专利名称：风机变桨总成密封系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及风机，确切地说，涉及用于控制进入风机某一部分的方法和设备。
背景技术：
已知的风机将风的动能转换成电能。风机包括一片或多片连接到可旋转轮毂的叶片，所述叶片在迎风时旋转。风流过风机叶片会产生升力、引起旋转并提供扭矩，以进行发电。叶片的变桨由将叶片连接到可旋转轮毂的变桨总成控制。至少一些已知的风机包括暴露在周围环境中的可旋转轮毂。这种露天式设计有助于冷却风机的轮毂和/或机舱内部的部件。但是，这种轮毂设计也会导致变桨总成暴露在恶劣的环境和大气条件以及其中所包括的污染物(如微粒状物质或腐蚀性成分)中。变桨总成暴露在周围大气中可能会导致变桨总成因大气中存在的污染物而加重磨损。
发明内容
一方面，本发明提供一种密封风机变桨总成的系统。变桨总成在变桨总成的内部接口区域处连接到可旋转轮毂。所述系统包括位于内部接口区域中的密封板，所述密封板用于限制可旋转轮毂进入变桨总成中。密封板配置成用以密封变桨总成，将其与内部接口区域隔绝。另一方面，本发明提供一种密封风机变桨总成的系统。变桨总成在变桨总成的内部接口区域处连接到可旋转轮毂。所述系统包括位于内部接口区域中的内部密封板，所述内部密封板用于限制可旋转轮毂进入变桨总成。内部密封板设有第一开口。第一通道盖配置成在其处于闭合位置时覆盖第一开口。外部接口区域由转子叶片连接到变桨总成的区域构成。外部密封板位于外部接口区域中，所述外部密封板用于限制由转子叶片进入变桨总成中。另一方面，本发明提供一种密封风机变桨总成的方法。变桨总成在内部接口区域处连接到可旋转轮毂，在外部接口区域处连接到转子叶片。本方法包括在变桨总成的内部接口区域中设置内部密封板。内部密封板会限制从可旋转轮毂进入变桨总成中。
图1为示范性风机的侧面透视图。图2为与图1所示风机结合使用的示范性机舱的局部截面图。图3为沿图2所示截面线3-3截得的密封风机变桨总成的示范性系统的局部截面图。图4为图1所示风机中变桨总成的另一个示范性系统的局部分解截面图。图5为图1所示的示范性风机变桨密封系统的改进实例流程图。详细描述参看附图以举例说明的方式解释本发明的实施例，以及优点和特点。
具体实施例方式此处所述的实施例介绍用于密封风机中变桨总成的密封系统。在这些密封系统中，变桨总成被密封，从而与外界恶劣的环境和大气条件隔绝，而可旋转轮毂中的其他部件仍暴露在外部大气中。因此，变桨总成会受到保护，不会受到外部大气环境和其中所包括的污染物(如微粒状物质和腐蚀性成分)的影响。图1为示范性风机100的示意图。在示范性实施例中，风机100为水平轴风机。或者，风机100也可以为垂直轴风机。在示范性实施例中，风机100包括与支撑表面104连接且从支撑表面104延伸的塔筒102。塔筒102可通过-地接螺栓或基础环(均未显示)连接到支撑表面104。机舱106和塔筒102连接，且转子108连接到机舱106。转子108包括可旋转轮毂110和连接到轮毂110的多片转子叶片112。在示范性实施例中，转子108包括三片转子叶片112。或者，转子108可能带有可使风机100如此处所述一般运行的任意合适数量的转子叶片112。塔筒102的高度和/或结构可为可使风机100如此处所述一般运行的任意合适高度和/或结构。转子叶片112相隔一定距离排列在轮毂110四周，以促使转子108旋转，从而将风 114的动能转化成可用的机械能，随后转化成电能。转子108和机舱106在偏航轴116上围绕塔筒102旋转，以控制转子叶片112相对于风114方向的角度。转子叶片112通过在多个负载转移区120处将转子叶片根部分118连接到轮毂110。每个负载转移区120均包括有轮毂负载转移区和转子叶片负载转移区(图1中均未显示)。作用于转子叶片112上的负载会通过负载转移区120转移到轮毂110处。每片转子叶片112还包括转子叶片叶尖 122。在示范性实施例中，转子叶片112的长度大约在30米(m) (99英尺(ft))至 120m(394ft)之间。