CN102089515A

CN102089515A - 包括主轴承的风力涡轮机和更换该主轴承的方法

Info

Publication number: CN102089515A
Application number: CN2009801264606A
Authority: CN
Inventors: H.斯蒂斯达尔
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy
Priority date: 2008-07-07
Filing date: 2009-07-01
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2029-07-01
Also published as: WO2010003852A2; NZ589344A; CN102089515B; DK2143936T3; WO2010003852A3; US20110110769A1; CA2729981A1; CA2729981C; JP5431469B2; EP2143936A1; JP2011526985A; US8696302B2; EP2143936B1

Abstract

本发明涉及风力涡轮机，其包括：可旋转主轴（14），其具有中心轴线（A）并且被至少间接连接到所述风力涡轮机（1）的风力涡轮机转子（26）；以及至少一个主轴承（15，16），其支撑所述可旋转主轴（14）使其至少间接抵靠所述风力涡轮机（1）的第一静止部分（6），其中提供紧固器件（32，33，35）以用于在更换所述至少一个主轴承（15，16）期间将所述风力涡轮机转子（26）紧固到所述风力涡轮机（1）的所述第一或第二静止部分（6）以及提供挺杆器件（30，31，40，41，50，51），其能够作用在所述至少一个主轴承（15，16）上并且允许所述至少一个主轴承（15，16）相对于所述第一静止部分（6）沿所述中心轴线（A）的方向运动。本发明还涉及用于更换主轴承的方法，其中在更换所述至少一个主轴承（15，16）期间，所述至少一个主轴承（15，16）或者所述至少一个主轴承（15，16）和所述可旋转主轴（14）相对于所述第一静止部分（6）沿所述中心轴线（A）的方向运动以便更换所述至少一个主轴承（15，16）。

Description

包括主轴承的风力涡轮机和更换该主轴承的方法

技术领域

本发明涉及包括主轴承的风力涡轮机和更换该主轴承的方法。

背景技术

风力涡轮机包括作为主要部件的塔、机舱、含有毂和风力涡轮机转子叶片的风力涡轮机转子以及具有定子和转子装置且通常设置在机舱内部的发电机。发电机的转子装置被至少间接地连接到风力涡轮机转子以便相对于定子装置移动转子装置从而产生电能。

存在不同类型的风力涡轮机驱动构造来将风力涡轮机转子的旋转传输到发电机的转子装置。不过实际上在各构造中，需要至少一个主轴承。在风力涡轮机运转期间这样的一个或多个主轴承承受不同负载。在主轴承运转一段时期之后通常会产生磨损或主轴承失效。从而，需要更换主轴承。为了更换主轴承，通常必须移除风力涡轮机转子。这不仅是庞大的技术工程，而且还导致了大量费用。

发明内容

因此，本发明的目标在于以如下方式提供最初提及的风力涡轮机以及方法，即能够简单且优选地不很昂贵地更换主轴承。

这个目标是通过包括可旋转主轴和至少一个主轴承的风力涡轮机来实现，该可旋转主轴具有中心轴线并且至少间接地连接到风力涡轮机的风力涡轮机转子，该至少一个主轴承支撑所述可旋转主轴以使其至少间接地抵靠风力涡轮机的第一静止或固定部分，其中提供紧固器件以便在所述至少一个主轴承更换期间将风力涡轮机转子紧固到风力涡轮机的第一或第二静止或固定部分，并且提供挺杆器件，所述挺杆器件能够作用在所述至少一个主轴承上并且允许所述至少一个主轴承相对于所述第一静止部分沿所述中心轴线的方向运动。所述紧固器件允许在所述至少一个主轴承更换期间将风力涡轮机转子固定在风力涡轮机的静止部分上。这个静止部分能够是风力涡轮机的第一静止部分或者是风力涡轮机的任意其他适当的静止或固定部分。因此，风力涡轮机转子能够处于稳定且安全的位置。在释放开所述至少一个主轴承和所述第一静止部分之间的可拆卸连接之后，可以相对于所述第一静止部分移动所述至少一个主轴承，具体地将所述至少一个主轴承移动到风力涡轮机中能够被另一主轴承更换的部分内。从而在所述至少一个主轴承的更换期间挺杆器件能够作用在所述至少一个主轴承上，以便实现所述至少一个主轴承沿中心轴线方向的运动。这样，能够在不移除风力涡轮机转子的情况下实现对于风力涡轮机的至少一个主轴承的更换。因而，更换主轴承在技术上被简化并且也较不昂贵。

