CN110701007B - 风力涡轮机 - Google Patents

Abstract

一种风力涡轮机，包括塔架（2）和机舱（3），所述机舱（3）可借助于偏航轴承布置结构（4）相对于所述塔架（2）旋转，所述偏航轴承布置结构（4）包括：相对于所述塔架（2）固定的偏航环（10）；布置在所述偏航环（10）的上侧和所述机舱（3）的滑动结构（12）之间的若干个上部滑动垫（19）；以及布置在所述偏航环（10）的下侧和所述滑动结构（12）之间的若干个下部滑动垫（23），其中，所述滑动垫（19、23）被固定到所述偏航环（10），并且至少一个径向开口（27、28）被设置在所述滑动结构（12）中，从而允许接近所述上部滑动垫（19）或所述下部滑动垫（23）。

Description

风力涡轮机

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮机，其包括塔架和机舱，所述机舱可借助于偏航轴承布置结构相对于所述塔架旋转，所述偏航轴承布置结构包括：相对于所述塔架固定的偏航环；布置在所述偏航环的上侧和所述机舱的滑动结构之间的若干个上部滑动垫；以及布置在所述偏航环的下侧和所述滑动结构之间的若干个下部滑动垫。

背景技术

为了调整风力涡轮机的包括转子叶片的轮毂的定向，轮毂所连接到的机舱可相对于塔架旋转。偏航轴承布置结构允许机舱的这种旋转。该偏航轴承包括偏航环，该偏航环相对于塔架固定，通常它被固定到塔架的上部凸缘。机舱包括一个或多个驱动马达，其具有与偏航环的传动装置啮合的链轮。偏航轴承布置结构允许机舱相对于固定塔架的引导旋转。该偏航轴承布置结构包括上部滑动垫和下部滑动垫，其被布置在偏航环的上侧和下侧与机舱的相应滑动结构之间。该滑动垫被布置成环形，使得所有滑动垫一起构成闭合的滑动环。通常，该滑动垫或者该上部滑动垫和下部滑动垫中的至少一个被固定到所述滑动结构。

在直接驱动技术的现代风力涡轮机中，由于发电机和布置在轮毂处的大型转子的沉重重量，不均匀的载荷置于偏航轴承布置结构上。这导致倾斜的力矩或倾斜的力，并且因此，导致前部中的顶部滑动垫上的例如沿轮毂的方向的较大的力，以及在机舱的后部中的下部滑动垫上的较大的力。由于置于这些局部滑动垫或滑动靴（sliding shoe）上的增加的力，在布置在前部处的滑动垫和布置在后部处的下部滑动垫中发生不均匀的磨损。由于磨损增加，滑动垫需要更频繁地更换。

磨损的滑动垫的更换是极为复杂和费力的，并且也是昂贵的操作。为了更换上部滑动垫，必须使用起重机将机舱提离偏航环，并且随后更换上部滑动垫。提升机舱是必要的，这是因为由于不均匀的载荷，磨损的滑动垫不断地被加载，并且因此与滑动结构和偏航环接触。而且，下部垫的更换也是非常复杂和费力的操作，因为这些垫也由于不均匀的载荷而不断地被加载，并且因此需要被卸载。为了更换滑动垫，可以使用如EP 3 139 034中所公开的滑动工具。该工具装置包括滑动楔（sliding wedge），其将被插入提升并倾斜的机舱与偏航环之间。显然，这种操作方法是非常耗时且费力的。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种改进的风力涡轮机，其允许对滑动垫的改进更换。

为了解决该问题，如上所述的风力涡轮机的特征在于，所述滑动垫被固定到所述偏航环，并且至少一个径向开口被设置在所述滑动结构中，从而允许接近所述上部滑动垫或所述下部滑动垫。

