CN102235298A - 转子支承装置和用于接近风力涡轮机的传动系的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及转子支承装置和用于接近风力涡轮机的传动系的方法，具体而言，提供了一种适于在接近风力涡轮机的至少一个部件期间支承所述风力涡轮机的转子的转子支承装置。该转子支承装置包括包含固定部分和可倾斜部分的铰链。该固定部分适于安装在风力涡轮机的机舱结构处，该可倾斜部分适于保持风力涡轮机的转子，并被围绕铰链轴线倾斜。此外，还提供了致动器装置，其适于使可倾斜部分围绕铰链轴线在闭合位置和开启位置之间枢转，在闭合位置转子轴线与传动系的轴线一致，在开启位置所述转子从所述传动系偏移。

Description

转子支承装置和用于接近风力涡轮机的传动系的方法
技术领域
本发明公开一般地涉及具有机舱结构内的传动系的风力涡轮机，且特别涉及用于风力涡轮机的转子的转子支承装置。此外，本发明涉及用于在接近所述风力涡轮机的传动系期间支承风力涡轮机的转子的方法。
背景技术
风力涡轮机作为环境安全且可靠的能源具有日益增长的重要性。风力涡轮机典型地包括塔架和可旋转地布置在塔架顶部的机舱结构。在机舱结构中，容纳了风力涡轮机的传动系，使得已经转化成旋转能的风能可以转换成电能。
风力涡轮机的传动系典型地包括转子轴、齿轮箱和发电机，它们连接到具有至少一个转子叶片和轮毂的转子上。发电机适于将来自转子的机械能转化成电能。传动系的机械部件在整个风力涡轮机的寿命期间面临维护和维修影响。
发明内容
由于上述原因，提供了适于在接近所述风力涡轮机的至少一个部件期间用于支承风力涡轮机的转子的转子支承装置，该转子支承装置包括包含固定部分和可倾斜部分的铰链，所述固定部分适于安装在所述风力涡轮机的机舱结构处，而所述可倾斜部分适于保持所述风力涡轮机的所述转子并围绕铰链轴线被倾斜，以及适于使该可倾斜部分围绕该铰链轴线在闭合位置和开启位置之间枢转的致动器装置，在闭合位置转子轴线与传动系的轴线一致，在开启位置转子从传动系偏离。
根据另一方面，提供了一种风力涡轮机，其包括具有至少一个转子叶片和轮毂的转子，传动系，机舱结构以及适于在接近该传动系的至少一个零部件期间支承该转子的转子支承装置，该转子支承装置包括包含固定部分和可倾斜部分的铰链，所述固定部分适于安装在所述风力涡轮机的机舱结构处，而所述可倾斜部分适于保持所述风力涡轮机的所述转子并围绕铰链轴线被倾斜，以及适于使该可倾斜部分围绕该铰链轴线在闭合位置和开启位置之间枢转的致动器装置，在闭合位置转子轴线与传动系的轴线一致，在开启位置转子从传动系偏离。
根据又另一方面，提供了一种用于接近风力涡轮机的传动系的至少一个部件的方法，该风力涡轮机具有转子和机舱结构，该方法包括如下步骤：通过包括固定部分和可倾斜部分的铰链支承转子，所述固定部分适于安装在该机械上，所述可倾斜部分适于保持所述转子，使该可倾斜部分围绕铰链轴线从闭合位置到开启位置枢转，在闭合位置转子轴线与传动系的轴线一致，在开启位置转子从传动系偏离，接近风力涡轮机的至少一个部件，以及使该可倾斜部分围绕该铰链轴线从该开启位置到该闭合位置枢转，在该开启位置转子从传动系偏离，在该闭合位置转子轴线与传动系的轴线一致。
更多的示例性实施例根据从属权利要求、说明书和附图。
附图说明
在本说明书的剩余部分包括引用附图更详细地陈述了对于本领域技术人员而言完整而能够实施的公开，包括其最佳模式，其中：
图1显示了风力涡轮机的侧视图，图示了根据一个典型实施例的风力涡轮机的示意性布置；
图2展示了风力涡轮机的传动系，其包括用于将低输入旋转速度转化成高输出旋转速度的齿轮箱，转子连接器，转子锁以及发电机；
图3是根据典型实施例的风力涡轮机的上部的侧视图，即鹅颈形机舱结构，其具有适于支承风力涡轮机的转子的铰链；
图4是根据一个典型实施例的图3中展示的风力涡轮机的鹅颈形机舱结构的顶视图，其中用于使转子相对于传动系轴线倾斜的致动器装置被详细描绘；