根据本发明的实施例，紧固器件包括例如静止部分和/或风力涡轮机转子的螺栓孔、螺栓和/或至少一个垫片。在风力涡轮机运转期间，在风力涡轮机转子与第一和第二静止部分之间需要间隙。当风力涡轮机转子被固定到风力涡轮机的第一或第二静止部分以便更换所述至少一个主轴承时，至少一个垫片，通常多个垫片，被设置在间隙内的不同位置。这样，风力涡轮机转子与第一或第二静止部分能够被螺栓连接在一起而被栓接部分不会发生任何实质偏转。不过当风力涡轮机转子与第一或第二静止部分之间的间隙相对较小，从而当风力涡轮机转子与第一或第二静止部分被栓接在一起而没有实质偏转时，能够省略垫片。

在本发明的变型中，在可旋转主轴上提供挺杆器件，其中在更换所述至少一个主轴承的过程中，在所述可旋转主轴和风力涡轮机转子之间的连接被释放，并且优选地所述可旋转主轴和所述至少一个主轴承相对于所述第一静止部分沿中心轴线的方向一同运动。从而，所述可旋转主轴的所述挺杆器件作用在所述至少一个主轴承上。据此，当所述可旋转主轴运动时所述挺杆器件使得所述至少一个主轴承沿中心轴线的方向跟随所述可旋转主轴。

根据本发明的另一种变型，所述第一静止部分是静止轴。所述可旋转主轴和所述至少一个主轴承优选地被设置在所述静止轴内部。因此，在更换所述至少一个主轴承的过程中，所述可旋转主轴和所述至少一个主轴承相对于所述静止轴且在所述静止轴内部沿中心轴线的方向一同运动。

在本发明的实施例中，所述挺杆器件包括：至少一个突起，该至少一个突起被设置在所述可旋转轴上并且实质上被设置在所述至少一个主轴承的前侧；和/或所述可旋转主轴的环形沟槽，所述至少一个主轴承至少部分地被设置在其中；和/或实质上被设置在所述至少一个主轴承的前侧的因为所述可旋转主轴的外直径的缩减而导致的环形弯曲部。据此，当所述可旋转主轴被拉离所述静止轴时，所述突起使得所述至少一个主轴承跟随所述可旋转主轴，所述突起优选地是环形突起、环形沟槽或环形弯曲部。

不过挺杆器件还能够包括一些简单的螺栓或螺钉或其他紧固器件从而将所述至少一个主轴承固定到所述可旋转主轴14以便当所述可旋转主轴被拉离所述静止轴时所述可旋转主轴带动所述至少一个主轴承。

在本发明的另一实施例中，风力涡轮机包括轴承支撑元件，该轴承支撑元件被可拆卸地附连到第一静止部分，例如静止轴，并且被连接到所述至少一个主轴承。优选的是中空圆筒形元件的轴承支撑元件是在静止轴和所述至少一个主轴承之间的中间构件。有利的是将所述至少一个主轴承的静止部分固定到轴承支撑元件并且传递所述轴承支撑元件和所述静止轴之间的可拆卸连接。此外，当轴承支撑元件的外圆筒表面在静止轴的内圆筒表面上滑动时的运动期间，所述至少一个主轴承沿静止轴的内侧滑动时，对于至少一个主轴承和静止轴的内侧之间的潜在锁死方面是有利的。

在本发明的变型中，可旋转主轴和/或轴承支撑元件包括紧固器件，其被设置在可旋转主轴和/或轴承支撑元件的后侧以用于将可旋转主轴和至少一个主轴承或者可旋转主轴、至少一个主轴承和轴承支撑元件从风力涡轮机的后侧拉离静止部分。优选地，可旋转主轴的紧固器件包括至少一个夹具以用于例如固定罩盖（robe）、链或钢缆。