根据本发明，上部滑动垫以及下部滑动垫被固定到偏航环。因此，它们被局部固定，它们不随机舱移动。由于它们被固定到偏航环，并且因此固定到塔架，所以由不均匀载荷加载的滑动垫的位置和数量总是取决于机舱相对于塔架的定向。因此，机舱可以通过偏摆来转移滑动垫周围的载荷。这将减少滑动轴承的磨损，因为高载荷分布在更多数量的垫上，并且并非总是相同的垫重载。由于载荷是分散式的，因此随时间的磨损减少，从而导致滑动垫更换率降低。

此外，可以通过改变机舱的位置来改变滑动垫、例如由滑动垫实现的整个滑动环上的载荷的状况还允许其将机舱移动到需要更换的磨损的滑动垫被卸载的位置。如果例如需要更换上部滑动垫，则机舱被移动到某一位置，在那里涡轮机的轮毂位于需要卸载的滑动垫的相对侧处，而机舱的后端靠近这些滑动垫定位。由于机舱、相应地涡轮机因靠近轮毂的发电机和转子叶片等的重载荷而沿轮毂的方向倾斜，因此需要更换的磨损的上部滑动垫被卸载。在卸载状态下，可以移除磨损的滑动垫并且可以插入新的垫。通过不时地改变机舱的位置，可以一个接一个地更换形成整个上部环的滑动垫。为了更换下部滑动垫，机舱相对于固定的滑动垫的相应位置正好相反，这是因为靠近轮毂的那些下部滑动垫被卸载，而靠近机舱的后端的滑动垫被加载。

如上所述，风力涡轮机还包括处于所述滑动结构中的至少一个径向开口，该径向开口允许接近上部滑动垫或下部滑动垫。该开口是维护开口，其允许接近上部或下部滑动垫，该上部或下部滑动垫可以通过该开口来更换。工人可以利用相应的工具来接近需要更换的滑动垫，通过该开口从其位置取得磨损的滑动垫，并且将新的滑动垫插入到该开口并最终再次用相应的工具固定它。由于相应滑动垫的卸载状态，这是可能的。它避免了如现有技术中那样的重物提升操作等。实际上，允许从机舱或塔架的内部接近的径向开口足以执行更换操作。

优选地，两个轴向移位（displaced）的径向开口被设置在所述滑动结构中，其中上部开口允许接近所述上部滑动垫，并且下部开口允许接近所述下部滑动垫。根据该实施例，上部滑动垫以及下部滑动垫可以通过相应的上部和下部径向接近开口来维护，使得可以对于上部滑动垫和下部滑动垫二者来执行本发明的更换它们的方法。当上部和下部开口被设置在滑动结构的相对侧处时，这意味着它们围绕圆形的滑动结构的周界移位180°（displaced over 180°），还可以同时维修上部和下部滑动垫。

在本发明的另一个实施例中，所述滑动结构可包括在所述上部滑动垫上滑动的基架和在所述下部滑动垫上滑动的底部夹环，所述底部夹环附接到中间环，所述中间环被附接到所述基架，或者所述底部夹环直接附接到所述基架，其中所述开口被设置在所述中间环或所述基架和/或所述夹环中。本发明的风力涡轮机的滑动结构包括完整的夹环，该夹环提供在固定到偏航环的下部滑动垫上滑动的下部滑动表面。与使用若干个分立的夹具来提供现有技术中所需的滑动表面相比，通过安装该单一的滑动环，整个轴承被加强，这是因为该滑动环是刚性结构。上部滑动表面由机舱的基架提供，该基架也是非常刚性和坚硬的部件。这两个滑动部件可以直接固定到彼此，这意味着底部夹环被直接固定到基架。在这种情况下，该夹环或基架包括用于连接它们的相应的轴向环凸缘。该轴向凸缘还为径向滑动垫提供引导表面，该径向滑动垫优选地被布置和固定到偏航环的内周界。该轴向凸缘或环可以作为径向支撑件和连接环直接铸造到基架，同时它也可以是底部夹环的整体部分。

除了底部夹环和基架的这种直接连接之外，还可以插入中间环，该中间环为径向滑动垫提供径向支撑和引导表面，该中间环被布置在底部夹环和基架之间。在任何情况下，整个轴承设置都非常刚性并被加强，并且允许更好的轴承性能和提高的轴承寿命。

