專利名稱：用于風輪機的鎖緊機構的制作方法
用于風輪機的鎖緊機構 本發(fā)明涉及一種用于風輪機的鎖緊機構，其中驅動系的轉子軸被可轉動地安裝在
風輪機的機器支架上，且轉子軸可與轉子連接。為了能夠對風輪機進行維護，該鎖緊機構 包括鎖緊裝置，特別是具有可動鎖緊螺栓的鎖緊裝置，這使得有可能在轉子或轉子軸與機
器支架之間建立起轉動固定的正連接。為此，可在期望位置(SOLL-Position)自動檢測轉 子軸的轉動位置，以及更進一步地，當已到達所述期望位置時，鎖緊裝置可自動被鎖合。已 被公開的機構還包括至少一臺對驅動系起作用的減速設備，由此可降低轉子和轉子軸的轉 速。這樣的鎖緊機構是必需的，因為在維護期間，出于安全方面的考慮，必須以一適當方式 鎖緊風輪機的轉子和驅動系。為此，在大多數(shù)情形下，將可動安裝在機器支架上的鎖緊螺栓 插在鎖緊墊片的孔內(nèi)，且該鎖緊墊片以可轉動固定的方式與轉子軸連接。在進行該操作時， 轉子和轉子軸以可轉動固定的方式與風輪機的機器支架連接。 DE102004013624A1公開了這樣一種設備，其中鎖緊螺栓可插在鎖緊墊片的孔內(nèi)。 當轉子和與該轉子連接的鎖緊墊片處于期望位置時，這是自動完成的，以使鎖緊螺栓和鎖 緊墊片的孔相互對齊。這里實質性的難題是，很難根據(jù)本發(fā)明和在所述文件中公開的技術 特征，使轉子停在限定的和局部確定的期望位置。 本發(fā)明的一個目的是設計出一種改良的鎖緊機構，該鎖緊機構此外還克服了現(xiàn)有 技術的缺點。特別地，將公開一種設備，該設備可允許使用和考慮不同的影響因素。此外， 本發(fā)明的另一目的是提供一種操作鎖緊機構的方法，特別是一種使轉子軸安全而又精確地 停在確定的期望位置的方法。 根據(jù)本發(fā)明，所述目的是通過主要權利要求1的技術特征實現(xiàn)的，其中提供用于 檢測轉子軸的轉速的傳感器裝置。 一旦已知轉速，通過比較轉子軸的當前位置和期望位置， 本發(fā)明所述機構首次使有可能估計或計算減速設備要求的制動力和/或制動距離，從而使 轉子軸安全、逐漸而又精確地減速，直至停在期望位置。此外，在這一估計中，由于需施加的 減速能量主要相當于傳動系和轉子的全部轉動能量，較少相當于摩擦損失，因而也可使用 質體慣性的轉子或優(yōu)選整個轉動傳動系。 根據(jù)本發(fā)明的一有用實施例，提供用于檢測轉動方向的傳感器裝置。因此，如果轉
子和傳動系沿與風輪機的主要轉動方向相反的方向轉動，也可實現(xiàn)轉子的減速。 可將用于檢測位置、轉速和轉動方向的傳感器裝置，有利地設計成多臺轉子位置
傳感器的形式，特別優(yōu)選借助于兩個轉子位置傳感器。在這里，必須將轉子位置傳感器布置
在轉子軸或鎖緊墊片圓周上的不同位置。可提供另外的用于檢測鎖緊螺栓或鎖緊裝置位置
的傳感器裝置。 根據(jù)本發(fā)明的一實施例，將一減速設備設計成摩擦減速設備，并在電子制動中提
供用于檢測狀態(tài)的傳感器裝置，所述狀態(tài)此外還指啟動力、啟動距離、溫度和/或啟動電
流。驅動系可特別包括具有快速輸出軸和制動盤的傳動裝置，其中快速輸出軸可由減速設
備嚙合。因此，可顯著減小減速設備要求的制動力矩，并由此降低其啟動力。 為提高鎖緊機構的性能，可提供用于檢測快速輸出軸或制動盤的位置和/或轉速