关于方法的目标是通过如下方法来实现的，该方法用于更换风力涡轮机的主轴承，该风力涡轮机包括：可旋转主轴，其具有中心轴线并且被至少间接地连接到所述风力涡轮机的风力涡轮机转子；以及至少一个主轴承，其支撑所述可旋转主轴使其至少间接地抵靠所述风力涡轮机的第一静止部分，其中在更换所述至少一个主轴承期间，所述第一或第二静止部分被连接到所述风力涡轮机转子以用于紧固所述风力涡轮机转子，释放所述风力涡轮机转子和所述可旋转主轴之间的连接，释放所述至少一个主轴承和所述第一静止部分之间的连接，以及所述至少一个主轴承或者所述至少一个主轴承和所述可旋转主轴相对于所述第一静止部分沿所述中心轴线的方向运动以便更换所述至少一个主轴承。因此如上所述，为了更换所述至少一个主轴承不必要移除风力涡轮机转子。

根据本发明的实施例，所述至少一个主轴承或者所述至少一个主轴承和所述可旋转主轴运动到所述风力涡轮机的后侧以便更换所述至少一个主轴承。在所述风力涡轮机的后侧内，提供了用于更换所述主轴承的空间。

如前所述，所述可旋转主轴包括：被设置在主轴承的前侧的至少一个突起；以及/或者环形沟槽，所述主轴承被至少部分地设置在该环形沟槽内；以及/或者由于所述可旋转主轴的外直径的缩减而产生的环形弯曲部，其实质上设置在主轴承的前侧以便使得在所述可旋转主轴运动期间所述至少一个主轴承跟随所述可旋转主轴。因此，当所述可旋转主轴运动到风力涡轮机的后侧时，所述至少一个主轴承也运动到风力涡轮机的后侧，在此其能够被更换。

本发明方法的其他变型包括本发明风力涡轮机的上下文中描述的如前所述的性质和优点。

附图说明

将参考示意性附图在下文中更详细地解释本发明，附图中：

图1示出了具有第一轴承设置的本发明风力涡轮机的一部分，

图2示出了第一轴承设置的图1的放大段II，

图3示出了第二轴承设置，

图4示出了第三轴承设置，

图5示出了包括轴承支撑元件的图1和图2的轴承设置的改进轴承设置，

图6示出了包括轴承支撑元件的图3的轴承设置的改进轴承设置，以及

图7示出了包括轴承支撑元件的图4的轴承设置的改进轴承设置。

具体实施方式

图1示意性示出了本发明的风力涡轮机1的实施例，其包括直接驱动发电机2，该发电机2被设置在风力涡轮机1的塔3的迎风侧。

塔凸缘4被设置在塔3的顶部。基板5被附连到塔凸缘4。风力涡轮机1包括没有明确示出的偏航系统以用于使得风力涡轮机1的基板5与风力涡轮机1中直接或间接附连到基板5的其他部件一同围绕塔3的轴线Y转动。

风力涡轮机1包括作为第一静止或固定部分的静止外轴6。静止外轴6的后侧附连到保持装置7，该保持装置7附连到基板5。在静止外轴6的前侧设置有直接驱动发电机2的定子装置8。定子装置8包括定子支撑结构9和具有绕组11的层压堆10。定子支撑结构9包括用于层压堆10的两侧支撑的两个支撑元件12。在本发明的本实施例的情况下，支撑元件12是例如通过螺栓方式附连到静止外轴6的外侧的环形支撑元件12。环形支撑元件12能够是紧凑的或者能够包括轮辐或轮辐结构。一种中空圆筒形支撑元件13被附连到环形支撑元件12的外端。中空圆筒形支撑元件13承载具有绕组11的环形层压堆10。层压堆10能够包括环形节段形的层压堆节段，每个节段均具有至少一个绕组11，所述节段共同构建了层压堆10。

具有中心轴线A的可旋转主轴14被设置在静止外轴6的内部，并且在本发明的本实施例的情况下，由抵靠静止外轴6的两个主轴承15、16可旋转地支撑。在本发明的本实施例的情况下，中心轴线A是可旋转主轴14和静止外轴6的共同中心轴线A。包括毂17和未示出的转子叶片的风力涡轮机转子26例如借助螺栓27被连接到可旋转主轴14的前侧。因此，可旋转主轴14可以与风力涡轮机转子26一同转动。在图1中，仅示出用于公知的转子叶片的三个安装装置18中的两个。

