CN101595299A - 风轮机，用于维修风轮机的主轴承单元的方法及其使用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种风轮机(1)，该风轮机(1)包括机舱(3)和转子(4)。该转子(4)通过至少一个主轴承单元(14)旋转地安装在机舱(3)上。主轴承单元(14)包括至少一个外圈(7)、至少一个中心圈(8)和至少一个内圈(9)，其中，中心圈(8)能相对于外圈(70)和内圈(9)旋转，或者，外圈(7)和内圈(9)能相对于中心圈(8)旋转。本发明还涉及用于维修风轮机(1)的主轴承单元(14)的方法及其使用。

Description

风轮机，用于维修风轮机的主轴承单元的方法及其使用
技术领域
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的风轮机、一种用于维修风轮机的主轴承单元的方法及其使用。
背景技术
现有技术中已知的风轮机包括风轮机塔架和安放在塔架顶部的风轮机机舱。带有多个风轮机叶片的风轮机转子通过低速轴连接到机舱上，如图1所示。
在转子和机舱之间的某处，风轮机通常设有主轴承单元，以保证转子相对于机舱基本摩擦地旋转，同时将来自转子的载荷传递到机舱。
以前，这种主轴承单元常常具有围绕实心的或至少壁很厚的低速轴的一个或多个较小的轴承，但随着风轮机在输出和尺寸二者上发展得越来越大，所以目前的趋势是更多朝向大直径主轴承单元例如围绕齿轮箱的主轴承单元发展，如美国专利No.6,232,673B1中所公开的。
为使这种主轴承单元有效，它必须刚度很大或者至少刚性地安装在轮毂和/或机舱的刚性非常大的部件上，并且轴承单元必须传递的载荷越多或者主轴承单元的直径越大，获得满意的刚度所需的成本就越高。
本发明的一个目的是提供一种方法及一种包括主轴承单元的风轮机，该主轴承单元对大型现代风轮机的运行有利。
发明内容
本发明提供一种风轮机，该风轮机包括机舱和转子。转子通过至少一个主轴承单元可旋转地安装在机舱上。该风轮机的特征在于，主轴承单元包括至少一个外圈、至少一个中心圈和至少一个内圈，其中，中心圈能相对于外圈和内圈旋转，或者，外圈和内圈能相对于中心圈旋转。
其中心圈能在外圈和内圈之间旋转的主轴承单元对风轮机的运行是有利的，因为主轴承单元在全部两个径向方向上传递径向载荷更有效。
应该指出，术语“主轴承单元”可理解为把转子的大部分载荷传递到风轮机的其余部分而同时使转子能相对于机舱旋转的一个或多个轴承。“转子的载荷”可以是转子的重量、轴向风载荷、因转子平面上的风载荷不同而产生的扭转等。
在本发明的一方面，所述至少一个外圈和所述至少一个内圈刚性连接。
例如，如果外圈刚性地连接到转子，而中心圈连接到机舱，则作用在转子上的重力载荷将向下拉动外圈，以使之在主轴承单元的顶部处抵靠中心圈。这种大的径向载荷通过中心圈传递到机舱，但它也会试图将内圈拉离中心圈，因而增加了主轴承单元损坏的危险。如果内圈和外圈刚性地连接，则外圈的内表面和内圈的外表面之间的距离总是保持基本恒定，从而减少了故障或损坏的危险。
另外，如果外圈和内圈刚性地连接，则上述载荷被外圈在顶部处和内圈在底部处传递，并且外圈和内圈基本不会相互移位，因而能即使该载荷强行使轴承圈变变成稍呈卵形/椭圆形，主轴承单元也仍然会自循轨迹(self-tracking)，因为中心圈基本上被外圈和内圈刚性地引导，并且主轴承单元由此较少地依赖于它附装或结合于其上的周围结构的刚度。
应该指出，术语“刚性地连接”应理解为所述至少一个外圈和所述至少一个内圈相对于彼此基本非挠性地固定，即，所述圈都不能相对于另一个在径向或轴向上旋转或移动。
在本发明的一方面，所述至少一个外圈和所述至少一个内圈附装到所述转子的轮毂上。
因此能得到关于载荷从转子传递到机舱的有利设计。
在本发明的一方面，所述至少一个中心圈附装到所述转子的轮毂上。
因此能得到关于载荷从转子到传递到机舱的有利设计。
在本发明的一方面，所述附装利用附装机构例如螺钉、螺栓或螺柱(柱头螺栓)进行。
诸如螺钉、螺栓或螺柱的附装机构使得轴承圈可被拆卸，因而能很容易接近主轴承单元的内部部件。
在本发明的一方面，所述至少一个中心圈与转子的轮毂整体形成。
中心圈与转子的轮毂整体形成是有利的，因为这提供简单的主轴承单元设计。
在本发明的一方面，所述主轴承单元和/或所述风轮机包括用于允许所述外圈或外圈的至少一个部件轴向移位的机构。
通过使外圈或外圈的部件能轴向移位，就可接近外圈和中心圈之间的内部部件。这是有利的，因为更容易修理内部部件的损坏或磨损。
内部部件可以例如包括一排或多排滚动元件、一个或多个用于引导滚动元件的保持器(架，罩，cage)和/或一个或多个座圈。
在本发明的一方面，所述主轴承单元和/或所述风轮机包括用于允许所述内圈或内圈的至少一个部件轴向移位的机构。
