CN116670465A - 风力涡轮机的发电机中的气隙测量 - Google Patents

Abstract

一种用于在风力涡轮机(1)的发电机(11)的定子(20)与转子(30)之间的气隙(15)中实施多次测量的方法，所述转子(30)可相对于所述定子(20)围绕旋转轴线(Y)旋转，所述方法包括以下步骤：在所述定子(20)和/或所述转子(30)的至少一个表面上安装多个测距传感器(110)，所述表面面向所述气隙(15)，每一测距传感器(110)沿着旋转轴线(Y)远离其他测距传感器(110)；使所述转子(30)围绕所述旋转轴线(Y)旋转；在旋转所述转子(30)的同时，测量所述测距传感器(110)中的每一者与跨越所述气隙(15)的相应面向点之间的多个距离；从所述多个距离导出与所述气隙(15)和/或所述定子(20)和/或转子(30)相关联的一个或多个参数的一个或多个值，其中在所述安装步骤期间，将多个测距传感器(210)中的至少一部分固定到纵向支撑件(220)，所述纵向支撑件(220)固定在所述定子(20)和/或所述转子(30)的表面上，所述表面面向所述气隙(15)。

Description

风力涡轮机的发电机中的气隙测量

技术领域

本发明涉及一种用于测量发电机的定子与转子之间的气隙的方法和设备。特别地、但不排他地，可以应用于风力涡轮机的发电机。

背景技术

形成在风力涡轮机发电机的定子与转子之间的气隙是有助于确定风力涡轮机的整体效率的重要设计特征。该气隙越紧密，并且其在定子和转子的侧向表面和轴向端部上的波动越小，则可以产生越多的能量，并且效率越高。在发电机的组装过程期间，已知在定子与转子之间的配对之后测量该气隙。该气隙通常具有在几毫米的范围内的厚度，并且因此不易接达。然而，生产必须记录这些值作为质量检查的一部分。此外，气隙测量结果可能在将来作为关键质量参考提供给客户。

此测量可以由技术人员手动实施，技术人员必须爬入定子的内部，并且使用通过定子段中的径向风道施用的卡规来测量气隙。沿着发电机的周向部分实施多次测量。此程序意味着许多不便，例如：

-低测量精度，因为手动施用容易出错。可重复性是造成总测量结果的大误差的原因，

-测量点数量少导致气隙在高度和周向部分方向上的不精确测量，-实施测量操作所需的时间长。

发明内容

因此，本发明的目的可以是提供一种用于测量发电机的定子与转子之间的气隙的方法和设备，其克服现有技术的上述不便。

此目的可以通过根据独立权利要求的主题的方法和设备来实现。从属权利要求描述本发明的有利实施例。

本发明的一个方面涉及一种用于在风力涡轮机的发电机的定子与转子之间的气隙中实施多次测量的方法，所述转子可相对于所述定子围绕旋转轴线旋转，所述方法包括以下步骤：

在定子和/或转子的至少一个表面上安装多个测距传感器，所述表面面向所述气隙，每一测距传感器沿着旋转轴线远离其他测距传感器，

使转子围绕旋转轴线旋转，

在旋转转子的同时，测量所述测距传感器(110)中的每一者与跨越所述气隙的相应面向点之间的多个距离，

从所述多个距离导出与所述气隙和/或所述定子和/或转子相关联的一个或多个参数的一个或多个值，

其中在安装的所述步骤期间，将多个测距传感器中的至少一部分固定到纵向支撑件，所述纵向支撑件固定在所述定子和/或所述转子的表面上，所述表面面向所述气隙。

根据本发明的可能实施例，与所述气隙相关联的所述一个或多个参数可以是以下中的任一者：

所述气隙的厚度，和/或

转子圆度(roundness)，和/或

定子圆度，和/或

转子同心度(concentricity)，和/或

定子同心度，和/或

转子中心距参考位置的距离，和/或

定子中心距参考位置的距离。

本发明准许实现以下优点：

-通过降低手动施用错误的风险以及高度可重复性来实现测量的精度，

-大量测量点，使得可以搜集整个气隙的包络，

-附接、测量和拆卸系统需要较少手动工作，并且比当前测量快

进一步可能的是，由于上述测量程序，由于气隙的更高置信度，在涡轮机发电中可以减小标称气隙。生产可以更快地完成质量保证步骤，以较少的手动工作(更快的过程)获得更高的数据精度。其还支持更好地理解装配因素如何影响气隙，并且因此优化装配以实现最佳气隙。

