專利名稱：：用于加熱和冷卻風(fēng)力渦輪機(jī)構(gòu)件的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明通常涉及風(fēng)力渦輪機(jī)，具體而言，涉及用于加熱和冷卻風(fēng)力渦輪機(jī)構(gòu)件的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：通常，風(fēng)力渦輪機(jī)包括具有多個(gè)葉片的轉(zhuǎn)子。葉片附連到可旋轉(zhuǎn)的輪轂上，并且葉片和輪轂常被稱為轉(zhuǎn)子。該轉(zhuǎn)子將機(jī)械風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)轵?qū)動一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)的機(jī)械旋轉(zhuǎn)扭矩。發(fā)電機(jī)通常但不是一直通過齒輪箱而旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到轉(zhuǎn)子上。齒輪箱提高用于發(fā)電機(jī)的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的低的固有轉(zhuǎn)速，以有效地將旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為進(jìn)入公用電網(wǎng)的電能。也存在著無齒輪的直接驅(qū)動的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)。轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)、齒輪箱以及其它構(gòu)件典型地安裝在外殼或機(jī)艙內(nèi)，該外殼或機(jī)艙位于可能為桁架或管形塔架的底座的頂部。齒輪箱需要^皮潤滑和冷卻以有效地運(yùn)行。典型地，油在齒輪箱中被用來潤滑，并且油在齒輪箱的運(yùn)轉(zhuǎn)期間變熱。熱交換器典型地被用來冷卻油，并且，油-氣散熱器或熱交換器通常被用來消散來自潤滑油的熱。發(fā)電機(jī)也需要被冷卻，并且氣-氣或水-氣熱交換器已被用來消散來自容納于機(jī)艙內(nèi)的發(fā)電機(jī)的熱。在一些已知的系統(tǒng)中，齒輪箱和發(fā)電機(jī)具有它們自己的獨(dú)立的熱交換器。例如，在一個(gè)已知的系統(tǒng)中，齒輪箱熱交換器包括風(fēng)扇、管道系統(tǒng)以及油-氣熱交換器。發(fā)電機(jī)熱交換器包括另一個(gè)風(fēng)扇、額外的管道系統(tǒng)以及氣-氣熱交換器。用于這兩個(gè)單獨(dú)的熱交換器的空氣典型地從處于機(jī)艙內(nèi)的空氣吸出。在風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)期間，許多構(gòu)件產(chǎn)生熱，并且機(jī)搶內(nèi)的空氣的溫度可能相對于外部環(huán)境空氣而提升。這可能因使用熱空氣來冷卻熱的構(gòu)件而在冷卻系統(tǒng)中導(dǎo)致無效。
發(fā)明內(nèi)容在本發(fā)明的一個(gè)方面中，提供了一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)的加熱和冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括齒輪箱、齒輪箱熱交換器、發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)熱交換器以及冷卻管道。該冷卻管道連接到齒輪箱熱交換器和發(fā)電機(jī)熱交換器上，并被用來傳送空氣穿過這兩個(gè)熱交換器以冷卻齒輪箱和發(fā)電機(jī)。