CN109563808B - 具有转子锁定系统的风力涡轮机及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括锁定系统的风力涡轮机(1)及其方法。风力涡轮机包括转子，转子的轮毂(4)通过轴承(16、17)可转动地连接至机舱中的主框架(7)。锁定系统包括多个锁定部(11)，锁定部(11)插入轮毂(4)与主框架(7)之间形成的间隙中。锁定部(11)包括锁定元件，设置为与主框架(7)以及轮毂(4)上的互补的锁定元件相啮合。间隙位于主框架(7)和轮毂(4)的外部之间，并允许从主框架(7)的外部将锁定部(11)插入。支撑区域形成在锁定元件(11)上，这防止锁定部(11)倾斜。

Description

具有转子锁定系统的风力涡轮机及其方法

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮机，包括具有多个锁定部的转子锁定系统，其配置为设置在轮毂与主框架之间。每个锁定部具有至少一个，优选两个第一锁定元件，第一锁定元件设置在第一端表面上的两个第一支撑区域之间。每个锁定部还具有至少一个第二锁定元件，第二锁定元件设置在第二端表面上的两个第二支撑区域之间。

本发明还涉及一种运行具有转子锁定系统的风力涡轮机的方法，其中转子旋转停止且至少一个锁定部插入主框架与轮毂之间的空隙中。当插入时，锁定部上的第一锁定元件与主框架上的互补的第一锁定元件啮合，同时第二锁定元件与轮毂上互补的第二锁定元件相啮合。

背景技术

众所周知现代风力涡轮机包括制动或锁定系统，用于制动以及可选地锁定转子，即轮毂及安装在轮毂上的风力涡轮机叶片。在维修作业期间、紧急情况或其他需要将转子固定在停机位置的情况下，该制动或锁定系统用在特定位置。

风力涡轮机中的一些类型包括变速箱，设置为将转子相当慢的转速转换为发电机中转子的较快的转速。这样的风力涡轮机通常包括设置在变速箱和发电机之间的制动系统，用以降低制动旋转轴所需的力矩。其他风力涡轮机具有设置在变速箱前的制动系统，并因此必须处理较高的转矩，但是其每分钟转数较少。在直接驱动的风力涡轮机上不存在变速箱，因为风力涡轮机转子经由主转子轴直接耦合至发电机转子。

在上述解决方案中，制动系统相对转子轴设置的情况下，转子轴必须足够刚硬以处理制动与锁定期间作用在转子轴上的力。现代转子如今直径可为100米或更大，重量可高达50公吨或者更多。此外，发电机，包括其转子，也具有高达20公吨的大质量。这样大的质量在旋转时产生大的惯性矩并因此需要大的力矩以仅仅减速以及完全停止。由于转子上的气动力，这样大的质量也需要大量的力来将这些大的质量锁定在旋转位置。已知为了具有足够的刚度以获得可接受的低弹性，制动系统需要重量大的刚性、巨大的钢轴。

如果包括轮毂、转子轴和发电机的传动系，有任何松弛或者具有过大的弹性，传动系将磨损过快并最终损坏。这将导致停机时间延长、维修时间与成本增加。

已知使用由液压系统运行的多个锥形锁定心轴与形状互补的锥形孔相接合，以将转子锁定在旋转位置。锁定心轴与互补的孔在径向方向或轴向方向延伸，并因此使得锁定心轴能够在径向方向或轴向方向移动。在上述解决方案中，轮毂或转子轴配备有碟状凸缘，凸缘上设有孔，锁定心轴及其操作系统设置在机舱的主框架上。一个缺陷在于，转子只能被锁定在由孔的数量确定的这么多个不同位置。另一个缺点是锁定心轴倾向于卡在孔中，并因此防止转子解锁。

DK 178152 B1公开了另一种锁定系统，其中通过多个锁定部将转子锁定在旋转位置。锁定部位于形成于机舱主框架与安装至转子轴的刚性板之间的间隙中。锁定部包括一组第一齿，用于与主框架上的互补齿相啮合，还包括一组第二齿，用于与刚性板上的互补齿相啮合。每个锁定部安装在轴向方向上，并通过作用在各个部上的力保持就位，转子的旋转移动可导致锁定部被挤出。刚性板位于主框架内，这导致其由于封闭空间而难以安装锁定部。此外，该解决方案要求主框架的内表面面向要进行机械加工形成齿的间隙，这是非常昂贵的加工,并且在使用中可导致这些齿中的缺口效应。

在上述锁定部上，第一齿和第二齿分布在整个长度上，其中在任一旋转方向上的最外齿几乎位于外周边缘处。在旋转期间，转子以及因此刚性板将作用在最外面的第二齿的一侧上，从而使相应的段在旋转方向上倾斜。这转而导致该齿以及与主框架接触的相对面对的最外面的第一齿上的应力和磨损增加，导致锁定部的潜在故障。