通过使内圈或内圈的部件能在轴向上移位，就可接近内圈和中心圈之间的内部部件。这是有利的，因为更容易修理内部部件的损坏或磨损。
在本发明的一方面，所述至少一个外圈和/或所述至少一个内圈和/或所述至少一个外圈的部件和/或所述至少一个内圈的部件被分成两个或多个分段。
将轴承圈或其部件分成两个或多个分段是有利的，因为更容易拆卸。
在本发明的一方面，所述至少一个中心圈包括至少两个独立的(分开的)但刚性连接的轴承圈。
主轴承单元可以例如包括带有内圈和外圈的外轴承以及带有内圈和外圈的内轴承。如果例如外轴承直径比内轴承直径大，则外轴承的内圈和内轴承的外圈可以刚性地接合，以形成根据本发明的主轴承单元的中心圈。这是有利的，因为它提供简单的设计。
在本发明的一方面，所述主轴承单元包括至少一排在所述至少一个外圈和所述至少一个中心圈之间的滚动元件以及至少一排在所述至少一个内圈和所述至少一个中心圈之间的滚动元件。
轴承圈之间的滚动元件是提供低摩擦转动接合的有利方式。
在本发明的一方面，所述排中的所述滚动元件通过一个或多个保持器保持独立。
因此提供了本发明的有利实施例，因为防止了一排中的滚动元件相互摩擦，并使传递载荷的接触面保持均匀地围绕整个轴承圈分布。
在本发明的一方面，所述保持器的一个或多个被分成一个或多个分段。
为了能现场拆卸保持器，将保持器分成一个或多个分段是有利的。
应该指出，术语“分段”应理解为在与主轴承单元的旋转轴线平行的轴向平面中将保持器分成通过一个或多个切口分开一个或多个部分。
可将保持器分成一个分段是指在完整圆形保持器环中设置一个开口。
在本发明的一方面，所述滚动元件的至少一个外排是至少两个独立的滚动元件排。
滚动元件的排数越多，传递载荷的接触面越多，能使轴承圈通过每个接触点传递的载荷减少。但排数越多，生产成本就越高，因此，两排提供效率和成本之间的有利关系。
在本发明的一方面，所述滚动元件的至少一个内排是至少两个独立的滚动元件排。
在本发明的一方面，所述至少两个独立的滚动元件排包括第一排滚动元件和第二排滚动元件，该第一排滚动元件包括第一尺寸的滚动元件，该第二排滚动元件包括第二尺寸的滚动元件，其中所述第一尺寸与所述第二尺寸不同。
在例如外圈和中心圈之间不同排中的滚动元件不一定均匀地加载，因为一排或多排可能适合于专门处理轴向载荷，而另一些排可能适合于专门处理径向载荷。这些载荷不一定相同，因此，使滚动元件的尺寸适合于它们必需处理的载荷的尺寸是有利的。
应该指出，术语“尺寸”可以理解为滚动元件具有不同的形状，或者滚动元件的一个或多个尺寸不同。
在本发明的一方面，所述至少两个独立的滚动元件排包括处于第一节圆直径(pitch diameter)的第一排滚动元件以及处于第二节圆直径的第二排滚动元件，其中所述第一节圆直径与所述第二节圆直径不同。
因此，得到本发明的有利的实施例。
在本发明的一方面，所述至少一个外圈和/或所述至少一个中心圈和/或所述至少一个内圈包括一个或多个独立的座圈。
座圈是轴承圈的这样的部件，该部件包括在轴承的正常运行期间滚动元件在其上滚动的表面。轴承圈和滚动元件之间的这种接触表面受到很大的应变，因为大的载荷必需通过较小的接触面传递，因此，将座圈制成独立于轴承圈的其余部件以便在磨损、损坏等情况下能只更换座圈而不必更换整个轴承圈是有利的。
另外，应该指出，术语“独立的”可以理解为座圈是可以从轴承圈中拆卸的独立部件。座圈或座圈部件安装在轴承圈中，或者至少在某种程度上被轴承圈固定，但它不与圈整体形成，因此可以例如用不同的材料制造。
在本发明的一方面，所述至少一个中心圈包括一个或多个独立的座圈。
因此得到本发明的有利的实施例。
在本发明的一方面，所述独立的座圈中的一个或多个被分成若干分段。
因此能使座圈的拆卸更方便。
本发明还提供一种用于维修根据前述权利要求之一的风轮机的主轴承单元的方法。方法包括以下步骤：
-停止转子相对于机舱的旋转，以及
-移动主轴承单元的内圈或内圈的一部件(部分)，而使主轴承单元的外圈和中心圈保持传递载荷，或者
-移动主轴承单元的外圈或外圈的一部件，而使主轴承单元的内圈和中心圈保持传递载荷。
因此提供一种方法，该方法对大型现代风轮机的运行是有利的，因为它可以用简单而价廉的方式维修主轴承单元，而不必例如除去整个转子。
应该指出，术语“保持传递载荷”可以理解为主轴承单元持续能通过主轴承单元的一个或多个滚动元件排传递载荷，即使在维修主轴承单元整体或一部分的过程中-即使一个或多个轴承圈脱离-也是如此。
在本发明的一方面，所述方法还包括使所述主轴承单元的所述内圈或内圈的所述部件或者所述外圈或外圈的所述部件脱开的步骤。
在移动轴承圈或其部分之前脱开一个或多个轴承圈或轴承圈的一个或多个部件是有利的，因为它提供维修所述圈或至少所述圈和中心圈之间的内部部件的简单而方便的方法。
