CN101903651B - 用于风轮机的传动系 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于风轮机的传动系(1)，该传动系包括主轴承装置(5)，该主轴承装置取单个定位轴承的形式，该单个定位轴承安装成支承主轴(3)。主轴承的外座圈(6)通过分别设置在外座圈(6)和支承结构上的凸缘部分(8，13)联接到一支承结构例如机舱的底架(7)上。所述凸缘部分(8，13)限定交界表面，该交界表面在不平行于，优选基本垂直于，主轴(3)的旋转轴线的平面中延伸。因此得到对检修友好的设计，其中，主轴承和/或主轴(3)能在不必从机舱中移开转子的情况下进行修理和/或更换。

Description

用于风轮机的传动系
技术领域
本发明涉及用于风轮机的传动系。更具体地说，本发明涉及这样一种传动系，其中结构负荷以特别有利和合适的方式从主轴承装置传递到风轮机的支承结构。
背景技术
在风轮机中，由于风影响一组附接到轮毂上的叶片，所以轮毂通常以旋转的方式被驱动。这种旋转运动通过安装在机舱内部的传动系传递到发电机，所述机舱安装在塔架结构的顶部上。传动系通常包括齿轮装置，该齿轮装置将轮毂的旋转速度增加到适合作为发电机用输入的速度。在某此情况下，传动系包括主轴，该主轴将来自轮毂的旋转运动传递到齿轮装置的输入轴。这种主轴通常由包括一个或多个轴承的主轴承装置支承，该主轴承装置连接到风轮机的支承结构。该主轴承装置使得主轴能相对于支承结构旋转。
EP 1 457 673公开了一种用于风轮机的传动系，它包括轮毂、转子轴、取定位轴承形式的主轴承和收缩垫圈，其中转子的轴向力在转子轴的主轴承中被吸收。该主轴承包括外座圈，该外座圈在风轮机的支承结构例如机舱底架的底部和顶部部分处连接到该支承结构。因此，轴向力通过主轴承的外座圈和支承结构之间的连接部分传递到该支承结构上，所述连接部分基本上平行于由主轴所限定的旋转轴线安装。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于风轮机的传动系，其中力尤其是轴向力可被以与现有技术传动系相比有改进的方式从主轴承传递到风轮机的支承结构。
本发明的另一个目的是提供一种用于风轮机的传动系，该传动系具有与现有技术的类似传动系设计相比对检修更友好的设计。
按照本发明的第一方面，上述目的和其它目的通过提供用于风轮机的传动系实现，该传动系包括：
-主轴，该主轴在第一端处联接到风轮机的轮毂上，所述主轴限定旋转轴线，
-主轴承装置，该主轴承装置取单个定位轴承的形式，该定位轴承安装成支承主轴，由此为该主轴提供第一支承点，所述主轴承装置包括内座圈和外座圈，所述内座圈连接到主轴上，所述外座圈联接到风轮机的支承结构上，以及
-齿轮装置，该齿轮装置在主轴的与第一端相对的第二端处联接到该主轴上，所述齿轮装置为主轴提供第二支承点，
其中，主轴承装置的外座圈通过第一凸缘部分和第二凸缘部分结合到支承结构上，所述第一凸缘部分设置在该外座圈上，所述第二凸缘部分设置在该支承结构上，所述第一和第二凸缘部分限定交界(接合)表面，该交界表面在不平行于主轴的旋转轴线的平面中延伸。
主轴在第一端联接到轮毂，并在相对的第二端联接到齿轮装置。因此，主轴将转矩从轮毂传递到齿轮装置。该主轴适合于绕其旋转轴线旋转，亦即在运行期间，它相对于风轮机，尤其是相对于风轮机的机舱，进行旋转运动。该主轴通过主轴承装置旋转，该主轴承装置布置成支承主轴。
