CN101981309A - 不去除机舱情况下可维修的偏航制动盘段 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种风力涡轮机偏航制动设备，当涡轮机的偏航运动率超过预定偏航角时该风力涡轮机偏航制动设备变得可操作。目前，如果制动设备的制动盘变得磨损或损坏，则必须移去机舱以维修部件。不必移去机舱将显著减少停机时间和维护成本，因为将不需外部的起重机。通过风力涡轮机偏航制动设备解决了该问题，所述风力涡轮机偏航制动设备包括具有内柱壁和外柱壁的圆形旋转支撑基件(10、30)。圆形旋转支撑基件(10、30)安装到风力涡轮机塔架(17)的顶面(13)和机舱(21)，以使所述机舱能够相对于所述风力涡轮机塔架(17)旋转。该设备还包括可去除地安装到圆形旋转支撑基件(10、30)的多个制动内衬元件(14、34)，以及作用在制动内衬元件(14、34)上的盘制动单元(16)。

Description

不去除机舱情况下可维修的偏航制动盘段

技术领域

该发明涉及一种风力涡轮机偏航制动设备，并且更特别地涉及其磨损元件的可维修性。

背景技术

风力涡轮机使用风力涡轮机电力发生器单元，它利用由风力在多个转子叶片上产生的旋转力。叶片通过转子轴和齿轮驱动发生器单元。通过调节转子叶片的螺旋角来控制所述发生器单元，以保持与风能对应的发电和在运行时所需的发电。

与用来将主轴的旋转传递到发生器单元的传动机构一起，发生器单元被封装在机舱内，并且支撑在塔架上用于水平面中的旋转。

为了保证水平轴线风力涡轮机总是产生最大量的电能，使用偏航驱动器以保持转子叶片随着风方向改变而面向风。如果转子未与风对齐，则风力涡轮机具有偏航误差。偏航误差将导致较少量的风能冲击在转子区域上。偏航角是机舱的航向和迎着风的方向的参考航向之间的角。在风力涡轮机机舱中，偏航控制保持叶片总是朝着风的方向以允许风力有效地作用在叶片上。这由将机舱旋转到风的方向实现。风力涡轮机偏航控制包括偏航制动件。当由于极端风况风很大时偏航制动件限制机舱。

索普(Thorpe)的美国专利7,500,546 B2公开了一种钢制动件设计，它通过镇静钢和烧结金属磨损表面之间产生的摩擦力执行制动功能。钢表面可以是完整环形的盘，或可以是隔断的并被连接以形成完整环形的盘。烧结金属构成件在强度上较低，而且被隔断并安装到环形的盘。

分段的内衬包括紧固到支架的多个可消耗的内衬容器或杯。该杯由钢板金属冲压并形成以容纳内衬材料。然后通过传统的致密和烧结进程将粉末金属加到内衬杯。当接合制动机构时由内衬表面区域吸收的能量导致了制动件磨损。

对于风力涡轮机，现有技术已经采取了不同的方法以用于与风力涡轮机机舱一起使用的偏航制动件。因为偏航制动件必须是机舱旋转座轴承的部件，所以环形的制动盘不合适。

现有技术的例子是柴田(Shibata)的美国专利7,436,083 B2。旋转座轴承位于支撑结构(塔架)的顶面和安装在支撑塔架上的风力涡轮机机舱之间。一体地形成的制动盘附接在支撑结构和旋转座轴承之间。具有液压缸和制动钳的液压地致动的盘制动单元夹着制动盘。通过液压地致动的盘制动单元从制动盘的上侧和下侧按压制动盘导致机舱制动。为了维修，必须使用起重机移去机舱以暴露制动盘。必须通过起重机将旋转座轴承与制动盘一起移去并降低用于维修或更换。

在风力涡轮机中期望使磨损件可容易地维修。目前如果制动盘磨损或者被损坏，则必须移去机舱以维修该部件。不必须移去机舱将显著地减少停机时间和维护成本，这是因为将不需要外部起重机。

也期望提供一种装置，通过该装置能够轻易地将盘元件移去并使该盘元件降低到塔架下以用于维修或更换。

发明内容

简要地，本发明涉及一种风力涡轮机偏航制动设备，它包括圆形旋转支撑基件，所述圆形旋转支撑基件具有内柱壁和外柱壁，其中所述圆形旋转支撑基件安装在风力涡轮机塔架的顶面上，其中所述风力涡轮机塔架的顶面能够与风力涡轮机塔架一体地形成，或者能够布置在风力涡轮机塔架本身和旋转支撑基件之间。

