CN103429887A - 风机转子及其装配方法 - Google Patents

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Abstract

一种风机转子总成，该风机转子总成包括：转子支撑；可旋转地安装于转子支撑上的转子；以及底座支撑；其中，所述转子支撑和底座支撑具有接合件，该接合件允许所述转子支撑与底座支撑彼此接合，以使得当所述转子支撑和底座支撑移动到一起时，在所述转子支撑与底座支撑之间形成铰链连接，所述铰链连接允许所述转子支撑在所述转子的安装或拆卸期间相对于所述底座支撑旋转。

Description

风机转子及其装配方法
技术领域
本发明涉及一种风机转子及该风机转子的装配和安装方法。本发明适合于海上和陆上的应用。
背景技术
众所周知，将风机的设置于海上和陆上是为了将风能转变为其他形式的能量，例如电能。风机转子的典型安装方法如下：
1）使用单个吊车（a single crane）的同时安装一个叶片
2）将轴和两个叶片一起安装在“兔子”位置（bunny position）上，然后安装最后一个叶片，两次安装中均利用单个吊车
3）在一个起重机上安装整个转子和轴（3个叶片预安装在轴上），使用主吊车将转子从地面上水平位置升起，然后在将转子总成安装于风机之前使用副吊车在空中将转子总成翻转（up-end）。
所有的现有方法具有的缺陷是为了安装转子必须使用几个海上起重机或者除使用主吊车之外还必须使用副吊车。
发明内容
本发明提供如随附的权利要求书中所述的一种风机转子总成，以及风机转子的装配方法。
本发明的具体实施方式仅通过举例并参照附图进行描述。
附图说明
图1显示在支撑塔上安装风机转子的方法的步骤1；
图2显示所述方法的步骤2；
图3显示所述方法的步骤3，其中转子上的钩部与支撑塔上的支撑结构接合；
图4显示所述方法的步骤4，其中转子在钩部上旋转；
图5显示所述方法的步骤5，其中转子达到其最终位置；
图6显示底座支撑结构；
图7显示转子支撑结构；
图8显示底座支撑与转子支撑接合在与图3对应的位置上；
图9中显示转子支撑与底座支撑接合在与图5对应的最终位置；和
图10更加详细地显示底座支撑与转子支撑之间的铰链连接部分。
具体实施方式
图1显示在支撑塔4上安装转子2的方法的步骤1。在此例中，转子2具有三个叶片6，且转子的质量一般在50至400吨（tonnes）范围（50,000至400,000kg）。图1中转子通常通过吊车10的吊索8水平悬吊。在这个位置上，转子2的叶片6处于大致水平面上，且转子2的预期的旋转轴线12基本是竖直的，如图1所示。吊索8在吊车10的尖端绕过轮子14。吊索8在轮子14与转子2之间的部分为竖直的且通常与转子2的旋转轴线12在一条线上。
在转子2的下侧设有转子支撑16，该转子支撑为可旋转地安装于转子2的剩余部分（rest）的支撑结构。转子支撑16具有两个钩部或钩结构21。
如图1所示，支撑塔4的顶端设置有底座支撑结构18，该底座支撑结构18通过螺栓20螺接于支撑塔4上。底座支撑18上设有用于接纳钩结构21并与钩结构21接合的钩部接纳结构22（下面更详细地描述），以在转子支撑16与底座支撑18之间形成铰链连接。
图2显示过程中的步骤2，其中转子2下降，例如通过伸长绕过转子14的吊索8，直到钩部21靠近底座支撑18上的接纳结构22并处于大致相同的高度。
在图3中，转子2通过吊车10斜向一边移动（moved sideways）直到转子支撑16上的钩部21与底座支撑18上的接纳结构22接合，以使得在转子支撑16与底座支撑18之间形成铰链连接。因此在转子2与支撑塔4之间也形成了铰链连接。
