机舱总成以及风力发电机组的制作方法

1.本发明涉及风电技术领域，特别是涉及一种机舱总成以及风力发电机组。


背景技术：

2.随着风力发电机组的容量和功率越来越大，目前机舱总成的解决方案是尺寸同步放大。但是机舱总成等部件的持续放大会导致相关零部件的尺寸和重量过大。陆地机组更是会由于陆地运输的限制，导致大的机舱总成无法运输，或者为满足陆地运输需求，需要对道路、收费站或者隧道和桥梁进行改造，大幅度增加了运输成本，进而导致风电的综合成本快速上升。除了运输之外，由于零部件尺寸的持续放大，也导致零部件的设计难度和加工难度快速上升，这最终导致风力发电机组的成本快速上升。
3.因此，亟需一种新的机舱总成以及风力发电机组。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种机舱总成以及风力发电机组，机舱总成能够满足风力发电机组的大功率要求，成本低且利于加工及运输。
5.一方面，根据本发明实施例提出了一种机舱总成，用于风力发电机组，风力发电机组包括塔架以及发电机，机舱总成包括：连接座，连接座用于连接塔架以及发电机；机舱单元，机舱单元的数量为多个且分别设置于连接座，每个机舱单元包括机舱罩以及功能器件，机舱罩具有容纳腔，功能器件至少部分位于容纳腔并用于与发电机电连接。
6.根据本发明实施例的一个方面，每个机舱单元的功能器件包括变流器以及变压器中的至少一者。
7.根据本发明实施例的一个方面，每个机舱单元还包括环控系统，环控系统被配置为调节容纳腔内的温度、湿度以及空气中的盐分中的至少一者。
8.根据本发明实施例的一个方面，连接座包括座本体以及由座本体围合形成的中空腔，座本体具有第一自由端、第二自由端以及位于第一自由端以及第二自由端之间的多个机舱接口，第一自由端用于与塔架连接，第二自由端用于与发电机连接，每个机舱单元连接于其中一个机舱接口。
9.根据本发明实施例的一个方面，每个机舱单元还包括支撑架，支撑架设置于容纳腔内并与机舱罩连接，支撑架至少部分凸出于机舱罩设置并与机舱接口连接。
10.根据本发明实施例的一个方面，机舱接口以及支撑架的一者包括插接凸起，另一者包括插接槽，插接凸起与插接槽的形状相匹配并插接连接。
11.根据本发明实施例的一个方面，机舱接口包括第一法兰，支撑架包括第二法兰，第一法兰以及第二法兰的形状相匹配并相互连接。
12.根据本发明实施例的一个方面，第一自由端包括第一环形法兰，第一环形法兰用于与塔架可拆卸连接，第二自由端包括第二环形法兰，第二环形法兰用于与发电机可拆卸连接。
13.根据本发明实施例的一个方面，功能器件连接于支撑架或机舱罩。
14.根据本发明实施例的一个方面，机舱总成还包括防护罩，防护罩包覆连接座设置，防护罩对应每个机舱单元均设置有避让口。
15.根据本发明实施例的一个方面，连接座为轴对称结构且具有中心线，机舱单元的数量为n个；其中，n为大于等于2的偶数，n个机舱单元分成两组单元组，每组单元组包括至少一个机舱单元，两组单元组对称分布于中心线的两侧；或者，n为大于等于2的奇数，n
‑
1个机舱单元分成两组单元组，每组单元组包括至少一个机舱单元，两组单元组对称分布于中心线的两侧，剩余一个机舱单元连接于连接座位于两组单元组之间的区域。
16.另一个方面，根据本发明实施例提供一种风力发电机组，包括：塔架；上述的机舱总成，机舱总成设置于塔架；偏航系统，连接于塔架与连接座；发电机，包括转动配合的转子、定子以及与转子以及定子电连接的接口，定子连接于连接座，各机舱单元的功能器件与接口电连接；叶轮，连接于转子。
17.根据本发明实施例的另一个方面，发电机包括多个绕组，每个绕组通过接口与其中一个机舱单元的功能器件电连接。