发明目的

本发明的目的在于，提供一种风力涡轮机锁定系统，其解决了上述问题。

本发明的另一个目的在于，提供一种风力涡轮机锁定系统，其要求对主框架进行更少的机械加工。

本发明还有一个目的在于，提供一种风力涡轮机锁定系统，其降低了锁定部的应力与磨损。

本发明还有一个目的在于，还提供一种运行风力涡轮机锁定系统的方法，其允许锁定部被简单和容易地安装。

发明内容

如上所述，本发明的一个目的通过一种风力涡轮机实现，该风力涡轮机包括：

-转子，其相对机舱设置，该转子包括安装在可旋转轮毂上的至少两个风力涡轮机叶片，该轮毂设置为安装至转子轴，

-机舱，其设置在风力涡轮机塔架顶部，该机舱包括设置为在安装接口处可旋转地耦合至轮毂的主框架；

-安装接口，其包括第一轴承部分和设置为相对第一轴承部分转动的第二轴承部分，其中第一轴承部分和第二轴承部分中的一个连接至轮毂，第一轴承部分和第二轴承部分中的另一个连接至主框架，用于从转子向主框架传递负载，

-锁定系统，其包括至少一个锁定部，该至少一个锁定部具有旋转方向上的长度、径向方向上的高度和轴向方向上的宽度，其中至少一个锁定部包括设置在第一表面上的至少一个第一锁定元件和设置在相对面向的第二表面上的第二锁定元件，每个第一锁定元件和第二锁定元件具有长度、高度和宽度，其中每个第一锁定元件设置为与主框架上的互补的第一锁定元件相啮合，且每个第二锁定元件设置为与轮毂上的互补的第二锁定元件相啮合，其特点在于，第一表面上至少设有第一支撑区域，第一支撑区域位于至少一个锁定部的外周边缘，其中第一支撑区域的长度对应于至少一个第一锁定元件的长度的两倍。

这提供了改进的风力涡轮机锁定系统，其使得风力涡轮机转子能够以简单且容易的方式锁定在所选取的旋转位置上。锁定部沿互补的锁定元件确定了能够锁定转子的多个不同的锁定位置。本锁定系统使得转子能够以最小的角位移锁定，这在只想要有限的旋转的情况下是优选的，例如在维护或维修情况下或在将转子完全停止后。

风力涡轮机可以是定速型或者变速型，变速型在叶根与轮毂之间或两个叶片段之间的接口处设有变桨轴承单元。变桨电机设置在变桨轴承单元处，并与变桨控制系统耦合。可根据所需配置与风力涡轮机的等级选取锁定系统，如锁定部、锁定元件及互补的锁定元件的外形大小和尺寸。锁定系统因而能够用在不同类型的风力涡轮机中，并适用于轮毂与主框架，以及可选地机舱中的传动系的特定配置。

主框架结构可形成轴向开口，面向轮毂中相应的轴向开口，其中主框架结构部分地或全部地围绕此轴向开口延伸，以形成内部空间。转子轴可延伸穿过这些轴向开口并且可经由位于轮毂前端的安装凸缘连接至轮毂。转子轴因此可设置为力矩传递轴，允许旋转力矩被传递至发电机，例如经由变速箱单元。轮毂可进一步经由安装接口可旋转地连接至主框架，安装接口包括一个或多个轴承单元，轴承单元具有能够相对彼此旋转的至少两个轴承部分。轴承单元可为单列轴承单元或双列轴承单元，设置为将风和轮毂重量导致的所有负载传递至主框架。本锁定系统能够适合于用在使用力矩轴承和转子轴来仅传递旋转力矩到发电机或变速箱单元的风力涡轮机中。术语“力矩轴承”在本技术领域是众所周知的，不再进一步详细描述。

安装接口可位于上述轴向开口处，其中第一轴承部分可连接至主框架且第二部分可连接至轮毂。这使得轮毂能够经由刚性连接被主框架支撑。安装接口或者能够位于轮毂和通过上述轴向开口延伸入轮毂的转子梁之间。转子梁能够在上述轴向开口处刚性连接至主框架。第一轴承部分可连接至转子梁，且第二部分可连接至轮毂。这使得轮毂能够通过另外的刚性连接被主框架支撑。

或者，轴承单元可设置在机舱中，其中第一轴承部分可连接至主框架且第二轴承部分可连接至转子轴。转子轴可进一步包括安装凸缘，连接至位于轮毂的轴向开口处的安装凸缘。轮毂因此可相对主框架自由旋转。在此配置中，转子轴可设置为刚性轴，向发电机或变速箱单元传递旋转力矩并通过轴承单元向主框架传递弯曲载荷。本锁定系统还可适于用在使用主轴承和刚性转子轴的风力涡轮机中。术语“主轴承”在本技术领域是众所周知的，不再进一步详细描述。

根据一个实施例，至少第二支撑区域设置在第二表面上，第二支撑区域位于至少一个锁定部的外周边缘，其中第二支撑区域的长度至少对应所述第一支撑区域的长度。

本锁定系统包括至少一个锁定部，其配置为设置在主框架与轮毂之间，能够从主框架外部以及轮毂外部适当地靠近。互补的锁定元件设置为与锁定部上的锁定元件啮合，并因此位于主框架和轮毂的外部。这转而使得工人能够更容易且更快速地如下文所述插入和移除相应的锁定部。

