CN103199654A

CN103199654A - 发电机组装设备

Info

Publication number: CN103199654A
Application number: CN2013100087975A
Authority: CN
Inventors: S.J.詹森; J.K.佩德森; R.R.特克尔森
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2013-01-10
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2033-01-10
Also published as: US9764434B2; EP2615728A1; EP2615729A1; US20130174402A1; CN103199654B

Abstract

本发明涉及发电机组装设备。具体地，描述了一种用于组合发电机的第一环状部件和第二环状部件的发电机组装设备，该发电机组装设备包括：第一部件支撑框架，用于支撑牢固地安装到所述第一部件支撑框架的所述第一部件；第二部件支撑框架，用于支撑牢固地安装到所述第二部件支撑框架的所述第二部件；移动装置，用于使一个部件支撑框架相对于另一部件支撑框架移动，以便通过将一个部件至少部分地插入到另一部件的内部区域中来组合所述部件；以及调节装置，用于调节支撑框架的位置，使得在组合期间保持所述第一部件与所述第二部件之间的预定间隔。本发明进一步描述了一种组合发电机的第一环状部件和第二环状部件的方法。

Description

发电机组装设备

技术领域

本发明涉及一种发电机组装设备和一种组合（或称合并）发电机的第一环形部件和第二环形部件的方法。

背景技术

风力涡轮机因其越来越多地用作电力来源，变得更为普遍。由于直驱式风力涡轮机需要的零件较少、不太复杂且更可靠，因而直驱式风力涡轮机比包括变速箱的传统风力涡轮机具有若干优点。由于这些原因，对直驱式风力涡轮机的需求日益增加。

直驱式发电机具有较大直径和沿磁场布局结构的周界布置的多个具有交替极性的磁体（通常是外部转子），以允许足够高的换极频率。这种大型发电机的物理尺寸和重量在其组装期间会引起问题。操纵沉重的、难控制的和易损坏的部件是复杂且费时的，并且还是危险的，因而必须遵守严格的安全措施。这大大增加了用于组装直驱式发电机所需的总时间和成本。特别地，组合大型转子和配备有许多绕组的相应大型定子可能会有问题，这是由于在组合期间和组合之后在转子与定子之间必须保持非常小的间隔（通常仅为几毫米宽）。为了将内部定子插入到外部转子中，必须小心地避免定子外表面上的绕组与转子内表面之间发生碰撞。

US 4,157,613和JP61 128 747 A描述了用于组装具有内部转子的中型尺寸发电机的设备。这些技术利用了现有的转子轴来使组装变得容易，这是因为转子轴的端部由保持装置保持，该保持装置将转子引导至外部定子中。然而，上文所述的那类大型发电机并不具有中心轴，这种发电机的内部通常包括较为巨大的通道空腔。因此，在现有技术的用于组装具有外部转子的发电机的方法中，重达几吨的定子通常由起重机或其他提升装备悬挂或保持，并被小心地引入到转子的内部空间中。即使小心保持转子与定子之间的所需间隔，损害绕组或损害定子内部表面的风险也很高，并且任何修理也都是费时的，且成本高昂。

发明内容

因此，本发明的一个目的是要提供一种改进的组合风力涡轮机的发电机的转子和定子的途径，以避免上述问题。

这一目的通过权利要求1所述的发电机组装设备、权利要求13所述的组合发电机的第一环状部件和第二环状部件的方法来实现。

根据本发明，发电机组装设备包括：第一部件支撑框架，用于支撑牢固地安装到第一部件支撑框架的第一部件；第二部件支撑框架，用于支撑牢固地安装到第二部件支撑框架的第二部件；移动装置，用于使一个部件支撑框架相对于另一部件支撑框架移动，以便通过将一个部件至少部分地插入到另一部件的内部区域中来组合部件；以及调节装置，用于调节支撑框架的位置，使得在组合期间保持第一部件与第二部件之间的预定间隔。

根据本发明的发电机组装设备的一个优点在于，能够以受控和精确的方式执行组合步骤，这是由于来自第一部件与第二部件之间的理想或所需预定间隔的所有偏移或偏差能够被基本上立即地校正，从而大大减少或甚至消除了被插入部件的外周界与另一部件的内表面之间不希望的接触的风险。而且，在整个组合过程期间，部件被牢固地安装在支撑框架上，从而能够基本上消除定位误差，例如现有组合技术中已知的那些定位误差。在此，用语“牢固地安装”应被理解成表示，部件被螺栓连接或以其他方式紧固到它的支撑框架，从而使得支撑框架及其所安装的发电机部件能够作为单一整体移动。

