CN109519330B - 用于更换轴承部件的方法以及用于更换轴承部件的工具装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于更换轴承部件的方法以及用于更换轴承部件的工具装置。一种用于更换风力涡轮机的主轴承的轴承部件的方法，其中，所述轴承部件直接支承旋转轴，其特征在于，通过机械移动所述轴（2）卸载的所述轴承部件（9）借助于替换工具装置（13）被轴向移动远离其安装位置或轴向移动到其安装位置中。

Description

用于更换轴承部件的方法以及用于更换轴承部件的工具装置

技术领域

本发明涉及用于更换风力涡轮机的主轴承的轴承部件的方法，其中，轴承部件直接支承旋转轴。

背景技术

风力涡轮机的不断增大的大小和朝离岸建筑的趋势尤其对风力涡轮机的主轴承的可维修性和鲁棒性提出了高要求，所述主轴承用于直接支承旋转轴。尤其，由于这些轴承通过大的动态轴挠曲、高负载和低速度被极度加载，所以这些轴承经常需要维护。

常规的滚子轴承非常难以替换，因为驱动机构、直驱涡轮机的发电机和/或带有叶片的轮毂需要被拆卸。仅在使用起重机或者用于承载需要拆卸的所有物品和轴承本身的起重船时，这才是可能的。

对使用滚子轴承的替代方式是使用径向流体膜轴承，其包括带有下部和上部壳体部分的分开的轴承壳体。在该壳体中，以环形形式布置若干分离的轴承部件。其提供流体膜，延伸通过该流体膜轴承的轴能够在所述流体膜上滑动。通过移除轴承壳体的上部部分，能够沿轴的径向方向更换径向轴承部件。通过使用平常的绞车和提升装备，从轴承壳体提升轴承部件。下部轴承例如通过利用钢线牵拉它们而围绕轴移动直到其被置放在轴的上侧上，在那里，其能够被移除。而且，这种类型的流体膜轴承要求需要被更换的仅一个轴承构件的某类型的拆卸和替换，因为当坏掉的轴承部件在下部位置中时，由于部件沿径向方向的移除，其通常要求其他轴承部件的拆卸。

发明内容

本发明的目的是提供用于更换轴承部件的改善的方法。

为了解决该问题，本发明提出了用于更换风力涡轮机的主轴承的轴承部件的方法，其中，轴承部件直接支承旋转轴，所述方法的特征在于，通过机械移动轴来卸载的轴承部件借助于替换装置被轴向移动远离其安装位置或轴向移动到其安装位置中。

根据本发明，相应的轴承部件轴向移动以用于将其从轴承壳体移除或者将其移动到轴承壳体中。这是可能的，因为轴被机械移动以便卸载相应的轴承部件。为了维护，轴不旋转。由于轮毂和叶片的大质量，所述质量连接到轴，所以前主轴承和后主轴承沿相对方向被加载。当前主轴承被朝下加载时，后主轴承被朝上加载。流体膜主轴承的轴承部件包括中央部件主体，其用于提供和分布用于创建流体膜的流体。部件主体设有倾斜垫，当轴不旋转时，轴能够安置在其上。根据本发明，轴被机械移动，以便卸载相应的轴承，以便在轴和流体膜主轴承的每个个体径向轴承部件之间创建小间隙。取决于需要维护的主轴承，这通过朝上或者朝下移动轴完成。通过卸载相应的主轴承或者相应的轴承部件，能够相对于壳体轴向移动轴承部件。对于平行于或者沿着轴的该轴向移动，使用相应的替换工具装置，其仅需要被联接到需要替换的轴承部件。通过沿轴的轴向方向移除和替换径向轴承部件，在不移除另外的径向轴承部件或者拆卸壳体的情况下，能够替换每一个径向轴承部件。也不需要提供分开的壳体，因为能够通过轴向移动相应的部件简单地来完成替换。

