CN103423101A - 风力涡轮机中带有扇形齿轮的变桨轴承 - Google Patents

Abstract

公开了可拆卸地连接到风力涡轮机变桨轴承的扇形齿轮盘。变桨轴承在转子毂和多个叶片之间。变桨轴承用于在不同桨距角之间轴向旋转多个叶片，包括可相互旋转互连的内轴承套圈和外轴承套圈。扇形齿轮盘通过至少一个连接元件可旋转地连接到内轴承套圈或外轴承套圈，该扇形齿轮盘具有若干轮齿，轮齿允许电机的驱动轴旋转来获得不同的桨距角。

Description

风力涡轮机中带有扇形齿轮的变桨轴承

技术领域

本发明总的涉及风力涡轮机，更具体涉及将扇形齿轮与风力涡轮机变桨轴承连接的扇形齿轮和方法。

背景技术

风力涡轮机通常包括通过转子毂连接到吊舱的多个叶片。风力涡轮机还包括控制叶片浆距的控制机构。风力涡轮机调节转子叶片桨距出于几个原因。随着风速变化，使叶片倾斜改变叶片空气动力学来提高风力涡轮机效率。另一个原因是风速超过最大安全额定速度或发生故障的情况下，使叶片处于卸载或飞速状态。风力涡轮机典型包括用于相对转子毂轴向旋转多个叶片在不同浆距角之间移动叶片的机构。为了实现该浆距，每个叶片在毂和叶片之间配备变桨轴承和一些机构，最常用液压缸来提供使叶片倾斜且保持在给定位置的压力。这个变桨布局能使每个叶片绕其旋转轴旋转大约120°，

在已有布局中，内/外轴承套圈制造成仅套圈的一部分有齿轮。这种布局足够旋转叶片用于需要的浆距角。但是，对于这种轴承套圈，在内外套圈上加工齿轮图案是很困难的。其他问题是，即使加工齿轮后，齿轮的齿硬化时有可能在齿轮部分的端部变形。因此，均匀硬化不能做到。还有，为了维护或维修目的，将完整的轴承套圈拆卸常常很困难。

虽然在过去已经开发了风力涡轮机中布置来保持变浆布局的各种其他方法，仍然有发展空间。因此，需要坚持在这个技术领域做出进一步贡献。

发明内容

上面提到的毛病、缺点和问题在这里得到解决，通过阅读理解随后的说明更好的了解。

本发明指向可拆卸连接到风力涡轮机变桨轴承的扇形齿轮盘。风力涡轮机包括安装在转子毂上的多个叶片。转子毂通过变桨轴承安装在吊舱上。变桨轴承在不同浆距角之间轴向旋转多个叶片。变桨轴承包括彼此可旋转连接的内轴承套圈和外轴承套圈。扇形齿轮盘通过至少一个连接元件可拆卸地连接到内轴承套圈或外轴承套圈上。扇形齿轮具有若干轮齿，这些轮齿允许电机的驱动轴旋转以获得不同的浆距角。扇形齿轮单独制造和热处理，来避免变桨轴承的内轴承套圈或外轴承套圈的任何变形。

本领域技术人员参考随后的具体实施方式中的目前已知的示例实施例的描述，其他内容将变得清楚。

附图说明

结合示例性而非限定性的附图，在下文中描述本发明的优选实施例，其中，相同的标号表示相同的元件，其中

图1是根据本发明一个实施例的风力涡轮机的透视图；

图2是图1实施例中显示的吊舱、带一部分风力涡轮机叶片的转子毂的透视图；

图3是根据本发明的一个实施例的转子毂和带有扇形齿轮的风力涡轮机叶片部分的透视图；

图4是根据本发明一个实施例的扇形齿轮的透视图；

图5是根据本发明一个实施例的扇形齿轮的一端，显示了扇形齿轮与轴承套圈的连接；

图6是图5的轴承套圈和扇形齿轮的分解图；

图7是根据本发明另一实施例的轴承套圈和连接到外轴承套圈的扇形齿轮的侧视图；

图8是根据图7所述的实施例的扇形齿轮的一端的透视图；和

图9是示例可拆卸地将扇形齿轮固定在风力涡轮机变桨轴承上的流程图。

具体实施方式

本发明有很多不同的形式，为了更好地理解本发明的原理，参考附图所示的实施例，特定的术语用于描述相同的部件。这不是要限制发明的范围。这里所述的各种改变、对所示实施例的进一步修改和本发明原理的任何进一步应用都是可以预期的。

本发明指向可拆卸地连接到风力涡轮机变桨轴承的扇形齿轮盘。风力涡轮机包括多个安装在转子毂上的叶片，转子毂通过变桨轴承安装在吊舱上。变桨轴承可在不同浆距角之间轴向旋转多个叶片。变桨轴承包括彼此旋转互连的内轴承套圈和外轴承套圈。扇形齿轮盘通过至少一个连接元件连接到内轴承套圈或外轴承套圈。扇形齿轮具有若干轮齿，若干轮齿允许驱动轴的旋转来获得不同浆距角。