根据本发明，组合发电机的第一环状部件和第二环状部件的方法包括以下步骤：将第一部件牢固地安装在第一部件支撑框架上；将第二部件牢固地安装在第二部件支撑框架上；使一个部件支撑框架相对于另一部件支撑框架移动，以便通过将一个部件至少部分地插入到另一部件的内部区域中来组合部件；以及调节第一和第二部件支撑框架的相对位置，使得在组合期间保持第一部件的周界与第二部件的周界之间的预定间隔。

牢固和准确的组合方法对于发电机的组装、特别是对于发电机的批量生产带来的成本减少非常可观，这是因为能够大大减少损坏，并且能够节省大量时间。

本发明的特别有利的实施例和特征由从属权利要求给出，如下面的描述所揭示的。可适当结合不同权利要求类型的特征，以给出在此未描述的进一步的实施例。

在下文中，在未以任何方式限制本发明的情况下，可假设，安装在第一部件支撑框架上的第一部件为转子，例如为直驱式发电机的外部转子。类似地，可假设，第二部件包括定子。因此，在下文中，在未以任何方式限制本发明的情况下，第一部件和第二部件可简单地分别被称为转子和定子。类似地，第一部件支撑框架和第二部件支撑框架在下文中可分别被称为转子支撑框架和定子支撑框架。

支撑框架能够被实现为以任何适当的定向来支撑部件。然而，在本发明的一个特别优选的实施例中，支撑框架被实现为使得携载在该支撑框架上的部件的旋转轴线基本水平，即平行于地面。这允许一个部件被插入到另一个中，而无需从上方悬挂一个部件。

由于一个发电机部件必须被引入到另一部件中，例如定子被引入到外部转子中，因此在根据本发明的发电机组装设备中，部件支撑框架优选被实现为仅牢固地安装到发电机部件的一个端部，例如端面，从而使得另一端部是自由悬挂的。

在本发明的一个特别优选实施例中，部件支撑框架包括竖直框架部分或安装表面，部件的外端部例如通过适当数量的紧固件（例如螺栓）可被固定到竖直框架部分或安装表面。发电机部件的“外端部”例如能够为：当该部件水平定向时为外竖直端面；布置在发电机部件一端中或发电机部件一端周围的端部凸缘；安装在发电机部件一端处的轴承等等。在安装步骤中，于是，发电机部件的外端可通过将适当数量的螺栓插入到相应衬套中并拧紧螺栓而被安装或连接到其支撑框架。在其他方法中，将发电机部件牢固地安装到其支撑框架的步骤可包括，利用适当数量的夹具将发电机部件夹紧到支撑框架，使得发电机部件的外端部被压靠于竖直框架部分。例如，在具有外部转子的直驱式发电机的情况下，转子能够在其机舱侧被固定到转子支撑框架的竖直框架部分，而定子能够在其轮毂侧被固定到定子支撑框架的竖直框架部分。

通过以这一方式将部件的外端部牢固地安装到竖直框架部分，部件被有效地悬挂在空中，并仅在一端被保持。例如，由于转子（或定子）仅在其两个外端部的一个外端部处被安装到部件支撑框架，因而转子（或定子）的圆柱体仅在一端被保持，并在空中被有效地保持水平。将转子或定子固定到这种支撑框架的这一方法还意味着，不需要支撑装置的任何部分穿过转子或定子的任一内部通道空腔。

发电机的转子和定子在操作期间通常共享一条公共旋转轴线。因此，为了便于组合，在本发明的一个进一步优选实施例中，支撑框架被实现为使得转子和定子的旋转轴线位于地面上方的相同高度。

支撑框架中的一个或两者优选是相对于彼此可移动的，从而适当转子和定子能够被对齐。因此，在本发明的一个优选实施例中，移动装置包括布置在支撑框架上的多个滚轮，使得支撑框架能够从一个位置滚动或横向移位到另一位置。一个支撑框架可被设计成支撑所组合的发电机的总重量。因此，另一支撑框架可为更好的候选物，以进行独立的移动。例如，定子支撑框架能够包括多个滚轮，以允许定子支撑框架相对于转子支撑框架独立移动。

