CN114787508A - 在维护期间支承风力涡轮机组件的内部可旋转构件的工具以及使用其的方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于风力涡轮机组件(60)的顶举工具(70、162、174)，该风力涡轮机组件具有外壳体(62)和内部可旋转构件(64)，该内部可旋转构件被设置在外壳体(62)中并且可绕旋转轴线(66)旋转。该顶举工具(70、162、174)包括支承销(74、164、176)，该支承销具有近端部和远端部，该远端部包括轴承(112)。支承销(74、164、174)被配置为可相对于外壳体(62)选择性地移动。轴承(112)被配置成接触内部可旋转构件(64)，以相对于外壳体(62)支承该内部可旋转构件(64)，并且允许内部可旋转构件(64)在被顶举工具(70、162、174)支承的同时在外壳体(62)内旋转。

Description

在维护期间支承风力涡轮机组件的内部可旋转构件的工具以 及使用其的方法

技术领域

本发明总体上涉及风力涡轮机，并且更特别地，涉及一种用于在修理/更换过程期间支承风力涡轮机组件的内部可旋转构件的工具、以及在修理/更换过程期间使用该工具的方法。

背景技术

风力涡轮机被用于使用可再生资源而不燃烧化石燃料来生成电能。通常，风力涡轮机将来自风的动能转换成电力。常规的风力涡轮机设备(wind turbine installation)包括：地基、由地基支承的塔、以及位于塔顶部的能量生成单元。能量生成单元通常包括一个或更多个机舱以容纳多个机械和电气组件(诸如发电机、齿轮箱、以及主轴承)，并且风力涡轮机还包括转子，该转子通过从机舱延伸的主轴可操作地联接至机舱中的组件。单转子风力涡轮机和多转子风力涡轮机(其可以具有多个机舱)是已知的，但是为了效率起见，以下描述主要涉及单转子设计。转子又包括中心轴毂和多个叶片，所述多个叶片从中心轴毂沿径向延伸并且被配置成与风相互作用以使转子旋转。将转子支承在主轴上，该主轴直接地或者间接地与被容纳在机舱内部的发电机可操作地联接。从而，随着风力使叶片旋转，通过发电机生成电能。在过去的几十年间，风力发电已经显著增长，并且有许多风力涡轮机设备位于陆地和海上。

如上所提到的，机舱容纳多个风力涡轮机组件以将来自风和转子叶片的动能转换成电能。这些组件中的许多组件包括固定框架或外壳体以及被设置在该壳体中的一个或更多个可旋转构件。举例来说，主轴承支承件、齿轮箱、以及发电机都包括外壳体，这些外壳体具有被设置在其中的一个或更多个内部可旋转构件。在风力涡轮机的使用寿命期间，可能必须或者希望对机舱中的各种风力涡轮机组件提供修理和/或更换(被统称为维护)。在风力涡轮机组件的维护期间，可能重要的是，维持可旋转构件相对于外壳体的位置，以便保持可旋转构件的旋转轴线与相邻组件对准。例如，在齿轮箱维护时，可能重要的是，与一个或更多个齿轮箱级相关联的轴在维护期间仍保持在原位。由于可旋转构件的相对大重量以及在旋转轴线水平定向时(并由此在重力的完全作用下)足够地支承重型构件的普遍困难，这可能是很难的。

在维护过程期间，可旋转构件在维护过程期间仍保持可旋转也是重要的。为了使可旋转构件或其它相关组件与相邻组件联接/分离以实现维护，这可能是必须的或希望的。举例来说，齿轮箱级(例如，齿轮箱的第二齿轮级)的太阳小齿轮可以具有螺旋构型，使得为了使太阳小齿轮与相邻组件(例如，齿轮箱的第一齿轮箱级)脱离，该太阳小齿轮(及其关联的行星齿轮架)需要旋转以便于脱离。

用于维持内部可旋转构件的位置(例如，沿着旋转轴线)同时还允许内部可旋转构件旋转的当前方法通常包括：从机舱移除该组件，然后将该组件定向成使得旋转轴线总体上与重力场对准(即，沿大体竖直取向)，从而在开始维护过程之前消除该组件的大重量。由于机舱中的风力涡轮机组件的尺寸和重量，当前方法需要大型起重机或其它升降装置来将该组件从机舱移除并将该组件适当地定向在地面、平台、甲板等上，以供以使旋转轴线的未对准最小化的方式来执行维护过程。这种用于修理或更换机舱中的风力涡轮机组件的过程是昂贵且耗时的。

因此，风力涡轮机制造商、安装方以及运营商正在寻求改进的选项，以用于以更节省时间和更节省成本的方式对位于机舱中的风力涡轮机组件进行维护。更特别地，需要为机舱中的风力涡轮机组件提供原位维护过程的工具和方法，该工具和方法维持内部可旋转构件相对于外壳体的位置，并且允许可旋转构件在维护过程期间在外壳体内旋转移动。

发明内容

公开了一种用于风力涡轮机组件的顶举(jacking)工具，该风力涡轮机组件具有外壳体和内部可旋转构件，该内部可旋转构件被设置在外壳体中并且可绕旋转轴线旋转。该顶举工具包括支承销，该支承销具有近端部和远端部，该远端部包括轴承。支承销被配置为可相对于外壳体选择性地移动。内支承销的轴承被配置成接触内部可旋转构件，以相对于外壳体支承该内部可旋转构件，并且允许内部可旋转构件在被顶举工具支承的同时在外壳体内旋转。

在一个实施方式中，顶举工具包括外衬套，该外衬套具有延伸穿过该外衬套并且被配置成在其中接纳支承销的通道。外衬套被配置为联接至外壳体。在示例性实施方式中，外衬套包括：轴环(collar)，该轴环处于外衬套的近端部；以及轴，该轴延伸远离轴环并且限定该外衬套的远端部。外衬套包括外螺纹，该外螺纹用于螺纹联接至风力涡轮机组件的外壳体，诸如外壳体的孔口处。例如，外螺纹可以沿着内支承销的轴的长度的至少一部分延伸。