夹环到夹环的基架、中间环和基架的固定优选地借助于若干个螺栓连接来实现。优选地，底部夹环和中间环（如果设置）包括相应的通孔，而基架包括带螺纹的盲孔，相应的螺栓被拧入到该盲孔中。

如上面所解释的，本发明的中心特征是设置在机舱的滑动结构中的一个或两个径向维护开口，该开口允许接近上部滑动垫和/或下部滑动垫。然而，构建了滑动结构，该一个或两个开口被设置在一个或两个相应的滑动结构部件中。特别是上面提到的包括底部夹环和相应的轴向凸缘或环或者中间环的滑动结构的设置允许设置这些开口，因为它们可以例如在底部夹环中设置为具有相应尺寸的凹部，或者在轴向凸缘或中间环中设置为具有相应尺寸的凹部。该开口或凹部不会影响滑动构造的机械性能，但允许简单地接近所述滑动垫用于维护目的。

该开口或每个开口优选地具有狭缝状的几何形状。该开口的尺寸根据需要通过该开口来更换的滑动垫的几何形状和尺寸来选择。因此，开口狭缝具有大于滑动垫的高度的高度，以及大于滑动垫的宽度的宽度，以便允许容易地接近滑动垫，同时要注意的是，该开口也不应过大，以避免对滑动结构的机械性能的任何影响。

为了将所述上部滑动垫和所述下部滑动垫固定地布置到所述偏航环，所述偏航环优选地包括上部环形凹部和下部环形凹部，所述上部滑动垫和所述下部滑动垫被插入到所述上部环形凹部和所述下部环形凹部中。该凹部向偏航环的内周界开放，使得该凹部可以与邻近它的相应开口连通，从而允许将相应的滑动垫简单地从其安装位置拔出，并将新的滑动垫推入该安装位置。

最后，该偏航环通过若干螺栓连接来附接到塔架的径向凸缘，以便紧密地固定该偏航环。由于偏航环被固定到塔架，因此维护工人可以从塔架的内部维护滑动垫布置结构，从而也允许容易地接近维护区域。

附图说明

从以下对本发明的实施例的描述和附图中，本发明的其他优点会变得显而易见。附图示出：

图1示出了风力涡轮机的主视图，

图2示出了剖切偏航轴承布置结构和机舱的一部分的剖视图，

图3示出了偏航轴承布置结构的放大剖视图，

图4示出了图2中的剖面III的放大视图，其示出了设置在基架中、相应地设置在基架的轴向环凸缘中的上部开口，以及

图5示出了图2中的剖面IV的放大视图，其示出了设置在基架中、相应地设置在基架的轴向环凸缘中的下部开口。

具体实施方式

图1示意性地图示了包括塔架2的风力涡轮机1。在塔架2的顶部处安装有机舱3。机舱3通过偏航轴承布置结构4与塔架2可旋转地连接。偏航轴承布置结构4使得机舱3能够相对于塔架围绕偏航轴线5旋转运动，其中，该偏航轴线5基本上竖直定向。

轮毂6通过主轴承可旋转地连接到机舱3。轮毂6是所谓的转子的一部分，该转子将来自轮毂6的旋转能传递到发电机7，该发电机由该旋转能产生电能。为了使轮毂6旋转，多个转子叶片8被布置在轮毂处，如果需要，该转子叶片8可以相对于轮毂6俯仰（pitch）。轮毂6、相应地转子叶片8可围绕基本上水平的轴线9旋转。发电机7优选地被直接连接到转子，相应地直接连接到轮毂6，因此风力涡轮机1是直接驱动式涡轮机。要注意的是，也可以在转子与发电机7之间，相应地在轮毂6与发电机7之间，布置齿轮箱。

图2示出了偏航轴承布置结构的放大剖视图。该偏航轴承布置结构包括偏航环10，该偏航环10具有设置在其外周界处的传动装置11。偏航环10借助于相应的螺栓连接来连接到塔架2的径向凸缘。

