CN101787962A - 用于安装风力涡轮机的转子叶片轴承的方法和组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于安装风力涡轮机的转子叶片轴承的方法和组件。提供了用于紧固风力涡轮机(100)的转子叶片轴承(200)的至少一个待上紧的螺母(301)的方法和组件。在转子叶片轴承(200)的可旋转的部分处提供了螺母驱动器组件(400)，该螺母驱动器组件(400)适于自动地上紧该至少一个螺母(301)。螺母驱动器组件(400)通过用风力涡轮机(100)的变桨驱动器(402)使可旋转的部分旋转来与待上紧的螺母(301)对准。然后使用螺母驱动器组件(400)上紧螺母(301)。

Description

用于安装风力涡轮机的转子叶片轴承的方法和组件
技术领域
本发明大体涉及具有机舱和包括至少一个转子叶片及轮毂的转子的风力涡轮机。本发明尤其涉及这样的转子叶片轴承：提供该转子叶片轴承，以使至少一个转子叶片绕其纵向轴线旋转，从而使得可调节相应的转子叶片的桨距角。
背景技术
风力涡轮机用作将环境能转换成电能的高效转换装置。风力涡轮机的转子具有主轴，且驱动将机械旋转能转换成电能的发电机。借助于通常成形为翼型件的至少一个转子叶片来提供从风能形式的环境能到机械旋转能的转换。
可调节转子叶片的桨距角，以便应付变化的风速，使得施加到风力涡轮机的主轴处的驱动力矩可适应于风力涡轮机的变化的环境条件。
可调节单独的翼型件(转子叶片)的桨距角，即可调节单独的转子叶片相对于其纵向轴线的旋转位置。通常，风力涡轮机的各个转子叶片通过转子叶片轴承连接到风力涡轮机的轮毂上。
因为转子叶片是大且重的构件，将单独的转子叶片安装在风力涡轮机的轮毂上是主要的问题。转子叶片轴承借助于多个螺栓-螺母对连接到风力涡轮机的轮毂上，该多个螺栓-螺母对通常以预定的顺序紧固和上紧。
许多螺栓-螺母对提供了单独的转子叶片轴承与轮毂的稳固连接。另一方面，将许多螺母紧固和上紧到螺栓上是耗时且高成本的措施。
发明内容
考虑到上述内容，提供了一种用于紧固风力涡轮机的转子叶片轴承的至少一个待上紧的螺母的方法，该方法包括：在转子叶片轴承的可旋转的部分处提供螺母驱动器组件的步骤，该螺母驱动器组件适于自动地上紧该至少一个螺母；通过用风力涡轮机的变桨驱动器使可旋转的部分旋转来使螺母驱动器组件与待上紧的螺母对准的步骤；以及用螺母驱动器组件上紧螺母的步骤。
根据另一个方面，提供了一种适于自动地紧固风力涡轮机的转子叶片轴承的至少一个螺母的螺母驱动器组件，该螺母驱动器组件进一步适于安装在转子叶片轴承的可旋转的部分处，且适于通过用风力涡轮机的变桨驱动器使可旋转的部分旋转而与待上紧的螺母对准。
根据又一个方面，提供了一种适于检测螺母驱动器相对于风力涡轮机的转子叶片轴承的螺母的位置的位置检测器，该位置检测器包括适于感测待上紧的螺母的近程传感器，以及适于为螺母驱动器提供控制信号的控制和定位逻辑电路。
另外的示例性实施例与从属权利要求、说明书和附图相对应。
附图说明
在说明书的剩余部分中(包括对附图的参照)，更具体地阐述了对本领域技术人员而言完整的且能够实施的本发明公开内容，包括其最佳模式，其中：
图1显示了具有塔架和在塔架顶部上的可旋转机舱的风力涡轮机的侧视图，其中机舱包括具有至少一个转子叶片的转子；
图2是具有第一环形安装单元和可在第一环形安装单元内旋转的第二环形安装单元的转子叶片轴承的示意图；
图3是图2所示的转子叶片轴承的局部视图，其中示出了用于调节转子叶片的桨距角的驱动***；
图4是根据一个典型的实施例的、图2所示的转子叶片轴承的局部视图，其中，除了支承螺母驱动器的支承板附连到可旋转的第二环形安装单元处之外，图4的局部视图类似于图3所示的局部视图；
图5是根据一个典型的实施例的、用于紧固和上紧图2、3和4中所示的第一环形安装单元的螺母的螺母驱动器组件的侧视图；
图6是根据一个典型的实施例的、用于图5所示的螺母驱动器组件的控制***的简图；以及
图7是根据一个典型的实施例的、用于将至少一个转子叶片轴承紧固到风力涡轮机的轮毂处的方法的流程图。
编号部件/步骤
                                
100  风力涡轮机
101  转子叶片
102  塔架
103  机舱
104  轮毂
105  风向
106  偏航角
107  塔架轴线
108  桨距角
109  发电机
110  主轴
