配置成配接到所述支承构件，且第二侧被配置成配接到该支承横向构件。第一侧延伸所述第一长度的至少百分之五，且第二侧延伸所述第二长度的至少百分之五。

在又一方面，提供一种用于风力涡轮发电机的支承系统。该支承系统包括发电机支承框架和模块化寿命延长套件。该发电机支承框架包括至少一个支承构件和配接到该支承构件的支承横向构件。该支承构件具有第一长度且该支承横向构件具有第二长度。该模块化寿命延长套件包括多个板，多个板被配置成配接到发电机支承框架。多个板中的至少一个第一板具有第一侧和第二侧，第一侧被配置成配接到所述支承构件，且第二侧被配置成配接到所述支承横向构件。第一侧延伸所述第一长度的至少百分之五，且第二侧延伸所述第二长度的至少百分之五。

附图说明

图1是示范性风力涡轮机的透视图；

图2是示范性机舱的透视截面图，该机舱包括适用于图1所示的风力涡轮机的示范性发电机支承框架；

图3是示范性寿命延长套件的顶视图，其包括适用于发电机支承框架的多个示范性板；

图4是图3所示板之一的侧视图；以及

图5是用于安装图3所示寿命延长套件的示范性方法的流程图。

具体实施方式

本文所述的方法和系统涉及一种寿命延长套件，其被配置成延长风力涡轮发电机支承框架的使用寿命。该寿命延长套件被配置成向风力涡轮发电机支承框架提供结构支承。此外，该寿命延长套件被配置成为风力涡轮发电机支承框架提供替代的荷载路径，这降低了在焊接接头处的应力且因此降低了“开裂”迹象和/或扩散的发生。

图1是示范性风力涡轮机10的透视图。风力涡轮机10是用于从风能生成电力的风力涡轮发电机。如本文所用的术语“风力涡轮发电机”预期代表从风能所生成的旋转能发电，且更具体而言将自风动能转变的机械能转变成电力的任何风力涡轮机。

在示范性实施例中，风力涡轮机10包括：塔架12，其从支承表面14延伸；机舱16，其安装于塔架12上；以及转子18，其配接到机舱16。塔架12由任何合适材料制成。在示范性实施例中，塔架12由轧制钢板制成。塔架12具有任何合适的高度，其使得风力涡轮机10如本文所述起作用。

转子18包括轮毂20，轮毂20可绕旋转轴线22旋转。转子18可定位成与风向24成任何合适的角度以利用风能。在示范性实施例中，随着风从方向24冲击转子叶片26，转子18绕旋转轴线22旋转。

转子18包括任何合适数量的转子叶片26，转子叶片26配接到轮毂20上且从轮毂20向外延伸。在示范性实施例中，转子18包括三个转子叶片26。如本文所用的术语“叶片”预期表示当相对于周围流体运动时提供反作用力的任何装置。转子叶片26绕轮毂20间隔开，以便于旋转转子18使得自风传递的动能成为可用的机械能，且随后成为电能。诱导到转子桨叶26的荷载被传递到轮毂20。

控制系统28通信地配接到风力涡轮机10的多个部件，以总体监视并控制风力涡轮机10和/或其某些或所有部件的操作。控制系统28可用于监视和控制总系统，包括(但不限于)例如节距(pitch)与速度调节、高速轴和偏转制动应用、偏转和泵电机应用、故障监视和/或声音发射调节。

图2是机舱16的透视截面图。在示范性实施例中，风力涡轮机10包括配接到转子18的发电机34，用于从转子18所生成的旋转能发电。在示范性实施例中，转子轴36配接到轮毂20以随之旋转。在示范性实施例中，发电机转子轴38通过齿轮箱40旋转地配接到转子轴36。更具体而言，在示范性实施例中，齿轮箱40具有旋转地配接到转子轴36上的低速侧42和旋转地配接到发电机转子轴38上的高速侧44。在示范性实施例中，发电机支承框架46提供在机舱16内支承发电机34的架构。在示范性实施例中，发电机支承框架46包括在接头与合适的焊接件配接的多个梁(在图3中示出)。