当轴承是带有部件的液体动压或者液体静压轴承，其中所述部件具有包括倾斜垫的部件主体时，这种类型的替换尤其可能。通常具有适于轴的柱形形式的矩形横截面的该部件主体是金属件且包括用于引导流体和用于创建流体膜的所有必需的特征或者元件。在指向轴的表面上，布置倾斜垫，当必须维护，相应地轴不旋转时，轴能够安置在所述倾斜垫上。

如上文中解释的，中心特征是通过移动轴以便在轴和相应的轴承部件之间创建小间隙，轴承部件及相应地，轴承的卸载。通过使用千斤顶来推动轴，能够完成该移动。该千斤顶能够被布置在轴和轴壳体或者任何其他类型的反向轴承之间。千斤顶推动轴以当需要替换的轴承部件是前主轴承的一部分时用于提升其，或者当轴承部件是后主轴承的一部分时用于降低轴。

使用千斤顶的另一替代方式是使用围绕轴缠绕的一个或者多个吊索，所述吊索用于朝上或者朝下牵拉轴。允许轴的相应移动的任何类型的机械结构是适合且有用的。

根据本发明的另一方面，工具装置被定位在轴和周向壳体之间的周向空间中且被连接到轴承部件的内轴向侧。如上文中已经解释的，千斤顶或者吊索能够被布置在轴和轴壳体之间的空间中，所述空间能通过检修门进入。而且，通过将工具装置定位在轴承部件的内轴向侧处，能够在该空间内完成相应的轴承部件的替换。这允许将相应的轴承部件拉出或者推出壳体或者将相应的轴承部件从周向空间侧拉进或推进到壳体中。

因为轴承部件以环形形式布置，且因为有时若干或者全部部件需要被替换，所以可期望定位工具且将工具连接到相应的轴承部件的简单方式，所述相应的轴承部件能够如已经解释的那样在其安装位置处被移除。为了满足该要求，工具沿着环形形状导轨围绕轴承移动，且与待更换的轴承部件成轴向关系被定位和固定在相应的位置中。用于执行该创造性方法的工具装置包括环形形状导轨，其被布置在流体膜主轴承处。工具本身能够沿着该导轨移动，且能够被正好定位在需要被更换的部件的前方。所以工具的定位非常简单，因为其仅仅需要被推到在其处其被固定的相应位置中。

工具本身能够被手动操作，或者借助于致动工具的移动机构的马达操作。这意味着，工具能够被手动操作以用于替换步骤，即，用于实际上移动轴承部件。其还能够被手动操作以用于沿着导轨移动其，以便相对于轴承部件定位工具。作为对手动操作的替代，能够使用一个或者分离的电动马达以用于执行轴向移动和/或沿着导轨的移动。

独立于工具如何操作，工具包括带有用于连接轴承部件的连接器件的心轴，其中，当操作工具时，心轴被轴向移动。轴承部件被牵拉在工具所包含的承载台上，或者从工具所包含的承载台被推动。这允许工具的简单设计及非常安全且精确的工作。

除了该方法之外，本发明涉及用于更换轴承部件的工具装置，该工具装置将用在如上文中解释的方法中。工具装置包括工具，其带有用于承担待更换的轴承部件的承载台和带有待连接到轴承部件的连接器件的心轴，而且通过手动或者马达驱动的操作，心轴能轴向移动。

心轴优选地布置在至少一个轴承处，通过其，心轴能轴向移动。

根据第一实施例，心轴借助于带有螺纹孔的手动能旋转的手轮能轴向移动，螺纹心轴布置在螺纹孔中，其中，螺纹孔形成心轴布置在其中的轴承。手轮与螺纹心轴相互作用。当手轮旋转时，心轴沿着承载台轴向移动。

在替代实施例中，设置驱动驱动轮的马达，驱动轮与在心轴处设置的互连结构啮合。马达例如驱动与在心轴处设置的齿结构啮合的带齿轮。马达还能够驱动带有与螺纹心轴啮合的螺纹孔的螺母。

