CN101518842B - 毂部倾斜齿轮修补方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及毂部倾斜齿轮修补方法，具体而言，涉及一种用于修补毂部倾斜齿轮组件(115)的方法。该方法包括提供用来调节风力涡轮机叶片(108)的倾斜角的环形组件(137)，该环形组件(137)具有多个轮齿(302)。移除环形组件(115)的段，该段包括至少一个齿轮齿(115)的至少一部分，以形成修补腔(303)。提供构造成匹配修补腔(303)的修补段(301)；并将修补段(301)引入修补腔(303)中且固定就位。还公开了修补倾斜齿轮组件(115)和风力涡轮机(100)。

Description

毂部倾斜齿轮修补方法
技术领域
本发明涉及用于维修、修补和/或更换风力涡轮机的部件的方法。尤其是，本发明涉及用于修补或维修毂部倾斜(pitch)齿轮组件的现场方法。
背景技术
近来，作为环境安全和相对便宜的代用能源，风力涡轮机已经受到越来越多的关注。随着这种日益增加的兴趣，已经做出了相当大的努力来发展可靠而有效的风力涡轮机。
通常，风力涡轮机包括具有多个叶片的转子。该转子安装到安置在桁架塔架或管状塔架之上的壳体或机舱(nacelle)上。公用级风力涡轮机(即设计成将电力提供给公用电网的风力涡轮机)可具有大转子(例如，长度达30米甚至更长)。另外，风力涡轮机典型地安装在高度至少60米的塔架上。这些转子上的叶片将风能转换成驱动一个或多个发电机的转矩或力，发电机通过变速箱可旋转地联接到转子上。该变速箱逐步提高涡轮机转子对于发电机的固有的低旋转速度，以有效地将机械能转换成输入到公用电网的电能。为了提供机械能到电能的有效转换，风力涡轮机使用多个风力涡轮机部件，例如轴、传动部件、倾斜驱动装置、发电机部件和风力涡轮机内的其它部件。这种齿轮常易受磨损或者破坏，需要维修或修补。
风力涡轮机中的部件典型地必须使用可移动的地基或海基起重机进行安装、保养或更换和/或使用手动运送部件以移除和/或更换部件。此外，风力涡轮机可能安装在对于可移动的陆基或海基起重机不易接近的不平坦地面上、海洋里和/或高塔架上(例如至少60米高的塔架)。另外，这些大型起重机运行昂贵且需要长的交付周期。
因此，需要的是用于保养或修补风力涡轮机中的齿轮组件的廉价方法，该方法是便携的、轻巧的和/或能够现场和塔上操作的。
发明内容
本公开的一个方面包括用于修补毂部倾斜齿轮组件的方法。该方法包括提供具有多个齿轮齿的环形齿轮修补段(segment)。通过切割、机加工和/或钻孔来移除原始环形齿轮的一部分以形成修补腔。提供构造成匹配该修补腔的修补段，并且将该修补段引入到修补腔并固定就位。
本公开的另一个方面包括修补倾斜齿轮组件，该组件包括具有多个齿轮齿的小齿轮组件。该组件还包括用于调节风力涡轮机叶片的倾斜角的环形齿轮组件，该环形齿轮组件具有多个构造成与小齿轮组件的齿轮齿啮合的齿轮齿。该环形组件包括固定在其上的修补段。该修补段固定到环形组件上。
本公开的再一个方面包括具有可调倾斜角的风力涡轮机叶片的风力涡轮机。该风力涡轮机还包括可操作地布置以调节风力涡轮机叶片的倾斜角的修补倾斜齿轮组件。该修补倾斜齿轮组件包括具有多个齿轮齿的小齿轮组件。该组件还包括用于调节风力涡轮机叶片的倾斜角的环形组件，环形组件具有多个构造成成与小齿轮组件的齿轮齿啮合的齿轮齿。该环形组件包括固定在其上的修补段。该修补段固定到环形组件上。
本公开的一个优点是该方法允许对磨损的风力涡轮机倾斜齿轮齿进行现场修补。另外，修补段可用硬化的齿制造以提供更久的磨损。
此外，本公开的实施例允许在不移除涡轮机叶片和/或倾斜齿轮的情况下修补倾斜齿轮，并且不需要焊接或大型设备。
从以下结合附图对本发明的优选实施例进行的更详细说明，本发明的其它特征和优点将变得显而易见，附图以示例的方式描述了本发明的原理。
附图说明
图1是根据本公开的一个实施例的风力涡轮机的侧视图；
