CN108474353B - 用于监控具有弹性联轴器的风力涡轮机的驱动机构的方法和装置、风力涡轮机和方法 - Google Patents

用于监控具有弹性联轴器的风力涡轮机的驱动机构的方法和装置、风力涡轮机和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于监控用于包括弹性联轴器的风力涡轮机的驱动机构的方法和装置。驱动机构包括：转子轴(主轴)，其构造为绕着主轴线被转子驱动；支撑结构，其包括包围至少一个轴承的轴承壳体并支撑转子轴绕着主轴线旋转，从而限制转子轴的其它移动；变速箱输入轴和变速箱壳体，所述变速箱壳体支撑变速箱输入轴绕着主轴线旋转，同时限制变速箱输入轴的其它移动；以及弹性联轴器，其中变速箱输入轴通过弹性联轴器联接到转子轴，弹性联轴器包括与转子轴刚性连接的第一联轴器部件、与变速箱输入轴刚性连接的第二联轴器部件、以及定位在第一联轴器部件与第二联轴器部件之间的弹性元件，由此构成了转子轴与变速箱输入轴之间的单一结合。本发明还涉及包括这种驱动机构的风力涡轮机，以及制造或改装具有这种驱动机构的风力涡轮机的方法。

Description

用于监控具有弹性联轴器的风力涡轮机的驱动机构的方法和 装置、风力涡轮机和方法
技术领域
本发明涉及用于监控用于风力涡轮机的驱动机构的装置和方法、风力涡轮机以及制造或改装风力涡轮机的方法。
背景技术
风力涡轮机或风力发电设备包括传动系或驱动机构，该驱动机构从转子或转子毂部延伸到发电机。驱动机构可以包括毂部、转子轴(或主轴)、变速箱输入轴、变速箱和发电机。驱动机构主要地构造为将扭矩从转子传递到发电机。然而，还存在不同于仅扭矩负载的其它转子负载。这些其它负载应被转移到机舱结构上并由机舱结构消除。这些其它负载通过驱动机构到机舱结构的负载路径取决于特定的布置及这些负载的变化和大小、加工公差、负载变形、热效应和其它条件。全部这些都可能导致不期望的寄生力(parasiticforce)，所述寄生力有可能损坏驱动机构中的元件，特别是变速箱部件和主轴承。消除这些寄生力同变速箱和轴承的可靠性是不可分地连接在一起。
WO 2012/052022 A1公开了一种用于风力涡轮机的驱动机构，其包括主轴和具有由主轴驱动的变速箱输入轴的变速箱。在主轴与变速箱的变速箱输入构件之间存在有两个联轴器。这两个联轴器构造为使得不期望负载的传输被减少。
WO 2013/007322 A1公开了一种驱动机构，其包括经由具有弹性元件的联轴器被彼此连接的转子轴和发电机输入轴。其公开了该联轴器包括与转子轴和发电机轴刚性连接的两个联轴器部件。然而，设置在联轴器部件之间的弹性元件具有充满流体(特别是液压流体)的腔室，并且它们成对布置。
弹性联轴器的主要缺点之一是弹性联轴器在操作期间的潜在磨损，或者总体上性能的改变。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于监控用于风力涡轮机的驱动机构的方法以及克服现有技术缺点的驱动机构。
根据第一方面，提供了一种监控驱动机构的弹性联轴器的状态的方法。该方法通常包括确定弹性联轴器的状态的步骤。方法还可以包括输出指示该状态的信号。
该方法还可以进一步包括以下步骤：评估来自于轴向传感器装置、径向传感器装置、切向传感器装置和旋转传感器装置中的至少一个的传感器输出信号，其中所述轴向传感器装置、径向传感器装置、切向传感器装置和旋转传感器装置中的每个包括在弹性联轴器中，并根据传感器输出信号调节弹性联轴器的弹性元件的特性。
驱动机构并且特别是弹性联轴器可以如下构造。
根据本发明的一个方面，提供了用于风力涡轮机的驱动机构。驱动机构包括：转子轴(主轴)，该转子轴构造为绕着主轴线被转子驱动；支撑结构，其包括包围至少一个轴承的轴承壳体并支撑转子轴绕着主轴线旋转，从而限制转子轴的其它移动。驱动机构还包括变速箱输入轴和变速箱壳体，该变速箱壳体支撑变速箱输入轴绕着主轴线旋转，同时限制变速箱输入轴的其它移动。更进一步，驱动机构包括弹性联轴器。变速箱输入轴通过弹性联轴器联接到转子轴，弹性联轴器包括与转子轴刚性连接的第一联轴器部件、与变速箱输入轴刚性连接的第二联轴器部件以及定位在第一联轴器部件与第二联轴器部件之间的弹性元件，由此构成了转子轴与变速箱输入轴之间的单一结合。这个方面提供了以单一结合形式的单个弹性联轴器为除沿着主负载扭矩方向以外的任何移动提供足够的自由度。
根据一个方面，弹性联轴器可以包括用于监控弹性联轴器的状态的至少一个传感器装置。由传感器装置获得的信号可以在传感器装置中，即在传感器信号处理单元中、和/或在单独的和/或专用控制逻辑单元中、和/或在风力涡轮机的(中央)可编程控制逻辑单元中被进一步处理。
根据这些方面和实施例的传感器装置可以有利地包括两个部分：传感器单元和传感器靶标。由于在风力涡轮机的驱动机构中存在旋转部件和静态部件，因此使用两部分传感器装置可以是有利的。传感器单元可以是有源的(构造为获取和/或处理信号，需要电能)，而传感器靶标可以是无源的(不需要电能)。然而，传感器靶标在某些情况下也可以是有源的。