主轴承装置取单个定位轴承的形式。因此，轴承能从两个方向传递轴向负荷以及径向负荷，主轴承装置为主轴提供第一支承点。该齿轮装置为主轴提供第二支承点。齿轮装置优选地还悬挂在支承结构上，该悬架提供第三支承点。因此，本文所说明的主轴的悬架有时称为三点式悬架。
主轴承装置包括内座圈和外座圈，在它们之间设有合适的轴承滚柱(滚珠)。直接地或者通过一个或多个中间件，内座圈连接到主轴上，外座圈联接到风轮机的支承结构上。负荷可通过这种联接从轴承装置传递到支承结构。
外座圈通过设置在外座圈上的第一凸缘部分以及设置在支承结构上的第二凸缘部分联接到支承结构上。第一凸缘部分可以形成外座圈的一部分和/或第二凸缘部分可以形成支承结构的一部分。可供选择地，第一凸缘部分和/或第二凸缘部分可以形成在外座圈和支承结构之间的中间件上。
第一和第二凸缘部分在不平行于主轴的旋转轴线的平面中延伸。因此，负荷不沿着垂直于旋转轴线的方向从主轴承传递到支承结构上，亦即直接地传递到支承结构的底部部分和/或顶部部分。这是一个优点，因此这可实现对于检修特别友好的传动系的设计，其中主轴承和/或主轴能在不必从风轮机的机舱移走转子的情况下进行修理和/或更换。
按照一种优选实施例，第一和第二凸缘部分的交界表面可以在基本垂直于主轴的旋转轴线的平面中延伸。按照该实施例，负荷沿基本平行于旋转轴线的方向从主轴承装置传递到支承结构。这是特别有利的，因为它能使设计对检修更友好，这是由于它更容易不必从机舱移出转子的情况下修理和/或更换主轴承和/或主轴。
作为可供选择的方案，第一和第二凸缘部分的交界表面可以在这样的平面中延伸，即，该平面使得可在该平面与旋转轴线之间限定一锐角。
第二凸缘部分可以安装在靠近风轮机的轮毂的位置处。按照该实施例，负荷在靠近轮毂，即接近主轴的第一端，的位置处从主轴承传递到支承结构。该单个定位轴承优选地也靠近主轴的第一端安装。因此，第一支承点和第二支承点彼此尽可能远地安装。这是一个优点，因为由此能减少由作用在风轮机的叶片上的外部负荷在轴承上引起的反作用力。
支承结构可以是或者包括风轮机的机舱的底架。可供选择地，支承结构可以是其它类型的、适于接收来自主轴承的负荷的结构。
底架可以具有钟状形状。这种设计尤其是十分适合于在轻型设计中将负荷从主轴承装置传递到风轮机的塔架结构。
替代性地或者附加地，底架可以是铸造结构，该铸造结构包括机加工的凸缘，该机加工的凸缘基本垂直于主轴的旋转轴线设置，该机加工的凸缘可以是或者形成第二凸缘部分的一部分。按照该实施例，第二凸缘部分直接在底架上机加工。因此，底架和第二凸缘部分能用非常容易且成本有效的方式制造。
底架还可以包括另外的机加工的凸缘，该凸缘基本平行于风轮机的塔架结构的顶部设置。该另外的机加工的凸缘有利地可以形成风轮机的偏航系统的一部分。
定位轴承可以是球形滚柱轴承。球形滚柱轴承特别适于在例如由主轴偏转和/或齿轮箱上柔性支承元件的变形所产生的角住移的情况下运行。作为可供选择的方案，定位轴承可以是锥形滚柱轴承，该锥形滚柱轴承例如具有校正研磨，以便在风轮机运行期间允许主轴和支承结构之间的小角度的偏移(未对齐)，例如约0°-2°的偏移。可供选择地，任何其它合适种类的定位轴承都可以使用。
主轴的第二端可以通过设置在主轴上的第一凸缘和设置在齿轮装置的一部分上的第二凸缘联接到该齿轮装置上。这种构造使得主轴和齿轮装置能用简单而方便的方式相互分开。在由于维修或更换而必需移开齿轮装置的情况下，这是很有利的。