参照图4，现在移动吊车10和/或吊索8以使转子2降低，同时围绕由接纳结构22中的钩部21的接合而形成的铰链转动。在图4中，转子2到达中途位置，且已经从图3所示的水平启始位置旋转了大约45°角。
转子2绕基本水平轴线继续旋转直至到达图5中所示的基本竖直位置。图5图示了海上的具体实施方式，其中塔4安装在海底24上，并且吊车10安装在船26上。陆上的具体实施方式也是可能的。
上述方法的优点为整个转子能够在陆上的水平位置预先组装，运送到风机上并且仅使用一个吊车将风机整体安装于风机上。
图6更详细地显示了底座支撑18。底座支撑18上设置带有开口29的大致圆法兰28，该开口允许底座支撑18螺接于支撑塔4上，如图1所示。底座支撑18的另一端具有底座支撑法兰30，我们在下文中引用为底座支撑法兰30，该底座支撑法兰30所处的平面相对于包含第一法兰28的平面为大致45°。
图6也更详细地显示了接纳结构22。接纳结构22位于临近底座支撑法兰30的位置，且限定两个半筒形或部分筒形的凹槽32，每个凹槽沿着在使用中为基本水平的轴线延伸，且每个凹槽均与包含底座支撑法兰30的平面平行。在每个半圆形的凹槽32的内侧端部限定了基本圆形的或部分圆形的凹槽34。
图7更详细地显示了转子支撑16。在图7中转子支撑16显示为可旋转地安装于转子2的轴线36上。轴线36上具有轴承部分38。
转子支撑16具有基本圆形转子支撑法兰42，该法兰所处的平面与转子转子轴线36以及转子2相同的旋转轴线44相交，夹角为45°。转子支撑法兰42具有一系列的开口46，该开口设计为与图6中显示的底座支撑法兰30上的开口48对齐。当转子到达图5所示的最终位置时，允许转子支撑法兰42牢固地螺接于所述底座支撑法兰30上。
图7也更详细地显示转子支撑16的钩结构21。每个钩结构21具有基本筒部48，该筒部适于与相应的半筒形凹槽32紧密配合，以在转子支撑16与底座支撑18之间形成铰链连接。在每个筒部48的内侧端部具有圆形突起50，该圆形突起适于与接纳结构22上的相应的所述圆形凹槽34紧密配合。一旦每个圆形突起50与各自的圆形凹槽34接合，如图4中所示，当转子从水平位置下降至竖直位置时，钩结构21不能从接纳结构22中滑出。
图8显示转子支撑16与底座支撑18接合在图3所示的初始位置。图8也显示设置在底座支撑18上的初级水平导向系统52。该导向系统52包括两个弯管向导，当转子支撑16向底座支撑18移动时，该向导引导钩结构21进入接纳结构22。液压阻尼缸（未显示）也安装在竖直方向上以避免当转子支撑16与底座支撑18第一次接触时这些结构之间的大的纵向冲击载荷。
图9显示转子支撑16与底座支撑18接合在图5中的最终位置上。
图10显示了接合在接纳结构22内的一个钩结构21。此图中可以更加清晰地看到圆形突起50如何紧密装配在圆形凹槽34内以阻止钩结构21从底座支撑18的底座支撑法兰30中滑出。
参照图7，例如，可以看出转子支撑法兰42位于与转子旋转轴线44之间角度为45度的平面上。如图9中所示，转子支撑法兰42与底座支撑法兰30相邻以限制转子支撑16的铰链运动并因此定义了图9中所示的转子支撑16的最终位置。在该最终位置底座支撑法兰30也位于与转子轴线44之间的夹角为45度的平面内。法兰30和42倾斜的优点就是法兰的面积因此而增加，而这将增加强度。
应该理解的是，法兰30和42可以不同的角度倾斜。理想情况下法兰30和42设置在不垂直于转子轴线44或不垂直于塔本身的中心纵轴线的平面内，且相对于转子轴线44的适合的一般角度范围在10度和80度之间。还应当理解的是法兰30和42不必是完全平坦的，可制成轻微起伏形状或具有另一个侧面。这种情况下，法兰30和法兰42不会是完全平坦的，但一般位于同一平面内。
