CN102232146B - 风力涡轮发电机及其维护方法 - Google Patents

Abstract

一种风力涡轮发电机，设置有：主轴，用于支撑风力涡轮机转子；主轴承，可旋转地支撑主轴；发电机，设置有发电机转子和定子；和套筒，连接至发电机转子并插在主轴上。定子设置有：定子磁极，沿主轴的圆周方向排列；和第一定子板和第二定子板，相对可旋转地连接至主轴，以支撑定子磁极，并沿主轴的轴向方向设置。发电机转子设置有：沿圆周方向排列的转子磁极；和至少一个磁极支撑结构，连接至主轴，以支撑转子磁极，并设置在第一定子板和第二定子板之间。第一定子板和第二定子板以及转子磁极支撑结构构造为，使得转子磁极和定子磁极能够从套筒上拆卸。关于第一定子板和第二定子板以及转子磁极支撑结构，当离主轴的靠近发电机的一端的距离减小时，转子磁极和定子磁极从套筒上拆卸的位置靠近主轴。

Description

风力涡轮发电机及其维护方法

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮发电机，特别地，涉及该风力涡轮发电机中的发电机结构。

背景技术

一种熟知的作为风力涡轮发电机中的主轴和发电机转子之间的连接结构的结构为这样一种结构，其中发电机转子连接至圆筒形套筒，并且该套筒固定至主轴。这种结构例如在国际公开文献WO2007/111425A1(专利文献1)中公开了。专利文献1公开了一种连接结构，其中连接发电机转子的转子轴承(对应于本申请中的套筒)由收缩盘(对应于本申请中的收缩配合件)固定至主轴。在该连接结构中，收缩盘定位在发电机和轴承之间，其中转子轴承固定至主轴。收缩盘包括固定盘和活动盘，并且固定盘和活动盘通过螺栓相互连接在一起。螺栓平行于主轴的中心轴线插入。当螺栓被固定时，活动盘对推动，使得收缩盘的内径减小，并且转子轴承固定至主轴。

在其中套筒固定至主轴的结构中存在的一个问题是，用于套筒从主轴上松开和将套筒插在主轴上的操作工作较难。为了确保固定强度，优选的是，套筒和主轴之间的间隙较窄。从这种观点来说，套筒和主轴之间的间隙通常调整为约0.1mm。然而，套筒和主轴之间的窄间隙使得难以执行将套筒从主轴上拆卸和将套筒插在主轴上的操作工作。

当在安装风力涡轮发电机之后要求更换发电机时，这个问题特别重要。在完成风力涡轮发电机的安装之后，执行诸如将套筒从主轴上拆卸和将套筒插在主轴上之类的操作工作非常困难。例如，在具有5MW输出等级的风力涡轮发电机中，发电机的重量超过100吨。当在塔架上执行风力涡轮发电机的更换时，这种更换必须在发电机由起重机吊起时执行；然而，在重的电机由起重机吊起时，非常难以执行将套筒从主轴上拆卸和将套筒插在主轴上的操作工作。

引用列表

[专利文献]

专利文献1：国际公开文献WO2007/111425A1

发明内容

因此，本发明的目标是提供一种便于更换风力涡轮发电机中的发电机的技术。

在本发明的一个方面中，一种风力涡轮发电机，设置有：主轴，用于支撑风力涡轮机转子；主轴承，可旋转地支撑主轴；发电机，设置有发电机转子和定子；和套筒，连接至发电机转子并插在主轴上。定子设置有：定子磁极，沿主轴的圆周方向排列；和第一定子板和第二定子板，相对可旋转地连接至主轴，以支撑定子磁极，并沿主轴的轴向方向设置。发电机转子设置有：沿圆周方向排列的转子磁极；和至少一个磁极支撑结构，连接至主轴，以支撑转子磁极，并设置在第一定子板和第二定子板之间。第一定子板和第二定子板以及转子磁极支撑结构构造为，使得转子磁极和定子磁极能够从套筒上拆卸。关于第一定子板和第二定子板以及转子磁极支撑结构，当离主轴的靠近发电机的一端的距离减小时，转子磁极和定子磁极从套筒上拆卸的位置靠近主轴。