在一个方面中，弹性联轴器(包括联轴器壳体)可以包括旋转传感器装置。旋转传感器装置可以包括旋转传感器单元和旋转传感器靶标。弹性联轴器的第一联轴器部件和第二联轴器部件然后可以各自包括旋转传感器靶标。每个旋转传感器靶标可以附接到相应联轴器部件的相应外周，以确定相对旋转速度和/或相移和/或负载扭矩。在实施例中，传感器靶标可以是光学类型、磁性类型和/或物理标记的(例如齿状)。可以在联轴器壳体中布置与旋转传感器靶标相对应的一个或多个旋转传感器单元(例如构造为编码器)。一个传感器单元可以被提供用于联接/附接到(与转子轴连接)的第一联轴器部件的传感器靶标，并且另一个传感器单元可以被提供用于联接/附接到(与变速箱输入轴连接)的第二联轴器部件的传感器靶标。
此外，可以提供旋转传感器信号处理单元。传感器信号处理单元可以被构造为基于速度传感器单元的输出来确定和/或处理转子轴的旋转位置与变速箱输入轴的旋转位置之间的相移。
在一个方面，可以提供控制逻辑单元，该控制逻辑单元构造为根据弹性联轴器的(结合的)弹性元件的刚度特性和相移来确定由弹性联轴器传递的扭矩。如果中央可编程控制逻辑(PLC)单元未构造为执行所需的信号处理或不应该调节，则这个方面可以是有利的。
在实施例中，控制逻辑单元可以进一步构造为基于(a)相移和(b)由风力涡轮机的可编程逻辑控制器(PLC)提供的表示传递的扭矩的传递扭矩信号来确定弹性元件的刚度特性是否在所需范围内。
在实施例中，在弹性联轴器的第一联轴器部件和/或第二联轴器部件上的传感器靶标可以是沿着外周的闭合环。在另一实施例中，弹性联轴器的第一联轴器部件和/或第二联轴器部件上的传感器靶标沿着外周可以是非连续的。
传感器信号处理单元可构造为确定转子轴和/或变速箱输入轴的旋转速度，并向涡轮PLC提供信号。
驱动机构，特别是弹性联轴器可以包括一个或多个接近传感器和/或距离传感器，其构造为例如确定联轴器壳体与第一联轴器部件和第二联轴器部件之间的间隙，并且考虑该信号以用于联轴器状态监控和/或产生相移信号。
弹性联轴器还可以包括径向传感器装置。
弹性联轴器还可以包括轴向传感器装置。
弹性联轴器还可以包括切向传感器装置。
术语“径向”、“轴向”和“切向”如下定义：“轴向”涉及驱动机构的主轴线的方向，即转子轴和变速箱输入轴等的纵向轴线的方向。“径向”涉及如前面描述的径向于轴向方向取向的方向。“切向”涉及与如前面描述的与轴向方向相切的方向。换句话说，切向方向是绕着主轴线的周向方向。
在有利的方面，弹性联轴器可以包括全部所描述的传感器装置。
径向传感器装置可以构造为确定第一联接器部件与第二联接器部件之间沿着径向方向的距离。
轴向传感器装置可以构造为确定第一联接器部件与第二联接器部件之间沿着轴向方向的距离。
切向传感器装置可以构造为确定第一联轴器部件与第二联轴器部件之间沿着切向方向上的位移和/或距离。例如，这可以是弹性元件沿弹性元件的刚度的主导轴线，以及第一联轴器部件与第二联轴器部件之间沿着切向/周向方向的延伸/长度。
由传感器装置确定/探测的值、位移、距离等可以总体上并有利地用于确定弹性联轴器的状态。可以使用由传感器装置确定/探测的值、位移、距离等，来调节或改变弹性联轴器的特性，特别是弹性联轴器的弹性元件的特性。这种特性可以是弹性元件沿着特定方向、例如刚度的主导方向或任何其他方向(如下所述)的刚度。响应于由传感器装置中的至少一个或全部提供的输出信号来有利地完成弹性联轴器的调节/维护/更换。可以自动地执行弹性元件的调节/维护/更换。可以通过调节弹性元件中的一个或多个联接到其的液压回路(下文描述液压联轴器的细节)中的压力来执行自动调节/维护。
至少一个或全部弹性元件可以构造和/或布置为使得弹性元件的力变形行为在第一负载方向上与在第二负载方向上不同或与除了第一负载方向以外的任何其他负载方向上不同。
至少一个或全部弹性元件可以构造和/或布置为使得至少一个或全部弹性元件具有沿着第一负载方向(刚度的主导方向)的第一刚度以及沿着第二负载方向的第二刚度。第一刚度有利地大于第二刚度。第一刚度可以大于弹性元件沿着其他负载方向(除了刚度的主导方向之外)的任意刚度。弹性元件有利地沿着主负载扭矩方向提供第一刚度。在本说明书的上下文中，扭矩或负载扭矩或负载扭矩方向通过旋转方向而不是矢量表示来被表示和描述，因为旋转方向的引用被认为是更直观的。
至少一个或全部弹性元件可以包括或由橡胶、聚合物、弹性材料或橡胶和/或聚合物和/或弹性材料和/或刚性部件的组合制成。至少一个或全部弹性元件可以以弹簧、螺旋弹簧和/或线圈弹簧的形式构造或制成。至少一个或全部弹性元件可以具有衬垫、圆柱体或小隔室的形式。
有利地，至少一个或全部弹性元件可以具有一个主导轴线或主导维度或主导方向(在其中刚度高于弹性元件的任何其他维度或轴线的刚度)。驱动机构的主负载方向(主负载扭矩方向)有利地与弹性元件的最大刚度的主导轴线或主导维度或主导方向重合。弹性元件的最大刚度的轴线或维度有利地与弹性元件的压缩方向相对应。