该设备进一步包括安装到圆形旋转支撑基件的机舱。安装风力涡轮机塔架顶面/旋转支撑基件/机舱组件，以使所述机舱能够相对于所述风力涡轮机塔架旋转，即，旋转支撑基件要么是a)固定到风力涡轮机塔架顶面，要么是b)固定在机舱，其中，在a)情况下机舱在旋转支撑基件上旋转，并且在b)情况下旋转支撑基件与机舱一起在风力涡轮机顶面上旋转。

该设备进一步包括多个制动内衬元件，所述制动内衬元件可去除地安装到圆形旋转支撑基件；和盘制动单元，所述盘制动单元作用在制动内衬元件上。取决于上面提到的组件的构造，盘制动单元固定到机舱(a)或风力涡轮机塔架(b)。

因为磨损元件即制动内衬元件可去除地安装到圆形旋转支撑基件并且因此能够在不从涡轮机塔架去除旋转支撑基件和机舱的情况下替换或维修，所以本发明的设备可轻易地维修。在需要替换制动内衬元件的情况下，它们被简单地从旋转支撑基件断开而旋转支撑基件留在涡轮机塔架的顶面上，并且机舱留在旋转支撑基件上。

根据现有技术，一个一体地形成的制动盘布置在支撑结构即涡轮机塔架和载有机舱的旋转支撑基件之间。依照本发明，多个制动内衬元件可去除地安装到圆形旋转支撑基件。一旦风力涡轮机直立在给出的地点，则该地点处的风向具有优选的方向并且因此制动内衬元件的磨损不是恒定的。通过提供多个制动内衬元件，可能仅替换或维修那些磨坏的元件，这显著地减少涡轮机停机时间和维护成本。

根据本发明的一个优选的实施例，制动内衬元件形成为制动盘元件，所述制动盘元件可去除地安装到圆形旋转基件的柱壁。制动盘元件能够可去除地安装到圆形旋转支撑基件的内柱壁、外柱壁或两个柱壁，这给涡轮机机舱设计者提供了许多设计灵活性。取决于制动盘元件的布置，必须相应地构造和布置盘制动单元。提供形成为制动盘元件的制动内衬元件的优点在于这样的元件非常普通并且因此生产是很有成本效益的。

根据本发明的替代的实施例，具有平部的突起从旋转支撑基件的至少一个柱壁延伸并且制动内衬元件可去除地安装在突起的平部的每一表面上。再次，取决于制动内衬元件的布置，必须相应地构造和布置制动盘单元。通过提供制动内衬元件可去除地安装在其上的突起，因为突起同样地提供了制动内衬元件一定不提供的特定断裂强度，所以可以使用薄得多的制动内衬元件。而且，可以在突起的平部的每个表面上使用具有不同属性的制动内衬元件，这允许了对环境条件的好的适应性。

在制动内衬元件应该布置在旋转支撑基件的两个柱壁上的情况下，可以组合两个替代方案，这增强了涡轮机机舱设计者的设计灵活性。

如已经提到的，可去除地安装制动内衬元件。优选的是制动内衬元件通过机械的紧固件可去除地安装，这是因为这样的紧固件能够非常轻易地释放。依照本发明的方面，将制动内衬元件固定到旋转支撑基件的机械紧固件是螺栓和/或剪切销。

依照本发明的进一步的方面，制动内衬元件包含起吊孔，所以能够将制动内衬元件轻易地去除并降低到塔架以下。本发明的优点在于它使得磨损件可容易地维修。目前如果制动盘由于位置和安装而磨损或被损坏，则必须去除机舱以维修该部件。因为不需要外部起重机，所以该发明显著地降低了停机时间和维护成本。

本发明的优点在于它节省了关于重要磨损件的停机时间和推断的起重机成本。减少了与涉及修理和返工的技术需要相关的成本。

附图说明

图1是本发明的使用外部盘设计的第一实施例的局部透视图；

图2是沿着图1中示出的盘段组件的视线2-2的横截面视图；

图3是图1中示出的实施例的装配的盘的顶视图；

图4是本发明的使用内部盘设计的第二实施例的透视图；

图5是沿着图4中示出的盘段组件的视线5-5的横截面视图；

图6是本发明的第三实施例，其中所述盘段通过压入且结合的插入件被安装；

图7A-7B是本发明的第四实施例，其中所述盘段通过浮动销被安装；以及

图8A-8D是本发明的第五实施例，其中所述盘段通过鸠尾形插入件被安装。

具体实施方式

参考图1，该图1是本发明的使用外部制动盘设计的第一实施例的局部透视图，即，制动内衬元件14形成为制动盘元件，所述制动盘元件可去除地安装到圆形旋转支撑基件10的外柱壁。如图1中所示，外部偏航制动系统被示出用于锁定由叶片、转子、转子轴和机舱组成的风力涡轮机。