的其他傳感器裝置。因此，在減速過程的估計中可包括由扭轉引起的傳動系的應變和振動。此外，作為附加效果，可控制傳動裝置的性能。 如果提供諸如風速計之類用于檢測風速的傳感器裝置，可使鎖緊機構系統(tǒng)的性能 最優(yōu)化。 由于可根據(jù)轉動葉片的迎角，通過風使轉子氣動加速或減速，所以使用這些數(shù)據(jù) 可估計減速設備的要求制動功率。通過這樣做_作為附加可選項_可按某種方式調(diào)節(jié)轉子 的至少一個轉動葉片的迎角，從而提供氣動減速設備或氣動推進力。由此，可產(chǎn)生影響驅動 系的減速或正加速力矩，從而提供用于檢測迎角的傳感器裝置。 根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，可提供一至少與傳感器裝置連接的控制器，該傳感 器裝置可檢測轉子軸的位置、轉動方向和轉速，以及可選性檢測減速設備的狀態(tài)。根據(jù)本發(fā) 明，該控制器可采集傳感器裝置的數(shù)據(jù)，并進行驅動系減速的估計或計算?？刂破髋c氣動減 速或加速設備連接_這意謂著與轉動葉片的至少一個節(jié)距驅動連接_和/或與基于摩擦的 減速設備連接，并可控制一或兩臺減速設備，以進行轉子的減速，直至其停在確定的期望位 置。為此，如果將控制器另外與下列傳感器裝置中的至少一臺連接，將是有利的用于檢測 鎖緊裝置_即各個鎖緊螺栓_位置的傳感器裝置，用于檢測摩擦減速設備狀態(tài)的傳感器裝 置，用于檢測快速輸出軸或制動盤的位置和/或轉速的傳感器裝置，用于檢測風速的傳感 器裝置，以及用于檢測至少一個轉動葉片的迎角的傳感器裝置。 在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)，還公開了一種風輪機，該風輪機包括被可轉動地安裝在 塔上的機器房，且還包括前述實施例所述的機器支架和鎖緊機構，并完全或部分實現(xiàn)了其 技術特征。 在本發(fā)明的文件內(nèi)，公開了一種用于操作風輪機的鎖緊機構的方法。該方法包括 以下步驟檢測風輪機轉子軸的位置、轉動方向和轉速；比較轉子軸的當前位置與轉子軸 的期望位置；以及控制至少一臺減速設備，以使轉子軸減速，直至其停在期望位置。在進行 這些操作時，可另外檢測減速設備的狀態(tài)。詳細而言，可檢測電流與轉子軸期望位置之間的 差值，并根據(jù)驅動系的當前轉速、實際風速和轉動件的質體慣性，確定和調(diào)節(jié)減速設備的制 動力，或優(yōu)選確定和調(diào)節(jié)減速設備的啟動力，以將轉子軸停在精確的期望位置。另外地和同 時，在檢測風速后，可通過調(diào)節(jié)至少一個轉動葉片的迎角，起動用于支承摩擦減速設備的氣 動減速設備，以使該轉動葉片產(chǎn)生使轉軸減速的力矩。 由此以及通過借助于一或多個轉動葉片使轉子加速，可鎖緊自由惰行的風輪機轉 子，從而借助于上述方法之一，使轉子停在期望位置。在本文件中，有可能例如借助于手輪、 電子馬達或其他推進裝置，將附加轉動耦合到傳動系中。 在本發(fā)明所述方法的保護范圍內(nèi)，合理的做法可以是至少一次自動使轉子軸或快 速輸出軸減速，直至其在到達轉子軸的期望位置前停止。特別地，至少部分借助于交替開始 和停止轉子軸或快速輸出軸的運動，到達期望位置。在進行該操作時，轉子和轉子軸按小而 又受控的步驟，緩慢接近期望位置。 在借助于摩擦減速設備和/或氣動制動裝置將轉子和轉子軸置于期望位置后，以 及當由控制器100檢測轉子軸5的期望位置時，諸如鎖緊螺栓的鎖緊裝置以某種方式被鎖 合，以使轉子軸通過正連接以可轉動固定的方式與機器支架連接。 不應將所給出的方法步驟理解為具有限制性。事實上，更合理的方法步驟可拓展 和改進本發(fā)明所述的方法。
