CN103765003B - 直接驱动风力涡轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有普通轴承的直接驱动风力涡轮机和用于该轴承的维修方法。风力涡轮机的转子直接与风力涡轮机的可旋转传动系连接。可旋转传动系直接与风力涡轮机的发电机(1)的转子(5)连接。可旋转传动系经由至少一个轴承(2)与风力涡轮机的固定部分连接，这允许传动系相对于固定部分旋转。发电机(1)提供支承结构(8)，所述至少一个轴承(2)的固定侧(7)安装于所述支承结构(8)。所述至少一个轴承(2)是普通轴承，并且普通轴承(2)包括磨耗部分，其是待更换的对象。可旋转传动系被制备为用以紧固至风力涡轮机的固定部分，并且在可旋转传动系被紧固至固定部分的同时，普通轴承(2)的至少一个磨耗部分是可更换的。

Description

直接驱动风力涡轮机
本发明涉及具有普通轴承的直接驱动风力涡轮机和用于该轴承的维修方法。
风力涡轮机将风能转换成电能。运动的空气使风力涡轮机的转子加速。转子的旋转被传递至发电机。发电机将旋转能量转换成电能。
在过去的几年，直接驱动风力涡轮机的概念得以建立。在直接驱动风力涡轮机中，转子的旋转能量被直接传递至发电机，而不使用齿轮箱。
在直接驱动风力涡轮机中，风力涡轮机的转子直接连接至发电机的转子。从风力涡轮机的转子通向发电机的转子的被机械地连接的部分的链条被称为风力涡轮机的传动系(drive train)。
为了允许旋转运动并提供旋转部分的必要稳定性，传动系安装有至少一个轴承。该轴承允许传动系旋转。在它通过支承径向和轴向载荷而提供必要的稳定性的同时，弯曲力矩存在于传动系中。
WO 2011/003482 A2描述了一种风力涡轮机主轴承，其被实现为支承风力涡轮机的轴。轴承包括具有多个轴承垫的流体轴承。
该文献描述了具有圆柱形轴承表面和一系列止推垫的轴承。
普通轴承必须提供大的表面来承受存在于传动系中的力。作为结果，用于圆柱形轴承表面的垫非常大、重且难以更换。
为了更换轴承垫，有必要通过提升装置来提升风力涡轮机的轴。
本发明的目的是提供一种具有普通轴承的风力涡轮机，其允许在不使用重型装备的情况下维修轴承以及更换轴承垫。
该目的通过独立权利要求的特征达成。本发明的优选实施例在从属权利要求中描述。
风力涡轮机的转子直接与风力涡轮机的可旋转传动系连接。可旋转传动系直接与风力涡轮机的发电机的转子连接。
可旋转传动系经由至少一个轴承与风力涡轮机的固定部分连接，这允许传动系相对于固定部分旋转。
发电机提供支承结构，所述至少一个轴承的固定侧安装于所述支承结构。所述至少一个轴承是普通轴承，并且普通轴承包括磨耗部分，其是待更换的对象。
可旋转传动系被制备为用以紧固至风力涡轮机的固定部分，并且在可旋转传动系被紧固至固定部分的同时，普通轴承的至少一个磨耗部分是可更换的。
风力涡轮机的传动系将风力涡轮机的转子的旋转能量传递至风力涡轮机的发电机。传动系是连接风力涡轮机的转子与发电机的转子的机械链部分。当风力涡轮机处于操作中时，传动系旋转。
风力涡轮机的固定部分包括发电机的定子和机舱构造，其被制备来将传动系的载荷以及机舱和风力涡轮机的转子的重量传递至风力涡轮机的塔架。
风力涡轮机的传动系和发电机的转子经由至少一个轴承连接至风力涡轮机的固定部分。
轴承包括：可旋转侧，其连接至可旋转传动系；和固定侧，其连接至风力涡轮机的固定部分。
发电机的定子包括支承结构，其将发电机的定子连接至风力涡轮机的固定部分。轴承的固定侧连接至发电机的支承结构。
普通轴承(plain bearing)是没有滚动元件例如滚珠或滚子的轴承。普通轴承也称为滑动轴承、摩擦轴承或浮动轴承。
轴承的数个部分由于风力涡轮机的操作从而由于轴承的旋转而经受一定的磨损。这些部分具有短于轴承的预期寿命的有限寿命，并且必须被定期更换以继续风力涡轮机的操作。这些部分被称为磨耗部分，并且它们在保养维修期间被检查和/或更换。