图5是图3中所示的鹅颈形机舱结构的侧视图，其中风力涡轮机的转子已经围绕铰链轴线倾斜了约90°；
图6是图4中所示的鹅颈形机舱结构的顶视图，其中转子已经通过致动器装置向机舱结构的侧面倾斜；以及
图7是图示根据一个典型实施例用于接近风力涡轮机的传动系的至少一个部件的方法的流程图。
零部件列表
100风力涡轮机
101转子叶片
102塔架
103机舱结构
104轮毂
105风向
106偏航角
107垂直轴线
108桨距角
109转子叶片轴线
110齿轮箱
111偏航驱动系统
112转子轴
113发电机
114齿轮箱输出轴
115转子连接器
116转子锁
117传动系轴线
118转子轴线
200铰链
201铰链轴线
202固定铰链部分
203可倾斜铰链部分
204转子轴线
205铰链锁
300传动系
301输入旋转速度
302输入转矩
401输出旋转速度
402输出转矩
500致动器装置
501致动器缸
502致动器杆
具体实施方式
现在将详细参考各种示例性实施例，在图中图示了其一个或多个示例。各示例作为解释提供而不意味着作为限制。例如，作为一个实施例的部分图示或描述的特征可用在其他实施例上或结合其它实施例使用，以产生又另一个实施例。其意图在于本发明包括此类改型和变型。
以下将解释多个实施例。在此情况下，在附图中相同的结构特征通过相同的参考标号标识。图中示出的结构并非按真实比例描绘，而只是用于更好地理解实施例。
图1显示了风力涡轮机的侧视图，图示了根据一个典型实施例的风力涡轮机的典型布置。风力涡轮机100包括例如管状塔架的塔架102，以及可旋转地布置在塔架102的顶部的机舱结构103。此处注意机舱结构103可包括用于转子和传动系的任何种类的支承结构，例如但不限于，底座型、框架型、鹅颈型等。
机舱结构103可通过偏航驱动系统111围绕塔架102的垂直轴线107旋转。偏航驱动系统111能够相对于进入风向105调整机舱结构103。机舱结构103容纳风力涡轮机的传动系，该传动系在下文中相对于图2详细描述。风力涡轮机100包括具有至少一个转子叶片101和轮毂104的转子。风力涡轮机100的传动系还包括转子轴112，齿轮箱110，齿轮箱输出轴114和发电机113，它们将在下文相对于图2详细描述。
为了分别相对于进入风105的速度或强度调整风力涡轮机100的操作，可调节单个转子叶片101的桨距角108。桨距角108对应于围绕转子叶片轴线109的旋转，即，围绕单个转子叶片101的纵轴线。
风力涡轮机100的机舱结构103可采取不同的形状，例如如图1中所示的那一个的纵向横截面形状，如图3、4、5和6中所示的那些的鹅颈形结构形状，以及其它形状。此处注意本发明公开不限于机舱结构103的具体形状。
图2图示了传动系300。以下将更详细地在本文中描述沿传动系轴线117布置的部件。注意在此处为了简化图形，没有画出单个转子叶片101(见图1)的轮廓。
风力涡轮机100的轮毂104通过转子连接器115连接到转子轴112上。转子连接器适于将轮毂104可拆卸地安装在转子轴112上。如果轮毂104与至少一个转子叶片101一起从下文将描述的传动系的其它部件拆卸，轮毂104与该至少一个转子叶片一起必须通过根据典型实施例的转子支承装置进行支承。
转子轴112还设有转子锁116，该转子锁116在特殊情况下锁定转子轴112的旋转，例如，如果轮毂104被从转子轴112上拆卸。根据图2中所示的典型实施例，转子轴112作为用于齿轮箱110的输入轴而提供。
齿轮箱110适于将第一旋转速度下(即输入旋转速度301下)的输入转矩302转化成输出旋转速度401下的第二转矩(例如输出转矩402)。由于齿轮箱110的输入轴与风力涡轮机100的转子连接(图1)，低旋转速度占优势。占优势的低旋转速度典型地在12rpm(每分钟转数)到30rpm的范围内。