对于带有直接驱动电机的风机而言，用于转子的固定轴（转子支撑16）通常是优选的。优点是具有小的疲劳载荷，这是由于相对于旋转轴线而言，该固定轴不受转子重量的循环重力载荷影响。通常通过一个或者两个主轴承将此种结构的转子安装于固定轴（转子支撑16）上。在转子的安装过程中，固定轴（转子支撑16）通常螺接于机舱主架（nacelle main frame）（底座支撑18）上。机舱主架承载来自固定轴的载荷，该固定轴通过约80-90度的弯曲连接到风机塔支撑的顶部上的偏轴承（yaw bearing）上。为了尽可能地减少轴承的成本，应当使用具有满意的自身轴承寿命的轴承。轴承的最小尺寸将限制轴（转子支撑16）的直径的尺寸。固定轴（转子支撑16）的结构整体的最关键部分通常是螺栓法兰连接。因此固定轴的直径通常由法兰的必要尺寸驱动，该法兰的必要尺寸还可驱动轴承（假设轴承的疲劳寿命是满意的）的内径和轴承的成本。对于这种情况，希望找到的解决方案是固定轴（转子支撑16）与主架（底座支撑18）之间使用具有更多个螺栓的大法兰能够而不必增加固定轴（转子支撑16）的直径以及相应地转子轴承的尺寸。
在具体实施方式的描述中，转子支撑16与底座支撑18之间的法兰30和法兰42设置为在固定轴纵轴线和塔轴线之间弯曲。通过提供与转子支撑16和转子旋转轴线呈非90度的法兰面，提供了大法兰尺寸而不必增加转子支撑16的尺寸和轴承的尺寸。优选的法兰面平面是与转子旋转轴线呈大约45度夹角，从而假设不改变螺栓直径，法兰直径增加约2的平方根并且抵挡弯矩的阻力矩增大约为2（增加100%）。
在图9显示的具体实施方式中，转子支撑法兰42和底座支撑法兰30都是圆形的。轴承部分38和法兰28也都是圆形的，并且转子支撑16和底座支撑18都因而定形，以使得允许支撑16和18的两端为圆形。圆形法兰具有容易加工的优点。然而，其他具体实施方式中转子支撑法兰42和底座支撑法兰30为椭圆形或者具有不同的形状也是可以的。
应该理解的是无论转子支撑16是否与底座支撑18铰链连接，上述法兰都能够使用。
本发明也可以通过以下多个带编号的段落定义，该带编号的段落与优先权申请中的权利要求书相对应。
1、风机转子总成包括：
转子支撑；
可旋转地安装于所述转子支撑上的转子；以及
底座支撑，
其中，所述转子支撑和所述底座支撑之间设有接合件，当所述转子支撑和所述底座支撑移动到一起时，该接合件允许所述转子支撑和所述底座支撑彼此接合，以在所述转子支撑和底座支撑之间形成连接，该连接允许所述转子支撑在安装或拆卸期间相对于所述底座支撑旋转。
2、根据第1段定义的风机转子总成，其中，当所述转子支撑和所述底座支撑移动到一起时，所述转子支撑与底座支撑设置为可松开地连接。
3、根据第1或第2段定义的风机转子总成，其中，所述转子支撑与底座支撑之间的所述连接为铰链连接。
4、根据第3段定义的风机转子总成，其中，所述铰链连接设置为允许所述转子和转子支撑在使用时绕基本水平的轴线转动。
5、根据前述的任一段定义的风机转子总成，其中，所述接合件包括至少一个公配合部，所述公配合部设在所述转子支撑和所述底座支撑中的至少一个上。
6、根据第5段定义的风机转子总成，其中，所述公配合部包括至少一个钩部。
7、根据第5段或第6段定义的风机转子总成，其中，所述公配合部包括至少一个筒部，该筒部的外形可以为筒形、半筒形或部分筒形，并且其中所述筒部具有纵轴线，在使用时该纵轴线形成所述转子支撑与底座支撑之间的铰链连接的旋转轴线。
8、根据第5、6或7段定义的风机总成，其中所述公配合部具有基本圆形的突起。
9、根据权利要求8定义的风机，其中所述基本圆形的突起位于所述筒部的端部。
10、根据第5段至第9段中任一段定义的风机转子总成，其中所述接合件包括至少一个凹槽，所述凹槽位于所述转子支撑和所述底座支撑中的至少一个上，并且所述凹槽适于接纳所述公配合部，以在所述转子支撑与底座支撑之间形成所述连接。
