风力涡轮机转子锁定系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于风力涡轮机的风力涡轮机转子锁定系统，其中所述风力涡轮机至少包括塔架、位于所述塔架的机舱以及安装于所述机舱的转子，所述转子包括至少两片风力涡轮机叶片和转子轮毂，所述转子轮毂可旋转地安装在所述机舱的转子与机舱之间的接口处，所述接口包括至少一个轴承结构，该轴承结构包括内轴承零件和外轴承零件，至少一个轴承零件刚性连接至所述机舱的主框架结构，至少另一轴承零件刚性连接至所述风轮轮毂，用于可旋转地支承所述风轮，并用于传递来自风轮重量的载荷以及作用于风轮的风力载荷，所述风轮还包括用于将转矩传递至发电机的主轴，该转矩由作用于所述风轮的风力产生，所述风力涡轮机转子锁定系统还包括一个或多个锁定装置。
[0002]本发明进一步涉及一种操作用于风力涡轮机的风力涡轮机转子锁定系统的方法，其通过使用上述的风力涡轮机转子锁定系统来实现，其中所述风力涡轮机至少包括塔架、位于所述塔架的机舱以及安装于所述机舱的转子，所述转子包括至少两片风力涡轮机叶片和转子轮毂，所述转子轮毂可旋转地安装在所述机舱的转子与机舱之间的接口处，所述接口包括至少一个轴承结构，该轴承结构包括内轴承零件和外轴承零件，至少一个轴承零件刚性连接至所述机舱的主框架结构，至少另一轴承零件刚性连接至所述风轮轮毂，用于可旋转地支承所述风轮，并用于传递来自风轮重量的载荷以及作用于风轮的风力载荷，所述风轮还包括用于将转矩传递至发电机的主轴，该转矩由作用于所述风轮的风力产生，所述风力涡轮机转子锁定系统还包括一个或多个锁定装置。
【背景技术】
[0003]众所周知，风力涡轮机具有某种用于制动和/或锁定风力涡轮机的风轮的制动或锁定系统，优选在维修期间或其他需要将转子固定不动的情况下，将其固定在特定位置。同样地，已知将风力涡轮机单片叶片锁定于特定倾斜位置的系统。本发明涉及相对于风力涡轮机的机舱/主框架制动和锁定风轮。上述风轮可理解为包括轮毂和若干风力涡轮机叶片的转子，用于将风力转化为旋转能。解释这个的原因是由于风力涡轮机通常还具有另一转子，即发电机的转子，又名为电机转子，其紧邻发电机的固定定子旋转，由此发电。
[0004]大量风力涡轮机使用变速箱，以将风轮相当慢速的旋转转换成电机转子的更快速旋转。这种风力涡轮机通常包括设置于变速箱与发电机之间的盘式制动器系统，为的是仅应对较小的转矩。其他风力涡轮机具有设置在变速箱之前的制动系统，因此其必须应对较高的转矩，而此时每分钟转数更少。由于风轮与发电机之间的变速箱至少存在一些松动，这种制动锁定系统有若干缺点。在越来越普遍的、所谓直接传动风力涡轮机上，风轮直接耦合至电机转子，不存在变速箱。
[0005]上述方案将制动系统设置于变速箱之前、或变速箱之后的主轴上、或者将制动系统设置于直接传动风力涡轮机的主轴上，主轴必须为刚硬的，以便在制动锁定时能够承受作用力。
[0006]风力涡轮机，例如直径可达100米、重量可高达例如50公吨。另外，电机转子也具有相当大的质量，高达20公吨。为了利用激活制动锁定系统来停止并约束如此大的质量，必须符合大量的要求。如果整条传动链，包括轮毂、主轴和发电机，有任何松动或太大的弹性，系统将会磨耗得非常快并最终断裂，从而造成严重的问题并增加成本，而且不可避免地存在一定量的这种松动和弹性。为了减轻重量一一这在风力涡轮机行业内是恒久的议题一一已知的制动锁定系统多少存在问题，因为这些系统是刚性的，其包括沉重的巨型刚性钢轴，以便足够刚硬到具有可接受的低弹性。