移动装置优选被实现为允许第二部件能插入到第一部件中，从而使得第一部件的旋转轴线与第二部件的旋转轴线基本重合。因此，在本发明的一个优选实施例中，定子支撑框架的移动装置或滚轮被布置成允许定子移动到由转子占据的区域中。为此，定子支撑框架优选被实现为至少部分地容纳转子部件框架。例如，定子支撑框架的结构框架元件能够被实现为配合到转子支撑框架的相应结构框架元件之内或之外，即，这些支撑框架能够“嵌套”。

在定子支撑框架相对于转子支撑框架移动时，横向位移优选沿一个方向是恒定的，即，支撑框架优选被防止相对于彼此歪斜。因此，在本发明的一个进一步优选实施例中，发电机组装设备包括位于支撑框架的框架元件上的榫-槽布局结构。

在理想的地平面或理想的支撑框架结构中即使很小的偏差或公差也会导致相对于转子内表面与定子外表面之间理想间隔的相应偏离。然而，如上所述，重要的是这些表面之间的所需间隔保持在可接受限度内。例如，对于具有3m至4m直径的发电机而言，转子内表面与定子外表面之间的间隔在组合期间和组合之后不应偏离6.0 mm ± 1.0 mm。因此，调节装置包括多个被布置成与一个部件框架的面积或区域接合的单独可控的调节点，使得部件框架的定向能够相对于另一部件框架被调节。优选地，调节装置包括三个或四个单独可控的调节点，这些调节点例如被布置成与基本为矩形的部件框架的四个拐角区域接合。单独可控的调节点能够被布置在部件框架本身上，例如在部件框架下方，并且能够被布置成改变部件框架相对于地平面的位置。优选地，调节装置被实现为与部件框架分离，例如位于组装线的预定区域或面积处。例如，调节装置能够被布置在“调节站”处，在调节站执行组合步骤。优选地，调节装置被布置在至少部分地低于底板高程，从而使得当部件框架位于该区域上方时，调节装置能够被致动，以部分地提升或升高部件框架。通过这一方式，整个部件框架能够相对于地面（当然也相对于另一部件框架）沿任一方向倾斜、升高或下降。

在本发明的一个优选实施例中，调节点包括线性致动器，其优选被实现为从地面升高一部分部件框架，或者将该部分部件框架下降至地面。例如，如果线性致动器被布置成面对部件支撑框架的外部拐角的下侧，则线性致动器能够升高或下降支撑框架的该拐角，使得支撑框架相对于另一部件支撑框架倾斜（即使进行倾斜的话也只是略微倾斜）。

转子与定子之间的间隔优选在组合过程期间被监控。在本发明的一个优选实施例中，发电机组装设备包括至少一个传感器，用于测量第一部件的周界与第二部件的周界之间的间隔。为此，两个适当点之间的任何间隔能够被监控，以推导出转子内表面与定子外表面之间的间隔。例如，传感器能够被安装在转子外表面上，并能够检测距定子的外表面的距离。知道转子的壁厚，则能推导出差值，即，转子内表面与定子外表面之间的间隔。

传感器能够被实现为提供有关测量间隔的反馈。例如，相对于所需间隔的偏差能够由声学或可视信号表示。管理技术人员于是能够通过控制支撑框架的致动器或滚轮而做出反应，以便校正它们的对齐，直到实现所需的间隔。

这种手动校正费时并且可能易于出错。因此，在本发明的一个优选实施例中，发电机组装设备包括控制装置，用于基于由传感器提供的测量信号控制线性致动器。控制装置例如能够为手持式模块，其接受测量信号、分析测量信号，并提供调节装置或移动装置必须被操纵以及操纵多少的指示，以实现所需的间隔。优选地，控制模块分析测量信号，并将驱动信号直接发送到致动器和移动装置，从而能够以自动方式执行校正和对齐。