或者，转子叶片112可具有任意可使风机100如此处所述一般运行的合适长度。例如，转子叶片112的长度可能为短于30m或长于120m的合适长度。风114与转子叶片112接触时，在转子叶片112上会引起升力，使得转子108围绕旋转轴124旋转，转子叶片叶尖122逐渐被加速。转子叶片112的桨距角(未显示)是转子叶片112和来风114方向的夹角，该夹角可以由变桨总成(图1中未显示)改变。更具体地，增大转子叶片112的桨距角会减少转子叶片表面区域126暴露在风114中的面积，反之，减小转子叶片112的桨距角会增加转子叶片表面区域1 暴露在风114中的面积。转子叶片112的桨距角可通过旋转每片转子叶片112围绕变桨轴1 进行调整。在示范性实施例中，转子叶片112的桨距角是单独控制的。图2为示范性风机100(图1所示)的机舱106的局部截面图。风机100的多种部件容纳在机舱106中。在示范性实施例中，轮毂110包括三个变桨总成130。每个变桨总成130均与相应的转子叶片120(显示在图1中)相连接，并通过驱动相应转子叶片120围绕变桨轴1 旋转进行桨距角调整。图2中仅显示了三个变桨总成130中的一个。在示范性实施例中，每个变桨总成130均包括至少一台变桨电机131。如图2所示，转子108通过转子轴134(或称主轴或低速轴)、齿轮箱136、高速轴 138和联轴器140以可旋转的方式连接到位于机舱106中的发电机132。转子轴134旋转时，驱动旋转传动齿轮箱136，随后驱动高速轴138。高速轴138通过联轴器140旋转驱动发电机132，高速轴138旋转有助于发电机132产生电力。齿轮箱136由支持件142支撑， 发电机132由支持件144支撑。在示范性实施例中，齿轮箱136使用双路径几何结构来传动高速轴138。可替换地，转子轴134通过联轴器140直接连接到发电机132。机舱106还包括偏航驱动机构146，所述偏航驱动机构146会使机舱106和转子 108围绕偏航轴116旋转，以控制转子叶片112相对于风114方向的角度。机舱106还包括至少一座测风塔148，其中包括风向标和风速计(均未显示在图2中)。在一实施例中，测风塔148向风机控制系统150提供风向和/或风速等信息。风机控制系统150包括配置用以执行控制算法的一个或一个以上控制器，或其他处理器。本文所用术语“处理器”包括任意可编程系统，其中包括系统和微控制器、精简指令集电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路(PLC)和其他任何可执行此处所述功能的电路。以上实例仅为示范性实例， 因此无论如何，其目的并不在于限制术语“处理器”的定义和/或意义。此外，风机控制系统150可能会执行SCADA(数据采集与监控系统)程序。变桨总成130以可操作的方式连接到风机控制系统150。在示范性实施例中，机舱 160还包括前支撑轴承152和后支撑轴承154。前支撑轴承152和后支撑轴承巧4有助于径向支撑并对齐转子轴134。前支撑轴承152在靠近轮毂110处连接到转子轴134。后支撑轴承巧4位于转子轴134上靠近齿轮箱136和/或发电机132处。机舱106可包括可使风机100如此处所揭示一般运行的任意数量的支撑轴承。转子轴134、发电机132、齿轮箱 136、高速轴138、联轴器140和任何相关的紧固、支撑和/或固定装置(包括但不限于支持件142、支持件144、前支撑轴承152和后支撑轴承154)有时以传动系统156指代。图3图示了用于密封图1所示风机100中变桨总成130的示范性系统的局部截面图。图3的截面图是沿图2中截面线3-3截得的。虽然图3中仅展示了一个变桨总成130 及其对应转子叶片112，但此处所述的系统可以与图1及图2所示的任意数量的转子叶片 112和变桨总成130结合使用。变桨总成130包括连接到变桨电机131的变桨传动齿轮160，所述变桨电机131又连接到轮毂110。变桨传动齿轮160与变桨齿圈162啮合，所述变桨齿圈162又连接到转子叶片112。因此，变桨电机131旋转会导致转子叶片112旋转。