根据本发明的可能实施例，安装、旋转和测量的所述步骤首先借助安装在所述定子和转子中的一者上的所述多个测距传感器实施，并且然后安装、旋转和测量的所述步骤再次借助安装在转子和定子中的另一者上的所述多个测距传感器(110)实施。

根据本发明的另一可能实施例，在安装的所述步骤中，在定子的第一表面上安装第一多个测距传感器，并且在转子的第二表面上安装第二多个测距传感器，所述第一和第二表面面向所述气隙。

根据本发明的可能实施例，在安装的所述步骤期间，将多个测距传感器中的至少一部分固定到纵向支撑件，所述纵向支撑件固定在所述定子和/或所述转子的表面上，所述表面面向所述气隙。

本发明的另一方面涉及一种用于在风力涡轮机的发电机的定子与转子之间的气隙中实施多次测量的测量设备，所述测量设备包括：

安装在纵向支撑件上的多个测距传感器，

控制器，所述控制器连接到所述多个测距传感器，并且被配置成用于在实施上文描述的测量方法的步骤时，从由所述传感器测量的多个距离导出与所述气隙和/或所述定子和/或转子相关联的一个或多个参数的一个或多个值。

根据本发明的可能实施例，所述纵向支撑件可以呈杆的形式，所述多个传感器沿着所述杆附接。所述传感器可以沿着纵向支撑件的长度规则地分布。在测量操作期间，纵向支撑件可以沿着发电机的旋转轴线取向或相对于其倾斜包括在0和10度之间的倾斜角。这样的倾斜角可能取决于定子和/或转子的几何约束。在测量操作期间，带有多个传感器的纵向支撑件可以固定到定子的表面或转子的表面，定子和转子的这种表面面向所述气隙。在其中转子在定子的径向外部的发电机中，在测量操作期间，带有多个传感器的纵向支撑件可以固定到定子的外表面或转子的内表面。在其中转子在定子的径向内部的发电机中，在测量操作期间，带有多个传感器的纵向支撑件可以固定到转子的外表面或定子的内表面。在永磁发电机中，带有多个传感器的纵向支撑件可以固定到面向气隙的一个或多个磁体。

根据本发明的可能实施例，所述测量设备可以包括两个纵向支撑件以在测量操作期间分别固定到定子的表面和转子的表面，定子和转子的这种表面面向气隙。

根据本发明的可能实施例，带有多个传感器的纵向支撑件可以固定在径向远离气隙的位置处。

根据本发明的可能实施例，所述多个测距传感器是电容式传感器。所述传感器可以是电容式膜传感器或电容式平面传感器(capacitive flat sensor)。所述传感器可以是电容式触觉传感器或涡流传感器。

根据本发明的可能实施例，纵向支撑件借助于至少一个螺纹或类似的薄材料固定到定子或转子。每一螺纹可以抓牢纵向支撑件并且延伸穿过定子的相应风道，所述螺纹被紧固成使得纵向支撑件被推靠在定子的外侧上。这种实施例准许纵向支撑件到定子表面上的牢固固定。固定程序的特征在于在紧固方面的容易操纵性(易于紧固)、在不破坏材料的情况下的可移除性和可重复使用性。

根据本发明的可能实施例，通过在纵向支撑件与定子或转子的面向气隙的表面之间施加负压(under-pressure)而将纵向支撑件固定到定子或转子，所述负压将纵向支撑件推向定子或转子的面向气隙的表面。在这种实施例中，纵向支撑件可以包括具有开口的通道以便附接到转子的面向气隙的表面，激活包括连接到用于排出空气的通道的负压发生器的所述测量设备，空气可以从所述开口排出。通过施加负压进行固定允许纵向支撑件到转子表面(例如磁体表面)上的安全且牢固的固定。可以实现在不破坏材料的情况下的可移除性和可重复使用性。薄的设计可能适于气隙中的紧密空间条件。