弹性联轴器可以构造为与所述第一联轴器部件和第二联轴器部件相对于彼此沿负载扭矩方向绕着所述主轴线的相对旋转相比，使得所述第一联轴器部件和第二联轴器部件绕着垂直于所述主轴线的轴线的相对旋转、沿着所述主轴线的平移以及沿着垂直于所述主轴线的轴线的平移更加容易。换句话说，弹性联轴器中的弹性元件，特别是弹性元件的刚度构造为，与两个联轴器部件沿着扭矩负载方向的任何相对移动相比，弹性联轴器使得上面的移动更容易。
弹性元件可以布置并构造为，使得弹性元件为每个负载方向提供不同的刚度特性。可以通过(在刚度的主导方向的)第一刚度执行扭矩的传递。弹性元件可以构造为除了绕着主轴线的纵向方向旋转以外相对于沿着横向自由度和旋转自由度的移动提供第二刚度。这允许第一联轴器部件和第二联轴器部件相对于彼此偏置和偏转，而不产生显著的反作用力。
在有利的方面中，仅单个弹性元件用于第一正的负载扭矩方向(即，沿着第一旋转方向)和第二、负的负载扭矩方向(即，沿着与第一旋转方向相反的第二旋转方向)。第一负载扭矩方向与第二负载扭矩方向相反。
在使用用于两个扭矩方向的单个弹性元件的实施例中，每个弹性元件可以布置为使得第一联轴器部件和第二联轴器部件的(对应的)附接、对接或推动表面位于弹性元件的各侧处，使得可以沿着正扭矩方向以及沿着负扭矩方向加载弹性元件。特别地，弹性元件和第一联轴器部件及第二联轴器部件构造为使得弹性元件沿着其主导方向和/或沿着第一负载扭矩方向上的刚度的主导轴线和沿着相反的第二负载扭矩方向被压缩。这个方面减少了所需弹性元件的数量，简化了制造和维护，并降低了成本。
因此，在一个方面中，仅使用用于两个相反扭矩负载方向的单个弹性元件。可以将弹性联轴器的全部弹性元件用于两个相反的扭矩负载。第一联轴器部件可以提供至少第一附接(或对接或推动)表面和相对的第二附接(或对接或推动)表面。第二联轴器部件然后还可以提供至少第一附接(或对接或推动)表面和相对的第二附接(或对接或推动)表面。
两个联轴器部件中的每个的一个附接(或对接)表面可以与弹性元件的相同的第一侧面接触，并且第一联轴器部件和第二联轴器部件中的每个的一个附接(或对接)表面可以与弹性元件的相同的第二侧面接触。弹性元件的第二侧面与弹性元件的第一侧面相对。第一联轴器部件和第二联轴器部件附接(或对接)表面与弹性元件的相同侧面的接触可以被称为是“对应的”。在实施例中，对接表面可以由联轴器部件中的叠置或重合的窗提供。然而，存在各种不同的可能构造。一个最低要求是，弹性元件的两个相对侧面中的每一个应该至少布置为推动(或抵靠)第一联轴器部件和第二联轴器部件两者的对接表面或附接表面或接触表面。弹性元件可以定位在第一联轴器部件和第二联轴器部件的对应的附接/对接表面上，使得单个弹性元件可以沿着正扭矩方向以及沿着负扭矩方向被加载。在弹性元件的一侧上的两个联轴器部件的相应表面可以并排并彼此邻近布置。还可以的是，这两个表面由不同的联轴器部件提供，并且一个联轴器部件的表面布置在相应其它联轴器部件的肩部或延伸部的后面。然而，对于不需要预施加应力的弹性元件的实施例来说最后的实施例可以是有利的。
前面描述的方面提供了单个弹性元件可用于两个相反的负载扭矩方向(即正扭矩方向和负扭矩方向)。在不考虑负载扭矩方向的情况下，弹性元件则仅沿主导轴线或刚度的方向被压缩或挤压。所需的弹性元件EM的数量然后可以减少到使用模块对的实施例的数量的一半。
在一个方面，如果弹性元件使用用于流体的腔室来调节弹性元件的刚度，那么全部弹性元件可以彼此液压地联接。无需将液压连接分离成用于正的负载扭矩的一个系统和用于负的负载扭矩的一个系统。
在一个方面，弹性元件对可以位于第一联轴器部件与第二联轴器部件的相应的相对的附接表面之间，使得各对的第一元件沿着第一/正扭矩方向被加载并且各对的第二元件沿着第二/负扭矩方向被加载。第二扭矩方向与第一扭矩方向相反。更具体而言，弹性元件可以将成对的两个相邻弹性元件沿着弹性联轴器的外周布置在相同联轴器部件的对接表面之间，以使得该对弹性元件能够位于第一联轴器部件或第二联轴器部件的相应的相对附接表面之间，从而各对的第一元件沿着第一/正扭矩方向被加载并且各对的第二元件沿着第二/负扭矩方向被加载，其中第二扭矩方向与第一扭矩方向相反。
在一个方面中，转子轴和变速箱输入轴可以安装/装配为使它们的纵向主轴线带有预设偏心，使得转子轴的纵向轴线与变速箱输入轴的纵向轴线初始安装为彼此偏心，以使在操作期间由重量和/或负载和/或扭矩引起的任何偏心或偏置最小化。相关扭矩可以是风力涡轮机操作期间的正常预期扭矩。为了实现预设偏心，轴承壳体的中心点可以略微移动。轴承壳体的中心点可以竖直地移动。这对弯曲线有影响，使得总体上，在风力涡轮机/驱动机构的安装和装配期间，不期望的偏心由预设偏心补偿。