内部接口区域157(显示在图3中)位于从变桨齿圈162以沿径向朝内的方向的轮毂110中。内部密封板170设置在内部接口区域157中且可与轮毂110 —体成型(即由铸造形成)，或者通过任意合适的固定方式(如机械扣件和/或焊接)定位于所述内部接口区域157中。内部密封板170由任意合适的材料形成，所述合适材料包括但不限于钢、含钢合金、塑料或合成材料。内部密封板170中形成有第一开口 172。在示范性实施例中，第一开口 172的大小和形状允许一个人通过，但在其他实施例中，第一开口 172的大小会有所不同。例如，第一开口 172的大小可能为允许一件设备(如机器人)和/或其他工具通过。叶片根收尾 158在转子叶片112中从变桨总成130处沿径向朝外的方向设置，可防止物体进入转子叶片 112。在一些实施例中，叶片根收尾158可能带有其上形成的开口或其他孔口，以帮助从转子叶片112的内部部分排出水或其他物质。在示范性实施例中，第一通道盖174配置成在其处于闭合位置时覆盖内部密封板 170中的第一开口 172。可在不脱离实施例的范围的情况下在内部密封板170上提供额外的通道盖和对应开口。这些额外的通道盖和开口可以用于其它用途，例如用于检查和紧固转子叶片112的螺栓的扭矩以固定所述叶片。因此，第一通道盖174合适的外形尺寸可能与第一开口 172的外形尺寸相同，也可能略大。在此种闭合位置中，第一通道盖174可以限制物质进入第一开口 172，这样就可以防止大于预定大小的微粒状物质从内部接口区域157进入变桨总成130中。在示范性实施例中，第一通道盖174会限制物质进入第一开口 172，从而提供56级的防护等级(IP)，在这种防护等级下，灰尘无法通过，还可以针对暂时性的水涌提供保护。处于打开位置时，第一通道盖174不会限制物质进入第一开口 172，且由此，物体和/或人可以通过。在示范性实施例中，闭合机构(未显示)用于将第一通道盖174固定在闭合位置。 闭合机构可能包括机械扣件(如螺母和/或螺栓)、铰链、闩锁或其他任何合适的部件。为了将第一通道盖174移动到打开位置，可以移除或解开闭合机构。密封构件(未显示)也可能设置在第一通道盖174与内部密封板170之间。密封构件可能为衬垫或其他合适的装置，当第一通道盖174处于闭合位置时，所述密封构件可限制或消除内部接口区域157与变桨总成130之间的物质流通。还可以使用其他各种扣件将系统的部件进行连接。图4说明用于密封图1所示风机100中变桨总成130的示范性系统的局部截面图。 图4的截面图是沿图2中截面线3-3截得的。虽然图4中仅展示了一个变桨总成130及其对应转子叶片112，但此处所述的系统可以与图1及图2所示的任意数量的转子叶片112和变桨总成130结合使用。图4的实施例与图3的实施例类似，且由此，相同参考编号用于指代相同部件。但是，实施例之间的主要区别在于，图4的实施例使用两块密封板设置在变桨总成130两侧。 此外，图4是展示处于未组装配置状态的实施例中组件的分解图。此外，就其本质而言，图 4所示部件的布置是示范性的，且因此，可在不脱离实施例的范围的情况下对其进行修改。内部密封板170可以与轴承外圈一体设置，且设置在内部接口区域157中。内部密封板170还可以与轮毂110形成整体(即由铸造形成)，或者位于内部区域157中且由任意合适的拴扣系统(如机械扣件和/或焊接)固定。外部密封板180设置在外部接口区域 159中，在所述外部接口区域159中，叶片112连接到变桨总成130。形成外部密封板180 的材料可能与形成上述内部密封板170的材料相同，也可能不同。内部密封板170中形成有第一开口 172，而外部密封板180中形成有第二开口 182。通道盖174和184具有与其对应的开口 172和182相同或者略大的外形尺寸。通道盖174和184也可以由刚性材料、柔性材料和/或多孔材料等任意合适的材料形成。开口 172和182的大小和形状允许一个人通过，但在其他实施例中，开口 172和182的大小会有所不同。例如，开口 172和182的大小可能为允许一件设备(如机器人)和/或其他工具通过此外，开口 172和182的大小可能相同，或者其大小可能各不相同，可以在密封板170 和180中提供额外的开口及对应通道盖。密封板170和180还可以增强轮毂110及其中所包括轴承的结构刚性，从而削减制造轮毂110及其中所包括轴承的成本。在示范性实施例中，第一通道盖174用于在其处于闭合位置时覆盖内部密封板 170中的第一开口 172。同样地，第二通道盖184用于在其处于闭合位置时覆盖外部密封板 180中的第二开口 182。在一些实施例中，通道盖174和184的大小可能相同，而在其他实施例中，通道盖174和184的大小可能各不相同。
