CN102171447A - 用于将风力涡轮机部件对准的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将风力涡轮机部件与风力涡轮机转子毂(3)对准的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：给所述部件提供支撑件，所述支撑件包括至少一个可调节的元件(20)；以及，调节所述至少一个元件以将所述风力涡轮机部件对准。本发明还涉及一种用于将风力涡轮机部件与风力涡轮机转子毂对准的系统，所述风力涡轮机转子毂包括支撑件，所述支撑件具有至少一个可调节的元件(20)，所述至少一个能调节的元件(20)支撑所述风力涡轮机部件，以便可以通过调节所述至少一个元件(20)而将所述风力涡轮机部件对准。

Description

用于将风力涡轮机部件对准的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种用于将风力涡轮机部件对准的方法和一种用于将风力涡轮机部件对准的系统。更具体地，本发明涉及一种用于将风力涡轮机部件与风力涡轮机转子毂对准的方法和系统。
背景技术
现代风力涡轮机通常用于将电力供给到电网。这种涡轮机通常包括转子，其具有转子毂和多个桨叶。具有桨叶的转子在风力影响叶轮的情况下转动。转子轴的转动直接驱动发电机转子(“直接驱动”)或通过使用变速箱驱动发电机转子。在使用变速箱的涡轮机中，低速轴(通常为转子轴)的转动通过适当的齿轮装置转换成高速轴的转动，所述高速轴的转动驱动发电机。
EP 1 617 075公开了一种用于当变速箱置换时临时地支撑转子轴的方法和系统。转子毂连接到转子轴。用于转子轴的支撑结构(轭)确保转子毂和桨叶不需要从转子轴去除而能够在没有破坏主要转子轴承的情况下置换变速箱。轭包括用于调节其高度的调节装置。
重要的是变速箱和/或发电机完全与风力涡轮机转子对准。偏移会增大振动、循环载荷和材料应力。然而，难以达到完全对准。通常使用起重机或其它起重设备安装诸如转子、变速箱和发电机的涡轮机部件，所述起重机或其它起重设备在安装期间固有地具有一定的不精确度。部件的重量也是重要的因素，并且多种部件的良好对准是困难的，费力的，并且从而是昂贵的任务。
此外，可能会出现的是，安装时完全对准的部件在风力涡轮机操作期间变得稍偏移。对于这种偏移最普通的原因是蠕变。如果偏移被忽略，较高的载荷和振动会导致关键部件较短的寿命。如果注意到偏移，则通常使涡轮机停止，并且必须重新定位部件。某些部件的(举升和)重新定位会需要额外的工具。操作的中断以及随后的维护会带来显著的成本。
因而，需要在安装期间帮助风力涡轮机部件对准。也需要一种用于补救安装后出现的偏移的方法和系统。另外，需要安全地监测风力涡轮机部件的对准。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于将风力涡轮机部件对准的方法和用于将风力涡轮机部件对准的系统，所述方法和系统至少部分地解决了上述问题。通过根据权利要求1所述的方法和根据权利要求11所述的系统实现该目的。在从属权利要求中说明其它有利的实施例。
在第一方面中，本发明提供一种用于将风力涡轮机部件与风力涡轮机转子毂对准的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：给部件提供支撑件，所述支撑件包括至少一个可调节的元件；以及，调节所述至少一个元件以将风力涡轮机部件对准。所述提供包括至少一个可调节的元件的支撑件的步骤具有两个主要的优点。首先，在安装期间，风力涡轮机部件(例如，变速箱)不需要放置在其精确的位置中。然而，该部件定位在近似的位置(该位置将非常靠近期望的位置)中；继而可以使用支撑件中的可调节的元件进行最终调节。当安装风力涡轮机时，这样可以节约很多时间和成本。其次，如果在操作期间出现偏移，则不需要位移部件，并且不需要额外的工具。支撑件的可调节的元件可以用于恢复对准。