图2示出了根据本发明的一个实施例的机舱的剖面视图；
图3示出了根据本公开的一个实施例的修补环形齿轮组件的正视侧视图；
图4示出了根据本公开的一个实施例的修补段的顶部透视图；
图5示出了根据本公开的一个实施例的修补环形齿轮组件的顶部透视图；
图6示出了根据本公开的另一个实施例的修补环形齿轮组件的正侧视图；
图7示出了根据本公开的一个实施例的包括夹子的修补环形齿轮组件的正侧视图；
图8示出了根据本公开的一个实施例的包括夹子的修补环形齿轮组件的正视剖视图；
图9示出了根据本公开的一个实施例的未安装的夹子的侧视图；
图10示出了根据本公开的另一个实施例的夹子的侧视图；
图11示出了根据本公开的另一个实施例的修补环形齿轮齿和组件的正侧视图；
图12示出了根据本公开的一个实施例的修补环形齿轮齿和组件的顶透视图；
图13-15图示了根据本公开的一个实施例的修补装置和方法；
只要可能，在所有附图中使用同样的参考标号表示相同或相似的部件。
部件列表：
  100   风力涡轮机
  102   机舱
  104   塔架
  106   转子
  108   转子叶片
  110   旋转毂部
  114   倾斜驱动器
  115   齿轮组件
  116   转子轴
  118   齿轮箱
  120   发电机
  122   联接器
  124   偏转驱动器
  126   偏转甲板
  128   气象吊杆
  130   主轴承
  132   主框架
  135   小齿轮组件
  137   齿条组件
  301   修补段
  302   齿轮齿
  303   修补腔
  305   紧固件
  307   接合销
  309   接合销槽
  501   紧固件开口
  601   夹子槽
  701   夹子
  801   臂
  901   第一末端
  1101   损坏部分
  1300   铣削装置
  1301   损坏部分
  1303   倾斜钻头
  1501   倾斜段
具体实施方式
如图1中所示，风力涡轮机100通常包括容纳发电机(图1中未示出)的机舱102。机舱102为安装在塔架104顶部上的壳体，图1中仅示出了该塔架的一部分。塔架104的高度基于本领域已知的因素和条件进行选择，并可延伸到高达60米或更高的高度。风力涡轮机100可安装在提供到具有理想风力条件的地区的通道的任何地形上。该地形可变化极大并可包括但不限于山岭地形或离岸地点。风力涡轮机100还包括转子106，该转子106包括一个或多个附接到旋转毂部110上的转子叶片108。尽管图1中图示的风力涡轮机100包括三个转子叶片108，但是对本发明所需的转子叶片108的数量没有明确的限制。
如图2所示，在风力涡轮机100的塔架104顶部的机舱102内容纳了各种的部件。例如，可变倾斜齿轮组件115可控制叶片108(在图2中未示出)的倾斜角，该叶片在风的作用下驱动毂部110。叶片108的倾斜角调节是常规的运行参数，并且用来调节倾斜角的传动装置和马达/驱动装置是众所周知的。毂部110可构造成容纳三个叶片108，但其它构造可使用任何数目的叶片。在一些构造中，叶片108的倾斜由倾斜齿轮组件115单独控制。毂部110和叶片108一起组成风力涡轮机转子106。
风力涡轮机100的传动系统包括主转子轴116(也称“低速轴”)，该主转子轴116经主轴承130连接到毂部110上，并(在一些配置中)在轴116的相对端连接到齿轮箱118上。在一些构造中，齿轮箱118利用双通道几何形状来驱动封闭的高速轴。在其它构造中，主转子轴116直接联接到发电机120上。该高速轴(图2中未示出)被用来驱动安装在主框架132上的发电机120。在一些构造中，转子转矩经联接器122传递。发电机120可为任何合适的类型，例如但不限于，绕线转子感应发电机或直接驱动永磁发电机。偏转驱动器124和偏转甲板126为风力涡轮机100提供偏转定向系统，以将风力涡轮机旋转至面向风的位置。气象吊杆128为涡轮机控制系统提供包括风向和/或风速的信息。在一些构造中，偏转系统安装在设置于塔架104顶部的凸缘上。
