專利名稱：新型軸承箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)輪機。此外，本發(fā)明涉及風(fēng)輪機的負(fù)荷傳送元件。具體而言，本發(fā)明涉及軸承箱、主機架和風(fēng)輪機。
背景技術(shù)：
風(fēng)輪機提供可轉(zhuǎn)換成電能并用于實用電網(wǎng)的主要能源。通過驅(qū)動發(fā)電機(通常為 AC感應(yīng)發(fā)電機)，在風(fēng)輪機中實現(xiàn)風(fēng)能到電能的轉(zhuǎn)換。近來，在環(huán)境安全和相對廉價的可轉(zhuǎn)換能源方面，風(fēng)輪機受到了更多的關(guān)注。隨著這種增長的關(guān)注，對研發(fā)可靠、有效以及增加了實用性的風(fēng)輪機已經(jīng)進行了相當(dāng)多的努力?？墒?，在高風(fēng)速方面或?qū)τ诖蟮娘L(fēng)輪機而言，轉(zhuǎn)子從風(fēng)獲取的能量可產(chǎn)生作用在機械元件上的大負(fù)荷。將負(fù)荷傳送給塔架所必須的所有元件承受這些大的負(fù)荷。因此，象軸承箱和主機架的元件需要具有足夠的強度?，F(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)一般增加承受這些負(fù)荷的材料量。而這被認(rèn)為是一種不適合的方法。增加材料的強度，例如也帶來了增加重量的不利之處。因此，需要改善各個元件。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，用于容納風(fēng)輪機的轉(zhuǎn)子軸的軸承箱包括用于使所述軸承箱與所述風(fēng)輪機的主機架連接的一法蘭；所述法蘭具有要被附接在所述主機架上的一連接表面，在從所述軸承箱的頂部觀察時，所述連接表面的至少一部分位于所述轉(zhuǎn)子軸下面。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，用于容納風(fēng)輪機的轉(zhuǎn)子軸的軸承箱包括用于使所述軸承箱與所述風(fēng)輪機的主機架連接的一法蘭；所述法蘭具有可以由一平面平均的一連接表面，所述平面相對于所述轉(zhuǎn)子軸的軸線傾斜至少20°角。根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)輪機包括定義ζ軸的一塔架；一轉(zhuǎn)子；定義χ軸的一轉(zhuǎn)子軸，所述轉(zhuǎn)子軸的軸線位于y-位置y。并且轉(zhuǎn)子軸具有半徑r ；一主機架；容納所述轉(zhuǎn)子軸的一軸承箱，所述軸承箱包括用于連接所述軸承箱和所述主機架的一法蘭；其中所述法蘭包括部分位于所述轉(zhuǎn)子軸下面的Z位置并同時位于ys — r和ys+r之間的y位置的一連接表面。根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)輪機的主機架包括一法蘭，其具有用于連接所述主機架和所述風(fēng)輪機的軸承箱的一與軸承箱匹配的連接表面，其中在從頂部觀察時，所述與軸承箱匹配的連接表面的至少一部分位于一轉(zhuǎn)子軸下面。本發(fā)明的其他優(yōu)勢、特征、方面和細節(jié)在從屬權(quán)利要求、說明書和附圖中是顯而易見的。根據(jù)主題發(fā)明的一個方面，提供一用于容納風(fēng)輪機的轉(zhuǎn)子軸的軸承箱。所述軸承箱包括用于使軸承箱與風(fēng)輪機的主機架連接的一法蘭(flange)。所述法蘭具有將軸承箱附接在主機架上的一連接表面。其中，當(dāng)從軸承箱的頂面觀察時，連接表面的至少一部分位于轉(zhuǎn)子軸所處位置的下方。根據(jù)另一方面，軸承箱的法蘭具有可以由一平面平均的一連接表面。連接表面的平面相對于轉(zhuǎn)子軸的軸線傾斜至少20°角。一般，所述角在35°和65°之間。