图1是根据本发明的示例实施例的风力涡轮机100的正视图。应该理解为风力涡轮机100可以是离岸风力涡轮机或陆地风力涡轮机。所示的风力涡轮机100包括垂直立在地基104或陆地或离岸的风力涡轮机基部104上的风力涡轮机塔架102(在下文中被称作“塔架”)，吊舱106安装在塔架102的上端，转子毂108安装在吊舱106的前端，围绕基本水平的侧旋转轴可旋转地支撑。转子毂108有多个围绕其旋转轴放射状安装的风力涡轮机叶片110（如图1所示的3个）。这样，从转子头部108的旋转轴方向吹动风力涡轮机叶片110的风能被转换成绕旋转轴转动转子毂108的动能。在附件测量风速值的风速仪（图中未示出）和测量风向的风向仪（图中未示出）安装在吊舱106的外表面（如顶部等）的合适位置。

风力涡轮机100进一步包括如图2所示在转子毂108和多个叶片110之间的变桨轴承112。每个叶片110通过变桨轴承112连接到转子毂108。变桨轴承112能在不同浆距角之间轴向转动多个叶片110。需要改变浆距角来获得风力涡轮机的最大效能，最大效能依赖于诸如风速、方向等的各种特性。

变桨轴承112包括一环形内轴承套圈114、一环形外轴承套圈116和若干在内轴承套圈114和外轴承套圈116之间提供内轴承套圈和外轴承套圈之间平滑旋转的滚动体（图中未示出）。内轴承套圈114和外轴承套圈116彼此可旋转地相互连接。若干滚动体包括若干钢和/或其他合适材料的球，其可选择地硬化以提供长的工作寿命和内外轴承套圈114和116之间的平滑转动。变桨轴承112还能包括减少内外轴承套圈114和116之间摩擦的任何其他形式的机构。

变桨轴承112还包括扇形齿轮盘118或扇形齿轮118。根据本发明的一个示例实施例，如图3所示，扇形齿轮118可旋转地连接到内轴承套圈114。扇形齿轮118如图4所示具有一凹面和一凸面。凸面固定在内轴承套圈114上，而凹面具有很多齿120。应该理解为其他轮齿结构如蜗轮齿等，都在本发明的范围内。

若干齿120与转子毂108内的相应行星齿轮122啮合。行星齿轮122在电机轴124或驱动轴或多个电机126的驱动轴或电机轴上。多个电机126的致动导致电机轴124旋转。电机轴124带动连接在电机轴124另一端的行星齿轮122。随后，行星齿轮122带动在不同浆距角之间轴向旋转对应叶片110的扇形齿轮118。在一个示例实施例中，每个叶片110包括各自的电机126，来改变特定叶片的浆距角。在这个实施例中，扇形齿轮118提供100到150°范围内的弧形角。弧形角的范围不限于100到150°。它可以根据本发明其他实施例的需要改变。

如图5和6所示，扇形齿轮118通过至少一个连接元件128可拆卸地连接到内轴承套圈114。连接元件128确保扇形齿轮118与内轴承套圈114紧密连接。连接元件128包括榫钉接头130、燕尾接头132和螺栓连接134的至少一个。应该理解为任何其他形式的连接元件和使用任何其他形式的连接方法都在本发明的范围内。燕尾接头132滑入变桨轴承112的内轴承套圈114或外轴承套圈116上的凹槽。少数实施例包括但不限于焊接连接、螺母-螺栓连接等等。在一些实施例中，内轴承套圈114和扇形齿轮118使用点焊技术连接。在点焊情况下，与其他焊接技术相比，点焊拆卸两个连接件更容易。

在图4所示的示例实施例中，连接元件128出现在扇形齿轮118的两端。应该理解为连接元件128可以在沿扇形齿轮118长度的任何位置。

如图6所示，扇形齿轮118进一步包括支撑盘136，用于确保扇形齿轮118与内轴承套圈114的连接。扇形齿轮118按标准工业流程单独制造和处理。扇形齿轮118的单独制造和热处理避开变桨轴承112的内轴承套圈114或外轴承套圈116变形的任何机会。即使使用者想更换或修理扇形齿轮118也不需要拆除整个变桨轴承112。转子毂108在地上且多个叶片110未装配时，扇形齿轮118能方便地从转子毂侧或叶片侧拆下和再固定到变桨轴承112上。当多个叶片已经装配到转子毂108上时，扇形齿轮118只能从转子毂侧拆下和/或再装上。带有若干齿120的扇形齿轮118表面镀有抗腐蚀材料，如锌、铬等，用于提高如离岸、咸水设施的使用寿命。扇形齿轮118裸露的表面可以涂漆来避免氧化。