为了接近并更换风力涡轮机的轴承中的磨耗部分，风力涡轮机的可旋转部分被紧固至风力涡轮机的固定部分。因此，风力涡轮机的转子、传动系和发电机的转子的重量经由传动系与固定部分之间的紧固连接被传递至风力涡轮机的固定部分。
传动系通过该紧固连接被固定就位。因此，当传动系被紧固至风力涡轮机的固定部分时，轴承不必传递重量。因此，轴承不受来自传动系的载荷。因此，轴承可被打开，并且轴承中的磨耗部分可被更换。
在传动系被紧固至风力涡轮机的固定部分的同时，轴承被打开并且磨耗部分是可接近和可更换的。因此，不必提升风力涡轮机的沉重部分，来接近和/或更换磨耗部分。
因此，不需要起重机来更换轴承中的磨耗部分。因此，节省了时间，并且在保养维修期间不需要重型机械设备，来更换轴承中的磨耗部分。
在一优选构造中，所述轴承包括环，其可从所述轴承卸下，用于更换所述轴承的至少一个磨耗部分。
轴承包括封闭轴承的环。环的旋转轴线相同于轴承的旋转轴线。
为了打开轴承来更换磨耗部分，可从轴承卸下环，以允许维修人员接近必须被更换的磨耗部分。
优选地，环是普通轴承的固定侧的至少一部分或可旋转侧的至少一部分。因此，当环被移除时，滑动表面是可直接接近的。
在另一优选构造中，环是附加的环，其安装至轴承的可旋转侧或固定侧以封闭轴承。因此，当环被移除时，轴承的可旋转侧和固定侧的对齐不改变，并且轴承被打开来用于保养维修。
因此，只须卸下环来接近磨耗部分。因此，可非常容易地打开轴承，而不用重型工具。因此，在保养维修期间，节省了时间和材料。
在一优选构造中，所述环被分段(segmented)。
因此，环的部段比整个环更轻并且更小。因此，比起整个环，在风力涡轮机内更容易处理环的部段。因此，需要较少的工具和较少的人员来维修轴承。
在一优选构造中，所述环的至少一部分是可卸下的，用以打开所述轴承来更换所述磨耗部分。
因此，轴承被打开，以接近和更换轴承的磨耗部分。因此，磨耗部分的更换是可能的。
可通过卸下环的一部分，来部分地打开轴承。因此，只打开轴承的必须更换磨耗部分的部分。因此，轴承的其余部分保持封闭，从而防止存在于轴承周围的灰尘和颗粒的侵入。
灰尘和颗粒存在于轴承的周围，并且它们在进入轴承并且轴承再次处于操作中时降低轴承的寿命。
在一优选构造中，所述轴承包括密封件和/或滑动表面。
在一优选构造中，所述磨耗部分是所述轴承的密封件，并且所述轴承的密封件是待更换的对象。
轴承包括密封件。它密封轴承，使得润滑保持在轴承内，并且存在于轴承周围的灰尘或颗粒不能进入轴承。密封件位于轴承的固定侧与可旋转侧之间。密封件也是有必要被定期更换的磨耗部分。
优选地，在轴承被打开时更换密封件。因此，可作为磨耗部分在保养维修期间更换密封件。因此，同样可在不必更换整个轴承和/或不必使用重型机械设备的情况下更换密封件。
在一优选构造中，所述轴承的滑动表面被分段，并且多个部段以容许更换个体部段的方式被配置并连接在所述普通轴承内。
在一优选构造中，所述磨耗部分是所述轴承的滑动表面，并且所述滑动表面的至少一个部段是待更换的对象。
普通轴承包括位于轴承的第一侧的滑动表面，其在轴承旋转时沿着轴承的第二侧滑动。滑动表面经受一定的摩擦，其导致滑动表面上的磨损。滑动表面因此有必要在预定时间跨度之后被更换。因此，滑动表面是磨耗部分。
在轴承被打开时更换滑动表面。因此，轴承的滑动表面被更换，而轴承的其余部分保持在风力涡轮机中。因此，避免了完全更换轴承。因此，在保养维修中节省了时间，并且不需要重型机械设备来提升风力涡轮机的一些部分。
优选地，滑动表面被分段，并且滑动表面的个体部段被更换。
因此，更换滑动表面的一部分是可能的。因此，滑动表面不必被完全更换。因此，在保养维修期间，节省了材料和时间。
在一优选构造中，所述发电机的支承结构包括开口，其可被用作人孔。