应该指出，术语“脱开”可以理解为任何类型的拆卸、拆分、拧松或者其它使轴承圈或其部件从它先前与风轮机的结构的连接释放的方法，例如移除或拧松使轴承圈或其部件与轮毂、机舱结构或齿轮箱部分相连的螺栓或螺柱。
在本发明的一方面，所述方法还包括重新附装所述主轴承单元的内圈或内圈的所述部件或者外圈或外圈的所述部件的步骤。
在已经移动轴承圈或其部件之后重新附装一个或多个轴承圈或轴承圈的一个或多个部件是有利的，因为它提供维修轴承圈或至少在轴承圈和中心圈之间内部部件的简单而方便的方法。
应该指出，术语“重新附装”可以理解为任何类型重新紧固、重新连接、重新装配或将轴承圈或其部件重新接合到风轮机结构上的其它方法，例如通过附装机构如螺栓或螺柱将轴承圈或其部件重新附装到轮毂、机舱结构或齿轮箱的部件上。
在本发明的一方面，所述传递载荷包括承载所述转子的整个重量。
因此得本发明的有利的实施例。
在本发明的一方面，所述方法是用于接近(操作)所述主轴承单元的内部部件的方法。
在维修主轴承单元期间接近主轴承单元的内部部件是有利的，因为内部部件经常是重加载，并因此是轴承单元中最易损坏的部分。
在本发明的一方面，移动所述内圈或内圈的部件，以便能接近所述主轴承单元的中心圈和所述内圈之间的内部部件。
因此得到本发明的有利的实施例。
在本发明的一方面，移动所述外圈或外圈的部件，以便能接近所述主轴承单元的中心圈与所述外圈之间的内部部件。
因此得到本发明的有利的实施例。
在本发明的一方面，沿轴向移动所述内圈或内圈的部件或者所述外圈或外圈的部件，以便能接近所述主轴承单元的内部部件。
如果在轴向上移动轴承圈或其部件，则可将轴承圈或其部件形成为完全未破坏的圈，这是有利的，因为圆环很抗拉动，并且轴向运动能一次移动整个轴承圈或其部件。
在本发明的一方面，所述内部部件包括一排或多排滚动元件、一个或多个保持器及一个或多个座圈。
因此得到本发明的有利的实施例。
在本发明的一方面，所述方法还包括整平所述主轴承单元的一个或多个部件的磨损。
通过整平主轴承单元的一个或多个部件的磨损来维修主轴承单元是有利的，因为它提供了延长部件寿命的简单方法。
在本发明的一方面，所述一个或多个部件包括所述主轴承单元的位置固定的轴承圈的区域，该位置固定的轴承圈与所述主轴承单元的滚动元件直接接触。
通过整平轴承圈或插入轴承圈中的独立座圈的磨损，轴承圈或独立的座圈的寿命可以延长和/或它们变得更价格低廉。
应该指出，术语“位置固定的”可以理解为轴承圈在风轮机的正常运行期间不旋转，即，轴承圈刚性地连接到机舱上或结合在机舱中。
在本发明的一方面，所述位置固定的轴承圈是主轴承单元的在风轮机正常运行期间相对于所述机舱固定的轴承圈。
因此得到本发明的有利的实施例。
应该指出，术语“固定的”可以理解为轴承圈和机舱基本上不以任何方式彼此相对地移动、旋转等。
在本发明的一方面，所述移动内圈或内圈的部件包括使主轴承单元的内圈或内圈的部件旋转远离先前的角位置。
如果主轴承单元的位置固定的圈总是或多半朝一个方向经受主要的载荷，则这些轴承圈的某些区域将比圈的其它区域或该圈经受更多的磨损，因此通过将这些圈旋转到新的角位置以整平轴承圈的磨损来维修主轴承单元是有利的。
在本发明的一方面，所述移动外圈或外圈的部件包括使主轴承单元的外圈或外圈的部件旋转远离先前的角位置。
因此得到本发明的有利的实施例。
本发明还提供根据权利要求21或35之一所述的方法的使用，其用于改变根据权利要求1-20之一的风轮机上的主轴承单元，其中所述风轮机是直接驱动式风轮机或者包括齿轮箱的风轮机。
因此得到本发明的有利的实施例。
附图说明
下面将参照附图说明本发明，在附图中：
图1示出大型现代风轮机从前面看去的视图，
图2示出现有技术中已知的简化的机舱从侧面看去的剖视图，
图3示出本发明的主轴承单元的实施例的一部分侧视剖视图，其安装在风轮机的传动系中，
图4示出与图3相同的实施例，其中外圈的第一部分在轴向上移位，如从前面所看到的，
图5示出与图3相同的实施例，其中去除中心圈和外圈之间的内部部件，如从侧面所看到的，
图6示出与图3相同的实施例，其中内圈的第一部分径向移位，如从侧面所看到的，
图7示出与图3相同的实施例，其中内圈的第二部分在轴向上位移，如从侧面所看到的，
图8示出与图3相同的实施例，其中去除中心圈和内圈之间的内部部件，如从侧面所看到的，
图9示出主轴承单元的实施例的剖视图，该主轴承单元包括四排滚动元件，如从侧面所看到的，
图10示出主轴承单元的实施例的剖视图，该主轴承单元包括六排滚动元件，如从侧面所看到的，
图11示出主轴承单元的实施例的剖视图，该主轴承单元包括四排滚动元件和一中心部分，如从侧面所看到的，以及
图12示出主轴承单元的实施例的剖视图，该主轴承单元包括六排朝不同方向作用的滚动元件，如从侧面所看到的。