18.根据本发明实施例提供的机舱总成以及风力发电机组，机舱总成包括连接座以及机舱单元，连接座用于连接塔架以及发电机，机舱单元的数量为多个且分别连接于连接座，由于每个机舱罩内均具有容纳腔，并且在容纳腔内设置与发电机连接的功能器件，利用功能器件能够对发电机转换的电能进行后处理，通过对机舱单元数量和规格的调整能够满足发电机的大功率需求，同时机舱单元可以单独加工制造及运输，成本低，且利于机舱总成整体的设计、加工以及运输。
附图说明
19.下面将参考附图来描述本发明示例性实施例的特征、优点和技术效果。
20.图1是本发明一个实施例的风力发电机组的轴测图；
21.图2是本发明一个实施例的风力发电机组的剖视结构示意图；
22.图3是本发明一个实施例的机舱总成的轴测图；
23.图4是本发明一个实施例的机舱总成去除防护罩的结构示意图；
24.图5是本发明一个实施例的机舱总成的局部结构示意图；
25.图6是本发明另一个实施例的机舱总成的结构示意图。
26.其中：
27.100
‑
机舱总成；
28.10
‑
连接座；11
‑
座本体；12
‑
第一自由端；13
‑
第二自由端；14
‑
机舱接口；
29.20
‑
机舱单元；
30.21
‑
机舱罩；211
‑
容纳腔；
31.22
‑
功能器件；221
‑
变流器；222
‑
变压器；223
‑
环控系统；
32.23
‑
支撑架；231
‑
横向型材；232
‑
纵向型材；
33.30
‑
防护罩；40
‑
控制柜；
34.200
‑
塔架；
35.300
‑
叶轮；310
‑
轮毂；320
‑
叶片；
36.400
‑
发电机；410
‑
转子；420
‑
定子；
37.aa
‑
中心线。
38.在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
39.下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本发明造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。
40.下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本发明的机舱总成以及风力发电机组的具体结构进行限定。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.如图1以及图2所示，本发明实施例提供一种风力发电机组，包括塔架200、机舱总成100、偏航系统、发电机400以及叶轮300，机舱总成100设置于塔架200。为了满足机舱总成100的偏航需求，将偏航系统连接于塔架200与机舱总成100之间，使得机舱总成100通过偏航系统与塔架200间接连接。发电机400包括转动配合的转子410、定子420以及与转子410和定子420电连接的接口，定子420连接于机舱总成100，叶轮300连接于转子410，可选地，叶轮300包括轮毂310以及叶片320，叶轮300通过轮毂310与发电机400的转子410连接。
42.随着风力发电机组的容量和功率越来越大，目前风电机组的机舱总成的解决方案是尺寸同步放大。但是机舱总成等部件的持续放大会导致相关零部件的尺寸和重量过大。陆地机组更是会由于陆地运输的限制，导致大的机舱总成无法运输。除了运输之外，由于零部件尺寸的持续放大，也导致零部件的设计难度和加工难度快速上升，这最终导致风力发电机组的成本快速上升。
43.基于上述技术问题，本发明实施例还提供一种新的机舱总成100，机舱总成100能够满足风力发电机组的大功率要求，利于设计、加工及运输。该机舱总成100可以作为独立的构件生产、销售，当然也可以用于风力发电机组并作为风力发电机组的组成部分。