將在對附圖的說明中公開本發(fā)明的更多細節(jié)。


圖1為風輪機機器支架第一實施例的仰視透視圖； 圖2為圖1中機器支架的另一視圖； 圖3為圖1中機器支架的正視圖； 圖4為圖1中機器支架的側視圖； 圖5為圖1中鎖緊機構的示意圖；以及 圖6為傳感器裝置、控制器和執(zhí)行元件的裝配方框圖。 圖1至圖4為本發(fā)明一實施例的不同視圖。鎖緊機構1在風輪機的驅動系2與機 器支架3之間工作，該風輪機在這些圖中未全部顯示。機器房包括機器支架3，并通過方位 角被可轉動地安裝在塔上，該塔和該方位角均未在這些圖中顯示。機器支架3上的孔4適 于接收方位驅動，這些方位驅動與可轉動固定的方位角齒緣配合，提供機器房的偏航控制。
在這些圖中顯示驅動系2的必要元件，其中轉子軸5通過轉子軸承9和傳動裝置 10可繞著轉軸6轉動地被安裝在機器支架3上。在下文中，風輪機轉子的轉軸6將根據(jù)幾 何規(guī)格被用作參考系統(tǒng)。傳動裝置10用于將具有低轉速和高力矩的轉子軸5的輸入轉動 7，轉換為具有低力矩和更高轉速的輸出轉動12。出于電氣制造目的，該輸出轉動12可通過 快速輸出軸ll傳輸?shù)桨l(fā)電機，該發(fā)電機未在圖中顯示。由此，傳動裝置10可用作轉子軸5 的扭矩支承，且傳動裝置10的機架通過軸承座由機器支架3支承，該軸承座未在圖中顯示。
在轉子軸5上提供軸法蘭8，且轉子的轉子轂借助于多個螺釘在轉子軸5上具有可 連接性，轉子的轉子轂未在圖中顯示。緊鄰軸法蘭8安裝有鎖緊裝置13的鎖緊墊片14，該 鎖緊墊片以可轉動固定的方式與轉子軸5連接。鎖緊墊片14包括多個軸向對齊的孔15， 且-為了便于置換-被設計成兩個部分。除具有孔15的鎖緊墊片14外，鎖緊裝置13還包 括鎖緊螺栓16，該鎖緊螺栓16以軸向可滑動方式安裝在位于機器支架2上的螺栓導管17 中。在被鎖狀態(tài)下，在某種程度上，相當大的力例如由于陣風，通過鎖緊螺栓16和螺栓導管 17被傳輸?shù)綑C器支架2。因此，加固件18被安裝在螺栓導管17區(qū)域中的機器支架3上。鎖 緊螺栓5優(yōu)選被機電啟動。這與液壓啟動相比的益處是啟動液體_例如油_不會意外泄漏 到機器房內(nèi)。 傳動裝置4的快速輸出軸11可由摩擦減速設備19嚙合。該摩擦減速設備19包 括沿軸向環(huán)繞制動盤9的制動卡鉗21。該制動卡鉗21可被機電拉伸_借助于電動機_且 啟動力可被調(diào)節(jié)。由于電動機的電流和扭矩相互間成已知的比例，所以通過檢測電動機的 電流，可得出關于啟動力的結論。也可使用其他測量方法和測量元件測量啟動力。