在一个实施方式中，外衬套的通道包括内螺纹，并且支承销包括用于将支承销螺纹联接至外衬套的外螺纹。因此，支承销可相对于外衬套独立地轴向移动。在本发明的一个实施方式中，在外衬套的外螺纹与内螺纹之间可以存在螺距差异。这将有助于支承销与外壳体之间的轴向移动，而不会在它们之间产生旋转移动。在另选实施方式中，支承销可以可旋转地浮置在外衬套内，但不会相对于外衬套轴向移动。支承销的近端部可以包括工具接口，该工具接口用于联接至被配置成旋转支承销的工具。在另一实施方式中，支承销可以包括液压致动器，该液压致动器具有可选择性地伸出和缩回的臂。可以将轴承定位在臂的远端部上，以用于接触内部可旋转构件。可以将液压致动器联接至外壳体上的支承支柱。

支承销的远端部处的轴承可以包括便于内部可旋转构件相对于顶举工具旋转的滚柱部件。例如，在一个实施方式中，滚柱部件可以包括能够相对于旋转轴线旋转的圆柱形滚柱，诸如轮子。在另选实施方式中，轴承可以包括能够沿任何方向旋转的球面滚珠(spherical ball)。在另一实施方式中，轴承可以包括能够相对于旋转轴线旋转并且能够适应系统中的各种未对准的球面滚柱(spherical roller)。

在另一实施方式中，提供了一种系统，该系统包括风力涡轮机组件，该风力涡轮机组件具有外壳体和内部可旋转构件，该内部可旋转构件被设置在外壳体中并且可绕旋转轴线旋转。外壳体包括至少两个孔口，该孔口被配置成提供到外壳体的与内部可旋转构件相邻的内部的通路。该系统还包括顶举系统，该顶举系统包括至少两个顶举工具。各个顶举工具被固定至风力涡轮机组件的外壳体，并且可选择性地移动以与外壳体中的内部旋转构件接合。所述至少两个顶举工具的支承销的轴承接触内部可旋转构件，以相对于外壳体支承内部可旋转构件，并且允许内部可旋转构件在被所述至少两个顶举工具支承的同时在外壳体内旋转。

可以将所述至少两个孔口设置在外壳体中，使得所述至少两个顶举工具沿着内部可旋转构件的下部支承该内部可旋转构件，以便支承内部可旋转构件的重量。另外，对于伸长的内部可旋转构件，所述至少两个孔口以及所述至少两个顶举工具可以被设置成在内部可旋转构件上的第一纵向位置处的第一组孔口和顶举工具、以及在内部可旋转构件上的第二纵向位置处的第二组孔口和顶举工具。通常可以将第一组孔口/顶举工具以及第二组孔口/顶举工具中的各个组定位在一平面内(例如，垂直于内部可旋转构件的纵向轴线)。

在一个实施方式中，与顶举系统结合使用的风力涡轮机组件包括主轴承支承件。在另一实施方式中，与顶举系统结合使用的风力涡轮机组件包括齿轮箱、或者齿轮箱的一部分(诸如齿轮箱级)。在另一实施方式中，与顶举系统结合使用的风力涡轮机组件包括发电机。这些组件中的各个组件皆被设置在风力涡轮机的机舱内，并且顶举系统被配置成与风力涡轮机组件一起使用，同时仍保持在机舱内。

还公开了一种对风力涡轮机组件执行维护的方法。该风力涡轮机组件包括外壳体和内部可旋转构件，该内部可旋转构件被设置在外壳体中并且可绕旋转轴线旋转。所述方法包括以下步骤：设置至少两个顶举工具，各个顶举工具皆包括支承销，该支承销被配置为可相对于外壳体选择性地移动，并且该支承销具有近端部和远端部，该远端部包括轴承；与风力涡轮机组件的外壳体中的相应孔口相邻地固定所述至少两个顶举工具；以及移动各个顶举工具的支承销，以使轴承抵接被设置在风力涡轮机组件的外壳体内的内部可旋转构件。所述至少两个顶举工具相对于外壳体支承内部可旋转构件的位置，以便在维护期间维持旋转轴线的位置。

在一个实施方式中，固定所述至少两个顶举工具的步骤还包括：将各个顶举工具螺纹连接至外壳体中的相应孔口。例如，所述至少两个顶举工具还可以包括外衬套，该外衬套被配置成接纳支承销，其中，固定所述至少两个顶举工具的步骤还包括：将各个顶举工具的外衬套螺纹连接至外壳体中的相应孔口。另外，可以将内支承销螺纹连接至外衬套，并且移动各个顶举工具的支承销的步骤还可以包括：旋转各个顶举工具的支承销，以使轴承抵接内部可旋转构件。在一个实施方式中，支承销可以可旋转地浮置在外衬套内，并且其中，移动各个顶举工具的支承销的步骤还可以包括：旋转各个顶举工具的外衬套，以使轴承抵接内部可旋转构件。

在一个实施方式中，固定所述至少两个顶举工具的步骤还可以包括：将各个顶举工具连接至外壳体上的相应支承支柱。另外，移动各个顶举工具的支承销的步骤还可以包括：使液压致动器致动，以使轴承抵接内部可旋转构件。

根据本发明的一个特定方面，所述方法还可以包括以下步骤：使内部可旋转构件在由所述至少两个顶举工具支承的同时进行旋转。这可以通过处于顶举工具的远端部的轴承来实现。在一个实施方式中，轴承包括可绕旋转轴线旋转的滚柱(诸如，圆柱形滚柱或球面滚柱)，并且所述方法还可以包括以下步骤：相对于内部可旋转构件定向轴承，以使滚柱的旋转轴线大体平行于内部可旋转构件的所述旋转轴线。为了提供轴承相对于内部可旋转构件的希望取向，所述方法还可以包括以下步骤：相对于外壳体，径向调整所述至少两个顶举工具的位置，以使轴承相对于内部可旋转构件定向。例如，调整所述至少两个顶举工具相对于外壳体的径向位置的步骤可以包括：调整外衬套相对于相应孔口的位置。