可选地，包含在支撑件中的可调节的元件具有可调节的刚度，并且调节所述元件是调节所述元件的刚度。诸如变速箱的风力涡轮机部件通常包括某一形式的振动阻尼。该振动阻尼通过弹性支撑件共同地提供。根据本发明，这些相同的振动阻尼器可以用于将部件对准。例如，如果部件搁置在支撑件的顶部上，则主要通过部件的重量和支撑件的刚度确定竖直方向上的位置。通过调节支撑件的刚度，可以调节部件的位置。在另一个示例中，如果支撑件设置在部件的两侧上，则可以通过增大一侧上的刚度(“推动”部件)和减小另一侧上的刚度微调部件的位置。
另一个选择是可调节的元件具有可调节的厚度，并且调节所述元件是调节元件的厚度。又一个选择是可以调节可调节的元件的位置，并且调节所述元件是调节所述元件的位置。清楚地，通过改变用于支撑部件的元件的厚度或位置，可以改变部件的位置。通过相对于待对准的部件将可调节的元件设置在适当的位置中并且因为可以修改元件的特性(例如，厚度，位置，刚度)，得到用于简单的对准的方法和系统。
最适用于根据本发明的方法且最易感受到偏移的风力涡轮机部件是变速箱和发电机。根据本发明，可调节的支撑件可以设置在变速箱上或发电机上，或设置在变速箱和发电机二者上。
优选地，所述给风力涡轮机部件提供支撑件的步骤包括以下步骤：提供在至少两个正交方向上的分离的可调节的元件，所述支撑件包括至少一个可调节的元件。通过提供用于各正交方向的分离的元件，实现较好的对准调节。本发明的优选实施例包括支撑件，所述支撑件具有设置在y方向(水平方向，与转子轴的纵向方向正交)上和z方向(基本竖直的方向，与转子轴的纵向方向正交)上的可调节的元件。这样，可以在没有影响z方向上的部件对准的情况下控制y方向上的部件的精确对准。在本发明的另一个实施例中，在所有三个正交方向上设置分离的可调节的元件。
任选地，在风力涡轮机运行之前进行对准，即，在安装风力涡轮机期间或在维修期间。当部件已经被升起到涡轮机的塔上并且适当地定位时，可以测量到对准(偏移)。然后，通过调节支撑件，可以改进对准。
另一个选择是当风力涡轮机运行时进行调节。可以不断地监测部件的偏移，并且可以从风力涡轮机控制系统将偏移的信号发送到例如遥控室。当发现偏移时，操作人员可以来到涡轮机处，并且可以在没有中断涡轮机运行的情况下调节支撑件。因为不需要中断涡轮机操作并且因为可以容易修复对准，所以显著地节约成本。
可以以多种方式测量偏移。可以测量某些位置处的应力振动，可以监测振动，等等。在根据本发明的优选实施例中，使用在联接板处的近程式传感器测量偏移，所述联接板将转子毂连接到转子轴(低速轴)。近程式传感器可以测量联接板和毂自身之间的距离。在完全对准期间，所测量到的距离在轴的转动中将是恒定的。当部件偏移时，传感器和毂之间的距离将在转动期间变化。
在第二方面中，本发明提供一种用于将风力涡轮机部件与风力涡轮机转子毂对准的系统，所述涡轮机转子毂包括支撑件，所述支撑件具有至少一个可调节的元件，所述至少一个可调节的元件支撑所述风力涡轮机部件，以便可以通过调节所述至少一个元件而将所述风力涡轮机部件对准。待对准的风力涡轮机部件可以是例如变速箱或发电机。变速箱的较好对准将导致转子轴与转子毂的较好对准。而在现有技术的系统中，难以实现较好的对准，借助新的系统，变速箱(或例如，发电机)仅必须定位在近似的位置中。可以使用设置在支撑件中的至少一个可调节的元件而实现进一步对准。可以提供多个可调节的元件。本领域的技术人员可以确定适当的位置和可调节的元件的数量，并且也可以选择可以调节元件的方式(例如，位置，刚度，厚度，通过机械装置或液压装置，等等)。
在根据本发明的优选实施例中，可调节的元件包括弹性元件和调节螺栓，可通过将所述螺栓推进所述弹性部件中而调节所述元件的刚度。技术人员可以容易采用和操纵的螺栓确定弹性元件的刚度。增大可调节的元件的刚度将把部件推开，而减小刚度将允许部件在支撑件上压陷下去。通过适当地放置可调节的元件，可以得到有效的对准系统。在某些实施例中，螺栓承载推动元件，所述推动元件推进弹性元件中。在某些实施例中，通过多个弹性体层以及中间的金属层形成弹性部件。在可替代的实施例中，调节螺栓可以用适当的液压系统代替，所述液压系统用于调节至少一个可调节的元件的刚度。