44.如图3至图5所示，本发明实施例提供的机舱总成100包括连接座10以及机舱单元20，连接座10用于连接塔架200以及发电机400。机舱单元20的数量为多个且分别设置于连接座10，每个机舱单元20包括机舱罩21以及功能器件22，机舱罩21具有容纳腔211，功能器件22至少部分位于容纳腔211并用于与发电机400电连接，功能器件22能够对发电机转换的电能进行后处理。
45.本发明实施例提供的机舱总成100，在用于风力发电机组时，各机舱单元20的功能器件22可以与发电机400的接口电连接。由于每个机舱罩21内均具有容纳腔211，并且在容纳腔211内设置与发电机400连接的功能器件22，利用功能器件22能够对发电机400转换的
电能进行后处理，能够满足发电机400的大功率需求，同时机舱单元20可以单独加工制造，利于加工以及运输。
46.作为一种可选地实施方式，本发明实施例提供的机舱总成100，其功能器件22包括变压器222以及变流器221中的至少一者。其可以包括变压器222，也可以包括变流器221。当然，在有些实施例中也可以同时包括变压器222以及变流器221。每个功能器件22的变压器222以及变流器221与所述发电机400电连接。通过变压器222可以用来将发电机400某一数值的交流电压(电流)变成频率相同的另一种或几种数值不同的电压(电流)的设备。对于变流器221，可以将变流器221加在发电机400的转子410侧的励磁装置。其主要功能是在转子410转速n变化时，通过变流器221控制励磁的幅值、相位、频率等，使定子420侧能向电网输入恒频电。当功能器件22包括变压器222以及变流器221时，可以使得发电机400转换的电能先进入变流器221，然后由变流器221再到变压器222，然后进入升压站及后续的电网中。
47.在一些可选地实施例中，本发明实施例提供的机舱总成100，连接座10包括座本体11以及由座本体11围合形成的中空腔，座本体11具有第一自由端12、第二自由端13以及至少部分位于第一自由端12以及第二自由端13之间的多个机舱接口14。第一自由端12用于与塔架200连接，第二自由端13用于与发电机400连接，每个机舱单元20连接于其中一个机舱接口14。连接座10采用上述结构形式，利用机舱接口14能够满足与各机舱单元20之间的连接需求。而相应设置的第一自由端12可以与塔架200连接，第二自由端13可以与发电机400连接，满足各机舱单元20与塔架200以及发电机400的连接需求。
48.作为一种可选地实施方式，本发明实施例提供的机舱总成100，其第一自由端12可以采用环形法兰结构，通过将第一自由端12采用环形法兰结构形式，能够利于机舱总成100与塔架200之间的可拆卸连接。
49.可选地，本发明实施例提供的机舱总成100，其第二自由端13可以采用环形法兰结构，由于第二自由端13需要与发电机400的定子420连接，通过将其采用环形法兰结构，利于第二自由端13与发电机400的定子420之间的可拆卸连接，保证二者之间的连接强度，便于装拆以及维修。
50.一些可选地实施例中，第一自由端12的轴线以及第二自由端13的轴线相交设置。能够根据塔架200与发电机400的分布情况实现与二者之间的连接。
51.可选地，本发明实施例提供的机舱总成100，其机舱接口14的数量可以根据机舱单元20的数量设置，只要能够满足与各机舱单元20之间的连接需求均可。
52.可选地，本发明实施例提供的机舱总成100，各机舱单元20的机舱罩21可以采用不同的形状，其具有容纳腔211且能够满足功能器件22的安装以及与连接座10之间直接或者间接连接需求均可。一些可选地实施例中，机舱罩21可以采用中空箱型结构。一些可选地实施例中，其可以采用中空的方形结构体。