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处于闭合位置时，通道盖174会限制物质进入开口 172，这样就可以防止大于预定大小的微粒状物质从内部接口区域157进入变桨总成130中，也可以防止此类微粒状物质从所述变桨总成130进入所述内部接口区域157中。同样地，通道盖184会限制物质进入开口 182，这样就可以防止大于预定大小的微粒状物质从变桨总成130进入转子叶片112的内部，也可以防止此类微粒状物质从所述转子叶片112内部进入所述变桨总成130中。在示范性实施例中，第一通道盖174会限制物质进入第一开口 172，从而提供56级的防护等级 (IP)，在这种防护等级下，灰尘无法通过，还可以针对暂时性的水涌提供保护。此外，在一些实施例中，通道盖174和184处于闭合位置时可以显著限制或完全防止气体通过开口流动。处于打开位置时，第一通道盖174不会限制物质进入第一开口 172，由此，物体和/ 或人可以从中通过。同样地，第二通道盖184处于打开位置时也不会限制物质进入第二开口 182，且由此，物体和/或可以从中通过。在示范性实施例中，闭合机构(未显示)用于将通道盖174和184固定在闭合位置。闭合机构可能包括机械扣件(如螺母和/或螺栓)、铰链、闩锁或其他任何合适的部件。 为了将通道盖174和184移动到打开位置，可以移除或解开闭合机构。当通道盖174和184 处于闭合位置时，密封构件(未显示)也可能设置在通道盖174和184与其对应的密封板 170和180之间。密封构件可能为衬垫或其他合适的装置，可以限制且/或消除接口区域 156与变桨总成130之间以及变桨总成130与转子叶片112内部之间的物质流通。图4的示范性实施例使用了多个扣件将各种部件连接在一起。例如，在示范性实施例中，叶片螺栓190与叶片螺母192结合使用，用于将转子叶片112和外部密封板180固定在变桨总成130上。叶片螺栓190穿过外部密封板180中的对应螺栓开口 186和变桨总成130中的开口(未显示)。在示范性实施例中，轮毂螺栓194与轮毂螺母196结合使用， 用于将内部密封板170和变桨总成130固定在轮毂110上。轮毂螺栓194穿过内部密封板 170中的对应螺栓开口 176和变桨总成130中的开口(未显示)。在其他实施例中，可以使用不同类型的扣件或拴扣系统将各种部件连接在一起。图5为用于密封风机(显示在图1中)变桨总成的示范性方法200的流程图。方法200可用于改进现有的风机，或者可以在风机投入使用之前的初始建造阶段使用。如前所述，风机100包括在内部接口区域157处连接到轮毂110的变桨总成130 和在外部接口区域159处连接到转子叶片112的变桨总成130。方法200的第一步QlO) 是将内部密封板170设置在变桨总成130的内部接口区域157中。内部密封板170能限制物质从轮毂110进入变桨总成130中。内部密封板170中还形成有第一开口 172。所述第一开口 172可在将内部密封板170设置在内部接口区域157中之前或之后形成。内部密封板170可借助合适的机械扣件(如螺栓、螺母等)在内部接口区域157内定位，或者可以使用其他固定系统(如焊接、铜焊、粘接等)将内部密封板170定位在适当的位置。接下来，方法200提供第一通道盖174，其大小和形状可以在第一通道盖174处于闭合位置时覆盖内部密封板170中形成的第一开口 172(220)。