关于前面描述的方面，通常最有利的是，风力涡轮机的驱动机构的转子轴和变速箱输入轴相对于彼此完美地对准且居中。否则，任何联轴器并且特别是弹性联轴器，特别是如本文描述的弹性元件，将在每次旋转期间不断地振动。这可能显著地增加弹性元件的磨损。根据这个方面，转子轴和变速箱输入轴相对于彼此以微小偏心布置，以补偿引入相反偏心的任何其他影响。例如，如果联轴器壳体、变速箱壳体和发电机全部从轴承壳体自由地悬置，这可能在转子轴和变速箱输入轴之间引入轻微偏心，这会导致弹性联轴器中的偏心，特别是第一联轴器部件相对于第二联轴器部件的偏心。然后可以通过轴承壳体的悬置，特别是在轴承壳体中的主轴承的悬置来补偿这个偏心和任何其他偏心。轴承壳体可以联接到机舱的主框架。轴承壳体与联轴器壳体之间的环形凸缘可以用于在转子轴与变速箱输入轴之间形成偏心。偏心也可以或组合地由联轴器(凸缘)、联轴器壳体和变速箱壳体形成。有利的方向是沿着竖直方向的偏心。还可能的是沿着任何其他方向，例如水平方向形成偏心。偏心有利地在小于1mm的范围内。偏心提供了在每次旋转期间弹性元件不振动。由于变速箱(壳体)和发电机(壳体)从轴承壳体悬置，因此这些部件的重量可以引入这样一种偏心，该偏心由沿相反方向的由预定和预设的偏心补偿。因此，预期的或确定的偏心可以通过由轴承壳体的移位引入的轻微预设偏心来补偿。
弹性元件可以总体上在外周方向上以及沿着切向方向定位在弹性联轴器的第一联轴器部件与第二联轴器部件(例如，相应的对接、附接、或推动表面)之间，并且第一联轴器部件和第二联轴器部件可以提供用于弹性元件中的每个的相对端的附接、对接和/或推动表面。
至少一个或全部弹性元件可以在非加载条件下被预施加应力(挤压、压缩)，以增加沿特定负载方向的刚度。特别地，可以通过对弹性元件预施加应力来增加抗扭刚度。刚度有利地沿着主负载扭矩方向增加，这然后可以与弹性元件的刚度的主导轴线和/或主导方向相对应。
弹性元件中的至少一个可以包括构造为填充以流体的腔室。有利地，多个弹性元件可以包括构造为填充以流体的腔室。腔室可以彼此液压地连接。
沿着正扭矩方向上作用的全部弹性元件的腔室可以彼此液压地联接，并且沿着负扭矩方向作用的全部弹性元件的腔室可以彼此液压地联接。
本发明还提供一种包括根据本发明的方面和实施例的驱动机构的风力涡轮机。本发明还提供了风力发电站，该风力发电站包括根据本发明的方面和实施例的包括驱动机构的风力涡轮机。
本发明还提供了用于制造和/或用于改造包括根据本发明的方面和实施方式的驱动机构的风力涡轮机的方法。
附图说明
本发明的进一步特征和优点将通过下面的描述参照附图进行，在附图中：
图1是根据实施例的驱动机构的一部分的简化图示；
图2是根据实施例的弹性联轴器的简化立体图；
图3是根据包括旋转传感器装置和径向间隙传感器装置的实施例的弹性联轴器的简化立体图；
图4是关于切向传感器装置的简化细节图；
图5是关于径向传感器装置和轴向传感器装置的简化细节图；
图6是根据实施例的弹性联轴器的简化横截面视图，其示出径向传感器装置和轴向传感器装置；
图7是根据实施例的弹性联接器的沿图1中的线A-A的简化横截面视图；
图8是根据实施例的处于第一负载条件下的弹性联接器的沿图1中的线A-A的简化横截面视图；
图9是根据实施例的处于第二负载条件下的弹性联轴器的沿图1中的线A-A的简化横截面视图；
图10是根据实施例的处于第三负载条件下的弹性联接器的沿图1中的线A-A的简化横截面视图；
图11与图8基本上类似，包括附加细节；
图12是使用单个弹性元件的在图8至图10中所示的实施例的一部分的简化横截面视图；
图13是使用单个弹性元件的在图8至图10中所示的实施例的一部分的简化横截面视图；
图14是根据实施例的关于弹性元件的简化立体图；以及
图15是根据实施例的关于弹性元件的简化立体图；
图16示出了根据实施例的风力涡轮机的驱动机构的一部分的简化侧视图。
具体实施方式
图1是根据实施例的传输系统1的一部分的简化图示。驱动机构统1包括毂部2、转子轴(或主轴)3、主轴承4、主轴承壳体5、变速箱输入轴6、带有变速箱壳体8的变速箱7和发电机9。在转子轴3与变速箱输入轴6之间设有弹性联轴器10。弹性联轴器10包括第一联轴器部件11和第二联轴器部件12。弹性联轴器10具有联轴器壳体15。
在弹性联接器10和/或联轴器壳体15中和/或上还具有传感器装置SD，其只是本文所描述的各种传感器装置的一个示例，并在下面更详细地描述。通过传感器装置SD获取和/或处理的传感器信号可以通过驱动机构1的轴内的导线/缆线朝向发电机传递。这对于传感器装置，特别是附接到旋转部件(诸如弹性联轴器10)的传感器装置SD的传感器单元是有利的。传感器装置SD还可以包括传感器信号处理单元。还具有可以构造为处理来自传感器装置SD的信号的控制逻辑单元CL和可编程逻辑控制单元PLC。
图2是根据实施例的关于弹性联轴器10的简化立体图。弹性联轴器10包括第一联轴器部件11和第二联轴器部件12。第一联轴器部件11具有凸缘13，通过该凸缘它可以刚性地联接到转子轴3。第二联轴器部件12具有凸缘14，通过该凸缘它可以刚性联接到变速箱输入轴6。第一联轴器部件11通过多个弹性元件EM1至EM10(EM7和EM8在该立体图中是不可见的)联接到第二联轴器部件12。弹性元件EM1至EM10沿第一联轴器部件11和第二联轴器部件12的周向方向均匀分布。尽管本实施例显示了十个弹性元件EM1至EM10，但是在其他实施例中可以使用任意数量的弹性元件。