转子装置19实质上设置成围绕定子装置18。在本发明的本实施例的情况下，转子装置19包括环形前端板20、环形后端板21以及使得环形前端板20和环形后端板21彼此连接的中空圆筒元件22。在中空圆筒元件22的内侧包括实质上被设置成与层压堆10相对的多个永磁体23。具有近似5mm宽度的气隙24位于永磁体23和层压堆10之间。

在本发明的本实施例的情况下，环形前端板20借助于螺栓27被例如螺栓连接到风力涡轮机转子26和可旋转主轴14。环形后端板21借助于第三轴承（所谓的支撑轴承25）被连接到静止外轴6。因此，转子装置19也具有两侧支撑。此外，转子装置19可以与风力涡轮机转子26和可旋转主轴14一同转动，其中具体地永磁体23相对于层压堆10转动来发电。

直接驱动发电机2、静止轴6、保持装置7以及可旋转主轴14被设置在机舱H内。

在图1所示实施例的情况下，可旋转主轴14具有两个环形的优选可移除的突起30、31形式的挺杆器件。第一环形突起30被设置在第一主轴承15的前侧，并且第二环形突起31被设置在第二主轴承16的前侧。图2中示出了这个设置的放大图。

在本发明的本实施例的情况下，例如由于主轴承磨损或失效而需要更换一个或两个主轴承15、16，则提供紧固器件来将风力涡轮机转子26紧固到静止轴6。在本发明的本实施例的情况下，紧固器件包括螺栓孔32和螺栓33以用于将风力涡轮机转子26和静止轴6螺栓连接在一起。因而，静止轴6通常沿风力涡轮机转子26的方向较长以便允许螺栓接合。在静止轴6和风力涡轮机转子26之间的或者在本例中在前端板20（其被附连于风力涡轮机转子26）和静止轴6之间的必要环形间隙34被填充有多个垫片35，所述垫片35被设置在环形间隙34内的特定部位。因此，当设置螺栓接合时风力涡轮机转子26、前端板20和静止轴6实质上不发生偏转。可能的是，当间隙34非常小时不必要有垫片35。

当完成在风力涡轮机转子26和静止轴6之间的螺栓接合时，风力涡轮机转子26被固定并且因而处于稳定且安全的位置。通过这种方式，风力涡轮机转子26也能够被固定到风力涡轮机的另一个适当的静止或固定部分。

在下一步中，释放在风力涡轮机转子26和可旋转主轴14之间的包括螺栓27的螺栓接合以及在主轴承15、16和静止轴6之间的连接（所述连接也能够是螺栓接合）。现在，可旋转主轴14和主轴承15、16可以沿中心轴线A的方向自由运动。

在本发明的本实施例的情况下，可旋转主轴14包括在后侧的多个夹具36形式的紧固器件。夹具36围绕可旋转主轴14的周边分布。罩盖、链或钢缆等能够被紧固到夹具36。这样，可旋转主轴14能够被拉离静止轴6。环形突起30、31使得主轴承15和16与可旋转主轴14一起并且因而离开静止轴6。从而，主轴承14、15的外表面沿静止轴6的内表面滑动。当主轴承14和15运动到风力涡轮机的后侧时，它们可以以相对简单的方式被其他主轴承更换，例如通过在移除突起30和31之后从可旋转主轴14释放或拉动主轴承。可替换地，可以应用分段主轴承，例如DE 201 16 649 U1中所公开的。

反之亦然，具有新主轴承的可旋转主轴14能够被推入到静止轴6内。从而，有利的是，当附加的优选可移除环形突起37、38设置在主轴承的后侧从而使得新主轴承处于它们在静止轴6内部的预定部位。

图3和图4示出了轴承设置的其他可能实施例。

如图3所示，可旋转主轴14能够具有一种阶梯结构。在本发明的本实施例的情况下，主轴14包括第一环形弯曲部40和第二环形弯曲部41，其中每个环形弯曲部均优选地由可旋转主轴14的外直径的缩减而产生。第一主轴承15被设置成其前侧在第一环形弯曲部40上，并且第二主轴承16被设置成其前侧在第二环形弯曲部41上。因此，当可旋转主轴14沿中心轴线A的方向运动到风力涡轮机的后侧时两个主轴承15、16均跟随可旋转主轴14。