在齿轮箱110的输出侧(高速侧)，存在高旋转速度用于驱动发电机113。对于三级齿轮箱高旋转速度可典型地在从1200rpm到1800rpm的范围内。然而，在此处应注意，可采用其它的齿轮箱类型，其允许更高或更低的旋转速度，即，低于1200rpm的旋转速度和大于1800rpm的旋转速度。
转子轴112因而处于低速侧，即处于低旋转速度占优势的侧，转子轴112因而被称作低速输入轴，其中齿轮箱输出轴可称作高速输出轴114(齿轮箱输出轴)，其可连接到发电机113上。
此外，在图2中，示出了机舱结构103的外部形状。将关于以下图形详细描述所示出的鹅颈形机舱结构103。然而在图2中会已经看到，容纳传动系300的此类鹅颈形机舱结构103导致对于传动系100的单个部件的特定组装/拆卸顺序。因而一个问题是在可将布置在轮毂104的右侧的任何部件从机舱结构103去除之前，将风力涡轮机的轮毂104和单个转子叶片101一起去除。此情形典型地发生在维护、维修和修理工作的情况下。
通过分离转子连接器115，轮毂104能够从转子轴线112摆开，使得轮毂104和转子轴112可彼此分开。
图3是根据典型实施例风力涡轮机100的上部的侧视图。当从侧面查看时，风力涡轮机100的机舱结构103具有鹅颈形结构。轮毂104包括仅示意性显示的两个转子叶片101。
此处注意的是，尽管显示了两个或三个转子叶片101，但根据典型实施例的风力涡轮机可包括任何合适数目的转子叶片101。
根据典型实施例，轮毂104和机舱结构103通过铰链200彼此连接。铰链200包括固定的铰链部分202和可倾斜的铰链部分203。可倾斜的铰链部分203可围绕铰链轴线201相对于固定的铰链部分202旋转。固定的铰链部分202安装在机舱结构上，其中该可倾斜的铰链部分安装在轮毂104处。此外，铰链200可作为吊环(lifting lug)的至少一部分提供。典型地，固定的铰链部分202可安装到底座上，其形成如上所述的机舱结构的一部分。在一些实施例中固定的铰链部分202甚至直接安装到底座上。也称为底座框架或主框架的底座可包括用于转子和传动系的任何类型的支承结构。因此，底座能够通过附接在其上的可倾斜铰链部分203承载轮毂104的重量。在一些实施例中，为了支承转子，固定的铰链部分202甚至可为底座或主框架的整体部分。此外，如图3中所示，固定的铰链部分202也甚至可直接或通过鹅颈部103内的支承结构安装到鹅颈部103上。
然而此处应注意，将可倾斜的铰链部分203安装或固定在轮毂104上是在维护、维修或修理工作期间执行的，而不是在风力涡轮机100的正常操作期间执行的。铰链200因而包括固定的铰链部分和可倾斜铰链部分203，其中固定的铰链部分202适于安装在风力涡轮机的机舱结构103上，并且可倾斜部分203适于保持风力涡轮机100的转子，并适于在铰链轴线201处倾斜。
根据又另一典型的实施例，可倾斜的铰链部分203可适于安装在风力涡轮机100的机舱结构103上，并且固定部分202可适于保持风力涡轮机100的转子。此外在此处应该注意该至少一个铰链200以这样的方式安装，使得在正常运行期间允许转子的自由旋转。在该正常运行期间铰链部分202，203中没有、仅有一个或两个均可保持附接。
注意此处图3显示了转子没有相对于转子轴112(见图2)倾斜的情形，其中将在下文中描述的图5显示了其中转子相对于转子轴112倾斜约90°的情形。
可能包括底座(图3中显示为鹅颈结构)的此类鹅颈框架结构导致风力涡轮机100的传动系的特定类型的拆卸，即要从传动系去除的部件被从前侧去除，即从风力涡轮机100的轮毂104的一侧去除。
然后可将风力涡轮机100的转子，例如轮毂104与单个转子叶片101一起，保持在塔架上，即在去除了风力涡轮机的传动系的部件的情况下，其可不下降到地面上或附接到起重机上。在此类情况下，轮毂104由根据典型实施例的转子支承装置支承。