图3是根据包括旋转传感器装置SDROT和径向间隙传感器装置SDGAP的实施例的弹性联轴器10的简化立体图。在该实施例中，弹性联轴器(包括联轴器壳体15)包括旋转传感器装置SDROT。旋转传感器装置SDROT包括旋转传感器单元ROTSD1、ROTSD2和对应的旋转传感器靶标ROTT1、ROTT2。弹性联轴器10的第一联轴器部件11和第二联轴器部件12各自包括旋转传感器靶标ROTT1、ROTT2中的一个。每个旋转传感器靶标ROTT1、ROTT2附接到相应联轴器部件11、12的相应外周，以确定相对旋转速度和/或相移和/或负载扭矩。在实施例中，旋转传感器靶标ROTT1、ROTT2可以是光学类型、磁性类型和/或物理标记的(例如齿状)。与旋转传感器靶标ROTT1、ROTT2相对应的一个或多个旋转传感器单元ROTSD1、ROTSD2(例如构造为编码器)布置/安装在联轴器壳体15上。一个传感器单元ROTSD1设置为用于联接/附接到(与转子轴3连接的)第一联轴器部件11的传感器靶标ROTT1，并且另一个旋转传感器单元ROTSD2设置为用于联接/附接到(与变速箱输入轴6连接的)第二联轴器部件12的旋转传感器靶标ROTT2。
此外，可以在壳体15处设置旋转传感器信号处理单元(未示出)。传感器信号处理单元可以构造为根据旋转(速度)传感器装置SDROT的输出来确定和/或处理转子轴3的旋转位置与变速箱输入轴6的旋转位置之间的相移。
图1中所示的控制逻辑单元CL可以构造为基于弹性联轴器10的(结合的)弹性元件EM的刚度特性和相移来确定由弹性联轴器10传递的扭矩。替代地，图1中所示的中央可编程控制逻辑单元PLC可以构造为执行所需的信号处理。
在实施例中，控制逻辑单元CL可以进一步构造为基于(a)相移和(b)由风力涡轮机的可编程逻辑控制器(PLC)提供的表示传递的扭矩的传递扭矩信号来确定弹性元件的刚度特性是否在所需范围内。
在该实施例中，在弹性联轴器10的第一联轴器部件11和第二联轴器部件12上的旋转传感器靶标ROTT1、ROTT2构造为沿着外周的闭合环。在另一实施例中，在弹性联轴器的第一联轴器部件11和第二联轴器部件12上的传感器靶标ROTT1、ROTT2沿着外周是不连续的。
传感器信号处理单元(未示出)可以构造为确定转子轴3和/或变速箱输入轴6的旋转速度，并向风力涡轮机PLC提供信号。
驱动机构1，特别是弹性联轴器10可以进一步包括一个或多个接近传感器装置和/或距离传感器装置SDGAP，其构造为确定联轴器壳体15与第一联轴器部件11和/或第二联轴器部件12之间的间隙/距离。可以考虑这种距离传感器SDGAP的输出来确定联轴器状态和/或产生相移信号。
图4是关于切向传感器装置SNT的简化细节图，该切向传感器装置沿着弹性联轴器10的弹性元件EM附接。切向传感器装置SNT确定弹性元件EM的长度，或者更确切地说是沿切向方向(也称作为弹性联轴器10的周向方向)的长度变化。通过沿着TD(箭头)方向的长度，可以推导出弹性元件EM在当前负载扭矩下是否被压缩以及压缩到何种程度。例如，测量的长度可以是弹性元件EM沿着弹性元件EM的刚度的主导轴线，以及在第一联轴器部件11与第二联轴器部件12之间沿着切向/周向方向的延伸/长度和/或延伸/长度的变化。
这允许推导出扭矩的量和弹性模块EM的特性/状况/状态。在弹性联轴器10中的每个弹性模块EM可以具有切向传感器装置SNT。切向传感器装置SNT还可以包括传感器单元和传感器靶标。切向传感器装置可以是基于/使用激光技术的距离传感器。
切向传感器装置SNT还可以构造为确定第一联轴器部件11与第二联轴器部件12之间沿着切向方向的距离和/或距离的变化。
图5是关于径向传感器装置SR和轴向传感器装置SA的简化详细视图，它们联接到第一联轴器部件11和第二联轴器部件12以确定第一联轴器部件11相对于第二联轴器部件12沿轴向方向和径向方向的位移和/或距离。这允许确定弹性联轴器并且特别是元件EM的特性/状况/状态。可以提供多个径向和轴向传感器装置SR、SA。径向传感器装置SR和轴向传感器装置SA还可以包括传感器单元和传感器靶标。切向传感器装置可以是基于/使用激光技术的距离传感器。
由于轴向、径向和切向传感器装置附接到旋转弹性联轴器，因此由这些传感器提供的信号可以经由缆线通过旋转轴被传递并且在驱动机构的下游被每个通讯器或滑环以非接触方式获取。
图6是根据实施例的弹性联轴器10的简化横截面视图，其示出径向传感器装置SR和轴向传感器装置SA。
在图6和图7中指示了方向“径向”、“轴向”和“切向”，并且进一步如下定义：“轴向”涉及驱动机构1(在图1中指示)的主轴线的方向，即转子轴3和变速箱输入轴6等的纵向轴线的方向。“径向”涉及径向于如前所述的径向于轴向方向取向的方向。“切向”涉及与如前面描述的与轴向方向相切的方向。换句话说，切向方向是绕着主轴线的周向方向。