应理解，已经针对用于在风力涡轮机的发电机的定子与转子之间的气隙中实施多次测量的方法单独地或以任何组合公开的特征也可以单独地或以任何组合被提供用于根据本发明的实施例的测量设备并且反之亦然。

本发明的上文定义的方面和其他方面根据将在下文中描述的实施例的实例显而易见并参考所述实施例的实例进行解释。在下文中将参考实施例的实例更详细描述本发明，但是本发明并不限于所述实施例的实例。

附图说明

图1示出了包括发电机的风力涡轮机的示意性截面。

图2示出了图1的发电机的定子和转子的部件分解图。

图3示出了图示用于在图1和图2的发电机的气隙中实施多次测量的根据本发明的测量方法的第一实施例的框图。

图4示出了图示用于在图1和图2的发电机的气隙中实施多次测量的根据本发明的测量方法的第二实施例的框图。

图5示出了图1和图2的发电机的定子和根据本发明的测量设备的组件的局部视图。

图6示出了图1和图2的发电机和根据本发明的测量设备的组件的局部视图。

图7示出了本发明的测量方法的步骤，其图示将测量设备固定到发电机的转子。

图8示出了图7的测量方法的步骤的更详细视图。

图9示出了图1和图2的发电机的定子、根据本发明的测量设备和用于将该测量设备固定到定子的装置的组件的局部正视图。

图10示出了图9的组件的局部后视图。

图11示出了图1和图2的发电机的转子、根据本发明的测量设备和用于将该测量设备固定到转子的装置的组件的局部正视图。

图12更详细地示出了图1和图2的发电机的转子的组件和根据本发明的测量设备的组件。

图13示出了用于将根据本发明的测量设备固定到转子的装置。

具体实施方式

附图中的图示是示意性的。应注意，在不同的附图中，类似或相同的元件设置有相同的附图标记。

图1示出根据本发明的风力涡轮机1。风力涡轮机1包括塔架2，塔架2安装在未绘示的基座上。机舱3布置在塔架2的顶部上。风力涡轮机1至少进一步包括具有毂部和至少一个叶片4的风力转子5(在图1的实施例中，该风力转子包括三个叶片4，仅其中的两个叶片20可见)。风力转子5可围绕旋转纵向轴线Y旋转。叶片4基本上相对于纵向旋转轴线Y径向延伸。一般来说，在未特别规定时，在下文中，术语轴向、径向和周向是参考纵向旋转轴线Y作出的。风力涡轮机1包括至少一个发电机11，其包括定子20和转子30。转子30可相对于定子20围绕纵向旋转轴线Y旋转。风力转子5与转子30耦接，以便围绕旋转纵向轴线Y旋转。发电机11包括径向插置在定子20与转子30之间的气隙15，气隙15围绕旋转轴线Y沿周向延伸。在附图的实施例中，转子30在定子20的径向外部。根据其他实施例(未示出)，转子可以在定子的径向内部。

图2示出具有转子30和定子20的电气发电机11的部件分解图。定子20包括圆柱形内芯，六个段45附接到该圆柱形内芯。每一段45具有60°的周向角延伸。根据本发明的其他实施例，定子20包括多个段，所述多个段具有不同于六个的段的数量。根据本发明的另一可能实施例，定子20不分段，即，定子包括覆盖360°的整个角延伸的一个单一段。转子30具有常规结构、带有多个沿周向分布的转子永磁体31。磁体31根据轴向列分布在转子30的内侧上。每一列磁体包括沿着旋转轴线Y对准的多个磁体31(在图2的实施例中，两个磁体31)。

图3和图4示出用于在气隙15中实施多次测量的方法100的两个相应框图。这种方法可以在发电机的制造期间实施，例如作为质量检查。

用于在气隙15中实施多次测量的方法100包括以下步骤：

在定子20和/或转子30的至少一个相应表面上安装多个测距传感器210的第一步骤101。该表面面向气隙15，每一测距传感器210沿着旋转轴线Y远离其他测距传感器210，