锁定系统可包括多个锁定部，锁定部可沿轮毂或主框架的圆周以单独的系列设置，或者沿圆周单独分布。这些系列中的每一个可包括至少两个锁定段。主框架和/或轮毂上的互补的锁定元件沿圆周设置，并且能够沿圆周均匀分布或以单独的系列分布。这些系列中的每一个可包括至少两个或者甚至只有一个互补的锁定元件，这取决于各个锁定元件的形状和尺寸。这使得转子的旋转位置与作用在转子上的风所产生的锁紧力，能够分布在多个锁定部上，并因此降低每个锁定部上的负载。

当沿轴向方向插入时，每个锁定部具有在旋转方向测量的长度、在轴向方向测量的宽度和在径向方向测量的高度。当沿径向方向插入时，在径向方向测量宽度且在轴向方向测量高度。锁定部具有两个相对面向的侧表面，确定了宽度。第一锁定元件设置在第一端面上，而第二锁定元件设置在第二端面上。第一、二锁定元件大致在两个侧表面之间延伸。

最靠外的第一锁定元件在旋转方向上，从第一端面的外周边缘收缩，从而形成第一支撑区域。同样地，最靠外的第二锁定元件在旋转方向上从第二端面的外围边缘收缩，从而形成第二支撑区域。这些支撑区域定义了支撑臂，其相对长度为第一或第二锁定元件的长度的至少两倍。锁定元件因此位于更靠近锁定部的中心处，这转而降低了力矩臂，并因此更优地传递力。在倾斜期间，与旋转方向相对的第一支撑区域与设有互补的第一锁定元件的相对面向的表面相接触。此外，在倾斜期间，第二支撑区域将在旋转方向上与设有互补的第二锁定元件的相对面向的表面相接触。这抵消了锁定部的倾斜，并更均匀地将力分布在每个第一锁定元件上。

这不同于DK 178152 B1中显然具有非常小的支撑臂的锁定部，该支撑臂的相对长度小于凸出齿的长度。这导致长的力矩臂，在倾斜期间，应力沿旋转方向集中在第一端面上的前齿和第二端面的后齿上。

根据一个实施例，第一和第二端面中的至少一个具有两个设置在相对面向的外周边缘上的第一或第二支撑区域，其中上述第一或第二锁定元件位于上述两个第一或第二支撑区域之间。

本锁定部在旋转方向的两个外周边缘上可具有第一支撑区域和第二支撑区域。第一、二锁定元件因而能够设置在这些第一、二支撑区域之间。锁定部可设置为防止主要在一个方向上的转子转动。或者，锁定部可设置为防止在顺时针以及逆时针方向上的转动。这允许锁定部被插入，而不论哪个侧表面背对主框架或轮毂。

根据一个实施例，至少一个第二锁定元件至少具有大于至少一个第一锁定元件的长度。

通过增加相应支撑区域的长度，相比DK 178152 B1中的锁定部，可减少第一和/或第二端面上的第一和/或第二锁定元件的数量。如果锁定元件集成在主框架或轮毂中，这还减少了形成锁定元件所需要的机加工量或者简化了主框架或轮毂的铸造过程。

当沿轴向方向插入时，每个锁定元件具有在旋转方向测量的长度、在轴向方向测量的宽度和在径向方向测量的高度。当沿径向方向插入时，在径向方向测量宽度且在轴向方向测量高度。每个锁定元件从锁定部的一个侧表面向另一个侧表面延伸。第一锁定元件的数量可等于或大于第二锁定元件的数量，或者相反。沿第一、二端面确定的基圆或者沿第一、二锁定元件确定的节圆测量齿距以及相应的长度

在示例中，但不限于此，至少两个第一锁定元件可以设置在第一端面上，在各个第一锁定元件之间具有空隙。此外，至少一个第二锁定元件可以设置在第二端面上。通过增加支撑区域并因此将第一锁定元件放置得更靠近锁定部的中心，在倾斜期间可以减小力矩臂并且力可以更均匀地分布在第一锁定元件上。

第一支撑区域的长度可对应第一锁定元件的长度或两个连续的第一锁定元件之间的齿距的和。两个连续的第一锁定元件之间的空隙的长度可对应一个或两个第一锁定元件的长度。位于第一端面的两个第一支撑区域可具有相同或不同的长度。相对的第一、二支撑区域的高度可等于或小于第一支撑区域的长度。这允许锁定部中的最佳力传递以及最佳应力分布。

第二锁定元件的长度可对应一个第一锁定元件的长度的至少两倍。第二锁定元件或者，但不限于，可具有对应两个连续第一锁定元件之间的齿距与一个第一锁定元件的长度的和的长度。位于第二端面上的两个第二支撑区域可具有与相对面向的第一支撑区域相同的长度。或者，一个或两个第二支撑区域的长度可不同于一个或两个第一支撑区域的长度。这增加了每个第二锁定元件的结构强度，并允许其在倾斜期间吸收力矩力。