用于将心轴连接到轴承部件的连接器件包括连接板，其借助于至少一个连接元件，尤其是被旋拧入在轴承部件处设置的螺纹孔中的螺钉，附接到轴承部件。该连接器件允许心轴到部件的简单且牢固连接，从而允许安全的轴向移动。

板本身优选地牢固地固定到心轴的端部，以便存在非常刚性的连接。

根据本发明的另一方面，设置环形形状环引导件，沿着其，工具能移动且能固定。如上文中解释的，该环形形状引导件被附接到轴承壳体且允许工具相对于相应的轴承部件被带到任何期望的位置中。

导轨优选地包括具有第一直径的第一环和具有更小的第二直径的第二环，而工具包括在环上滚动或者滑动的若干轮或者滑动元件。包括第一和第二环的该设计允许工具的安全且稳定的移动。

此外，能够设置固定器件，其用于将工具在导轨处固定在期望的周向位置中。该固定器件能够是任何类型的机械固定件，像夹持装置或类似物。

附图说明

结合附图，从优选实施例的如下描述能够得到当前发明的额外的细节和优势，在附图中：

图1是原理草图，其示出通过风力涡轮机的相应部分的纵向剖视图，其示出轴及相应的前和后主轴承，

图2是原理草图，其示出如何移动轴以用于卸载相应的轴承，

图3是原理草图，其示出轴承部件的替换，

图4是图3的布置的前视图，

图5是用于替换轴承部件的创造性工具装置的透视图，

图6是原理草图，其示出在轴中附接到轴承壳体的工具装置，

图7是工具的透视图，

图8是心轴的透视立视图，以及

图9是通过心轴和驱动布置的纵向剖视图。

具体实施方式

图1示出风力涡轮机1的一部分，其包括联接到轮毂3的轴2。轴被布置在前主轴承4和后主轴承5中，这两者都是流体膜轴承。

轴被容纳在壳体6中，使得在轴2和壳体6之间设置有空间7，通过至少一个检修门能够进入到该空间中。在该空间中，设置用于主动机械提升或者降低轴2以用于卸载前主轴承4或者后主轴承5的相应器件。而且，在该空间7中布置用于更换流体膜前主轴承4或者流体膜后主轴承5的轴承部件的相应工具装置。

图2示出例如包括一件式轴承壳体8的前主轴承4的原理草图，在轴承壳体8中，参见例如图4，布置用于轴2的流体膜轴承的若干分离的轴承部件9。由于悬挂在轴2处的高负载，所述负载主要通过轮毂3和布置在轮毂处的未示出的叶片实现，在图2中示出的前主轴承4通过轴2加载，当执行维护或者检修时，轴2不旋转。当然，同样，虽然在附图中未示出，但是后主轴承5沿相对方向被加载。轴2安置在至少一个，通常多个，布置在主轴承4的下侧处的相应轴承部件上。轴承部件9包括布置在其上侧处的相应倾斜垫，轴2安置在所述倾斜垫上。

当必须移除可能承受负载的轴承部件时，必须将轴2从其与相应的轴承部件9的接触提升，以便在轴和轴承部件9之间创建小间隙。轴2的该机械移动能够通过使用至少一个千斤顶10执行，所述至少一个千斤顶10定位在轴2下方以用于朝上推动其。该千斤顶10被安装在空间7中靠近主轴承4，相应地，轴承壳体。通过操作该液压或者气动千斤顶10，轴2能够被朝上推动，只是为了在轴2和轴承部件9之间创建小间隙，轴2和轴承部件9然后被卸载且能够如之后描述的那样沿轴向方向被移除。

图2还示出使用围绕轴2缠绕的一个或者多个吊索11来提升轴2的替代方式。这些吊索被朝上牵拉，以便借助于绞车或类似物提升轴2。而且，该机械布置允许卸载轴承部件。

图3和图4示出替换轴承部件9的创造性方式的原理草图。图3示出与图2类似的情形，其中，轴2已经被提升，且其中，相应的轴承部件9被卸载。在轴2之下示出的轴承部件9现在能够沿平行于轴2的轴向方向被轴向移动，如通过箭头12所示。通过使用之后解释的相应工具装置，轴承部件9能够从壳体8移出或者被移入壳体8中。