圖l是一個(gè)示范性的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的示意圖2是可以與圖1中所示的示范性的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)一起使用的機(jī)輪的局部橫截面示意圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、可以與圖1中所示的示范性的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)一起使用的機(jī)艙的局部橫截面示意圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、可以與圖1中所示的示范性的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)一起使用的機(jī)艙的局部橫截面示意圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的、可以與圖1中所示的示范性的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)一起使用的機(jī)艙的局部橫截面示意圖。構(gòu)件列表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>圖1是一個(gè)示范性的風(fēng)力渦輪機(jī)100的示意圖。在示范性的實(shí)施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)100是水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)。備選地，風(fēng)力渦輪機(jī)100可以是垂直軸風(fēng)力渦輪機(jī)。風(fēng)力渦輪機(jī)100具有從支撐面104延伸出的塔架102、安裝在塔架102上的機(jī)餘106以及聯(lián)接到機(jī)艙106上的轉(zhuǎn)子108。轉(zhuǎn)子108具有可旋轉(zhuǎn)的輪轂110和聯(lián)接到輪轂110上的多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片112。在示范性的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子108具有三個(gè)轉(zhuǎn)子葉片112。在一個(gè)備選的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子108可以具有多于或少于三個(gè)的轉(zhuǎn)子葉片112。在示范性的實(shí)施例中，塔架102由管形鋼制成，并具有延伸在支撐面104和機(jī)論106之間的腔(圖1中未顯示)。在一個(gè)備選的實(shí)施例中，塔架102是格子狀塔架。塔架102的高度是基于本領(lǐng)域已知的因素和條件而選擇的。葉片112被定位成繞著轉(zhuǎn)子輪轂110以有利于旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子108，從而將來自風(fēng)的動能轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎玫臋C(jī)械能，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋Ｈ~片112通過在多個(gè)負(fù)荷轉(zhuǎn)移區(qū)122將葉根部120聯(lián)接到輪轂110上而連接到輪轂110上。負(fù)荷轉(zhuǎn)移區(qū)122具有輪轂負(fù)荷轉(zhuǎn)移區(qū)和葉片負(fù)荷轉(zhuǎn)移區(qū)(在圖1中未顯示出這兩者)。被引入葉片112中的負(fù)荷經(jīng)由負(fù)荷轉(zhuǎn)移區(qū)122而被轉(zhuǎn)移至輪轂110。在示范性的實(shí)施例中，葉片112具有在約為50米(m)(164英尺(ft))至約為100米(328ft)之間的長度。備選地，葉片112可以具有任何長度。當(dāng)風(fēng)沖擊葉片112時(shí)，轉(zhuǎn)子108繞著旋轉(zhuǎn)軸線114旋轉(zhuǎn)。當(dāng)葉片112旋轉(zhuǎn)并受到離心力時(shí)，葉片112受到各種的撓矩和其它運(yùn)轉(zhuǎn)應(yīng)力。如此一來，葉片112可以^^中間的或不偏離的位置偏離和/或4t轉(zhuǎn)至偏離的位置，并且相關(guān)的應(yīng)力或負(fù)荷可以被引入葉片112中。此外，葉片112的俯仰角，即確定葉片112相對于風(fēng)向透視的角度，可以由俯仰調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(在圖1中未顯示)改變，以有利于通過調(diào)節(jié)暴露于風(fēng)力矢量的葉片112的表面積來增加或減少葉片112的速度。