第一端面或第二端面和相应的第一或二锁定元件之间的过渡区域(带)可成形为防止此区域形成缺口效应。该过渡区域可形成平滑的过渡，例如圆形或三角形边缘。

根据一个实施例，主框架或安装接口包括轴向面向轮毂的第一外表面，其中第一凸缘连接至第一外表面，所述互补的第一锁定元件设置在第一凸缘的内表面。

互补的第一锁定元件可设置在面向轮毂的单独的凸缘上，即第一凸缘。该凸缘可成形为环元件，例如外环，设置为安装至主框架或第一轴承部分的轴向外表面。互补的第一锁定元件可位于凸缘的内端面。这允许互补的第一锁定元件与主框架分别形成，并因此消除了对主框架的外表面进行机械加工的需求。这转而降低了主框架的制造成本。

凸缘可设置为向轴承单元和安装接口增加额外的刚度。这转而减少了转子旋转期间，主框架中发生的相对位移。凸缘能够可选地具有一个或多个孔，使得外部润滑系统能够耦合至轴承单元，用于润滑轴承部分。

根据一个实施例，轮毂包括第二外表面，其中第二凸缘连接至第二外表面，所述互补的第二锁定元件集成在第二凸缘的外表面中。

互补的第二锁定元件可设置在面向主框架的单独的凸缘即第二凸缘上。该凸缘可成形为环元件，例如内环，设置为安装至轮毂或者第二轴承部分的轴向外表面。或者，凸缘可安装至第二轴承部分的轴向内表面。该凸缘可设置为增加轴承单元和安装接口的额外刚度。凸缘也可设置为充当转子轴的安装接口。用于安置转子轴的安装元件，例如安装孔，可设置在或靠近凸缘的内端。这允许使用相比其他的转子轴安装至轮毂前方的安装凸缘的风力涡轮机更短的转子轴。

互补的第二锁定元件可位于凸缘的外端面。这允许互补的第二锁定元件与轮毂分别形成，从而消除对轮毂的外表面进行机械加工的需求。这转而降低了轮毂的制造成本。

凸缘或者可设置为安装至轮毂的径向外表面。轮毂因而可直接安装至第二轴承部分，且凸缘可相对轮毂的径向外表面定位。这还允许互补的第二锁定元件与轮毂分别形成，并从而消除对轮毂的外表面进行机械加工的需求。这还使得能够通过简单的将旧凸缘更换为新凸缘来更换互补的第二锁定元件。

上述两个凸缘，例如第一、二凸缘，可包括多个安装元件，例如安装孔，用于将相应的凸缘安装至轮毂、主框架、第一轴承部分、或第二轴承部分。

根据一个实施例，至少第一互补的锁定元件集成在主框架上的第一外表面中或者第二互补的锁定元件集成在轮毂上的第二外表面中。

互补的第一锁定元件或者可形成为主框架的集成部分。互补的第一锁定元件可通过对主框架的相应外表面进行机械加工形成。互补的第一锁定元件可在铸造加工期间，通过模具中反转的模膛形成。这允许相比DK 178152 B1中形成齿所需的制造过程更简单、更便宜的制造过程。

互补的第二锁定元件或者可形成为轮毂的集成部分。互补的第二锁定元件可通过对轮毂的相应外表面进行机械加工形成。互补的第二锁定元件也可在铸造加工期间，通过模具中反转的模膛形成。相比DK 178152 B1，由于减少了互补的第二锁定元件的量，这允许更简单、更便宜的制造过程。

第一、二互补锁定元件可位于径向平面上，使得锁定部在轴向方向上插入和移除。或者，第一、二互补的锁定元件可位于轴向平面上，使得锁定部在径向方向上插入和移除。这使得锁定系统的配置和定位能够适用于主框架和轮毂的特定配置和形状。锁定系统因而可适当地确定位置，以使得能够易于从主框架和轮毂的外部靠近锁定部。DK178152B1的锁定系统只能从主框架内部靠近，因而要求工人进入主框架结构来插入或移除锁定部。

根据一个实施例，所述第一或第二锁定元件或者所述第一或第二互补的锁定元件中的至少一个至少在宽度方向上为锥状。

第一锁定元件和/或互补的第一锁定元件的横截面轮廓可具有从一个侧表面朝另一个侧表面逐渐减少的高度或宽度。或者，高度和宽度都可从一个侧表面朝另一个侧表面逐渐减少。这使得第一锁定元件和/或互补的第一锁定元件为锥状，并因而充当楔子。这使得锁定部更容易插入，因为锥状能够补偿相应部件之间任意小的失准。

可选择地或附加地，第二锁定元件和/或互补的第二锁定元件的横截面轮廓可具有从一个侧表面朝另一个侧表面逐渐减少的高度或宽度。或者，高度和宽度都可从一个侧表面朝另一个侧表面逐渐减小。这使得第二锁定元件和/或互补的第二锁定元件为锥状，并因而充当楔子。这使得锁定部更容易插入，因为锥状能够补偿相应部件之间任意小的失准。

在实例中，但不限于此，所有锁定部具有如上所述的锥状轮廓，或者只有一部分锁定部具有这样的锥状轮廓，同时其他锁定部具有非锥状轮廓，例如矩形轮廓。

在另外的实例中，但不限于此，所有互补的第一锁定元件和/或互补的第二锁定元件可具有如上所述的锥状轮廓，或者只有一部分锁定元件具有这样的锥状轮廓，同时其他锁定元件具有非锥状轮廓，例如矩形轮廓。