在另一个优选的实施例中，至少一个可调节的元件包括与风力涡轮机部件接触的部件和可调节的螺栓，可通过将所述螺栓推靠在所述与风力涡轮机部件接触的部件上而调节所述部件的位置。在该实施例中，可调节的元件的位置被改变成与涡轮机部件对准。调节螺栓(所述调节螺栓也可以用适当的液压系统代替)可以将所述与风力涡轮机部件接触的部件推开，或调节螺栓可以收回以允许风力涡轮机部件将所述与风力涡轮机部件接触的部件推开。
优选地，所述系统包括在至少两个正交方向上的分离的可调节的元件。虽然可以通过提供仅在一个方向上的支撑件改进对准，但是可以通过将一个方向上的可调节性与另一个方向上的可调节性分离而增大可得到的精确度和控制程度。
在某些实施例中，系统包括在三个正交方向上的分离的可调节的支撑件。通过提供x方向(转子轴的纵向方向)上、y方向(基本水平的方向，与x方向垂直)上和z方向(基本竖直的方向，与x方向和y方向垂直)上的可调节的支撑件，可以获得额外的控制。除了将风力涡轮机部件对准以外，可调节的支撑件也可以用于阻尼来自部件的振动并且支撑部件的重量。
优选地，用于测量偏移的近程式传感器设置在将毂联接到转子轴的联接板处。根据本发明的对准系统和方法尤其有利于这样的风力涡轮机，其中毂通过框架支撑并且驱动设置在框架内侧的转子轴。在这些风力涡轮机中，转子轴与转子毂的对准不是固有的(并且从而，所述转子轴与转子毂的对准对于将诸如变速箱和/或发电机的涡轮机部件适当地对准转子轴和转子毂来说是尤其重要的)；在其它涡轮机中，其中转子轴承载毂，转子轴和毂二者必然对准。在涡轮机中，其中毂通过向前伸出的框架支撑，毂使用联接板(或，联接元件)联接到转子轴。设置在联接元件上的近程式传感器在毂转动时可以测量联接元件到毂的距离。如果所有部件都较好地对准，则传感器将测量到的所述距离将是恒定的。如果另一方面，部件没有较好地对准，则在转动过程中近程式传感器测量到的所述距离将不断地变化。
附图说明
以下将参照附图以非限制性示例的方式说明本发明的特殊实施例。其中：
图1是传统的风力涡轮机的侧视图(和局部剖视图)，其中可以使用根据本发明的方法和系统；
图2是另一个传统的风力涡轮机的侧视图(和局部剖视图)，其中可以使用根据本发明的方法和系统；
图3是根据本发明的用于将风力涡轮机部件对准的系统的第一实施例的示意性俯视图；
图4是图3中所示的实施例的侧视图；
图5示出根据本发明的另一个实施例的细节的三维视图；
图6示出图5中所示的实施例的侧视图；
图7和8示出根据本发明的用于测量偏移的系统的优选实施例的俯视图。
具体实施方式
图1示意性地示出传统的风力涡轮机的机舱1(内部)，其中可以有利地使用根据本发明的方法和系统。机舱1定位在塔2上。毂3承载多个(例如，三个)转子桨叶(图1中未示出)。塔也承载框架8，所述框架8包括前部分8a和后部分8b。前部分朝向塔2前方伸出，并且通过轴承可转动地承载转子毂3。转子毂通过弹性联接板9驱动转子轴4。转子轴4大部分伸到框架8内部，并且转子轴4是变速箱5的驱动轴。转子轴的转动通过变速箱5内的适当的齿轮装置转换成高速轴7的转动，所述高速轴7的转动继而驱动发电机6。
图2示出另一个传统的风力涡轮机的机舱(内部)，其中可以有利地使用根据本发明的方法和系统。该风力涡轮机与图1中所示的风力涡轮机非常类似，并且相同的附图标记用于指示相同的部件。图2中示意性地指示连接到毂3的风力涡轮机桨叶的根部11。附图标记10用于指示机舱的横摆(yawing)系统。用于承载毂3的框架8同样由前部分8a和后部分8b构成。图1和图2中所示的风力涡轮机不同之处在于变速箱5相对于发电机6的布置。
根据本发明的方法和系统尤其用于(而不是排他性地用于)图1和图2中所示类型的风力涡轮机。通过框架8的位置限定所示的风力涡轮机中的毂的转动轴线。毂即围绕该框架转动。转子轴4需要与该转动轴线对准，并且变速箱和发电机需要与转子轴对准。该情况中的偏移的问题比其中毂直接安装在转子轴上的可替代的风力涡轮机更加严重。即，在那些可替代的涡轮机中，不需要将毂的转动轴线与转子轴对准，这是因为毂的转动轴线和转子轴将通过限定而对准。
虽然在图1和图2中，设置变速箱，但是原则上本发明可以应用到其中转子轴直接驱动发电机的风力涡轮机(所谓的“直接驱动式”风力涡轮机)中。
