专利名称：用于从旋转电力机械移除滑环的装置和方法
技术领域：
本发明大体上涉及旋转电力机械并且更加具体地涉及用于旋转 电力机械的滑环。
背景技术：
滑环在广范围的旋转电力机械中使用，例如电动机和发电机等。
例如，典型的交流(AC )发电机由固定定子和安装在定子内的转子组 成。定子包括每个带有特定数量的绕组的特定数量的线圏。类似地， 转子包括每个带有特定数量的绕组的特定数量的场磁极。除转子和定 子之外，发电机具有集电器组件，其通常包括集电器滑环、电刷和电 刷架。转子包含由励磁机建立并供给的,兹场。当转子旋转时，AC在 定子中感生。转子关于定子的变化极性产生电流的交替特性。产生的 电压与磁场的强度、定子线圏的数量和在每个线圏中绕组的数量以及 转子旋转的速度成比例。滑环是用于向和从AC发电机的转子传输电 力的电连接。滑环可包括与转子绕组连接的圓形导电材料并且与转子 轴绝缘。当转子旋转时电刷依靠在滑环上。当转子旋转时电刷架保持 电刷在靠着滑环的适当位置。励磁机通过一套电刷和滑环向转子的磁 场供应DC电流并且/人另一套电刷和滑环完成返回^各径。
风力涡轮发电机是与风力涡轮机叶片机械联接的旋转电力机械。 风力涡轮发电机置于在风力涡轮机塔的顶部的机舱中。涡轮机的机械 能转换为电能并且通过集电器系统输送到电力网。电子电力变换器用 于控制有效和反作用功率的流量。风力涡轮发电机的一个常用的配置 是带有绕线转子和滑环的双供给感应发电机。向这些类型的风力涡轮 发电机的转子绕组输送三相ac电力要求更加复杂的滑环设置。图1A和图1B分别示出对于用于向风力涡轮发电机的转子输送三 相ac电力的示范滑环组件的端一见图和侧#见图。滑环组件10包括带有 用于收容风力涡轮发电机转子的末端轴的圆柱形轴腔20的绝缘毂15。 关于风力涡轮发电机，滑环组件10包括外端板25和带有基环32的 内端板30。外端板25和内端板30包括圆柱形轴腔以容纳绝缘毂15。 外端板25、内端板30和绝缘毂15通过螺紋的并且用螺栓固定在板末 端的连接杆35而保持处于轴线附近。绝缘件40围绕连接杆35并且 防止连接杆35与在滑环中的电力的接触。三个环形导电接触环45(各 用于到转子绕组的电力的一相)径向围绕并且固定到滑环组件10。接 触环45 (没有示出)提供用于电刷的接触面50以将电力传输到滑环 组件10。个体相的4妄触环45与对于该相的一个或多个导电杆55物理 并且电接触。导电杆55向外延伸穿过外端板25并且提供从转子绕组 (没有示出)到在转子轴(没有示出)的外端的转子电缆(没有示出) 的连接。绝缘件60物理隔开接触环45并且绝缘对于到转子绕组的电 力的个体相通过导电杆55的导电路径。
图2示出从风力涡轮发电机转子到滑环组件的电连接。转子轴65 可包括转子轴端板70。电连接板75安装到导电杆55的螺紋端80。 电连接板75可由绝缘材料构成以提供与对于个体转子相的导电杆55 的物理连接而同时提供这些相之间的电绝缘。对于转子绕组的每一相 的电力电缆85从转子轴端板70延伸。电力电缆85可与在相连接板 95上的导电接头90连接以通过导电杆55电连接转子绕组(没有示出) 与关联的接触环45。
作为风力涡轮发电机的维修方法的 一部分，移除并且重新擦亮滑 环组件以恢复它们的运行能力。转子轴从毂内部移除是困难的因为转 子轴在毂内提供有热收缩配合。即使当电连接板从滑环组件的末端移 除，也没有/人发电^L侧敲开滑环组件的可用的物理"l妄近方法。目前， 由于没有可用的可控式无损的方法，这些组件的90%在它们的移除时 被损伤。在为了重新擦亮而移除的过程中损伤的滑环中的许多因为它们无法修补而报废。由于没有使用相符的和可重复的方法，滑环被无 效率的移除方法损伤。这导致被其中发生这个问题的数百风力涡轮机 放大的增加的材料成本。目前滑环移除方法包括用锤子猛击组件。这 样的打击频繁地击打接触面产生表面损伤或击打瓷绝缘子使其开裂 或完全破坏。尽管在移除滑环组件上是有效的，但产生的损伤等级是 不可接受的。这个方法是不可靠的并且还增加了人身伤害的风险。
此外，因为风力涡轮发电机安装在风力涡轮机塔的顶部的机艙 中，通常在地面上几百英尺，在移除滑环组件中遇到困难。
因此，存在提供用于有效地从旋转电力机械的转子移除滑环而不 会损伤滑环组件的装置和方法的需要。
发明内容
本发明涉及用于从旋转电力机械的转子轴末端移除滑环组件的 固定装置和方法。
