CN111373144B - 用于风电传动机构的扭矩支撑装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于风电传动机构(3)的扭矩支撑装置，其用于将支撑力传递至风电设备的承载结构(7)上，其中，在传动机构侧设置有至少一个径向的支撑臂(11)，其具有用于容纳水平的支撑销(14)的配属的贯通部(12)，支撑销建立与布置在承载结构(7)上的承载孔眼单元(9)的至少一个相对应的贯通部(13a；13b)的能拆卸的连接，其中，承载孔眼单元(9)的至少一个贯通部(13a；13b)配设有依赖于负荷而有不同刚度的弹性体支承衬套(15a；15b)，支撑销(14)插入弹性体支承衬套中，其中此外，弹性体支承衬套(15a；15b)由低刚度的软区域(16)和至少一个较高刚度的与之相比较硬的区域(17)组成。

Description

用于风电传动机构的扭矩支撑装置
技术领域
本发明涉及一种适用于风电传动机构的扭矩支撑装置，其用于将支撑力传递至风电设备的承载结构上，其中，在传动机构侧设置有至少一个径向的支撑臂，其具有用于容纳水平的支撑销的配属的贯通部，支撑销建立与布置在承载结构上的承载孔眼单元的至少一个相对应的贯通部的能拆卸的连接。此外本发明还涉及一种用于产生电能的风电设备，其具备装有这种扭矩支撑装置的风电传动机构。
背景技术
本发明应用领域全面覆盖风电设备，它们不同于所谓的直驱动子地配有布置在转子和发电机之间的传动机构，即风电传动机构，用于以加速方式转换转子转速。传统风电设备的水平主轴支承借助三点或四点支承实施，三点或四点支承由一个力矩轴承或两个单轴承组成，其将出现的来自转子的重力以及偏转力矩和俯仰力矩完全传递至机架内。机架构成用于风电设备的驱动系的位置固定的承载结构。布置在风电传动机构上的扭矩支撑部在四点支承的范围内必须还将反作用力矩导出至承载结构。该四点支承避免将来自转子的重力和偏转力矩和俯仰力矩导入风电传动机构。此外，在维护情况下能相对简单地执行更换驱动器。为实现此目的，风电传动机构和承载结构之间的扭矩支撑部构成能拆卸的连接。为了降低振动，扭矩支撑部往往包含至少一个位于力矩流里的弹性体元件，其用于隔绝至该承载结构的振动传递。本发明致力于此主题。
由DE 10 2010 044 297 A1得知扭矩支撑装置，其在此由两个布置在风电传动机构两侧的摆动支座构成。扭矩支撑部的这种结构形式将要由风电传动机构导出的反作用力矩转化为拉力和压力。摆动支座表现出具有明显的运行变形的相当软的扭矩支撑部，而沿横向的刚度非常小。竖直取向的扭矩支撑部的此处公开的结构形式用于支撑大约3000kNm数量级的扭矩。扭矩支撑部包括扭矩板，其通过大量螺栓紧固在风电传动机构的壳体上。在风电设备运行时由转子的转动运动(其通过转子轮毂传递至驱动轴并通过驱动轴传递至风电传动机构的传动机构输入端)得到反作用力矩。该反作用力矩相对于风电设备的机架支撑。构成承载结构的机架是基板，其布置在风电设备的吊舱内。力矩支承部大致由前述扭矩板组成，扭矩板通入U形型材，其紧贴阻尼元件，阻尼元件在进一步的力走向中将支撑力传导至承载结构。
DE 10 2014 215 020 A1则公开了一种按类属的扭矩支撑装置，其按照套筒销钉原理构成。在此，在风电传动机构的壳体上成形有径向从其中延伸出的支撑臂，其具有用于容纳销钉的贯通部。在此处公开的实施方案中，风电传动机构具有两个对置布置在壳体上的径向的支撑臂，在它们之间进行要导出的反作用力矩的分配。水平延伸的支撑销建立与承载结构的承载孔眼单元的(此处未进一步示出的)对应贯通部的能拆卸的连接。不同于前述摆动支座，这类力矩支承尤其遭受剪切力和弯曲力。
具有前述类型的支承设计的风电设备具有固有振动，在固有振动的情况下，可能使得整个驱动系摇晃。这种也被风电传动机构参与的摇摆导致朝向承载结构的较大的竖直力。假如共振位于风电设备的运行转速范围之内，则这也反映在典型的大的干扰音中。这些共振按照典型方式在风速下降时出现，其中，由转子叶片触发的遮盖噪音虽然以较低音量出现，然而触发高的共振音。