图3示出根据本发明的对准系统的第一实施例的俯视图。在附图中，对准系统示出为与变速箱5相关(虽然在本发明的范围内，该系统也可以应用到其它风力涡轮机部件)。转子轴4是变速箱5的驱动轴，并且高速轴7通向发电机。变速箱5在任一侧上包括安装结构5b以用于安装变速箱。附图标记20指示可调节的元件。
根据该实施例的可调节的元件20包括与变速箱安装结构接触的弹性部件21(示意性地指示为弹簧)、推动元件22和调节螺栓23。可以通过螺栓23的简单转动而调节元件20。
转动导致推动元件22(所述推动元件22在该实施例中形成安装有弹性部件21的基部)推压抵靠在部件21上或从部件21拉开，有效地改变了部件21的位置。在可替代的实施例中，调节螺栓23可以用其它适当的系统替换，例如，液压系统。
可调节的元件20设置在支撑结构15内，所述支撑结构15固定到框架，在所述框架上安装有变速箱。在参照图3和4的实施例中，可调节的元件设置在x方向、y方向和z方向上(虽然在图3中看不到)。就该情况而言x方向定义为转子轴的纵向方向。如果正确地对准，则x方向应当与毂的转动轴线重合。y方向与x方向垂直，并且位于水平面内。可以清楚地看到，x方向上的支撑件和y方向上支撑件清楚地分离。现在，例如通过使用设置在y方向上的元件，推动变速箱一侧上的元件(可以是多个元件)并且调节另一侧上的元件(可以是多个元件)以能够从相对的一侧推动，可以校正某些偏移。除此功能以外，支撑件还可以执行衰减变速箱的振动的功能。
图4示出同一实施例的不同视图。变速箱示出放置在框架8上。可以看到x方向上的和z方向(该z方向与精确限定的x方向和y方向两个方向垂直)上的可调节的元件20。可以参见图4，可以使用设置在z方向上的可调节的元件20影响变速箱在z方向上的位置。这些元件可以设置在变速箱的侧结构5b的顶部上和下面。类似于y方向，可以调节z方向上的对准。
在图3和4中所示的根据本发明的实施例中，仅一个元件20设置在x方向上。因而，所述x方向上的元件不能用于将变速箱与转子毂对准。在所示的实施例中的主要目的是支撑变速箱的重量。在可替代的实施例中，两个x方向上的可调节的元件可以设置在变速箱后方。还可以在变速箱的左侧上设置一个这种可调节的元件，还可以在变速箱的右侧上设置另一个这种可调节的元件。借助该构造，可以通过调节x方向上的元件而使变速箱(围绕z轴线)转动。具有至少两个x方向上的元件的构造可以与图3和4中所示的实施例结合，或是独立的(没有其它可调节的元件)，或与例如z方向上的可调节的元件结合。
图5和6示出本发明的可替代实施例的三维详细视图和侧视图。变速箱5示出安装在框架8上。固定到框架8的是用于支撑可调节的元件20的支撑结构15。调节螺栓23可以推进弹性元件21或从弹性元件21去除，由此调节弹性部件21的刚度。在图5中，该实施例中的弹性部件通过多个弹性层形成，在多个弹性层之间有多个金属层。在本发明的范围内，也可以使用其它弹性部件。一个示例是这样的弹性体，即，在弹性体的任一端上仅有金属层，而没有中间的金属层。另一个示例是这样的弹性体(有或没有中间的金属层)，其中可以通过推压在该弹性体上并由此改变其刚度的适当的液压系统来调节刚度。
图7和8指示用于监测转子轴和变速箱的对准(或偏移)的系统。在图7中，转子轴的纵向方向x与毂的转动轴线xH精确地对准。在联接板9上设置有近程式传感器(proximity sensor)30。传感器不断地测量传感器与毂相距的距离。在其中变速箱和转子轴与毂对准的情况下，不管传感器是定位在用实线指示的位置处还是用虚线指示的位置处，传感器30都将不断地测量到传感器与毂相距相同的距离。
在图8中，转子轴和变速箱没有与转子毂精确地对准。x方向没有与xH方向重合。例如，当近程式传感器30处于用实线所示的位置中时和处于用虚线所指示的位置中时，近程式传感器30将测量到不同的距离。实际上，来自传感器的信号将显示与毂转动相同频率的正弦波。在操作期间，在没有中断操作的情况下，可调节的元件现在可以用于将变速箱与转子轴对准。用近程式传感器可以立即测量到对准的改进，并且当正弦波具有零振幅时实现对准。