简单地根据本发明的 一个方面，提供适用于从旋转电力机械的转 子轴的外端移除旋转电力机械的滑环组件的固定装置。固定装置包括
多个适于安装固定装置到滑环组件的支起部(standoff)。起重组件适 于向旋转电力机械的转子轴的外端施加分离力。此外，提供适于为起 重组件并且为多个支起部提供背支撑的强力背板(strongback)。
根据本发明的另 一个方面，提供用于从旋转电力机械的转子轴的 外端移除滑环组件的方法。滑环组件可包括电连接板和相导体并且转 子轴可包括转子绕组电缆和端板。
该方法包括使从转子的末端到滑环组件的电连接断开连接。移除 阻挡。固定装置首先与滑环组件对齐。接着固定装置与滑环组件连接。 该方法还包括在起重组件上增加液压以,人4争子轴释》丈滑环组件。当滑 环组件从转子轴释放时，从滑环组件移除固定装置。
当下列详细说明参考附图(其中所有附图中相同的符号代表相同 的部件)阅读时，本发明的这些和其他特征、方面和优点将被更好地 理解，其中
图1A和图IB分别示出用于向风力涡轮发电机的转子输送三相 ac电力的滑环组件的端#见图和侧3见图2示出从风力涡轮发电机转子到滑环组件的电连接；
图3A、 3B、 3C和3D分别示出用于滑环组件移除的发明的固定 装置的第一实施例的顶部端视图、侧视图、底部端视图和顶视图4示出带有以滑环组件的转子轴的末端为中心的中心轴线150 的发明的固定装置的第 一实施例；
图5示出起重组件的端块的替代实施例；
图6示出本发明的另一个实施例；以及
图7示出使用发明的固定装置的实施例从发电机的转子轴末端移 除滑环组件的方法的流程图。
具体实施例方式
本发明的下列实施例具有许多优势，包括提供允许从旋转电力机 械移除滑环组件而不会如之前滑环移除方法所经历的损伤滑环的轻 质滑环移除工具。
滑环移除工具(固定装置)可包含常见的轻量材料以有效地移除 滑环组件。尽管固定装置的本实施例适用于从风力涡轮发电机移除滑 环组件，发明的固定装置可允许滑环从包括电动机和发电机的多种旋 转电力机械移除。
本发明大大地将在移除过程中遭受的损伤降至最低，并且向维护 工程师提供安全和简单的选择。机械杠杆作用通过起重组件产生以有 效地克服热收缩配合并且移除滑环且有最小的损伤并且减少操作者 的努力。该装置很容易移动以易于由涡轮机的绞盘系统升起，并且是
多用途和轻量的以便单个操作者可以安装、梯:作和移除整个系统。滑环移除固定装置在材料和人力方面都提供成本节约并且提供 工艺改进。固定装置显著地减少对于移除滑环所需要的努力和时间。
在本发明的一个实施例中，为了易于安装和移除，该装置直接通 过三个螺栓连接点与滑环组件连接。起重机构提供机械杠杆作用以将 滑环以对于维修人员和滑环组件可靠和安全的方式从它的热收缩配 合安装位置撬开。这个工具大大地减少了在这个处理过程中损伤的滑 环的数量并且允许厂商适当地重新擦亮并且重新使用这些关键部件。
起重机构可包括气动起重器、液压起重器或电动起重器。瓶式起 重器由于它的圆柱的和细长的形状在易于沿固定装置的中心轴线安
装并且与ac发电机的转子轴的末端对齐方面可是有利的。
第二实施例可排除瓶式起重器而相反地施用一段硬钢管。然后， 在从发电机緩緩移除滑环后可旋紧螺母。这个过程将是较耗时的，但 将消除增加的费用和瓶式起重器的重量。
图3A、 3B、 3C和3D示出对于滑环移除固定装置100的第一实 施例的顶部端^L图、侧一见图、底部端一见图和顶-见图。起重组件105用 本邻域内已知的方便的方法背安装到强力背板110。强力背板110可 包括金属板，优选强力但轻量的金属，例如但不限于铝。支起部115 也背安装到强力背板IIO。支起部115也可包括强力但轻量的金属管， 例如但不限于铝。例如钢等其他材料可是优选的。支起部115可包括 用于将固定装置固定到在滑环组件的外端板25的外表面27上的对应 收容点120的部件。该部件可包括适于与在外端纟反25的外表面27上 的螺栓孔紧密配合的螺紋末端119。支起部115和对应的收容点120 可绕外端板25的外表面27对称地并且周向间隔开。支起部115的长 度117建立了强力背板110和滑环组件10的外端板25之间的距离。
起重组件105适于向风力涡轮发电机的转子轴的外端施加分离 力。起重组件105包括起重器140，其可包括液压起重器、气动起重 器或电力起重器。起重器140可是瓶式起重器，其是相对轻的并且其 中使瓶形特别适于沿固定装置的中心放置。轻量并且紧凑的固定装置对于从在风力涡轮发电机上的转子轴移除滑环组件是特别可取的。