图4示出从前侧看到的图3的相应布置，其中，待替换的轴承部件9通过虚线示出。

应当注意，仅当需要被更换的轴承部件9被加载时，轴2的提升动作才是必需的。如果例如，需要替换最上面的轴承部件9，则卸载动作不是必需的，因为轴承部件9已经卸载。

相反的动作是在后主轴承5处的情形。因为轴2由于附接到其的高质量而倾斜，所以该后主轴承5在其上部部分中被加载。当在后主轴承5处执行维护时，轴需要被朝下推动，以便在壳体8的上部部分中卸载轴承部件9。而且，该轴移动能够被借助于千斤顶10执行，千斤顶10被安装在轴2之上以用于朝下推动其，或者借助于从被朝下牵拉的轴2悬挂的吊索11执行。

图5示出创造性工具装置13，其用于轴向移动轴承部件9。该工具装置13包括工具14和导轨15，工具14能沿着所述导轨15移动。导轨15包括固定到轴承壳体8的第一环16，其具有比第二环17更大的直径，第二环17与第一环16轴向间隔开且第二环17被附接到轴2。工具14包括若干滚子18、19，其在相应的环16、17处布置在相应的滚子引导件中，从而允许工具14沿着导轨15的移动。

该工具装置13借助于环16附接到轴承壳体8并且借助于环17附接到轴2，如在图6的原理草图中所示。图6还大体上示出相应的轴承部件9和工具14，工具14与相应的轴承部件9成轴向关系布置，且其如通过箭头20所示能够相对于轴承部件9中的任一个在连接位置中移动且被固定在相应的工作位置中。

图5和图7示出工具14的若干细节。工具14包括用于承担轴承部件9的承载台21。该轴承部件9被从壳体8拉出或者将被推到壳体8中。

工具14还包括沿着承载台21能轴向移动的心轴22，且心轴22包括用于将工具14连接到轴承部件的连接器件23。该连接器件23牢固地附接到心轴22。

为了移动心轴22，心轴22被布置在轴承24中，轴承24包括轴承保持器25，带有螺纹孔27的柱形部分26被插入到所述轴承保持器25中。该柱形部分26是手轮28的部分。孔27的螺纹与心轴22的螺纹啮合。当手轮28被固定在其轴向位置中时，在手轮28旋转时心轴被推动通过轴承24。

连接器件23包括连接板29，其带有如在示例中所示的两个孔30，相应的螺钉被插入两个孔30中，其被旋拧到在部件9处设置的相应的接收孔中。

在操作中，在工具装置13被安装在轴承壳体8相应地轴2处之后，工具14与需要被替换的相应轴承部件9成轴向关系定位。取决于该部件的位置，轴的移动可能是必需的。如已经解释的，当部件9是前主轴承4的部分且定位在轴承壳体8的下部半部中时，轴需要被朝上推动以用于卸载相应的轴承部件。当轴承部件9是后主轴承5的部分且布置在壳体8的上部部分中时，轴2需要被降低以用于卸载轴承部件9。

当相应的轴承部件9处于卸载状态中时，连接器件23相应地连接板29在通过转动手轮28而轴向移动心轴22以附接到轴承部件9之后，被牢固安装到轴承部件9。在将板29固定到轴承部件9之后，手轮28沿相对方向旋转以用于使心轴22移动离开轴承，从而将轴承部件9从壳体8拉出且将其带到承载台21上。当轴承部件9被完全拉出壳体8之后，在打开板29到轴承部件9的连接之后，轴承部件9能够从承载台21被取走。将被插入壳体8中的新的轴承部件9然后被布置在承载台21上且连接到连接板29。之后，再次操作手轮28，以便朝壳体移动心轴22，由此将轴承部件9推到壳体8中，以用于将其带到其安装位置中。