优选地，相对于转子支撑框架移动定子支撑框架以组合部件的步骤、以及调节支撑框架的相对位置的步骤同时执行，从而转子的定子的非常准确的对齐成为可能。

附图说明

本发明的其他目的和特征根据以下结合附图的详细说明将变得明显。然而，应理解，附图仅是出于例示的目的而设计的，并非被设计成用来限制本发明。

图1示出了根据本发明一个实施例的处于第一组合阶段的发电机组装设备；

图2示出了处于第二组合阶段的图1的发电机组装设备；

图3示出了处于第三组合阶段的图1的发电机组装设备；

图4示出了处于最后组合阶段的图1的发电机组装设备。

附图中，相同的附图标记始终标示相同的对象。附图中的对象未必是按比例绘制的。

具体实施方式

图1示出了根据本发明一个实施例的、处于第一组合阶段的发电机组装设备1，该图是从上方观察的。在此，定子支撑框架11（支承水平定向的定子3）已在转子支撑框架10（支承水平定向的转子2）前面移动就位。在此实施例中，定子3的一个外端部30在定子3的轮毂侧被紧固到定子支撑框架11的竖直框架部分11_V或安装表面11_V，而转子2在转子2的机舱侧被紧固到转子支撑框架10的竖直框架部分10_V或安装表面10_V。在此实施例中，轴承20已作为外端部20被安装到转子2，并且此轴承20被牢固地安装到转子支撑框架10的竖直框架部分10_V。转子2（在此情况下为外部转子2）可能或者不会已配备有多个磁体。该图示出了定子支撑框架11被设计成使其能够移动至转子支撑框架10“中”，同时将转子2的旋转轴线R_R和定子3的旋转轴线R_S保持成直线。当然，除了此处所示这种布局结构之外，其他布局结构也是可能的。例如，内部转子可仅在其两个外端中的一个外端处被固定到转子支撑框架的竖直框架部分，外部定子可仅在其两个外端中的一个外端处被固定到定子支撑框架的竖直框架部分，根据需要可使用沿着定子的主体的额外支撑件。而且，各部件是否在其轮毂端或机舱端被安装到相关的支撑框架在所有情况下将取决于风力涡轮机的设计。

图2示出了处于第二组合阶段的发电机组装设备1，其以侧视图的形式示出。定子3已被定位在转子2的轮毂侧（首先在机舱侧），从而准备好进行组合。转子2的虚拟旋转轴线R_R和定子3的虚拟旋转轴线R_S成一条直线并在地面上方处于相同高度。定位在发电机组装设备1适当位置处的传感器4持续地或者每隔一段时间监控定子外表面与转子内表面之间的间隔S。调节装置100包括调节点100，在该例中为液压线性致动器100，其被布置在转子支撑框架10的四个拐角中每个拐角的下方，且被部分地嵌入到底板中。这些调节点能够响应由传感器4提供的测量信号40而被致动。致动器100能够由手持式控制单元5或例如通过管理技术人员而操作的控制模块5驱动。替代性地，致动器100可通过在控制模块5上运行的适当软件而被自动控制。控制模块5将驱动信号41发送给致动器100，以便实现致动器100中的一个或多个沿着所示方向的竖直线性移位。测量信号40还能够被用于控制定子支撑框架11的轮子110或滚轮110，以便调节定子支撑框架11相对于转子支撑框架10的位置，例如，沿所述方向将定子支撑框架11进一步移动到转子支撑框架10中或向后移出转子支撑框架10。这一插入步骤通过仅在外端30处支撑定子3而成为可能。线性致动器100和/或轮子110的调节用于确保，在定子外表面与转子内表面之间恒定地保持所需间隔S，并且旋转轴线R_R 、R_S重合。

图3示出了处于第三组合阶段的图1的发电机组装设备1。在此，定子3被部分地插入到转子2的内部中。传感器4继续监控定子外表面与转子内表面之间的间隔，转子支撑框架10的致动器100和/或定子支撑框架11的轮子110相应测量信号40而被控制。

图4示出了处于最后组合阶段的图1的发电机组装设备1。定子3已被完全插入到转子内部空间中，并在转子2的机舱侧被连接到轴承20。定子3已与定子支撑框架11分离，定子支撑框架11再次移动远离转子支撑框架10。线性致动器100已被缩回，并且转子支撑框架10能够利用滚轮101（为清楚起见，在先前的视图中未示出）而移动到下一组装阶段。组合的发电机2、3然后能够在从转子支撑框架10拆卸之前进一步前进，例如沿后续的敷设电缆步骤中继续前进，用于安装在风力涡轮机的机舱中。

尽管本发明已以优选实施例及其变形的方式进行了公开，但是应该理解，在不脱离本发明范围的情况下可对其进行众多额外的修改和变化。例如，尽管本文所述的发电机组装设备被描述成利用沿水平位置的旋转轴线保持转子和定子，但支撑同样可被实现成以竖直方式组合转子和定子，例如，通过悬挂具有竖直定向的定子的定子支撑框架，从上方接近竖直定向的转子。悬挂的定子支撑框架可与转子支撑框架配合或接合，以便在组合过程期间将其稳定。当然，尽管上文的描述涉及发电机的组装，但组合设备和方法能够被用于组合需要受控和精确组合过程的任意两个环状部件。