附图说明

被并入并构成本说明书的一部分的附图例示了本发明的一个或更多个实施方式，并与上面给出的本发明的一般描述以及下面给出的详细描述一起用于说明本发明。

图1是水平轴线风力涡轮机的立体图；

图2是图1的风力涡轮机的局部放大立体图，例示了机舱中的风力涡轮机组件；

图3是图2所例示的主轴承支承件的示意性截面图；

图4是图2所例示的齿轮箱的示意性截面图；

图5是图2所例示的发电机的示意性截面图；

图6是具有外壳体以及被设置在该外壳体内的内部可旋转构件的通用风力涡轮机组件的截面图；

图7是根据本发明的实施方式的顶举工具的立体图；

图8是图7所例示的顶举工具的分解立体图；

图9是图7所例示的顶举工具的侧视图；

图10是图7所例示的顶举工具的另一侧视图；

图11是示出使用顶举工具相对于外壳体来支承内部可旋转构件的局部放大截面图；

图12是示出使用顶举工具相对于外壳体来支承内部可旋转构件的另一局部放大截面图；

图13是根据本发明的另一实施方式的顶举工具的支承销的局部例示图；

图14是根据本发明的另一实施方式的顶举工具的支承销的局部例示图；

图15是根据本发明的另一实施方式的顶举工具的截面图；以及

图16是根据本发明的另一实施方式的顶举工具的截面图。

具体实施方式

参照图1和图2，风力涡轮机10包括：塔12、设置在塔12的顶点处的机舱14、以及转子16，该转子经由容纳在机舱14内部的齿轮箱20可操作地联接至发电机18。除了发电机18和齿轮箱20之外，机舱14可以容纳将风能转换为电能以及操作和优化风力涡轮机10的性能所需的各种组件。塔12支承由机舱14、转子16、以及容纳在机舱14内部的其它风力涡轮机组件所提供的载荷，并且操作成将机舱14和转子16升高至高于地平面或海平面的高度(视情况而定)，在该高度处，通常发现具有较低湍流和较高速度的气流。

转子16可以包括中心轴毂22以及在围绕中心轴毂22的圆周分布的位置处被附接至该中心轴毂22的多个叶片24。在代表性实施方式中，转子16包括三个叶片24，然而，该数量可以改变。从中心轴毂22径向向外突出的叶片24被配置成与通过的气流相互作用，以生成使中心轴毂22绕其纵向轴线自旋的旋转力。叶片24的设计、构造、以及操作是风力涡轮机设计领域的普通技术人员所熟知的，并且可以包括附加功能方面以优化性能。例如，叶片24的桨距角控制可以响应于风速通过桨距控制机构(未示出)来实现，以优化低风力条件下的电力生产，并且如果风速超过设计限制，则使叶片变桨。

转子16可以直接联接至齿轮箱20，或者如图所示，经由在轴毂22与齿轮箱20之间延伸的主轴26间接地联接至齿轮箱20。主轴26与转子16一起旋转，并且通过主轴承支承件28支承在机舱14内，该主轴承支承件支承转子16的重量并且将转子16上的载荷传递至塔12。齿轮箱20通过到发电机18的联轴器(coupling)来传递转子16的旋转。超过最小水平的风可以启动转子16，使转子16沿基本上垂直于风的方向旋转，从而向发电机18的输入轴施加转矩。如本领域普通技术人员所理解的，可以将由发电机18生成的电力供应给电网(未示出)或者储能系统(未示出)以供随后释放到电网。这样，风的动能可以通过风力涡轮机10来进行发电。

如上面所讨论的，机舱14中的多个风力涡轮机组件经受磨损、断裂以及其它事件，这些事件可能促使维护过程以修理或更换风力涡轮机组件的部件，或者以其它方式改进风力涡轮机组件的运行。通过示例而非限制方式，在风力涡轮机10的运行寿命期间，对主轴承支承件28、齿轮箱20、以及发电机18的维护过程可能是必须的。通常可以将这些风力涡轮机组件表征为具有外壳体以及设置在该外壳体内的内部构件，并且该内部构件被配置成按正常过程在风力涡轮机10的使用期间相对于外壳体旋转。在示例性实施方式中，外壳体可以被配置成基本上静止的，并且内部可旋转构件可以被配置成在静止的外壳体内并且相对于静止的外壳体绕旋转轴线旋转。举例来说，并且如图3示意性地例示的，在主轴承支承件28的情况下，主轴承壳体36被固定至机舱14的地板上，并且主轴承壳体被配置成接纳贯穿主轴承壳体36的主轴26。主轴26联接至转子16并被配置成绕旋转轴线38在主轴承壳体36内并且相对于主轴承壳体36旋转。图4示意性地例示了具有齿轮箱级40的齿轮箱20。齿轮箱级40包括齿轮箱壳体42以及设置在齿轮箱壳体42内的行星齿轮架44。行星齿轮架44被配置成相对于齿轮箱壳体42绕旋转轴线46旋转。而且，图5示意性地例示了发电机18，该发电机包括发电机壳体50以及被定位在发电机壳体50内用于生成电能的定子52和转子54。定子52通常包括线圈，并且通常相对于壳体50被固定以使基本上静止。另一方面，转子54通常包括磁性部件，并且可在壳体50内并且相对于定子52(以及由此发电机壳体50)绕旋转轴线56旋转。

图6例示了示意性的通用风力涡轮机组件60，该风力涡轮机组件具有外壳体62和内部可旋转构件64，该内部可旋转构件被配置成相对于外壳体62并且绕旋转轴线66旋转。应认识到，风力涡轮机组件60可以表示主轴承支承件28、齿轮箱20(或齿轮箱20的各级)、发电机18、或者具有上述一般特征的其它风力涡轮机组件。如上面所讨论的，在维护过程期间，可能重要的是，相对于外壳体62支承内部可旋转构件64，以便维持旋转轴线66的位置。在维护过程期间允许内部可旋转构件64与外壳体62之间的相对移动可能不利地影响技术人员重新组装风力涡轮机组件达该组件的最佳运行的能力。此外，在维护过程的一些情况下，当内部可旋转构件64被支承在外壳体62内时，可能希望或者必须相对于外壳体62使内部可旋转构件64旋转。