倾斜齿轮组件115为被叶片倾斜驱动器114驱动的环形齿轮装置和小齿轮装置，该倾斜齿轮组件115具有与环形组件137接合的圆形小齿轮组件135。该环形组件137是具有多个齿轮齿的单齿轮，该多个齿轮齿以大体上弓形的排列进行布置，并以允许调节叶片108的倾斜的方式连接到叶片108上。小齿轮组件135的齿与环形组件137的齿相啮合，并通过小齿轮组件135将倾斜驱动器114所提供的旋转运动转化为对应于用于叶片108的倾斜角的环形部分137的旋转运动。
本发明的一个实施例允许现场移除和更换一个或多个齿轮齿302和环形组件137的磨损部分，而无需焊接环形组件和/或移除叶片108或其它主要的风力涡轮机部件。图3示出了具有多个轮齿302的修补环形组件137。环形组件137包括置于修补腔303内的修补段301。齿轮齿302的形状不限于所示的几何形状并可包括与小齿轮组件135(在图3中未示出)的齿轮齿相啮合的任何几何形状。修补腔303形成在环形组件137的一部分中，且可包括具有被损坏或其它不理想几何形状的至少一个齿轮齿302。修补腔303包括腔或已经移除的环形组件137的一部分。从环形组件137移除的区域(即修补洞303)可包括在环形组件137或一个或多个齿302上的损坏。损坏可包括碎裂、来自碰撞的损坏、磨损或任何不希望的改变齿的损坏。机加工或移除优选地在涡轮机毂部110的内部在现场发生且仅有极少的或不将设备从风力涡轮机100中移除。倾斜齿轮组件115的损坏部分通过铣削、钻削或其它材料移除方法用例如便携式铣床来移除。修补段301通过机加工或其它方式形成具有与修补腔303以及期望的齿302的几何形状相匹配的几何外形的部件而形成。齿302的几何形状可包括图3所示的形状或者能与倾斜齿轮组件115的小齿轮组件135啮合的任何其它几何形状。修补段301的形成可发生在风力涡轮机内、风力涡轮机旁或某个遥远的位置。修补腔303和修补段301可包括特征，例如孔、构造成容纳紧固件的螺纹开口、突出部、缺口或具有辅助和/或促进修补段301的紧固和/或排列的其它几何形状的特征。然而不限于此，特征可包括用于紧固件305的槽309或开口。形成修补段301的材料可与环形组件137的材料一样或者不同。例如，一种材料可以是具有高硬度的材料。此外，齿302的构造可与环形组件137上的齿的构造一样或者不同。
为了连接修补段301，多个紧固件305可通过修补段安装在环形组件137中。紧固件305可包括任何适宜的紧固装置，包括螺丝、螺栓、夹子、粘合装置或任何其它能将修补段301紧固在环形组件137上的紧固装置。在图3所示的实施例中，多个槽309形成在修补段301和环形部分137中。多个接合销307插入到修补段301和环形组件137中间的槽309中。接合销307的定位在倾斜齿轮组件115运行期间为修补段和所施加的分布式负荷提供保持，以进一步抵制修补段301从环形组件137上脱离。紧固件305和接合销307除了两个部件之间的任何干涉配合之外，还将修补段301连接到环形组件137上。
图4示出了根据本公开的一个实施例的修补段301的透视图。如图所示，修补段301包括构造成容纳接合销307的多个槽或孔309。使用任何合适的机加工技术包括钻削或铣削对应于修补段301的几何形状，可将槽309机加工在修补段301中。形成的槽或孔309与接合销307的一部分接合，其中接合销307进一步与环形组件137中的接合销槽309接合。
图5示出了根据本公开的一个实施例的修补段301在安装到环形组件137期间的透视图。如图所示，修补段301置于修补腔303中，并且紧固件305和接合销307各自安装在紧固件开口501和槽309中。可使紧固修补段301与小齿轮组件135(在图5中未示出)形成接合，并且风力涡轮机可返回维修。
