CN108278181A - 风力涡轮机传动系的三点支承系统 - Google Patents

风力涡轮机传动系的三点支承系统 Download PDF

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Abstract

风力涡轮机传动系的三点支承系统，包括主轴承、主轴、具有安装至主机架的扭矩臂的齿轮箱，其特点在于，每个扭矩臂还包括头部，头部具有大致平行的至少第一表面和第二表面，且这些表面设置为与包含主轴的中心轴的平面大致平行，该系统还包括大致U形的通道组件，其设置为容纳头部，且至少一块压板设置在U型通道元件的开放侧以固定U形通道组件中的头部，其中设置U形通道组件以固定在主机架，由此解决区域弯曲变形导致的漏油问题以及可能的螺栓连接故障问题。

Description

风力涡轮机传动系的三点支承系统
技术领域
本发明涉及风力涡轮机传动系的三点支承系统，该传动系包括主轴承、主轴和齿轮箱，齿轮箱安装至主机架上，并具有扭矩臂，其中每个扭矩臂还包括头部，头部具有大致平行的至少第一表面和第二表面，且第一表面和第二表面设置为大致平行于包括主轴中心轴的平面，该支承系统还包括大致U形的通道组件，该组件设置为容纳头部和用于安装在主机架处，该U形通道组件具有开放侧。
背景技术
在本发明的开发之前，已知具有风力涡轮机传动系的三点支撑系统，其中齿轮箱通过固定在转矩臂上的两个销轴安装到主框架上。然而，当风力涡轮齿轮箱摆动时，每个销轴的跨度可能导致扭矩臂的区域弯曲变形，并且该区域弯曲变形可能导致扭矩臂与其连接的齿圈之间的连接故障以及油泄漏。油泄漏以及螺栓连接故障是在涉及到使用较短的传动系时的瓶颈。
这样的系统要求销轴及其支承间具有极窄公差带的过盈配合，其中橡胶衬套必须环绕销轴，以便能够适应例如由于风切变引起的应力，从而减小区域弯曲变形等。然而，对衬套的最大影响将在处于销轴下方的衬套部分上，因此也存在松弛的风险。
由US 2016/0305532已知，使用销轴将扭矩臂安装至主机架。然而，仍然需要在扭矩臂上使用方头来安装齿轮箱。
由EP 2495433 A1已知风力涡轮机包括具有方头扭矩臂的齿轮箱，然而其用于不包括力矩轴承的驱动设置。方头扭矩臂用于将齿轮箱安装至主机架。系统包括U形组件。U形组件包括闭合侧和开放侧，并设置为容纳头部及用于安装在主机架处，U形通道组件的开放侧朝向主机架。弹性垫片分别用于头部和U形通道组件之间、头部和主机架之间。
发明目的
因此本发明的目的是提供介绍中所提到的类型的风力涡轮机传统系统的三点支承系统，其中扭矩臂上使用方头而不是使用销轴来安装齿轮箱。
这将减少扭矩臂上的区域弯曲变形并由此减少连接故障，由此解决区域弯曲变形引起的漏油问题和可能的螺栓连接故障。
本发明另一个目的在于，由于跨度导致的区域弯曲减少，使得传动系可能使用缩短的三点支承系统。
发明内容
根据本发明的第一方面，上述目的通过介绍中所提到的类型的风力涡轮机传动系的三点支承系统实现，风力涡轮机传动系的三点支承系统包括主轴承、主轴和齿轮箱，齿轮箱安装至主机架上，并具有扭矩臂，其中U形通道组件设置为其开放侧背对主机架，该支承系统还包括至少一个压板，设置在U形通道组件的开放侧，用于固定U形通道组件中的头部。
这使得可能构建一个对由例如风切变引起的漏油或螺栓连接故障类似问题不敏感的系统。由于扭矩臂头部包括至少第一表面和第二表面，第一表面和第二表面的表面面积使得其能够吸收较大表面压力，且由此相比现有技术减少扭矩臂以及扭矩臂与齿圈连接处的弯曲变形，因此构建这样的系统是可能的。
U形通道组件和设置在U形通道组件开放侧的压板使固定头部成为可能，其中U形通道组件设置为用于安装在主机架上。头部安装在U形通道组件中将使得扭矩臂头部的表面能够吸收来自转子的最大扭矩和最大压力。还可能对扭矩臂头部施加预应力。
U形通道组件通过面对主机架的闭合侧安装至主机架，且开放侧背向主机架。由此易于经由开放侧通过引入头部将其置于U形通道组件中，并随后将压板安装在U形通道组件的开放侧以固定U形通道组件中的头部。
扭矩臂头部优选为是实心的，其内部没有空腔、孔或其他结构弱点。
相比现有技术需要具有极窄公差带的过盈配合的销轴方案，所要求保护的发明不仅在涉及公差时远远没有这样苛求，而且建造和随后维护更容易，且制造时不那么复杂使得其成本更低。