为了实现这些和其它目标，并且如图3至图6所例示的，可以设置多个顶举工具70，其中，各个顶举工具70被配置成将内部可旋转构件64支承在外壳体62内，并且允许内部可旋转构件64相对于外壳体62绕旋转轴线66旋转。如图7至图12所例示的，在示例性实施方式中，顶举工具70包括外衬套72以及被可移动地联接至外衬套72的内支承销74。在一个实施方式中，外衬套72包括：大体T形的延长主体76，该延长主体在近端部80处具有轴环78；轴82，该轴远离轴环78延伸并且在远端部84处终止；以及中心通道86，该中心通道从近端部80到远端部84延伸贯穿轴环78和轴82。轴环78和轴82皆为大体圆筒形，并且轴环78的直径大于轴82的直径，以限定近端面88、远端面90以及在其间延伸的外侧壁92。在示例性实施方式中，轴82的外径可以沿着轴82的长度基本上是恒定的。另外，通道86的内径也可以沿着外衬套72的长度基本上是恒定的。

在示例性实施方式中，并且出于下面更详细讨论的理由，外衬套72可以被配置为既有内螺纹又有外螺纹。更特别地，轴82的外表面94的至少一部分可以包括外螺纹96。在一个实施方式中，外螺纹96可以在轴82的整个长度上从轴环78的远端面90延伸至远端部84。在另选实施方式中，轴82的长度的仅一部分(例如，在约30％与约70％之间)可以包括外螺纹96，诸如更邻近轴环78的部分。类似地，通道86的至少一部分可以包括内螺纹98。更特别地，在一个实施方式中，内螺纹98可以在通道86的整个长度上从近端部80延伸至远端部84。在另选实施方式中，通道的长度的仅一部分(例如，在约30％与约70％之间)可以包括内螺纹98，诸如更邻近轴环78的部分。在一个实施方式中，内螺纹98可以与外螺纹96不同地进行配置。举例来说，内螺纹98的螺距可以不同于(例如，小于)外螺纹96的螺距。这种螺距差异将有助于分别联接至外螺纹96和内螺纹98的部件之间的轴向移动，而不会在它们之间产生旋转移动。螺纹96、98中还可能存在其它差异。外衬套72可以由合适的金属(诸如钢)制成。然而，其它材料也是可以的。

在示例性实施方式中，内支承销74包括大体圆柱形的延长主体104，该延长主体具有处于近端部108的工具接口106、中间轴部分110、以及处于远端部114处的轴承112。工具接口106被配置成与工具(未示出)(诸如，起子、扳手等)接合，以用于使内支承销74绕其中心轴线旋转。在一个实施方式中，工具接口106可以包括由中心间隙118间隔开的一对提升凸台(raised boss)116。此外，该对凸台116可以形成六边形端头或者其它不规则形状端头，以用于与合适工具(例如，扳手、套筒起子)等配合。然而，应理解，工具接口106不限于上述工具接口，而是可以采取便于内支承销74绕其中心轴线转动的其它合适形式。可以将中间轴部分110的尺寸制造成比工具接口106稍大以限定近端面120。在示例性实施方式中，中间轴部分110的外径可以沿着轴部分110的长度基本上是恒定的。

如下将更详细讨论的，处于内支承销74的远端部114的轴承112被配置成接合并支承内部可旋转构件64的重量，但允许内部可旋转构件相对于内支承销74移动。在这点上，处于内支承销74的远端部114的轴承112被配置成包括某一类型的滚柱部件，该滚柱部件有助于内支承销74与内部可旋转构件64之间的相对移动。在示例性实施方式中，滚柱部件可以包括轮子(例如，圆柱形滚柱)。更特别地，并且如图7至图12所例示的，在一个实施方式中，轴承112包括一对间隔开的耳部122，在该对耳部之间限定了沟槽124。轮子126被设置在沟槽124中并且通过轮轴(axle)128联接至耳部122，轮子126被配置成在该轮轴上旋转并且限定轮子126绕其旋转的旋转轴线130。轮子126在远端突出超过耳部122的末端，使得轮子126构成内支承销74的最远端部分。这样，轮子126作为内支承销74的在使用顶举工具70期间与内部可旋转构件64接合的部分。轮子126可以由合适金属(诸如钢)制成。然而，其它材料也是可以的，包括各种复合材料。

在示例性实施方式中，内支承销74被配置为具有外螺纹。更特别地，中间轴部分110的外表面132的至少一部分可以包括外螺纹134。在一个实施方式中，外螺纹134可以延伸中间轴部分110的整个长度。在另选实施方式中，中间轴部分110的长度的仅一部分(例如，在约30％与约70％之间)可以包括外螺纹134，诸如更邻近内支承销74的近端部108的部分。外螺纹134被配置成与外衬套72的内螺纹98配合，并由此具有类似的螺纹特性。内支承销74可以由合适的金属(诸如钢)制成。然而，其它材料也是可以的。

现在，将参照图11和图12描述顶举工具70在风力涡轮机组件60上的使用。首先，内支承销74可以插入外衬套72的通道86中达某一初始量。例如，当使内支承销74旋转以接合支承销74上的外螺纹134和外衬套72中的通道86的内螺纹98时，外衬套72可以保持静止。一旦将内支承销74和外衬套72初始地联接在一起，就可以将顶举工具70联接至风力涡轮机组件60的外壳体62。在这点上，在示例性实施方式中，外壳体62包括处于外壳体62中的多个孔口138(例如，至少两个孔口)，所述多个孔口提供到外壳体62的与内部可旋转构件64通常被设置的位置相邻的内部140的通路。孔口138带有内螺纹142，并且当顶举工具70未使用时，该孔口138通常是由螺纹塞(未示出)封闭的。内螺纹142被配置成与外衬套72的外螺纹96配合，并由此具有类似的螺纹特性。当希望对风力涡轮机组件60进行要使用顶举工具70的维护过程时，可以移除螺纹塞，以提供被配置成在其中接纳顶举工具70的打开的孔口138。