具体实施方式
图1示出风轮机1，该风轮机1包括塔架2和位于该塔架2的顶部上的风轮机机舱3。风轮机转子4包括三个风轮机叶片5，所述叶片5安装在轮毂6上，所述风轮机转子4通过低速轴连接到机舱3上，该低速轴从前面伸出到机舱3的外面。
图2示出现有技术的风轮机1的机舱3从侧面看时的简化剖视图。机舱3有多种变型和配置，但在大多数情况下机舱3中的传动系都几乎总是包括下列部件中的一个或多个：齿轮箱15(通常是行星齿轮箱)，联接器(未示出)、某种制动系统16和发电机17。现代风轮机1的机舱3还可以包括变换器18(也叫做逆变器)和附加外围设备，例如附加电力处理设备、控制柜、液压系统、冷却系统等。
包括机舱部件15、16、17、18的整个机舱3的重量被一加强结构19承载。所述部件15、16、17、18通常安放在和/或连接到该共同的负荷承载结构19上。在这个简化的实施例中，负荷承载结构19仅沿机舱3的底部以例如底座框架的形式延伸，一部分或所有部件15、16、17、18连接在该底座框架上。在另一实施例中，负荷承载结构19可以包括一钟形齿轮(锥形齿轮，gear bell)，该钟形齿轮通过主轴承单元14可以将转子4的载荷传送到塔架2，或者负荷承载结构19可以包括多个互连的部件，例如网格。
机舱还包括主轴承单元14，以用于保证转子4可以相对于机舱3和机舱3的固定的传动系部件15、16、17、18基本自由地旋转。在传动系的这个实施例中，主齿轮装置14集成在齿轮箱15中，其中转子4通过轮毂6直接连接到齿轮箱15上。由于主轴承14结合在齿轮箱15中，所以齿轮箱结构必需能通过机舱加强结构19将转子4的整个载荷传递到塔架2。
在本发明的这个实施例中，传动系相对于一与贯穿塔架2的中心轴线垂直的平面-即水平面-建立8°的正常工作角度NA。传动系形成角度，以使转子4能相应地形成角度，从而例如保证叶片5不碰撞塔架2、补偿在转子4的顶部和底部处的风速差等。
图3示出从侧面看去的本发明的主轴承单元14的实施例的一部分剖面，该主轴承单元安装在风轮机1的传动系12中。
在本发明的这个实施例中，主轴承单元14的内圈9和外圈7通过附装机构25刚性地连接到风轮机轮毂6上，所述附装机构在本例中是螺栓。
在另一实施例中，内圈9和外圈7可以连接其它部件，例如机舱的加强结构19、风轮机齿轮箱15、齿轮箱的一部分如行星架26、环形圈(未示出)，或者连接到转子4上或机舱3上的任何其它部件上，或者内圈9和外圈7二者或其中之一可以整个地或部分地与轮毂6、机舱的加强结构19、齿轮箱15或者转子4或机舱3的任何其它部件整体形成，或者内圈9和外圈7可以形成为单个部件，例如U形部件，其中U形的两个“支腿”是主轴承单元14的内圈9和外圈7，该内圈9和外圈7通过交叉部分整体接合。
在这个实施例中，内圈9和外圈7连接到同一部件上，但在其它实施例中，圈7、9可以连接到不同部件上，其中所述不同部件则刚性地连接。
重要的是，内圈9和外圈7刚性地连接，以便保证内圈9和外圈7之间的内部距离D总是在轴承圈7、8、9的周围保证基本恒定而均匀，以防滚动元件13例如通过在座圈12的边缘上或者可能会损坏或减少主轴承单元14或其部件的寿命的其它部件上运行而离开它们在圈之间的正确位置。因此，即使主轴承单元14应当偏斜以便例如使主轴承单元14的旋转部分上的特定点描绘除标准圆之外的某种轨迹如椭圆，也能保证主轴承单元14的工作。由于内圈9和外圈7总是使中心圈18保持就位，而与主轴承单元14必需传送的载荷方向(径向上向内或向外，轴向上向前或向后或其组合)无关，所以保证了主轴承单元14的工作。因此主轴承单元14可自循轨迹，因为中心圈8始终在内圈9和外圈7之间基本精确地被导向，并且基本与轴承是否略呈卵形或其它形状无关。
在本发明的这个实施例中，风轮机1不具有低速轴，因为转子4直接连接到行星齿轮箱的行星架26上，从而在转子4和机舱3之间沿着轮毂凸缘27的外边缘建立连接，使主轴承单元14具有较大的直径，例如在1米和5米之间并优选在1.8米和3.5米之间的直径。因此，图3-8示出主轴承单元14在机舱3的上侧距转子的旋转轴线例如1.2米的距离处的一侧的剖视图，从而使本发明的主轴承单元14的这个实施例的直径约为2.4米的直径。
在本发明的另一个实施例中，主轴承单元14可以例如通过包围较小直径的主轴等而以另一直径被放置。
在这个实施例中，主轴承单元14仅包括一个中心圈、一个外圈7(尽管该外圈7被分成一个以上的并置的圈部件22、28)和一个内圈9(尽管该内圈9被分成一个以上的圈部件23、24)，但在另一实施例中，主轴承单元14的每种圈7、8、9都可包括一个以上。
在本发明的这个实施例中，中心圈8形成为一个单独的环，但在另一实施例中，中心圈8也可以形成为多个同心的环，例如两个独立的环，所示环基本上安装在同一风轮机部件上，例如轮毂6或机舱3的部件上如齿轮箱15的部件上。各中心圈8仅必需刚性地连接，以保证主轴承单元14能有效地朝两个径向方向上传递载荷。