转子支承装置的铰链200可以在转子从传动系倾斜开的同时以允许转子的重心保持在相同高度上的方式安装。为了控制转子组件的运动并且为了将其保持在末端位置上，提供了将在下文描述的致动器装置。铰链200可集成在机舱结构103的设计中。此外，可制造安装位置以便在需要时布置铰链200。根据另一个实施例，铰链200可分别夹持到机舱结构103和轮毂104上。此外，可对支承起重机或滑杆提供安装位置，其允许从机舱结构103去除设备。
铰链轴线201可垂直地定向，其中致动器装置适于使可倾斜的铰链部分203向机舱结构103的侧面枢转。此外，铰链轴线201可能水平地定向，其中致动器装置适于使可倾斜铰链部分203向机舱结构103的顶侧和底侧的至少其中一个枢转。
注意此处本发明公开不限于铰链轴线202的垂直或水平定向。相反，铰链轴线可采取任何合适的定向，使得风力涡轮机100的轮毂104可从传动系结构摆开。
图4图示了从顶部查看的鹅颈形机舱结构。如图3中所示的，图4也显示了轮毂104与转子叶片101一起与转子轴线117对齐的情形，即，铰链200闭合。
铰链锁205将转子的可倾斜部分(即轮毂104和附接在轮毂104上的单个转子叶片101)锁定就位，此处传动系轴线117与转子轴线118一致(见图6)。在图4中所示的典型实施例中，铰链轴线201沿垂直方向定向，使得转子的前部可以通过致动器装置500的动作向外倾斜。
尽管在附图中示出了，但此处应注意的是至少一个铰链200可夹持到机舱结构103和轮毂104的至少其中一个上，使得铰链可以以轻松的方式拆下。可倾斜的铰链部分203可借助适于使可倾斜部分203围绕铰链轴线201在闭合位置和开启位置之间倾斜的致动器装置500而倾斜，在闭合位置转子轴线118与传动系的轴线(即传动系轴线117)一致，而在开启位置转子和轮毂分别从传动系300偏移(见图2)。至少一个铰链200可以可拆卸地安装在机舱结构103上。至少一个铰链200在机舱结构103和/或轮毂104处的此类可拆卸安装允许在所需的维护、维修和修理工作情况下轻易地安装和拆卸整个铰链200。
此外，可提供支承起重机以便在不同的高度和/或远离其他传动系部件而支承、保持和抬升传动系的前部(例如轮毂104以及附接在轮毂上的单个转子叶片101)。此类支承起重机可附接在机舱结构103的安装位置上(附图中未显示)。
除此之外，可提供滑杆，其允许将传动系300的部件移出机舱结构103。滑杆(图中未显示)可附接在机舱结构103上。注意此处滑杆可设于机舱结构103内或外。
图5是根据一个典型实施例构造成鹅颈形的机舱结构103的另一个侧视图。与图3中所示的情形(闭合位置)相对比，图5展示了开启位置，即可接近传动系300的部件(图2)的位置。当铰链200的铰链轴线201垂直地定向时，轮毂104和单个转子叶片101一起可向机舱结构103的一侧倾斜，在此情况下是机舱结构103的右侧。
图6是显示了开启位置的情形，此处传动系300的部件如图5中所示可以接近，其中图6显示了从机舱结构103的顶部所见的轮毂104与单个转子叶片101一起的开启位置。图6更详细地图示了致动器装置500。在图6中的典型实施例中，致动器装置500提供为液压装置，其中提供了致动器杆502和致动器缸501。
致动器杆502在致动器缸501内滑动，并被致动器缸501内例如油的液压移动。此类液压缸/液压杆或液压缸/活塞装置适于使可倾斜部分围绕铰链轴线201在闭合位置和开启位置之间倾斜，在闭合位置转子轴线与传动系的轴线一致，在开启位置转子从传动系偏移(图5和6中所示的情形)。
尽管在图5和6中没有示出，但应该注意此处铰链轴线201可水平地定向，其中致动器装置500因此适于使可倾斜部分朝向机舱结构103的顶侧和底侧的至少其中一个枢转。
根据典型实施例的转子支承装置此外可包括适于提升风力涡轮机的传动系的至少一个部件的起重机结构。图5和6中所示的情形对应于将转子保持在地面上方恒定的高度，其中转子支承装置分别适于支承转子的重心或轮毂104和单个转子叶片101一起的重心。
