CN102029514B - 用于脱离涡轮发电机上的收缩联接件的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于脱离涡轮发电机上的收缩联接件的方法及系统。具体而言，一种用于脱离将轴固定到诸如齿轮箱的传动系构件上的收缩联接件的系统和相关方法包括在与收缩联接件移位的位置处围绕轴装配的反作用板，该反作用板相对于轴锚固就位。诸如液压起重器的多个顶托装置可操作地设置在反作用板与收缩联接件之间且沿周向围绕轴间隔开。顶托装置具有抵靠接合反作用板的第一端和机械地紧固到收缩联接件上的相反的第二端。为了从传动系构件移除收缩联接件，收缩联接件从其夹紧状态释放，且顶托装置受到起动以将拉力施加到收缩联接件上，这导致将收缩联接件拉离传动系构件且沿轴在轴向上移动至轴上的搁置位置。

Description

用于脱离涡轮发电机上的收缩联接件的方法及系统
技术领域
本发明主要涉及一种用于脱离收缩联接件的方法及相关系统，并且更具体地涉及移除用于在涡轮发电机中将主轴联接到齿轮箱上的收缩联接件。
背景技术
收缩联接件(也称为″收缩盘″)广泛用于传动系中以将旋转轴联接到诸如齿轮箱的另一构件上。在许多常规风力涡轮机设计中，收缩联接件用于将主传动轴(″低速轴″)固定到齿轮箱上。该联接件可能很大，重量通常处在大约2,000磅的范围内，而且多种维护规程需要移除收缩联接件。例如，齿轮箱中的低速轴密封件(也称为″前密封件″)的检查或更换仅可在移除收缩联接件的情况下完成。
现代风力涡轮机可能很大，其中许多设计具有超过100米的转子高度，而维护这些风力涡轮机通常需要使用大型施工起重机，以便修理/更换涡轮机舱中的构件。移除主传动轴的收缩联接件仅为到目前为止通常需要起重机的此种规程的一个实例。物流要求、涡轮机停机时间以及与此维护规程相关的费用都可能很高。
风力被认为是目前可用的最清洁、对环境最为友好的能源之一，故鉴于此，风力涡轮机获得了日益增加的关注。然而，风能的成本/效益的经济性问题一直是需要考虑的因素。产生能量的成本，包括风力涡轮机的维护，不能超过效益。故鉴于此，本行业将受益于风力涡轮机运行和维护方面的改善或进步，这将减少在涡轮机上进行维护操作或修理工作时对现场起重机的需求(及相关费用和物流负担)。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下说明中部分地阐述，或可根据该说明而变得清楚，或可通过实施本发明而懂得。
尽管本发明的方面在文中将描述为涉及风力涡轮机上的维护规程，但应当认识到的是，这是出于示出用于移除收缩联接件的本方法及系统的特定有用实施例的目的。本发明不限于风力涡轮机，并且可应用于需要从轴与另一构件之间移除相对较大的收缩联接件的任何情形中。
根据本发明的方面，提供了一种方法用于脱离将轴固定到传动系构件上的收缩联接件。该方法包括在从收缩联接件沿轴向移位的位置处围绕轴装配反作用板，使得反作用板沿轴向相对于轴锚固就位。垫片部件可在收缩联接件与反作用板之间的轴向位置上围绕轴圆周的至少一部分安置。多个顶托装置设置在反作用板与收缩联接件之间，且围绕轴沿周向等距地间隔开。顶托装置具有抵靠接合反作用板的第一端和与紧缩联接件成拉动接合构造的相反的第二端。收缩联接件从其夹紧状态释放，且顶托装置受到起动而将拉力施加到收缩联接件上，以便将联接件拉离传动系构件并在轴向上沿着轴将联接件拉至轴上的搁置位置。如果使用的话，垫片部件构造成使得收缩联接件在轴上的其搁置位置上保持与传动系构件同心地对准，以便随后与传动系构件再次接合。