根据一个实施例，该至少一个锁定部具有至少一个固定元件，设置为将至少一个锁定部固定至限位档块。

锁定部可包括用于将其相对主框架和/或轮毂固定的装置。这些装置例如但不限于包括紧固件、支架、用于接收螺栓或螺钉的安装孔或其他合适的紧固装置。这允许锁定部在转子被锁定在旋转位置时保持就位。

在实例中，但不限于此，锁定部可经由合适的安装元件连接至限位档块。主框架或轮毂可定义限位档块。或者，上述第一或第二凸缘可进一步包括面向主框架或轴承单元的外表面的凸起边缘或齿。互补的第一或第二锁定元件可相对地定位，使得该凸起边缘或齿充当锁定部的限位档块。在另外的可替代的方案中，第一或第二轴承部分可定义限位档块。

根据一个实施例，所述第一或第二锁定元件或者所述第一或第二互补的锁定元件中的至少一个成形为齿，且其相对面向的锁定元件或互补的锁定元件成形为缺口，设置为容纳该齿。

第一锁定元件可成形为齿且互补的第一锁定元件可成形为缺口，反之亦然。同样地，第二锁定元件可成形为齿且互补的第二锁定元件可成形为缺口，反之亦然。锁定部的尺寸可根据主框架、轮毂和轴承单元的特定几何结构选取，以适当地填充互补的第一和第二锁定元件之间的间隙。齿和缺口的尺寸还可根据作用在齿上的力选取，以在主框架和轮毂之间执行适当的锁定。

可优化相应的齿和缺口的边缘，以防止在该区域形成缺口效应。此过渡区域可形成平滑的过渡，例如圆形或三角形边缘。

根据一个实施例，至少一个锁定元件由低杨氏模量的材料，例如高合金钢、高强度铝、塑性材料、纤维增强复合材料制成。

锁定元件、第一凸缘和/或第二凸缘可由低杨氏模量的材料，例如金属合金如高合金钢、高强度铝、塑性材料、复合材料如纤维增强复合材料或其他合适的材料制成。高合金钢可定义为具有的合金材料总量大于其重量的4％至8％的钢。

如上所述，本发明的一个目的还通过一种运行风力涡轮机的锁定系统的方法实现，所述风力涡轮机包括：

-转子，其相对机舱设置，所述转子包括安装在可旋转轮毂上的至少两个风力涡轮机叶片，该轮毂设置为安装至转子轴，

-机舱，其设置在风力涡轮机塔架的顶部，机舱包括主框架，设置为在安装接口处可转动地耦合至轮毂，

-安装接口，其包括第一轴承部分和设置为相对第一轴承部分转动的第二轴承部分，其中第一轴承部分和第二轴承部分中的一个连接至轮毂，第一轴承部分和第二轴承部分中的另一个连接至主框架，用于从转子向主框架传递负载，

-锁定系统，其包括至少一个锁定部，该至少一个锁定部具有旋转方向上的长度、径向方向上的高度和轴向方向上的宽度，其中至少一个锁定部包括设置在第一表面上的至少一个第一锁定元件和设置在相对面向的第二表面上的第二锁定元件，每个上述第一锁定元件和第二锁定元件具有长度、高度和宽度，其中每个第一锁定元件设置为与主框架上的互补的第一锁定元件相啮合，且每个第二锁定元件设置为与轮毂上的互补的第二锁定元件相啮合，

其中，所述方法包括以下步骤：

-停止转子，

-将互补的第一锁定元件相对互补的第二锁定元件对齐，

-将至少一个锁定部在轴向方向插入，使得至少一个第一锁定元件和至少一个第二锁定元件与互补的第一和第二锁定元件啮合，其特点在于，

-至少一个部从主框架的外部插入，其中至少一个部在轴向或径向方向从靠近轮毂的位置移入其最终位置，在该最终位置第一和第二锁定元件与互补的第一和第二锁定元件完全啮合，使得转子被锁定在旋转位置。

这提供了简单容易的锁定风力涡轮机转子的方法，而不需要进入主框架结构的内部。本设置还提供了容易靠近的锁定部，并因而相比DK 178152 B1中的锁定系统，允许简单地将这些锁定部插入和移除。

锁定部插入旋转部分如轮毂、第二凸缘或第二轴承部分与静止部分如主框架、第一凸缘或第一轴承部分之间的间隙。该间隙使得旋转部分能够跟随转子的旋转，同时允许相应部分的一些位移。当完全插入此间隙时，锁定部在旋转部分如轮毂与静止部分如主框架之间提供适当的锁定，并从而将转子锁定在特定的旋转位置。这还允许锁定系统将旋转部分中可能存在的任何松弛收紧，因为其位于轮毂与主框架之间。

锁定部适合在轴向方向或者甚至径向方向插入此间隙，这取决于主框架和轮毂的特定配置。不同于DK 178152 B1，间隙位于主框架和轮毂的外部之间，因此允许锁定部从外部被插入和移除。

主框架和轮毂，例如其互补的第一和第二锁定元件，能够适于在转子停止后，通过操作连接至转子如转子轴的单独电机来对齐。或者，风力涡轮机叶片的变桨可用于将轮毂与主框架对齐。在插入期间，锁定元件和/或互补的锁定元件的锥状或逐渐变细的轮廓可用于引导锁定部就位。