針對葉片112的俯仰軸線118被圖示。在示范性的實(shí)施例中，單獨(dú)地控制葉片112的俯仰。備選地，葉片112的俯仰可以作為組而纟皮控制。在一些配置中，控制系統(tǒng)(圖1中未顯示)中的一個(gè)或多個(gè)微控制器被用于整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)視和控制，包括俯仰和轉(zhuǎn)子速度的調(diào)整、偏轉(zhuǎn)驅(qū)動和偏轉(zhuǎn)制動的應(yīng)用以及故障監(jiān)視。備選地，分布式或集中式的控制結(jié)構(gòu);波用于風(fēng)力渦輪機(jī)100的備選的實(shí)施例中。圖2是接合分離的熱交換器以冷卻齒輪箱和發(fā)電機(jī)的一個(gè)已知的風(fēng)力渦輪機(jī)的簡化橫截面示意圖。風(fēng)力渦輪機(jī)100的各種構(gòu)件容納在位于風(fēng)力渦輪機(jī)100的塔架102的頂部的機(jī)艙106中。轉(zhuǎn)子108經(jīng)由轉(zhuǎn)子軸215(有時(shí)指低速軸)、齒輪箱220、高速軸230以及一個(gè)或多個(gè)聯(lián)接器(未顯示)而可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到被定位在機(jī)艙106內(nèi)的發(fā)電機(jī)210上。一個(gè)或多個(gè)支撐軸承240(僅顯示了一個(gè))4皮定位在機(jī)搶106內(nèi)并由機(jī)艙106支撐。軸承240有利于軸215的徑向支撐和對準(zhǔn)。軸215的旋轉(zhuǎn)可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動齒輪箱220，該齒輪箱隨后驅(qū)動軸230。高速軸230驅(qū)動用于產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)210。齒輪箱220、發(fā)電機(jī)210以及軸承240在運(yùn)轉(zhuǎn)期間產(chǎn)生熱，并且其中的一些構(gòu)件可能需要被冷卻以避免過熱。"Z"形的箭頭圖示了圖2中的熱消散。在一個(gè)已知的系統(tǒng)中，齒輪箱220接合具有齒輪箱熱交換器222、齒輪箱風(fēng)扇224和管道系統(tǒng)226的齒輪箱冷卻系統(tǒng)。許多齒輪箱使用油作為潤滑和傳熱的介質(zhì)，并且這些油被泵送通過熱交換器222，以由/人才幾輪106內(nèi)吸出的空氣冷卻。然后，神皮加熱的空氣通常從機(jī)輪106的頂部排出。發(fā)電機(jī)210也產(chǎn)生大量的熱，并且，如上述已知的系統(tǒng)，接合具有發(fā)電機(jī)熱交換器212、發(fā)電機(jī)風(fēng)扇214以及管道系統(tǒng)216的發(fā)電機(jī)冷卻系統(tǒng)。許多發(fā)電機(jī)使用水作為傳熱的^h質(zhì)，并且這些水^皮泵送通過熱交換器212，以由從機(jī)艙106內(nèi)吸出的空氣冷卻。然后，#:加熱的空氣通常從機(jī)搶106的背部排出。一些發(fā)電機(jī)也可以使用氣-氣熱交換器或水-氣熱交換器。所使用的水可與防凍劑混合，或者備選地，可以使用其它的合適的冷卻液體。在該一個(gè)已知的系統(tǒng)中，空氣從機(jī)搶106內(nèi)^支吸入這兩個(gè)熱交換器中。這些空氣可能不期望地^皮機(jī)艙內(nèi)的產(chǎn)生熱的各種構(gòu)件加熱。例如，軸承240、齒輪箱220、發(fā)電才幾210以及其它構(gòu)件可以產(chǎn)生熱，該熱可以加溫被吸入機(jī)艙中的空氣。熱交換器在更大的溫度梯度下更有效地工作，并且，使用最低的可能溫度的輸入空氣是有益的。圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的改進(jìn)的冷卻和加熱系統(tǒng)。用于熱交換器的進(jìn)氣經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)位于機(jī)艙前部附近的孔或端口而從機(jī)搶106的外部被直接吸入。在備選的實(shí)施例中，進(jìn)氣可以從風(fēng)力渦輪機(jī)的其它部分被導(dǎo)入，這些部件包括但不限于轉(zhuǎn)子、輪轂、塔架或機(jī)艙內(nèi)部。由箭頭305表示的進(jìn)氣穿過單個(gè)風(fēng)扇310和過濾器315。