本发明还包含了一种用于脱离将轴固定到传动系构件上的收缩联接件的系统。该系统包括反作用板，该反作用板在从收缩联接件移位的位置处围绕轴装配，且沿轴向相对于轴锚固就位。垫片部件可在收缩联接件与反作用板之间的轴向位置处围绕轴圆周的至少一部分沿周向设置。多个顶托装置可操作地设置在反作用板与收缩联接件之间。顶托装置围绕轴沿周向等距地间隔开，且具有抵靠接合反作用板的第一端和以拉动接合构造机械地紧固到收缩联接件上的相反的第二端。对于该系统，收缩联接件可从其夹紧状态释放并通过起动顶托装置而从传动系构件上移除，其中，顶托装置将拉力施加到收缩联接件上，以便将联接件拉离传动系构件并在轴向上沿着轴将联接件拉至轴上的搁置位置。
本发明还包括一种用于在涡轮发电机的齿轮箱的前密封件上执行维护规程的方法，其中，传动轴利用收缩联接件联接到齿轮箱上。该方法包括在与收缩联接件沿轴向移位的位置处围绕传动轴装配反作用板。多个顶托装置设置在反作用板与收缩联接件之间，其中，顶托装置围绕轴沿周向间隔开。顶托装置具有抵靠接合反作用板的第一端，以及构造成与收缩联接件成拉动接合构造的相反的第二端。收缩联接件从其夹紧状态释放，且顶托装置受到起动而在收缩联接件上施加拉力。拉力导致将收缩联接件在轴向上沿着轴拉离齿轮箱而到达轴上的搁置位置。以此方式，提供了为进行维护规程而通向前密封件的通路。一旦在前密封件上执行了维护规程，则通过变换顶托装置的方向和将收缩联接件在轴向上沿着轴移动到齿轮箱上的操作位置而使收缩联接件从其在轴上的搁置位置移回到用于将轴固定到齿轮箱上的位置。收缩联接件然后受到起动而进入其夹紧状态。
参照以下说明和所附权利要求，本发明的这些及其它特征、方面和优点将会得到更好理解。并入本说明书中且构成其一部分的附图示出了本发明的实施例，且结合说明一起用来阐述本发明的原理。
附图说明
在参照附图的说明书中，针对本领域的普通技术人员阐明了包括其最佳模式的本发明的完整和能够实现的公开内容，在附图中：
图1为常规风力涡轮机的透视图；
图2为根据本发明的方面构造成用于从涡轮发电机的齿轮箱上移除收缩联接件的系统的实施例的透视图；
图3为根据本发明的方面构造成用于随后将收缩联接件再附接到涡轮发电机的齿轮箱上的系统的备选实施例的透视图；
图4至图6为根据本发明的用于从涡轮发电机的齿轮箱上移除收缩联接件的工艺的相继操作视图；以及，
图7至图9为用于随后将收缩联接件再附接到涡轮发电机的齿轮箱上的工艺的相继操作视图。
零件清单
10风力涡轮机
12塔架
14机舱
15发电机
16叶片
18转子轮毂
20法兰
22主轴
24轴承
26偏航驱动件
28底板(或台板)
30齿轮箱
31套筒
32收缩联接件
34螺栓/顶托螺钉
35系统
36反作用板
38锚固部位(point)
40反作用板头板
41反作用板前部件
42顶托装置
44液压起重器(或液压千斤顶)
46接合端
48挂钩/挂钩螺栓
50挂环/带环螺栓
52压力板
54垫片部件
具体实施方式
现将详细地参照本发明的实施例，其中的一个或多个实例在附图中示出。各实例均是通过解释本发明的方式提供的，而并非作为对本发明的限制。实际上，本领域的技术人员将清楚的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中作出各种修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可结合另一实施例来使用，以产生又一个实施例。因此，期望的是本发明涵盖归入所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改和变型。
图1示出了常规构造的风力涡轮机10。风力涡轮机10包括机舱14安装于其上的塔架12。多个涡轮叶片16安装在转子轮毂18上，而转子轮毂18又连接到使主转子轴22转动的主法兰20上。主转子轴22经由收缩联接件32联接到齿轮箱30上，该收缩联接件32在齿轮箱30中的套筒31(图4C和图5A)与轴22之间产生压配合。齿轮箱30经由高速轴(未示出)连接到发电机15上。叶片16将风的原动力通过轴22和齿轮箱30转换成旋转机械能，以便利用发电机15来发电。