之后，将外部密封板180设置在变桨总成130的外部接口区域159中(230)。外部密封板180会限制物质从转子叶片 112进入变桨总成中，且其上形成有第二开口 182。所述第二开口 182可在在将外部密封板 180设置在外部接口区域159中之前或之后形成。外部密封板180可借助合适的机械扣件 (如螺栓、螺母等)定位于外部接口区域159的适当位置，或者可以使用其他拴扣系统(如焊接、铜焊、粘接等)将外部密封板180定位在适当的位置。之后可提供第二通道盖184 Q40)，其大小和形状可以在第二通道盖184处于闭合位置时覆盖外部密封板180中形成的第二开口 182。然后可以提供各种闭合机构，用于分别将第一通道盖174和/或第二通道盖184固定在相应闭合位置。此处使用的实例仅为说明性实例，并不局限于这些实例的要素。上述实施例提供了用于限制物质进入风机中变桨总成的高效率、具成本效益的系统。上述实施例还提供了用于对风机进行改进，以使其包括用于限制物质进入风机中变桨总成的系统的方法。所述系统和方法可以保护变桨总成，使其不受外部大气及其中所包括的污染物的影响。因此，风机的轮毂及其中所包括的部件可以暴露在大气中，由大气进行冷却，而变桨总成可以与大气隔绝。上文详细介绍了风机的示范性实施例、用于限制物质进入变桨总成的系统和用于对带有此类系统的风机进行改进的方法。所述方法、风机和系统并不局限于此处所述的特定实施例，相反，所述风机的部件和/或系统和/或所述方法的步骤可以与此处所述的其他部件和/或步骤分开来单独使用。例如，所述系统还可以与其他系统和方法结合使用，并不局限于仅与此处所述风机和系统有关的实践。相反，所述示范性实施例可以与其他许多风机应用结合实施并使用。虽然一些附图中可能显示了本发明各种实施例的特定特点而其他附图中并未显示，但这仅是为了方便起见。根据本发明的原理，附图中的任何特点都可以与其他附图的任何特点结合参考或主张。本书面说明使用实例揭示本发明(包括最佳模式)，并使所属领域的任何一般技术人员可以实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行并入本说明中的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书界定，可能包括所属领域的一般技术人员想出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例的等效结构要素与权利要求书的字面意义无显著差别，则此类实例也属于权利要求书的范围。
权利要求
1.一种密封风机中变桨总成的系统，所述变桨总成在所述变桨总成的内部接口区域处连接到可旋转轮毂，所述系统包括位于所述内部接口区域中的用于限制从所述可旋转轮毂进入所述变桨总成中的密封板，所述密封板配置成使所述变桨总成与所述内部接口区域隔绝。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述密封板形成有开口。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于还包括通道盖，所述通道盖在其处于闭合位置时用于密封所述形成于密封板的所述开口。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于还进一步包括用于将所述通道盖固定在所述密封板上的闭合机构。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于进一步包括位于外部接口区域中的外部密封板，转子叶片在所述外部接口区域处连接到所述变桨总成，所述外部密封板配置成使所述变桨总成，与所述转子叶片隔绝。
6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于进一步包括设置在所述密封板与所述通道盖之间的密封构件。
7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于所述密封板和所述通道盖配置成，在所述通道盖处于所述闭合位置时，所述密封板和所述通道盖可以防止大于预定大小的微粒状物质和水从所述可旋转轮毂进入所述变桨总成中。