在一种实施方式中，第一定子板设置比第二定子板远离主轴的靠近发电机的一端，第一定子板包括连接至套筒的第一板构件和连接至定子磁极并能够从第一板构件上拆卸的第二板构件，而转子磁极支撑结构包括连接至套筒的第一支撑构件和连接至转子磁极并能够从第一支撑构件上拆卸的第二支撑构件，并且第二定子板包括，连接至套筒的第三板构件和连接至定子磁极并能够从第三板构件上拆卸的第四板构件。在这种情况中，优选的是，第二板构件的靠近套筒的端部设置为比第一支撑构件的靠近转子磁极的端部远离主轴，并且其中第二支撑构件的靠近套筒的端部设置为比第三支撑构件的靠近转子磁极的端部远离主轴。

优选的是，第一定子板和第二定子板中的至少一个在对应于转子磁极在转子磁极支撑结构中从套筒上拆卸的位置的位置处设置有孔。

优选的是，至少转子磁极支撑结构包括沿主轴的轴向方向排列的多个转子磁极支撑结构，并且其中根据多个转子磁极支撑结构中的每一个离主轴的端部的距离的减小，转子磁极从套筒上拆卸的位置靠近主轴。

在一种实施方式中，优选的是，第一定子板和转子磁极支撑结构设置为彼此相对，并且其中第一定子板和转子磁极支撑结构每个都设置有用于连接临时固定工具的连接结构，临时固定工具用于临时固定第一定子板和转子磁极支撑结构。在这种情况中，临时固定工具可以包括楔形件或杆状构件，并且连接结构可以为插入临时固定工具的孔。

优选的是，当用于维护工作的孔设置为穿过第一和第二定子板中的至少一个时，一种用于风力涡轮发电机的维护方法包括：将保护管插入穿过第一定子板设置的孔中的步骤，以及在保护管内，执行用于固定连接至套筒的转子磁极支撑结构的第一支撑构件和连接至转子磁极的第二支撑构件的操作工作的步骤，或者执行用于将第二支撑构件从第一支撑构件上拆卸的操作工作的步骤。

本发明便于风力涡轮发电机的发电机的更换。

附图说明

图1为示意性地示出本发明的一种实施方式中的风力涡轮发电机的结构的示意图；

图2A为详细示出本发明的一种实施方式中的发电机的结构的示意图；

图2B为详细示出在本发明的一种实施方式中发电机转子和定子连接至套筒的一部分的结构的示意图；

图2C为示出发电机转子和定子已经与套筒分开的状态的示意图；

图2D为详细示出本发明的另一种实施方式中的发电机的结构的示意图；

图3为示出用于将螺栓固定在发电机中的优选程序的示意图；

图4为示出用于将螺栓固定在发电机中的优选程序的示意图；和

图5为示出用于将螺栓固定在发电机中的优选程序的示意图。

具体实施方式

图1为示意性地示出本发明的一种实施方式中的风力涡轮发电机的结构的示意图。该实施方式的风力涡轮发电机1设置有塔架2、吊舱底板3、主轴4、轴承5和6、轴承座7和8以及发电机9。吊舱底板3可旋转地连接至塔架2的顶部，以允许偏航旋转。主轴4由两个轴承5和6可旋转地支撑，轴承5和6用轴承座7和8固定在吊舱底板3上。主轴4的一端与涡轮机转子(未示出)连接在一起，而其另一端与发电机9的转子连接在一起。在该实施方式的风力涡轮发电机1中，主轴4被涡轮机转子和发电机转子共用，使得该实施方式的风力涡轮发电机1构造为所谓的直接驱动风力涡轮发电机。

图2A示出该实施方式中的风力涡轮发电机1的结构，具体地，详细地示出发电机9的结构。发电机9设置有发电机转子11和定子12。发电机转子11连接至套筒21，套筒21由液压收缩配合件25固定在主轴4上，使得发电机转子11连接至主轴4。液压收缩配合件25设置有固定环25a和活动环25b。当液压流体(通常为液压油)供给至设置在液压收缩配合件25上的端口时，活动环25b移动，使得液压收缩配合件25的内径减小，以将套筒21固定在主轴4上。有利的是，液压收缩配合件25设置在发电机9内，因为这样通过降低轴承6和发电机9之间的距离而降低主轴4的弯曲。

此外，端板22用来防止套筒21沿轴向方向(平行于主轴4的中心线的方向；下文中相同)移动。具体地，端板22被连接以桥接套筒21的端部和主轴4的端部，并且套筒21夹在轴承固定环20和端板22之间，轴承固定环20固定轴承6。这抑制了套筒21沿轴向方向的移动。

