CN101631975B - 润滑介质密封装置和带有润滑介质密封装置的风力涡轮机 - Google Patents

润滑介质密封装置和带有润滑介质密封装置的风力涡轮机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及诸如油封装置的润滑介质密封装置，用于提供润滑介质阻隔结构以将润滑介质限制在具有第一轴承圈(17；25)和第二轴承圈(16；23)的轴承(9)内，包括：与一个轴承圈旋转的支撑圈(14)；安装于支撑圈内的第一密封圈(21)和第二密封圈(20)，第一密封圈和第二密封圈适于与随着另一轴承圈旋转的密封表面(28，29)形成润滑介质阻隔结构，其中，支撑圈能够从第一密封圈与第一密封区(28)形成润滑介质阻隔结构且第二密封圈不与密封表面接合的第一密封位置移动到第二密封圈形成润滑介质阻隔结构的第二密封位置。根据本发明，密封表面包括只有在支撑圈(14)移动到第二密封位置后才与第二密封圈(20)协作的第二密封区(29)。

Description

润滑介质密封装置和带有润滑介质密封装置的风力涡轮机
技术领域
本发明涉及一种润滑介质密封装置。
背景技术
本发明涉及一种润滑介质密封装置。从FR2742837可获知此种密封。这种已知密封的缺点是第二密封圈必须密封在与第一密封圈密封区相同的密封区。润滑介质阻隔结构应该具有较长预期寿命，并在较长工作期间内可能逐渐损坏第一密封区。这意味着，如果润滑介质阻隔结构泄漏，并且泄漏的原因是损坏了第一密封区，则由第二密封圈替换第一密封圈不能阻止泄漏，也不会带来期望的改进。
发明内容
为了克服该缺点，提供了一种润滑介质密封装置，用于提供润滑介质阻隔结构以将润滑介质限制在具有第一轴承圈和第二轴承圈的轴承内，所述第一和第二轴承圈限定了包括有待润滑轴承部件的空间，该润滑介质密封装置包括：支撑圈，所述支撑圈具有在包括所述待润滑轴承部件的所述空间的侧端处的、于第一轴承圈和第二轴承圈之间延伸的圆柱形部分，其中，所述支撑圈与所述第一轴承圈和第二轴承圈中的一个轴承圈一起旋转；安装于所述支撑圈内的第一密封圈和第二密封圈，所述第一密封圈和第二密封圈适于与随着所述第一轴承圈和第二轴承圈中的另一轴承圈一起旋转的密封表面形成润滑介质阻隔结构，其中，所述支撑圈能够相对于所述第一轴承圈和第二轴承圈从所述第一密封圈与第一密封区形成润滑介质阻隔结构、且所述第二密封圈不与密封表面接合的第一密封位置移动到所述第二密封圈形成润滑介质阻隔结构的第二密封位置，其特征在于：所述密封表面包括第二密封区，所述第二密封区只有在所述支撑圈移动到第二密封位置后才与所述第二密封圈协作。通过制造带有密封在新密封区的新密封圈的新颖润滑介质阻隔结构，润滑介质阻隔结构将像全新似地发挥作用。
根据一实施方式，在所述支撑圈位于所述第一密封位置时，所述第二密封区相对于所述第一密封区位于所述润滑介质阻隔结构的更靠近所述待润滑轴承部件的地方。以此方式，第二密封区由润滑介质阻隔结构保护不受外部影响，从而防止了对第二密封区的损坏。
根据一实施方式，所述第一密封区和所述第二密封区具有相同直径，并且所述密封表面在所述第一密封区和第二密封区之间设有宽度至少等于所述第二密封圈的宽度的沟槽。以此方式，第一密封圈和第二密封圈可具有相同尺寸，这使得支撑圈更紧凑并降低成本。
根据一实施方式，所述第一密封区和所述第二密封区具有不同直径。以此方式，避免了在密封表面内制造沟槽，并且第一密封圈能保持抵靠密封表面密封。
根据一实施方式，所述密封圈的材料是聚四氟乙烯。这种材料减小了密封表面和密封圈之间的摩擦，并因此获得增加的密封圈的使用寿命。
根据一实施方式，所述第一和第二密封区由回火钢形成。这种材料延长了密封表面的使用寿命。
根据一实施方式，所述第一和第二密封区是轴承圈的一部分。这使得可以制造具有润滑介质密封装置的紧凑轴承，由此密封区能制造成与轴承表面或者(如果应用的话)轴承的滚珠滚道或滚柱滚道相同的质量。
本发明也涉及一种风力涡轮机，其设置有支撑带有叶片的毂部的主轴承，其中，所述主轴承包括第一轴承圈和第二轴承圈，所述第一和第二轴承圈限定了具有滚动轴承件的空间，其中，在所述滚动轴承件的两侧，所述空间被如上所述的润滑介质密封装置密封。具有用于支撑叶片的主轴承的风力涡轮机的维护费用受到主轴承使用寿命的很大影响。在已知风力涡轮机中，替换主轴承或润滑介质密封装置花费高昂。通过在主轴承中使用延长预期寿命的润滑介质密封装置，相当大地提高了风力涡轮机的成本效益。
附图说明
以下将通过借助于附图描述本发明实施方式的方式解释本发明。在附图中：
图1示出风力涡轮机的侧视图；
图2示出在具有油封装置的第一实施方式的情况下，图1的风力涡轮机的主轴承的详细剖视图；
图3示出油封装置的第二实施方式位于第一位置时的详图；以及
图4示出油封装置的第二实施方式位于第二位置时的详图。
具体实施方式
图1示出置于塔架1上并具有外壳2的风力涡轮机。外壳2能绕竖直轴旋转。外壳环4的一侧附接到外壳2，且另一侧附接到主轴承9。包括带有叶片10的毂部11的转子R附接到主轴承9，并能绕中心线3旋转。毂部11在前侧面处由盖12覆盖。具有永久磁铁5的发电机转子6经由发电机法兰8附接到主轴承9，并与转子R一起旋转。发电机定子7安装在外壳环4上。永久磁铁5沿发电机定子7的绕组移动以产生电。外壳2能绕竖直轴旋转，使得转子R能面向风。
