CN112727715A - 轮毂主轴法兰错位纠正方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轮毂主轴法兰错位纠正方法及系统，包括：在与轮毂紧固的主轴法兰上，将所有螺栓上的额定预紧力矩调节为纠错预紧力矩，其中，所述额定预紧力矩大于所述纠错预紧力矩；将风轮系统背风，借助开桨使风轮系统沿正常转向的相反方向转动；重新将所有螺栓上的纠错预紧力矩调节为额定预紧力矩。

Description

轮毂主轴法兰错位纠正方法及系统

技术领域

本发明涉及风力发电机技术领域，特别涉及一种轮毂主轴法兰错位纠正方法及系统。

背景技术

随着风能资源丰富开发，风力发电机的潜能巨大，近年来随着风电技术的成熟与发展，大型风力发电机组的安装已越来越广泛。例如，作为大型风力发电机组的一个典型示例，兆瓦级风力发电机的发电额定功率达到了几千KW/h，同时它采用了电动独立变桨、主动式偏航、变速双馈等多种先进技术，可以在低风速状态下启动，比常规机组更能有效利用风能资源，具有非常好的推广前景。但是这样的大型风力发电机组的安装和维修施工难度往往较大，因此期望大型风机各部件、尤其是关键部件能够具有更长的寿命。

轮毂主轴是风电机组的关键部件之一，其健康程度直接影响整个风机的寿命和运行安全。如何提高轮毂主轴的寿命，是业内研究的一个重要方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轮毂主轴法兰错位纠正方法及系统，该方法和/或该系统通过纠正或至少减轻主轴与轮毂之间的错位来显著提高轮毂主轴的寿命，提高风机运行安全性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种轮毂主轴法兰错位纠正方法，包括：

在与轮毂紧固的主轴法兰上，将所有螺栓上的额定预紧力矩调节为纠错预紧力矩，其中，所述额定预紧力矩大于所述纠错预紧力矩；

将风轮系统背风，借助开桨使风轮系统沿正常转向的相反方向转动；

重新将所有螺栓上的纠错预紧力矩调节为额定预紧力矩。

可选的，在所述的轮毂主轴法兰错位纠正方法中，准备工作包括：

在轮毂主轴法兰错位纠正前及过程中，采用连接中央控制系统的风速监测单元实时监控风速，若风速不符合要求则停止操作；

停止操作后，重新将所有螺栓上的纠错预紧力矩调节为额定预紧力矩；

对于连接轮毂与主轴的螺栓无断裂的风机，风速大于等于8m/s时停止操作；

对于连接轮毂与主轴的螺栓有断裂的风机，风速大于等于6m/s时停止操作。

可选的，在所述的轮毂主轴法兰错位纠正方法中，所述风速监测单元包括趋势预测模块和实时监控模块，其中：

所述趋势预测模块，通过升压站，每5～15分钟内进行一次预测风速，若风速变化呈上升直至超过作业风速态势，则停止操作；

所述实时监控模块，实时监测风速变化，若风速开始超出作业要求，则停止操作。

可选的，在所述的轮毂主轴法兰错位纠正方法中，准备工作还包括：

将安全风险监控单元布置在机舱内，其作用为：在轮毂主轴法兰错位纠正前及过程中，安全风险监控单元实时观测主轴、轮毂、主轴法兰、各个螺栓及风轮系统的状态，若监测到不正常状态则提供警示信号；

将场外应急单元布置在距离风机200米外，其作用为：在轮毂主轴法兰错位纠正前及过程中，场外应急单元实时观测风机状态并提供警示信号，防止非作业人员进入机位。

可选的，在所述的轮毂主轴法兰错位纠正方法中，准备工作还包括：

核对风力发电机组机型和所有螺栓的规格；

根据所有螺栓的规格确定所有螺栓的额定预紧力矩；

根据所有螺栓的规格确定所有螺栓的纠错预紧力矩。

可选的，在所述的轮毂主轴法兰错位纠正方法中，准备工作还包括：

对于连接主轴与轮毂的螺栓断裂的风机，将断裂区螺栓转到风轮系统最下方；

锁定低速风轮锁和高速刹车装置。

可选的，在所述的轮毂主轴法兰错位纠正方法中，还包括：

步骤一，在与轮毂紧固的主轴法兰上，选择错位严重位置的1～3个螺栓作为判断螺栓，将判断螺栓的螺母去除；

步骤二，选择连续排布的5颗螺栓作为所有螺栓，使用100％额定力矩完全松开5颗所有螺栓；

步骤三，使用纠错预紧力矩重新对松开的5颗所有螺栓进行预紧；

重复步骤二与步骤三，直至主轴法兰上所有螺栓均调节为纠错预紧力矩。

可选的，在所述的轮毂主轴法兰错位纠正方法中，还包括：

解除高速刹车装置和低速风轮锁锁定；

将风轮系统背风，借助开桨使风轮系统沿第一方向转动，同时观测高速刹车装置和风轮系统的转速，将风轮系统的转速保持在0.25-0.4rpm，同时，手动扭转判断螺栓，若判断螺栓可以转出，则轮毂主轴法兰错位纠正成功；