在实例中，一旦对齐步骤完成，第一锁定部可插入间隙并在插入至少第二锁定部前固定。至少第二锁定部随后可固定至主框架和/或轮毂。或者，在如下所述固定锁定部前，可将所有锁定部插入。

根据一个实施例，所述方法还包括以下步骤：

-从主框架外部，使用安装装置将至少一个部固定至相邻部分，其中所述安装装置将至少一个部相对主框架或轮毂保持就位，以及

-可选地，移除所述至少一个锁定部，使得转子解锁并能够再次转动。

锁定部可通过使用合适的紧固装置固定至主框架和/或轮毂。锁定部可经由一个或多个紧固件或其他合适的紧固装置固定至相邻的主框架或第一凸缘。或者，锁定部可经由一个或多个紧固件或其他合适的紧固装置固定至相邻的轮毂或第二凸缘。在另一个可替换方案中，锁定部可插入间隙，直到其与限位档块相接触。锁定部随后可通过锁定部中的安装元件固定至限位档块。

为了再次解锁转子，将锁定部简单地释放并从间隙移除，从而使得转子能够再次转动。

每个锁定部的长度限定了沿轮毂圆周的弧段。锁定部例如但不限于限定8至20度之间的弧段。在一些情况下，可能希望具有限定大于20度的弧段的锁定部。这允许每个锁定部的长度以及插入间隙的锁定部的数量能够适用于特定的风力涡轮机。

由于本锁定系统位于轮毂和主框架的外部，风力涡轮机可适当地包括变速箱单元，其部分或全部地设置在主框架结构内。锁定系统也可适当地用在不具备变速箱单元的直接驱动的风力涡轮机中。转子轴可改为直接连接至发电机转子。

本发明不限于本文所描述的实施例，因此所描述的实施例能够以任意方式相结合，而不偏离本发明的目的。

附图说明

将参照附图，并仅通过示例对本发明进行描述，其中

图1示出了风力涡轮机的示范性实施例；

图2示出了设置在轮毂和机舱主框架之间的锁定系统的示范性实施例；

图3示出了轮毂和主框架之间的安装接口的剖视图；

图4示出了图2中所示出的锁定系统的锁定部；

图5示出了锁定部处于非锁定位置的锁定系统的示范性实施例；

图6示出了图4中的锁定部处于锁定位置的锁定系统。

在下文中，将逐一描述附图，且在附图中所示的不同部件和位置在不同附图中将使用相同的数字进行编号。特定附图中并非所有指示的部件和位置都必须与该附图一起讨论。

附图标记列表

1 风力涡轮机

2 塔架

3 机舱

4 轮毂

5 风力涡轮机叶片

6 锁定系统

7 主框架

8 转子轴

9 外表面

10 第一凸缘

11 锁定部

12 互补的第一锁定元件

13 外表面

14 互补的第二锁定元件

15 安装接口

16 第一轴承部分

17 第二轴承部分

18 第二凸缘

19 第一表面

20 第二表面

21 第一锁定元件

22 第二锁定元件

23 第一支撑区域

24 第二支撑区域

25 间隙

26 限位档块

具体实施方式

图1示出了风力涡轮机1的示范性实施例。风力涡轮机1包括设置在地基上的风力涡轮机塔架2。机舱3设置在风力涡轮机塔架2的顶部，并设置为通过偏航系统(未示出)相对风力涡轮机塔架2偏航。轮毂4相对机舱3可转动地设置，其中至少两个风力涡轮机叶片5安装至轮毂4上。此处风力涡轮机1装备有三个风力涡轮机叶片5。转子，即轮毂4及风力涡轮机叶片5，通过转子轴(如图2所示)连接至设置在机舱3中的发电机(未示出)，用于产生电能输出。

图2示出了相对轮毂5和机舱3的主框架设置的锁定系统6的示范性实施例。为了说明的目的，此处移除了轮毂5的盖子和机舱3。

主框架7包括在轴向方向面向轮毂4的开口，且轮毂4包括相对面向的开口。转子轴8安装在从轮毂4向内延伸的安装凸缘上。

主框架7具有面向轴向方向的外表面9，形式为外环的第一凸缘10设置在外表面9上。锁定系统6包括至少一个部11，设置为插入第一凸缘10和轮毂4之间的间隙(图4和图5所示)。锁定部11包括设置在表面上的一组第一锁定元件(如图4所示)。第一凸缘10包括面向轮毂4的一组互补的第一锁定元件12，并设置为与锁定部11上的第一锁定元件相啮合。

锁定部11还包括设置在相对的表面上的一组第二锁定元件(如图4所示)。轮毂4具有面向径向方向的外表面13，一组互补的第二锁定元件14设置在其上。

图3示出了轮毂4和主框架7之间的安装接口15的剖视图。安装接口15包括轴承单元，设置为将结构负载和气动负载从转子向主框架7传递，同时通过转子轴8将旋转力矩传递至发电机。