第一凸缘和第二凸缘可以通过螺栓连接在一起。按照该实施例，利用两凸缘之间的摩擦，可通过螺栓将扭力从主轴传递到齿轮装置。该连接还可包括一个或多个安全销(剪力销)。在这种情况下，扭力主要是通过安全销传递，而其它力和力矩通过螺栓连接传递。可供选择地，各凸缘可以通过其它机构例如衬套联接在一起。
第一凸缘可以是附接到主轴上的附加凸缘和/或第二凸缘可以是附接到齿轮装置的一部分上的附加凸缘。利用附加凸缘能在附接附加凸缘之前使轴承滑动到主轴和/或齿轮装置的输入轴上。因此，传动系的组装可以用很方便的方式实施。这两个凸缘可以都是附加凸缘，或者其中一个凸缘是附加凸缘，而另一个凸缘形成主轴/齿轮部分的整体部分。
第一附加凸缘和/或第二附加凸缘可以通过一个或多个带销螺栓(pinbolt)附接到主轴/齿轮装置上。这能实现非常紧凑的凸缘联接设计。然而，它要求特别注意制造误差。在优选实施例中，第一附加凸缘通过销连接到主轴，并且与主轴一起机加工，以便控制制造误差。类似地，第二附加凸缘通过销连接到齿轮装置的一部分上，例如连接到输入齿轮轴上，并且与齿轮装置一起机加工。在第一附加凸缘和第二附加凸缘之间，转矩通过两凸缘间的摩擦传，由此降低了对非常精确的制造误差的需求。
第一凸缘可以设有第一形状接合(positive engaging)结构，第二凸缘可以设有第二形状接合结构，所述第一和第二接合结构适于接合。按照该实施例，转矩通过第一和第二接合结构在凸缘之间传递。因此能保证可总是传递大转矩负荷而不摩损主轴和齿轮装置之间的联轴节。
第一和第二形状接合结构可以包括交替的凸起和凹部。按照该实施例，在一个凸缘上形成的凸起适于接合在另一个凸缘上形成的凹部。形成在凸缘上的例如形式为齿、销、圆块或任何其它合适种类的突出部的形式的凸起增加了凸缘传递转矩的能力。当凸起和凹部接合时，大为减少联轴节滑移的危险，并保证可靠的转矩传递。
按照一个实施例，第一和第二形状接合结构可以包括相啮合且基本沿径向延伸的齿。
主轴的第二端可以连接到齿轮装置的行星齿轮架上。这可以通过上述凸缘连接实现。可供选择地，主轴的第二端可以用另外合适的方式如通过收缩盘连接到行星齿轮架上。
传动系还可以包括用于暂时将风轮机的轮毂固定到支承结构上的机构。这在例如由于维修或更换主轴承装置而必需移开主轴承装置的情况下尤其需要。在本发明的传动系中，主轴承装置的外座圈和支承结构之间的联接在主轴的支承件中起很重要的作用。相应地，当该联接在维修或更换期间由于移开主轴承装置而中断时，有主轴偏移的危险。在这种情况下，必需在主轴承修理或更换之后将主轴重新对准。然而，通过提供用于暂时将轮毂固定到支承结构上的机构，这种暂时联接能保持主轴处于对准位置，直至主轴承再合适地附接为止。因此，能避免主轴的麻烦的重新对准。
用于将轮毂暂时固定到支承结构上的机构可以包括一个或多个螺栓。可供选择地，可以使用其它合适的固定机构。
第二支承点可以通过安装在齿轮装置内部的轴承装置提供。
本发明还涉及一种风轮机，该风轮机包括塔架构造、机舱、承载一组叶片的轮毂和根据本发明的第一方面的传动系。
按照本发明的第二方面，上述目的和其它目的可以通过提供在风轮机的传动系上实施检修的方法实现，该传动系包括轮毂、齿轮装置、主轴和主轴承装置，所述主轴在第一端联接到轮毂上，而在第二端联接到齿轮装置上，所述主轴承装置安装成支承主轴，该主轴承装置连接到风轮机的支承结构上，该方法包括以下步骤：