图6示出了本公开的包括具有鸠尾榫几何形状的修补段301的备选实施例。虽然示出为鸠尾榫装置，但该装置可包括包含任何能维持接合互联装配的互锁几何形状的特征。修补段301定位于修补腔303内，该修补腔303具有与修补段301相应的或相配的几何形状。如图所示，修补段301的鸠尾榫特征提供与修补腔303的鸠尾榫槽特征匹配的几何形状。修补腔303还包括构造成容纳夹子701(见图7-9)的夹槽601。
图7示出了具有鸠尾榫几何形状的修补段301，该修补段301用布置在其中的夹子701安装到修补腔303和夹子槽601中。夹子构造有臂801(见图8)，当弯曲时，臂801为夹子701和修补段301提供锁定或保持就位，其中修补段301从环形组件137的脱离被大体上防止。如图8所示，弯臂801位于夹子701的远端并为修补段301和环形组件137两者提供保持和接合。图9示出了在插入夹子槽601之前的夹子701，其中第一端901包括处于弯曲位置的臂801。夹子701还包括可插入夹子槽601的直臂801。
在图10中示出了用于夹子701的备选构造，其中夹子701包括楔形几何形状或可插入夹子槽601的垫片。楔形夹子701可被推入夹子槽601中，足以在修补段301和环形组件137之间提供摩擦干涉配合。
图11示出了本公开的又一个实施例，其中一个齿302包括损坏部分1101，第二个齿包括形成修补腔303的移除材料和具有紧固到其上的修补段301的修补齿302。损坏部分1101通过铣削或其它机加工方法移除以形成修补腔303。构造成匹配修补腔303的修补段301通过紧固件305紧固在环形组件137的齿302上。另外，图12示出了具有修补段301的修补环形组件137的透视图，如在上文关于图11所述。如图12中所示，所得到的修补环形组件137包括用于齿302的几何形状，该齿302具有与未被损坏的齿302大体上一致的几何形状。
图13-15图示了根据本公开的一个实施例的方法，以形成用来容纳修补段301的鸠尾榫槽，如关于图6所示和所描述的那样。图13示出了位于损坏部分1301上方的便携式铣削装置1300。铣削装置1300包括旋转和提供材料移除的钻头1303。本公开的过程优选地现场进行，其中如果有，也只有很少的部件在形成修补腔303之前从风力涡轮机100上移除。除了避免在风力涡轮机100内移除主要部件之外，优选地执行铣削以不将大量的热量引入环形组件137和周围部件中。图14示出了由铣削形成的修补腔303的一部分。如关于图6所讨论的那样，修补段301的鸠尾榫几何形状利用了互锁形状，其中倾斜段1501(见图15)被铣削。可利用倾斜钻头1303沿倾斜段1501移除额外的材料以形成修补腔303。修补腔303可被测量，而修补段301可被制造以匹配修补腔303的几何形状。如上文所讨论的，修补腔303的形成可在现场或离开现场执行，并可包括根据任何已知的机加工或形成技术的成形。因而，修补部分被返回和安装，如以上关于图3-12所讨论的。尽管图13-15示出鸠尾榫几何形状，但所示出的方法并不限于此并可用来形成例如图3或图11中所示的修补段301。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但本领域技术人员将会了解，在不脱离本发明范围的情况下，可对本发明的部件作各种各样的改变以及等价替换。另外，在不脱离本发明实质范围的情况下，可作许多修改以使得特定情况或材料适合本发明的教导。因此，本发明不限于以执行本发明的最佳模式而公开的特殊实施例，而是本发明包括落在所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (21)

1.一种用于修补毂部倾斜齿轮组件的方法，包括：
提供用来调节风力涡轮机的叶片的倾斜角的环形组件，所述环形组件具有多个齿轮齿；