如下文将详细描述的，在该实施方式中，发电机9具有可分开的结构，以便在不将套筒21从主轴4上拆卸的情况下更换发电机9。在不将套筒21从主轴4上拆卸的情况下更换发电机9的事实的好处在于，便于更换发电机。下文将详细说明发电机9的结构。

发电机转子11设置有用作转子磁极的场磁铁13、支撑场磁铁13的支承板14和用于支撑支承板14的转子板15和16。转子板16包括多个板构件16a和16b。转子板15由螺栓31固定至套筒21的凸缘21a。另一方面，转子板16的板构件16a由螺栓32a固定至套筒21，板构件16b由螺栓32b固定至板构件16a。在这里，应当注意到，虽然在附图中仅示出了一个螺栓31、一个螺栓32a和一个螺栓32b，但实际上多个螺栓31、32a和32b沿圆周方向设置。

另一方面，定子12设置有用作定子磁极的定子绕组17和支撑定子绕组17的定子板18和19。定子板18包括多个板构件18a和18b，类似地，定子板19包括多个板构件19a和19b。发电机轴承23固定至定子板18的板构件18a的内端，板构件18b由螺栓33固定至板构件18a的外端。类似地，发电机轴承24固定至定子板19的板构件19a的内端，板构件19b由螺栓34固定至板构件19a。在这种结构中，发电机9也由具有发电机轴承23和24的主轴4支撑。这种结构对分散由发电机9的重量引起的机械载荷是有效的。在这里，应当注意到，虽然在附图中仅示出了一个螺栓33和一个螺栓34，但多个螺栓33和34沿圆周方向设置。

在这里，应当注意到，固定定子板18的板构件18a和18b的螺栓33、固定套筒21的凸缘21a和转子叶片15的螺栓31、固定转子板16的板构件16a和16b的螺栓32b、以及固定定子板19的板构件19a和19b的螺栓34设置为使得这些螺栓离主轴4的中心轴线的距离随着这些螺栓离在发电机9侧上的主轴4的端部的间隔而增加。也就是说，采用这种结构，使得用于将场磁铁13和定子绕组17固定至套筒21的固定夹紧装置的离主轴4的中心轴线的位置随着固定夹紧装置离主轴4的中心轴线的距离变远而远离主轴4的端部。

更具体地，如图2B所示，定子板18的板构件18b的靠近套筒21的一端的位置比凸缘21a、转子板16的板构件16a、定子板19的板构件19a的靠近定子绕组17的一端的位置更远离主轴4的中心轴线。而且，转子板15的靠近套筒21的一端的位置比转子板16的板构件16a和定子板19的板构件19a的靠近定子绕组17的一端的位置更远离主轴4的中心轴线。而且，转子板16的板构件16b的靠近套筒21的一端的位置比定子板19的板构件19a的靠近定子绕组17的一端的位置更远离主轴4的中心轴线。在这里，应当注意到，凸缘21a和板构件16a是连接到套筒21以在场磁铁13从套筒21拆卸时保持在支撑场磁铁13的转子磁极支撑结构上的构件，定子板19的板构件19a为连接至套筒21以在定子绕组17从套筒21上拆卸时保持的构件。

如图2C所示，在该实施方式的风力涡轮发电机1中，当执行维护工作时，使用上述结构允许在不将套筒21从主轴4上拆卸的情况下拆卸发电机转子11的场磁铁13和定子12的定子绕组17。具体地，通过松开并去除螺栓33和34，定子绕组17可以与板构件18b和19b一起拆卸。类似地，通过松开并去除螺栓31和32b，场磁铁13可以与支承板14、转子板15和板构件16b一起拆卸。在这里，使用图2B中的结构避免发电机9的拆卸工作期间构件之间的干扰。

相反地，通过将定子绕组17连接至板构件18a和19b，并将螺栓33和34固定至板构件18a和19b，可以重新连接定子绕组17。而且，通过固定螺栓31和32b，将场磁铁13连接至支承板14，并将转子板15和板构件16b连接至支承板14，可以重新连接场磁铁13。因此如所描述的那样，在该实施方式的风力涡轮发电机1中，在不将套筒21从主轴4上拆卸的情况下可以执行重要结构构件(场磁铁13、定子绕组17)的更换。