在这点上，可以将组装的顶举工具70(即，联接的外衬套72和内支承销74)插入孔口138中，直到外衬套72的外螺纹96接合孔口138的内螺纹142。此时，可以使外衬套72(和组装的支承销74)旋转，使得外衬套72被牢固地固定在孔口138内。例如，在一个实施方式中，可以使外衬套72相对于孔口138旋转，直到轴环78与外壳体62的外表面144接合，此时衬套72不能再进一步旋转。然而，在另选实施方式中，可以使衬套72相对于孔口138旋转，直到轴环78与外壳体62的外表面144相邻但稍微间隔开。

虽然在上文中，当将外衬套72插入外壳体62的孔口138中时，使内支承销74联接至外衬套72，但是本发明并不限于此。例如，在另选实施方式中，可以将外衬套72固定在外壳体62的孔口138内，而内支承销74不被设置在该外衬套中。在该实施方式中，在将外衬套72固定在外壳体62的孔口138内之后，可以将内支承销74插入外衬套72的通道86中并进行旋转以接合螺纹132、98，并由此将内支承销74可移动地联接在外衬套72内。

在任何情况下，都将外衬套72固定在孔口138内，并且将内支承销74固定在衬套72内。可以利用合适的工具(未示出)，使内支承销74相对于外衬套72旋转，以使内支承销74沿轴向并且朝着设置在外壳体62内的内部可旋转构件64移动。随着内支承销74的进一步相对旋转，处于支承销74的远端部114的轴承112被配置成接合内部可旋转构件64的外表面146。例如，当轴承112包括轮子126时，轮子126被配置成接合内部可旋转构件64的外表面146。然而，在该实施方式中，为了提供内部可旋转构件64在由顶举工具70支承时的旋转，必须将轮子126以特定方式相对于内部可旋转构件64定向。更特别地，在这个实施方式中，支承轮子126的轮轴128以及由此轮子126绕其旋转的旋转轴线130被配置成与内部可旋转构件64的旋转轴线66基本上平行(例如，在大约+/-5度内)。以此方式，将内部可旋转构件64和轮子126的旋转方向总体上对准，并且轮子126支承内部可旋转构件64相对于外壳体62绕旋转轴线66的旋转。

因为内支承销74(更特别地轮子126)相对于内部可旋转构件64具有特定取向，所以外衬套72可能必须相对于孔口138进行调整，以使轮子126的旋转轴线130和内部可旋转构件64的旋转轴线66基本上彼此平行。因此，例如，如果在内支承销74与内部可旋转构件64的外表面146接合时，轮子126未被正确地定向，则可以使内支承销74在近端少量移动出外衬套72(以释放轮子126上的任何压力)，可以使外衬套72在近端移动出孔口138某一量(并且内支承销74与外衬套72一起移动)，然后，使内支承销74在远端移动，同时保持外衬套72相对于孔口138固定。应认识到，可以根据需要重复该方法，以便使轮子126的旋转轴线130和内部可旋转构件64的旋转轴线66基本上彼此平行。还应认识到，在外衬套72在孔口138内的移动与内支承销74在外衬套72内的移动之间，可以存在调整顶举工具70相对于外壳体62的位置的其他方式，以便提供轮子126与内部可旋转构件64之间的对准。例如，可以利用控制外衬套72与外壳体62的孔口138之间的相对移动的螺纹96、142与控制内支承销74相对于外衬套72的相对移动的螺纹98、134之间的差异，来相对于内部可旋转构件64适当地定向轮子126。因此，可以存在使轮子126的旋转轴线130和内部可旋转构件64的旋转轴线66基本上彼此平行的多种方式。

如图3至图6所例示的，为了充分地支承具有风力涡轮机应用的尺寸和重量特性的内部可旋转构件64，可能必须使用多个顶举工具70。例如，在示例性实施方式中，可以使用两个顶举工具70来相对于外壳体62支承内部可旋转构件64。然而，在另选实施方式中，可以使用多于两个顶举工具70。在这点上，可以将所述至少两个顶举工具70策略性地围绕风力涡轮机组件60的周边定位，以支承内部可旋转构件64的重量。因此，例如，可以将所述至少两个顶举工具70沿着风力涡轮机组件60的下部定位，以使顶举工具70通常抵抗重力操作。然而，也可以将顶举工具70沿着风力涡轮机组件60的侧部和上部定位。顶举工具70的数量可以被选择成以稳定的方式支承内部可旋转构件64。

在这点上，风力涡轮机组件60的外壳体62可以包括围绕外壳体62的周边(诸如沿着外壳体62的下部)设置的多个孔口138(例如，至少两个孔口)。如上所提到的，在风力涡轮机组件60的正常运行期间，这些孔口138通常可以由螺纹塞(未示出)封闭。当要对风力涡轮机组件60执行维护过程时，可以将螺纹塞移除，并且可以如上所述将顶举工具70与所述孔口138中的各个孔口接合。当然，在各种实施方式中，并非必须使用外壳体62中的所有孔口138在维护过程期间支承内部可旋转构件64。

在一个实施方式中，所述多个顶举工具70可以被配置成在沿着风力涡轮机组件60的长度的一个或更多个纵向位置处支承内部可旋转构件64，其中，该纵向轴线总体上沿从组件60的前部朝着组件60的后部的方向(例如，总体上在图2所例示的参照系中从转子16朝着发电机18)。例如，所述多个顶举工具70通常可以位于基本上垂直于风力涡轮机组件60的纵向轴线的支承平面内。例如，图6例示了在风力涡轮机组件60的第一横截面中的多个顶举工具70。然而，应认识到，可能必须在沿着内部可旋转构件64的长度的多于一个纵向位置处，将内部可旋转构件64支承在外壳体62内。对于长的内部可旋转构件，情况可能尤其如此。例如，对于长的内部可旋转构件64，可能希望与可旋转构件的第一端相邻地以及与可旋转构件的第二端相邻地支承可旋转构件64。因此，该支承布置可以包括位于第一支承平面内的第一组顶举工具70和位于第二支承平面内的第二组的顶举工具70，该第一支承平面基本上垂直于内部可旋转构件64的纵向轴线，并且第二支承平面基本上垂直于内部可旋转构件64的纵向轴线，其中，第一支承平面和第二支承平面彼此纵向间隔开。当然，根据特定的内部可旋转构件64，可以设置更多或更少的支承平面。尽管可以优选地将多个顶举工具70设置在一个或更多个支承平面中，但是本发明的各个方面并不限于此，并且顶举工具70可以具有被配置成相对于外壳体62足够地支承内部可旋转构件64的其它支承布置。

