專利名稱：風力渦輪發電機的可拆卸軸承裝置的制作方法
技術領域：
本發明一般地涉及發電機，更具體而言涉及具有可更換軸承的風力渦輪發電機。
背景技術：
近來，作為環保和相對便宜的替代能源，風力渦輪機已經引起了更大的關注。由于此增長的興趣，已經做出了相當大的努力來開發可靠和高效的風力渦輪機。
一般而言，風力渦輪機包括具有多個葉片的轉子。轉子安裝到位于鋼梁或管狀塔頂上的殼體或者機艙。實用級風力渦輪機(即設計來向實用電網提供電能的風力渦輪機)可以具有大的轉子(例如直徑30m或更大)。這些轉子上的葉片將風能轉換為驅動一個或多個發電機的轉矩或力，這些發電機通過變速箱可旋轉地連結到轉子。變速箱為發電機逐步增大本來低的渦輪機轉子轉速，以有效地將機械能轉換為饋送到實用電網中的電能。
包括直接驅動發電機的風力渦輪機消除了變速箱，以及與變速箱相關聯的可靠性問題。但是，在至少一些已知齒輪式風力渦輪機中，發電機和主軸承兩者都可能過早失效。因為直接驅動發電機軸承也用作風力渦輪機的主軸承，需要容易更換這些軸承的器具。為了便于更換這樣的軸承，至少一種已知直接驅動風力渦輪機采用了具有螺栓緊固凸緣的單個大直徑軸承。但是，大直徑和螺栓緊固凸緣的組合導致軸承與其他已知軸承裝置相比很貴。
為了便于在優化渦輪機實用性的同時減小成本，應當在需要最少基礎設施和技能的情況下在風力渦輪機現場快速地進行軸承更換。但是，在直接驅動風力渦輪機中使用的已知熱套式(shrunk-on)軸承需要在工廠的替換。
發明內容
因此本發明的一個方面提供了一種具有可拆卸替換的軸承的風力發電機。該發電機包括轉子和定子；構造為鎖定所述轉子和定子的鎖定螺栓；安裝有至少一個熱套式軸承的可拆卸軸承子組件；和可拆卸安裝螺栓，其構造為接合所述軸承子組件并且當所述可拆卸安裝螺栓被卸除時允許所述可拆卸軸承子組件被卸除。
本發明的另一個方面提供了一種在直接驅動風力發電機中更換軸承的方法。該方法包括鎖定發電機的轉子和定子，并且在發電機在其所安裝的塔上處于適當位置中的同時，從發電機拆卸軸承子組件。該方法還包括更換或者維修該軸承子組件或者進行兩者，并且在發電機仍然在塔上處于適當位置中時，將更換或者維修好的軸承子組件組裝到發電機中。
因此將觀察到本發明的構造提供了一種風力渦輪機，其具有在無需拆卸整個風力渦輪發電機、轂、葉片的情況下容易卸除的軸承。此外，本發明的一些構造也將被觀察到提供了諸如輕重量構造的其他優點。
圖1是風力渦輪機的示例構造的視圖。
圖2是如圖1所示并包括已知齒輪式傳動系的示例風力渦輪機構造的機艙的剖視透視圖。
圖3是包括安裝的可拆卸替換軸承的示例性直接驅動發電機構造的構造側剖視圖。
圖4是圖3中所示構造在其軸承組件被抽出情況下的側剖視圖。
圖5是包括安裝的可拆卸替換軸承的直接驅動發電機構造的可選圖6是圖5中所示構造在其軸承組件被抽出情況下的側剖視圖。
圖7是圖6中所示構造的側剖視示意圖，示出了可拆卸門或艙蓋的適當位置的示例。
圖8是包括可拆卸替換軸承的直接驅動發電機構造的示例性構造的側剖視圖，其中定子子組件或轉子子組件或者兩者包括碳纖維和/或復合材料。
圖9是使用碳纖維和/或復合材料的雙軸承風力發電機的示例性構造的側剖視圖。
圖10是使用碳纖維和/或復合材料的單軸承發電機的示例性構造的側剖視圖。
具體實施例方式
在某些構造中并參照圖1，風力渦輪機100包括容納發電機(圖中未示出)的機艙102。機艙102安裝在高塔104頂部，圖1中僅示出了高塔104的一部分。風力渦輪機100還包括轉子106，轉子106包括附裝到旋轉轂110的一個或多個轉子葉片108。雖然圖1所示的風力渦輪機100包括三個轉子葉片108，但是對本發明所要求的轉子葉片108數量沒有特別限制。