11、根据第10段所述的风机转子总成，当同时直接或间接地引用第7段时，其中所述凹槽包括至少一个筒形凹槽，该凹槽在外形上可以是筒形、半筒形或部分筒形的，并且所述凹槽适于接纳所述公配合部件的所述筒部，以在所述转子支撑与底座支撑之间形成所述连接。
12、根据第10或11段定义的风机转子总成，当同时直接或者间接地引用第8段或第9段时，其中所述接合件包括适于接纳所述基本圆形的突起的至少一个基本圆形的凹槽，以使得在使用过程中当转所述子支撑相对所述底座支撑旋转时阻止所述公配合部离开所述至少一个凹槽。
13、根据前述任意一段定义的风机转子总成，其中所述连接设置为允许所述转子支撑相对于所述底座支撑旋转约90度的角度。
14、根据前述任一段定义的风机转子总成，其中，该风机转子总成设置有引导结构，当所述转子支撑和底座支撑被移动在一起以形成所述连接时，所述引导结构用于引导所述转子支撑和底座支撑彼此接合。
15、根据第14段定义的风机转子总成，其中所述引导结构包括至少两个引导件，并且其中，所述两个引导件之间的距离随着与所述底座支撑的距离的减少而减小。
16、根据前述任意一段定义的风机转子总成，还包括液压阻尼装置，该液压阻尼装置用于当所述转子支撑和所述底座支撑移动至彼此接合时缓冲所述转子支撑与所述底座支撑之间的冲击。
17、根据前述任一段定义的风机转子总成，其中：
所述转子绕转子轴线可旋转地安装于所述转子支撑上；
所述转子支撑具有基本位于第一平面内的转子支撑面；
所述底座支撑具有基本位于第二平面内的底座支撑面；
所述转子支撑面和所述底座支撑面设置为彼此邻接以限制所述转子支撑的旋转，并因此限定所述转子支撑的最终位置；以及
所述第一平面呈角度设置以使得所述第一平面不与所述转子轴线垂直。
18、根据第17段定义的风机转子总成，其中所述第一平面设置为相对于所述转子轴线的角度为10度至80度。
19、根据第17段定义的风机转子总成，其中所述第一平面设置为相对于所述转子轴线的角度为20至70度。
20、根据第17段定义的风机转子总成，其中所述第一平面设置为相对于所述转子轴线的角度为30至60度。
21、根据第17段定义的风机转子总成，其中所述第一平面设置为相对于所述转子轴线的角度为40至50度。
22、根据第17至21中任一段定义的风机转子总成，其中所述转子支撑面形成在所述转子支撑的法兰上。
23、根据第17至22中任一段定义的风机转子总成，其中所述底座支撑面形成在所述底座支撑的法兰上。
24、一种在底座支撑上安装风机转子的方法，所述转子可旋转地安装在转子支撑上，所述方法包括如下步骤：
将所述转子悬吊于基本水平的位置；
移动所述转子支撑至与所述底座支撑接合，以在所述转子支撑与底座支撑之间形成连接，以及
绕所述连接旋转所述转子，从所述基本地水平位置旋转到基本地竖直位置。
25、根据第24段定义的方法，其中所述转子支撑与底座支撑之间的所述连接为铰链连接。
26、根据第24或25段定义的方法，其中所述底座支撑设置在适于支撑所述转子的支撑塔上或支撑塔的部分上。
27、根据第24至26段中的任一段定义的方法，其中将所述转子悬吊的所述步骤由吊车执行。
28、根据第27段定义的方法，其中移动所述转子的所述步骤由所述吊车执行。
29、一种风机转子总成，包括：
转子支撑；
绕转子轴线可旋转地安装于所述转子支撑上的转子；以及
底座支撑；
其中：
所述转子支撑具有基本位于第一平面内的转子支撑面；
所述底座支撑具有基本位于第二平面内的底座支撑面；
所述转子支撑面和所述底座支撑面设置为彼此邻接以支撑所述转子；和
所述第一平面呈角度设置以使得与所述转子轴线既不垂直也不平行。
30、根据第29段定义的风机转子总成，其中所述第一平面设置为相对于所述转子轴线的角度为10至80度。