使转子30围绕旋转轴线Y旋转的第二步骤102，

在旋转转子30的同时，测量所述测距传感器210中的每一者与跨越气隙15的相应面向点之间的多个距离的第三步骤103，

用于从所述多个所测量的距离导出与气隙15和/或定子20和/或转子30相关联的一个或多个参数的一个或多个值的数据分析的第四步骤104。

与气隙15相关联的这种参数可以是以下中的一者或多者：

气隙的厚度，

转子圆度，

定子圆度，

转子同心度，

定子同心度，

转子中心距参考位置的距离，

定子中心距参考位置的距离。

图3示出了方法100的框图的第一实施例。在第一步骤101的第一次执行中，方法100包括在定子20的面向气隙15的表面上安装多个测距传感器210(图5和图6)。例如，传感器210可以附接到定子段45的外表面。替代地，多个测距传感器110可以安装在转子30的面向气隙15的表面上。传感器210以如下方式固定到定子20或转子30：每一测距传感器210沿着旋转轴线Y远离其他测距传感器210。在第一步骤101之后，将转子30和定子20配对，并且将制动盘46(示出在图6和图7中)附接到发电机11。在第二步骤102的第一次执行中，方法100包括使转子30围绕旋转轴线Y旋转。可以执行360度或更大度数的完整旋转。转子30的旋转由外部设备起始和停止。在方法100的第三步骤103的第一次执行中，包括在旋转转子30的同时，测量已经在该方法的第一步骤101期间安装的测距传感器210中的每一者与跨越气隙15的相应面向点之间的第一多个距离。在第三步骤103之后，移除已经在第一步骤101的第一次执行期间安装的传感器210。然后重复方法100的第一步骤101，从而将相同或另外的多个测距传感器210安装在转子30的面向气隙15的表面上(图7)。例如，传感器210可以附接到磁体31。如果在第一步骤101的先前执行中，测距传感器210安装在转子30上，则替代地，多个测距传感器110可以安装在定子20的面向气隙15的表面上。还实施第二步骤102和第三步骤103的第二次执行用于借助于测距传感器210测量第二多个距离。在第三步骤103之后，移除已经在第一步骤101的第二次执行期间安装的传感器210，并且实施最后的第四步骤104。

图4示出了方法100的框图的第二实施例。在第一步骤101中，方法100包括在定子20的面向气隙15的表面上安装第一多个测距传感器210(图5)。例如，传感器210可以附接到定子段45的外表面。然后将转子30和定子20配对。在第一步骤101中，方法100进一步包括在转子30的面向气隙15的表面上安装第二多个测距传感器110。例如，传感器210可以附接到磁体31。传感器210以如下方式固定到定子20和转子30：每一测距传感器210沿着旋转轴线Y远离其他测距传感器210。此后，将制动盘46附接到发电机11。通过使转子30围绕旋转轴线Y旋转来执行方法100的第二步骤102。可以执行360度或更大度数的完整旋转。转子30的旋转由外部设备起始和停止。然后执行方法100的第三步骤103，在旋转转子30的同时，测量已经在该方法的第一步骤101期间安装的测距传感器210中的每一者与跨越气隙15的相应面向点之间的多个距离。在第三步骤103期间测量的所述多个距离包括借助在第一步骤101期间安装的第一多个传感器210和第二多个传感器210实施的测量。在第三步骤103之后，移除传感器210，并且实施最后的第四步骤104。

图5示出了在方法100的第一步骤101期间实施的多个传感器210与定子20的段45之间的耦接。测距传感器210包括在测量设备200中，测量设备200还包括：纵向支撑件220(例如杆)，传感器210固定在该纵向支撑件上；以及控制器230，控制器230例如借助于电缆240连接到多个测距传感器210，并且被配置成用于实施方法100的步骤。图5的测量设备200包括六个测距传感器210。根据其他实施例(未示出)，图5的测量设备200可以包括两个或更多个测距传感器210。测量传感器210可以是电容式传感器。例如，测量传感器210可以是电容式膜传感器或电容式平面传感器。根据其他实施例(未示出)，纵向支撑件220可以包括一个或多个束线带、螺钉、橡皮筋、曲杆系统(knee-lever system)或类似物。纵向支撑件220可以借助任何紧固装置紧固在段45的外表面上。