在第二方面，本发明还涉及三点支承系统，其头部在垂直于第一表面和第二表面的横截面大致为矩形。
这使得能够制备具有大致平行的至少第一表面和第二表面的头部，其中这些表面设置为与包含主轴的中心轴的平面大致平行，这些表面实际上大于它们之间的距离。这很重要，因为能够吸收表面压力的是表面面积而不是表面之间的距离。优选地，头部的宽度大于其厚度。
然而，可能制备具有大致平行的至少第一表面和第二表面的头部，其中这些表面设置为与包含主轴的中心轴的平面大致平行，这些表面与它们间的距离相同，这使得头部的横截面为方形。这意味着头部的宽度等于其厚度。
在第三方面，本发明还涉及三点支承系统，其中第一表面和第二表面基本为平面且大致为矩形。
这使得能够制备宽度大于长度的扭矩臂头部；在传动系的上风向朝下风向的方向更宽。这很重要，因为吸收表面压力的是表面面积，且短而宽的扭矩臂相比长而窄的扭矩臂更不敏感。
然而，可能制备方形的第一表面和第二表面，也可能制备其他形状，如圆角方形。
不管表面是什么形式，非常重要的是确保这些表面为平的和平行的。
在第四方面，本发明还涉及三点支承系统，其中U形通道组件还包括侧向压板。
这使得能够在U形通道组件中包含并紧固扭矩臂，并吸收由于例如风切变引起的侧向位移。
在第五方面，本发明还涉及三点支承系统，其中至少垫片位于至少第一表面与U形通道组件之间和第二表面与U形通道组件之间。
这使得能够由于例如风切变使垫片性能变化，其中垫片的硬度、弹性/回弹性、压缩、磨损可能偏离，甚至厚度也可能偏离。
在第六方面，本发明还涉及三点支承系统，其中头部还包括自由端，至少垫片位于自由端和侧向压板之间。
这使得能够获得由于风切变引起的侧向位移而不损坏扭矩臂头部的自由端。关于垫片的性能，应用与提到的其他所应用的垫片相同的条件。
在第七方面，本发明还涉及三点支承系统，其中垫片包括橡胶材料。
这使得能够在各种各样例如聚合物如橡胶中选择，或者甚至在各种各样与性能不同于橡胶材料的其他材料结合的聚合物中选择，聚合物可以为合成的或者非合成的。选择橡胶材料使得垫片成为减震器，且当聚合物与其他材料结合时，会添加其他性能。
通过使用橡胶作为垫片，散热性能也非常好。
在第八方面，本发明还涉及三点支承系统，其中过渡凹面位于头部与臂之间。
这使得能够避免扭矩臂结构中，臂最靠近齿轮箱的部分和扭矩臂头部之间的切口导致的薄弱。
附图说明
下面本发明将通过非限制性的实施例参照附图进行进一步的详细描述，其中：
图1示出了具有转子组件的风力涡轮机的示范性实施例，
图2示出了根据现有技术的传动系的一个示例，
图3示出了根据现有技术的传动系的另一个示例，
图4示出了根据现有技术的具有销轴的扭矩臂，
图5示出了新的所要求保护的三点支承系统的原理，
图6示出了具有方头的扭矩臂，
图7示出了方头的实施例，
图8示出了方头的另一个实施例，
图9示出了从扭矩臂自由端观察的具有方形横截面的扭矩臂的方头，
图10示出了从扭矩臂自由端观察的具有矩形横截面的扭矩臂的方头，
图11示出了从扭矩臂的侧边观察的扭矩臂的方头，其中该头部在横截面中为方形，
图12示出了从扭矩臂的侧边观察的扭矩臂的方头，其中该头部在横截面中为矩形。
在附图中以及说明书的具体实施方式中，使用了下列附图标记：
1.风力涡轮机
2.风力涡轮机塔架
3.地基
4.机舱
5.转子
6.轮毂
6a.轮毂前端
6b.轮毂后端
7.风力涡轮机叶片
8.传动系
9.主轴承
10.主轴
11.扭矩臂
12.齿轮箱悬架
13.齿轮箱
14.主机架
15.发电机
16.销轴
17.方头
18.主轴的中心轴
19.方头的第一表面
20.方头的第二表面
21.矩形的短边
22.矩形的长边
23.U形通道组件
24.压板
25.垫片
26.侧向压板
27.方头自由端
具体实施方式
图1示出了具有转子组件的风力涡轮机1的示范性实施例。风力涡轮机1包括风力涡轮机塔架2，塔架的底端安装至地基3，地基3可以是岸上地基或者离岸地基。机舱4可转动地连接至风力涡轮机塔架2的顶端，例如通过连接至控制系统(未示出)的偏航轴承。转子5可转动地连接至机舱4，例如通过主轴(未示出)。转子5包括轮毂6，至少两个例如三个风力涡轮机叶片7安装至轮毂6。每个风力涡轮机叶片包括尖端和叶根。轮毂6包括背对机舱4的前端6a和面向机舱4的后端6b。风力涡轮机叶片7可为图1中所示的传统的全翼型可变桨叶片或者具有内叶片部分和外叶片部分的局部变桨叶片(未示出)。变桨轴承(未示出)设置在轮毂6和风力涡轮机叶片7之间或者在风力涡轮机叶片7的内叶片部分和外叶片部分之间。