其中所述第一方向为从机舱往风轮系统方向观察绕顺时针转动；

若风轮系统转动3-6圈后，轮毂主轴法兰错位纠正仍未成功，则使用高速刹车装置对风轮系统进行刹车操作，利用刹车的惯性使风轮系统相对主轴产生移动，重复3-5次；

手动扭转判断螺栓，判断轮毂主轴法兰错位纠正是否成功；

重新将所有螺栓上的纠错预紧力矩调节为额定预紧力矩；

完成螺栓力矩标识线，并且在主轴与轮毂结合面三个叶片的三个位置作滑移标识线。

本发明还提供一种轮毂主轴法兰错位纠正系统，包括：

力矩调节单元，被配置为将所有螺栓上的额定预紧力矩调节为纠错预紧力矩，以及

将所有螺栓上的纠错预紧力矩调节为额定预紧力矩；

其中，所有螺栓布置在主轴法兰上，所述主轴法兰用于与轮毂紧固，以及，

所述额定预紧力矩大于所述纠错预紧力矩；

开桨转动单元，被配置为在风轮系统背风且螺栓预紧力为纠错预紧力矩的情况下，借助开桨使风轮系统沿正常转向的相反方向转动。

发明人经研究发现：影响大型风机的轮毂主轴的寿命的一个重要因素在于，如果轮毂主轴与轮毂支架之间发生错位，会极大地缩短轮毂主轴的寿命，而且为了纠正这种错位，通常需要使用常规的吊机需花费巨大的时间和经济成本进行风机吊装维修。

基于以上洞察，本发明提供了一种轮毂主轴法兰错位纠正方法及系统，通过将所有螺栓上的额定预紧力矩调节为纠错预紧力矩，额定预紧力矩大于纠错预紧力矩，可以使主轴与轮毂之间的紧固力减小，方便调节主轴和轮毂之间的错位，但是又不完全松开，保障了轮毂和主轴在风轮系统转动时不会脱离，防止造成纠正过程中的安全事故，本发明采用将风轮系统背风，借助开桨使风轮系统沿正常转向的相反方向转动的方式，可以使风轮系统转动时，带动轮毂一同转动，但同时由于主轴和轮毂之间的紧固力较小，主轴的转动有所延迟或幅度小于轮毂转动幅度，因此可以实现轮毂相对于主轴沿正常转向相反的方向有所前进，抵消了吊装时轮毂相对于主轴沿正常转向有所偏移的偏移量。

综上所述，本发明提供的轮毂主轴法兰错位纠正方法及系统，实现了简单的通过风轮系统倒转即可实现轮毂主轴法兰错位的纠正，无需大型吊机进行吊装施工，施工难度小、施工步骤少、施工人员精简、维修成本低。

本发明克服了吊机吊装存在的机械资源少、场地要求高、施工成本大以及安全风险不易控制等问题，避免了常规的吊机吊装维修花费巨大的经济成本的缺陷。

附图说明

图1是本发明一实施例的轮毂主轴法兰安装示意图；

图2是本发明一实施例的轮毂主轴法兰零部件示意图；

图3是本发明一实施例的轮毂主轴法兰错位纠正方法流程示意图；

图中所示：101-主轴；102-轮毂；103-螺栓；104-低速风轮锁；105-主轴法兰；106-风轮系统。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的轮毂主轴法兰错位纠正方法及系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

另外，除非另行说明，本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。

风力发电机组中，如图1～2所示，多个螺栓依次穿过高速刹车装置、主轴法兰、轮毂上的螺栓孔，并以100％额定力矩使螺栓压紧进入轮毂的螺栓孔，以紧固高速刹车装置、主轴法兰及轮毂。但是主轴法兰上的螺栓孔、以及轮毂上的螺栓孔与螺栓的配合均为间隙配合，由于吊装偏差，螺栓在主轴法兰和轮毂的螺栓孔中难免出现错位。错位严重的情况，甚至会发生螺栓断裂，给风力发电机组的安全运行带来巨大的隐患。