-将轮毂固定到支承结构上，
-在传动系的一个或多个部件上实施维修，以及
-松开轮毂和支承结构。
如上所述，在传动系的一个或多个部件的检修或维护期间将轮毂固定到支承结构上，可以保证主轴保持对准，而同时实施检修。该方法尤其适合于在主轴承装置上实施检修，例如维护或更换主轴承装置。然而，当在传动系的其它部件，例如齿轮装置上实施检修时，它也可以适用。
应该注意，本领域技术人员很容易意识到，结合本发明的第一方面说明的任何特征也能与本发明的第二方面相组合，反之亦然。
该方法还可以包括在实施检修的步骤之前松开主轴承装置和支承结构之间连接的步骤。
该传动系有利地可以是本发明的第一方面所述的传动系。
可供选择地，传动系可以是这样的类型，即，其中传动系的主轴承装置包括前轴承和后轴承，每个轴承部安装或支承主轴，由此为主轴提供第一和第二支承点，所述前、后轴承均包括联接到主轴的内座圈和联接到支承结构的外座圈，其中前轴承的外座圈通过设置在前轴承的外座圈上的第一凸缘部分和设置在支承结构上的第二凸缘部分联接到该支承结构，所述第一和第二凸缘部分限定交界表面，该交界表面在不平行于主轴的旋转轴线的平面中延伸。
如上所述的主轴承的悬架，利用前轴承和后轴承，有时称为四点式悬架。前轴承用上面参照本发明的第一方面说明的方式联接到支承结构上。后轴承也可以用这种方式联接到支承结构上。可供选择地，它可以直接地联接到支承结构的底部部分和/或顶部部分上。前轴承和后轴承之一可以是定位轴承，而另一个是浮动轴承。优选地，后轴承是定位轴承，因为在大多数情况下，后轴承是具有最小径向负荷的轴承。
因此，应该注意，在具有传动系的风轮机中使用本发明的第二方面所述的方法可能是合适而理想的，在所述传动系中主轴通过四点式悬架悬挂。如上所述，由此主轴在传动系的主要部件尤其是前轴承的维修和更换期间可以保持对准。除此之外，该设计使得能更换主轴和主轴承，而不必从机舱中移开风轮机转子。
附图说明
下面将参照附图进一步详细说明本发明，在附图中：
图1是根据本发明实施例的传动系的透视图，
图2是图1的传动系的剖视图，
图3是图1和2的传动系的细部图，其中示出主轴和齿轮装置的输入轴之间的联轴节，
图4是根据本发明实施例的方法能在其上实施的传动系的透视图，和
图5是图4的传动系的剖视图。
具体实施方式
图1是本发明的实施例的传动系1的透视图。该传动系1包括轮毂2、主轴3、齿轮装置4和主轴承装置5，所述轮毂2适于具有三个安装于其上的叶片。该主轴承装置5布置成支承主轴3，以使主轴3可相对主轴承装置5旋转。
主轴承装置5包括外座圈6，该外座圈6通过第一凸缘部分8连接到支承结构上，该支承结构取底架7的形式。这在下面参照图2进一步说明。
主轴3在第一端联接到轮毂2，而在第二端联接到齿轮装置4。因此，在运行期间，主轴3将来自轮毂2的转矩传递到齿轮装置4。主轴3和齿轮装置4通过凸缘联轴节9相互附接。这在下面参照图3进一步说明。
齿轮装置4通过悬架10联接到底架7。因此，主轴3被主轴承装置5、设置在齿轮装置4内的轴承(不可见)以及该齿轮装置4的悬架10支承。因此，图3中所示的主轴3的悬架有时称为“三点式悬架”。