图2示出了由底板28支承的风力涡轮发电机的构件。如本文所述，底板28和发电机构件可收容在机舱14(图1)内。简而言之，主转子轴22通过轴承24而相对于底板28受到支承。主法兰20在轴22的前端处附接到该轴上，且与风力涡轮机10的转子轮毂18(图1)相连。主转子轴22的相反端通过收缩联接件32联接到齿轮箱30上。在所示的实施例中，收缩联接件32为可通过液力方式促动的常规双环联接件。许多带头螺栓34(其可包括顶托螺钉)定位成围绕收缩联接件32的前面，且用于收缩联接件32的安装和促动。收缩联接件32的操作为本领域的技术人员所公知，而无需为了本公开内容的目的而对其详细解释。
关于涡轮发电机的传动系或风力涡轮机的操作的许多其它构件如偏航驱动件26、控制设备、冷却器等可构造在底板28上。图2的透视图仅出于示范的目的而提供，且本发明不限于机舱14或其它结构内的任何特定类型的传动系或其它设备构造。
仍参看图2，提供了根据本发明的方面的系统35用于从传动系构件如齿轮箱30上移除收缩联接件32。系统35包括反作用板36，该反作用板36在与收缩联接件32的前面沿轴向移位的位置处围绕轴22装配。反作用板36通过任何常规方式相对于底板28锚固在锚固位置38处，以便反作用板16沿轴向相对于收缩联接件32固定就位。反作用板36可由通过任何常规方式机械地紧固到一起的多个单独的构架部件形成。在所示的实施例中，反作用板36包括部分地围绕轴22的圆周延伸并在锚固部位38处锚固到底板28上的最前区段41，以及完全围绕轴22延伸的头板40。头板40可通过任何常规方式连接到前区段41上。
多个顶托装置42设置在反作用板36与收缩联接件32之间。在所示的实施例中，顶托装置42围绕轴22的圆周等距地间隔开，并且具有抵靠接合头板40的第一端(图2中不可见)以及构造成与收缩联接件32成拉动接合的相反的接合端46。
顶托装置42的第一端可刚性地连接到头板40上。在该实施例中，头板40可提供在顶托装置42刚性地附接到其上的区段中。例如，头板40可提供在三个圆周区段中，其中，顶托装置42附接到各区段上。这些区段然后可围绕轴22的圆周组装，使得三个顶托装置42围绕轴22等距地间隔开。
顶托装置42的接合端46可构造成以多种方式与收缩联接件32成拉动接合。例如，在所示的实施例中，顶托装置42的接合端46包括挂钩48。该挂钩48接合到代替收缩联接件32中的带头螺栓34的带环螺栓50中。换言之，多个沿周向等距地间隔开的带头螺栓34可从收缩联接件32上移除，而带环螺栓50则拧入收缩联接件32中来代替带头螺栓34。在备选实施例中，顶托装置42的接合端46可包括螺纹部件，该螺纹部件面向收缩联接件32直接拧入螺纹开孔中。应当认识到的是，在这里可采用任何方式的拉动接合构造来将顶托装置42的接合端46与收缩联接件32机械地相联。还应当认识到的是，图2中所示的带环螺栓50和挂钩48的接合构造可为相反的，使得挂钩48拧入收缩联接件32的开孔中，而带环螺栓50则构造在顶托装置42的接合端46上。
系统35还可包括在收缩联接件32与反作用板36之间的轴向位置处提供在轴22上的垫片部件54。该垫片部件54可由具有一定的形状或物理性能以便顺应轴22圆周的任何适合的刚性材料制成。在特定的实施例中，垫片部件54在性质上可为模块化的，因为其由多个适合的复合材料件形成，这些适合的复合材料件至少部分地围绕轴22的上圆周区段组装。垫片部件54应当具有足够的刚度和强度，以便完全地支承轴22上的收缩联接件32的重量。如下文更为详细描述的那样，一旦从齿轮箱30上移除收缩联接件32，则将联接件32沿轴向拉动到垫片部件54上而到达轴22上的搁置位置。垫片部件54具有一定的径向厚度，以便在收缩联接件32处于其垫片部件54(和轴22)上的搁置位置处的同时，保持收缩联接件32与齿轮箱30(套筒31)成对准的同心关系。在轴22具有阶梯形圆周外形(contour)的实施例中，垫片54将具有形状对应的阶梯形轮廓，以便使收缩联接件32保持为相对于齿轮箱套筒31成对准的同心关系。