過濾器315可以置于風(fēng)扇310之前或之后。管道系統(tǒng)320引導(dǎo)進(jìn)入的^^皮過濾的空氣通過齒輪箱熱交換器222和發(fā)電機(jī)熱交換器212。這種配置的一些優(yōu)點(diǎn)是冷的外部空氣被吸入冷卻系統(tǒng)中，并且單個(gè)風(fēng)扇可以服務(wù)多個(gè)熱交換器。另外，可以將旁通門330增加到系統(tǒng)上，以優(yōu)化用于暖氣候運(yùn)轉(zhuǎn)或冷氣候運(yùn)轉(zhuǎn)的冷卻和加熱系統(tǒng)。旁通門還可以包括閥、閘門、百葉窗或其它合適的裝置?？梢詫C(jī)搶加溫;改熱器340增加到機(jī)艙的內(nèi)部，以在冷氣候運(yùn)轉(zhuǎn)的期間加熱機(jī)艙。當(dāng)旁通門330處于水平位置時(shí)(如圖3中所示)，穿過管道系統(tǒng)320的空氣^皮轉(zhuǎn)向，以穿過機(jī)搶加溫放熱器340?？諝庠诮?jīng)過齒輪箱熱交換器和發(fā)電機(jī)熱交換器時(shí)所吸收的熱可以被機(jī)艙加溫放熱器340吸取，并被用來加熱機(jī)艙106的內(nèi)部。在冷氣候運(yùn)轉(zhuǎn)中(例如，比0。C還冷)，將機(jī)艙的內(nèi)部保持高于預(yù)定溫度可能是有利的。機(jī)艙中的各種子系統(tǒng)和電子設(shè)備可能需要避免極冷的溫度。當(dāng)外部溫度冷時(shí)，服務(wù)人員也將從較暖和的工作環(huán)境中受益。例如，如果外部環(huán)境溫度低于約-10。C，那么，服務(wù)技術(shù)人員將發(fā)現(xiàn)在機(jī)艙106內(nèi)工作是非常困難和不舒服的。通過實(shí)施本發(fā)明的加熱和冷卻系統(tǒng)，可以將機(jī)艙內(nèi)部溫度相對于外部環(huán)境溫度保持在升高責(zé)。入'°''日''圖4圖示了配置成用于暖氣候運(yùn)轉(zhuǎn)的加熱和冷卻系統(tǒng)。旁通門330顯示出處于垂直位置，并且該位置阻擋空氣進(jìn)入機(jī)艙加溫放熱器340?？諝獗幌蛳乱龑?dǎo)并引出機(jī)艙后部。旁通門可以由單個(gè)鉸鏈門或兩組百葉窗式的孔或閥來實(shí)施。也可以采用用于允許空氣經(jīng)過并防止空氣穿過管道系統(tǒng)的其它合適裝置。機(jī)艙加溫放熱器可以包括一個(gè)或多個(gè)具有散熱能力或散熱翅片或凸出部的管或管道?？梢詫⒐艿赖膬?nèi)部設(shè)計(jì)成，通過接合擋板、翅片、內(nèi)部凸出部或任何其它合適的裝置以增加管道內(nèi)部的表面積，從而增大穿過的空氣的傳熱。離開機(jī)艙加溫放熱器的空氣可以從機(jī)艙106的后部或其它部分排出。圖5圖示了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，并接合了服務(wù)單獨(dú)構(gòu)件的多個(gè)管道段。如前面所描述的實(shí)施例，采用單個(gè)的風(fēng)扇310和過濾器315。然而，如果愿意，可以使用多個(gè)風(fēng)扇和/或過濾器。第一管道段510連接到齒輪箱熱交換器222上。第二管道段520連接到發(fā)電機(jī)熱交換器212上。第三管道段530可以連接到控制面板540的熱交換器550上。應(yīng)當(dāng)理解，風(fēng)力渦輪機(jī)的其它構(gòu)件或子系統(tǒng)也可以經(jīng)由第三管道段或其它管道段而^皮加熱或冷卻。渦輪機(jī)控制系統(tǒng)的一部分駐留在控制面板540(也^皮稱為"頂箱")內(nèi)。控制面板540包括被用來控制和監(jiān)視環(huán)境條件的電子設(shè)備以及風(fēng)力渦輪機(jī)100的各種系統(tǒng)和構(gòu)件。這些電子設(shè)備可能產(chǎn)生大量的熱，并可能需要被冷卻?？刂泼姘鍩峤粨Q器550可以有助于將控制面板540內(nèi)的電子設(shè)備保持在期望的溫度。具有服務(wù)各個(gè)熱交換器的單獨(dú)的管道的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是將可能最冷的空氣引導(dǎo)至各個(gè)熱交換器。例如，外部空氣305被吸入冷卻和加熱系統(tǒng)中，并應(yīng)用到各個(gè)熱交換器且沒有一皮先前的熱交換器加溫。為了清楚起見，省略了機(jī)艙加溫放熱器340和旁通門330(兩者在圖5中未顯示)，但可以與圖5中所示的實(shí)施例一起使用。