该风力涡轮机设计具有直驱式发电机，且发电机转子6由转子R直接驱动。主轴承位于外壳环4和转子R之间，并设计成承受转子R上的重力和空气动力载荷。主轴承9的使用寿命在很大程度上决定着风力涡轮机的使用寿命，这是因为替换主轴承9的成本较高。在风力涡轮机置于例如海边等难于接近位置的情况下，必须避免在使用寿命内替换主轴承9。主轴承9的使用寿命在很大程度上取决于位于主轴承9的旋转部件和静止部件之间的油封装置的使用寿命。这些油封装置需确保足够的润滑介质(诸如油)保留在主轴承9内。对此应用而言，只有以全环形式安装在旋转部件和静止部件之间的油封装置才具有足够长的使用寿命。围绕预定部件组装成并焊接成全环的油封装置其焊接处总是薄弱处。该焊接处会将使用寿命缩短至不能接受的程度，因此这种设计不合适。组装和拆卸全环形式的油封装置通常需要设备进行大量拆解操作，因此强烈希望延长油封装置的使用寿命。
图2示出主轴承9，主轴承9是具有滚珠18的滚珠轴承，由此油封装置安装于滚珠18两侧上的静止内圈17和旋转外圈16之间。内圈17安装于外壳环4的法兰26上。发电机法兰8和毂部11安装在外圈16上。支撑圈14由螺栓13耦联到外圈16。支撑圈14的圆柱体部27位于内圈17和外圈16之间。静态密封19安装在圆柱体部27的外圆周上，并密封外圈16和支撑圈14之间的开口。
在支撑圈14的内圆周上安装有内密封20和外密封21，其中内密封20最靠近诸如滚珠18的待润滑部件，而外密封21最靠近外部环境。内圈17的靠近支撑圈14的外圆周具有外密封表面28、最靠近待润滑部件的内密封表面29、以及位于外密封表面28和内密封表面29之间的沟槽22。沟槽22的深度要确保内密封20或外密封21在位于沟槽22上方时是不受约束的，并且也不与内圈17发生任何接触。
在图2所示的位置，在支撑圈14和外圈16之间(经发电机法兰8和毂部11)有间隔件15，且支撑圈14位于第一位置。在支撑圈14的第一位置，外密封21借助柔性密封唇密封抵靠外密封表面28。内密封20位于沟槽22上方，使得静止内圈17和旋转内密封20的柔性密封唇之间无接触。因为内密封20位于外密封21后方，所以它不受任何污染或光的影响，且内密封20的密封唇无磨损。这样，内密封20保持备用，并且只要它位于第一位置，就不会缩短它的使用寿命。并且，内密封表面29由外密封21保护并保持备用。
在一定时期过后，通过观察到外密封21的密封唇和外密封表面28之间漏油而发现外密封21的使用寿命终止。在确定外密封21使用寿命终止时，移除间隔件15，朝内部推动支撑圈14并用螺栓13将支撑圈14紧固到外圈16(经发电机法兰8和毂部11)。现在支撑圈14位于其第二位置。
在该第二位置，内密封20的柔性密封唇密封在内密封表面29上，而外密封21因为位于沟槽22上方，所以其柔性密封唇不受内圈17的约束。(在其它实施方式中，外密封21也可以与外密封表面28密封接触)因为在支撑圈14置于第二位置且内密封20的柔性密封唇接触内密封表面29之后，内密封20和内密封表面29的使用寿命才刚开始，所以油封装置的使用寿命是原来的两倍长。
为了尽可能地延长油封装置的使用寿命，外密封表面28和内密封表面29优选地由回火钢制成并具有经过研磨的表面。这样就能尽可能地减少柔性密封唇上的磨损。内密封20和外密封21由挠性材料制成，例如橡胶、或优选为聚四氟乙烯(Teflon)、或类似材料，以获得尽可能长的使用寿命。在这种应用中用单个密封可获得的油封装置的使用寿命大约是15～20年，该使用寿命略低于其预期使用寿命。通过使用具有两个但为一个接一个起作用方式的油封件的油封装置，油封装置不再是影响风力涡轮机使用寿命的限制因素。
需要理解的是，为了使支撑圈14可以沿轴向朝滚珠18移动，外密封表面28和内密封表面29必须设置有逐渐过渡段，例如倾斜表面和/或圆形表面，以避免损坏内密封20或外密封21的柔性密封唇。并且，外圈16必须设置倾斜表面，以在支撑圈14于内圈17和外圈16之间移动时避免损坏静态密封19。
在图2所示的实施方式中，示出主轴承9为双列滚珠轴承。应该清楚的是，本领域技术人员可应用其它类型的滚珠轴承及滚柱轴承、或任何其它类型的轴承。本发明也可应用于其他应用中，例如旋转轴在滚柱轴承或滚珠轴承或任何其它类型的轴承内旋转的旋转轴和外壳之间的油封装置。
图3和图4示出彼此相对旋转的内圈25和外圈23之间的密封。在这种实施方式中，支撑圈14耦联到外圈23，且外密封表面28和内密封表面29位于内圈25上。应该清楚的是，这种情况是优选的，因为研磨外表面比较容易。但是，可能存在优选在外圈23内表面上设置外密封表面28和内密封表面29的实施方式。在图3和图4所示的实施方式中，支撑圈14在腔室24内能沿轴向移动，腔室24与诸如一个或多个轴承、齿轮等待润滑部件所在的空间连通。通过使用具有内密封20和外密封21的支撑圈14，实现了使油封装置的使用寿命加倍。
在希望获得甚至更长使用寿命的情况下，可以使用具有两个或更多个沟槽的三个或更多个密封圈，使得能够一个接一个地使用密封圈。然后，不同的沟槽可具有从外部观察逐渐增大的宽度，以确保在将支撑圈移动过小段距离至下一位置之后，下一个密封圈接触尚未由任何其它密封圈使用的下一密封表面。
在所述实施方式中，外密封表面28和内密封表面29具有相同直径，并且内密封20和外密封21具有相同直径。当内密封20和内密封表面29具有比外密封21和外密封表面28略大的直径时，无需沟槽22就能实现与一个接一个地使用油封装置的效果相同的效果。以此方式，支撑圈14也具有由外密封21进行密封的第一位置和由内密封20进行密封的第二位置。