在較大負(fù)荷作用在風(fēng)輪機的轉(zhuǎn)子軸上時，這些負(fù)荷由轉(zhuǎn)子軸的軸承所接收并被傳送至軸承箱。為了避免常規(guī)使用的單獨的(singular)負(fù)荷傳送點，提供上述的軸承箱的法蘭。因此，負(fù)荷被更有效地傳送至塔架，并減少了通過使用更多材料補償增加負(fù)荷的必要性。這點可通過新的設(shè)計予以實現(xiàn)。利用上述方面，能夠綜合幾個優(yōu)勢。一方面，軸承箱的布局可以與主機架體的布局連續(xù)。這可用于改善元件之間的負(fù)荷傳送。另一方面，構(gòu)造所述法蘭，以減小元件之間的剪切速率以及使得軸承箱和主機架可以分開。這樣有利于制造、 運輸和組裝。因此，通過傾斜法蘭表面能夠?qū)?gòu)造方面和負(fù)荷分布方面結(jié)合起來。根據(jù)另一方面，軸承箱基本上被鑄造成單個元件。因此，在軸承箱主體中不引入非必要壓力的情況下，能夠制造出使負(fù)荷傳送最優(yōu)的形狀。根據(jù)另一方面，提供了一容納風(fēng)輪機的轉(zhuǎn)子軸的軸承箱。所述軸承箱包括用于連接軸承箱和風(fēng)輪機的主機架的一法蘭。所述法蘭具有將軸承箱附接在主機架上的一連接表面。所述軸承箱的法蘭包括具有曲度的部分。該方面同樣能夠?qū)崿F(xiàn)改善對主機架的負(fù)荷傳送的更大連接表面面積。根據(jù)另一方面，所述軸承箱適于容納兩個軸承。一般，這些軸承為一定位軸承和一浮動軸承。在一個箱體內(nèi)共有兩個軸承可得到緊湊的風(fēng)輪機設(shè)計。根據(jù)另一方面，對于IMW和4MW范圍內(nèi)的風(fēng)輪機，法蘭具有垂直于連接表面的小于 120mm的厚度。一般，該厚度處于60mm和WOmm之間。減少作用在單獨的負(fù)荷傳送點上的負(fù)荷，可實現(xiàn)降低的材料強度。因此，能夠減少元件重量。根據(jù)另一方面，提供了一主機架，其包括用于連接主機架和軸承箱的一法蘭。所述主機架的法蘭被構(gòu)造成符合以上就軸承箱而描述的任意特征。根據(jù)另一方面，提供了一風(fēng)輪機，其包括定義ζ軸的一塔架、一轉(zhuǎn)予以及定義χ軸的一轉(zhuǎn)子軸。轉(zhuǎn)子軸的軸線位于y位置ys而轉(zhuǎn)子軸具有半徑r。此外，還包括一主機架和容納轉(zhuǎn)子軸的一軸承箱。軸承箱包括用于連接軸承箱和主機架的一法蘭。其中，法蘭包括部分位于轉(zhuǎn)子軸下面的Z位置并同時位于ys — r和ys+r之間y位置的一連接表面。根據(jù)另一方面，風(fēng)輪機包括以上就風(fēng)輪機的軸承箱而描述的任意特征。本發(fā)明也涉及制造上述設(shè)備的方法。該方法包括制造所述設(shè)備每個特征的方法步馬聚ο


在說明書的以下部分中，參照附圖，更具體地描述了本發(fā)明的全部和使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的公開內(nèi)容，其中包括本發(fā)明的最佳實施例，在所述附圖中 圖Ia示出了本發(fā)明一個實施例的示意性側(cè)視圖； 圖Ib示出了圖Ia中實施例的軸承箱的齒輪箱一側(cè)觀察到的視圖； 圖2示出了本發(fā)明另一實施例的示意性測視圖3示出了本發(fā)明另一實施例的側(cè)視圖，其中軸承箱與相應(yīng)的主機架相連 圖4示出了軸承箱另一實施例的示意性側(cè)視圖； 圖5示出了軸承箱中法蘭的連接表面的三維視圖； 圖6示出了風(fēng)輪機的結(jié)構(gòu)。
具體實施方式