如果这些干扰性的共振不通过风电传动机构激发，则它们是可以避免的。为此，理论上存在这样的可能性，即，采用一种风电传动机构，在运行转速范围内其激发频率不与驱动系的固有振荡重合。然而这明显限制了关于风电传动机构的选择可能性。此外，也可以想到，将导致驱动系摇摆的固有频率降低，使得在运行转速范围内它们不与风电传动机构的激发频率重合。然而仅当风电传动机构的质量明显提高或扭矩支撑部的刚度明显降低，该解决方案才可行。为此，扭矩支撑部必须特别软地支承。然而该措施也显著缩短了扭矩支撑部的使用寿命，从而该解决方案似乎不切实际。
发明内容
本发明任务因而在于实现一种用于风电传动机构的扭矩支撑装置，其用于将支撑力传递至风电设备的承载结构上，利用其将驱动系的共振以简单技术措施有效地降低，而不会影响扭矩支撑装置的使用寿命。
本发明包含的技术教导是，承载孔眼单元的至少一个贯通部配设有依赖于负荷而有不同刚度的弹性体支承衬套，支撑销插入其中。该特殊的弹性体支承衬套由低刚度的软区域和至少一个较高刚度的与之相比较硬的区域组成。
换而言之，建议了一种具有不同刚度范围的弹性体支承衬套，利用其能实现依赖于负荷地起作用的扭矩支撑。在此，不同刚度范围可以通过弹性体支承衬套的几何结构设计实现。
较低刚度的软区域优选建立支撑臂和支撑销之间的持久接触，从而该区域确保在较小载荷范围内力流经过扭矩支撑部。而较高刚度的硬区域仅仅自限定的最小载荷起才在支撑臂和支撑销之间发生接触，从而该硬区域仅仅自较高载荷起才确保力流。当扭矩支撑部载荷较小且转速较低时，该措施降低了共振，而不会由此缩短弹性体支承衬套的使用寿命。在此状况下，造成磨损的载荷是较低的并且仍然有足够的扭矩支撑。如果扭矩支撑部的载荷升高，使得限定的最小载荷被超过，则这种情况表现为硬区域在支撑臂和支撑销之间发生接触，从而由此引导大部分的力流。在此状况下，在高转速情况下与高载荷相关的高共振被降低。由于在此状况下起作用的高刚度，这确保了弹性体支承衬套的高使用寿命。在此存在如下可能性，即，通过改变软区域相对于硬区域的份额使得共振降低匹配于风电设备的现有频谱。在此，匹配可以如下实施，使得只有针对与在转速降低时将激发的频率的共振降低，以便消除尤其是在此出现的干扰音，而不会因为软区域的在此起作用的低刚度影响弹性体支承衬套的使用寿命。弹性体支承衬套的使用寿命决定性地由载荷较高的运行状况尤其是高转速状况主导。在这种情况下，弹性体支承衬套的耐磨损的较硬区域构成一种保护框，该保护框是用于弹性体支承衬套的优选在转速下降状况下阻尼共振所需的软区域。
根据本发明弹性体支承衬套的、用于风电传动机构的扭矩支撑的一个优选实施方案建议，依赖于负荷而有不同刚度的弹性体支承衬套的软区域与硬区域相比具有低了最多50％的滚动刚度。这种规格确定是降低典型共振和高使用寿命之间的最优值。弹性体支承衬套的刚度通常以每米牛顿(N/m)表示。如果弹性体支承衬套和销之间的间距是已知的，则由此产生的滚动刚度是更有意义的，其以牛米/弧度表示。在本发明具体应用中，依赖于风电设备的功率级别、支承衬套数量等地，滚动刚度通常为4E8牛米/弧度至4E9牛米/弧度。软区域的低了最多50％的滚动刚度导致理论上最大频率降幅最多约30％。15％的频率降幅已对共振特性产生显著影响，其典型地位于40Hz和100Hz之间的范围内，降幅15％则达到35Hz至85Hz。此频率降幅已经导致干扰音转移至听不见的范围内。
较低刚度的区域优选应当与较高刚度的硬区域串联布置。由此可以简单方式确保，弹性体支承衬套的两个不同刚度范围在载荷升高或下降时如期望那样依次生效。针对这种串联的结构实施方案也可以想到完全不同的结构解决方案。例如可行的是，较低刚度的软区域通过至少一个成形在空心柱形的弹性体支承衬套上的外圈构成。同样可以想到，软区域被构造成空心柱形的弹性体支承衬套的内圈，在这种情况下，支撑销与其接触。本发明解决方案的结构实施方案的该实施例可以在制造技术方面以较低耗费施行。在此，弹性体支承衬套整体由同一弹性体材料构成并且较低刚度的软区域由外圈的几何结构形成，其高度低于弹性体支承衬套的整个高度。通过外圈高度与整个弹性体支承衬套高度的比例的变化，弹性体支承衬套关于软区域的规格确定可以与硬区域结合以简单方式执行。