旋转座轴承支撑基件或旋转支撑基件10位于支撑塔架17的顶面13和安装在支撑塔架上面即在旋转支撑基件上的风力涡轮机机舱21(以虚线示出)之间。制动盘元件14可去除地附接到旋转支撑基件10的外柱壁。

具有液压缸18、20和制动钳22的液压地致动的盘制动单元16夹着制动盘元件14，并且以已知方式例如通过紧固件19安装到机舱21(或塔架，见下面)。通过液压地致动的缸18、20在制动盘的上侧和下侧上按压制动盘，盘制动单元16锁定了风力涡轮机机舱21相对于支撑塔架17的旋转。

参考图2，它是图1中示出的制动盘段旋转支撑基件组件的横截面视图。如图2中所示，通过在该实施例中形成为螺栓或剪切销的机械的紧固件15，将制动盘元件14附接到旋转支撑基件10。以这种方式，可替换的磨损元件即制动盘元件14附接(螺栓23将旋转支撑基件连接到塔架的顶面13或机舱)到旋转支撑基件。顶面13可以是风力涡轮机塔架17的凸缘13。

如图3中所示，对于外部盘系统，六个制动盘元件14的每一个通过机械的紧固件15附接到旋转支撑基件10。旋转支撑基件10例如通过螺栓通孔11附接到风力涡轮机塔架(未示出)。在另一个实施例中可以将旋转支撑基件附接到机舱。而且，旋转支撑基件10可以是单件或可以包括多个元件，其数目可以等于制动盘元件的数目(图3中为6)。在其它实施例中，可以使用段数目与制动盘元件数目不同的旋转支撑基件。

图1中示出的实施例仅使用安装到旋转支撑基件10的外柱壁的一个制动盘。在另一个实施例中偏航制动设备可以包括安装到旋转支撑基件10的内柱壁和外柱壁的两个制动盘。在这样的情况中，盘制动单元16除了别的以外包括夹着安装到旋转支撑基件并连接到机舱的制动盘的两个制动钳。通常，制动钳的数目和制动单元的所有对应的特征取决于预期的力，即如果预期的力高则制动单元能够包括多个制动钳。在图1中分离的制动盘元件14通过机械的紧固件安装到旋转支撑基件10。尽管紧固分离的制动盘元件的该方法是优选的，但是可以使用本领域的技术人员已知的任何其它方法，只要保证制动盘元件14可去除地安装到旋转支撑基件10。例如，通过图6中所示的压入且结合的插入件、图7中所示的浮动销或图8中所示的鸠尾形插入件来安装。

关于制动盘元件的材料没有施加限制，只要制动盘元件或制动盘同样地足够稳定以吸收制动施加期间发生的力。

参考图4，它是本发明的使用内部盘设计的第二实施例的透视图。所示实施例包括隔断的旋转支撑基件30，并且，图4中仅示出一个这样的元件。多个这样的段使整个圆形的旋转支撑基件30完整，该整个圆形的旋转支撑基件30类似于图3中所示的旋转支撑基件。在图4和图5中，内偏航制动系统被示出用于锁定风力涡轮机(独立于旋转支撑基件段的数目，在该申请中使用术语旋转支撑基件)。

旋转支撑基件30位于支撑塔架的顶面(未示出)和风力涡轮机机舱(未示出)之间。具有平部37的突起36从旋转支撑基件30的内柱壁延伸。制动内衬元件34可去除地附接在突起36的平部37的每个表面上。

制动内衬元件34通过机械的紧固件(螺栓)35固定到突起36。孔31用来使螺栓能够将旋转支撑基件30固定到机舱(未示出)(在这种情况下旋转支撑基件将与机舱一起旋转)或固定到风力涡轮机塔架顶面(在这种情况下旋转支撑件固定到塔架并且不将旋转)。使用与图1中示出的一个相似的液压地致动的盘制动单元，但是该盘制动单元未在图4中图示。制动钳夹着制动内衬元件。通过液压地致动的缸，将制动盘按压在突起的平部的上表面和下表面上，盘制动单元锁定了机舱相对于支撑塔架的旋转。

如图4中所示，制动内衬元件34通过机械的紧固件35附接到从旋转支撑基件30延伸的突起。以这种方式，可替换的磨损元件即制动内衬元件34夹着该突起。

参考图5，它是图4中示出的旋转支撑基件制动内衬元件组件的横截面视图。制动内衬元件34夹着从旋转支撑基件30延伸的突起。孔31用来使螺栓能够将旋转支撑基件30固定到机舱(未示出)或风力涡轮机塔架顶面。