31、根据第29段定义的风机转子总成，其中所述第一平面设置为相对于所述转子轴线的角度为20至70度。
32、根据第29段定义的风机转子总成，其中所述第一平面设置为相对于所述转子轴线的角度为30至60度。
33、根据第29段定义的风机转子总成，其中所述第一平面设置为相对于所述转子轴线的角度为40至50度。
34、根据第29至33段中的任一项定义的风机转子总成，其中所述转子支撑面形成在所述转子支撑的法兰上。
35、根据第29至34段中的任一项定义的风机转子总成，其中所述底座支撑面形成在所述底座支撑的法兰上。
36、根据第29至35段中任一段定义的风机转子总成，其中所述转子支撑面基本为圆形。
37、根据第29至35段中任一段定义的风机转子总成，其中所述转子支撑面基本为椭圆形。
38、根据第29至37段中任一段中定义的风机转子总成，其中所述底座支撑为风机的机舱主架或者为机舱主架的部分。
39、根据第29至38段中的任一段定义的风机转子总成，该风机转子总成具有第1至16段中任一段的特征。

Claims (33)

1.一种风机转子总成，该风机转子总成包括：
转子支撑；
可旋转地安装于所述转子支撑上的转子；以及
底座支撑；
其中，所述转子支撑和底座支撑具有接合件，该接合件允许所述转子支撑与底座支撑彼此接合，以使得当所述转子支撑和底座支撑移动到一起时，在所述转子支撑与底座支撑之间形成铰链连接，该铰链连接允许所述转子支撑在所述转子的安装或拆卸期间相对于所述底座支撑旋转。
2.根据权利要求1所述的风机转子总成，其中，当所述转子支撑和底座支撑移动到一起时，所述转子支撑和底座支撑设置为可松开地相互连接。
3.根据权利要求1或2所述的风机转子总成，其中，所述转子支撑和底座支撑设置为彼此直接接合，以形成所述铰链连接。
4.根据权利要求3所述的风机转子总成，其中，所述铰链连接设置为允许所述转子和所述转子支撑在使用时绕基本水平的轴线转动。
5.根据上述任一项权利要求所述的风机转子总成，其中，所述接合件包括至少一个公配合部，该公配合部设置在所述转子支撑和所述底座支撑中的至少一个上。
6.根据权利要求5所述的风机转子总成，其中，所述公配合部包括至少一个钩部。
7.根据权利要求5或6所述的风机转子总成，其中，所述公配合部包括至少一个筒部，该公配合部形状能够为筒形、半筒形或部分筒形，并且其中，所述筒部具有纵轴线，在使用时该纵轴线形成所述转子支撑与底座支撑之间的铰链连接的旋转轴线。
8.根据权利要求5、6或7所述的风机转子总成，其中，所述公配合部具有基本圆形的突起。
9.根据权利要求8所述的风机，当同时引用权利要求7时，其中，所述基本圆形的突起位于所述筒部的端部。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的风机转子总成，其中，所述接合件包括至少一个凹槽，该凹槽位于所述转子支撑和所述底座支撑中的至少一个上，并且所述凹槽适于接纳所述公配合部，以在所述转子支撑与底座支撑之间形成所述连接。
11.根据权利要求10所述的风机转子总成，当同时直接或间接地引用权利要求7时，其中，所述凹槽包括至少一个筒形凹槽，所述凹槽的形状能够是筒形、半筒形或者部分筒形，并且所述凹槽适于接纳所述公配合部件的所述筒部，以在所述转子支撑与底座支撑之间形成所述铰链连接。
12.根据权利要求10或11所述的风机转子总成，当同时直接或者间接引用权利要求8或9时，其中，所述接合件包括适于接纳所述基本的圆形突起的至少一个基本的圆形凹槽，以使得在使用过程中当所述转子支撑相对于所述底座支撑旋转时阻止所述公配合部离开所述至少一个凹槽。
13.根据上述权利要求中任一项所述的风机转子总成，其中，所述铰链连接设置成允许所述转子支撑相对于所述底座支撑旋转大约90度。