[0007]从美国专利申请文献US 2010/0232978 A1已知一种风轮锁定系统，其中，操作若干径向设置的锥形锁定芯轴与沿轮毂圆周的形状互补的锥形孔接合。该系统设置于风力涡轮机轮毂与主框架之间，其中轮毂连接至承受载荷和转矩的、因此非常刚性的主轴，所述主轴进一步连接至变速箱。该方案的一个相当大的缺点是，该系统只能够将转子锁定在所述形状互补的孔所允许的多个不同位置上。在这种情况下，可能只有12个位置，意味着转子只能够按照360/12 = 30度的间隔来锁定。另外，本文献所示的芯轴有相当的问题趋向——接合时一一将其本身塞进/锁定在形状互补的孔中。在完成所需的操作之后，这必然会产生问题，必须再次松开风轮。
[0008]从欧洲专利文献EP 2381092 A2已知另一种方案，其中若干锁定芯轴相对于风力涡轮机的主轴轴向运行。此处，能够将转子锁定于8个位置，意味着转子只能够按照360/8=45度的间隔来锁定。该方案存在同样的塞入/锁定芯轴的问题。
[0009]上述的这两种方案，仅具有有限的可能位置，因此其转子必须制动至静止不动，并且因此转子需要慢慢转动至锁定位置，这一般需要让转子以任意方向转动高达30/2 = 15度或45/2 = 22.5度。或者，所需的角度调整实际可在30-45度之间。无论是较大角度较小角度，都必须旋转转子，而且如果变速箱、轴承、传递转矩的主轴、承载风轮、发电机或其他重要部件的主轴受损，需要维修或更换，转动转子将会非常难以进行。
[0010]欧洲专利EP 1167755 A2公开了一种锁定系统，其包括设置于转子轴上的齿轮，其中沿径向手动操作具有形状互补外表面的锁定设备，与该齿轮的齿周接合。电驱动轮用于旋转转子轴，使得锁定设备与齿轮的齿准确对齐。如果传动链的一个或多个部件损坏，这将难以实施。而且，制动载荷集中在非常有限数目的齿上，因此增加了锁定系统故障的风险。
[0011]发明目的
[0012]本发明的目的在于，提供一种用于风力涡轮机的风力涡轮机转子锁定系统，其中该风轮可锁定于各个位置，特别优选在仅需要相当小角度的转动的情况下，或者可用于风轮制动至静止不动之后。
[0013]另外，本发明的目的在于，提供一种风力涡轮机转子锁定系统，其特别适用于风力涡轮机，其中所述风力涡轮机包括从轮毂延伸至齿轮或发电机的主轴，所述主轴设计为仅传递旋转力，即只有源自风轮重量或电机转子重量的转矩，而没有弯矩。这种主轴可包括例如至少一部分纤维增强复合材料、或由任意合适的金属或其他材料制成。
【发明内容】
[0014]如上所述，本发明涉及一种用于风力涡轮机的风力涡轮机转子锁定系统，其中所述风力涡轮机至少包括塔架、位于所述塔架的机舱以及安装于所述机舱的转子，所述转子包括至少两片风力涡轮机叶片和转子轮毂，所述转子轮毂可旋转地安装在所述机舱的转子与机舱之间的接口处，所述接口包括至少一个轴承结构，该轴承结构包括内轴承零件和外轴承零件，至少一个轴承零件刚性连接至所述机舱的主框架结构，至少另一轴承零件刚性连接至所述风轮轮毂，用于可旋转地支承所述风轮，并用于传递来自风轮重量的载荷以及作用于风轮的风力载荷，所述风轮还包括用于将转矩传递至发电机的主轴，该转矩由作用于所述风轮的风力产生，所述风力涡轮机转子锁定系统还包括一个或多个锁定装置。
[0015]上述轴承结构的类型为行内公知的“力矩轴承”，其中源自重量和风力的所有载荷通过所述力矩轴承传递至主框架，并且单独的主轴仅承受从风力涡轮机转子通过例如变速箱传递至发电机的旋转载荷。
[0016]本发明的创新之处在于，所述风力涡轮机转子锁定系统包括至少一个锁定部分，所述锁定部分包括第一套互锁装置，用于与连接至主框架的第一套形状互补锁定装置接合，还包括第二套锁定装置，用于与连接至转子轮毂的第二套形状互补锁