系统35不限于任何特定类型的顶托装置42。在特定的实施例中，顶托装置42可为供有来自于适当来源的加压液压流体的便携式液压起重器。例如，在系统35用于风力涡轮机机舱14内的实施例中，便携式液压泵、储器和歧管可出于此目的而引入机舱14中。期望的是从公共的歧管头(或管汇头)向单独的液压起重器44供送，以确保对起重器同等地加压。
期望的是，顶托装置42在操作方向上是可逆的，以便相同的顶托装置42可如下文更为详细描述的那样用于随后再附接收缩联接件32。
图4至图6为用于从涡轮发电机的齿轮箱30上移除收缩联接件32的系统35的相继操作视图。图4示出了齿轮系构件的初始准备。具体而言，收缩联接件32中的一些带头螺栓34已经移除且由带环螺栓50替代。另外，垫片部件54已围绕主转子轴22圆周的至少一部分组装好。应当认识到的是，并不需要完全围绕轴22组装垫片部件54。垫片部件54用于以与齿轮箱套筒31成同心对准的关系将收缩联接件32支承在轴22上，而鉴于此，仅需要部分地围绕轴22延伸，例如，围绕轴22的大约一半延伸。
图5示出了反作用板36已组装好且在锚固部位38处相对于收缩联接件32沿轴向锚固就位之后的系统35。顶托装置(在该实施例中为液压起重器44)围绕头板40等距地间隔开，而液压起重器44的接合端46处的挂钩48与带环螺栓50接合。在此阶段，收缩联接件32已通过常规方式从其夹紧状态松开。液压起重器44然后受到促动以沿图5中所示的箭头方向将拉力施加到收缩联接件32上。如图6中所示，收缩联接件32以可控的方式从齿轮箱套筒31拉至垫片54(和轴22)上的搁置位置。收缩联接件32可保持在此位置，同时在齿轮箱30上执行任何方式的维护规程。
一旦在齿轮箱30上完成维护规程，则收缩联接件32可利用系统35进行再附接。图7至图9的相继视图中从概念上示出了该过程。顶托装置(该实施例中为液压起重器44)构造成在接合端46处与收缩联接件32推动接合，且如图7中的箭头所示那样在方向上是相反的。如图8中所示，紧缩联接件32保持为相对于齿轮箱套筒31成同心对准关系，且因此可在液压起重器44的作用下机械地推动到套筒31上。在此阶段，如图9中所示，可通过常规方式将收缩联接件32促动至其夹紧构造，以及将系统35从传动系构件上移除。
图3为类似于图2的视图，但示出了位于顶托装置42一端46处的特定类型的推动接合构造，该顶托装置42可在图7至图9中所示的规程中用于再附接收缩联接件32。在该实施例中，挂钩48已从接合端46移除，且因此由推板52代替。而且，带环螺栓50已从收缩联接件32移除，且由适合的带头螺栓34或顶托螺钉替代。在该实施例中，推板52简单地抵靠接合带头螺栓34，且沿轴向将收缩联接件32推至与齿轮箱30接合。然而，应当认识到的是，出于此目的，可在顶托装置42与收缩联接件32前面之间使用任何其它方式的推动接合构造。
本发明还包含根据上述一些方面的用于移除收缩联接件的方法。例如，该方法包括在与收缩联接件移位的位置处围绕轴装配反作用板，以及将反作用板沿轴向相对于轴锚固就位。多个顶托装置设置在反作用板与收缩联接件之间，且围绕轴沿周向等距地间隔开。顶托装置具有抵靠接合反作用板的第一端，以及与收缩联接件成拉动接合构造的相反的第二端。收缩联接件从其夹紧状态释放，且顶托装置受到促动而在收缩联接件上施加拉力。收缩联接件拉离传动系构件，且在轴向上沿轴移动至轴上的搁置位置。
该方法还可包括在收缩联接件与反作用板之间的沿轴向的位置处提供围绕轴圆周的至少一部分的垫片部件。收缩联接件拉动到垫片部件上，处于其在轴上的搁置位置。垫片部件构造成具有一定径向厚度，以便使收缩联接件在垫片部件上的其搁置位置处保持与传动系构件成对准的同心关系。
该方法还可包括由多个单独的构架部件围绕主传动轴装配反作用板。在相对有限的风力涡轮机机舱内实施该方法时，该方法可能特别有用，其中，反作用板的单独构件将需要带入涡轮机舱中而随后装配。