图2示出了从上风向朝下风向观察的传动系8的现有技术的示例，该传动系包括处于包括主轴承9、主轴10的第一支承点前的轮毂6和轮毂后端6，然后是包括处于齿轮箱13前的扭矩臂11和齿轮箱悬架12的第二支承点和第三支承点。三个支承点都安装至主机架14。
图3示出了从另一位置观察的传动系8的现有技术的另一个示例，其中从上风向朝下风向观察的传动系同样包括轮毂6，第一支承点包括主轴承9、主轴10，随后第二支承点和第三支承点包括处于齿轮箱13前的扭矩臂11和齿轮箱悬架12以及更远处的发电机15。附图还示出了连接扭矩臂11和齿轮箱悬架12的销轴16。三个支承点都安装至主机架14。
图4更详细地示出了如图3所示和上文所述的根据现有技术的具有销轴16的扭矩臂11。
图5示出了风力涡轮机传动系8的新的所要求保护的三点支承系统的原理，该传动系8包括主轴承9、主轴10、具有扭矩臂11的齿轮箱13，齿轮箱13安装至主机架14上，其中各个扭矩臂11还包括方头17。还示出了主轴10的中心轴18。
图6示出了具有方头17的扭矩臂11，方头17具有大致平行的第一表面19和第二表面20，且两个表面设置为与包含主轴10的中心轴18的平面大致平行。第一表面19和第二表面20基本为平面，并大致为矩形。
图7示出了一个实施例，其中第一表面19和第二表面20基本为平面，并大致为矩形，其中矩形的短边21为扭矩臂11的自由端。
图8示出了另一个实施例，其中第一表面19和第二表面20基本为平面，并大致为矩形，其中矩形的长边22为扭矩臂11的自由端。
图9示出了从扭矩臂11的自由端观察的扭矩臂11的方头17。其中头部17的垂直于第一表面19和第二表面20并平行于主轴10的中心轴18(见图5)的横截面为方形。扭矩臂11的头部17包含在大致U形的通道组件23中，压板24设置在U形通道组件23的开放侧以固定U形通道组件23中的头部17，且U形通道组件23安装在主机架14上。
图9还示出了至少垫片25位于第一表面19与U形通道组件23之间和第二表面20与U型通道组件之间。
图10示出了从扭矩臂11的自由端观察的扭矩臂11的方头17，其中头部17的垂直于第一表面19和第二表面20并平行于主轴10的中心轴18(见图5)的横截面为矩形。扭矩臂11的头部17包含在大致U形的通道组件23中，压板24设置在U形通道组件23的开放侧以固定U形通道组件23中的头部17，且U形通道组件23安装在主机架14上。
图10还示出了至少垫片25位于第一表面19与U形通道组件23之间和第二表面20与U型通道组件之间。
图11示出了从扭矩臂11的侧边观察的扭矩臂11的方头17，其中头部17的横截面为方形并垂直于主轴10的中心轴18(见图5)。扭矩臂11的头部17包含在大致U形的通道组件23中，压板24设置在U形通道组件23的开放侧以固定U形通道组件23中的头部17，且U形通道组件23安装在主机架14上。
图11还示出了至少垫片25位于第一表面19与U形通道组件23之间和第二表面20与U型通道组件之间。图11还示出了包括侧向压板26的U形通道组件23，其中垫片25也位于方头17的自由端27与侧向压板26之间。在方头17的第一表面19与扭矩臂11之间以及第二表面20与扭矩臂11之间均设有过渡凹面28。
图12示出了从扭矩臂11的侧边观察的扭矩臂11的方头17，其中头部17垂直于主轴10的中心轴18(见图5)的横截面为矩形。扭矩臂11的头部17包含在大致U形的通道组件23中，压板24设置在U形通道组件23的开放侧以固定U形通道组件23中的头部17，且U形通道组件23安装至主机架14上。
图12还示出了至少垫片25位于第一表面19与U形通道组件23之间以及第二表面20与U型通道组件之间。图12还示出了包括侧向压板26的U形通道组件23，其中垫片25也位于方头17的自由端27与侧向压板26之间。在方头17的第一表面19与扭矩臂11之间以及第二表面20与扭矩臂11之间均设有过渡凹面28。