雖然通過具體的實(shí)施例來描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，本發(fā)明可以在權(quán)利要求的要旨和范圍內(nèi)進(jìn)行修改。權(quán)利要求1.一種加熱和冷卻系統(tǒng)，包括齒輪箱(220)和齒輪箱熱交換器(222)、發(fā)電機(jī)(210)和發(fā)電機(jī)熱交換器(212)、連接到所述齒輪箱熱交換器(222)和所述發(fā)電機(jī)熱交換器(212)上的冷卻管道(320)，其中，所述冷卻管道(320)被用來傳送空氣穿過所述齒輪箱熱交換器(222)和所述發(fā)電機(jī)熱交換器(212)，以冷卻所述齒輪箱(220)和所述發(fā)電機(jī)(210)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱和冷卻系統(tǒng)，其特征在于，還包括布置成吹動空氣穿過所述齒輪箱熱交換器(222)的至少一部分和所述發(fā)電機(jī)熱交換器(212)的至少一部分的風(fēng)扇(310)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱和冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱和冷卻系統(tǒng)是與風(fēng)力渦輪機(jī)(100)—起使用的，所述加熱和冷卻系統(tǒng)還包4舌位于所述冷卻管道的排氣部分附近的旁通裝置(330)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的加熱和冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述旁通裝置(330)選自包括門、閥以及閘門的組中的一個(gè)或多個(gè)。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的加熱和冷卻系統(tǒng)，其特征在于，還包括連接到所述冷卻管道(320)上的機(jī)艙加溫放熱器(340),其中，所述旁通裝置(330)可以被定位在第一位置以將空氣引導(dǎo)出機(jī)輪，并且可以被定位在第二位置以將空氣引導(dǎo)通過所述機(jī)艙加溫放熱器，從而加溫所述機(jī)艙的內(nèi)部。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱和冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻管道還包括至少兩個(gè)或多個(gè)冷卻管道^:。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的加熱和冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述至少兩個(gè)或多個(gè)冷卻管道段包括連接到所述齒輪箱熱交換器上的第一冷卻管道段(510);連接到所述發(fā)電機(jī)熱交換器上的第二冷卻管道段(520);其中，分離且不同的氣流穿過所述第一冷卻管道段和所述第二冷卻管道段。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的加熱和冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述至少兩個(gè)或多個(gè)冷卻管道段包括連接到控制面板熱交換器(550)上的第三冷卻管道段(530);其中，分離且不同的氣流穿過所述第一冷卻管道段、所述第二冷卻管道段以及所述第三冷卻管道段。全文摘要本發(fā)明提供了一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)(100)的加熱和冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括齒輪箱(220)、齒輪箱熱交換器(222)、發(fā)電機(jī)(210)、發(fā)電機(jī)熱交換器(212)以及冷卻管道(320)。冷卻管(320)連接到齒輪箱熱交換器和發(fā)電機(jī)熱交換器上，并被用來傳送空氣穿過這兩個(gè)熱交換器以冷卻齒輪箱和發(fā)電機(jī)。文檔編號F03D11/00GK101672255SQ20091017635公開日2010年3月17日申請日期2009年9月10日優(yōu)先權(quán)日2008年9月11日發(fā)明者B·S·貝奇帕利申請人:通用電氣公司