在本发明的这个实施例中，中心圈8与机舱3的加强结构19整体形成，但在另一实施例中，中心圈8可以刚性连接或至少基本上刚性连接到机舱3的加强结构19上或机舱3的其它基本位置固定或旋转的部分上，或者，如果内圈9或外圈7连接到机舱3上，则中心圈8可以例如通过轮毂凸缘27连接到转子4上。
在本发明的这个实施例中，三圈设计也可以用来整平位置固定的轴承圈7、8、9的磨损和/或位置固定的轴承圈7、8、9的座圈12的磨损。在这种布置中的固定的座圈12(安装到机舱3上的那些)将受到由于转子4自身的重量而产生的主要的载荷方向，而倾斜运动由叶片5自身的重量产生。这将在位置固定的轴承圈的某些区域中造成较高的疲劳和磨损的速率。例如，如果选择将内圈9和外圈7安装到位置固定的机舱结构19上，并将中心圈8安装到旋转部分(轮毂6)上，则在这些位置固定的圈7、9的限定区域中将出现疲劳和磨损增大的区域。现在，可以这样操纵主轴承单元14，以使内圈9或外圈7都可以至少在静态状况下单独支承转子4。这意味着可以将主轴承单元14设计成，使得能移去外圈7的附装机构25，使外圈7旋转例如180°，重新装上外圈7，然后移去内圈9的附装机构25，使该内圈9旋转例如180°，并通过附装机构25重新装上内圈9。这意味着，较高加载的轴承圈7、8、9在共用它们的使用寿命的一部分之后将继续在此前未加载的区域上运行。基本上，可以把每个触点设计成仅用于系统设计寿命的一部分。
在本发明的这个实施例中，轴承圈7、8、9在起初安装时全都基本上完全是圆形，但在本发明的另一实施例中，所述圈7、8、9可以成形为例如卵形，以便预先补偿例如静态自重。转子4的自重可引起垂直方向上的静态偏移，并因此可能引起齿轮箱15或发电机17不对准它的支架(机舱3或至少机舱结构9)。这种偏移由于各部件4的质量以及主轴承单元14的刚度而是明确的，因此可以预先补偿。基本上，可以在“太高”部件上操纵轴承轴颈，因此当安装转子4时，它们首先采取其理论理想位置。人们或许不仅预先补偿静态自重，而且还例如预先补偿可能与质量显著不同的机构工作载荷，因此仅是与机构的偏差对齿轮箱或发电机的对准有影响。
在本发明的这个实施例中，有一潜在的危险是在某些点处某些滚动元件13在未加载的状况下运转。但滚动元件轴承14，尤其是滚子轴承14根本不希望无加载运转，甚至是在局部围绕圆周的情况下。有载荷或无载荷运行使滚动元件13运转比其理论速度慢，并因此在接触区中滑动。一旦滚动元件13进入载荷区，它首先必需加速，而这可能造成打滑或擦抹-这最终可能破坏主轴承单元14。因此，在本发明的另一实施例中，可有利地改变轴承圈7、8、9或至少轴承部件22、23、24、28的刚度，以便得到限定的滚动元件13预载荷，该预载荷刚好足以在所有工况下都保持最小的滚子载荷。
图4示出与图3所示相同的实施例的侧视图，其中外圈22的第一部分在轴向上位移。
主轴承单元14的目前设计提供了与风轮机1的运行有关的更多优点，因为该设计能使整个主轴承单元14或至少主轴承单元14的易磨损部件和/或内部部件12、13、20可被接近、检查和/或更换，而不必通过附加复杂设备移除或固定转子4。
在本发明的这个实施例中，外圈的第一部分22可被轴向移动，以便能接近外圈7和中心圈8之间的内部部件12、13、20。
因为外圈的第一部分22是重加载，所以当径向和/或轴向载荷通过主轴承单元14传递时，外圈的第一部分22在这个实施例中形成为整体闭合的环，该环完全包围外圈7和中心圈8之间的内部部件12、13、20，但因为内圈9和外圈7总是围绕主轴承单元14局部刚性连接，所以外圈的第一部分22也可以形成为多个单独的分段。
在本发明的这个实施例中，外圈7还包括外圈的第二部分28，该第二部分28在这个实施例中在检查和/或更换内部部件12、13、20期间是位置固定的，但在另一实施例中，外圈的第二部分28可以例如分成多个分段，然后可在检查和/或更换内部部件12、13、20期间被移开，以保证更好的工作状况等，或者外圈的第二部分28可以形成为轮毂6等的一体部分。
图5示出与图3所示相同的实施例的侧视图，其中将中心圈8和外圈7之间的内部部件移开。
当已经移开外圈的第一部分22时，可自由接近外圈7中的座圈12、滚动元件13、保持器20和外圈8中的座圈12。
主轴承单元14包括一个或多个保持器20，以便基本上保持各个滚动元件13相对于其它滚动元件13的位置，从而在滚动元件之间总是围绕主轴承单元14保持基本上恒定而均匀的距离。
在这个实施例中，保持器20形成为钢箍带，该钢箍带设有多个与滚动元件13对应的孔。保持器20还形成一个分段，其中钢箍带可以在一个地方开口，以便移开保持器20而不必移开滚动元件13。