8.—种密封风机中变桨总成的系统，所述变桨总成在所述变桨总成的内部接口区域处连接到可旋转轮毂，所述系统包括位于所述内部接口区域中的内部密封板，所述内部密封板用于限制从所述可旋转轮毂进入所述变桨总成中，所述内部密封板设有第一开口 ；第一通道盖，所述第一通道盖配置成其处于闭合位置时覆盖所述第一开口 ；外部接口区域，所述外部接口区域由转子叶片连接到所述变桨总成的区域界定；以及位于所述外部接口区域中的外部密封板，所述外部密封板用于限制从所述转子叶片进入所述变桨总成中。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于还包括有第二通道盖，所述第二通道盖配置成在其处于闭合位置时，覆盖所述形成于所述外部密封板的第二开口，且在其处于打开位置时允许进入所述第二开口。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于所述形成于内部密封板的所述第一开口的大小允许一个人通过。
11.根据权利要求8所述的系统，其特征在于还包括用于将所述第一通道盖和所述第二通道盖中一者固定在所述闭合位置的至少一个闭合机构。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于所述闭合机构包括一条或一条以上铰链以及一个或一个以上闩锁机构。
13.根据权利要求8所述的系统，其特征在于还包括第一衬垫，当所述第一通道盖处于所述闭合位置时，所述第一衬垫处于在所述第一密封板与所述第一通道盖之间。
14.根据权利要求9所述的系统，其特征在于还包括第二衬垫，当所述第二通道盖处于所述闭合位置时，所述第二衬垫处于在所述第二密封板与所述第二通道盖之间。
15.一种密封风机中变桨总成的方法，所述变桨总成在内部接口区域处连接到可旋转轮毂，所述变桨总成在外部接口区域处连接到转子叶片，所述方法包括将内部密封板设置在所述变桨总成的所述内部接口区域中，所述内部密封板限制从所述可旋转轮毂进入所述变桨总成中。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于所述内部密封板中形成有第一开口。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于进一步包括有第一通道盖，所述第一通道盖配置成在其处于闭合位置时覆盖所述形成于内部密封板上的所述第一开口。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于包括在所述变桨总成的外部接口区域中设置外部密封板，所述外部密封板限制从所述转子叶片进入所述变桨总成中，所述外部密封板形成有第二开口。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于还进一步包括设置第二通道盖，所述第二通道盖配置成在其处于闭合位置时覆盖所述形成于所述外部密封板的所述第二开口。
20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于还包括将所述第一通道盖固定在所述闭合位置，以覆盖形成于所述内部密封板的所述第一开口。
全文摘要
本发明涉及一种密封风机的一部分的系统和一种用所述密封系统密封风机的方法。内部密封板位于内部接口区域中，所述内部接口区域在所述风机的轮毂与变桨总成之间。所述内部密封板形成有开口，当第一通道盖处于闭合位置时其会覆盖所述开口。外部密封板位于外部接口区域中，所述外部接口区域在变桨总成与转子叶片之间。所述外部密封板形成有开口，当第二通道盖处于闭合位置时其会覆盖所述开口。所述通道盖在处于闭合位置时会限制物质进入所述密封板中形成的相应开口。
文档编号F16J15/16GK102466040SQ20111033957
公开日2012年5月23日 申请日期2011年10月24日 优先权日2010年10月29日
发明者B·G·穆尔 申请人:通用电气公司