此外，本发明解决方案在结构方面可以如下施行，即，弹性体支承衬套的周侧面或贯通部呈圆锥形地构造。在该实施方案中，承载孔眼单元或支撑销在载荷上升时总是与圆锥形区域的弹性体支承衬套的更多材料贴靠，由此提高了支承装置的刚度。
根据另一优选实施方案建议，弹性体支承衬套具有如下软区域，其由径向在内和/或径向在外地拼入带有大致H形的横截面的硬弹性体主体中的软弹性体环形成。也可以想到，省去软弹性体环，其功能由等价的环绕槽承担。在载荷较低时，弹性体支承衬套的刚度大致通过两个边缘侧的窄的硬弹性体侧边和至少一个软弹性体环或至少一个环绕槽确定。在载荷较高时，软弹性体环(假如存在)被压缩并且提高了本发明的依赖于负荷而有不同刚度的弹性体支承衬套的刚度。
承载孔眼单元的至少一个贯通部优选应当具有与承载臂中的贯通部相比更大的直径，以便容纳弹性体支承衬套。与此相关，支撑销直接与支撑臂上的贯通部协同工作，其中，该连接优选被构造成过盈配合。支撑销的位置的附加固定可以通过固定环等实施。
根据一个优选实施方案，承载孔眼单元由两个彼此平行且间隔开地布置的承载孔眼组成，支撑臂嵌接至承载孔眼间的中间空间中。在此，支撑臂中的贯通部以及承载孔眼单元的至少一个贯通部彼此对齐，以便容纳支撑销。在该实施方案中采用两个弹性体支承衬套，它们分别配属于承载孔眼单元的承载孔眼。在此，这两个弹性体支承衬套优选构造相同并且作用相加。
附图说明
以下结合附图连同本发明优选实施例的说明进一步阐述改进本发明的其他措施。图中：
图1示出具有风电传动机构的风电设备的驱动系的示意图，该风电传动机构装有扭矩支撑装置，
图2示出图1的扭矩支撑装置的示意性纵剖图，
图3示出图2的弹性体支承衬套的细节纵剖图，
图4示出根据一个备选实施方案的弹性体支承衬套的细节横截面图，
图5示出根据另一备选实施方案的弹性体支承衬套的细节横截面图。
具体实施方案
根据图1，风电设备的此处示意性示出的驱动系包括能由风加载的转子1，其转动运动通过转子轴2供给到风电传动机构3的输入侧。在输出侧，风电传动机构3以更高转速驱动发电机4以产生电能。转子轴2多重支承，即，在转子侧以固定轴承5且在传动机构侧以浮动轴承6支承。固定轴承5、浮动轴承6、发电机4以及驱动机构3支撑在承载结构7上(示意性示出)。为此，风电传动机构3配设有扭矩支撑装置8。
图2中详细示出的扭矩支撑装置大致由承载孔眼单元9组成，其在此由两个彼此平行且间隔开地布置的承载孔眼9a和9b组成，它们紧固在风电设备的承载结构7上。两个承载孔眼9a和9b间形成中间空间10，成形在风电传动机构3的壳体上的支撑臂11按如下方式嵌接至中间空间中，即，支撑臂的贯通部12与承载孔眼9a或9b的贯通部13a和13b对齐。承载孔眼单元9的两个承载孔眼9a和9b以及未进一步示出的风电传动机构3的支撑臂11由切削加工的钢材料制造，其中，贯通部12、13a和13b通过穿孔制成。
同样由钢构成的柱体支撑销14通过过盈配合与支撑臂11中的贯通部12连接。支撑销14的两侧立柱突出穿过两个承载孔眼13a或13b的贯通部13a和13b，其中，在它们之间分别布置根据本发明的特殊的弹性体支承衬套15a或15b。为实现容纳两个弹性体支承衬套15a和15b的目的，承载孔眼单元9的两个贯通部13a和13b具有与承载臂11中的贯通部12的直径相比更大的直径。
根据图3，此处示范性示出的弹性体支承衬套15a具有低刚度的软区域16以及与其相邻布置的较高刚度的区域17。低刚度的区域16在此与(未进一步示出的)承载孔眼持久接触。不同于此，相对较硬的区域17仅仅自限定的最小载荷起才与承载孔眼发生接触。这通过较低刚度的软区域16由成形的外圈18形成来实现。由与弹性体支承衬套15a的总长度相比较窄的外圈18形成软区域16。