53.在一些可选地实施例中，本发明实施例提供的机舱总成100，每个机舱单元20还包括环控系统223，环控系统223被配置为调节容纳腔211内的温度、湿度以及空气中的盐分中的至少一者。通过使得每个机舱单元20包括环控系统223，能够利用环控系统223对该机舱单元20对应的容纳腔211内部环境的温度、湿度以及盐分的至少一者进行调节，使得容纳腔211内的环境始终在预设的范围至内，避免因温度、湿度以及盐分中的至少一者的数值超出预设的范围导致功能器件22的损坏，提高机舱总成100的安全性以及使用寿命，并降低维修
成本。
54.作为一种可选地实施方式，本发明实施例提供的机舱总成100，其环控系统223包括散热装置，散热装置设置于机舱罩21且被配置为调节容纳腔211内的温度，使得每个机舱单元20的容纳腔211内温度适中，避免温度过高导致功能器件22的损毁。
55.在一些可选地示例中，环控系统223还可以包括除湿器，除湿器设置于机舱罩21且被配置为调节容纳腔211内的湿度，通过设置除湿器，使得每个机舱单元20的容纳腔211内湿度能够始终保持在最低，避免湿度过高对功能器件22造成腐蚀甚至造成功能器件22间或者功能器件22与发电机400之间的连接接口短路。
56.作为一种可选地实施方式，环控系统223还可以包括除盐器，除盐器设置于机舱罩21且被配置为调节容纳腔211内空气中的盐分，避免每个机舱单元20的容纳腔211内盐分过高导致对功能器件22的腐蚀，对功能器件22进行防护。
57.在一些可选地实施例中，本发明实施例提供的实施例，每个机舱单元20可以通过机舱罩21本身来安装并支撑功能器件22，同时通过机舱罩21直接与连接座10连接，当然此为一种可选的实施例。
58.在一些其他的示例中，也可以使得每个机舱单元20还包括支撑架23，支撑架23设置于容纳腔211内并与机舱罩21连接，支撑架23至少部分凸出于机舱罩21设置并与机舱接口14连接。本发明实施例提供的机舱总成100，通过在每个机舱单元20内部设置支撑架23并使其与机舱罩21连接，能够增加机舱单元20整体的强度。保证其抗载荷能力，提高机舱总成100的安全性能。并且，通过将支撑架23至少部分凸出于机舱罩21设置并使其与机舱接口14连接，既能够保证机舱单元20与机舱接口14之间的连接需求，并且可以将机舱罩21整体的壁厚做的更薄，减轻机舱罩21整体重量及成本，同时，可以降低机舱罩21直接与机舱接口14连接导致机舱罩21损坏的风险。
59.在一些可选地实施例中，本发明实施例提供的机舱总成100，其支撑架23可以采用镂空的框架结构，强度高，重量轻且成本低。可选地，支撑架23可以包括横纵交错的型材连接而成，可以使得部分型材凸出于机舱罩21设置并与机舱接口14连接。
60.一些可选地实施例中，支撑架23可以包括多个纵向型材232以及多个横向型材231，多个纵向型材232沿横向型材231的延伸方向间隔分布，多个横向型材231沿纵向型材232的延伸方向间隔分布，每个横向型材231与各纵向型材232相交设置并相互连接。
61.作为一种可选地实施方式，本发明实施例提供的机舱总成100，机舱接口14以及支撑架23的一者包括插接凸起，另一者包括插接槽，插接凸起与插接槽的形状相匹配并插接连接。机舱接口14与支撑架23采用上述连接方式，利于机舱单元20与底座之间的拆装，同时能够保证二者之间的连接强度。
62.可选地，可以使得机舱接口14包括多个连接块，每个连接块上设置有插接槽，使得支撑架23上设置有插接凸起，通过将插接凸起插接于插接槽实现连接座10与接触接口之间的连接。
63.可选地，当支撑架23包括纵向型材232时，可以使得至少部分数量的纵向型材232凸出于机舱罩21设置并形成插接凸起。
64.可以理解的是，不限于在支撑架23上设置插接凸起，在机舱接口14上设置插接凹槽，在一些其他的实施例中，也可以使得插接凹槽形成于支撑架23，插接凸起形成于机舱接
口14，只要能够满足支撑架23与机舱接口14之间的连接需求均可。