起重器140的操作活塞145可沿固定装置IOO的中心轴线150居 中放置。方便地位于起重器140的附近的外部压力源155可向与起重 器140的连接157提供压力。当压力施加到起重器140时，操作活塞 145沿中心轴线150在远离强力背板110的方向上移动。
起重组件105还可包括位于操作活塞145的外端的端块160。 端块160适于接合风力涡轮发电机的转子轴65的外端。当固定装置 安装在滑环组件10上时，支起部115的长度117还可导致将端块160 定位在转子的外端附近，使得操作活塞145的击打将接合并且提供反 作用于转子轴165的外端的足够的力以引起滑环组件10的释放。
端块160可包括用本领域内已知的方法与操作活塞145的外端 147机械地连接的本体。端块160还可包括多个从固定装置100的中 心轴线150径向并且轴向地延伸的臂170，其配置有在多个臂170的 每个之间提供径向环绕的空间的切口 180。切口 180可形成大小以避 免阻碍多个转子绕组电缆85从旋转电力机械的转子轴65的外端的端 面延伸。
固定装置IOO还可包括在支起部115上的螺紋上柱185,其通过 在强力背板110中的螺紋轴孔190。 T形操作器195或其他适合的装 置可安装到上柱185以便于将支起部115拧到滑环组件的相应收容点 120上。
图4示出对直的固定装置100以安装到旋转电力机械5的滑环组 件10上。固定装置100的中心轴线150以滑环组件10的转子轴65 的末端为中心。支起部115的螺紋末端119也与在滑环组件10的外 端板25的外表面27上的螺紋收容点120对直。对直端块160以从起 重器140向旋转电力机械的滑环组件10的转子轴65施加力。
图5示出对于起重组件的端块的替代实施例。端块160可包括板 形的端块170以接合风力涡轮发电机的转子轴65的外端。板形端块 170可提供有多个径向切口 175以避免阻碍多个转子绕组电缆85从风力涡轮发电机的转子轴65的外端的端面延伸。
图6示出本发明的另一个实施例。固定装置200可包括强力背板 210、在后面由强力背板210支撑的硬块(solid block) 230。当置于滑 环组件(没有示出)上时，支起部215具有长度L235以建立硬块230 的端面250的安置点。螺紋末端219狞入在滑环组件(没有示出)的 外板的外表面上的收容点中。端面250可包括带有切口的硬金属块或 可包括轴向径向臂，二者都如之前说明的以避免在转子的末端的阻 碍。支起部的上螺紋240穿过在强力背板210中的轴孔245。螺栓260 的操作将导致末端螺丝219接合滑环组件的外端板中的收容点直到末 端螺丝达最低点。螺栓的继续操作将导致硬块230的端面250接合并 且推转子轴(没有示出)的末端直到滑环组件脱开。
图7示出使用发明的固定装置的实施例从旋转电力机械的励i兹机 端移除滑环组件的方法的流程图。步骤针对可包括电连接板和相导体 的滑环组件，以及可包括转子绕组电缆和端板的转子轴。
在步骤310中，使与滑环组件的电连接断开连接。为移除对于转 子绕组电缆的电连接板准备，断开连接可包括将转子绕组电缆连接从 滑环组件的电连接板断开连接。然而，断开连接步骤还可包括使与滑 环组件的任何电连接断开连接，其是对于从旋转电力机械的具体部件 的轴移除滑环组件所要求的。在步骤320中，可移除在滑环组件的末 端的各种不同的阻碍。这样的阻碍包括在滑环组件或转子轴的末端的 任何结构或部件，其可阻止或妨碍固定装置的安装或操作，并且可包 括例如电连接板。电连接板可需要从滑环组件上的导电杆末端松开螺 栓。在步骤330中，固定装置与滑环组件对齐。对齐步骤可包括将支 起部的末端放置在滑环组件的外端板上收容点的附近。在发明的固定 装置的一个实施例中，在外端板外表面上的收容点可包括用于收容关 联的支起部的末端螺丝的螺栓孔。在步骤340中，固定装置与滑环组 件连接。该连接可包括将多个支起部的末端拧入在滑环组件的端板中 对应的螺纟丈孔内。在步骤350中在起重组件上增加液压以从转子轴释放滑环组件。 可在施加到起重组件的压力上设置预定的限制以限制力并且排除对 滑环组件和固定装置的损伤以及确保人员安全。在步骤360中，固定 装置从滑环组件移除。
尽管这里说明了各种不同的实施例，从说明书将意识到其中的元
权利要求