在有利的实施例中，弹性联轴器10包括全部所描述的传感器装置。由传感器确定/探测的值、距离等可以总体上有利地用于确定弹性联轴器10的状态。可以使用由传感器装置SA、SR、SNT、SDROT、SDGAP确定/探测的值、距离等，来调节或改变弹性联轴器10的特性，特别是弹性联轴器10的弹性元件EM的特性。这种特性可以是弹性元件沿着特定方向，例如刚度的主导方向或任何其他方向(如这里所描述)的刚度。响应于由传感器装置中的至少一个或全部提供的输出信号来有利地完成弹性联轴器10的调节/维护/更换。可以自动地执行弹性元件的调节/维护/更换。可以通过调节弹性元件中的一个或多个联接到其的液压回路中的压力来执行自动调节/维护。
图7是根据图1和图2所示的实施例的沿图1中的线A-A的弹性联轴器10的简化横截面视图。弹性元件EM1至EM10沿周向方向CD基本上均匀分布。在本实施例中，弹性元件EM1至EM10以两个弹性元件成对布置：EM1和EM2、EM3和EM4、EM5和EM6、EM7和EM8以及EM9和EM10。因此，设有五对弹性元件。通常在相邻的弹性元件之间存在第一联轴器部件11或第二联轴器部件12中的一个的周向部段CS1至C10。周向部段CS1、CS3、CS5、CS7和CS9属于第一联轴器部件11。周向部段CS2、CS4、CS6、CS8和CS10属于第二联轴器部件12。相应地，每个弹性元件E1至E10位于第一联轴器部件11的周向部段和第二联轴器部件12的周向部段之间。周向部段CS1至CS10在每个弹性元件EM1至EM10的相对端上为弹性元件EM1至EM10提供附接表面AS。
周向方向CD也是扭矩负载的方向。然而，扭矩负载可以具有彼此相反的第一方向LDP或第二方向LDN。在本文的上下文中，扭矩或负载扭矩或负载扭矩方向是通过旋转方向而不是通过矢量表示来代表和描述的，因为旋转方向的引用被认为是更直观的。
图8是根据实施例在第一负载条件下沿图1中的线A-A的弹性联轴器10的简化横截面视图。弹性联轴器10的这个实施例与前一个实施例不同之处在于，弹性元件EM1至EM4中的每一个都被构造并布置为使得弹性元件EM1至EM4可以沿着正扭矩方向LDP以及沿着负扭矩方向LDN被加载。第一联轴器部件11和第二联轴器部件12被表示为具有重叠的窗W的圆盘，弹性元件EM1至EM4中的每个通过该窗突出。第一联轴器部件11用虚线表示，而第二联轴器部件12用实线表示。所示的负载条件是未偏转的情况，使得没有施加扭矩负载，并且转子轴3和变速箱输入轴6以及由此的联轴器部件11、12不错位。
图9是沿着图1中的线A-A(类似于图8的实施例)的处于第二负载条件下的弹性联轴器10的简化横截面视图。在该负载条件下，负载扭矩被施加到弹性联轴器10，但是变速箱输入轴和转子轴的轴线仍然很好地对准。
图10是沿着图1中的线A-A(类似于图8和图9的实施例)的处于第三负载条件下的弹性联轴器10的简化横截面视图。在这种负载条件下，施加负载扭矩并且主轴线错位。
图11基本上与图8相似，包括附加细节。本实施例使用弹性元件EM1至EM4，其也称为液压橡胶元件或液压弹性体等(参照图15描述了这种元件的更多细节)。这些元件具有内腔室，该内腔室可以填充流体以调节刚度(例如扭转刚度)。弹性元件，或者更确切地说，弹性元件的腔室联接到液压回路。如果仅单个弹性元件EM1至EM4可用于两个负载扭矩方向，如本文所述的，则单个液压回路HYD可用于全部元件EM1至EM4，而不是两个单独的液压回路用于每个负载扭矩方向的弹性元件。
图12是图8至图10所示的实施例的一部分的简化横截面视图，其使用单个弹性元件EM用于两个相反的扭矩负载方向。每个弹性元件(图8至图10中)可以是图11所示的弹性元件EM。第一联轴器部件11提供至少第一附接(或对接)表面AS1_11和相对的第二附接(或对接)表面AS2_11。第二联轴器部件12也提供至少第一附接(或对接)表面AS1_12和相对的第二附接(或对接)表面AS2_12。在本实施例中，两个联轴器部件11、12中的各自的一个附接(或对接)表面AS1_11、AS1_12与弹性元件的相同的第一侧面EMFS接触，并且两个联轴器部件11、12中的各自的一个附接(或对接)表面AS2_11、AS2_12与弹性元件的相同的第二侧面EMSS接触。弹性元件EM的第二侧面EMSS与弹性元件的第一侧面EMFS相对。在实施例中，对接表面AS1_11、AS2_11、AS1_12、AS2_12可以由联轴器部件中的叠置或重合的窗W11、W12提供。然而，存在各种不同的可能构造。最低要求是弹性元件的两个相对侧面EMFS、EMSS中的每一个至少应抵靠第一联轴器部件11和第二联轴器部件12全部的对接或附接或接触表面。换言之，弹性元件位于第一联轴器部件和第二联轴器部件的对应的附接/对接表面上，使得单个弹性元件沿着正扭矩方向以及沿着负扭矩方向被加载。
这提供了单个弹性元件EM可以被用于全部相反的负载扭矩方向，即正扭矩方向LDP和负扭矩方向LDN。在不考虑负载扭矩方向的情况下，则该弹性元件仅沿主轴线或刚度方向被压缩或挤压。所需的弹性元件EM的数量然后可以减少到使用模块对的实施例的数量的一半。