在另一实施例中，保持器20可以分成多个分段，或者保持器20可以成形为两个单独的保持器20，该两个单独的保持器20在滚动元件13的两侧运转，并且在全部或一部分滚动元件13之间连接。
尽管外圈7和中心圈8之间的内部部件12、13、20被移开或仅接近，但中心圈8和内圈9之间的滚动元件13仍保持完全工作，从而能使中心圈8和内圈9之间的成排的滚动元件13可以承载转子4的整个重量及载荷，并将其转递到机舱3以及继续传递。
当然，在拆卸或移除任何圈7、8、9之前，都必须使转子4停止旋转，以保证维修人员的安全、保证机械的安全并减少修理期间必需通过主轴承单元14传递的载荷。
图6示出与图3所示相同的实施例的侧视图，其中内圈的第一部分23径向移位。
由于主轴承单元14的设计，所以在本发明的这个实施例中，内圈的第一部分23不能在已经移除内圈的第二部分24之前移开。
在本发明的这个实施例中，内圈的第一部分23形成为完全闭合的环，并因此需要沿轴向移动，而在本发明的另一实施例中，内圈的第一部分23可以分成多个分段，这些分段可以在径向上移动。
因为内圈的第二部分24在这个实施例中被轴向固定在轮毂凸缘27和内圈的第一部分23之间，所以该内圈的第二部分24在本发明的这个实施例中被分成多个分段，这些分段可以如图6中的箭头所示径向移开。
图7示出与图3所示相同的实施例的侧视图，其中内圈的第二部分24被沿轴向移位。
已经移动内圈的第二部分24以后，内圈的第一部分23可以在轴向上位移，以便能接近内圈9和中心圈8之间的内部部件12、13、20。
图8示出与图3所示相同的实施例的侧视图，其中将中心圈8和内圈9之间的内部部件移开。
当内圈的第一部分23已经移开时，能自由接近内圈7中的座圈12、滚动元件13、保持器20以及中心圈8中的座圈12。
在本发明的这个实施例中，所有四个座圈12都分成若干分段以便于移开，并能够仅移开座圈12的损坏部分。
在本发明的另一实施例中，仅将中心圈8中的座圈12分成若干分段，而内圈9和外圈7中的座圈12则在轴向上滚动元件13的最高点的正上方分成两个完全独立的环，这两个环例如通过螺栓连接以形成完整的座圈12。如果保持器20可以在座圈12已围绕滚动元件13定位之后安装，则内圈9和外圈7中的座圈12也可以形成为完整的圆环。
在本发明的另一实施例中，圈7、8、9不设置独立的座圈12，或者至少仅中间圈8设有独立的座圈12，因为座圈12可以与圈7、8、9整体形成，这会导致整个圈7、8、9或至少这些圈的与滚动元件13接触的整个部分在座圈12损坏或磨损后必需更换。
像在图5下所说明的那样，中心圈8和外圈7之间的滚动元件13保持传递载荷，而内圈9和中间圈8之间的内部部件12、13、20移开或者刚能接近，从而能使中心圈8和外圈7之间的成排的滚动元件13可承载转子4的整个重量及载荷，并将其传递到机舱3以及继续传递。
在图3-8所示的主轴承单元14的实施例中，主轴承单元14的滚动元件13是滚珠，在内圈9和中心圈8之间仅有滚动元件13的一排10，以及在外圈7和中心圈8之间仅有滚动元件13的一排10。但具有本发明的主轴承单元14的风轮机1当然可以用多个不同的方法设计，且在图9-12中示出了用于风轮机1的主轴承单元14的几个具体实施例。
图9示出主轴承单元14的一个实施例的横截面，该主轴承单元14包括外圈7和中心圈8之间的滚动元件13的两个排10以及中心圈8和内圈9之间的滚动元件13的两个排10。
图9所示的主轴承单元14的设计基本类似于图3-8中所示的主轴承单元14的设计，不同之处在于，主轴承单元14包括位于外圈7和中心圈8之间的滚动元件13的两个排10以及位于中心圈8和内圈9之间的滚动元件13的两个排10。
在本发明的这个实施例中，主轴承单元14的所有圈7、8、9都包括独立的座圈12。当座圈12与圈7、8、9的其余部件分开时，该座圈通常用比轴承圈7、8、9的其余部件更硬和更耐用的材料制成，并且为了能将座圈12安装在圈7、8、9中，该座圈12可分成如前所述的多个分段。
图10示出主轴承单元14的一个实施例的横截面，该主轴承单元14包括外圈7和中心圈8之间的滚动元件13的三个排10以及中心圈8和内圈9之间的滚动元件13的三个排10。
滚动元件13的排数越多，则接触面越多并且每个滚动元件13必须传递的载荷越少。但排数越多，主轴承单元14就越复杂并且成本越高。
图11示出主轴承单元14的一个实施例的横截面，该主轴承单元14包括外圈7和中心圈8之间的滚动元件13的两个排10以及中心圈8和内圈9之间的滚动元件13的两个排10。
在这个实施例中，中心圈8还设有中心部分21，而内圈9和外圈7是U形，从而这种轴承能传递很高的轴向载荷，同时仍然保持基本上自循轨迹的优点。