現(xiàn)詳細地參照本發(fā)明的各個實施例，在所述圖中示出了實施例的一個或多個示例。在以下說明和圖中，相同的標(biāo)號指代類似的元件。通過本發(fā)明的說明提供各個示例，并且每個示例不能認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。例如，作為一個實施例一部分予以說明或描述的特征，可用于其他實施例或與其結(jié)合進而又產(chǎn)生另一實施例。這意指本發(fā)明包括這樣的修改和變化。圖Ia和Ib示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的軸承箱10。圖Ia為軸承箱的示意性側(cè)視圖，而圖Ib為從圖Ia中示出的平面A-A觀察到的視圖。軸承箱包括鑄鐵主體11。此外，軸承箱包括用于容納風(fēng)輪機的轉(zhuǎn)子軸的開口 15。 標(biāo)號13表示轉(zhuǎn)子軸的軸線。主體11被形成為能夠改善所獲得的負(fù)荷經(jīng)由轉(zhuǎn)子軸向主機架的傳送。經(jīng)由法蘭 12將負(fù)荷傳送至主機架。如圖Ib所示，法蘭12的表面以彎曲形狀從轉(zhuǎn)子軸開口左側(cè)伸到轉(zhuǎn)子軸右側(cè)。因此，法蘭12彎曲于轉(zhuǎn)子軸開口 1 5的下方。法蘭的彎曲部分具有至少500mm的半徑，一般為1200mm和2000mm之間。當(dāng)從軸承箱的頂部觀察時，法蘭12的形狀包括位于轉(zhuǎn)子軸下面的部分。法蘭12被形成為單件(one piece)，以便增加連接表面面積。由于增加了表面面積，使得法蘭上的負(fù)荷減少。負(fù)荷被有效地傳送至主機架，這將參照圖3更詳細地說明?，F(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)一般在轉(zhuǎn)子軸的每一側(cè)具有一個或兩個法蘭；法蘭用于連接軸承箱和主機架。因此，分立的和局部的點需要能夠傳送負(fù)荷。分立點處的負(fù)荷分布需要增加材料強度，尤其是對于產(chǎn)生幾兆瓦特功率的風(fēng)輪機。如圖Ia和Ib所示，軸承箱10的法蘭1 2的連接表面的放大區(qū)域，具有將負(fù)荷傳送給風(fēng)輪機主機架的改進特性。因此，法蘭厚度d可降至70和90mm之間的一值。連接表面的面積可以增加，這并不限于特殊實施例。一般，該面積至少為1.5 IIf。 艮口，作為示例，所述面積可以在2 m2和4 m2之間。從圖Ia和Ib中可進一步看出，轉(zhuǎn)子停止件(stop body) 14直接與軸承箱10的主體11相連。轉(zhuǎn)子停止件14用于引導(dǎo)停止裝置在轉(zhuǎn)子不應(yīng)旋轉(zhuǎn)的情況下卡住轉(zhuǎn)子。例如， 這可以是在維護或保養(yǎng)中風(fēng)輪機處于停用狀態(tài)的情況。在該實施例中，如圖Ia和Ib所示， 轉(zhuǎn)子停止件14和軸承箱主體被澆鑄成一個單件?？墒?，轉(zhuǎn)子停止件也可安裝在軸承箱上。從圖2所示的實施例中可看出其他細節(jié)。其中示出了與圖Ia中軸承箱相當(dāng)?shù)妮S承箱1 0。以下說明圖2和圖Ia比較的區(qū)別。圖2示出了包括在軸承箱1 0內(nèi)的兩個軸承。定位軸承21和浮動軸承22兩者托住轉(zhuǎn)子軸。將定位軸承和浮動軸承都置于軸承箱內(nèi)，可在齒輪箱內(nèi)免去軸承。因此，一個箱體內(nèi)緊密置于一起(Im至an左右)的兩個軸承占用更少的空間。這得到了風(fēng)輪機艙的更緊湊設(shè)計的選擇方案。同樣可以不限于特殊實施例而被運用的圖2中所示的其他細節(jié)是組裝和維護開口 23。軸承箱主體11被鑄造成為具有一開口 23，以便在組裝或者維護過程中能夠更方便地接近容納于軸承箱中的軸承和轉(zhuǎn)子軸。以下將參照圖3。其中，示出了被連接到主機架30的軸承箱10。軸承箱10包括軸承箱主體11和法蘭12。此外，還包括轉(zhuǎn)子停止件14。轉(zhuǎn)子軸33位于軸承箱中。