65.作为一种可选地实施方式，本发明实施例提供的机舱总成100，其各机舱单元20的功能器件22如变压器222、变流器221以及环控系统223等部件均可以与机舱罩21连接。当然，在有些实施例中，也可以将功能器件22及环控系统223等部件设置于支撑架23，由于支撑架23位于机舱罩21的，支撑架23可以水平放置，可以向功能器件22以及环控系统223等提供水平支撑面，利于功能器件22以及环控系统223的装拆。并且，当支撑架23采用镂空的框架结构时，将功能器件22以及环控系统223等设置于支撑架23上还利于功能器件22等部件的散热，提高机舱单元20的安全性能。
66.作为一种可选地实施方式，由于机舱总成100在用于风力发电机组时是在户外工作，为了对连接座10进行防护，避免外界的雨水等自然因素对连接座10造成损坏，机舱总成100还包括防护罩30，防护罩30包覆连接座10设置，防护罩30对应每个机舱单元20均设置有避让口。通过设置防护罩30，能够对连接座10进行防护，既能够避免自然环境中的风霜雪雨对连接座10进行腐蚀等，同时能够避免雨水通过连接座10进入发电机400、塔架200等设备的内部，提高机舱总成100以及风力发电机组的安全性能。
67.作为一种可选地实施方式，本发明实施例提供的机舱总成100，其防护罩30可以采用多种结构形式，其可以为中空的罩壳结构，防护罩30包覆连接座10设置，防护罩30可以与连接座10连接，并且能够避免连接座10与机舱单元20、塔架200以及发电机400之间的连接产生干涉。
68.作为一种可选地实施方式，本发明实施还包括控制柜40，至少一个机舱单元20的功能器件22与控制柜40电连接，通过控制柜40控制相应的功能器件22。可选地，控制柜40可以设置于防护罩30内。
69.可以理解的是，本发明上述各实施例提供的机舱总成100，其机舱单元20与机舱接口14之间的连接均是采用一者包括插接凸起，另一者包括插接槽，插接凸起与插接槽的形状相匹配并插接连接。此为一种可选地实施方式，但不限于上述方式，在一些其他的实施例中，也可以使得机舱接口14包括第一法兰，支撑架23包括第二法兰，第一法兰以及第二法兰的形状相匹配并相互连接，同样能够满足每个机舱单元20与连接座10之间的连接需求。
70.本发明上述各实施例提供的机舱总成100，其所包括的机舱单元20的数量可以根据所应用风力发电机组的功率需求进行设定。
71.示例性地，当机舱总成100所应用的风力发电机组为6mw的机组时，可以使得机舱总成100包括两个机舱单元20，每个机舱单元20的功能器件22能够对发电机400的转换电能的后处理上限为3mw，两个3mw的机舱单元20能够实现6mw的机组的发电机400转换电能的后处理需求，进而满足6mw机组的功率需求。
72.再如，当机舱总成100所应用的风力发电机组为7.5mw的机组时，同样可以使得机舱总成100包括两个机舱单元20，其中一个机舱单元20的功能器件22能够对发电机400的转换电能的后处理上限为3mw，另一个机舱单元20的功能器件22能够对发电机400的转换电能的后处理上限为4.5mw，进而满足7.5mw机组的功率需求。
73.又如，当机舱总成100所应用的风力发电机组为14mw的机组时，可以使得机舱总成100包括三个机舱单元20，其中一个机舱单元20的功能器件22能够对发电机400的转换电能的后处理上限为8mw，另一个机舱单元20的功能器件22能够对发电机400的转换电能的后处
理上限为4.5mw，第三个机舱单元20的功能器件22能够对发电机400的转换电能的后处理上限为1.5mw，进而满足14mw机组的功率需求。
