單支撐主軸風力發電機組齒輪箱更換專用卡具的製作方法
2023-05-05 02:48:06 1
專利名稱：單支撐主軸風力發電機組齒輪箱更換專用卡具的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種風力發電機齒輪箱的組裝或拆卸的輔助裝置，具體是涉及一種單支撐主軸風力發電機組齒輪箱更換專用卡具。
背景技術：
傳統的風力發電機組，葉輪通過轉動將風能轉化為動能，再通過主軸將動力傳遞給齒輪箱，然後將動能傳遞給發電機轉化為電能輸出。單支撐主軸風力發電機組主要為三點式支撐方式，即主軸上的單支撐與齒輪箱的兩個彈性支撐形成的三點支撐，這三點支撐都安裝在風電機主機架的機艙基座上，主機架又安裝在塔筒上。在工作過程中，葉輪的轉動及擺動會傳遞很大的力及力矩給風電機組的各傳動部件。而齒輪箱長時間受到無規律的變向變負荷的風力作用以及強陣風的衝擊，以及酷暑嚴寒和極端溫差的影響，其故障率比較高。而一旦出現故障，就需要將齒輪箱自塔筒上拆到地面進行維修。
目前的拆卸方式需要先拆除葉輪，然後將主軸和齒輪箱一起拆吊。這種方式的拆卸需使用吊車，拆吊的成本較高，而且由於拆卸部件較多，需要時間較長，通常需要兩天的時間，發電機組無法快速回復工作，影響供電量，尤其是在用電尖峰時段。因此如何能夠快速安全的拆卸齒輪箱是本領域亟待解決的一個技術課題。
發明內容
本實用新型的目的是針對上述現有技術的缺陷，提供一種結構簡單、可在塔筒內快速將齒輪箱自主軸上拆除而不影響主軸及葉輪的穩定性的單支撐主軸風力發電機組齒輪箱更換專用卡具。
為達上述目的，本實用新型採用了如下技術方案 一種單支撐主軸風力發電機組齒輪箱更換專用卡具，包括一組或一組以上的夾具，該夾具為夾具A，包括上壓板、下壓板、託板及橋型壓板；上、下壓板分別環扣於主軸上且彼此緊固共同將主軸抱緊；託板設於機艙基座下部，兩端與機艙基座相固接，中部與下壓板下部相固接；橋型壓板的橋面緊壓於上壓板的上部，兩端分別固接於風電機主機架的機艙基座上。
本實用新型還可採用另一技術方案，該單支撐主軸風力發電機組齒輪箱更換專用卡具亦包括一組或一組以上的夾具，該夾具由夾具A和夾具B共同組成；夾具A包括上壓板、下壓板、託板及橋型壓板，上、下壓板分別環扣於主軸上且彼此緊固共同將主軸抱緊；託板設於機艙基座下部，兩端與機艙基座相固接，中部與下壓板下部相固接；橋型壓板的橋面緊壓於上壓板的上部，兩端分別固接於風電機主機架的機艙基座上；夾具B包括上抱箍、下抱箍和防轉板，上、下抱箍分別環扣於主軸上且彼此緊固共同將主軸抱緊；防轉板設於機艙基座下方，其兩端卡抵於機艙基座上，中部與下抱箍下方相固接。
本實用新型還可採用以下技術方案進一步實現 所述的單支撐主軸風力發電機組齒輪箱更換專用卡具，其中，所述上抱箍為剖切面呈中部半圓環形且兩側設有向外延伸的外緣的柱體；所述下壓板為剖切面呈中部半圓環形、兩側設有向外延伸的外緣且底部設有連接件的柱體。
所述的單支撐主軸風力發電機組齒輪箱更換專用卡具，其中，所述上抱箍與下抱箍的內側均設有軟性耐磨材料層。
所述的單支撐主軸風力發電機組齒輪箱更換專用卡具，其中，所述上抱箍和下抱箍內各裝設兩塊弧形鋼板，四塊鋼板組成鋼套，鋼套內加設軟性耐磨材料層；上、下抱箍上分別開設兩個以上的螺孔，穿過螺孔的螺栓將鋼套緊密壓扣在主軸上。
所述的單支撐主軸風力發電機組齒輪箱更換專用卡具，其中，所述的軟性耐磨材料層為軟布、棉花、泡沫、橡膠或彈性高分子材料層。
所述的單支撐主軸風力發電機組齒輪箱更換專用卡具，其中，所述上壓板為剖切面呈中部半圓環形且兩側設有向外延伸的外沿的柱體；所述下壓板為剖切面呈中部半圓環形、兩側設有向外延伸的外沿且底部設有連接塊的柱體；所述託板為一長方形鋼板；所述橋型託板的剖切面呈拋物線形且兩側設有向外延伸的外沿。