因此，保养维修中的人员能够接近发电机的支承结构和/或穿过该结构的至少一部分。因此，人员能够接近一定的区域，例如传动系被紧固至风力涡轮机的固定部分之处的区域，或轴承处允许更换磨耗部分的区域。因此，从风力涡轮机内实现了接近需要保养维修的区域，而不必卸下风力涡轮机的一些部分或风力涡轮机的机舱(nacelle)。
在一优选构造中，所述发电机包括沿着所述发电机的旋转轴线的空腔。
优选地，空腔足够大，以便维护中的人员爬行通过。最优选地，它大到足以供维护中的人员行走通过。空腔可伸入到发电机中。因此，维护中的人员能够接近发电机或支承结构或轴承的内部，以便更换磨耗部分。
优选地，空腔延伸穿过发电机。因此，维护中的人员可穿过发电机，以到达发电机的另一端部。因此，人员不必卸下发电机或机舱的结构的一些部分来接近发电机的另一侧。
因此，接近沿着旋转轴线看见的发电机的另一端部是可能的。因此，能够容易地达到轴承以更换磨耗部分，并且更换部分可通过风力涡轮机的机舱被传输至轴承。
在一优选构造中，可从发电机中的空腔接近所述开口。
因此，维护中的人员运动通过空腔，以接近所述开口。开口定位成靠近传动系被紧固至风力涡轮机的固定部分之处的连接部。因此，可通过所述开口直接接近连接部。
因此，所述开口定位成靠近轴承。因此，可直接更换有必要通过开口被更换的磨耗部分。
在一优选构造中，所述发电机包括轴，并且可沿着所述轴在轴向方向上进出所述发电机的支承结构中的开口。
在该构造中，所述发电机包括轴。所述轴贯通发电机。支承结构将发电机的定子连接至轴。开口定位在支承结构中，以允许进出支承结构。
因此，保养维修中的人员可通过开口直接接近轴承和/或连接点(在这里传动系被紧固至风力涡轮机的固定部分)。
因此，传动系可通过该开口被紧固至固定部分。因此，通过所述开口接近轴承并更换磨耗部分是可能的。
借助于附图更详细地示出了本发明。附图示出了优选的构造，而且并不限制本发明的范围。
图1示出了直接驱动风力涡轮机的剖切视图。
图2示出了被紧固至风力涡轮机的固定部分的传动系。
图3示出了从轴承卸下的环。
图4示出了磨耗部分的更换。
图5示出了风力涡轮机的另一实施例。
图1示出了直接驱动风力涡轮机的剖切视图。
图1示出了发电机1的一部分、轴承2和轮毂3的一部分的剖切视图。发电机1包括定子4和转子5。转子5连接至轴承2的可旋转侧6和风力涡轮机的轮毂3。
定子4包括支承结构8。支承结构8包括：开口9，其可被用作人孔；和开口10，其允许进出传动系被紧固至风力涡轮机的固定部分之处的区域。
发电机1包括处于支承结构8内的区域中的空腔11。从空腔11可接近开口9。
轴承2包括可旋转侧6和固定侧7。可旋转侧6连接至发电机1的转子5和轮毂3。固定侧7连接至风力涡轮机的发电机的支承结构8。轴承2进一步包括滑动表面12，其位于轴承的可旋转侧6与固定侧7之间。
图2示出了被紧固至风力涡轮机的固定部分的传动系。
图2示出了如图1中描述的相同构造。另外，传动系被紧固至风力涡轮机的固定部分。紧固器件13被引入，其栓接至发电机1的定子4的支承结构8和转子5。紧固器件13将传动系的部件的重量和作用于叶片和轮毂上的风力载荷传递至风力涡轮机的固定部分。因此，只要紧固器件13就位，则轴承2不必承载传动系的部件的载荷和重量。
图3示出了从轴承卸下的环。
图3示出了如图1和图2中描述的相同构造。另外，轴承2的环14从轴承2卸下。环14沿箭头的方向移动。
这也可以是从轴承2卸下的环的部段。当环14从轴承2卸下时，向磨耗部分的通路得到提供。在该情况下，滑动表面12是可接近的，并且可被更换。
图4示出了磨耗部分的更换。
图4示出了如图1、图2和图3中描述的相同构造。
另外，还示出了滑动表面12或被分段的滑动表面的一些部分可如何通过将它们拉动到轴承2之外并以相同方式引入新部分来得到更换。
图5示出了风力涡轮机的另一实施例。