该方法还可包括通过使顶托装置的方向反向而将收缩联接件从其在轴上的搁置位置移回到位于传动系构件上的操作位置以及沿轴将收缩联接件轴向地移动至其最终操作位置。在此阶段，收缩联接件可促动至其夹紧状态，且该方法中使用的任何装置都从传动系构件上移除。
尽管已参照特定的示例性实施例及其方法详细地描述了本主题，但本领域的技术人员将会在对前文取得理解时，可容易地制作出对这些实施例的改进、变型和同等布置。因此，本公开内容的范围是通过举例的方式而非通过限制，且正如本领域的普通技术人员很容易明白的那样，本公开内容并不排除包括对本主题的这些修改、变型和/或补充。

Claims (20)

1.一种用于脱离将轴固定到传动系构件上的收缩联接件的方法，包括：
在与所述收缩联接件沿轴向移位的位置处围绕所述轴装配反作用板；
将多个顶托装置设置在所述反作用板与所述收缩联接件之间，所述顶托装置围绕所述轴沿周向间隔开并且具有抵靠接合所述反作用板的第一端和与所述收缩联接件成拉动接合构造的相反的第二端；
将所述收缩联接件从其夹紧状态释放；以及
起动所述顶托装置以将拉力施加到所述收缩联接件上，其中，将所述收缩联接件在轴向上沿所述轴拉离所述传动系构件而到达所述轴上的搁置位置，所述传动系构件为齿轮箱。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述收缩联接件与反作用板之间沿轴向围绕所述轴的至少一部分圆周提供垫片部件，以及将所述收缩联接件拉到所述垫片部件上而处于其在所述轴上的搁置位置。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述垫片部件由多个单独的预成型部件围绕所述轴构造而成。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述垫片部件具有一定径向厚度，以便使所述收缩联接件在其于所述垫片部件上的搁置位置处保持与所述传动系构件成对准的同心关系。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轴为风力涡轮机的主传动轴，所述反作用板锚固到风力涡轮机舱中的底板上。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述顶托装置为液压起重器。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述反作用板由移动到所述风力涡轮机舱中的多个构架部件围绕所述主传动轴构造而成。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过用挂钩接合装置的螺纹第一构件替换所述收缩联接件的端面中的多个螺栓而以拉动接合构造将所述顶托装置的第二端紧固到所述收缩联接件上，所述螺纹第一构件与构造在所述顶托装置的第二端上的所述挂钩接合装置的互补的第二构件相配合。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括通过使所述顶托装置的方向反向和沿所述轴将所述收缩联接件轴向地移动至所述传动系构件上的操作位置，将所述收缩联接件从其在所述轴上的搁置位置移回到用于将所述轴固定到所述传动系构件上的位置，以及随后起动所述收缩联接件至夹紧状态。
10.一种用于移除将轴固定到传动系构件上的收缩联接件的系统，所述系统包括：
在与所述收缩联接件移位的位置处围绕所述轴装配的反作用板，所述反作用板相对于所述轴锚固就位；
可操作地设置在所述反作用板与所述收缩联接件之间的多个顶托装置，所述顶托装置围绕所述轴沿周向等距地间隔开，以及具有抵靠接合所述反作用板的第一端和以拉动接合构造机械地紧固到所述收缩联接件上的相反的第二端；以及