此外，对于便于这种工作优选的是，与场磁铁13和定子绕组17一起拆卸的构件设置为比与套筒21保持在一起的构件更靠近主轴4的端部。例如，关于定子板18，与定子绕组17一起拆卸的板构件18b固定至与套筒21保持在一起的板构件18a的更靠近主轴4的端部的表面上。关于与场磁铁13一起拆卸的转子板15，转子板15固定至套筒21的凸缘21a的更靠近主轴4的端部的表面。至于转子板16，与场磁铁13一起拆卸的板构件16b固定至与套筒21保持在一起的板构件16a的更靠近主轴4的端部表面。最后，至于定子板19，与定子绕组17一起拆卸的板构件19b固定至与套筒21保持在一起的板19a的更靠近主轴4的端部表面。这种结构优选地便于场磁铁13和定子绕组17的拆卸操作工作。

在这里，用于通过螺栓31固定转子板15和通过螺栓32a和32b固定转子板16的板构件16a和16b的操作工作在发电机9内执行。以类似的方式，用于将螺栓31从转子板15拆卸和用于将螺栓32a和32b从板构件16a和16b上拆卸的操作工作在发电机9内执行。当在这些操作工作中外部物质进入发电机9时，这可能引起发电机9的损坏。

为了避免由于外部物质的进入对发电机9的损坏，优选的是，用于固定螺栓31、32a和32b或拆卸它们的操作工作在从定子板18或19插入的保护管内执行。图3至图5为示出在保护管41内执行螺栓31的固定的程序的概念性示意图。

如图3所示，在对应于螺栓31的位置处穿过定子板18的板构件18a形成孔。在执行维护工作中，保护管41插入该孔。此时，发电机转子11被调整在目标螺栓31可以容纳在保护管41中的角度处。插入保护管41，以抵靠在套筒21的凸缘21a上。此时，为了防止外部物质进入保护管41，优选的是将保护管41插入该孔中，盖子42连接至保护管41的入口。在该实施方式中，盖子42由螺栓43a和43b可拆卸地连接至保护管41。随后，盖子42从保护管41上拆卸，并且目标螺栓31被固定。此时，如图4所示，使用具有比保护管41的内径小的直径的、用于固定螺栓31的专用固定工具44便于该操作工作。随后，在盖子42再次连接至保护管41之后，将保护管41抽出到保护管41不干扰转子板15的位置。而且，发电机转子11稍微转动，使得保护管41到达对应于接下来将要固定的螺栓31的位置。随后通过重复与此类似的后续过程，固定螺栓31。在所有的螺栓31都固定之后，定子板18的板构件18a的孔由盖子45封闭，如图5所示。根据上述程序，在该操作工作期间可以避免外部物质进入发电机9。

类似地，通过在保护管41执行用于拆卸螺栓31的操作工作，也可以避免外部物质进入发电机9。

至于转子板16的螺栓32b，通过以如上所述的相同方式在保护管内执行固定和拆卸工作，可以避免外部物质的进入。在这种情况中，孔在对应于螺栓32b的位置处穿过定子板19的板构件19b形成，保护管插入孔中，以抵靠在板构件16b上。

在固定螺栓31和32b的过程中，上述程序避免了外部物质进入发电机9。这有效地避免了对发电机9的损坏。

返回参照图2A，优选的是，为该实施方式的风力涡轮发电机1提供用于连接临时固定工具35和36的连接结构，该临时固定工具35和36将发电机转子11临时固定在定子板18和19上。例如，在运送发电机9时，通过采用临时固定工具35和36将发电机转子11临时固定在定子板18和19上，保持发电机转子11和定子12之间的间隙，以便防止对发电机9的损坏。在图2A中示出的结构中，楔形件用作临时固定工具35和36。在这种情况中，插入楔形件的孔被设置穿过定子板18和19。通过将楔形件穿过孔插入在发电机转子11和定子12之间，可以临时固定发电机转子11和定子12。

在另一个实施方式中，如图2D所示，诸如轴销之类的杆状构件可以用作临时固定工具35A和36A。在这种情况中，插入杆状构件的孔设置为穿过定子板18和19以及转子板15和16。通过将杆状构件插入穿过定子板18和19以及转子板15和16设置的孔中，可以临时固定发电机转子11。此外，临时固定工具35和36可以构造为临时连接定子板18和19以及支承板14。用于将发电机转子11临时固定到定子板18和19上的结构可以以各种方式进行构造。