200  转子叶片轴承
201  第一环形安装单元
202  第二环形安装单元
203  中心轴承轴线
204  旋转位置
301  待上紧的螺母
302  变桨驱动齿轮
具体实施方式
现在将详细参看各种示例性实施例，在附图中示出了其中的一个或多个实例。各个实例作为说明来提供，且不意图作为限制。例如，作为一个实施例的一部分来说明或描述的特征可用在其它实施例上，或者与其它实施例一起使用，以产生另一个实施例。本公开意图包括这样的修改和变化。
下面将阐述若干个实施例。在这种情况下，相同的结构特征在图中由相同参考符号指示。图中所示的结构没有按真实比例描绘，而相反，仅仅是用来更好地理解实施例。
图1显示了包括塔架102和可旋转地布置在塔架102的顶部上的机舱103的风力涡轮机100的侧视图。
塔架102可为管状塔架，如图1所示的管状塔架。塔架通常具有可沿竖直方向布置的塔架轴线107。机舱103可关于偏航角106绕塔架轴线107旋转。
偏航角106调节成使得入射风向105典型地与风力涡轮机100的转子的主轴110的轴线相符。风力涡轮机的转子另外还包括轮毂104和附连到轮毂104上的至少一个转子叶片101。
通常借助于相应的转子叶片轴承来提供风力涡轮机的至少一个转子叶片101和轮毂104之间的机械连接。转子叶片轴承设计成使单独的转子叶片101连接到轮毂104上，使得转子叶片101可绕其纵向轴线旋转，从而使得可调节转子叶片的桨距角108。
通常执行对桨距角108的调节，以便使传递到风力涡轮机的主轴线110的机械扭矩适应引入风105的强度。因为应用在风力涡轮机100的主轴线110处的机械扭矩借助于发电机109转换成电能，主轴110的输入旋转频率通常处在预定极限内。
因此，相对于转子叶片的桨距角108来调节转子叶片，使得引入风强度105产生主轴110的具体预定旋转频率。转子叶片轴承(未在图1中显示)可以是对单独的转子叶片101提供支承的复杂***，且本文中在下面关于图2、3和4对其进行更加详细的描述。
图2示出了包括第一环形安装单元201和第二环形安装单元202的转子叶片轴承200，第二环形安装单元202绕中心轴承轴线203布置成与第一环形安装单元201同轴。系转子叶片轴承的可旋转的部分的内部(第二)环形安装单元202可在(固定的)外部(第一)环形安装单元201内沿方向204旋转。
单独的转子叶片(未在图2中显示)由第二环形安装单元202支承，使得第二环形安装单元相对于第一环形安装单元的旋转位置204的变化，导致相对于转子叶片101的纵向轴线来调节桨距角106(示于图1中)。第一环形安装单元201使用螺栓-螺母对301固定到风力涡轮机100的轮毂104(未在图2中显示)上。
螺母沿着第一环形安装单元沿周边布置，且提供转子叶片轴承200与风力涡轮机100的轮毂104的稳固连接。在图2中，出于说明目的，仅显示了螺栓-螺母对301中的一些。在轮毂中，提供了转子叶片驱动器(未示出)。转子叶片驱动器驱动变桨驱动齿轮302，变桨驱动齿轮302又可例如来回地使第二环形安装单元202沿方向204旋转，以便调节桨距角108(图1)。为此，第二安装单元202设有与变桨驱动齿轮302啮合的齿条303。
图3是图2所示的转子叶片轴承200的局部视图。图3描绘了第一环形安装单元201和第二环形安装单元202的相应部件，该第二环形安装单元202布置在第一环形安装单元201内，且可关于方向204旋转。图3详述了通常包括可旋转且由变桨驱动单元(未示出)驱动的变桨驱动齿轮302的变桨驱动***。
第二环形安装单元202设有转子叶片安装孔416。这些孔是为螺栓设计的，螺栓将相应的转子叶片固定在转子叶片轴承200的第二环形安装单元202处。
变桨驱动齿轮302与沿周边附连在内部(第二)环形安装单元202处的齿条303接合，以便改变单独的转子叶片101的桨距角108(图1)。
此处注意的是，为了避免多余的描述，不会在图4和下列附图中重复详述已经关于之前的图描述过的构件。
图4是具有第一环形安装单元201和可旋转地布置在第一环形安装单元201内的第二环形安装单元202的转子叶片轴承200的另一个局部视图。第二环形安装单元202包括齿条303，齿条303与在上文关于图2和3所述的变桨驱动齿轮302接合。