图2是图1的传动系1的剖视图。在图2中可以看到，主轴承装置5是球形滚柱轴承，它具有内座圈11、外座圈6和安装在它们之间的多个滚柱12。外座圈6连接到第一凸缘部分8，该第一凸缘部分8联接到形成在在支承结构7上的第二凸缘部分13。凸缘部分8、13沿着一基本垂直于主轴3的旋转轴线安排的平面交界。相应地，负荷沿着基本平行于主轴3的旋转轴线的方向从主轴承装置5传递到支承结构7。这种设计对检修是友好的，其可在不必移开轮毂2的情况下修理或更换主轴承装置5和主轴3。
由于主轴承装置5形成主轴3的支承件的主要部分，所以移开图1和2的传动系1的主轴承装置5会导致主轴3偏移的危险。然而，所示传动系1的设计能将轮毂2暂时固定到支承结构7上，因此可以安全地移开主轴承装置5以用于维护或更换的目的，而没有主轴3偏移的危险。
还可从图2看出，联轴节9将主轴3与齿轮装置4的输入轴14相连。
图3示出图2的细部，其中示出主轴3和齿轮装置4的输入轴14之间的联轴节9。该联轴节9包括第一附加凸缘15和第二附加凸缘17，该第一附加凸缘15通过多个带销螺栓16附装到主轴3上，该第二附加凸缘17通过多个带销螺栓18附装到齿轮装置4的输入轴14上。第一附加凸缘15和第二附加凸缘17通过多个螺栓19联接在一起。螺栓19确保附加凸缘15、17保持接触，且由于在运行期间凸缘15、17间的摩擦作用而将转矩从第一附加凸缘15传递到第二附加凸缘17。
图4是传动系1的透视图，在该传动系1上能实施本发明的实施例所述的方法。该传动第1与图1和2中所示的传动系相似。然而，图4的传动系1包括前轴承5和后轴承20，该前轴承5安装成在靠近轮毂2的位置处支承主轴3，该后轴承20安装或在靠近齿轮装置4的位置处支承主轴3。前轴承5以上面参照图1和2所述的方式联接到支承结构7。后轴承20通过支承结构7的底部部分联接到该支承结构7。
即使图4的传动系1与图1和2的传动系相比包括额外的后轴承20，但如果凸缘8和13之间的联接中断，例如为了修理或更换前轴承5，则仍存在主轴3偏移的危险。另外，有可能需要或必需移开后轴承20以及前轴承5。因此，优点在于所示的传动系1的设计能将轮毂2暂时固定到支承结构7上，由此可以安全地移去前轴承5，及或许还有后轴承20，以用于维护或更换的目的，而不存在主轴3偏移的危险。
图5是图4的传动系1的剖视图。在图5中，能清楚地看到前轴承5和后轴承20的位置。

Claims (24)

1.一种用于风轮机的传动系，该传动系包括：
-主轴，该主轴在第一端联接到风轮机的轮毂，所述主轴限定一旋转轴线，
-主轴承装置，该主轴承装置的形式为单个定位轴承，该单个定位轴承布置成支承所述主轴，由此为该主轴提供第一支承点，所述主轴承装置包括内座圈和外座圈，该内座圈连接到该主轴，该外座圈联接到风轮机的支承结构，以及
-齿轮装置，该齿轮装置在主轴的第二端联接到该主轴，该第二端与所述第一端相对，所述齿轮装置为主轴提供第二支承点，
其中，主轴承装置的外座圈通过设置在该外座圈上的第一凸缘部分和设置在支承结构上的第二凸缘部分联接到该支承结构，该第一和第二凸缘部分限定交界表面，该交界表面在不平行于主轴的旋转轴线的平面中延伸；以及，该传动系还包括用于将风轮机的轮毂暂时固定到支承结构上的机构。
2.按照权利要求1所述的传动系，其特征在于，第一和第二凸缘部分的交界表面在一基本垂直于主轴的旋转轴线的平面中延伸。
3.按照权利要求1或2所述的传动系，其特征在于，第二凸缘部分设置在靠近风轮机的轮毂的位置处。
4.按照权利要求1或2所述的传动系，其特征在于，支承结构是风轮机的机舱的底架或者包括该风轮机的机舱的底架。