軸承箱的法蘭12與主機架的相應(yīng)的法蘭32相連。主機架體31被成形為同樣平穩(wěn)地將由于風(fēng)而獲取的負(fù)荷傳送至塔架。軸承箱主體11與主機架體一起限定一種布局。這種布局對于將負(fù)荷傳送至塔頭(tower head)是最佳的，所述塔頭在塔頭法蘭35處與主機架相連。主機架體31和軸承箱主體11的分開，以及其它因素，帶來了以下優(yōu)點。首先，能夠更容易地制造這兩個鑄鐵元件。其次，能夠更容易地運輸單獨元件。第三，可簡化風(fēng)輪機的組裝和維護。然而，對于小風(fēng)輪機而言，軸承箱和主機架可以鑄造成單件。從而，可以減少對負(fù)荷傳送的干擾。圖3中所示的組裝裝置34用于將風(fēng)輪機的齒輪箱組裝到主機架上。進而，作用在齒輪箱上的橫向力也可被主機架獲取。因此，所有力或負(fù)荷(例如通過轉(zhuǎn)子軸33所傳送的) 可通過法蘭35被傳送至塔頭。圖4中示出了另一實施例。以下說明該軸承箱與圖2的比較的差別。圖4的軸承箱10具有包括兩個區(qū)段1 和12b的法蘭。這些區(qū)段具有偏移量。為了以簡單的方式確定該分段法蘭的特征，可以使用一平均平面。該平面在圖4中用標(biāo)號41予以表示。在圖5中可更詳細地觀察法蘭12和連接表面。圖5示出了從法蘭12底部觀察的三維視圖。軸承箱的法蘭具有在下文予以說明的連接表面。一方面，法蘭12包括一個曲面 51。另一方面，連接表面包括兩個朝向曲面51內(nèi)側(cè)區(qū)域的兩個臂狀連接表面52。在該實施例中，法蘭的連接表面是連續(xù)的。也就是說，法蘭的連接表面和對應(yīng)法蘭的連接表面之間的接觸是連續(xù)的。因此，連續(xù)連接表面的這個發(fā)明性方面應(yīng)理解為由于凹槽或凹口相對較小而包含微小的不連續(xù)。這種連續(xù)表面整體上應(yīng)該為準(zhǔn)連續(xù)的。具有連續(xù)表面的法蘭的所有區(qū)域具有一或兩排用于緊固裝置的開口。類似銷或鉚釘?shù)鹊倪m合的緊固裝置，可穿過這些開口以及軸承箱法蘭的對應(yīng)部分(coimterpiece)中的相應(yīng)開口。所述對應(yīng)部分可以是主機架的法蘭。連接表面51的彎曲部分具有布置在彎曲曲線上的、用于緊固裝置的開口。該曲線具有至少500mm的半徑。圖5示出了典型的三轉(zhuǎn)子葉片齒輪風(fēng)輪機，其可以使用上述軸承箱?？墒牵S承箱可集成在任意水平轉(zhuǎn)子軸的風(fēng)輪機中。所述風(fēng)輪機包括設(shè)置在由基座支撐的塔架100上的艙102。艙102容納用于將轉(zhuǎn)子106的旋轉(zhuǎn)傳動給發(fā)電機114的驅(qū)動軸118的驅(qū)動鏈。驅(qū)動鏈包括將轉(zhuǎn)子106連接至齒輪箱112以便增加發(fā)電機114的驅(qū)動軸118旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子軸1 04。驅(qū)動軸118通常稱作高速軸而轉(zhuǎn)子軸104公知為低速軸。轉(zhuǎn)子軸104與轉(zhuǎn)子的轂108 相連，所述轂通常支撐三個轉(zhuǎn)子葉片110。齒輪箱可有選擇地被省去，以直接使轉(zhuǎn)子1 06和發(fā)電機114相連。這種構(gòu)造公知為直接驅(qū)動發(fā)電機。發(fā)電機114通過使用了諸如頻率轉(zhuǎn)換器和/或變壓器之類的電力裝置的電網(wǎng)連接器126經(jīng)由電纜IM被送入電網(wǎng)。電能也可直接由消費裝置直接消耗，而不被送入公共電網(wǎng)。在圖6中，示出了由塔架定義的ζ軸。由轉(zhuǎn)子軸定義的χ軸基本上垂直于ζ軸。 艮口，塔架(Z軸)和轉(zhuǎn)子軸(X軸)之間的夾角在90°和100°之間。y_軸垂直于X-Z平面。以下按照這些坐標(biāo)系說明軸承箱1 0。如果轉(zhuǎn)子軸的軸線位于y_位置0并且轉(zhuǎn)子軸具有半徑 r,則軸承箱的法蘭至少部分地位于轉(zhuǎn)子軸下方的Z-位置。同樣的部件位于_r和r之間的 y-位置。