变桨驱动齿轮302-齿条303组合沿着由箭头204表明的方向驱动第二环形安装单元202。此处注意，图2、3和4所示的转子叶片轴承200可包括这样的轴承构件：该轴承构件提供第二环形安装单元202相对于第一环形安装单元201的平稳运动，例如辊轴承和/或轴颈轴承。因为这对熟练从业人员来说是众所周知的，所以没有在附图和说明书中详述。
如图4所示，螺母驱动器组件400附连到可旋转的第二环形安装单元202上。下文中关于图5对螺母驱动器组件400进行详细描述。螺母驱动器组件400包括螺母驱动器404，螺母驱动器404适于上紧用于将第一环形安装单元201安装到风力涡轮机100的轮毂104(未示出)上的至少一个螺母301。
根据一个典型的实施例，螺母驱动器组件400布置成使得螺母驱动器404可定位成关于至少一个待上紧的螺母301对准。在已上紧螺母301之后，螺母驱动器组件400移动到邻近的螺母301或另一个待上紧的螺母301的位置上。
螺母驱动器404可提供为适于用预定扭矩上紧螺母的螺母驱动器。为了将螺母驱动器组件400与其螺母驱动器404一起定位在待上紧的螺母301上方，以及/或定位成与待上紧的螺母301对准，根据一个典型的实施例，对变桨驱动***进行操作，使得变桨驱动齿轮302由变桨驱动***(图4中未显示)驱动。由于变桨驱动齿轮302与第二环形安装单元202的齿条303接合，所以螺母驱动器组件400绕中心轴承轴线203作圆形移动(见图2)。
螺母驱动器组件400在转子叶片轴承200的第二环形安装单元202处的此类布置的一个特殊优点在于，风力涡轮机的变桨驱动***用于将这个螺母驱动器组件400定位在待上紧的螺母301上方。因此，不需要额外的定位***来将螺母驱动器组件400定位在螺母301上方。换句话说，本文所述的方法提供了与风力涡轮机的变桨驱动***协作的自动的螺母驱动器组件。一旦螺母驱动器404与螺母驱动器组件400一起定位在待上紧的螺母301上方，这个螺母驱动器就可与待上紧的螺母接合，且可上紧待上紧的螺母。
重复执行对变桨驱动***进行操作而使得螺母驱动器定位成与待上紧的螺母301对准的步骤，使螺母驱动器404与待上紧的螺母301接合的步骤，以及上紧这个螺母301的步骤，直到上紧了转子叶片轴承200的第一环形安装单元201的所有螺母301为止。
另外，在上紧螺母301期间，测量扭矩是可行的。扭矩测量提供第一环形安装单元201与轮毂104的稳固紧固，因为会自动检测到最终卡住的螺栓、螺母或螺栓-螺母对。因此，可在轴承的位置处测量到扭矩，且可以检测在上紧螺母之前/之后测得的扭矩的对比。如果彼此接触且具有低公差的轮毂和轴承的表面甚至不在预定极限内，则在上紧一些或全部螺栓之后可立即检测到此类不均性。因此，提供了这样的优点：可在早期确定任何不均性，且也许可在安装整个转子叶片轴承之前调换相应的构件。
根据另一个典型的实施例，转子叶片轴承200的第一环形安装单元201借助于沿着第一环形安装单元201对称地沿周边布置的螺栓而固定到风力涡轮机100的轮毂104(见图1)上。
因此，螺母驱动器组件400定位在与待上紧的螺钉301所处的先前位置有相应的偏移量的旋转角处。
根据又一个典型的实施例，不止一个螺母驱动器组件400可布置在第二环形安装单元202处，从而使得可减少安装时间。例如，两个螺母驱动器组件400可在直径上彼此相对地布置在第二环形安装单元202处。此类布置的优点在于，用于将第一环形安装单元安装在轮毂104处的安装时间典型地以系数2变小(变成二分之一)。提供不止一个螺母驱动器组件400的另一个优点在于，可同时上紧在直径上彼此相对地定位的螺栓，从而使得避免了任何倾斜或未对准。
另外，可提供控制和定位单元，以使螺母驱动器组件定位成与待上紧的螺母301对准。
可提供在下文中关于图6所述的位置检测器403，以便有利于定位螺母驱动器组件400。位置检测器403可提供为近程传感器(proximity sensor)，例如感应式传感器和/或光学传感器。另外，可行的是在操作变桨驱动***时测量扭矩。测量变桨驱动***的当前消耗(drain)。另外，可行的是测量来自变桨驱动***的直接扭矩。扭矩测量提供第一环形安装单元201与轮毂104的稳固且均匀的紧固。如果螺母和/或螺栓在紧固期间发生阻塞，则可借助于扭矩测量来检测此类阻塞。
图5是根据一个典型的实施例的螺母驱动器组件400的示意性侧视图。螺母驱动器组件400包括支承板411，支承板411适于安装到转子叶片轴承200的第二环形安装单元202处，如图4所示。