为清楚起见，应理解，本申请中使用的表示英语不定冠词的用语“一”并不排除多个，用语“包括”并不排除其它步骤或元件。提到“单元”或“模块”并不排除使用一个以上的单元或模块。

Claims

1. 一种用于组合发电机的第一环状部件（2）和第二环状部件（3）的发电机组装设备（1），该发电机组装设备（1）包括：

第一部件支撑框架（10），用于支撑牢固地安装到所述第一部件支撑框架（10）的所述第一部件（2）；

第二部件支撑框架（11），用于支撑牢固地安装到所述第二部件支撑框架（11）的所述第二部件（3）；

移动装置（110），用于使一个部件支撑框架（11）相对于另一部件支撑框架（10）移动，以便通过将一个部件（3）至少部分地插入到另一部件（2）的内部区域中来组合所述部件（2、3）；以及

调节装置（100、110），用于调节支撑框架（10、11）的位置，从而使得在组合期间保持所述第一部件（2）与所述第二部件（3）之间的预定间隔。

2. 根据权利要求1所述的发电机组装设备，其中支撑框架（10、11）被实现为使得携载在该支撑框架（10、11）上的所述部件（2、3）的旋转轴线（R_R、R_S）是基本上水平的。

3. 根据前述权利要求之一所述的发电机组装设备，其中部件支撑框架（10、11）被实现为牢固地安装到发电机部件（2、3）的一个端部（20、30）。

4. 根据权利要求3所述的发电机组装设备，其中部件支撑框架（10、11）包括竖直框架部分（10_V、11_V），其被实现为用于固定到发电机部件（2、3）的外端部（20、30）。

5. 根据前述权利要求之一所述的发电机组装设备，其中所述移动装置（110）被实现为允许所述第二部件（3）插入到所述第一部件（2）中，从而使得所述第一部件（2）的旋转轴线（R_R）与所述第二部件（3）的旋转轴线（R_S）基本重合。

6. 根据前述权利要求之一所述的发电机组装设备，其中所述第一部件框架（10）被实现为至少部分地容纳所述第二部件框架（11）。

7. 根据前述权利要求之一所述的发电机组装设备，其中所述调节装置（100）包括多个单独可控的调节点（100），并且其中一调节点（100）被布置成与所述第一部件框架（2）的一预定区域接合。

8. 根据权利要求7所述的发电机组装设备，其中调节点（100）包括具有基本竖直行进路径的线性致动器（100）。

9. 根据权利要求8所述的发电机组装设备，其中线性致动器（100）被实现为将所述部件框架（2）的一部分相对于地平面移位。

10. 根据前述权利要求之一所述的发电机组装设备，包括至少一个传感器（4），用于测量所述第一部件（2）的内表面与所述第二部件（3）的外表面之间的间隔（S）。

11. 根据权利要求10所述的发电机组装设备，包括控制装置（5），用于基于由传感器（4）提供的测量信号（40）来控制调节装置（100、110）。

12. 一种组合发电机的第一环状部件（2）和第二环状部件（3）的方法，该方法包括步骤：

将所述第一部件（2）牢固地安装在第一部件支撑框架（10）上；

将所述第二部件（3）牢固地安装在第二部件支撑框架（11）上；

使一个部件支撑框架（10、11）相对于另一部件支撑框架（10、11）移动，以便通过将一个部件（3）至少部分地插入到另一部件（2）的内部区域中来组合所述部件（2、3）；以及

调节所述第一和第二部件支撑框架（10、11）的相对位置，从而使得在组合期间保持所述第一部件（2）与所述第二部件（3）之间的预定间隔（S）。

13. 根据权利要求12所述的方法，其中将发电机部件（2、3）牢固地安装在部件支撑框架（10、11）上的步骤包括以下步骤：将所述部件（2、3）的外端部（20、30）连接到所述部件支撑框架（10、11）的竖直框架部分（10_V、11_V）。

14. 根据权利要求13所述的方法，其中使一个部件支撑框架（10、11）相对于另一部件支撑框架（10、11）移动以组合所述部件（2、3）的步骤、和调节所述第一和第二部件支撑框架（10、11）的相对位置的步骤被同时执行。

15. 根据权利要求14所述的方法，其中调节所述第一和第二部件支撑框架（10、11）的相对位置的步骤包括以下步骤：获得与所述第一部件（2）与所述第二部件（3）之间的间隔（S）有关的测量信号（40），以及基于所述测量信号（40）向调节装置（100、110）发送驱动信号（41）以改变支撑框架（10、11）的位置。