图5示出了发电机1的一部分、轴承2和轮毂3的一部分的剖切视图。发电机1包括定子4和转子5。转子5连接至轴承2的可旋转侧6和风力涡轮机的轮毂3。
定子4包括支承结构8。发电机1包括处于支承结构8内的区域中的空腔11。
轴承2包括可旋转侧6和固定侧7。轴承2进一步包括滑动表面12，其位于可旋转侧6与固定侧7之间。
在该构造中，可从发电机1中的空腔11接近轴承2。在传动系被固定至风力涡轮机的固定部分之后，可通过卸下轴承的可旋转侧6的一些部段或轴承2的固定侧7的环，来打开轴承2。在打开轴承2之后，磨耗部分例如滑动表面12或滑动表面的一些部段可得到更换。

Claims (13)

1.一种直接驱动风力涡轮机，
- 其中所述风力涡轮机的转子直接与所述风力涡轮机的可旋转传动系连接，
- 其中所述可旋转传动系直接与所述风力涡轮机的发电机(1)的转子(5)连接，
- 其中所述可旋转传动系和所述发电机（1）的转子（5）连接到至少一个普通轴承（2）的可旋转侧（6），并且所述可旋转传动系和所述发电机（1）的转子（5）因此都经由所述至少一个普通轴承(2)与所述风力涡轮机的固定部分连接，这允许传动系相对于所述固定部分旋转，
- 其中所述发电机(1)提供支承结构(8)，所述至少一个普通轴承(2)的固定侧(7)安装于所述支承结构(8)，
- 其中所述普通轴承(2)包括磨耗部分，其是待更换的对象，
- 其中所述可旋转传动系被制备为用以紧固至所述风力涡轮机的固定部分，
- 其中在所述可旋转传动系被紧固至所述固定部分的同时，所述普通轴承(2)的至少一个磨耗部分是可更换的。
2.根据权利要求1所述的直接驱动风力涡轮机，其中，所述普通轴承(2)包括环(14)，其可从所述普通轴承(2)卸下，用于更换所述普通轴承(2)的至少一个磨耗部分。
3.根据权利要求2所述的直接驱动风力涡轮机，其中，所述环(14)被分段。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的直接驱动风力涡轮机，其中，所述环(14)的至少一部分是可卸下的，用以打开所述普通轴承(2)来更换所述磨耗部分。
5.根据权利要求1所述的直接驱动风力涡轮机，其中，所述普通轴承(2)包括密封件和/或滑动表面(12)。
6.根据权利要求5所述的直接驱动风力涡轮机，其中，所述磨耗部分是所述普通轴承(2)的密封件，并且所述普通轴承(2)的密封件是待更换的对象。
7.根据权利要求5所述的直接驱动风力涡轮机，其中，所述普通轴承(2)的滑动表面(12)被分段，并且多个部段以容许更换个体部段的方式被配置并连接在所述普通轴承(2)内。
8.根据权利要求7所述的直接驱动风力涡轮机，其中，所述磨耗部分是所述普通轴承(2)的滑动表面(12)，并且所述滑动表面(12)的至少一个部段是待更换的对象。
9.根据权利要求1所述的直接驱动风力涡轮机，其中，所述发电机(1)的支承结构(8)包括开口(9、10)，其可被用作人孔。
10.根据权利要求9所述的直接驱动风力涡轮机，其中，所述发电机(1)包括沿着所述发电机的旋转轴线的空腔(11)。
11.根据权利要求10所述的直接驱动风力涡轮机，其中，可从所述发电机(1)的空腔(11)进出所述开口(9、10)。
12.根据权利要求8所述的直接驱动风力涡轮机，其中，所述发电机(1)包括轴，并且可沿着所述轴在轴向方向上进出所述发电机的支承结构(8)中的开口。
13.用以更换根据权利要求1所述的直接驱动风力涡轮机的滑动表面的方法，包括以下步骤：
- 将所述风力涡轮机的传动系的可旋转部分固定至所述风力涡轮机的固定部分，
- 打开所述普通轴承(2)以接近所述普通轴承的磨耗部分，
- 更换所述普通轴承的磨耗部分。
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