所述的單支撐主軸風力發電機組齒輪箱更換專用卡具，其中，所述橋型壓板的兩端及託板的兩端通過穿過其上的螺栓共同固接在機艙基座上；所述上壓板與下壓板兩側的外沿彼此相對，通過螺栓固接在一起；所述下壓板與託板通過穿過託板及下壓板連接塊上的螺栓固接在一起。
所述的單支撐主軸風力發電機組齒輪箱更換專用卡具，其中，所述上壓板及下壓板內側加設有軟性耐磨層。該軟性耐磨層為軟布、棉花、泡沫、橡膠或彈性高分子材料層。
本實用新型在單支撐主軸風力發電機組的主軸上預先裝設一組或一組以上的卡具將主軸與機艙基座連接在一起。在更換齒輪箱時，該卡具的上、下壓板/上、下抱箍及橋型壓板共同作用，同時起到克服葉輪重力產生的彎矩和扭轉力的作用，實現了在不拆卸葉輪和主軸的情況下完成齒輪箱的更換，齒輪箱的更換可直接在風電機組機架上完成，無需動用吊車，且大大縮短了更換時間，基本一天的時間即可完成更換。有效的節約了成本和時間，且安裝拆卸順利，易操作，設計合理，結構簡單，經試行，本實用新型完全能夠實現主軸及葉輪的防翹及防轉功能，安全係數較高，保證了裝配工藝要求，宜於推廣應用，具有較好的社會經濟價值。
圖1為本實用新型的單支撐主軸風力發電機組齒輪箱更換專用卡具採用一組夾具的結構示意圖； 圖2為本實用新型的單支撐主軸風力發電機組齒輪箱更換卡具同時採用一組夾具A和夾具B的夾具的主視結構示意圖； 圖3為本實用新型的單支撐主軸風力發電機組齒輪箱更換專用卡具夾具A的主視剖視結構示意圖及左視結構示意圖； 圖4為本實用新型的單支撐主軸風力發電機組齒輪箱更換專用卡具夾具B的主視剖視結構示意圖及左視結構示意圖。
圖中1-葉輪；2-主軸；3-主軸軸承；4.齒輪箱；5-夾具A，51.上壓板，511.外沿，52.下壓板，521.外沿，522.連接塊，53.託板，54.橋型壓板，541.外沿，55.軟性耐磨層；6-夾具B，61.上抱箍，611.外緣，62.下抱箍，621.外緣，622.連接件；63.防轉板，64.弧形鋼板，65.軟性耐磨材料層；7-脹緊套裝置；8-發電機；9.機艙基座；10.螺栓。
具體實施方式
以下結合附圖1-4詳細說明本實用新型。
參見圖1所示，為單支撐主軸風力發電機組，該機組的葉輪1(圖中葉輪葉片未完整顯示)將風能轉化為動能，並通過主軸2將動力傳遞給齒輪箱4，然後齒輪箱4將動能傳遞給發電機8轉化為電能輸出。單支撐主軸風力發電機組的主軸2前端設有一主軸軸承3支撐，主軸2後端與齒輪箱4採用脹緊套裝置7連接。實現三點支撐。這三點支撐都安裝在風電機主機架的機艙基座9上，主機架又安裝在塔筒上(主機架及塔筒圖中為顯示)。為避免在拆卸齒輪箱4時因僅剩一個主軸軸承3無法支撐起葉輪1及主軸2，故設計一種單支撐主軸風力發電機組齒輪箱更換專用卡具來克服葉輪1及主軸2重力產生的彎矩和扭轉力，從而在塔筒上直接實現快速拆卸齒輪箱4。該專用卡具由一組或一組以上的夾具A5組成，該夾具A5包括上壓板51、下壓板52、託板53及橋型壓板54；上、下壓板51/52分別環扣於主軸2上且彼此緊固共同將主軸2抱緊；託板53設於機艙基座9下部，兩端與機艙基座9相固接，中部與下壓板52下部相固接；橋型壓板54的橋面緊壓於上壓板51的上部，兩端分別固接於風電機主機架的機艙基座9上。
優選的，參見圖3所示，上壓板51為剖切面呈中部半圓環形且兩側設有向外延伸的外沿511的柱體；下壓板52為剖切面呈中部半圓環形、兩側設有向外延伸的外沿521且底部設有連接塊522的柱體；託板53為一長方形鋼板；橋型託板54的剖切面呈拋物線形且兩側設有向外延伸的外沿541。
進一步的，橋型壓板54的兩端及託板53的兩端通過穿過其上的螺栓10共同固接在機艙基座9上；所述上壓板51與下壓板52兩側的外沿511/521彼此相對，通過螺栓固接在一起；所述下壓板52與託板53通過穿過託板53及下壓板連接塊522上的螺栓固接在一起。