虽然在图7和8中示出用于监测偏移的系统的优选实施例，但是在本发明的范围内，可以使用本技术领域的工作人员已知的其它系统。例如可以通过振动或材料应力的增大而检测偏移。
而且虽然在附图中，所示的可调节的元件仅关于其位置或刚度是可调节的，但是在本发明的范围内，也可以使用其它可调节的元件(例如，具有可调节的厚度)。

Claims (15)

1.一种用于将风力涡轮机部件与风力涡轮机转子毂(3)对准的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：给所述风力涡轮机部件提供包括至少一个能调节的元件(20)的支撑件；以及，调节所述至少一个能调节的元件以将所述风力涡轮机部件对准。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述能调节的元件(20)具有能调节的刚度，并且调节所述能调节的元件是调节所述能调节的元件的刚度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述能调节的元件(20)具有能调节的厚度，并且调节所述能调节的元件是调节所述能调节的元件的厚度。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述能调节的元件(20)的位置能够被调节，并且调节所述能调节的元件是调节所述能调节的元件的位置。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述风力涡轮机部件是变速箱(5)。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述风力涡轮机部件是发电机(6)。
7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，给所述风力涡轮机部件提供包括至少一个能调节的元件(20)的支撑件的步骤包括在至少两个正交方向上提供分离的能调节的元件的步骤。
8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述风力涡轮机运行之前进行所述对准。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，在所述风力涡轮机运行时进行所述对准。
10.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过联接板(9)处的近程式传感器(30)测量偏移，所述联接板(9)将所述毂联接到所述转子轴(4)。
11.一种用于将风力涡轮机部件与风力涡轮机转子毂对准的系统，所述系统包括支撑件，所述支撑件具有至少一个能调节的元件(20)，所述至少一个能调节的元件(20)支撑所述风力涡轮机部件，以便能够通过调节所述至少一个能调节的元件(20)而将所述风力涡轮机部件对准。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述至少一个能调节的元件(20)包括弹性部件(21)和调节螺栓(23)，所述能调节的元件(20)的刚度能通过所述调节螺栓(23)推进到所述弹性部件(21)中的程度而被调节。
13.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述至少一个能调节的元件(20)包括与所述风力涡轮机部件接触的构件(21)和调节螺栓(23)，所述与所述风力涡轮机部件接触的构件(21)的位置能通过所述调节螺栓推压在所述构件(21)上的程度而被调节。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统包括在至少两个正交方向上的分离的能调节的元件(20)。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的系统，其特征在于，用于测量偏移的近程式传感器(30)设置在联接板(9)处，所述联接板(9)将所述毂联接到所述转子轴(4)。
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