在一个方面，如果弹性元件使用流体腔室来调节弹性元件的刚度，那么全部弹性元件可以彼此液压地联接。无需将液压连接分开成为进入到用于正的负载扭矩的一个系统和进入到用于负的负载扭矩的一个系统。
图13是根据另一个实施例的使用单个弹性元件EM用于两个相反的扭矩负载方向的图8至图11中所示的实施例的一部分的简化横截面视图。在本实施例中，弹性元件EM仅保持在弹性元件EM一端处的第一联轴器部件11的一个对接、附接和/或推动表面(或肩部)AS11与弹性元件EM的另一相对端处的第二联轴器部件12的一个对接、附接和/或推动表面(或肩部)AS12之间。然而，各联轴器部件11、12的相应对接表面AS11和A12延伸跨越并覆盖相应的其它联轴器部件。如果弹性元件EM不需要预施加应力，则此实施例是有利的。
图14是用于本文描述的实施例和方面的关于弹性元件EM的简化立体图。主导方向D1是弹性元件EM在其中具有最大刚度的(由于扭矩引起的)力的方向。应该注意的是，弹性元件EM应该被沿着主导方向D1被压缩或挤压。仅作为示例，也指示了其他方向D2、D3的可能的力(potential force)。弹性元件EM沿着方向D2和D3以及不同于D1的任何其他方向具有较低的刚度。
换言之，任何弹性元件EM具有刚度的主导轴线DA和位于刚度的主导轴线DA中的刚度的主导方向D1。刚度的主导方向D1有利地是其中弹性元件EM被压缩的方向。弹性元件EM的刚度沿刚度的主导方向D1比沿相对于弹性元件EM不同于主方向D1的任何方向更大。
图15是关于弹性元件EM的简化立体图。该弹性元件可以与本发明的各方面和实施例相结合一起使用。总体上，弹性元件的至少一个或全部可以包括或由橡胶、聚合物、弹性材料或橡胶和/或聚合物和/或弹性材料和/或刚性部件的组合制成。弹性元件的至少一个或全部可以以弹簧、螺旋弹簧和/或线圈弹簧的形式构造或制成。弹性元件的至少一个或全部可以具有衬垫、圆柱体或小隔室的形式。
图15所示的弹性元件EM总体上由弹性材料(如橡胶或聚合物等)制成，并且包括内腔室CH(虚线)，该内腔室可以填充流体以调节刚度。弹性元件EM还可以包括用于流体的入口和出口。在这个实施例中，存在径向入口/出口IN_OUT_R和一个切向入口/出口IN_OUT_T。此外，存在流体接入FA和用于确定弹性元件EM的腔室CH中的压力的压力传感器SENS。
弹性元件EM也可以称为橡胶液压元件。其可以具有2300mm的节圆直径，38kg的重量，并沿着主导方向提供高的扭矩刚度。它还提供了低的轴向和横向(即沿除了主导方向之外的方向)刚度。弹性元件可以以最大600巴的液压压力操作。弹性元件可以通过软管或管(液压回路)与其他相似类型的弹性元件液压地联接。这些管或软管的工作压力可以是1040巴，而最小爆裂压力可以是2600巴。
图16示出了根据实施例的风力涡轮机的驱动机构1的一部分的简化侧视图。具有主框架16(风力涡轮机的机舱(未示出)的支撑结构(未示出))。驱动机构包括转子轴(或主轴)3，该转子轴(或主轴)由主轴承4(未示出)保持在轴承壳体5中。仅轴承壳体5从主框架16悬置或由该主框架承载。包括弹性联轴器10的联轴器壳体15、包括变速箱输入轴6和变速箱7的变速箱壳体8以及发电机9仅从轴承壳体5悬置。它们全部在主框架16上方自由地延伸。弹性联轴器10、变速箱和发电机9的全部重量(包括它们的壳体和内部部件)可以在转子轴3和变速箱输入轴6之间引入偏心。
在一个实施例中，转子轴3的纵向轴线A3和变速箱输入轴6的纵向轴线A6然后相对于彼此以预定的和预设的偏心EXC安装/装配，以使由例如重量和/或其他负载和/或其他影响引起的偏置/偏心最小化。通常地，最有利的是风力涡轮机的驱动机构1的转子轴3和变速箱输入轴6相对于彼此完美地对准且居中。否则，任何联轴器，特别是弹性联轴器10，更具体地说，如本文中所描述的弹性联轴器10的弹性元件EM，可能在贯穿每次旋转期间不断地振动/工作。这可能显著地增加弹性元件EM的磨损。根据本实施例，转子轴3和变速箱输入轴6相对于彼此以微小偏心布置，以补偿引入相反偏心的任何其他影响。例如，如果联轴器壳体15、变速箱壳体8和发电机9全部从轴承壳体5自由地悬置，则这可能在转子轴3和变速箱输入轴6之间引入微小偏心，这相对于第二联轴器部件12的会引起在弹性联轴器10中的偏心，特别是在第一联轴器部件11的偏心。然后，例如可以通过轴承壳体5的悬置，特别是主轴承4在轴承壳体5中的悬置来补偿这个和任何其他偏心。轴承壳体5通过环形(环状)凸缘(未示出)联接到机舱的主框架16。该凸缘可以用于在转子轴3与变速箱输入轴6之间形成偏心。特别地，轴承的中心点可以在安装/装配期间移位。有利的方向是沿着竖直方向V的预设偏心。还可能的是沿着任何其他方向例如水平方向H形成预设偏心。预设偏心有利地在小于1毫米的范围内。预设偏心使得弹性元件EM在每次旋转期间不振动或较少振动。由于变速箱7(壳体)和发电机9(壳体)悬置在轴承壳体5上，因此这些部件的重量可能引入沿着相反方向的由预定和预设的偏心补偿的偏心。因此，预期或确定的偏心可以通过由轴承壳体5的移位引入的微小预设和补偿(例如相反的)偏心来补偿。转子轴和变速箱输入轴的纵向主轴线的预设偏心可用于补偿和/或最小化由重量和/或负载和/或扭矩引起的任意偏心或偏置。相关扭矩可以是风力涡轮机操作期间的正常预期扭矩。为了实现预设偏心，轴承壳体的中心点可以略微移位。轴承壳体的中心点可以竖直地移位。这对弯曲线具有影响，使得总体上，在风力涡轮机/驱动机构的安装和/或装配期间，不期望的偏心由预设偏心补偿。