图6示出了在方法100的第一实施例(图3)中、在步骤101的第一次执行之后实施的定子20与转子30之间的配对以及制动盘46的安装。

图7示出了在方法100的第一实施例(图3)中、在第一步骤101的第二次执行期间实施的多个传感器210与转子30之间的耦接。测距传感器210被包括在在步骤101的第一次执行(图5)期间使用的相同测量设备200中或另一测量设备200中。为了促进测量传感器210与磁体31之间的耦接，纵向支撑件220包括具有低磁性性质的金属材料。纵向支撑件220的长度可以在一些范围内。因此，正确定位可能需要纵向支撑件220的引导。

图8示出引导件250，其临时附接到制动盘46，用于通过制动盘46的检查孔47引入待附接到转子30的纵向支撑件220和多个传感器210。纵向支撑件220插入穿过引导件250以及制动盘46的检查孔47，并且以倾斜角α安装在转子30上，倾斜角α可以相对于旋转轴线Y包括在0和10度之间。倾斜角α取决于包括定子20和转子30的组件的几何约束。

根据其他实施例(未示出)，当纵向支撑件220要耦接到转子30时，例如在方法100的第二实施例(图4)中、在第一步骤101期间，不安装制动盘46。在这种情况下，发电机11的另一部件可以用于安装引导件250。

图9和图10相对于图5更详细地示出了固定在纵向支撑件220上的多个传感器210与定子20的段45之间的耦接。段45包括沿着纵向或旋转轴线Y排列的多个段轴向部分48。段轴向部分48通过风道55彼此分开，以让冷却流体在风道55中流动。每一段轴向部分48可以由沿着纵向轴线Y堆叠的多个叠片形成，以形成段45。在每一风道55处，该叠片堆栈是不连续的，并且在风道55中、在两个相应的且轴向相邻的段轴向部分48之间提供多个间隔件56。测量设备200包括一个或多个螺纹225(在图9中所示的实施例中，六个螺纹225)，每一螺纹225延伸穿过相应的风道55。螺纹225抓牢纵向支撑件220，并且被紧固成使得纵向支撑件220被推靠在定子段45的外侧上(图9)。在定子段45(图10)的相对内侧上，提供相应的螺纹紧固器226，以紧固螺纹225。螺纹225可以由尼龙或其他类似材料制成。根据本发明的其他实施例，螺纹225可以用于将纵向支撑件220固定到转子30。

图11至图13示出了固定在纵向支撑件220上的多个传感器210与转子30之间的耦接。向纵向支撑件220施加负压以将纵向支撑件220固定在相应的磁体31上。根据本发明的其他实施例，可以向纵向支撑件220施加负压以将纵向支撑件220固定在转子的面向气隙15的相应表面上。负压借助于具有连接到气缆(gas cable)229(图11)的负压发生器228的负压设备227施加。为此目的，待耦接成附接到转子30的纵向支撑件220可以包括通道以便经由气缆229耦接到负压发生器228，通道221具有被待附接到相应磁体31的密封件232环绕的开口231。开口231提供在纵向支撑件220的在操作中经受与磁体31的接触的表面上(因此，开口231在图12中不可见，但是示出在图13中)。当激活负压发生器228时，空气可以从开口231排向气缆229，因此产生负压，该负压将纵向支撑件220的开口231推向相应磁体31。根据本发明的其他实施例，可以向纵向支撑件220施加负压以将纵向支撑件220固定到定子20。

Claims (14)

1.一种用于在风力涡轮机(1)的发电机(11)的定子(20)与转子(30)之间的气隙(15)中实施多次测量的方法，所述转子(30)能够相对于所述定子(20)围绕旋转轴线(Y)旋转，所述方法包括以下步骤：