當(dāng)進入的空氣流116使轉(zhuǎn)子106轉(zhuǎn)動時，風(fēng)的動能被轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子106的旋轉(zhuǎn)能并通過驅(qū)動鏈傳送給發(fā)電機，該發(fā)電機最后將旋轉(zhuǎn)能轉(zhuǎn)換成電能。風(fēng)輪機的效能依賴于很多參數(shù)，其包括艙的取向，或具體地說，包括轉(zhuǎn)子平面相對于氣流方向的位置。這一般由平擺驅(qū)動器(yaw drive)或方位驅(qū)動器所控制，其將艙定向為朝向風(fēng)。在現(xiàn)代風(fēng)輪機中，平擺驅(qū)動器由電學(xué)元件和機械元件構(gòu)成。具體而言，電的高速驅(qū)動馬達通過齒輪減速器而被耦接，所述齒輪減速器具有與大齒輪嚙合的驅(qū)動小齒輪。通常，電驅(qū)動馬達、齒輪減速器和驅(qū)動小齒輪都安裝在艙的臺板(bedplate)上，而大齒輪被固定在塔架100上。為了控制平擺驅(qū)動器，使用了能夠測量風(fēng)向的測風(fēng)傳感器。類似的構(gòu)造適用于用于調(diào)節(jié)各個轉(zhuǎn)子葉片106的傾斜(pitch)的葉片傾斜驅(qū)動器107。這同樣顯著地影響風(fēng)輪機的效率。對于上述的三轉(zhuǎn)子葉片的風(fēng)輪機，葉片傾斜系統(tǒng)包括三個葉片傾斜驅(qū)動器和三個功率控制器。一般，功率控制模塊被設(shè)置在轂內(nèi)、葉片傾斜驅(qū)動器的附近。除傳送給發(fā)電機并被轉(zhuǎn)換成電能的旋轉(zhuǎn)能外，還有其他負(fù)荷和力作用于系統(tǒng)上。 作用在轉(zhuǎn)子軸1 04上的負(fù)荷和力經(jīng)過軸承傳入軸承箱。負(fù)荷經(jīng)過塔頭傳入塔架和基座 128。負(fù)荷傳送需要足夠材料強度的元件。因此，需要對單獨元件之間的連接法蘭予以關(guān)注。 已經(jīng)參照圖Ia至圖3詳細描述的軸承箱10和主機架30及其法蘭能夠?qū)崿F(xiàn)最佳的負(fù)荷傳送。因此，盡管已經(jīng)詳細描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解在不背離所附權(quán)利要求的精神和范圍的情況下可在本發(fā)明中進行各種修改。標(biāo)號列表 10軸承箱
11軸承箱主體
12法蘭(軸承箱)
13軸子軸的軸線
14軸子停止件
15轉(zhuǎn)子軸開口
21第一軸承
22第二軸承
23組裝/維護開口
30主機架
31主機架體
32主機架法蘭
33轉(zhuǎn)子軸
34齒輪箱組裝裝置
35用于塔頭的主機架法蘭
41連接表面的平均平面
51彎曲的連接表面
52臂狀連接表面
53用于緊固裝置的開口102艙 104轉(zhuǎn)子軸
106轉(zhuǎn)子 107傾斜驅(qū)動器
108轂 110轉(zhuǎn)子葉片 112齒輪箱 114發(fā)電機 116氣流
118發(fā)電機的驅(qū)動軸
124電纜
126電網(wǎng)連接器 128基座
權(quán)利要求
1.一用于容納風(fēng)輪機的轉(zhuǎn)子軸的軸承箱，其包括 用于使所述軸承箱與所述風(fēng)輪機的主機架連接的一法蘭；所述法蘭具有可以由一平面平均的一連接表面，所述平面相對于所述轉(zhuǎn)子軸的軸線傾斜至少200角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承箱，其中當(dāng)從所述軸承箱的頂部觀察時，所述連接表面的至少一部分位于所述轉(zhuǎn)子軸下面。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于容納風(fēng)輪機的轉(zhuǎn)子軸的新型軸承箱。 所述軸承箱包括用于使所述軸承箱與所述風(fēng)輪機的主機架連接的一法蘭。所述法蘭具有要被附接在主機架上的一連接表面。因此，在從軸承箱的頂部觀察時，連接表面的至少一部分位于轉(zhuǎn)子軸下面。
文檔編號F03D1/00GK102477958SQ20101055474
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者董海 申請人:大連創(chuàng)達技術(shù)交易市場有限公司