图12示出主轴承单元14的一个实施例的横截面，该主轴承单元14包括外圈7和中心圈8之间的滚动元件13的三个排10和中心圈8和内圈9之间的滚动元件的三个排10。
在这个实施例中，外圈7和内圈9设有一中心部分21，从而使这种轴承能传递很高的轴向载荷。
在这个实施例中，滚动元件13都是滚柱，但在另一实施例中，滚动元件13可以都是滚针、滚珠等或它们的任何组合。
在这个实施例中，主轴承单元14包括具有第一尺寸的滚动元件13的四个独立的排10以及具有第二尺寸的滚动元件13的两个附加排10，其中四个排10中滚动元件13大于两个排10中的滚动元件13。
在另一实施例中，主轴承单元14中的所有滚动元件13可具有基本一致的尺寸，或者不同尺寸的滚动元件13的各个排可以不同地组合。
在这个实施例中，内圈9和中心圈8之间的滚动元件13的排10放置在两个不同的节圆直径上，同样地，内圈9和中心圈8之间滚动元件13的排10放置在两个不同的节圆直径上。
上面已经参照风轮机1、主轴承单元14等的设计和实施例的具体例子说明了本发明。然而，应该理解，本发明不限于所述具体例子，而是可以在如权利要求书所述的发明范围内进行各种各样的设计和改变。
标号明细表
1、风轮机；            2、塔架；
3、机舱；              4、转子；
5、叶片；              6、轮毂；
7、外圈；              8、中心圈；
9、内圈；              10、滚动元件排；
11、安装孔；           12、座圈；
13、滚动元件；         14、主轴承单元；
15、齿轮箱；           16、制动系统；
17、发电机；           18、变换器；
19、加强结构；         20、保持器；
21、中心部分；         22、外圈的第一部分；
23、内圈的第一部分；   24、内圈的第二部分；
25、附装机构；         26、行星架；
27、轮毂凸缘；         28、外圈的第二部分；
D、内部距离。

Claims (36)

1.一种风轮机(1)，包括：
机舱(3)，以及
转子(4)，
所述转子(4)通过至少一个主轴承单元(14)旋转地安装在所述机舱(3)上，
其特征在于，
所述主轴承单元(14)包括至少一个外圈(7)、至少一个中心圈(8)和至少一个内圈(9)，其中，所述中心圈(8)能相对于所述外圈(7)和所述内圈(9)旋转，或者所述外圈(7)和所述内圈(9)能相对于所述中心圈(8)旋转。
2.按照权利要求1的风轮机(1)，其特征在于，所述至少一个外圈(7)和所述至少一个内圈(9)刚性连接。
3.按照权利要求1或2的风轮机(1)，其特征在于，所述至少一个外圈(7)和所述至少一个内圈(9)附装到所述转子(4)的轮毂(6)上。
4.按照权利要求1或2的风轮机(1)，其特征在于，所述至少一个中心圈(8)附装到所述转子(4)的轮毂(6)上。
5.按照权利要求3或4的风轮机(1)，其特征在于，所述附装通过附装机构(25)例如螺钉、螺栓或螺柱(21)进行。
6.按照前述权利要求之一的风轮机(1)，其特征在于，所述至少一个中心圈(8)与所述转子(4)的轮毂(6)形成一体。
7.按照前述权利要求之一的风轮机(1)，其特征在于，所述主轴承单元(14)和/或所述风轮机(1)包括用于允许所述外圈(7)或至少该外圈(7)的部件(22、28)轴向移位的机构。
8.按照前述权利要求之一的风轮机(1)，其特征在于，所述主轴承单元(14)和/或所述风轮机包括用于允许所述内圈(9)或至少该内圈(9)的部件(22、28)轴向位移的机构。
9.按照前述权利要求之一的风轮机(1)，其特征在于，所述至少一个外圈(7)和/或所述至少一个内圈(9)和/或所述至少一个外圈(7)的部件(22、28)和/或所述至少一个内圈(9)的部件(23、24)被分成两个或多个分段。
10.按照前述权利要求之一的风轮机(1)，其特征在于，所述至少一个中心圈(8)包括至少两个独立但刚性地连接的轴承圈。
11.按照前述权利要求之一的风轮机(1)，其特征在于，所述主轴承单元(14)包括位于所述至少一个外圈(7)和所述至少一个中心圈(8)之间的滚动元件(13)的至少一个排(10)以及位于所述至少一个内圈(9)和所述至少一个中心圈(8)之间的滚动元件(13)的至少一个排(10)。
12.按照权利要求11的风轮机(1)，其特征在于，所述成排(10)的滚动元件(13)通过一个或多个保持器(20)保持独立。
13.按照权利要求12的风轮机(1)，其特征在于，所述保持器(20)中的一个或多个被分成一个或多个分段。
14.按照权利要求11-13之一的风轮机(1)，其特征在于，所述滚动元件(13)的至少一个外排(10)是滚动元件(13)的至少两个独立的排。