根據(jù)圖1至圖4中所示的實施例，在轉子軸承9鄰近安裝有傳感器裝置IOI，該傳 感器裝置101被設計成整體式速度傳感器101。該傳感器借助于由傳感器元件22產(chǎn)生的 與轉動成比例的信號，可檢測轉子軸5的位置、轉動方向和速度，傳感器元件22以轉動固定 的方式與轉子軸連接。 一些幾何性或磁性變化22可沿圓周分布在軸法蘭8或鎖緊墊片14 上。為此，該傳感器裝置101可被設計成磁傳感器IOI，該磁傳感器101可檢測磁場的轉動 比例波動，并輸出與磁場波動成比例的電壓。 在圖5中顯示一稍有不同的實施例，其中用于測量轉速的傳感器裝置101被設計成位置101和102的合作式傳感器，且位置101和102相互間具有固定的角距離。此外，借 助于圖5中的示意圖和圖6中的方框圖，可概要說明鎖緊機構1的運行情況。傳感器裝置 101和102可實現(xiàn)對轉子軸5的轉動方向、位置和轉速的檢測，且傳感器裝置103提供鎖緊 裝置13的當前位置和狀態(tài)。借助于傳感器裝置104，可檢測快速輸出軸11或制動盤20的 轉速。制動盤20和鎖緊墊片14通過驅動系2構成幾何性交互式結構。該交互式結構是由 虛線表示的。因此，也可借助于在摩擦減速設備19上的速度傳感器104，確定轉子軸5的轉 速。測量快速輸出軸處的速度和位置可使測量數(shù)據(jù)各自具有更高的精度。
在圖6中，傳感器裝置105由一方框表示，該方框代表安裝在機器房上的風速計 105。對于以受控方式使轉子減速和鎖緊，推動風輪機轉子的風的速度是一重要因素。這就 是為什么當轉動葉片相對于風以減速方式傾斜時，風速主要影響氣動減速設備24運行的 原因。在進行該操作時，可借助于節(jié)距驅動，調(diào)節(jié)轉動葉片的迎角23，以產(chǎn)生阻止當前轉動 7的轉子力矩。此外，控制器100與被設計成角度敏感元件的傳感器裝置106連接，以測得 迎角23。 不同傳感器裝置101、102、103、104、105和106的傳感器信號被一同輸入控制器 100中。通過使用所述信號，控制器100控制各個組件，特別是氣動減速或加速設備24和摩 擦減速設備19，以將轉子軸置于鎖緊位置，并使它停在那里。 一旦轉子軸處于期望位置，控 制器100可借助于鎖緊裝置13，控制風輪機的鎖緊狀況。
風輪機的鎖緊程序可詳述如下 如果通過操作員或其他初始化過程使轉子鎖緊，控制器100則將采集和評估傳感 器裝置101、102、103、104、105和106的信號。根據(jù)轉子和轉子軸5的當前位置、轉動方向 和轉速，以及根據(jù)轉動葉片和風速的迎角23，控制器100計算加速和減速策略，以使轉子減 速進入期望位置。如果風輪機由于低風速發(fā)生自由惰行，應首先借助于轉動葉片的有利迎 角23，使轉子和轉子軸5進入轉動狀態(tài)。在已比較轉子軸5的期望位置與實際位置后，可由 控制器100起動摩擦減速設備19和氣動減速設備24。借助于對轉子位置的反復觀測，以及 通過控制減速設備19和24-也有可能通過估計減速過程_使轉子軸停在期望位置。在進 行該操作時，也可對摩擦減速設備19的啟動力分別進行控制和調(diào)節(jié)?？砂茨撤N快速和精確 的方式，控制可被機電啟動的摩擦減速設備19，以使在某些情況下，在到達轉子軸5的期望 位置前不久，轉子軸5或輸出軸11的連續(xù)轉動7或12轉化成非常精確的粘滑轉動。在該 過程中，為了一旦到達期望位置時，能夠完全而又長久地減速，控制器100和驅動系2以步 進方式接近期望位置。這種交替開始和停止轉子軸5和/或制動盤20或優(yōu)選輸出軸11的 運動，使得精確接近期望位置首次成為可能。此外，通過這樣操作，可使用驅動系2或優(yōu)選 傳動裝置10的彈性，以使轉子和轉子軸5不斷接近期望位置，而輸出軸11進行交替的開始 和停止運動。 