在执行该更换之后，工具14被移动到邻近于需要被更换的轴承部件9的下一个位置，如果需要的话。

虽然附图示出工具14借助于手轮28的手动操作，但是还可能通过将马达例如经由齿轮连接到心轴22，而使心轴22进行马达驱动的移动。

最后，工具14能够手动地或者还借助于电动马达沿着导轨13移动。

虽然已经参考优选实施例详细描述了本发明，但是本发明不被公开的示例所限制，在不脱离本发明的范围的情况下，本领域技术人员能够从公开的示例推导出其他变型。

Claims (15)

1.一种用于更换风力涡轮机的主轴承的轴承部件的方法，其中，所述轴承部件直接支承旋转轴，其特征在于，通过机械移动能够旋转轴（2）卸载的所述轴承部件（9）借助于替换工具装置（13）轴向移动远离其安装位置或轴向移动到其安装位置中，所述工具装置（13）包括工具（14），所述工具（14）带有用于运送待更换的所述轴承部件（9）的承载台（21）和带有待连接到所述轴承部件（9）的连接器件（23）的心轴（22），而且所述心轴（22）通过手动或者马达驱动的操作轴向移动。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主轴承（4、5）是带有所述轴承部件（9）的液体动压或者液体静压轴承，所述轴承部件（9）是包括倾斜垫的部件主体。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述轴（2）借助于推动所述轴（2）的千斤顶（10）或者借助于牵拉所述轴（2）的一个或多个吊索（11）移动。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述工具装置（13）被定位在所述轴（2）和周向壳体（6）之间的周向空间（7）中，且被连接到所述轴承部件（9）的内轴向侧。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述工具装置（13）包括工具（14），所述工具（14）沿着环形形状导轨（15）围绕所述主轴承移动，且与待更换的轴承部件（9）成轴向关系被定位和固定在相应位置中。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轴承部件（9）被牵拉在所述工具（14）包含的承载台（21）上或者所述轴承部件（9）从所述工具（14）包含的所述承载台被推动。

7.一种用于更换轴承部件的工具装置，其在根据前述权利要求中的任一项所述的方法中使用，其包括工具（14），所述工具（14）带有用于运送待更换的所述轴承部件（9）的承载台（21）和带有待连接到所述轴承部件（9）的连接器件（23）的心轴（22），而且所述心轴（22）通过手动或者马达驱动的操作轴向移动。

8.根据权利要求7所述的工具装置，其特征在于，所述心轴（22）被布置在至少一个轴承（24）中，通过所述至少一个轴承，所述心轴（22）能轴向移动。

9.根据权利要求7或8所述的工具装置，其特征在于，设置带有螺纹孔（27）的手动能旋转手轮（28），螺纹心轴（22）布置在所述螺纹孔中，从而形成至少一个轴承。

10.根据权利要求7或8所述的工具装置，其特征在于，设置马达，从而驱动与在所述心轴（22）处设置的互连结构啮合的驱动轮。

11.根据权利要求7或8所述的工具装置，其特征在于，所述连接器件（23）包括连接板（29），其将借助于至少一个连接元件，所述至少一个连接元件是被旋拧到在所述轴承部件（9）处设置的螺纹孔中的螺钉，附接到所述轴承部件（9）。

12.根据权利要求11所述的工具装置，其特征在于，所述连接板（29）牢固固定到所述心轴（22）的端部。

13.根据权利要求7或8所述的工具装置，其特征在于，设置环形形状导轨（15），沿着其，所述工具（14）能移动且能固定。

14.根据权利要求13所述的工具装置，其特征在于，所述导轨（15）包括具有第一直径的第一环（16）和具有更小的第二直径的第二环（17），以及所述工具（14）包括在所述第一环（16）和第二环（17）上滚动或者滑动的若干轮（18、19）或者滑动元件。

15.根据权利要求13所述的工具装置，其特征在于，固定器件被设置用于在所述导轨（15）处将所述工具（14）固定在期望的周向位置中。

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