图3是发电机支承框架46的一部分且更具体而言是后框架部50的顶视图。在示范性实施例中，后框架部50包括多个支承梁，多个支承梁经由多个合适焊接和/或配接机构而配接于多个接头54。在示范性实施例中，多个支承梁包括至少一个支承构件56和基本上垂直于支承构件56的至少一个支承横向构件58。更具体而言，在示范性实施例中，多个支承梁包括第一支承构件56、第二支承构件57和第一支承横向构件58和第二支承横向构件59，每个支承横向构件在第一支承构件56与第二支承构件57之间延伸。在示范性实施例中，第一支承构件56与第二支承构件57基本上类似，且第一支承横向构件58与第二支承横向构件59基本上类似。第一支承构件56与第二支承构件57在本文中总体上描述为支承构件56，且第一支承横向构件58与第二支承横向构件59在本文中总体上描述为支承横向构件58。

每个支承构件56具有第一长度62，且每个支承横向构件58具有第二长度63。在示范性实施例中，第一长度62为大约2800mm，且第二长度63为大约2220mm。在示范性实施例中，后框架部50具有由第一长度62与第二长度63限定的框架区域。在示范性实施例中，框架区域包括在每个支承构件56的内边缘之间限定的至少一个开口60。更具体而言，在示范性实施例中，第一开口60由第一支承构件56与第二支承构件57和第一横向构件58限定，且第二开口61由第一支承构件56与第二支承构件57和第一支承横向构件58与第二支承横向构件59限定。开口60与61在本文中总体上描述为开口60。

模块化寿命延长套件300配接到发电机支承框架46的至少一部分，且更具体而言，配接到后框架部50。寿命延长套件300包括合适数量的板301，其被配置成在由支承构件56与支承横向构件58限定的开口60的至少一部分上延伸。在示范性实施例中，寿命延长套件300延伸开口60的至少百分之二十。更具体而言，寿命延长套件300延伸开口60的至少百分之三十。更具体而言，寿命延长套件300延伸开口60的至少百分之四十。

在示范性实施例中，寿命延长套件300包括第一板302、第二板304、第三板306、第四板308、第五板310和第六板312。在示范性实施例中，第一板302、第二板304、第三板306和第四板308被配置成在第二开口61的至少一部分上延伸，且第五板310和第六板312被配置成在第一开口60的至少一部分上延伸。板302、304、306、308、310和312在本文中总体上描述为板301。

每个板301具有适合后框架部50的相对应部分和/或容纳于机舱16内的其它部件的合适配置。在示范性实施例中，第一板302、第二板304、第五板310和第六板312中的每一个具有大体上三角形的形状，且第三板306与第四板308中的每一个具有大体上矩形的形状。

每个板301具有配接到后框架部50的第一部分的第一侧314和配接到后框架部50的第二部分的第二侧316。在示范性实施例中，第一侧314具有长度328且第二侧316具有宽度329，在下文中进一步详细地描述。

在示范性实施例中，第一侧314基本上垂直于第二侧316。因此，由第一侧314与第二侧316形成的板301的拐角具有大约90度的角度。在示范性实施例中，第一侧314被配置成配接到支承构件56且第二侧316被配置成配接到支承横向构件58。更具体而言，在示范性实施例中，第一板302、第二板304和第六板312的第一侧314被配置成配接到第一支承构件56，且第三板306、第四板308和第五板310的第一侧314被配置成配接到第二支承构件57。此外，在示范性实施例中，第一板302、第四板308、第五板310和第六板312的第二侧316被配置成配接到第一支承横向构件58，且第二板304和第三板306的第二侧316被配置成配接到第二支承横向构件59。

每个板301具有第一切口318和第二切口320中的至少一个。在示范性实施例中，第一切口318位于第一拐角，且第二切口320位于与第一拐角相对的第二拐角。更具体而言，在示范性实施例中，第一切口318位于由第一侧314和第二侧316形成的板301的拐角处。