在支承板410处，安装有用于保持引导轴414的两个固定块415，线性引导单元413可在引导轴414上沿该引导轴414的纵向方向移动。提供工件安装单元405，以便将螺母驱动器组件400固定在转子叶片轴承200的第二环形安装单元202处。工件安装单元405可具有圆锥形形状，从而使其可夹持在转子叶片轴承200的第二环形安装单元202处。夹持方向由图5中的箭头419表明。另外，可使用固定螺母418来将工件安装单元405固定在第二环形安装单元202处。
基于下文图6中表明的进给动作信号410来提供线性引导单元413沿着引导轴414的位置。为工件安装单元405提供进给动作信号410，使得螺母驱动器404可定位成使其与待上紧的螺母301接合。为了实现这类接合，螺母驱动器沿由参考标号417表明的箭头的方向(即沿朝向待上紧的螺母301的进给方向)移动。
螺母驱动器404借助于工件安装连接件406附连到可动的线性引导单元413上。螺母驱动器404可设计成包括电动机的螺母驱动器，该电动机可以应用对于上紧待上紧的螺母301(见图2、3和4)而言典型的扭矩。提供托架412，以便将工件安装连接件406固定在线性引导单元413处。螺母驱动器组件400适于将至少一个转子叶片轴承200紧固到风力涡轮机100的轮毂104处。
风力涡轮机100的变桨驱动***(提供其，以用于调节风力涡轮机100的桨距角108)用于将螺母驱动器组件400与螺母驱动器404一起定位成与待上紧的螺母301对准。
图6是控制***(提供该控制***，以控制将至少一个转子叶片轴承紧固到风力涡轮机100的轮毂处)的示意性简图。该控制***通常包括控制器单元401，控制器单元401为变桨驱动***402提供变桨驱动器信号408，且为工件安装单元405提供进给动作信号410，这已经在上文关于图5描述过了。
控制器单元401可接收表明螺母驱动器组件相对于待上紧的螺母301的位置的位置信号409。位置信号409由位置检测器403提供，位置检测器403可为感应式检测器和/或光学检测器。位置检测器403借助于位置检测器支承件407分别附连到螺母驱动器404和螺母驱动器组件400上。
如果位置信号409表明螺母驱动器404定位成与待上紧的螺母301对准，则控制器单元401就对借助于工件安装连接件406连接到螺母驱动器404上的工件安装单元405发射进给动作信号410。因此，工件安装单元405提供螺母驱动器404与待上紧的螺母301(未在图6中显示)的接合。
在上紧待上紧的螺母301之后，就从已经上紧的螺母301上释放螺母驱动器404，且控制器单元401为变桨驱动***402提供变桨驱动器信号408，使得螺母驱动器组件400与螺母驱动器404一起可定位成与另一个待上紧的螺母301对准。可重复此过程，直到上紧所有的待上紧的螺母为止。
图7是用于将至少一个转子叶片轴承200紧固到风力涡轮机100的轮毂104处的方法的流程图，其中风力涡轮机具有适于调节至少一个转子叶片101的桨距角的变桨驱动***。
该过程在步骤S1处开始，且前进到步骤S2，在步骤S2中，在转子叶片轴承的可旋转的部分处提供螺母驱动器组件400。该螺母驱动器组件适于自动上紧待上紧的螺母301。该螺母驱动器组件具有螺母驱动器。
在步骤S3处，螺母驱动器组件通过用风力涡轮机的变桨驱动器使可旋转的部分旋转来与待上紧的螺母对准。可借助于位置检测器403(见图6)来协助螺母驱动器组件的定位，位置检测器403允许相对于整个螺母驱动器组件400的方向204(图2)进行准确定位。
该过程前进到步骤S4，在步骤S4中，使用螺母驱动器组件来上紧螺母。
然后，该过程前进到步骤S5，在步骤S5中，确定是否已经上紧所有螺母。如果在步骤S5处确定没有上紧所有螺母(步骤S5处的“否”)，则过程返回步骤S3，在步骤S3中，再次操作变桨驱动器，使得螺母驱动器定位成与另一个待上紧的螺丝对准。
如果在步骤S5处确定已经上紧了所有螺母(步骤S5处的“是”)，则过程在步骤S6处结束。
已经基于实施例(实施例示于附图中且可从实施例中显现另外的优点和修改)描述了本发明。但是，本发明不限于以具体词语描述的实施例，而是可以以适当的方式对其进行修改和改变。使一个实施例的单独的特征和特征组合与另一个实施例的特征和特征组合以适当的方式组合，以便实现另外的实施例，也处于本发明的范围内。
基于本文的教导，对于本领域技术人员而言将显而易见的是，可在不偏离公开的发明及其更宽泛的方面的情况下进行改变和修改。也就是说，上文阐述的所有实例均意图为示例性和非限制性的。