為了保證更好的貼合，還可在上壓板51與下壓板52的內側均加設軟性耐磨材料層55。
利用上下壓板51/52與主軸間的摩擦力來克服主軸和葉輪的扭轉力和彎矩，而壓緊上壓板51及被上下壓板51/52抱緊的主軸2的橋型壓板53則用於克服葉輪及主軸的重力。橋型壓板54與託板53之間是機艙基座9，利用機艙基座9上的四個定位孔安裝8.8級M24螺栓10，使葉輪1的中心點和夾具A5的中心點距離主軸軸承3中心點的距離大致相當。故而比較螺栓10的承受能力和葉輪的總重即可校核夾具是否可實現良好防轉及防翹功能。
根據GB/T 3098.1-2000《螺栓、螺釘和螺柱的機械性能等級》，GB/T 16823.1-1997《螺紋緊固件的應力截面積(粗牙螺紋)》，計算得M24螺栓的最小拉力載荷為293000N，即29.3t，4顆螺栓共計能承受117.2t重量。葉片重量6t/支，輪轂13.5t，葉輪共重31.5t，安全係數為3.72，故該夾具完全可以在更換齒輪箱4時有效起到支撐主軸2及葉輪1，克服重力產生的彎矩及扭轉力。
為節省材料，該單支撐主軸風力發電機組齒輪箱更換專用卡具亦可包括一組或一組以上的夾具，該夾具由夾具A5和夾具B6共同組成，參見圖2-4所示。夾具A5包括上壓板51、下壓板52、託板53及橋型壓板54。上、下壓板51/52分別環扣於主軸2上且彼此緊固共同將主軸2抱緊.託板53設於機艙基座9下部，兩端與機艙基座9相固接，中部與下壓板52下部相固接。橋型壓板54的橋面緊壓於上壓板51的上部，兩端分別固接於風電機主機架的機艙基座9上.夾具B6包括上抱箍61、下抱箍62和防轉板63，上、下抱箍61/62分別環扣於主軸2上且彼此緊固共同將主軸2抱緊；防轉板63設於機艙基座9下方，其兩端卡抵於機艙基座9上，中部與下抱箍62下方相固接。
進一步的，上抱箍61為剖切面呈中部半圓環形且兩側設有向外延伸的外緣611的柱體；下壓板62為剖切面呈中部半圓環形、兩側設有向外延伸的外緣621且底部設有連接件622的柱體。為了保證更好的貼合，還可在上抱箍61與下抱箍62的內側均加設軟性耐磨材料層65。
為了保證與主軸2更好的貼合，避免上下抱箍61/62因工藝問題無法完全貼合主軸2，還可在上抱箍61和下抱箍62內各裝設兩塊弧形鋼板64，四塊鋼板64組成鋼套。上、下抱箍61/62上分別開設兩個以上的螺孔，穿過螺孔的螺栓10將鋼套緊密壓扣在主軸2上，保證面接觸。同時為實現更好的密合，還可在鋼套內還可加設軟性耐磨材料層65。
上壓板51及下壓板52內側的軟性耐磨層及上抱箍61與下抱箍62的內側加設的軟性耐磨材料層65，其可為軟布、棉花、泡沫、橡膠或彈性高分子材料層。
其中夾具A可克服重力及扭轉力和彎矩，而夾具B可用於克服扭轉力及彎矩。
根據主軸扭矩進行校核計算。採用公式T＝9550*P/N，其中，T-扭矩，單位N·m；P-功率，單位KW；N-轉速，單位轉/分。按照MICON750風機技術參數計算最大的主軸扭矩，此時風機為額定功率，轉速為22轉/分，計算得T＝325KN·m。而夾具B或夾具A的最大摩擦力計算採用T＝P*μ*2πR*D*R，其中P-預緊壓強，448MPa(0.7倍屈服極限預緊)；μ-摩擦係數，參考鑄鐵和橡皮的摩擦係數為0.8；R-主軸半徑，265mm；D-夾具寬度，150mm；計算得T＝23708KN·m，安全係數為73。經過計算可知，其完全能夠實現防翹和防轉的功能且安全性能較強。
以上所述，僅為本實用新型的較佳實施例而已，並非對本實用新型做任何形式上的限定。凡本領域的技術人員利用本實用新型的技術方案對上述實施例做出的任何等同的變動、修飾或演變等，均仍屬於本實用新型的技術方案的範圍內。
權利要求1.一種單支撐主軸風力發電機組齒輪箱更換專用卡具，其特徵在於