第一切口318具有任何合适形状和大小使得能对发电机支承框架46的一部分进行目视检查。举例而言，第一切口318可被配置成能对接头54进行目视检查。在示范性实施例中，第一板302、第二板304、第四板308、第五板310和第六板312各具有第一切口318，第一切口318具有大体上为矩形的形状，且第三板306具有第一切口318，第一切口318具有大体上三角形的形状。

第二切口320具有任何合适的形状和大小以接纳配接到发电机34的部件的至少一部分和/或发电机34的至少一部分。举例而言，第二切口320可被配置成接纳容纳于机舱16内的另一部件的至少一部分。在示范性实施例中，第一板302、第二板304、第五板310和第六板312各具有第二切口320，第二切口320具有基本上三角形的形状。更具体而言，在示范性实施例中，第五板310和第六板312各具有第二切口320，第二切口320被配置成接纳发电机34的至少一部分。

在示范性实施例中，多个开口322沿着第一侧314和沿着第二侧316通过板301限定。每个开口322被配置成接纳合适的配接机构以将板301配接到后框架部50。在示范性实施例中，每个开口322被配置成接纳螺栓。或者，可使用任何合适的配接机构将板301配接至发电机支承框架46，包括(但不限于)夹钳和/或焊接。

在示范性实施例中，板301具有在框架区域的一部分上延伸以使得人能走在该寿命延长套件300上的表面区域。在示范性实施例中，至少一个板301的至少一部分包括防滑表面324。更具体而言，至少一个板301包括顶表面，顶表面包括防滑表面324以使得人能安全地走在寿命延长套件300上。此外，在示范性实施例中，第三板306和第四板308的大体上矩形的形状用作走道，使得人能走在寿命延长套件300上。

现参看图4，每个板301具有合适厚度。在示范性实施例中，板301具有厚度326、沿着第一侧314的长度328和沿着第二侧316的宽度329(在图3中示出)。更具体而言，在示范性实施例中，板301的长度328延伸支承构件56的第一长度62的至少百分之五，且板301的宽度329延伸支承横向构件58的第二长度59的至少百分之五。更具体而言，板301的长度328延伸第一长度62的至少百分之十，且板301的宽度329延伸第二长度59的至少百分之十五。更具体而言，板310的长度328延伸第一长度62的至少百分之二十且板301的宽度329延伸第二长度59的至少百分之三十。在示范性实施例中，沿着第一侧314的长度328和沿着第二侧316的宽度329中的其中至少一个基本上大于厚度326。更具体而言，在示范性实施例中，第一侧314的长度328和第二侧316的宽度329基本上大于厚度326。在示范性实施例中，厚度326在大约10.0mm至大约16.0毫米(mm)之间，且长度328和宽度329在大约150.0mm至大约1500.0mm之间。更具体而言，厚度326在大约12.5mm与大约13.0毫米(mm)之间，且长度328和宽度329在大约240.0mm与大约1020.0mm之间。

每个板301具有合适的重量。在示范性实施例中，板301具有重达大约250磅(lb)的重量。更具体而言，在示范性实施例中，板301具有在大约70lb与大约175lb之间的重量。

每个板301由合适的材料制成。在示范性实施例中，板301由不锈钢、带有锌喷涂层的碳钢以及具有热浸镀锌涂层的碳钢中的至少一种制成。

图5是将寿命延长套件300安装到发电机支承框架46的一部分(诸如后框架部50)上的示范性方法400的流程图。

在示范性实施例中，多个开口(未图示)合适地设于后框架部50中，以使得寿命延长套件300能配接到后框架部50。更具体而言，在示范性实施例中，在支承构件56和/或支承横向构件58中钻出每个开口，以相对于板301的开口322合适地定位。