本发明的核心思想在于提供一种轮毂主轴法兰错位纠正方法及系统，以解决现有的轮毂主轴与轮毂支架之间发生错位严重影响风机的运行安全的问题。

为实现上述思想，本发明提供了一种轮毂主轴法兰错位纠正方法，包括：力矩调节单元，被配置为将所有螺栓上的额定预紧力矩调节为纠错预紧力矩，以及将所有螺栓上的纠错预紧力矩调节为额定预紧力矩；其中，所有螺栓布置在主轴法兰上，所述主轴法兰用于紧固主轴与轮毂，以及，所述额定预紧力矩大于所述纠错预紧力矩；开桨转动单元，被配置为在风轮系统背风且螺栓预紧力为纠错预紧力矩的情况下，借助开桨使风轮系统沿正常转向的相反方向转动。

本实施例提供一种轮毂主轴法兰错位纠正方法，如图3所示，包括：主轴法兰105连接主轴101，在与轮毂102紧固的主轴法兰105上，将所有螺栓103上的额定预紧力矩调节为纠错预紧力矩，其中，所述额定预紧力矩大于所述纠错预紧力矩；将风轮系统106背风，借助开桨使风轮系统106沿正常转向的相反方向转动；以及重新将所有螺栓103上的纠错预紧力矩调节为额定预紧力矩。

在本发明的一个实施例中，在所述的轮毂主轴法兰错位纠正方法中，准备工作包括：在轮毂主轴法兰错位纠正前及过程中，采用连接中央控制系统的风速监测单元实时监控风速，若风速不符合要求则停止操作；停止操作后，重新将所有螺栓103上的纠错预紧力矩调节为额定预紧力矩；对于连接轮毂102与主轴101的螺栓103无断裂的风机，风速大于等于8m/s时停止操作；对于连接轮毂102与主轴101的螺栓103有断裂的风机，风速大于等于6m/s时停止操作。本作业最适宜的风速为3m/s～6m/s。对于没有主轴轮毂螺栓断裂的风机，风速≥8m/s时严禁进行此类操作；对于有主轴轮毂螺栓断裂的风机，风速≥6m/s时严禁进行此类操作！

在本发明的一个实施例中，在所述的轮毂主轴法兰错位纠正方法中，所述风速监测单元包括趋势预测模块和实时监控模块，其中：所述趋势预测模块，通过升压站，每5～15分钟内进行一次预测风速，若风速变化呈上升直至超过作业风速态势，则停止操作；所述实时监控模块，实时监测风速变化，若风速开始超出作业要求，则停止操作。

在本发明的一个实施例中，在所述的轮毂主轴法兰错位纠正方法中，准备工作还包括：将安全风险监控单元布置在机舱内，其作用为：在轮毂主轴法兰错位纠正前及过程中，安全风险监控单元实时观测主轴101、轮毂102、主轴法兰105、各个螺栓103及风轮系统106的状态，若监测到不正常状态则提供警示信号；将场外应急单元布置在距离风机200米外，其作用为：在轮毂主轴法兰错位纠正前及过程中，场外应急单元实时观测风机状态并提供警示信号，防止非作业人员进入机位。

在本发明的一个实施例中，在所述的轮毂主轴法兰错位纠正方法中，准备工作还包括：核对风力发电机组机型和所有螺栓103的规格；如表1所示，根据所有螺栓103的规格确定所有螺栓103的额定预紧力矩；根据所有螺栓103的规格确定所有螺栓103的纠错预紧力矩。在所述的轮毂主轴法兰错位纠正方法中，准备工作还包括：对于连接主轴101与轮毂102的螺栓103断裂的风机，将断裂区螺栓103转到风轮系统106最下方，以增强安全性；锁定低速风轮锁104和高速刹车装置。

表1主轴轮毂螺栓规格和力矩

在本发明的一个实施例中，在所述的轮毂主轴法兰错位纠正方法中，还包括：步骤一，在与轮毂102紧固的主轴法兰105上，选择错位严重位置的1～3个螺栓103作为判断螺栓，将判断螺栓的螺母去除；步骤二，选择连续排布的5颗螺栓103作为所有螺栓103，使用100％额定力矩完全松开5颗所有螺栓103；步骤三，使用纠错预紧力矩重新对松开的5颗所有螺栓103进行预紧；重复步骤二与步骤三，直至主轴法兰105上所有螺栓103均调节为纠错预紧力矩。