在所述定子(20)和/或所述转子(30)的至少一个表面上安装多个测距传感器(210)，所述表面面向所述气隙(15)，每一测距传感器(210)沿着所述旋转轴线(Y)远离其他测距传感器(210)，

使所述转子(30)围绕所述旋转轴线(Y)旋转，

在旋转所述转子(30)的同时，测量所述测距传感器(210)中的每一者与跨越所述气隙(15)的相应面向点之间的多个距离，

从所述多个距离导出与所述气隙(15)和/或所述定子(20)和/或转子(30)相关联的一个或多个参数的一个或多个值，

其中在安装的所述步骤期间，将多个测距传感器(210)中的至少一部分固定到纵向支撑件(220)，所述纵向支撑件(220)固定在所述定子(20)和/或所述转子(30)的表面上，所述表面面向所述气隙(15)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中安装、旋转和测量的所述步骤首先借助安装在所述定子(20)和所述转子(30)中的一者上的所述多个测距传感器(210)实施，并且然后安装、旋转和测量的所述步骤再次借助安装在所述转子(30)和所述定子(20)中的另一者上的所述多个测距传感器(210)实施。

3.根据权利要求1所述的方法，其中在安装的所述步骤中，在所述定子(20)的第一表面上安装第一多个测距传感器(210)，并且在所述转子(30)的第二表面上安装第二多个测距传感器(210)，所述第一表面和第二表面面向所述气隙(15)。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述纵向支撑件(220)相对于所述旋转轴线(Y)以包括在0和10度之间的倾斜角(a)安装。

5.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的方法，其中与所述气隙(15)相关联的所述一个或多个参数是以下中的任一者：

所述气隙的厚度，和/或

转子圆度，和/或

定子圆度，和/或

转子同心度，和/或

定子同心度，和/或

转子中心距参考位置的距离，和/或

定子中心距参考位置的距离。

6.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的方法，其中所述纵向支撑件(220)借助于至少一个螺纹(225)固定到所述定子(20)或所述转子(30)。

7.根据权利要求6所述的方法，其中每一螺纹(225)抓牢所述纵向支撑件(220)并且延伸穿过所述定子(20)的相应风道(55)，所述螺纹(225)被紧固成使得所述纵向支撑件(220)被推靠在所述定子(20)的外侧上。

8.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的方法，其中通过在所述纵向支撑件(220)与所述定子(20)或所述转子(30)的面向所述气隙(15)的表面之间施加负压而将所述纵向支撑件(220)固定到所述转子(30)，所述负压将所述纵向支撑件(220)推向所述定子(20)或所述转子(30)的面向所述气隙(15)的所述表面。

9.一种用于在风力涡轮机(1)的发电机(11)的定子(20)与转子(30)之间的气隙(15)中实施多次测量的测量设备(200)，所述测量设备(200)包括：

安装在纵向支撑件(220)上的多个测距传感器(210)，

控制器(230)，所述控制器(230)连接到所述多个测距传感器(210)，并且被配置成用于在实施根据前述权利要求中的任一权利要求所述的方法的步骤时，从由所述传感器(210)测量的多个距离导出与所述气隙(15)和/或所述定子(20)和/或转子(30)相关联的一个或多个参数的一个或多个值。

10.根据权利要求9所述的测量设备(200)，其中所述多个测距传感器(210)是电容式传感器。

11.根据权利要求9和10中的任一权利要求所述的测量设备(200)，其中所述测量设备(200)包括用于将所述纵向支撑件(220)固定到所述定子(20)或所述转子(30)的一个或多个螺纹(225)。

12.根据权利要求11所述的测量设备(200)，其进一步包括用于紧固所述螺纹(225)的紧固器(226)。

13.根据权利要求9至12中的任一权利要求所述的测量设备(200)，其中所述纵向支撑件(220)包括具有开口(231)的通道(221)以便附接到所述定子(20)或所述转子(30)的面向所述气隙(15)的表面，激活包括连接到用于排出空气的所述通道(221)的负压发生器(228)的所述测量设备(200)，空气可以从所述开口(231)排出。

14.根据权利要求13所述的测量设备(200)，其中所述开口(231)被密封件(232)环绕。