1.一种适用于从ac旋转电力机械(5)的转子轴(65)的外端(70)移除所述旋转电力机械(5)的滑环组件(10)的固定装置(100)；包括多个适于安装所述固定装置(100)到所述滑环组件(10)的支起部(115)；适于向所述转子轴(65)的外端(70)施加分离力的起重组件(105)；以及适于为所述起重组件并且为所述支起部(115)提供背支撑的强力背板(110)。
2. 如权利要求1所述的适用于移除滑环组件(10)的固定装置 (100 )，其中所述多个支起部(115 )固定地接合所述滑环组件(10 )的外端板(25)并且固定地接合所述强力背板(110)以在所述强力 背板(110)和所述滑环组件(10)的所述外端板(25)之间保持预 定的间距。
3. 如权利要求2所述的适用于移除滑环组件(10)的固定装置 (100),其中所述多个支起部(115)在所述强力背板(110)和所述滑环组件(10)的所述外端板(25)之间周向对称分布并且其中所 述多个支起部(115)包括末端螺丝(119)以接合所述滑环组件(10) 的所述外端板(25)的外表面(27)上的对应螺孔(125)。
4. 如权利要求3所述的适用于移除滑环组件(10)的固定装置 (100)，其中所述强力背板(110)包括多个螺紋轴孔(190)以接合所述支起部(115)的对应多个螺紋轴向部分(185)并且其中所述 支起部(115)包括旋转部件(195)以便于将螺紋末端(119)拧入 所述滑环组件(10)的所述端板(25)的所述外表面(27)中。
5. 如权利要求1所述的适于向旋转电力机械(5 )的转子轴(65 ) 的外端(70)施加分离力的起重组件(105),包括液压起重器、气动起重器或电力起重器中至少一个，其中操作活塞(145)沿所述固定装置(100)的中心轴线(150)居中并且其中 所述活塞沿所述中心轴线(150)在远离所述强力背板(110)的方向 上移动。
6. 如权利要求5所述的起重组件(145 )，还包括瓶式起重器。
7. 如权利要求6所述的起重组件(105),还包括在所述操作 活塞(145)的外端的端块(160),其中所述端块(160)适于接合 所述旋转电力机械(5)的所述转子轴(65)的所述外端(70),并 且其中所述端块(160)包括多个切口以避免阻碍电连接(85)从所 述旋转电力机械(5)的所述转子轴(65)的所述外端(70)的端面 延伸。
8. 如权利要求7所述的起重组件(145)，所述端块(160)包括本体；以及多个从所述固定装置(100)的所述中心轴线(150)径向并且轴 向地延伸的臂(170)，其配置有在所述多个臂(170)之间的径向空 间以避免阻碍多个转子绕组电缆(85 )从所述旋转电力机械(5 )的 所述转子轴(65)的所述外端(70)延伸。
9. 如权利要求1所述的适用于从旋转电力机械(5 )的转子轴(65 ) 的外端(70)移除旋转电力机械(5)的滑环组件(10)的固定装置(100),其中所述旋转电力机械(5)包括风力涡轮发电机。
10. —种用于从旋转电力机械(5)的转子轴(65)的外端(70) 移除旋转电力机械(5)的滑环组件(10)的方法，其中所述转子轴(65)的外端(70)包括与所述滑环组件(10)的电连接(85)，所 述方法包括使所述转子电连接(85)从滑环组件(10)断开连接； 移除阻碍(75);将固定装置(100)放置在所述滑环组件(10)上；将所述固定装置(100)与所述滑环组件(10)连接；在起重组件(145)上增加液压以从所述转子轴(65)释放所述 滑环组件(10);以及将所述固定装置(100)从所述滑环组件(10)移除。
全文摘要
用于从旋转电力机械(5)移除滑环组件(10)的装置(100)和方法。为了易于安装和移除，装置(100)直接通过螺栓连接点(120)与滑环组件(100)连接。起重机构(105)提供机械杠杆作用以将滑环组件(10)以对于服务人员和滑环组件(10)可靠和安全的方式从它的热收缩配合安装位置撬开。装置(100)是轻量的和便携的，便于与在该领域中的发电机并且特别地与位于风力涡轮机塔上的风力涡轮发电机一起使用。
文档编号H02K15/00GK101621231SQ200910159428
公开日2010年1月6日 申请日期2009年6月30日 优先权日2008年6月30日
发明者M·G·麦克卢尔, T·W·贾科 申请人:通用电气公司