在本发明的一个实施例中，在所述的轮毂主轴法兰错位纠正方法中，还包括：解除高速刹车装置和低速风轮锁104锁定；将风轮系统106背风，借助开桨使风轮系统106沿第一方向转动，同时观测高速刹车装置和风轮系统106的转速，将风轮系统106的转速保持在0.25-0.4rpm，同时，手动扭转判断螺栓，若判断螺栓可以转出，则轮毂主轴法兰错位纠正成功；其中所述第一方向为从机舱往风轮系统106方向观察绕顺时针转动；若风轮系统106转动3-6圈后，轮毂主轴法兰错位纠正仍未成功，则使用高速刹车装置对风轮系统106进行刹车操作，利用刹车的惯性使风轮系统106相对主轴101产生移动，重复3-5次；手动扭转判断螺栓，判断轮毂主轴法兰错位纠正是否成功；成功后将所有螺栓103上的纠错预紧力矩调节为额定预紧力矩。完成螺栓103力矩标识线，并且在主轴101与轮毂102结合面三个叶片的三个位置作滑移标识线。在所述的轮毂主轴法兰错位纠正方法中，还包括：所述轮毂102与主轴101均安装在风力发电机组内，该方法适用于所有的机型。

本实施例还提供一种轮毂主轴法兰错位纠正系统，包括：力矩调节单元，被配置为将所有螺栓103上的额定预紧力矩调节为纠错预紧力矩，以及将所有螺栓103上的纠错预紧力矩调节为额定预紧力矩；其中，所有螺栓103布置在主轴法兰105上，所述主轴法兰105用于紧固主轴101与轮毂102，以及，所述额定预紧力矩大于所述纠错预紧力矩；开桨转动单元，被配置为在风轮系统106背风且螺栓103预紧力为纠错预紧力矩的情况下，借助开桨使风轮系统106沿正常转向的相反方向转动。

实施本发明的轮毂主轴法兰错位纠正方法的关键点要求：明确风速要求、明确小力矩预紧要求、采用风轮系统背风，借助开桨转动风轮系统、采用反转风轮系统实现复位或者反转刹车方法实现复位。

发明人经研究发现：风轮重量达百吨左右，安装高度多数超过120m，吊装施工难度大，对精准控制的要求比较高，以致施工人员增多，安装和维修成本提高。特别是，风轮是风机部件中最关键的部件之一，是影响整个风机吊装机械选型的关键，且对所需起重机械的规格要求较大，存在着机械资源少、场地要求高、施工成本大以及安全风险不易控制等问题。因此当轮毂102主轴101与轮毂102支架之间发生错位，使用常规的吊机吊装维修需花费巨大的经济成本。

基于以上洞察，本发明提供了一种轮毂主轴法兰错位纠正方法及系统，通过将所有螺栓103上的额定预紧力矩调节为纠错预紧力矩，额定预紧力矩大于纠错预紧力矩，可以使主轴101与轮毂102之间的紧固力减小，方便调节主轴101和轮毂102之间的错位，但是又不完全松开，保障了轮毂102和主轴101在风轮系统106转动时不会脱离，防止造成纠正过程中的安全事故，本发明采用将风轮系统106背风，借助开桨使风轮系统106沿正常转向的相反方向转动的方式，可以使风轮系统106转动时，带动轮毂102一同转动，但同时由于主轴101和轮毂102之间的紧固力较小，主轴101的转动有所延迟或幅度小于轮毂102转动幅度，因此可以实现轮毂102相对于主轴101沿正常转向相反的方向有所前进，抵消了正常转动时轮毂102相对于主轴101沿正常转向有所偏移的偏移量。

综上所述，本发明提供的轮毂主轴法兰错位纠正方法及系统，实现了简单的通过风轮系统106倒转即可实现轮毂主轴法兰错位的纠正，无需大型吊机进行吊装施工，施工难度小、施工步骤少、施工人员精简、维修成本低。

本发明克服了吊机吊装存在的机械资源少、场地要求高、施工成本大以及安全风险不易控制等问题，避免了常规的吊机吊装维修花费巨大的经济成本的缺陷。

综上，上述实施例对轮毂主轴法兰错位纠正方法及系统的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (9)