14.根据上述权利要求中任一项所述的风机转子总成，其中，该风机转子总成设置有引导结构，当所述转子支撑和底座支撑被移动在一起以形成所述铰链连接时，所述引导结构用于引导所述转子支撑和底座支撑彼此接合。
15.根据权利要求14所述的风机转子总成，其中，所述引导结构包括至少两个引导件，并且其中，所述两个引导件之间的距离随着与所述底座支撑的距离的减小而减小。
16.根据上述权利要求中任一项所述的风机转子总成，该风机转子总成还包括液压阻尼装置，该液压阻尼装置用于当所述转子支撑和所述底座支撑移动至彼此接合时缓冲所述转子支撑与所述底座支撑之间的冲击。
17.根据上述权利要求中任一项所述的风机转子总成，其中：
所述转子绕转子轴线可旋转地安装于所述转子支撑上；
所述转子支撑具有基本位于第一平面内的转子支撑面；
所述底座支撑具有基本位于第二平面内的底座支撑面；
所述转子支撑面和所述底座支撑面设置为彼此邻接，以限制所述转子支撑的旋转，并因此限定所述转子支撑的最终位置；以及
所述第一平面呈角度设置，以使得所述第一平面不与所述转子轴线垂直。
18.根据权利要求17所述的风机转子总成，其中，所述第一平面设置为角度相对于所述转子轴线的角度为10度至80度。
19.根据权利要求17所述的风机转子总成，其中，所述第一平面设置为角度相对于所述转子轴线的角度为20至70度。
20.根据权利要求17所述的风机转子总成，其中，所述第一平面设置为角度相对于所述转子轴线的角度为30至60度。
21.根据权利要求17所述的风机转子总成，其中所述第一平面设置为角度相对于所述转子轴线的角度为40至50度。
22.根据权利要求17至21中任一项所述的风机转子总成，其中，所述转子支撑面形成在所述转子支撑的法兰上。
23.根据权利要求书17至22中任一项所述的风机转子总成，其中，所述底座支撑面形成在所述底座支撑的法兰上。
24.根据权利要求书17至23中任一项所述的风机转子总成，其中，所述转子支撑面基本为圆形。
25.根据权利要求书17至23中任一项所述的风机转子总成，其中，所述转子支撑面基本为椭圆形。
26.根据权利要求书17至25中任一项所述的风机转子总成，其中，所述底座支撑为风机的机舱主架或者机舱主架的一部分。
27.一种在底座支撑上安装风机转子的方法，所述转子可旋转地安装于转子支撑上，所述方法包括如下步骤：
将所述转子悬吊于基本水平的位置；
移动所述转子支撑至与所述底座支撑接合，以在所述转子支撑与底座支撑之间形成铰链连接；以及
使所述转子支撑相对于所述底座支撑围绕所述铰链连接旋转，以将所述转子从所述基本水平的位置旋转至基本竖直的位置。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述转子、转子支撑和底座支撑为具有权利要求1至26中任一项所述特征的风机转子总成的一部分。
29.根据权利要求27或28所述的方法，其中，所述底座支撑位于适于支撑所述转子的支撑塔上，或者所述底座支撑为适于支撑所述转子的支撑塔的一部分。
30.根据权利要求27至29中的任一项所述的方法，其中，将所述转子悬吊的所述步骤由吊车执行。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，移动所述转子的所述步骤由所述吊车执行。
32.根据权利要求27至31中任一项所述的方法，其中，将所述转子悬吊的所述步骤包括通过柔性绳将所述转子悬吊于所述底座支撑的上方。
33.根据权利要求27至32中任一项所述的方法，其中，旋转所述转子支撑的所述步骤包括通过降低所述转子的悬吊高度来旋转所述转子支撑。
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