在根据图4的实施例中，弹性体支承衬套15a’的外周侧面呈圆锥形构造，从而发生软区域16至硬区域17的逐渐过渡。
在根据图5的实施例中，弹性体支承衬套15“具有居中布置的软区域16，其由径向在内和径向在外地拼入具有大致H形的横截面的硬弹性体主体20中的软弹性体环19a或19b形成。该软区域同样也可以省去。在这种情况下，硬区域17位于该弹性体支承衬套15“的芯中。
本发明不局限于弹性体支承衬套的上述优选实施例。而是也可以想到与其不同的实施例，它们包含在权利要求的保护范围内。相应不同刚度的弹性体支承衬套的不同区域也可以构造在相同的内壁侧并且在此范围内与支撑销协同工作。
此外也可以通过选择不同材料根据要求设计弹性体支承衬套的刚度。弹性体支承衬套的软区域可以由与
硬区域相比肖氏硬度更小的弹性体材料构成。这种弹性体支承衬套不仅可以一体式实施也可以多件式实施。在此，例如将软弹性体环推装至硬弹性体环上。在磨损情况下，必须更换软弹性体环，而硬弹性体环可以继续使用。
附图标记列表
1 转子
2 转子轴
3 风电传动机构
4 发电机
5 固定轴承
6 浮动轴承
7 承载结构
8 扭矩支撑装置
9 承载孔眼单元
10 中间空间
11 支撑臂
12 贯通部
13 贯通部
14 支撑销
15 弹性体支承衬套
16 软区域
17 硬区域
18 外圈
19 软弹性体环
20 硬弹性体主体

Claims (6)

1.用于风电传动机构(3)的扭矩支撑装置，所述扭矩支撑装置用于将支撑力传递至风电设备的承载结构(7)上，其中，在传动机构侧设置有至少一个径向的支撑臂(11)，所述支撑臂具有用于容纳水平的支撑销(14)的配属的贯通部(12)，所述支撑销建立与布置在所述承载结构(7)上的承载孔眼单元(9)的至少一个相对应的贯通部(13a；13b)的能拆卸的连接，其中，所述承载孔眼单元(9)的至少一个贯通部(13a；13b)配设有依赖于负荷而有不同刚度的弹性体支承衬套(15a；15b)，所述支撑销(14)插入所述弹性体支承衬套中，其中，所述弹性体支承衬套(15a；15b)由至少一个低刚度的较软区域(16)和至少一个较高刚度的与之相比较硬的区域(17)组成，其中，低刚度的较软区域(16)建立承载孔眼单元(9)和支撑销(14)之间的持久接触，而较高刚度的较硬区域(17)只有自限定的最小载荷起才在承载孔眼单元(9)和支撑销(14)之间发生接触，其特征在于，低刚度的较软区域(16)由与所述弹性体支承衬套(15a、15b)的总长度相比较窄的成形的外圈(18)形成。
2.根据权利要求1所述的扭矩支撑装置，其特征在于，所述承载孔眼单元(9)的至少一个贯通部(13a；13b)具有与所述支撑臂(11)中的贯通部(12)的直径相比更大的直径，以便容纳所述弹性体支承衬套(15a；15b)。
3.根据权利要求1或2所述的扭矩支撑装置，其特征在于，所述支撑销(14)与所述支撑臂(11)中的贯通部(12)构成过盈配合。
4.根据权利要求1或2所述的扭矩支撑装置，其特征在于，所述承载孔眼单元(9)由两个彼此平行且间隔开地布置的承载孔眼(9a、9b)组成，所述支撑臂(11)嵌接至所述承载孔眼间的中间空间(10)中，使得所述支撑臂的贯通部(12)与所述承载孔眼(9a、9b)方面的贯通部(13a、13b)对齐。
5.根据权利要求1或2所述的扭矩支撑装置，其特征在于，所述承载孔眼单元(9)和所述支撑臂(11)由切削加工的钢材料制成。
6.用于产生电能的风电设备，所述风电设备具有风电传动机构(3)，所述风电传动机构安装在承载结构(7)上，其特征在于具有至少一个布置在所述风电传动机构(3)和所述承载结构(7)之间的根据权利要求1至5中任意一项的扭矩支撑装置。
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