在某些構造中并且參照圖2，各種部件容納在風力渦輪機100的塔104頂上的機艙102內。塔104的高度基于本領域已知的因素和條件而選擇。在某些構造中，控制面板112內的一個或多個微控制器包括用于整個系統的監測和控制的控制系統。在某些構造中使用可選的分布式或者集中式控制構架。
在某些構造中，可變葉片節距驅動器114設置為控制由于風而驅動轂110的葉片108(圖2中未示出)的節距。在某些構造中，葉片108的節距由葉片節距驅動器114個別控制。轂110和葉片108一起構成風力渦輪機轉子106。
風力渦輪機的傳動系包括主轉子軸116(也稱為“低速軸”)，其經由主軸承130連接到轂110并且(在某些構造中)在軸116的另一端上連接到變速箱118。變速箱118驅動發電機120的高速軸。在其他構造中，主轉子軸116直接連結到發電機120。高速軸(圖2中未標明)被用來驅動安裝在主框架132上的發電機120。在某些構造中，轉子轉矩經由連結件122傳遞。在本發明的構造中，發電機120是直接驅動永磁體發電機。
偏航驅動器124和偏航臺面126提供了風力渦輪機100的偏航定向系統。氣象桿128提供用于渦輪控制系統300的信息，這些信息可以包括風向和/或風速。在某些構造中，偏航系統安裝在塔104頂上設置的凸緣上。
在本發明的某些構造中并且參照圖3，發電機120(圖3和后續附圖僅示出了一部分)是具有永磁體302的直接驅動發電機。發電機120設置有安裝在可拆卸軸承子組件306上的可拆卸(替換)軸承304。(盡管圖3示出了確切使用兩個軸承的構造，但這些構造可以使用至少一個到任意數量的軸承304。)為了更換或者更新軸承304，發電機120的轉子106和定子308使用鎖定螺栓310鎖定以確保定子308和轉子106在發電機120被安裝的塔上保持在適當位置中。轂312和葉片108然后在鎖定的發電機120上被拆卸。軸承子組件306然后通過例如沿著兩個凸緣314卸除安裝螺栓314來拆卸，參照圖4?；蛘撸麄€發電機120可以被降低到地面，安裝鎖定螺栓310，并且更換軸承子組件306。
在本發明的又一個構造中并參照圖5，雙軸承發電機520設置有可拆卸軸承304。發電機520構造可以大體上被發電機120構造替代，但另外不同于發電機120構造在于發電機520構造不需要拆卸轂312。(盡管圖5示出了確切使用兩個軸承的構造，但發電機520的構造可以使用至少一個至任意數量的軸承304。)熱套式軸承304被安裝在可拆卸軸承子組件506上。為了更換或更新軸承304，轉子106和定子508使用例如鎖定螺栓310鎖定以確保定子508和轉子106在發電機520被安裝的塔上保持在適當位置中。軸承子組件506然后通過沿著兩個凸緣314卸除安裝螺栓314來拆卸。軸承子組件506可以在如圖6所示的塔倉或機艙102內被卸除，然后如圖7所示經由例如設置在發電機殼體512的頂部或后部的出口艙蓋或門710降低到地面。在某些構造中，為了確保轂312和葉片108被穩定保持，在分離軸承子組件506之前或同時或緊接其后插入數個螺旋扣鎖定器514。螺旋扣鎖定器514可以在使用圖5所示的訪問端口516分離軸承子組件506之前插入。使用螺旋扣鎖定器514確保了在卸除軸承304的情況下從轂312和葉片108到發電機殼體512和塔104中的直接載荷路徑?；蛘?，整個發電機520可以降低到地面，安裝鎖定螺栓310，并且更換軸承子組件506。
在本發明的某些構造中并且參照圖8所示的示例構造，定子子組件800或者轉子子組件802或者兩者可以包括碳纖維和/或其他適當復合材料。使用這樣的一種或多種材料導致低重量的風力發電機模塊單元。使用碳纖維和/或復合材料雙軸承風力發電機的另一個示例在圖9中示出，并且使用這樣材料的單軸承發電機的示例在圖10中示出。
