CN101317018A - 轴承系统 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种轴承装置，其围绕垂直轴旋转，其具有特别延伸的直径轴承，例如20米直径。一个通常的固定基座支撑旋转部件(12)，例如在液体缓冲上。分别地，在外部部件(16)上的径向可调节的弓形表面支撑垫的环相对内部部件的圆柱形表面作用。径向可移动的支撑垫(16)的可调性使得它们来增加相对于其它的轴承圆周部分处的它们的推力。这使得可实现相当平稳的运转，两者都可补偿在制造具有相当大尺寸的轴承直径的完整环状的困难，并且可用于改变方向的横向负荷，例如，如垂直轴的风动涡轮(1，5，6)所遭受的负荷。

Description

轴承系统
技术领域
本发明涉及轴承系统，特别而非排外地涉及适合于使用在需要安装大型结构以围绕垂直轴旋转的情况下的轴承系统。
背景技术
如此方案的一个具体的例子为产生动力的竖轴式风力涡轮机。为了产生大量有用的动力，风动涡轮需要相当大并且因此具有相当大的重量。特别的困难在于风越大，则相应地竖轴式风力涡轮机的潜在动力输出越大，从而在涡轮结构本身上的横向力越大，并且对于轴承装置的要求越高。
当涡轮相对较小，并且利用标准尺寸的工程组件的情况下，竖轴式风力涡轮机的运行会产生令人满意的效果。然而，在具有较大旋转体的情况下，标准的轴承技术是不切实际的。特别在如果轴承装置具有相当大的内在直径的情况下，例如15或者20米。制造直径20米的钢轴承环是困难的，但不是不可能的，但是制造在几何学上绝对精确的钢轴承环基本上是不可行的。
发明内容
本发明试图提供轴承装置，其可使用来提供一种围绕相当大直径的垂直轴旋转运动的轴承，例如达到30米或者甚至更高。
根据本发明的第一特征，提供一种用于垂直轴旋转的轴承装置，其包括内部和外部同轴圆柱形部件，一个部件具有横向于它的轴线的大体平坦的支撑表面，并且另一个部件具有面对所述一个部件上的支撑表面的大体平坦的圆形或者环形表面，使得两个平坦的支撑表面彼此相对旋转的装置，并且其中一个部件的圆柱形壁支持多个径向可移动的弓形弯曲支撑板，所述支撑板的曲率与所述另一个部件的面对表面的曲率匹配并且同时接触，和控制由所述另一个部件的圆柱形表面上的可移动支撑板施加的径向推力的装置。该径向推力优选是定向向内的，因为这使得已加工表面(弓形弯曲板压向的面)相对于外部同轴部件的内径具有更小的直径，并且因此更容易加工。
优选轴承装置包括至少10个，并且更优选至少20个这样的形成环的弓形支撑板。如果需要的话，并且如果轴承的轴向长度允许，可存在两个或更多个这样的弓形支撑板的环。
虽然单个支撑板可在转子或者定子上并且可作用来径向向内或者向外施加推力，通常更便利的是具有安装在定子上的板，此后整个轴承装置的维护、运行和控制通常会更容易。
与轴承的旋转轴横向的大体平坦的支撑表面可由多个单个表面部件组成，每个部件可利用适当的致动器可轴向移动。在所述表面和另一个组件的面对的圆形或者环形表面之间的轴向推力可通过在它们之间的液体缓冲进行传送，构成一个静压轴承，或者例如经由使得一个表面相对另一个表面旋转的针状滚轮或者其它类似的作用力传送部件。在液体缓冲支撑情况下，如果轴承的支撑部件是固定的并且由多个单独支撑表面组成，这是最方便实现的，每个支撑表面可轴向移动较短的距离并且每个支撑表面具有在其上形成液体缓冲的装置，在该装置上放置有轴承的另一个部件的部分。支撑表面的相邻部分的轴向移动优选通过适当的控制装置中心地控制，以启动连接操作。
本发明的轴承装置，如上所述，在负荷不是纯粹轴向的轴承的情况下是特别有效的，例如，在大的竖轴式风力涡轮机的情况下，其中旋转部分形成在其上具有″帆″的固定旋转单元，并且设置旋转在基座上或者其中，并且其容易受到风的横向力的影响。这会在轴承技术上产生相当大的需要，其利用上述设置的轴承装置来满足。
附图说明
通过实施例的方式，该附图示意性地示出了使用于大尺寸竖轴式风力涡轮机的轴承装置。虽然本发明关于此领域进行了描述，应该理解地是本发明的轴承装置可使用在适用非常大直径的轴承的任何其它类似情况下。
图1是大的竖轴式风力涡轮装置的简单的局部透视示意图；
图2是通过图1的装置的剖面示意图；
图3是更大比例地示出了使用在图1中示出的风力涡轮装置的轴承装置的部分的局部剖面示意图。
具体实施方式
首先参见图1，其示出了大的竖轴式风力涡轮机。可以看出，该涡轮机包括可旋转的基座1，两个倾斜的桅杆5和6固定在其顶部，它们从该基座1的中心向上和径向向外地延伸，每个桅杆携带多个气动的分段的短的机翼。该桅杆和机翼结构设置使得当风横向吹时，在机翼上的空气动力趋向围绕基座1的中心垂直轴10旋转基座1。该基座1是利用根据本发明的轴承系统围绕中心柱(在图1中未示出)安装。
如图2所示，该基座1实际上是中空的，并且围绕中心轴柱2，形成轴承装置的固定部件的部分。基座1包括横向圆形顶部板11和悬挂裙部12。悬挂裙部12的下边缘是平面13，其放在一系列的支撑垫14上，该支撑垫14构成围绕轴柱2的基座的支撑垫的环形圈。每个支撑垫14的上表面是穿孔的，并且在高压下的润滑剂可泵入每个支撑垫中并且允许经由它的上表面上的穿孔脱离。通过如此做，在垫14和裙部12的下侧，即平面13之间产生液体缓冲，以便于支撑基座1并且允许其围绕轴柱2旋转。
该裙部12内部圆柱形的壁支持多个弓形支撑表面16，其围绕基座1的内部设置在两个环中，每个支撑表面16可利用构成液压活塞/汽缸装置的活塞径向推动。如图3所示，表面16是活塞的表面，该活塞具有裙部17并且可滑动配合在室18的内部。在室18内的压力可由连接到液压供应20的阀19控制。可提供一种装置来引入在每个弓形支撑表面16和轴柱2的外表面之间的润滑膜。
为了使在基座和其上的气动上层结构上的压力平衡，在每个弓形支撑表面16后部的室18内部的压力可适当地控制。便利地，压力可围绕基座部件的圆周均匀地使用，除了下面的事实之外，为了使风的横向力偏移，在下部环中的单个弓形支撑表面16加载负荷更加朝向风，并且在上部环中的支撑表面16更远离风，其用来保持基座1在旋转时适当地集中于基座部件2上。
单个液压室18的控制不需要以单个为基础，每个液压室18将其相应的弓形支撑表面16压在轴柱2的圆柱形外表面上。相反地，它更适合来成组地控制室18中的压力，例如8个组，每个组围绕八分圆延伸。在每个组的内部，将加压室连接在一起也是有用的，以便于当基座1相对于轴柱2旋转时，在圆中的任何不均匀可被补偿。
支撑表面16的单个位置的细节控制优选利用机构自动实施，该机构检测轴柱2相对于裙部12的位置并且将它与所需位置进行比较。如果不存在偏差，则所有的表面16在小而不变的力的作用下轻微地压到轴柱2的固定表面上。
因为围绕支撑表面16的环的压力是不变的，该轴承不是刚性的。如果控制系统检测到裙部12和轴柱2的外表面之间的距离已经减少，在某个径向位置，支撑表面16后面的室18，在与该位置的每个侧面大约45°的范围内，会受到更高压力作用，这足够来抵消该偏差。该表面16仍然分担该负荷，即使检测到作用力已经导致它们的位置相应地改变。该轴承现在是刚性的，但是任何表面的不均匀可通过成组地连接室给予的负载分配机构进行补偿。
如果作用力的方向发生改变，然后裙部相对于轴柱的偏差的方向会改变，并且不同组的支撑表面16一起作用。
基座1由设置在支撑垫14上的裙部12垂直地支撑，每个支撑垫14包括室28和密封活塞垫25，裙部12设置在该垫25上(经由上述液体缓冲)。垫25的位置由阀26控制，其允许压力下的油流入室28中或者从室中排出油，通常在中央计算机控制之下。
虽然，已经对照其在连续旋转应用的风动涡轮中的使用对本发明的轴承系统进行了描述，它还可以应用到其它领域，例如建筑学领域，其中大型结构的部分旋转，例如平转桥或者天文台圆顶。