轴承单元包括第一轴承部分16，通过螺栓形式的紧固元件连接至主框架7。至少第一凸缘10和第一轴承部分16包括安装孔形式的安装元件(如图4所示)，用于接收图3中所示出的紧固元件。

轴承单元还包括通过多个可转动元件，如辊子元件相对第一轴承部分16设置的第二轴承部分17。第二轴承部分17通过螺栓形式的其他紧固元件连接至轮毂4。形式为内环的第二凸缘18相对面向轴向方向的第二轴承部分17的内表面设置。第二凸缘18设置为增加轴承单元的刚度。至少第二凸缘18和第二轴承部分17包括安装孔形式的安装元件，用于接收图3中所示出的其他紧固元件。

第一、二轴承部分16、17具有在轴向方向相对面向的外表面，其中至少第二轴承部分17在锁定部11完全插入间隙(如图5所示)时充当锁定部11的限位挡块(如图5所示)。锁定部11还包括安装孔形式的安装元件，用于接收上述其他的紧固元件。紧固元件和安装孔作用为固定元件，用于在转子被锁定在旋转位置时，将锁定部11相对主框架7和轮毂4固定。

图4示出了图2所示出的锁定系统6的锁定部11。锁定部11具有端面形式的第一表面19和同样为端面形式的相对面向的第二表面20。两个第一锁定元件21设置在第一表面19上，第二锁定元件22设置在第二表面20上。第二锁定元件22具有安装孔，用于接收图3所示出的紧固元件。

锁定部11的两端都存在位于外周边缘与最靠外的第一锁定元件21之间的第一支撑区域23。此外，两个连续第一锁定元件21之间存在空隙。同样地，两端都存在第二支撑区域24，位于外周边缘与第二锁定元件22之间。

在转子的旋转方向测得的两个第一锁定元件21各自的长度大致对应两个连续的第一锁定元件21之间的空隙的长度。每个第一支撑区域23的长度大致对应第一锁定元件21的齿距。第二锁定元件22的长度大致对应第一锁定元件21的齿距与两个第一锁定元件21的长度的和，如图4所示。每个第二支撑区域24的长度大致对应第一支撑区域23的长度。这减小了力矩臂，并因此允许主框架7与轮毂4之间的最佳力传递。还防止锁定部在转子被锁定时倾斜，并从而允许力在两个第一锁定元件之间更均匀分配。

图5示出了锁定部11处于非锁定位置的锁定系统6的示范性实施例，而图6示出了锁定部11处于锁定位置的锁定系统6的示范性实施例。至少互补的第二锁定元件14具有梯形截面轮廓，相对面向的侧表面之间的长度从一端向另一端逐渐减小，如图5和图6所示。

首先减慢转子的旋转，例如通过变桨风力涡轮机叶片5脱离风或者通过制动系统，且锁定部11位于非锁定位置，如图5所示。在转子停止后，锁定部11沿轴向方向插入主框架7和轮毂4之间的间隙25中。随后通过互补的第二锁定元件14引导锁定部11在间隙25中就位。第一、二锁定元件21、22因此与互补的第一、二锁定元件12、14相互接触。锁定部11进一步插入直到第一、二锁定元件21、22与互补的第一、二锁定元件12、14完全啮合，如图6所示，且锁定部11与限位挡块26相接触。随后将锁定部11固定至限位挡块26，如图3所示，从而将转子锁定在所选取的旋转位置。

当转子解锁时，简单地以相反的顺序释放和移除锁定部11。能够再次启动转子的旋转，例如，通过变桨风力涡轮机叶片5。

Claims (13)

1.一种风力涡轮机(1)，其包括：

-转子，其相对机舱(3)设置，该转子包括安装在可旋转轮毂(4)上的至少两个风力涡轮机叶片(5)，该轮毂(4)设置为安装至转子轴(8)，

-机舱(3)，其设置在风力涡轮机塔架(2)顶部，该机舱(3)包括主框架(7)，主框架(7)设置为在安装接口(15)处可旋转地耦合至轮毂(4)；

-安装接口(15)，其包括第一轴承部分(16)和设置为相对第一轴承部分(16)转动的第二轴承部分(17)，其中第一轴承部分和第二轴承部分(16、17)中的一个连接至轮毂(4)，第一轴承部分和第二轴承部分(16、17)中的另一个连接至主框架(7)，用于从转子向主框架(7)传递负载，

-锁定系统(6)，其包括至少一个锁定部(11)，该至少一个锁定部(11)具有旋转方向上的长度、径向方向上的高度和轴向方向上的宽度，其中至少一个锁定部(11)包括设置在第一表面(19)上的至少一个第一锁定元件(21)和设置在相对面向的第二表面(20)上的第二锁定元件(22)，每个所述第一锁定元件和第二锁定元件(21、22)具有长度、高度和宽度，其中每个第一锁定元件(21)设置为与主框架(7)上的互补的第一锁定元件(12)相啮合，且每个第二锁定元件(22)设置为与轮毂(4)上的互补的第二锁定元件(14)相啮合，其特征在于，所述第一表面(19)上设有至少一个第一支撑区域(23)，第一支撑区域(23)位于至少一个锁定部的外周边缘，其中第一支撑区域(23)的长度等于至少一个第一锁定元件(21)的长度的两倍。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机(1)，其特征在于，至少第二支撑区域(24)设置在所述第二表面(20)上，所述第二支撑区域(24)位于至少一个锁定部(11)的外周边缘，其中第二支撑区域(24)的长度至少等于所述第一支撑区域(23)的长度。