关于制动内衬元件的材料没有施加限制，只要制动内衬元件足够稳定以吸收制动施加期间发生的力。在上表面和下表面上的制动内衬元件可以包括相同的或不同的材料。

图4和图5中示出的偏航制动设备仅在旋转支撑基件的内壁上包括突起。在另一个实施例中，包括用于安装制动内衬元件的平部的突起可以从旋转支撑基件的内壁和外壁延伸。因此，这样的设备包括一种盘制动单元，该盘制动单元在旋转支撑基件的内侧和外侧夹着制动内衬元件。

已经描述了一种设备，其中将支撑基件10、30分成多个段。然而支撑基件10、30能够构造成一件。

在又一个实施例中，可以组合第一和第二实施例，即，制动盘安装到旋转支撑基件的内壁或外壁，并且用于承载制动内衬元件的突起从旋转支撑基件10、30的另一柱壁延伸。

下面的实施例涉及制动内衬元件的紧固，该实施例的剩余的特征和之前的实施例的那些特征相似。因此，下面的描述仅涉及与上面的实施例不同的那些细节。

参考图6，它是本发明的第三实施例，其中所述盘段设置成压入且结合的插入件40、42，该压入且结合的插入件40、42结合到旋转支撑基件44的突起43。该实施例的优点在于消除了螺纹孔和螺栓。参考图7A-B，它是本发明的第四实施例，其中盘段50通过浮动销51安装，该浮动销51抓住旋转支撑基件54的突起53。

参考图8A-D，它们是本发明的第五实施例，其中制动内衬元件60、62通过鸠尾形突起65安装到旋转支撑基件64的突起63。

图8A是旋转支撑基件64的局部顶视图，该图示出了用以紧固制动内衬元件(未示出)的突起63和突起65。突起65的鸠尾形形状在图8B中示出，图8B是沿着图8A的视线7的剖视图。示出了旋转支撑基件64的突起63，其中两个鸠尾形突起65在突起63的每侧上。制动内衬元件60、62包括能够容纳鸠尾形突起的对应的凹部。为了紧固制动内衬元件60、62，简单地将它们在鸠尾形突起65上移动，从而实现了制动内衬元件的凹部和鸠尾形突起之间的接合。

图8C和图8D是沿着图8A的视线8和9的横截面视图，该图示出了在突起/凹部的区域中和那些区域之间的制动内衬元件的不同高度。如能够从图8C和图8D所看出，突起65的高度减少了上面的制动内衬元件的厚度并且因此具有最小高度的突起65是优选的。

第五实施例仅示出了用鸠尾形突起来紧固制动内衬元件的一种方法。然而，能够用其他方法来使用这种紧固，即，制动内衬元件能够形成为在突起63的区域中在对应的凹部中移动的鸠尾形插入件。

尽管已经示出了并描述了本发明的优选的实施例，但是将对本领域的技术人员明显的是在不背离本发明的原理和精神的情况下能够在这些实施例中作出改变，本发明的范围在所附权利要求书中限定。

Claims (4)

1.一种风力涡轮机偏航制动设备，包括：

圆形旋转支撑基件(10、30)，所述圆形旋转支撑基件(10、30)具有内柱壁和外柱壁，所述圆形旋转支撑基件(10、30)被安装到

-风力涡轮机塔架(17)的顶面(13)，以及

-机舱(21)，

使得所述机舱能够相对于所述风力涡轮机塔架(17)旋转，

多个制动内衬元件(14、34)，所述多个制动内衬元件(14、34)可去除地安装到所述圆形旋转支撑基件(10、30)，以及

盘制动单元(16)，所述盘制动单元(16)作用在所述制动内衬元件(14、34)上。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机偏航制动设备，其中，所述制动内衬元件(14、34)形成为制动盘元件，所述制动盘元件被可去除地安装到所述圆形旋转支撑基件(10、30)的柱壁。

3.根据权利要求1所述的风力涡轮机偏航制动设备，其中，具有平部(37)的突起(36)从所述旋转支撑基件(10、30)的柱壁伸出，制动内衬元件(14、30)被可去除地安装在所述突起的所述平部的每个表面上。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述的风力涡轮机偏航制动设备，其中，所述制动内衬元件(14、24)通过机械的紧固件(15、35)、压入且结合的插入件、浮动销和鸠尾形插入件中的一个或多个被可去除地安装。

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