5.按照权利要求4所述的传动系，其特征在于，该底架具有钟状形状。
6.按照权利要求4所述的传动系，其特征在于，该底架是铸造结构，它包括基本垂直于主轴的旋转轴线布置的机加工的凸缘，所述机加工的凸缘是第二凸缘部分的一部分或者形成该第二凸缘部分的一部分。
7.按照权利要求6所述的传动系，其特征在于，该底架还包括附加的机加工的凸缘，该附加的机加工的凸缘基本平行于风轮机的塔架结构的顶部设置。
8.按照权利要求1或2所述的传动系，其特征在于，该定位轴承是球形滚柱轴承。
9.按照权利要求1或2所述的传动系，其特征在于，该定位轴承是锥形滚柱轴承。
10.按照权利要求1或2所述的传动系，其特征在于，主轴的第二端通过布置在主轴处的第一凸缘和布置在齿轮装置的一部分上的第二凸缘联接到齿轮装置。
11.按照权利要求10所述的传动系，其特征在于，第一凸缘和第二凸缘通过螺栓连接在一起。
12.按照权利要求10所述的传动系，其特征在于，第一凸缘是附接到主轴上的附加凸缘，和/或第二凸缘是附接到齿轮装置的一部分上的附加凸缘。
13.按照权利要求12所述的传动系，其特征在于，第一附加凸缘和/或第二附加凸缘通过一个或多个带销螺栓附接到主轴/齿轮装置上。
14.按照权利要求10所述的传动系，其特征在于，第一凸缘设有第一形状接合结构，第二凸缘设有第二形状接合结构，所述第一和第二形状接合结构适于接合。
15.按照权利要求14所述的传动系，其特征在于，第一和第二形状接合结构包括交替的凸出和凹部。
16.按照权利要求14所述的传动系，其特征在于，第一和第二形状接合结构包括相啮合的基本径向延伸的齿。
17.按照权利要求1或2所述的传动系，其特征在于，主轴的第二端连接到齿轮装置的行星齿轮架上。
18.按照权利要求1或2所述的传动系，其特征在于，用于将轮毂暂时固定到支承结构上的机构包括一个或多个螺栓。
19.按照权利要求1或2所述的传动系，其特征在于，第二支承点由设置在齿轮装置内部的轴承装置提供。
20.一种风轮机，包括塔架结构、机舱、承载一组叶片的轮毂和按照前述权利要求之一所述的传动系。
21.一种在用于风轮机的传动系上进行检修的方法，该传动系包括轮毂、齿轮装置、主轴和主轴承装置，所述主轴在第一端联接到轮毂上并在第二端联接到齿轮装置上，所述主轴承装置布置成支承该主轴，所述主轴承装置连接到风轮机的支承结构上，该方法包括以下步骤：
-将轮毂固定到支承结构上，
-在传动系的一个或多个部分上进行检修，以及
-松开轮毂和支承结构。
22.按照权利要求21所述的方法，其特征在于，还包括在进行检修的步骤之前松开主轴承装置和支承结构之间的连接的步骤。
23.按照权利要求21或22所述的方法，其特征在于，传动系是按照权利要求1-19之一所述的传动系。
24.按照权利要求21或22所述的方法，其特征在于，传动系的主轴承装置包括前轴承和后轴承，该前轴承和后轴承均布置成支承该主轴，由此为主轴提供第一和第二支承点，所述前、后轴承均包括内座圈和外座圈，该内座圈连接到该主轴，该外座圈联接到该支承结构，其中，前轴承的外座圈通过设置在该前轴承的外座圈上的第一凸缘部分和设置在该支承结构上的第二凸缘部分联接到该支承结构，所述第一和第二凸缘部分限定交界表面，该交界表面在不平行于主轴的旋转轴线的平面中延伸。
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