如果鎖緊墊片14的孔15與鎖緊螺栓16對齊，且如果轉子軸5處于期望位置，控 制器100通過起動鎖緊裝置13，開始實際的鎖緊過程。特別是鎖緊螺栓100被移出螺栓導 管17，且被插在鎖緊墊片14的孔15內(nèi)，第一個與螺栓導管17對齊。借助于傳感器裝置103 檢查鎖緊裝置13的位置，且如果鎖緊機構1有效地阻塞和鎖緊轉子5，則控制器100向接口 107傳輸單獨的信號。該接口 107可通過例如光或聲信號，直接與操作員通信，或將信號傳 輸給其他控制器。
不應將上述實施例中公開的技術特征組合理解為是對本發(fā)明的限制性說明。事實 上，不同實施例的技術特征也可相互組合。參考編號列表1鎖緊機構18加固件2驅動系19減速設備3機器支架20制動盤4孔21制動卡鉗5轉子軸22傳感器元件6轉軸23迎角7轉動24減速設備或加速裝置8軸法蘭100控制器9轉子軸承101傳感器裝置10傳動裝置102傳感器裝置11輸出軸103傳感器裝置12轉動104傳感器裝置13鎖緊裝置105傳感器裝置14鎖緊墊片106傳感器裝置15孔107接口16鎖緊螺栓17螺栓導管
權利要求
一種用于風輪機的鎖緊機構，其中-驅動系的轉子軸被可轉動地安裝在所述風輪機的機器支架上；-所述轉子軸可與轉子連接；-提供鎖緊裝置，該鎖緊裝置使有可能在所述轉子軸與所述機器支架之間建立起轉動固定的正連接；-可在期望位置自動檢測所述轉子軸的轉動位置；-當已到達所述期望位置時，所述鎖緊裝置可自動鎖合；以及-包括至少一臺作用于所述驅動系的減速設備；其特征在于提供用于檢測所述轉子軸(5)轉速的傳感器裝置(101，102，104)。
2. 根據(jù)權利權利要求1所述的鎖緊機構，其特征在于提供用于檢測轉動方向的傳感 器裝置(101， 102， 104)。
3. 根據(jù)權利要求1和2所述的鎖緊機構，其特征在于用于檢測位置、轉速和轉動方向 的所述傳感器裝置(101,102)包括多臺轉子位置傳感器(101，102)，特別是兩臺轉子位置 傳感器(101,102)。
4. 根據(jù)前述權利要求中的一或幾個所述的鎖緊機構，其特征在于所述鎖緊裝置 (13)包括可滑動的鎖緊螺栓(16)，且提供用于檢測所述鎖緊螺栓(16)位置的傳感器裝置 (103)。
5. 根據(jù)前述權利要求中的一或幾個所述的鎖緊機構，其特征在于所述減速設備(19) 被設計成摩擦減速設備(19)，且提供用于檢測所述摩擦減速設備(19)狀態(tài)的傳感器裝置。
6. 根據(jù)權利要求5所述的鎖緊機構，其特征在于所述驅動系(2)包括具有快速輸出 軸(11)的傳動裝置(10)、以及適于由所述減速設備(19)嚙合的制動盤(20)。
7. 根據(jù)權利要求6所述的鎖緊機構，其特征在于提供用于檢測所述快速輸出軸(11) 或所述制動盤(20)的位置和/或轉速的傳感器裝置(104)。
8. 根據(jù)前述權利要求中的一或幾個所述的鎖緊機構，其特征在于提供用于檢測風速 的傳感器裝置(105)。
9. 根據(jù)前述權利要求中的一或幾個所述的鎖緊機構，其特征在于至少一個所述轉動 葉片的迎角是可變的，且提供用于檢測所述迎角(23)的傳感器裝置(106)。
10. 根據(jù)前述權利要求中的一或幾個所述的鎖緊機構，其特征在于提供控制器 (IOO)，該控制器(100)至少與所述傳感器裝置(101， 102， 103， 104)連接，用于檢測所述轉 子軸(5)的位置、轉動方向和轉速以及所述減速設備(19)的狀態(tài)。