Claims (8)

1.一种风力涡轮机传动系的三点支承系统，包括主轴承、主轴、具有扭矩臂的齿轮箱，齿轮箱安装至主机架上，其中每个扭矩臂还包括头部，所述头部具有大致平行的至少第一表面和第二表面，且所述表面设置为与包含主轴的中心轴的平面大致平行，所述系统还包括大致U形的通道组件，所述通道组件设置为容纳所述头部，并用于安装在所述主机架上，所述U型通道组件设有开放侧，其特征在于，所述U形通道组件的开放侧设置为背向主机架，所述系统还包括至少一个设置在所述U形通道组件的开放侧的压板，用于固定所述U形通道组件中的所述头部。
2.根据权利要求1所述的三点支承系统，其特征在于，所述头部垂直于所述第一表面和所述第二表面的横截面为大致矩形。
3.根据权利要求1和2任一项所述的三点支承系统，其特征在于，所述第一表面和所述第二表面基本为平面且大致为矩形。
4.根据权利要求1和2任一项所述的三点支承系统，其特征在于，所述U形通道组件还包括侧向压板。
5.根据权利要求1和2任一项所述的三点支承系统，其特征在于，至少垫片位于至少所述第一表面和所述U型通道组件之间以及所述第二表面与所述U形通道组件之间。
6.根据权利要求1和2任一项所述的三点支承系统，其特征在于，所述头部进一步包括自由端，其中至少垫片位于所述自由端与所述侧向压板之间。
7.根据权利要求6所述的三点支承系统，其特征在于，所述垫片包括橡胶材料。
8.根据权利要求1和2任一项所述的三点支承系统，其特征在于，过渡凹面位于所述头部与所述臂之间。
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