在示范性实施例中，提供402板300。每个板300被配置成配接到发电机支承框架46。在示范性实施例中，板301被定位404成使得第一侧314与支承构件56对齐，且第二侧316与支承横向构件58对齐。更具体而言，在示范性实施例中，板301被对齐使得开口322相对于设于支承构件56和/或支承横向构件58中的配合开口合适地定位。此外，在示范性实施例中，板301被定向成使得第一切口318能对发电机支承框架46的一部分进行目视检查，第二切口320能接纳发电机34的至少一部分和配接到发电机34的部件的至少一部分中的其中至少一个，和/或防滑表面324朝上。

在示范性实施例中，板301使用合适的配接机构(诸如螺栓)配接406到后框架部50。更具体而言，在示范性实施例中，每个开口322和设于后框架部50中的每个相对应的开口接纳合适的配接机构，以将板301配接406到后框架部50。在示范性实施例中，使用螺栓接合连接将板301配接406到后框架部50。或者，可使用焊接和/或夹钳将板301配接到后框架部50。

寿命延长套件300通过向发电机支承框架46提供额外支承和向发电机支承框架46提供替代荷载路径，而延长发电机支承框架46的使用寿命。寿命延长套件300减少在发电机支承框架46的接头54处振动引起的动态应力。因此，寿命延长套件300提供牢固的结构荷载路径，其降低发电机支承框架46的框架对焊接缺陷、迹象(indication)和/或裂纹扩散的敏感性。此外，寿命延长套件300可改变发电机支承框架46的自然频率和/或模态，从而增加发电机支承框架46的系统级振动幅度。

尽管本文描述和/或图示的方法在本文中关于用于风力涡轮发电机的风力涡轮发电机支承框架描述和/或示出，本文所描述和/或图示的方法并不限于风力涡轮发电机。而是，所描述和/或图示的方法适用于维修任何合适的设备或部件。

寿命延长套件和用于将寿命延长套件安装到风力涡轮发电机的发电机支承框架上的方法的示范性实施例在上文中详细地描述。方法和系统并不限于本文所述的具体实施例，而是方法步骤和系统部件可独立地且单独于本文所述的其它步骤和/或部件利用。举例而言，本文所述的方法和系统可具有其它工业和/或消费应用且并不限于以本文所述的风力涡轮机来实践。而是，一个或多个实施例可结合其它工业来实施和利用。

如本文所用的以单数形式陈述且前面有词“一”的元件或步骤应被理解为并不排除多个所述元件或步骤，除非明确地陈述这种排除。另外，对“一个实施例”的引用不应认为排除也合并所陈述的特点的额外实施例的存在。此外，除非明确地陈述为相反情况，“包括”，“包含”或“具有”特定性质的元件或多个元件的实施例可包括无该性质的额外的这样的元件。

本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳实施方式，且也能使本领域技术人员实践本发明，包括做出和使用任何装置或系统和执行任何合并的方法。专利保护范围由权利要求书限定，且可包括本领域技术人员想到的这些修改和其它实例。如果其它实例具有与权利要求书的字面语言并无不同的结构元件或者如果其它实例包括与权利要求书的字面语言并无实质不同的等效结构元件，其它实例预期在权利要求书的保护范围内。

部件列表

10风力涡轮机

12塔架

14支承表面

16机舱

18转子

20轮毂

22旋转轴线

24方向

26转子叶片

28控制系统

34发电机

36转子轴

38发电机转子轴

40齿轮箱

42低速侧

44高速侧

46发电机支承框架

50后框架部

54接头

56支承构件

57第二支承构件

58支承横向构件

59支承横向构件

60第一开口

61第二开口

62第一长度

63第二长度

300寿命延长套件

301板

302第一板

304第二板

306第三板

308第四板

310第五板

312第六板

314第一侧

316第二侧

318第一切口

320第二切口

322开口

324防滑表面

326厚度

328长度

329宽度

400示范性方法

402提供包括第一板的多个板

404使第一板与支承构件和支承横向构件对齐

406将板配接到支承框架