由应该注意的是，这些方面和实施例是特别地协同的。由于弹性联轴器的弹性元件可能经受老化或磨损，所以驱动机构的弹性联轴器的监控是重要的。这需要不停地监控，并且如果出现任何问题，就对弹性元件进行调节、维护或更换。
虽然上面已经参照具体的实施例描述了本发明，但本发明不局限于这些实施例，并且毫无疑问，如在所要求权利的本发明的范围内技术人员将会想到其他替代方案。

Claims (16)

1.一种用于风力涡轮机的驱动机构，包括：转子轴，其构造为绕着主轴线被转子驱动；支撑结构，其包括包围至少一个轴承的轴承壳体并支撑所述转子轴绕着所述主轴线旋转，从而限制所述转子轴的其它移动；变速箱输入轴和变速箱壳体，所述变速箱壳体支撑所述变速箱输入轴绕着所述主轴线旋转，同时限制所述变速箱输入轴的其它移动；以及单个弹性联轴器，其中，所述变速箱输入轴通过所述弹性联轴器联接到所述转子轴，所述弹性联轴器包括与所述转子轴刚性连接的第一联轴器部件、与所述变速箱输入轴刚性连接的第二联轴器部件、以及定位在所述第一联轴器部件与第二联轴器部件之间的多个弹性元件，由此构成了所述转子轴与变速箱输入轴之间的单一接头，其中所述弹性联轴器包括用于监控所述弹性联轴器的状态的传感器装置。
2.根据权利要求1所述的驱动机构，其中，所述传感器装置是旋转传感器装置，其包括旋转传感器靶标和旋转传感器单元，其中，所述弹性联轴器的第一联轴器部件和第二联轴器部件各包括附接到所述联轴器元件的相应外周用于确定旋转速度和/或相移和/或负载扭矩的旋转传感器靶标。
3.根据权利要求2所述的驱动机构，其中，所述旋转传感器靶标是光学类型、磁性类型和/或物理标记的。
4.根据权利要求2所述的驱动机构，其中，与所述旋转传感器靶标对应的旋转传感器单元布置在所述联轴器壳体中。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的驱动机构，还包括传感器信号处理单元，其用于根据所述旋转传感器装置的输出来确定和/或处理所述转子轴的旋转位置与所述变速箱输入轴的旋转位置之间的相移。
6.根据权利要求5所述的驱动机构，还包括控制逻辑单元，所述控制逻辑单元构造为根据所述弹性联轴器的弹性元件的刚度特性和所述相移来确定由所述弹性联轴器传递的扭矩。
7.根据权利要求6所述的驱动机构，其中，所述控制逻辑单元进一步构造为根据所述相移和由风力涡轮机的可编程逻辑控制器提供的表示传递的扭矩的传递扭矩信号来确定所述弹性元件的刚度特性是否在所需范围内。
8.根据权利要求6所述的驱动机构，其中，所述旋转传感器靶标是分别沿所述第一联轴器部件和所述第二联轴器部件的外周的闭合环。
9.根据权利要求1所述的驱动机构，其中，所述传感器装置是接近传感器和/或距离传感器，其构造为确定所述联轴器壳体与所述第一联轴器部件和/或第二联轴器部件之间的距离。
10.根据权利要求1所述的驱动机构，其中，所述传感器装置是轴向传感器装置和/或径向传感器装置和/或切向传感器装置。
11.根据权利要求1-4中任一项所述的驱动机构，其中，所述弹性元件构造为使得所述弹性元件沿着第一负载方向具有第一刚度，并且沿着第二负载方向具有第二刚度，所述第一刚度大于所述第二刚度，并且所述弹性元件布置为使得主负载扭矩方向与所述第一负载方向重合。
12.根据权利要求1-4中任一项所述的驱动机构，其中，所述转子轴和所述变速箱输入轴安装为使它们的纵向主轴线带有预设偏心，使得所述转子轴的纵向轴线与所述变速箱输入轴的纵向轴线初始地安装为彼此偏心，使得在操作期间由重量和/或负载和/或扭矩引起的任何偏心或偏置最小化。
13.根据权利要求1-4中任一项所述的驱动机构，其中，所述弹性元件在非加载条件下是预施加应力的，以增加刚度。
14.根据权利要求13所述的驱动机构，其中，所述弹性元件在非加载条件下是预施加应力的，以增加抗扭刚度。
15.根据权利要求1-4中任一项所述的驱动机构，其中，每个弹性元件包括腔室，所述腔室构造为填充以流体，并且所述腔室的至少一些彼此液压地连接。
16.一种监控风力涡轮机的驱动机构的弹性联轴器的方法，所述驱动机构是根据权利要求1-15中任一项所述的驱动机构，所述方法包括以下步骤：评估来自于轴向传感器装置、径向传感器装置、切向传感器装置和旋转传感器装置中的至少一个的传感器输出信号，其中所述轴向传感器装置、径向传感器装置、切向传感器装置和旋转传感器装置中的每个包括在所述弹性联轴器中，并根据所述传感器输出信号调节所述弹性联轴器的弹性元件的特性。
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