偏航轴承布置结构4包括构成机舱的一部分的滑动结构12，用于在夹在偏航环10的上侧和偏航环10的下侧与滑动结构12的相应滑动表面之间的相应的上部滑动垫和下部滑动垫上滑动。

滑动结构12包括基架13，其具有轴向延伸的环凸缘14，该环凸缘14是基架13的整体部分，并且轴向地且邻近偏航环10的内周界延伸。该轴向环凸缘14为附加的径向滑动垫提供引导表面或安装表面。

最后，滑动结构12包括底部夹环15，其借助于相应的螺栓连接附接到基架13，相应地附接到轴向环凸缘14。

图3示出了偏航轴承布置结构4的剖视图。如图所示，偏航环10借助于相应的螺栓连接17来固定到塔架2的径向凸缘16。基架13设置有在上部滑动垫19上滑动的引导表面18，该上部滑动垫19在相应的凹部20中固定地布置在偏航环10的上侧处。这些滑动垫19围绕偏航环10的周界布置，从而构成闭合的滑动环。

图3还示出了轴向环凸缘14和底部夹环15，该底部夹环15借助于螺栓连接21来附接到基架13。底部夹环15设置有在下部滑动垫23上滑动的滑动表面22，该下部滑动垫23也被固定地附接到偏航环10的下侧24。虽然未示出，但是它们也可以被布置在相应的环形凹部中，如从下面的附图中将会显而易见的那样。下部滑动垫23也被布置成环形，并且构成闭合的滑动环。

最后，图3示出了轴向环凸缘14，其设置了在径向滑动垫26上滑动的滑动表面25，该径向滑动垫26也被固定地布置在偏航环10的内周界处，而这些径向滑动垫26也可以被固定到轴向凸缘25，并在偏航环10的相应滑动表面上滑动。

如上面所解释的，上部滑动垫19和下部滑动垫23被固定地附接到偏航环10。因此，当机舱3相对于塔架2旋转，并且因此，相对于塔架侧固定的偏航环10以及固定到偏航环10的滑动垫19和23旋转时，它们不移动。由于如图1中所示的风力涡轮机1的设置，导致不均匀的载荷分布的倾斜的力矩或倾斜的力置于偏航轴承布置结构4上，这是由机舱中不均匀的载荷分布造成，因为具有转子叶片8的轮毂6和发电机7是重型部件，从而使重心从机舱3的中心移出，相应地从塔架2的中心移出。因此，机舱3相对于塔架2倾斜，倾斜的力矩或倾斜的力因此也置于上部滑动垫19和下部滑动垫23上。但是由于这些滑动垫19和23被固定到偏航环，所以不均匀的载荷分布分布在几乎所有上部和下部滑动垫上，这是因为不均匀加载的滑动垫的位置和数量取决于机舱3相对于塔架2、并且因此相对于固定的滑动垫19和23的定向或位置。因此，并非总是相同的滑动垫19和23不均匀地加载，而是载荷分布不时地改变，并且因此，滑动垫19和23的磨损也更均匀地分布。

滑动垫19和23被固定到偏航环10的事实以及载荷位置随着机舱3相对于塔架2及滑动垫19和23的位置而变化的事实允许滑动垫19和23的区域的特定卸载，所述滑动垫由于维护操作而需要更换。机舱3简单地被旋转到某一位置，在那里需要更换的那些滑动垫被卸载。参见图1，由于更靠近发电机7和轮毂6的那些上部滑动垫19是重载的，并且由于更靠近机舱的另一端的那些下部滑动垫是重载的，因此通过改变机舱位置，可以容易地卸载需要更换的相应滑动垫。

为了允许上部滑动垫19的容易的维护和滑动垫更换操作，径向开口27被设置在基架13中，相应地设置在轴向环凸缘14中。具有狭缝状的几何形状的该径向开口27与其中布置有上部滑动垫19的凹部20连通，并且具有如下尺寸，即：使得滑动垫19可以利用相应的工具接近，并且可以通过开口27从其安装位置拔出，而新的滑动垫19可以通过径向开口27来插入到凹部20中。在基架13的铸造期间可以容易地实现该开口27，该基架13的整体部分是轴向环凸缘14。由于该环凸缘14也可以是单独的中间环，因此也可以简单地在该中间环处设置相应的开口27。在该轴向环凸缘14是底部夹环15的整体部分的情况下，开口27的设置也相当简单。