因此，再次，主轴承14、15的外表面沿静止轴6的内表面滑动。当主轴承15和16运动到风力涡轮机的后侧时它们能够被其他主轴承更换。

如上所述，当附加的优选可移除环形突起42、43被设置在主轴承的后侧以用于使得被设置在可旋转主轴14上的新主轴承到达它们在静止轴6内部的预定部位时，这是有利的。

图4示出了轴承设置的第三实施例的节段，其中可旋转主轴14包括两个沟槽50、51。在第一沟槽50内设置有第一主轴承15，在第二沟槽51内设置有第二主轴承16。在这种情况下，主轴承15、16优选地是如DE 201 16 649 U1所公开的分段主轴承。

据此，当可旋转主轴14沿中心轴线A的方向运动到风力涡轮机的后侧（在此能够更换主轴承15、16）时这两个主轴承15、16跟随可旋转主轴14。

图5-7示出了图2-4的轴承设置的改进轴承设置。在每种情况下，单独的轴承支撑元件60被设置在两个主轴承15、16和静止轴6之间。在本发明的本实施例的情况下，轴承支撑元件60是中空圆筒形元件60。两个主轴承15、16中的每一个均是其旋转轴承部分附连于可旋转主轴14且其静止轴承部分附连于轴承支撑元件60。轴承支撑元件60被例如螺栓连接方式附连到静止轴6。

在更换主轴承15、16的过程中，释放在风力涡轮机转子26和可旋转主轴14之间的螺栓接合以及在轴承支撑元件60和静止轴6之间的螺栓接合。因而，可旋转主轴14、主轴承15、16以及轴承支撑元件60能够沿中心轴线A的方向运动到风力涡轮机的后侧并且因而被拉离静止轴6以便更换主轴承15、16中的至少一个。轴承支撑元件60还包括夹具36，在此罩盖、链和/或钢缆能够被紧固以用于将可旋转主轴14、主轴承15、16以及轴承支撑元件60拉离静止轴6。从而轴承支撑元件60的外圆筒表面沿静止轴6的内圆筒表面滑动。

在本发明的可替换实施例中，可旋转主轴的突起不需要是环形突起。实际上，突起能够被实现为设置在围绕可旋转主轴的周边的圆形上彼此处于一定距离的立柱。

此外，挺杆器件能够简单地包括螺栓、螺钉或其他适当紧固器件以用于将主轴承15、16固定到可旋转主轴14，从而当可旋转主轴14被拉离静止轴6时可旋转主轴14带着主轴承一起。

Claims

1.一种风力涡轮机，包括

-可旋转主轴（14），其具有中心轴线（A）并且被至少间接地连接到所述风力涡轮机（1）的风力涡轮机转子（26）；以及

-至少一个主轴承（15，16），其支撑所述可旋转主轴（14）使其至少间接地抵靠所述风力涡轮机（1）的第一静止部分（6），

其中

-提供紧固器件（32，33，35）以用于在更换所述至少一个主轴承（15，16）期间将所述风力涡轮机转子（26）紧固到所述风力涡轮机（1）的第一或第二静止部分（6）；以及

-提供挺杆器件（30，31，40，41，50，51），其能够作用在所述至少一个主轴承（15，16）上并且允许所述至少一个主轴承（15，16）相对于所述第一静止部分（6）沿所述中心轴线（A）的方向运动。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中所述紧固器件包括螺栓孔（32）、螺栓（33）和/或至少一个垫片（35）。

3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机，其中所述挺杆器件（30，31，40，41，50，51）被设置在所述可旋转主轴（14）上，其中在更换所述至少一个主轴承（15，16）的过程中所述可旋转主轴（14）和所述至少一个主轴承（15，16）相对于所述第一静止部分（6）沿所述中心轴线（A）的方向一同运动。