3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机(1)，其特征在于，第一和第二表面(19、20)中的至少一个具有设置在相对面向的外周边缘的两个第一或第二支撑区域(23、24)，其中所述第一或第二锁定元件(21、22)位于所述两个第一或第二支撑区域(23、24)之间。

4.根据权利要求1所述的风力涡轮机(1)，其特征在于，所述至少一个第二锁定元件(22)具有大于一个第一锁定元件(21)的长度。

5.根据权利要求1所述的风力涡轮机(1)，其特征在于，所述主框架(7)或安装接口(15)包括轴向地面向轮毂(4)的第一外表面(9)，其中第一凸缘(10)连接至第一外表面(9)，且所述互补的第一锁定元件(12)设置在第一凸缘(10)的内表面。

6.根据权利要求1所述的风力涡轮机(1)，其特征在于，所述轮毂(4)包括第二外表面(13)，其中第二凸缘(18)连接至第二外表面(13)，其中所述互补的第二锁定元件(14)集成在所述第二凸缘(18)的外表面中。

7.根据权利要求1所述的风力涡轮机(1)，其特征在于，至少第一互补锁定元件(12)集成在主框架(7)的第一外表面(9)中，或者第二互补锁定元件(14)集成在所述轮毂(4)的第二外表面(13)中。

8.根据权利要求1所述的风力涡轮机(1)，其特征在于，所述第一或第二锁定元件(21、22)或者所述第一或第二互补的锁定元件(12、14)中的至少一个至少在宽度方向上具有梯形形状。

9.根据权利要求1所述的风力涡轮机(1)，其特征在于，至少一个锁定部(11)具有至少一个固定元件，设置为将至少一个锁定部(11)固定至限位档块(26)。

10.根据权利要求1所述的风力涡轮机(1)，其特征在于，所述至少一个锁定部(11)由高合金钢、高强度铝、塑性材料、或者纤维增强复合材料制成。

11.根据权利要求1所述的风力涡轮机(1)，其特征在于，所述第一或第二锁定元件(21、22)或者所述第一或第二互补的锁定元件(12、14)中的至少一个成形为齿，且其相对面向的锁定元件(21、22)或互补的锁定元件(12、14)成形为缺口，设置为接收所述齿。

12.一种操作风力涡轮机(1)的锁定系统(6)的方法，所述风力涡轮机(1)包括：

-转子，其相对机舱(3)设置，该转子包括安装在可旋转轮毂(4)上的至少两个风力涡轮机叶片(5)，该轮毂(4)设置为安装至转子轴(8)，

-机舱(3)，其设置在风力涡轮机塔架(2)顶部，该机舱(3)包括主框架(7)，主框架(7)设置为在安装接口(15)处可旋转地耦合至轮毂(4)；

-安装接口(15)，其包括第一轴承部分(16)和设置为相对第一轴承部分(16)转动的第二轴承部分(17)，其中第一轴承部分和第二轴承部分(16、17)中的一个连接至轮毂(4)，第一轴承部分和第二轴承部分(16、17)中的另一个连接至主框架(7)，用于从转子向主框架(7)传递负载，

-锁定系统(6)，其包括至少一个锁定部(11)，该至少一个锁定部(11)具有旋转方向上的长度、径向方向上的高度和轴向方向上的宽度，其中至少一个锁定部(11)包括设置在第一表面(19)上的至少一个第一锁定元件(21)和设置在相对面向的第二表面(20)上的至少一个第二锁定元件(22)，每个第一锁定元件和第二锁定元件(21、22)具有长度、高度和宽度，其中每个第一锁定元件(21)设置为与主框架(7)上的互补的第一锁定元件(12)相啮合，且每个第二锁定元件(22)设置为与轮毂(4)上的互补的第二锁定元件(14)相啮合，所述第一表面(19)上设有至少一个第一支撑区域(23)，第一支撑区域(23)位于至少一个锁定部的外周边缘，其中第一支撑区域(23)的长度对应于至少一个第一锁定元件(21)的长度的两倍；

其中，所述方法包括以下步骤：-停止转子，-将互补的第一锁定元件(12)相对互补的第二锁定元件(14)对齐，-将至少一个锁定部(11)在轴向方向插入，使得至少一个第一锁定元件(21)和至少一个第二锁定元件(22)与互补的第一和第二锁定元件(21、22)啮合，其特征在于，-至少一个部从主框架(7)的外部插入，其中至少一个部在轴向或径向方向从靠近轮毂(4)的位置移入其最终位置，在该最终位置第一和第二锁定元件(21、22)与互补的第一和第二锁定元件(12、14)完全啮合，使得转子被锁定在旋转位置。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

-从主框架(7)外部，使用安装装置将至少一个部固定至相邻部分，其中所述安装装置将至少一个部相对主框架(7)或轮毂(4)保持就位，以及

-移除所述至少一个锁定部(11)，使得转子解锁并能够再次转动。

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