为了更换滑动垫19，机舱被移动到某一位置，在那里该滑动垫被卸载，这意味着该滑动垫位于轮毂6和发电机7所在的位置的相对侧处。在这种卸载状态下，维护工人可以接近卸载的滑动轴承19，该滑动轴承19不再与基架13和偏航环10紧密加载接触，并且因此可以被移除，同时可以插入新的滑动轴承。

为了更换下部滑动垫23，另一个狭缝状的开口28被设置在基架13的轴向环凸缘14的底侧处，参见图5。同样，该开口18也允许维护工人容易地接近下部滑动垫23，该下部滑动垫23被布置在该图中所示的相应凹部29中，该凹部29被设置在偏航环10中，这些下部滑动垫23被紧密地固定到该偏航环10。该开口28在高度和宽度上也具有允许将滑动垫23从其安装位置拔出并插入新的滑动垫的几何形状。

要注意的是，开口27、28被布置在滑动结构12处的成180°的相对位置处，参见图2。这允许同时维修处于偏航轴承布置结构4的一侧处的上部滑动垫19和处于偏航轴承布置结构4的相对侧处的下部滑动垫，这是因为上部滑动垫19和相对的下部滑动垫23由于机舱3的倾斜而同时被卸载。

尽管参考优选实施例详细地描述了本发明，但本发明并不受所公开的示例限制，在不脱离本发明的范围的情况下，本领域技术人员能够从所公开的示例得到其他变型。

Claims (7)

1.一种风力涡轮机，包括塔架（2）和机舱（3），所述机舱（3）可借助于偏航轴承布置结构（4）相对于所述塔架（2）旋转，所述偏航轴承布置结构（4）包括：相对于所述塔架（2）固定的偏航环（10）；布置在所述偏航环（10）的上侧和所述机舱（3）的滑动结构（12）之间的若干个上部滑动垫（19）；以及布置在所述偏航环（10）的下侧和所述滑动结构（12）之间的若干个下部滑动垫（23），其特征在于，所述滑动垫（19、23）被固定到所述偏航环（10），并且至少一个径向开口（27、28）被设置在所述滑动结构（12）中，从而允许接近所述上部滑动垫（19）或所述下部滑动垫（23），

其中，所述至少一个径向开口包括两个轴向移位的径向开口，其中上部开口（27）允许接近所述上部滑动垫（19），并且下部开口（28）允许接近所述下部滑动垫（23）。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述上部开口（27）和所述下部开口（28）围绕圆形的滑动结构（12）的周界移位180°。

3.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述滑动结构（12）包括在所述上部滑动垫（19）上滑动的基架（13）和在所述下部滑动垫（23）上滑动的底部夹环（15），所述底部夹环（15）附接到中间环（14），所述中间环（14）被附接到所述基架（13），或者所述底部夹环（15）直接附接到所述基架（13），其中一个或两个开口（27、28）被设置在所述中间环（14）或所述基架（13）和/或所述夹环（15）中。

4.根据权利要求3所述的风力涡轮机，其特征在于，所述夹环（15）和所述基架（13）或者所述夹环（15）、所述中间环（14）和所述基架（13）借助于若干个螺栓连接（21）固定在一起。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的风力涡轮机，其特征在于，一个或两个开口（27、28）具有狭缝状的几何形状。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的风力涡轮机，其特征在于，所述偏航环（10）包括上部环形凹部（20）和下部环形凹部（29），所述上部滑动垫（19）和所述下部滑动垫（23）被插入到所述上部环形凹部（20）和所述下部环形凹部（29）中。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的风力涡轮机，其特征在于，所述偏航环（10）通过若干个螺栓连接（17）来附接到所述塔架（2）的径向凸缘（16）。

Images