不论如上所讨论的特定布置如何，多个顶举工具70都被配置成相对于外壳体62支承内部可旋转构件64，以便维持旋转轴线66的相对位置。换句话说，在维护过程期间，不希望内部可旋转构件64的旋转轴线66发生移位、倾翻、倾斜或以其它方式移出其在外壳体62内的正常对准。内部可旋转构件64的旋转轴线66的任何破坏都可能使风力涡轮机组件60与相邻组件的组装/从相邻组件的拆卸更复杂和困难。顶举工具70被配置成在维护过程期间避免旋转轴线66在外壳体62内的位移。

另外，在一些应用中，可能希望使内部可旋转构件选择性地可旋转，同时还由顶举工具70支承(例如，径向支承)。例如，为了使一齿轮箱级与相邻的齿轮箱级脱离，必须使齿轮箱级的太阳小齿轮移动脱离相邻齿轮箱级中的小齿轮。由于太阳小齿轮上的齿具有螺旋设计，因此为了执行脱离，必须使该太阳小齿轮随着所述齿轮箱级彼此分离而旋转。太阳小齿轮的这种旋转可以通过使行星齿轮架在齿轮箱级内旋转并且可操作地联接至太阳小齿轮来实现。在该示例中，行星齿轮架操作为齿轮箱级和顶举工具70的内部可旋转构件，并且处于顶举工具70的远端部114的轴承112提供行星齿轮架的选择性旋转，这允许太阳小齿轮更容易地脱离相邻的齿轮箱级。因此，本发明的顶举工具70为风力涡轮机10中的风力涡轮机组件60的某些维护过程提供了显著的益处。

在上面，内支承销74的轴承112采取了可绕旋转轴线130旋转的轮子或圆柱形滚柱126的形式，这促使轮子126与内部可旋转构件64之间的特定取向。图13例示了另选实施方式，其消除了在轴承112与内部可旋转构件64之间具有特定取向的需要。在该实施方式中，处于内支承销74a的远端部114的轴承112可以采取滚珠轴承150(例如，球面滚珠)的形式。滚珠轴承150能够沿任何方向旋转，并且不限于相对于单个轴线的旋转，如同轮子126的情况那样。这简化了顶举工具70的使用。更特别地，利用内支承销74a消除了使轮子126与内部可旋转构件64的旋转轴线66对准的试错法。因此，在该实施方式中，可以将外衬套72插入孔口138中，并且使内支承销74a旋转，以使支承销74a在衬套72内在远端并且朝着内部可旋转构件64移动。不论何时滚珠轴承150接合内部可旋转构件64的外表面146，滚珠轴承150都能够在内部可旋转构件64绕其旋转轴线66旋转时，沿该内部可旋转构件64的方向旋转。因此，可以简化顶举工具的使用。而且，在该实施方式中，可以省略外衬套72，并且支承销74a可以具有外螺纹以联接至带螺纹孔口138。

图14例示了处于内支承销74b的远端部114的轴承112的另一另选实施方式。在该实施方式中，轴承112可以采取球面滚柱152的形式。更特别地，球面滚柱152可以包括被固定至轮轴128的内滚道(race)154以及可相对于内滚道154旋转的外滚道156，该内滚道在耳部122之间延伸。可以将一排或更多排(例如，两排)滚柱轴承158设置在内滚道154与外滚道156之间，以便于外滚道156相对于内滚道154的旋转。外滚道156被配置成在使用期间接触内部可旋转构件64。球面滚柱152允许内支承销74b与内部可旋转构件64之间的一定量未对准，但是仍足以支承内部可旋转构件64的重量并且允许内部可旋转构件64绕其旋转轴线66旋转。

图15例示了类似于上述顶举工具70的顶举工具162的另一实施方式。类似的标号指的是与上面参照顶举工具70所述的特征类似的特征。顶举工具162与上述顶举工具70之间的主要区别是内支承销164安装至外衬套166的方式。在顶举工具70中，内支承销74经由一对螺纹98、134联接至外衬套72。这允许内支承销74独立于外衬套72移动。在图15所示的实施方式中，内支承销164有效地浮置在外衬套166内。换句话说，去除了螺纹98、134，并且内支承销164是通过一个或更多个轴承168可旋转地安装在外衬套166的通道86内的。这种布置允许内支承销164相对于外衬套166旋转，但是不允许内支承销164相对于外衬套166的相对轴向移动。顶举工具162仍可以通过外衬套166的外螺纹96与孔口138的内螺纹142之间的接合而联接至外壳体62。

顶举工具162的使用与上述类似。更特别地，可以将顶举工具162插入孔口138中，直到外衬套166的外螺纹96接合孔口138的内螺纹142。此时，可以使外衬套72(和支承销164)旋转，使得外衬套72被牢固地固定在孔口138内。可以使外衬套166相对于孔口138旋转，直到轴环78与外壳体62的外表面144相邻但稍微间隔开。在轴承112与内部可旋转构件64几乎接触或轻微接触的情况下，可以使内支承销164相对于外衬套166旋转，直到轴承相对于内部可旋转构件64适当地定向。当轴承112被适当定向时，可以使内支承销164保持固定，并且使外衬套166进一步紧固，使得顶举工具162向内部可旋转构件64提供足够的支承。应注意，内螺纹98的螺距与衬套166的外螺纹96的螺距的差异有利于这种进一步紧固。在另选方法中，可以将内支承销164初始地相对于内部可旋转构件64定位在适当取向上(诸如通过外壳体62和/或支承销164上的标志或其它指示器)，并且随着将外衬套166拧入孔口138中并进行紧固，将内支承销164保持在固定位置，以便使顶举工具162向内部可旋转构件64提供足够的支承。