15.按照权利要求11-14之一的风轮机(1)，其特征在于，所述滚动元件(13)的至少一个内排(10)是滚动元件(13)的至少两个独立的排。
16.按照权利要求14或15的风轮机(1)，其特征在于，所述滚动元件(13)的至少两个独立的排(10)包括滚动元件(13)的第一排(10)和滚动元件(13)的第二排(10)，该第一排包含第一尺寸的滚动元件(13)，该第二排包含第二尺寸的滚动元件(13)，其中所述第一尺寸与所述第二尺寸不同。
17.按照权利要求14或15的风轮机(1)，其特征在于，所述滚动元件(13)的至少两个独立的排(10)包括处于第一节圆直径的滚动元件(13)的第一排(10)和处于第二节圆直径的滚动元件(13)的第二排(10)，其中所述第一节圆直径与所述第二节圆直径不同。
18.按照前述权利要求之一的风轮机(1)，其特征在于，所述至少一个外圈(7)和/或所述至少一个中心圈(8)和/或所述至少一个内圈(9)包括一个或多个独立的座圈(12)。
19.按照前述权利要求之一的风轮机(1)，其特征在于，所述至少一个中心圈(8)包括一个或多个独立的座圈(12)。
20.按照权利要求18或19的风轮机(1)，其特征在于，所述独立的座圈(12)中的一个或多个被分成若干分段。
21.一种用于维修按照前述权利要求之一的风轮机(1)的主轴承单元(14)的方法，该方法包括以下步骤：
-使转子(4)相对于机舱(3)的旋转停止，以及
-移动所述主轴承单元(14)的内圈(9)或内圈(9)的部件，同时使所述主轴承单元(14)的外圈(7)和中心圈(8)保持传递载荷，或者
-移动所述主轴承单元(14)的外圈(7)或外圈(7)的部件，同时使所述主轴承单元(14)的内圈(9)和中心圈(18)保持传递载荷。
22.按照权利要求21的方法，其特征在于，所述方法还包括使所述主轴承单元(14)的所述内圈(9)或内圈(9)的所述部件或者所述外圈(7)或外圈(7)的所述部件脱开的步骤。
23.按照权利要求21或22的方法，其特征在于，所述方法还包括重新附装所述主轴承单元(14)的所述内圈(9)或内圈(9)的所述部件或者所述外圈(7)或外圈(7)的所述部件的步骤。
24.按照权利要求21-23之一的方法，其特征在于，所述传递载荷包括承载所述转子(4)的整个重量。
25.按照权利要求21-24之一的方法，其特征在于，所述方法是接近所述主轴承单元(14)的内部部件的方法。
26.按照权利要求21-25之一的方法，其特征在于，移动所述内圈(9)或内圈(9)的所述部件，以便能够接近所述主轴承单元(14)的所述中心圈(8)和所述内圈(9)之间的内部部件。
27.按照权利要求21-26之一的方法，其特征在于，移动所述外圈(7)或外圈(7)的所述部件，以便能够接近所述主轴承单元(14)的所述中心圈(8)和所述外圈(7)之间的内部部件。
28.按照权利要求21-27之一的方法，其特征在于，沿轴向移动所述内圈(9)或内圈(9)的所述部件或者所述外圈(7)或外圈(7)的所述部件，以便能接近所述主轴承单元(14)的内部部件。
29.按照权利要求25-28之一的方法，其特征在于，所述内部部件包括滚动元件(13)的一个或多个排(10)、一个或多个保持器(20)和一个或多个座圈(12)。
30.按照权利要求21-29之一的方法，其特征在于，所述方法也是平整所述主轴承单元(14)的一个或多个部件的磨损的方法。
31.按照权利要求30的方法，其特征在于，所述一个或多个部件包括所述主轴承单元(14)的位置固定的轴承圈的区域，该位置固定的轴承圈与所述主轴承单元(14)的滚动元件(13)直接接触。
32.按照权利要求31的方法，其特征在于，所述位置固定的轴承圈是所述主轴承单元(14)的一个或多个在所述风轮机(1)的正常运行期间相对于所述机舱(3)固定的轴承圈(7、8、9)。
33.按照权利要求21-32之一的方法，其特征在于，所述移动内圈(9)或内圈(9)的部件的步骤包括使所述主轴承单元(14)的所述内圈(9)或内圈(9)的所述部件转动离开先前的角位置。
34.按照权利要求21-33之一的方法，其特征在于，所述移动外圈(7)或外圈(7)的部件的步骤包括使所述主轴承单元(14)的所述外圈(7)或外圈(7)的所述部件转动离开先前的角位置。
35.按照权利要求23-34之一的方法，其特征在于，将所述主轴承单元(14)的所述轴承圈(7、9)或轴承圈(7、9)的所述部件重新附装到新的角位置。
36.按照权利要求21或35之一的方法的使用，其用于改变按照权利要求1-20之一的风轮机(1)上的主轴承单元(14)，其中，所述风轮机(1)是直接驱动式风轮机(1)或者包括齿轮箱(15)的风轮机(1)。
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