Claims (10)

1、一种用于垂直轴旋转的轴承装置，其包括内部和外部同轴圆柱形部件，一个部件具有横向于它的轴线的大体平坦的支撑表面，并且另一个部件具有面对所述一个部件上的支撑表面的大体平坦的圆形或者环形表面的，使得两个平坦的支撑表面彼此相对旋转的装置，并且其中一个部件的圆柱形壁支持多个径向可移动的弓形弯曲支撑板，所述支撑板的曲率与所述另一个部件的面对表面的曲率匹配并且同时接触，和控制由所述另一个部件的圆柱形表面上的可移动支撑板施加的径向推力的装置。
2、如权利要求1所述的轴承装置，其中该径向推力是定向向内的。
3、如权利要求1或2所述的轴承装置，并且包括形成环的至少10个弓形支撑板。
4、如权利要求3所述的轴承装置，并且包括两个或更多个弓形支撑板的这种环。
5、如权利要求1至4任一项所述的轴承装置，其中可移动支撑板构成定子，另一个部件构成转子。
6、如权利要求1至5任一项所述的轴承装置，其中与轴承的旋转轴横向的大体平坦的支撑表面由多个单个表面部件组成，并且该装置包括设置用来移动每个表面的致动器。
7、如权利要求6所述的轴承装置，其中大体平坦的支撑表面和另一个组件的面对的圆形或者环形表面之间的轴向推力可通过在它们之间的液体缓冲进行传送，构成使得一个表面相对另一个表面旋转的静压轴承。
8、如权利要求1至5任一项所述的轴承装置，其中包括大体平坦的支撑表面的轴承的部分是固定的并且由多个单独支撑表面组成，每个支撑表面可轴向移动较短的距离并且每个支撑表面具有在其上形成液体缓冲的装置，在该装置上放置有轴承的另一个部件的部分。
9、如权利要求8所述的轴承装置，其中所述支撑表面的相邻部分的轴向移动通过适当的控制装置中心地控制，以启动连接操作。
10、如权利要求1至9任一项所述的轴承装置，并且其结合在大的竖轴式风力涡轮机内。
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