应理解，用于顶举工具70的上述各种另选特征也可以应用于顶举工具162。例如，轴承112可以采取滚珠轴承150(并避免支承销164与内部可旋转构件64之间的任何取向问题)或者球面滚柱152(以适应支承销164与内部可旋转构件64之间的各种未对准)的形式。因此，各种另选例和组合是可能的，并且仍然处于本发明的范围内。

例如，在一个另选实施方式中，处于内支承销74、164的远端部114的轴承112可以采取球面滚珠150的形式。如上所提到的，这消除了内支承销74、164与内部可旋转构件64之间的取向问题。因此，两件式顶举工具70、162(即，外衬套72、166以及被安装在其中的内支承销74、164)可能不再是必须的。因此，顶举工具可以由具有外螺纹的单主体支承销形成，该外螺纹允许顶举工具联接至外壳体62中的孔口138。本实施方式的顶举工具提供与顶举工具70、162相同的功能，因为它涉及内部可旋转构件64的支承并且允许内部可旋转构件64在被支承的同时旋转，但是具有更少的部件并且在其构造和使用方面可以更简单。

图16例示了根据本发明的另一实施方式的顶举工具174。该实施方式的顶举工具174不具有与上述类似的两件式构造，而是具有支承销176，该支承销联接至外壳体62并且与上述类似地，可旋转地支承内部可旋转构件64。在该实施方式中，支承销176可以采取液压致动器178的形式，该液压致动器178具有基部或壳体180以及选择性地可从壳体180伸出/缩回该壳体中的臂182。例如，可以将致动器178联接至控制器(未示出)，以用于控制臂182相对于壳体180的移动。臂182的远端部184可以包括轴承112，与上述类似地，该轴承与内部可旋转构件64接合。在这点上，外壳体62和/或支承销176可以包括标志或记号，以提供轴承112相对于内部可旋转构件64的适当取向。

如图16所示，顶举工具174可以以与上述不同的方式联接至外壳体62。更特别地，虽然上述顶举工具通常经由孔口138中的螺纹联接至外壳体62，但是顶举工具174可以经由外壳体62上的支承支柱联接至外壳体62。举例来说，支承支柱可以包括间隔开的一对耳部186，以便在它们之间接纳顶举工具174。可以使用锁销188来将顶举工具174联接至外壳体62。在将顶举工具174联接至外壳体62时，可以将致动器178的至少臂182(并且可能是壳体180的一部分)配置成朝着内部可旋转构件64延伸穿过孔口138。可以对控制器进行操作，以使处于臂182的远端部184的轴承112接合内部可旋转构件64，以便可旋转地支承内部可旋转构件64。孔口138仍可以包括内螺纹142，以使当顶举工具174不使用时，孔口138可以由螺纹塞封闭。

虽然已经通过各种优选实施方式的描述例示了本发明，并且虽然已经相当详细地描述了这些实施方式，但是本申请人的意图不是将所附权利要求的范围限定或以任何方式限制到这样的细节。附加的优点和修改对于本领域技术人员是容易发现的。因此，根据用户的需要和偏好，本发明的各种特征可以单独使用或者以任何组合使用。

Claims (26)

1.一种用于风力涡轮机组件(60)的顶举工具(70、162、174)，所述风力涡轮机组件具有外壳体(62)和内部可旋转构件(64)，所述内部可旋转构件被设置在所述外壳体(62)中并且能够绕旋转轴线(66)旋转，所述顶举工具(70、162、174)包括：

支承销(74、164、176)，所述支承销被配置为联接至所述外壳体并且具有近端部和远端部，所述远端部包括轴承(112)，所述支承销(74、164、176)被配置为在被联接至所述外壳体(62)时能够相对于所述外壳体选择性地移动，

其中，所述支承销(74、164、176)的所述轴承(112)被配置成接触所述内部可旋转构件(64)，以相对于所述外壳体(62)支承所述内部可旋转构件(64)，并且允许所述内部可旋转构件(64)在被所述顶举工具(70、162、174)支承的同时在所述外壳体(62)内旋转。

2.根据权利要求1所述的顶举工具，所述顶举工具还包括外衬套(72、166)，所述外衬套具有延伸穿过所述外衬套(72、166)的通道(86)，并且所述通道被配置成在其中接纳所述支承销(74、164)，所述外衬套(72、166)被配置为联接至所述外壳体(62)。

3.根据权利要求2所述的顶举工具，其中，所述外衬套(72、166)包括外螺纹(96)，所述外螺纹用于螺纹联接至所述风力涡轮机组件(60)的所述外壳体(62)。

4.根据权利要求3所述的顶举工具，其中，所述外衬套(72、166)还包括：

轴环(78)，所述轴环处于所述外衬套(72、166)的近端部；以及

轴(82)，所述轴远离所述轴环(78)延伸并且限定所述外衬套(72、166)的远端部，

其中，所述外螺纹(96)沿着所述轴(82)的长度的至少一部分延伸。

5.根据前述权利要求中任一项所述的顶举工具，其中，所述外衬套(72)的所述通道(86)包括内螺纹(98)，并且所述支承销(74)包括用于将所述支承销(74)螺纹联接至所述外衬套(72)的外螺纹(134)。

6.根据权利要求2至4中任一项所述的顶举工具，其中，所述支承销(164)能够旋转地浮置在所述外衬套(166)内。

7.根据权利要求5或6所述的顶举工具，其中，所述支承销(74、164)的所述近端部包括工具接口(106)，所述工具接口用于联接至被配置成使所述支承销(74、164)旋转的工具。

8.根据权利要求1所述的顶举工具，其中，所述支承销(176)包括液压致动器(178)，所述液压致动器具有能够选择性地伸出和缩回的臂(182)，所述轴承(112)被定位在所述臂(182)的远端部(184)上。