74.由于功能器件22的后处理上限值越低，其成本、加工难度、运输难度都相对较低，而后处理上限值越高，其成本、加工难度、运输难度等将倍增。如果采用已有的机舱总成100的方式形成14mw机组，那么该机舱总成100用于对发电机400转换的电能进行后处理的功能器件22的后处理上限就要为14mw，这将导致机舱罩21、变流器221、变压器222等功能器件22的体积非常的庞大，对于运输以及生产加工要求非常。而利用本发明实施例提供的机舱总成100，采用多个具有后处理功能的机舱单元20的形式，既能够满足风力发电机组的大功率需求。
75.可以理解的是，上述对应举例的6mw的机组、7.5mw的机组、14mw的机组对应所包括的机舱单元20的数量以及其后处理上限值的限定只是一种可选地实施方式，但不限于上述方式，具体可以根据需要调节。
76.作为一种可选地实施方式，本发明实施例提供的机舱总成100，连接座10为轴对称结构且具有中心线aa，机舱单元20的数量为n个；其中，n为大于等于2的偶数，n个机舱单元20分成两组单元组，每组单元组包括至少一个机舱单元20，两组单元组对称分布于中心线aa的两侧。通过上述设置，能够平衡连接座10所承受的载荷，避免底座承受偏载。
77.示例性地，以机舱单元20的数量为2个为例，可以使得每组单元组包括一个机舱单元20，两个机舱单元20对称分布于中心线aa的两侧。
78.再如，如图3至图5所示，以机舱单元20的数量为4个为例，可以使得每组单元组包括2个机舱单元20，其中一组单元组的机舱单元20与另一组单元组的机舱单元20对称分布于中心线aa的两侧。
79.可以理解的是，当机舱单元20的数量为n时，n为偶数只是一种可选地实施方式。
80.如图6所示，在一些其他的示例中，也可以使得n为奇数。n为大于等于2的奇数，n
‑
1个机舱单元20分成两组单元组，每组单元组包括至少一个机舱单元20，两组单元组对称分布于中心线aa的两侧，剩余一个机舱单元20连接于连接座10位于两组单元组之间的区域。通过上述设置，能够使得当n为奇数时，能够更好的平衡底座所承受的载荷，避免底座承受偏载。
81.示例性地，如图6所示，以机舱单元20的数量为5个为例，可以使得4个机舱单元20分成两组单元组，每组单元组包括两个机舱单元20，其中一组单元组的两个机舱单元20与另一个单元组的两个机舱单元20对称分布于中心线aa的两侧，剩余一个机舱单元20接于连接座10位于两组单元组之间的区域，可选地，剩余一个机舱单元20的中心可以位于中心线aa上，进一步避免连接座10承受偏载。
82.可以理解的是，上述多个机舱单元20在连接座10上的排布方式只是一种可选地方式，不限于上述方式，例如，可以根据需要，可以使得至少部分数量的机舱单元20在塔架的轴向上间隔分布，彼此在轴向上的投影可以有至少部分重叠，当然也可以错开设置，能够满足机舱总成100的性能要求均可。
83.作为一种可选地实施方式，本发明实施例提供的风力发电机组，其发电机400可以包括多个绕组，每个绕组通过接口与其中一个机舱单元20的功能器件22电连接。通过上述设置，能够更利于机舱单元20与发电机400之间的电连接，满足对发电机400所转换电能的
后处理需求。
84.本发明实施例提供的机舱总成100，其连接座10用于连接塔架200以及发电机400，机舱单元20的数量为多个且分别连接于连接座10，由于每个机舱罩21内均具有容纳腔211，并且在容纳腔211内设置与发电机400连接的功能器件22，利用功能器件22能够对发电机400转换的电能进行后处理，通过对机舱单元20数量和规格的调整能够满足发电机400的大功率需求，同时机舱单元20可以单独加工制造及运输，利于机舱总成100整体的加工以及运输。
85.而本发明实施例提供的风力发电机组，因其包括上述各实施例提供的机舱总成100，在满足自身大功率需求基础上，生产以及运输成本低，且易于维修，发电效益高。
86.虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。