4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的风力涡轮机，其中所述第一静止部分是静止轴（6）。

5.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的风力涡轮机，其中所述挺杆器件包括

-至少一个突起（30，31），其被设置在所述可旋转主轴（14）上并且实质上被设置在所述至少一个主轴承（15，16）的前侧，以及/或者

-所述可旋转主轴（14）的至少一个环形沟槽（50，51），所述至少一个主轴承（15，16）被至少部分地设置在所述至少一个环形沟槽（50，51）内，以及/或者

-由于所述可旋转主轴（14）的外直径的缩减而产生的至少一个环形弯曲部（40，41），其实质上被设置在所述至少一个主轴承（15，16）的前侧。

6.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的风力涡轮机，包括轴承支撑元件（60），其被可拆卸地附连到所述第一静止部分（6）并且被连接到所述至少一个主轴承（15，16）。

7.根据权利要求6所述的风力涡轮机，其中所述轴承支撑元件是中空圆筒形元件（60）。

8.根据权利要求1-7中任一权利要求所述的风力涡轮机，其中所述可旋转主轴（14）和/或所述轴承支撑元件（60）包括紧固器件（36），其被设置在所述可旋转主轴（14）和/或所述轴承支撑元件（60）的后侧以用于将所述可旋转主轴（14）和所述至少一个主轴承（15，16）或者所述可旋转主轴（14）、所述至少一个主轴承（15，16）及所述轴承支撑元件（60）从所述风力涡轮机（1）的后侧拉离所述静止部分（6）。

9.根据权利要求8所述的风力涡轮机，其中所述紧固器件包括至少一个夹具（36）。

10.一种用于更换风力涡轮机（1）的主轴承（15，16）的方法，该风力涡轮机（1）包括

其中在更换所述至少一个主轴承（15，16）期间

-所述第一或第二静止部分（6）被连接到所述风力涡轮机转子（26）以用于紧固所述风力涡轮机转子（26），

-释放所述风力涡轮机转子（26）和所述可旋转主轴（14）之间的连接，

-释放所述至少一个主轴承（15，16）和所述第一静止部分（6）之间的连接，以及

-使所述至少一个主轴承（15，16）或者所述至少一个主轴承（15，16）和所述可旋转主轴（14）相对于所述第一静止部分（6）沿所述中心轴线（A）的方向运动以便更换所述至少一个主轴承（15，16）。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述至少一个主轴承（15，16）或者所述至少一个主轴承（15，16）和所述可旋转主轴（14）运动到所述风力涡轮机（1）的后侧。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其中所述可旋转主轴（14）包括

-至少一个突起（30，31），其实质上被设置在所述至少一个主轴承（15，16）的前侧，以及/或者

-至少一个环形沟槽（50，51），所述至少一个主轴承（15，16）被至少部分地设置在所述至少一个环形沟槽（50，51）内，以及/或者

-由于所述可旋转主轴（14）的外直径的缩减而产生的至少一个环形弯曲部（40，41），其实质上被设置在所述至少一个主轴承（15，16）的前侧，

从而在所述可旋转主轴（14）运动期间使得所述至少一个主轴承（15，16）跟随所述可旋转主轴（14）。

13.根据权利要求10-12中任一权利要求所述的方法，其中所述风力涡轮机包括轴承支撑元件（60），其被可拆卸地附连到所述第一静止部分（6）并且被连接到所述至少一个主轴承（15，16），其中为了更换所述至少一个主轴承（15，16），释放所述轴承支撑元件（60）和所述第一静止部分（6）之间的连接，并且所述轴承支撑元件（60）、所述至少一个主轴承（15，16）和所述可旋转主轴（14）运动到所述风力涡轮机（1）的后侧。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述轴承支撑元件是中空圆筒形元件（60）。

15.根据权利要求10-14中任一权利要求所述的方法，其中所述可旋转主轴（14）和/或所述轴承支撑元件（60）包括紧固器件（36），其被设置在所述可旋转主轴（14）和/或所述轴承支撑元件（60）的后侧以用于将所述可旋转主轴（14）和所述至少一个主轴承（15，16）或者所述可旋转主轴（14）、所述轴承支撑元件（60）及所述至少一个主轴承（15，16）从所述风力涡轮机（1）的后侧拉离所述静止部分（6）。