9.根据前述权利要求中任一项所述的顶举工具，其中，所述轴承(112)包括圆柱形滚柱(126)、球面滚珠(150)或球面滚柱(152)中的一者。

10.一种系统，所述系统包括：

风力涡轮机组件(60)，所述风力涡轮机组件具有外壳体(62)和内部可旋转构件(64)，所述内部可旋转构件被设置在所述外壳体(62)中并且能够绕旋转轴线(66)旋转，所述外壳体(62)具有至少两个孔口(138)，所述孔口被配置成提供到所述外壳体(62)的与所述内部可旋转构件(64)相邻的内部的通路；以及

顶举系统，所述顶举系统包括各自根据权利要求1至9中任一项所述的至少两个顶举工具(70、162、174)，各个顶举工具(70、162、174)皆被固定至所述风力涡轮机组件(60)的所述外壳体(62)，并且所述至少两个顶举工具(70、162、174)的所述支承销(74)的所述轴承(112)接触所述内部可旋转构件(64)，以相对于所述外壳体(62)支承所述内部可旋转构件(64)，并且允许所述内部可旋转构件(64)在由所述至少两个顶举工具(70)支承的同时在所述外壳体(62)内旋转。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述至少两个孔口(138)被定位在所述外壳体(62)中，使得所述至少两个顶举工具(70、162、174)支承所述内部可旋转构件(64)的下部。

12.根据权利要求10或11所述的系统，其中，所述至少两个孔口(138)以及所述至少两个顶举工具(70、162、174)被设置成在所述内部可旋转构件(64)上的第一纵向位置处的第一组孔口(138)和顶举工具(70、162、174)、以及在所述内部可旋转构件(64)上的第二纵向位置处的第二组孔口(138)和顶举工具(70、162、174)。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的系统，其中，所述风力涡轮机组件(60)包括主轴承支承件(28)。

14.根据权利要求10至12中任一项所述的系统，其中，所述风力涡轮机组件(60)包括齿轮箱(20)或齿轮箱(40)的一部分。

15.根据权利要求10至12中任一项所述的系统，其中，所述风力涡轮机组件(60)包括发电机(18)。

16.一种风力涡轮机(10)，所述风力涡轮机包括：

机舱(14)，所述机舱被设置在塔(12)的顶部上；

转子，所述转子包括轴毂(22)和多个叶片(24)，所述转子被支承在所述机舱(14)上；以及

根据权利要求10至15中任一项所述的系统。

17.一种对风力涡轮机组件(60)执行维护的方法，所述风力涡轮机组件(60)具有外壳体(62)和内部可旋转构件(64)，所述内部可旋转构件被设置在所述外壳体(62)中并且能够绕旋转轴线(66)旋转，所述方法包括以下步骤：

设置至少两个顶举工具(70、162、174)，各个顶举工具(70、162、174)皆包括支承销(74、164、176)，所述支承销被配置为能够相对于所述外壳体(62)选择性地移动，所述支承销(74、164、176)具有近端部和远端部，所述远端部包括轴承(112)；

与所述风力涡轮机组件(60)的所述外壳体(62)中的相应孔口(138)相邻地固定所述至少两个顶举工具(70、162、174)；以及

相对于所述外壳体(62)移动各个顶举工具(70、162、174)的所述支承销(74、164、176)，以使所述轴承(112)抵接被设置在所述风力涡轮机组件(60)的所述外壳体(62)内的所述内部可旋转构件(64)，其中，所述至少两个顶举工具(70、162、174)相对于所述外壳体(62)支承所述内部可旋转构件(64)的位置，以便在维护期间维持所述旋转轴线(66)的位置。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，固定所述至少两个顶举工具(70、162)的步骤还包括：将各个顶举工具(70、162)螺纹连接至所述外壳体(62)中的所述相应孔口(138)。

19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述至少两个顶举工具(70、162)还包括外衬套(72、166)，所述外衬套被配置成在其中接纳所述支承销(74、164)，并且其中，固定所述至少两个顶举工具(70、162)的步骤还包括：将各个顶举工具(70、162)的所述外衬套(72、166)螺纹连接至所述外壳体(62)中的所述相应孔口(138)。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述支承销(74)是螺纹连接至所述外衬套(72)的，并且其中，移动各个顶举工具(70)的所述支承销(74)的步骤还包括：使各个顶举工具(70)的所述支承销(74)旋转，以使所述轴承(112)抵接所述内部可旋转构件(64)。

21.根据权利要求19所述的方法，其中，所述支承销(164)能够旋转地浮置在所述外衬套(166)内，并且其中，移动各个顶举工具(162)的所述支承销(164)的步骤还包括：使各个顶举工具(162)的所述外衬套(166)旋转，以使所述轴承(112)抵接所述内部可旋转构件(64)。

22.根据权利要求18所述的方法，其中，固定所述至少两个顶举工具(174)的步骤还包括：将各个顶举工具(174)连接至所述外壳体(62)上的相应支承支柱(186)。

23.根据权利要求18或22所述的方法，其中，移动各个顶举工具(162)的所述支承销(176)的步骤还包括：使液压致动器(178)致动，以使所述轴承(112)抵接所述内部可旋转构件(64)。

24.根据权利要求18至23中任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：使所述内部可旋转构件(64)在由所述至少两个顶举工具(70、162、174)支承的同时进行旋转。

25.根据权利要求18至24中任一项所述的方法，其中，所述轴承(112)包括能够绕旋转轴线(130)旋转的滚柱(126、152)，所述方法还包括以下步骤：相对于所述内部可旋转构件(64)定向所述轴承(112)，以使所述滚柱(126、152)的旋转轴线(130)大体平行于所述内部可旋转构件(64)的所述旋转轴线(66)。

26.根据权利要求25所述的方法，所述方法还包括以下步骤：相对于所述外壳体(62)来调整所述至少两个顶举工具(70、162、174)的径向位置，以使所述轴承(112)相对于所述内部可旋转构件(64)定向。

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