根据本发明的另一个实施例，如图7和8所示，扇形齿轮118也能连接到外轴承套圈116。在这个实施例中，若干齿120在扇形齿轮118的凸面侧。扇形齿轮118的凹面侧固定到外轴承套圈116上。连接元件128类似于图5的实施例中描述的元件。连接元件128可以包括榫钉接头130、燕尾接头132和螺栓连接134的至少一个。应该理解为任何其他形式的连接元件和使用任何其他形式的连接方法都在本发明的范围内。少数实施例包括但不限于螺母-螺栓连接等等。在一些其他实施例中，外轴承套圈116和扇形齿轮118使用点焊技术连接。在点焊情况下，与其他焊接技术相比，点焊拆卸两个连接件更容易。

当扇形齿轮118固定在外轴承套圈116上时，拆卸扇形齿轮118时，整个组件需要首先拆除。最后，叶片110随后扇形齿轮118被拆除。

图9是一个流程图200，示例了可拆卸地将扇形齿轮118固定在风力涡轮机100的变桨轴承112上的步骤。在步骤202中，扇形齿轮118为连接作准备。扇形齿轮118不考虑变桨轴承112单独制造和热处理。扇形齿轮118的单独制造和热处理避开变桨轴承112的内轴承套圈114或外轴承套圈116变形的任何机会。这样与现有技术相比，单独的扇形齿轮118容易制造。在步骤204中，扇形齿轮118用燕尾接头132安装在内轴承套圈114或外轴承套圈116上。最后，在步骤206中，扇形齿轮118用多个连接元件128固定在内轴承套圈114或外轴承套圈116上。

这里描述的任何理论、操作原理、证据或发现进一步增强对本发明原理的理解，而不倾向于使本发明在任何情况下依赖这些理论、操作原理、证据或发现。应该理解，在上述说明中使用可优选、优选的、优选地表明被描述的特征是更希望的，尽管如此，其不是必须的，缺少相同特征的实施例在由随后的权利要求限定的本发明的范围内是可预期的。

在阅读权利要求时，这里使用的词“一个”、“至少一个”、“至少一部分”不是将权利要求限于仅有一个物体，除非在权利要求中有相反的特别说明。“至少一部分”和/或“一部分”用于物体时，可以包括物体的一部分和/或整个，除非有相反的特别说明。

应该理解，只显示和描述了被选实施例，在这里限定的本发明精神和随后权利要求内的所有可能改变、修改、形状、组合、原理、变化和等同是希望被保护的。本发明的实施例已经在附图和前面的说明中详细地示出和描述，同样是示例性而非穷尽或限制于前面描述的内容。其他的替换、修改和变化对本领域技术人员是显而易见的。另外显示了不同的发明的方面和原理，他们不需要组合。但鉴于上述的不同实施例，发明方面和原理不同的组合是可能的。

Claims (14)

1.风力涡轮机，具有多个安装在转子毂上的叶片，转子毂安装在吊舱上，该风力涡轮机包括：

变桨轴承，用于在不同浆距角之间轴向旋转多个叶片，包括可相互旋转互连的内轴承套圈和外轴承套圈；和

扇形齿轮，通过至少一个连接元件可旋转地连接到内轴承套圈或外轴承套圈，该扇形齿轮具有若干轮齿，轮齿允许驱动轴旋转来获得不同的浆距角。

2.如权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述连接元件包括燕尾接头、榫钉接头、螺栓连接的至少一个。

3.如权利要求2所述的风力涡轮机，其特征在于，所述燕尾接头、榫钉接头、螺栓连接出现在沿扇形齿轮长度的任何位置。

4.如权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，扇形齿轮具有大约100°到大约150°的弧度值。

5.如权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，每个叶片进一步包括可操作地与转子毂连接的单独的电机，其中，电机的致动通过电机轴和扇形齿轮在不同浆距角之间轴向旋转对应的叶片。

6.如权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，进一步包括支撑盘，用于确保扇形齿轮与内轴承套圈的连接。

7.如权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，扇形齿轮连接到内轴承套圈时，扇形齿轮的凹面有若干齿。

8.如权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，扇形齿轮连接到外轴承套圈时，扇形齿轮的凸面有若干齿。

9.风力涡轮机用变桨轴承，包括：

可旋转互连的内轴承套圈和外轴承套圈；

扇形齿轮，通过燕尾接头、榫钉接头、螺栓连接的至少一个可拆卸地连接到内轴承套圈或外轴承套圈，若干轮齿允许电机的驱动轴旋转来获得不同浆距角。

10.可拆卸地将扇形齿轮固定在风力涡轮机变桨轴承上的方法，所述变桨轴承具有内轴承套圈和外轴承套圈，该方法包括：

提供扇形齿轮；

将扇形齿轮安装在内轴承套圈或外轴承套圈上；且

使用至少一个连接元件将扇形齿轮的第一端和第二端与内轴承套圈和外轴承套圈中的一个连接。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，进一步包括扇形齿轮连接到内轴承套圈时将支撑盘固定在变桨轴承上。

12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，扇形齿轮不考虑变桨轴承单独制造和处理。

13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述连接元件是燕尾接头、榫钉接头、螺栓连接的至少一个。

14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，内轴承套圈和扇形齿轮通过易碎的点焊连接。

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