其中，为了从所述传动系构件移除所述收缩联接件，所述收缩联接件从夹紧状态释放且所述顶托装置受到起动以将拉力施加到所述收缩联接件上，直到将所述收缩联接件拉离所述传动系构件且沿所述轴在轴向上移动至所述轴上的搁置位置，所述传动系构件为齿轮箱。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述系统还包括垫片部件，所述垫片部件在所述收缩联接件与所述反作用板之间的轴向位置处沿周向围绕所述轴的至少一部分设置，以便将所述收缩联接件拉到所述垫片部件上而处于所述收缩联接件的在所述轴上的搁置位置，所述垫片部件具有一定径向厚度，使得所述收缩联接件在所述收缩联接件的位于所述轴上的搁置位置处保持与所述传动系构件成对准的同心关系。
12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述系统构造成用于移除风力涡轮机舱中的收缩联接件，所述轴包括主传动轴，所述反作用板锚固到所述风力涡轮机舱中的底板上。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述顶托装置包括液压起重器。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述反作用板包括多个单独的构架部件，所述构架部件具有一定的大小和构造以便移动到所述风力涡轮机舱中并围绕所述主传动轴构造而成。
15.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述系统还包括多个螺纹接合部件，所述螺纹接合部件在所述收缩联接件的前面中拧入到沿周向等距地间隔开的螺栓孔中，所述顶托装置的所述第二端包括与所述螺纹接合部件成拉动接合构造相接合的互补接合部件。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述螺纹接合部件包括挂钩或挂环中的一种，以及所述顶托装置的所述第二端分别包括互补的挂环或挂钩。
17.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述顶托装置是可逆的，并且所述顶托装置的所述第二端可构造成与所述收缩联接件成推动接合，由此通过使所述顶托装置的方向反向和沿所述轴将所述收缩联接件轴向地移动并进入所述传动系构件上的操作位置，所述收缩联接件能从其在所述轴上的搁置位置处移回到用于将所述轴固定到所述传动系构件上的位置。
18.一种用于在风力涡轮发电机的齿轮箱的前密封件上执行维护规程的方法，所述齿轮箱利用收缩联接件而在传动系中联接到传动轴上，所述方法包括：
在与所述收缩联接件沿轴向移位的位置处围绕所述轴装配反作用板；
将多个顶托装置设置在所述反作用板与所述收缩联接件之间，所述顶托装置围绕所述轴沿周向间隔开并且具有抵靠接合所述反作用板的第一端以及与所述收缩联接件成拉动接合构造的相反的第二端；
将所述收缩联接件从其夹紧状态释放；
使所述顶托装置受到起动以在所述收缩联接件上施加拉力，其中，所述收缩联接件在轴向上沿着所述轴拉离齿轮箱而到达所述轴上的搁置位置，以便提供为进行所述维护规程而通向所述前密封件的通路；
在所述前密封件上执行维护规程；
通过使所述顶托装置的方向反向和将所述收缩联接件在轴向上沿着所述轴移动到围绕所述齿轮箱的操作位置而使所述收缩联接件从其在所述轴上的搁置位置移回到用于将所述轴固定到所述齿轮箱上的位置；以及
随后使所述收缩联接件受到起动而进入夹紧状态。
19.根据权利要求18所述的方法，所述方法还包括在所述收缩联接件与反作用板之间沿轴向围绕所述轴的至少一部分圆周提供垫片部件，以及将所述收缩联接件拉到所述垫片部件上而处于其在所述轴上的搁置位置。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述轴和齿轮箱为风力涡轮机中的传动系构件，所述反作用板锚固到风力涡轮机舱中的底板上。
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