包括一組或一組以上的夾具，該夾具為夾具A，包括上壓板、下壓板、託板及橋型壓板；
上、下壓板分別環扣於主軸上且彼此緊固共同將主軸抱緊；
託板設於機艙基座下部，兩端與機艙基座相固接，中部與下壓板下部相固接；
橋型壓板的橋面緊壓於上壓板的上部，兩端分別固接於風電機主機架的機艙基座上。
2.一種單支撐主軸風力發電機組齒輪箱更換專用卡具，其特徵在於
包括一組或一組以上的夾具，該夾具由夾具A和夾具B共同組成；
夾具A包括上壓板、下壓板、託板及橋型壓板，上、下壓板分別環扣於主軸上且彼此緊固共同將主軸抱緊；託板設於機艙基座下部，兩端與機艙基座相固接，中部與下壓板下部相固接；橋型壓板的橋面緊壓於上壓板的上部，兩端分別固接於風電機主機架的機艙基座上；
夾具B包括上抱箍、下抱箍和防轉板，上、下抱箍分別環扣於主軸上且彼此緊固共同將主軸抱緊；防轉板設於機艙基座下方，兩端卡抵於機艙基座上，中部與下抱箍下方相固接。
3.根據權利要求2所述的單支撐主軸風力發電機組齒輪箱更換卡具，其特徵在於
所述上抱箍為剖切面呈中部半圓環形且兩側設有向外延伸的外緣的柱體；所述下壓板為剖切面呈中部半圓環形、兩側設有向外延伸的外緣且底部設有連接件的柱體。
4.根據權利要求2所述的單支撐主軸風力發電機組齒輪箱更換專用卡具，其特徵在於
所述上抱箍與下抱箍的內側均設有軟性耐磨材料層。
5.根據權利要求2所述的單支撐主軸風力發電機組齒輪箱更換專用卡具，其特徵在於
所述上抱箍和下抱箍內各裝設兩塊弧形鋼板，四塊鋼板組成鋼套，鋼套內加設軟性耐磨材料層；上、下抱箍上分別開設兩個以上的螺孔，穿過螺孔的螺栓將鋼套緊密壓扣在主軸上。
6.根據權利要求4或5所述的單支撐主軸風力發電機組齒輪箱更換卡具，其特徵在於
所述的軟性耐磨材料層為軟布、棉花、泡沫、橡膠或彈性高分子材料層。
7.根據權利要求1或2所述的單支撐主軸風力發電機組齒輪箱更換卡具，其特徵在於
所述上壓板為剖切面呈中部半圓環形且兩側設有向外延伸的外沿的柱體；所述下壓板為剖切面呈中部半圓環形、兩側設有向外延伸的外沿且底部設有連接塊的柱體；所述託板為一長方形鋼板；所述橋型託板的剖切面呈拋物線形且兩側設有向外延伸的外沿。
8.根據權利要求1或2所述的單支撐主軸風力發電機組齒輪箱更換專用卡具，其特徵在於
所述橋型壓板的兩端及託板的兩端通過穿過其上的螺栓共同固接在機艙基座上；所述上壓板與下壓板兩側的外沿彼此相對，通過螺栓固接在一起；所述下壓板與託板通過穿過託板及下壓板連接塊上的螺栓固接在一起。
9.根據權利要求1或2中所述的單支撐主軸風力發電機組齒輪箱更換專用卡具，其特徵在於
所述上壓板及下壓板內側加設有軟性耐磨層。
10.根據權利要求9中所述的單支撐主軸風力發電機組齒輪箱更換專用卡具，其特徵在於
所述軟性耐磨層為軟布、棉花、泡沫、橡膠或彈性高分子材料層。
專利摘要本實用新型涉及一種單支撐主軸風力發電機組齒輪箱更換專用卡具，採用夾具A或由夾具A和夾具B共同組成的夾具，夾具A包括上、下壓板、託板及橋型壓板；上、下壓板分別環扣於主軸上且彼此緊固共同將主軸抱緊；託板設於機艙基座下部，兩端與機艙基座相固接，中部與下壓板下部相固接；橋型壓板的橋面緊壓於上壓板的上部，兩端分別固接於風電機主機架的機艙基座上。夾具B包括上、下抱箍和防轉板，上、下抱箍分別環扣於主軸上且彼此緊固共同將主軸抱緊；防轉板設於機艙基座下方，兩端卡抵於機艙基座上，中部與下抱箍下方相固接。本實用新型用於輔助拆卸齒輪箱，其可有效克服主軸及葉輪重力產生的彎矩和扭轉力，提高齒輪箱拆卸速度，節約成本和時間。
文檔編號B25B11/02GK201483408SQ20092022308
公開日2010年5月26日 申請日期2009年10月13日 優先權日2009年10月13日
發明者榮漢興, 王建國, 嶽俊紅 申請人:北京中能聯創風電技術有限公司