移除所述环形组件的段以在所述环形组件的一部分中形成修补腔，被移除的段包括所述多个齿轮齿的至少一个齿轮齿的至少一部分；
提供构造成与所述修补腔匹配的修补段；以及
将所述修补段引入所述修补腔中，并将所述修补段固定就位。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述修补段包括构造成容纳紧固件的一个或多个开口。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述修补腔构造有特征以便于所述修补腔的固定或对准。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述修补段构造有特征以便于所述修补段的固定或对准。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述修补段构造成鸠尾榫，该鸠尾榫具有构造成匹配具有鸠尾榫槽几何形状的修补腔的几何形状。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述移除包括移除所述多个齿轮齿中的一个齿轮齿的一部分。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述移除包括移除多个齿轮齿。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述部分的所述移除在现场发生。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固定实质上不包括焊接。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述修补腔形成在单个齿上，并且所述修补段紧固到所述齿上，所述齿具有和未损坏的齿大体上一致的几何形状。
11.一种修补好的倾斜齿轮组件，包括：
具有多个齿轮齿的小齿轮组件；
用来调节风力涡轮机的叶片的倾斜角的环形组件，所述环形组件具有构造成与所述小齿轮组件的所述齿轮齿啮合的多个齿轮齿，所述环形组件包括形成在其一部分中的修补腔以及定位在所述修补腔中的修补段；以及
其中所述修补段与所述修补腔匹配并固定到所述环形组件上。
12.如权利要求11所述的组件，其特征在于，所述修补段包括将所述修补段固定到所述环形组件上的一个或多个紧固件。
13.如权利要求11所述的组件，其特征在于，所述修补段构造有特征以便于所述修补腔的固定或对准。
14.如权利要求11所述的组件，其特征在于，在所述修补段和所述环形组件中间布置了一个或多个夹子。
15.如权利要求14所述的组件，其特征在于，夹子具有楔形几何形状。
16.如权利要求11所述的组件，其特征在于，齿包括所述修补段并形成修补齿，所述修补齿具有与未被损坏的齿大体上一致的几何形状。
17.一种风力涡轮机，包括：
具有可调节倾斜角的风力涡轮机叶片；
可操作地设置成调节所述风力涡轮机叶片的所述倾斜角的倾斜齿轮组件，所述倾斜齿轮组件包括：
具有多个齿轮齿的小齿轮组件；
用于调节风力涡轮机叶片的倾斜角的环形组件，所述环形组件具有构造成与所述小齿轮组件的所述齿啮合的多个齿轮齿，所述环形组件包括形成在其一部分中的修补腔和定位在所述修补腔中的修补段；以及
其中所述修补段与所述修补腔匹配并固定到所述环形组件上。
18.如权利要求17所述的风力涡轮机，其特征在于，所述修补段构造有特征以便于使所述修补腔固定或对准就位。
19.如权利要求17所述的风力涡轮机，其特征在于，所述修补段包括将所述修补段固定到所述环形组件上的一个或多个紧固件。
20.如权利要求17所述的风力涡轮机，其特征在于，在所述修补段和所述环形组件中间布置了一个或多个夹子。
21.如权利要求20所述的风力涡轮机，其特征在于，夹子具有楔形几何形状。
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