Claims (15)

1.一种用于紧固风力涡轮机(100)的转子叶片轴承(200)的至少一个待上紧的螺母(301)的方法，所述方法包括：
在所述转子叶片轴承(200)的可旋转的部分处提供螺母驱动器组件(400)，所述螺母驱动器组件(400)适于自动地上紧所述至少一个螺母(301)，
通过用所述风力涡轮机(100)的变桨驱动器(402)使所述可旋转的部分旋转，来使所述螺母驱动器组件(400)与所述待上紧的螺母(301)对准，以及
用所述螺母驱动器组件(400)上紧所述螺母(301)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，重复通过用所述变桨驱动器(402)使所述可旋转的部分旋转来使所述螺母驱动器组件(400)与待上紧的螺母(301)对准的步骤，以及上紧所述待上紧的螺母(301)的步骤，直到上紧所有螺母(301)为止。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在上紧所述待上紧的螺母(301)期间，测量扭矩。
4.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述螺母驱动器组件(400)定位在自先前的螺母上紧位置有大约5度偏移的旋转角处。
5.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，借助于所述变桨驱动器(402)和所述螺母驱动器组件(400)的联合动作，提供用于上紧所述至少一个待上紧的螺母(301)的扭矩。
6.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，在所述转子叶片轴承(200)的所述可旋转的部分处提供至少两个螺母驱动器组件，其中，同时上紧至少两个待上紧的螺母(301)。
7.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，以预定的顺序上紧所述待上紧的螺母(301)，从而使得用等周向力将所述转子叶片轴承(200)的第一环形安装单元(201)紧固在所述风力涡轮机(100)的轮毂处。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当上紧所述至少一个待上紧的螺母(301)时，测量扭矩，并且其中，在所述转子叶片轴承(200)的所述第一环形安装单元(201)的整个紧固过程期间监测被测的扭矩。
9.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，以光学的方式测量所述螺母驱动器组件(400)的位置，使得所述螺母驱动器与所述待上紧的螺母(301)对准。
10.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，以感应的方式测量所述螺母驱动器组件(400)的位置，使得所述螺母驱动器与所述待上紧的螺母(301)对准。
11.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，提供固定的周向间隔，以使所述螺母驱动器组件(400)从一个螺母(301)向前进给到另一个待上紧的螺母(301)。
12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对在上紧所述至少一个待上紧的螺母(301)期间所述转子叶片轴承(200)的所述第一环形安装单元(201)的平坦性和/或均匀性进行测量。
13.一种适于自动地紧固风力涡轮机(100)的转子叶片轴承(200)的至少一个螺母(301)的螺母驱动器组件(400)，所述螺母驱动器组件(400)进一步适于安装在所述转子叶片轴承(200)的可旋转的部分处，且适于通过用所述风力涡轮机(100)的变桨驱动器(402)使所述可旋转的部分旋转来与待上紧的螺母(301)对准。
14.根据权利要求13所述的螺母驱动器组件(400)，其特征在于，提供近程传感器，作为适于调节所述螺母驱动器组件(400)的旋转位置的位置检测器。
15.根据权利要求14所述的螺母驱动器组件(400)，其特征在于，所述近程传感器是感应式检测器和光学检测器中的至少一种。
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