此外，在本發明的某些構造中并且再次參照圖3，可以設置將轂和葉片動態和噪音從發電機和塔隔絕開的阻尼插入件316。
以上詳細說明了維護/組裝方法和設備的示例性實施例。這些方法和設備不限于此處描述的特定實施例也不限于被更換或組裝的特定部件，而是此處描述的維護/組裝方法可以與此處描述的其他方法獨立和分開地使用或者用來更換此處未描述的其他部件。例如，也可以使用此處描述的方法來更換其他渦輪機部件。
雖然已經就各個具體實施例描述了本發明，但本領域技術人員將認識到本發明可以利用在權利要求的精神和范圍內的改進來實施。
部件列表100風力渦輪機102機艙104塔106風力渦輪機轉子108轉子葉片110轂112控制面板114葉片節距驅動器116主轉子軸118變速箱120發電機122連結件124偏航驅動器126偏航臺面128氣象桿130主軸承132主框架300渦輪機控制系統302永磁體304軸承306軸承子組件308定子310鎖定螺栓312轂314安裝螺栓316阻尼插入件506軸承子組件508定子512發電機殼體514螺旋扣鎖定器516訪問端口
520發電機710出口艙蓋或門800定子子組件802轉子子組件
權利要求
1.一種具有可拆卸替換的軸承(304)的直接驅動風力發電機(120)，其包括轉子(106)和定子(308)；構造為鎖定所述轉子和定子的鎖定機構(310)；具有安裝其中的至少一個熱套式軸承的可拆卸軸承子組件(306)；和可拆卸安裝螺栓(314)，其構造為接合所述軸承子組件并且當所述可拆卸安裝螺栓被卸除時允許所述可拆卸軸承子組件被卸除。
2.根據權利要求1所述的風力發電機(120)，其中所述定子(308)具有接合到所述可拆卸螺栓(314)的凸緣(314)。
3.根據權利要求1所述的風力發電機(120)，具有至少兩個所述可拆卸軸承(304)。
4.根據權利要求1所述的風力發電機(120)，其中所述風力發電機還包括轂(110)，并且所述可拆卸軸承子組件(306)還包括在所述子組件一端處的凸緣(314)，所述凸緣構造為接合所述定子(308)，并且還包括在所述子組件的另一端處與所述軸承子組件接合的轂(312)。
5.根據權利要求4所述的風力發電機(120)，其中所述轂(312)構造為在與所述軸承子組件(306)的分離相同的方向上在所述軸承子組件(306)分離之前或同時地卸除。
6.根據權利要求1所述的風力發電機(120)，其中所述可拆卸軸承子組件(306)構造為在與所述轂(312)相反的方向上分離所述定子(308)，并且所述轂構造為在所述軸承子組件卸除期間保持在適當位置中。
7.根據權利要求6所述的風力發電機(120)，還包括具有門或艙蓋(710)的發電機殼體(512)，所述定子(308)可以通過所述門或艙蓋被卸除。
8.根據權利要求1所述的風力發電機(120)，其中所述定子(308)包括碳纖維材料或者復合材料。
9.根據權利要求1所述的風力發電機(120)，其中所述轉子(106)包括碳纖維材料或者復合材料。
10.根據權利要求9所述的風力發電機(120)，其中所述定子(308)也包括碳纖維材料或者復合材料。
全文摘要
一種具有可拆卸替換的軸承(304)的風力發電機(120)包括轉子(106)和定子(308)；構造為鎖定所述轉子和定子的鎖定螺栓(310)；有安裝的至少一個熱套式軸承的可拆卸軸承子組件(306)；和可拆卸安裝螺栓(314)，其構造為接合所述軸承子組件并且當所述可拆卸安裝螺栓被卸除時允許所述可拆卸軸承子組件被卸除。
文檔編號H02K1/06GK1945930SQ20061011015
公開日2007年4月11日 申請日期2006年8月7日 優先權日2005年10月5日
發明者B·S·巴格帕利, P·L·詹森, A·D·加德雷 申請人:通用電氣公司