尽管在图中没有示出，但致动器装置500可作为液压装置、马达驱动推拉组件、手动操作支架及蜗杆驱动传动装置中的至少一种而提供。
在接近风力涡轮机100的至少一个部件的此步骤期间，传动系300可布置在不同于转子轴线118的高度的高度处。在接近风力涡轮机100的至少一个部件的步骤期间，可修理风力涡轮机100的传动系300的至少一个部件。此外，铰链200可以分别可拆卸地安装在机舱结构103和轮毂104上。
铰链200可以以如下方式而是可调节的，即其允许铰链200将轮毂104定位在转子轴112前面。此外，应注意此处可提供相对于转子轴112对准轮毂104的其它方式，例如但不限于，使用转子连接器115的螺栓图案。
图7是图示根据一个典型实施例用于接近具有转子和机舱结构103的风力涡轮机100的传动系300的至少一个部件的方法的流程图。
总体流程图包括八个单独的步骤S1到S8。在步骤S1开始该过程。提供了随后的步骤S2以便借助包括固定铰链部分202和可倾斜铰链部分203的铰链200支承风力涡轮机100的转子。
然后，该过程前进至步骤S3，在此处可倾斜铰链部分203围绕铰链轴线201从闭合位置到开启位置枢转，在闭合位置转子轴线118与传动系300的轴线(即传动系轴线117)一致，在开启位置转子从传动系300偏移。因此，转子的开启位置允许接近轮毂和相关部件，例如但不限于变桨驱动器，变桨控制器等。
一旦通过致动器装置500的动作已经到达开启位置，在步骤S4中可接近传动系300的至少一个部件。在包围的机舱结构103的情况下，如在空间构件或鹅颈形设计的情况下，传动系的可接近部件可向前取出，即朝向传动系的转子侧去除。该至少一个铰链200可附接在机舱结构103上，使得转子可保持在塔架上同时传动系300或传动系300的至少一个部件可被去除。当处在闭合位置时转子可保持在相同的高度上，或者其可以提上或拿下至不同的高度。
在步骤S4中已经接近传动系300的至少一个部件后，随后的步骤S5用于在可接近的部件处形成维护工作、修理工作和/或维修工作。
然后，该过程前进至步骤S6，在此处确定是否应该接近另一个要接近的部件。如果在步骤S6确定应该接近另一个部件(步骤S6中的“是”)，则该过程转向步骤S4，且重复步骤S4和S5，即接近传动系300的另一个部件并在该接近的部件处再一次执行维护、维修和/或修理工作。
如果在步骤S6确定没有其它的部件需要接近(步骤S6中的“否”)，则该过程前进至步骤S7，在此处铰链200的可倾斜铰链部分203围绕铰链轴线201从开启位置向闭合位置枢转，在开启位置转子从传动系偏移(见图5和6及以上本文相应的描述)，在闭合位置转子轴线118与传动系300的轴线117一致，如图3和4中所示及以上本文相关描述详细描述。该过程前进至步骤S8，在此处其结束。
根据一个或多个典型实施例在本文以上描述的用于接近风力涡轮机100的传动系300的至少一个部件的方法以及适于在接近所述风力涡轮机100的至少一个部件期间支承风力涡轮机100的转子的转子支承装置允许减少成本和接近和维修风力涡轮机100的传动系300的部件期间的维护工作。
用于分别去除转子或轮毂104连同单个转子叶片101的高的起重机是不需要的。因而，关于风力涡轮机的传动系部件可提供低维修成本和低维护成本。