1.一种轮毂主轴法兰错位纠正方法，其特征在于，包括：

在与轮毂紧固的主轴法兰上，将所有螺栓上的额定预紧力矩调节为纠错预紧力矩，其中，所述额定预紧力矩大于所述纠错预紧力矩；

将风轮系统背风，借助开桨使风轮系统沿正常转向的相反方向转动；

重新将所有螺栓上的纠错预紧力矩调节为额定预紧力矩。

2.如权利要求1所述的轮毂主轴法兰错位纠正方法，其特征在于，准备工作包括：

在轮毂主轴法兰错位纠正前及过程中，采用连接中央控制系统的风速监测单元实时监控风速，若风速不符合要求则停止操作；

停止操作后，重新将所有螺栓上的纠错预紧力矩调节为额定预紧力矩；

对于连接轮毂与主轴的螺栓无断裂的风机，风速大于等于8m/s时停止操作；

对于连接轮毂与主轴的螺栓有断裂的风机，风速大于等于6m/s时停止操作。

3.如权利要求2所述的轮毂主轴法兰错位纠正方法，其特征在于，所述风速监测单元包括趋势预测模块和实时监控模块，其中：

所述趋势预测模块，通过升压站，每5～15分钟内进行一次预测风速，若风速变化呈上升直至超过作业风速态势，则停止操作；

所述实时监控模块，实时监测风速变化，若风速开始超出作业要求，则停止操作。

4.如权利要求1所述的轮毂主轴法兰错位纠正方法，其特征在于，准备工作还包括：

将安全风险监控单元布置在机舱内，其作用为：在轮毂主轴法兰错位纠正前及过程中，安全风险监控单元实时观测主轴、轮毂、主轴法兰、各个螺栓及风轮系统的状态，若监测到不正常状态则提供警示信号；

将场外应急单元布置在距离风机200米外，其作用为：在轮毂主轴法兰错位纠正前及过程中，场外应急单元实时观测风机状态并提供警示信号，防止非作业人员进入机位。

5.如权利要求1所述的轮毂主轴法兰错位纠正方法，其特征在于，准备工作还包括：

核对风力发电机组机型和所有螺栓的规格；

根据所有螺栓的规格确定所有螺栓的额定预紧力矩；

根据所有螺栓的规格确定所有螺栓的纠错预紧力矩。

6.如权利要求1所述的轮毂主轴法兰错位纠正方法，其特征在于，准备工作还包括：

对于连接主轴与轮毂的螺栓断裂的风机，将断裂区螺栓转到风轮系统最下方；

锁定低速风轮锁和高速刹车装置。

7.如权利要求1所述的轮毂主轴法兰错位纠正方法，其特征在于，还包括：

步骤一，在与轮毂紧固的主轴法兰上，选择错位严重位置的1～3个螺栓作为判断螺栓，将判断螺栓的螺母去除；

步骤二，选择连续排布的5颗螺栓作为所有螺栓，使用100％额定力矩完全松开5颗所有螺栓；

步骤三，使用纠错预紧力矩重新对松开的5颗所有螺栓进行预紧；

重复步骤二与步骤三，直至主轴法兰上所有螺栓均调节为纠错预紧力矩。

8.如权利要求1所述的轮毂主轴法兰错位纠正方法，其特征在于，还包括：

解除高速刹车装置和低速风轮锁锁定；

将风轮系统背风，借助开桨使风轮系统沿第一方向转动，同时观测高速刹车装置和风轮系统的转速，将风轮系统的转速保持在0.25-0.4rpm，同时，手动扭转判断螺栓，若判断螺栓可以转出，则轮毂主轴法兰错位纠正成功；

其中所述第一方向为从机舱往风轮系统方向观察绕顺时针转动；

若风轮系统转动3-6圈后，轮毂主轴法兰错位纠正仍未成功，则使用高速刹车装置对风轮系统进行刹车操作，利用刹车的惯性使风轮系统相对主轴产生移动，重复3-5次；

手动扭转判断螺栓，判断轮毂主轴法兰错位纠正是否成功；

重新将所有螺栓上的纠错预紧力矩调节为额定预紧力矩；

完成螺栓力矩标识线，并且在主轴与轮毂结合面三个叶片的三个位置作滑移标识线。

9.一种轮毂主轴法兰错位纠正系统，其特征在于，包括：

力矩调节单元，被配置为将所有螺栓上的额定预紧力矩调节为纠错预紧力矩，以及

将所有螺栓上的纠错预紧力矩调节为额定预紧力矩；

其中，所有螺栓布置在主轴法兰上，所述主轴法兰用于与轮毂紧固，以及，

所述额定预紧力矩大于所述纠错预紧力矩；

开桨转动单元，被配置为在风轮系统背风且螺栓预紧力为纠错预紧力矩的情况下，借助开桨使风轮系统沿正常转向的相反方向转动。

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