11. 根據(jù)權利要求10所述的鎖緊機構，其特征在于所述控制器(100)借助于所述傳 感器裝置(101，102，103，104，105，106)，以如此的方式控制至少一臺減速設備(19，24)，以 至于將所述轉子軸(5)減速到完全停在所述期望位置。
12. —種具有被可轉動地安裝在塔上的機器房的風輪機，其特征在于所述機器房包 括機器支架(3)，且該機器支架(3)具有前述權利要求中的一或幾個所述的鎖緊機構(1)。
13. —種用于操作風輪機鎖緊機構的方法，其特征在于包括下列步驟 -檢測所述風輪機的轉子軸(5)的位置、轉動方向和轉速；-比較所述轉子軸(5)的所述位置與所述轉子軸(5)的期望位置；以及-控制至少一臺所述減速設備(19，24)，以使所述轉子軸(5)減速，直至完全停在所述期望位置。
14. 根據(jù)權利要求13所述的方法，其特征在于檢測所述減速設備(19，23)的狀態(tài)。
15. 根據(jù)權利要求13或14所述的方法，其特征在于包括下列步驟 -檢測風速；以及-調(diào)節(jié)至少一個轉動葉片的迎角(23)，以產(chǎn)生作用于所述驅動系(2)上的減速或加速 力矩。
16. 根據(jù)權利要求14或15所述的方法，其特征在于包括有鎖緊螺栓(16)的鎖緊裝 置(13)以如此的方式被鎖合，以至于當由控制器(100)檢測所述轉子軸(5)的所述期望位 置時，所述轉子軸(5)借助于正連接，以可轉動固定的方式與所述機器支架連接。
17. 根據(jù)前述權利要求13至16中的一或幾個所述的方法，其特征在于在到達所述轉 子軸(5)的所述期望位置前，所述轉子軸(5)或快速輸出軸(11)被減速，至少直至停止。
18. 根據(jù)權利要求17所述的方法，其特征在于至少部分通過所述轉子軸(5)或所述 快速輸出軸(11)的交替開始和停止運動到達所述期望位置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于風輪機的鎖緊機構，其中驅動系的轉子軸被可轉動地安裝在風輪機的機器支架上，且轉子軸可與轉子連接。為了能夠對風輪機進行維護，該鎖緊機構包括鎖緊裝置，特別是具有可動鎖緊螺栓的鎖緊裝置，這使得有可能在轉子或轉子軸與機器支架之間建立起轉動固定的正連接。為此，可在期望位置自動檢測轉子軸的轉動位置，當已到達所述期望位置時，鎖緊裝置可自動被鎖合。已被公開的機構還包括至少一臺對驅動系起作用的減速設備，由此可降低轉子和轉子軸的轉速。本發(fā)明的一個目的是設計出一種改良的鎖緊機構，該鎖緊機構此外還克服了現(xiàn)有技術的缺點。所述目的是通過主要權利要求1的技術特征實現(xiàn)的，其中提供用于檢測轉子軸的轉速的傳感器裝置。一旦已知轉速，通過比較轉子軸的當前位置和期望位置，本發(fā)明所述機構首次使有可能估計或計算減速設備要求的制動力和/或制動距離，從而使轉子軸安全、逐漸而又精確地減速，直至停在期望位置。
文檔編號F03D7/02GK101720388SQ200880020707
公開日2010年6月2日 申請日期2008年6月11日 優(yōu)先權日2007年6月18日
發(fā)明者喬奇·佩赫黎范諾格洛, 于爾根·瓦格納 申請人:蘇司蘭能源有限公司