虽然以上描述了本发明的一种实施方式，但本发明不应当解释为限于上述实施方式。对本领域技术人员来说明显的是，可以采用各种修改实现本发明。特别地，虽然在图2A至2D中，转子板15和16用作连接结构，用于将场磁铁13和支承板14连接至套筒21，但本领域技术人员容易理解，用于将场磁铁13和支承板14连接至套筒21的结构可以以各种方式进行修改。

Claims (7)

1.一种风力涡轮发电机，包括：

主轴，用于支撑风力涡轮机转子；

主轴承，可旋转地支撑所述主轴；

发电机，设置有发电机转子和定子；和

套筒，连接至所述发电机转子并插在所述主轴上，

其中，所述定子包括：

定子磁极，沿所述主轴的圆周方向排列；和

第一定子板和第二定子板，相对于主轴可旋转地连接至所述主轴，以支撑所述定子磁极，并沿所述主轴的轴向方向排列，

其中，所述发电机转子包括：

沿所述圆周方向排列的转子磁极；和

至少一个转子磁极支撑结构，连接至所述主轴，以支撑所述转子磁极，并设置在所述第一定子板和第二定子板之间，

其中，所述第一定子板和第二定子板以及所述转子磁极支撑结构构造为，使得所述转子磁极和定子磁极能够从所述套筒上拆卸，并且

其中，关于所述第一定子板和第二定子板以及所述转子磁极支撑结构，当所述转子磁极和所述定子磁极从所述套筒上拆卸的位置到所述主轴的更靠近所述发电机的一端的距离减小时，所述转子磁极和所述定子磁极从所述套筒上拆卸的位置就越靠近所述主轴。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮发电机，其中，所述第一定子板定位成比所述第二定子板远离所述主轴的靠近所述发电机的一端，

其中，所述第一定子板包括：

第一板构件，连接至所述套筒；和

第二板构件，连接至所述定子磁极并能够从所述第一板构件上拆卸，

其中，所述转子磁极支撑结构包括：

第一支撑构件，连接至所述套筒；和

第二支撑构件，连接至所述转子磁极并能够从所述第一支撑构件上拆卸，

其中，所述第二定子板包括：

第三板构件，连接至所述套筒；和

第四板构件，连接至所述定子磁极并能够从所述第三板构件上拆卸，

其中，所述第二板构件的更靠近所述套筒的端部定位成比所述第一支撑构件的更靠近所述转子磁极的端部远离所述主轴，并且

其中，所述第二支撑构件的更靠近所述套筒的端部定位成比所述第三板构件的更靠近所述定子磁极的端部远离所述主轴。

3.根据权利要求1所述的风力涡轮发电机，其中，所述第一定子板和第二定子板中的至少一个在对应于所述转子磁极在所述转子磁极支撑结构中从所述套筒上拆卸的位置的位置处设置有孔。

4.根据权利要求1所述的风力涡轮发电机，其中，所述至少一个转子磁极支撑结构包括沿所述主轴的轴向方向排列的多个转子磁极支撑结构，并且

其中，在所述多个转子磁极支撑结构的每一个中，根据所述转子磁极从所述套筒上拆卸的位置到所述主轴的端部的距离的减小，所述转子磁极从所述套筒上拆卸的位置就越靠近主轴。

5.根据权利要求1所述的风力涡轮发电机，其中，所述第一定子板和转子磁极支撑结构设置为彼此相对，并且

其中所述第一定子板和所述转子磁极支撑结构每个都设置有用于连接临时固定工具的连接结构，所述临时固定工具用于临时固定所述第一定子板和所述转子磁极支撑结构。

6.根据权利要求5所述的风力涡轮发电机，其中，所述临时固定工具可以包括楔形件或杆状构件，并且所述连接结构可以为插入所述临时固定工具的孔。

7.一种用于权利要求3的风力涡轮发电机的维护方法，该方法包括：

将保护管插入被设置穿过所述第一定子板的所述孔中的步骤，以及

在所述保护管内，执行用于固定连接至所述转子磁极支撑结构的所述套筒的第一支撑构件和连接至所述转子磁极的第二支撑构件的操作工作的步骤，或者执行用于将所述第二支撑构件从所述第一支撑构件上拆卸的操作工作的步骤。

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