本书面说明书使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得本领域技术人员能够实践所描述的主题，包括制造和使用任何装置或系统，并执行任何结合的方法。尽管前文已经公开了各种具体实施例，但本领域技术人员将认识到权利要求书的精神和范围允许同样有效的改型。特别是，以上描述的实施例的彼此不排斥的特征可彼此组合。本发明可授予专利的范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的此类改型和其它示例。如果此类其它示例具有无异于权利要求书的字面语言的结构性元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言并无实质性区别的等价结构性元件，则此类其它示例意在处在权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种适于在接近风力涡轮机(100)的至少一个部件期间支承所述风力涡轮机(100)的转子的转子支承装置，所述转子支承装置包括：
包括固定部分(202)和可倾斜部分(203)的铰链(200)，所述固定部分(202)适于安装在所述风力涡轮机(100)的机舱结构(103)处，而所述可倾斜部分(203)适于保持所述风力涡轮机(100)的所述转子，并适于围绕铰链轴线(201)被倾斜；以及
致动器装置(500)，其适于使所述可倾斜部分(203)围绕所述铰链轴线(201)在闭合位置和开启位置之间枢转，在所述闭合位置转子轴线(118)与所述传动系(300)的轴线(117)一致，在所述开启位置所述转子从所述传动系(300)偏移。
2.根据权利要求1所述的转子支承装置，其特征在于，所述铰链轴线(201)垂直地定向，且其中所述致动器装置(500)适于使所述可倾斜部分(203)朝向所述机舱结构(103)的侧面枢转。
3.根据权利要求1所述的转子支承装置，其特征在于，所述铰链轴线(201)水平地定向，且其中所述致动器装置(500)适于使所述可倾斜部分(203)朝向所述机舱结构(103)的顶侧和底侧的至少其中一个枢转。
4.根据权利要求1所述的转子支承装置，其特征在于，所述致动器装置(500)是液压装置、马达驱动推拉组件、手动操作支架及蜗杆驱动传动装置中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的转子支承装置，其特征在于，所述转子支承装置还包括适于提升所述风力涡轮机(100)的传动系(300)的至少一个部件的起重机结构。
6.根据权利要求1所述的转子支承装置，其特征在于，所述转子支承装置还包括适于可拆卸地将所述轮毂连接到所述转子轴上的转子连接器。
7.根据权利要求1所述的转子支承装置，其特征在于，所述转子支承装置还包括适于在所述轮毂从所述转子上拆卸时锁定所述转子的转子锁。
8.一种用于接近具有转子和机舱结构(103)的风力涡轮机(100)的传动系(300)的至少一个部件的方法，所述方法包括：
借助包括固定部分(202)和可倾斜部分(203)的铰链(200)支承所述转子，所述固定部分(202)适于安装在该机械上，且所述可倾斜部分(203)适于保持所述转子；
使所述可倾斜部分(203)围绕所述铰链轴线(201)从闭合位置到开启位置枢转，在所述闭合位置转子轴线(118)与所述传动系(300)的轴线一致，在所述开启位置所述转子从所述传动系(300)偏移；
接近所述风力涡轮机(100)的至少一个部件；以及
使所述可倾斜部分(203)围绕所述铰链轴线(201)从所述开启位置到所述闭合位置枢转，在所述开启位置所述转子从所述传动系(300)偏移，在所述闭合位置所述转子轴线(118)与所述传动系(300)的轴线一致。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在接近所述风力涡轮机(100)的所述至少一个部件的步骤期间，所述传动系(300)布置在与所述转子轴线(118)不同的高度处。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述可倾斜部分(203)被围绕垂直轴线朝向所述机舱结构(103)的侧面倾斜。
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