Claims (9)

1.一种润滑介质密封装置，用于提供润滑介质阻隔结构以将润滑介质限制在具有第一轴承圈和第二轴承圈的轴承内，所述第一和第二轴承圈限定了包括有待润滑轴承部件的空间，该润滑介质密封装置包括：
支撑圈，所述支撑圈具有在包括所述待润滑轴承部件的所述空间的侧端处的、于第一轴承圈和第二轴承圈之间延伸的圆柱形部分，其中，所述支撑圈与所述第一轴承圈和第二轴承圈中的一个轴承圈一起旋转；
安装于所述支撑圈内的第一密封圈和第二密封圈，所述第一密封圈和第二密封圈适于与随着所述第一轴承圈和第二轴承圈中的另一轴承圈一起旋转的密封表面形成润滑介质阻隔结构，
其中，所述支撑圈能够相对于所述第一轴承圈和第二轴承圈从所述第一密封圈与第一密封区形成润滑介质阻隔结构、且所述第二密封圈不与密封表面接合的第一密封位置移动到所述第二密封圈形成润滑介质阻隔结构的第二密封位置，
其特征在于：所述密封表面包括第二密封区，所述第二密封区只有在所述支撑圈移动到第二密封位置后才与所述第二密封圈协作。
2.如权利要求1所述的润滑介质密封装置，其中，在所述支撑圈位于所述第一密封位置时，所述第二密封区相对于所述第一密封区位于所述润滑介质阻隔结构的更靠近所述待润滑轴承部件的地方。
3.如权利要求1所述的润滑介质密封装置，其中，所述第一密封区和所述第二密封区具有相同直径，并且所述密封表面在所述第一密封区和第二密封区之间设有宽度至少等于所述第二密封圈的宽度的沟槽。
4.如权利要求1所述的润滑介质密封装置，其中，所述第一密封区和所述第二密封区具有不同直径。
5.如权利要求1所述的润滑介质密封装置，其中，所述密封圈的材料是聚四氟乙烯。
6.如权利要求1所述的润滑介质密封装置，其中，所述第一和第二密封区由回火钢形成。
7.如权利要求6所述的润滑介质密封装置，其中，所述第一和第二密封区是轴承圈的一部分。
8.一种风力涡轮机，其设置有支撑带有叶片的毂部的主轴承，其中，所述主轴承包括第一轴承圈和第二轴承圈，所述第一和第二轴承圈限定了具有滚动轴承件的空间，其中，在所述滚动轴承件的两侧，所述空间被如权利要求1所述的润滑介质密封装置密封。
9.根据权利要求8所述的风力涡轮机，其中，所述滚动轴承件是滚珠。
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