CN102227558A

CN102227558A - 风力发电装置

Info

Publication number: CN102227558A
Application number: CN2009801477176A
Authority: CN
Inventors: 野田善友; 沼尻智裕; 关诚太
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-06-24
Filing date: 2009-06-24
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2029-06-24
Also published as: CN102227558B; JPWO2010150367A1; CA2745103A1; EP2447531A1; AU2009348572A1; US20110233939A1; WO2010150367A1; BRPI0923294A2; KR20110084958A; EP2447531A4; JP5412516B2

Abstract

本发明提供一种具备能够减小径向的间隙而减少轴中心的偏移的滑动轴承作为偏摆回旋轮轴承的风力发电装置。风力发电装置中，设置在塔架(2)上的舱室(3)经由偏摆滑动轴承(30)而被支承为能够回旋，偏摆滑动轴承(30)主要具备：配置于在固定部(32)形成的凸缘的上下支承面与回旋部(31)之间的水平滑动构件(33)；配置在偏摆滑动轴承(30)的固定部(32)与回旋部(31)之间的滚动体(34)。

Description

风力发电装置

技术领域

本发明涉及接受到风力而旋转的主轴对发电机进行驱动而发电的风力发电装置，尤其涉及风力发电装置的偏摆(YAW)回旋轮轴承中使用的滑动轴承的结构。

背景技术

风力发电装置是具备风车叶片的旋翼头接受到风力而旋转、利用增速器使该旋转增速而驱动发电机发电的装置。另外，具备风车叶片的旋翼头与设置在塔架上部的舱室内的增速器及发电机连结，因此为了使旋翼头的方向始终与变动的风方向一致，而需要用于使舱室在塔架上回旋的偏摆回旋装置。

图9表示以往的偏摆回旋装置的结构例。

图9所示的偏摆回旋装置10采用在内圈12a与外圈12b之间夹有钢球12c等的滚动轴承12，其中，所述内圈12a固定于在塔架2上回旋的舱室3侧的基底构件(舱室底板)11上，所述外圈12b固定在不动的塔架2侧。即，在图示的偏摆回旋装置10中，采用了滚动轴承12作为偏摆回旋轮轴承。

这种情况下的偏摆回旋装置10具备形成在外圈12b的外周面上的固定齿轮13、通过固定设置在舱室3侧的偏摆电动机14而转动的驱动齿轮15。并且，通过使驱动齿轮15与固定齿轮13啮合，而使驱动齿轮15根据偏摆电动机14的旋转方向来绕固定齿轮13回旋移动，因此基底构件11及偏摆电动机14相对于不动的塔架沿顺时针或逆时针回旋。

需要说明的是，图中的符号16表示制动盘，17表示制动块，18表示制动托架。

另外，在以往的风力发电装置中，已知有采用例如图10A及图10B所示那样的滑动轴承20作为上述偏摆回旋轮轴承的装置。

图10A及图10B所示的滑动轴承20是在回旋部21与固定部22之间夹有滑动轴承件23的轴承，其中，所述回旋部21固定于在塔架2上回旋的舱室3侧的基底构件(舱室底板)11上，所述固定部22固定在不动的塔架2侧。这种情况下的滑动轴承20主要由形成在塔架2上部的固定部(凸缘部)22的上下平面部承担因叶片受到的风载荷所引起的力矩载荷，与该平面部接触的滑动轴承件23固定在舱室侧。

另外，作为能够支承作用在旋转轴上的径向载荷的球面滑动轴承，公开有将滑动件配设在滚动轴承部分的外圈侧而成的轴承(例如，参照专利文献1)。

【专利文献1】日本特开2006-312965号公报

其中，与滚动轴承12相比，上述滑动轴承20适用于大型的风力发电装置的偏摆回旋轮轴承。

即，随着风力发电装置的大型化而需要大径的偏摆回旋轮轴承，因此在不易分割的结构的滚动轴承12中，具有与球状轴承12c等的特订件化相伴的成本上升或运输限制等问题。

另一方面，滑动轴承20由于为可分割结构而容易应对成本或运输问题等，因而，形成容易应对风力发电装置的大型化的偏摆回旋轮轴承。

然而，与滚动轴承12相比，滑动轴承20具有在内圈侧与外圈侧存在的径向(半径)方向游隙大、塔架侧与舱室侧的轴中心容易偏向径向这样的问题。即，滑动轴承20通常在径向上需要1mm左右的初始间隙，而且由于滑动轴承件23随着运转的持续而发生磨损，因此初始间隙随着运转时间的增加而进一步扩大。

因此，若采用滑动轴承20作为偏摆回旋轮轴承，则间隙会导致轴中心移动而产生偏移。这样的轴中心的偏移会使与偏摆电动机的位置关系、以及驱动侧及固定侧齿轮间的齿隙变动，其中该偏摆电动机使舱室回旋，因此会在驱动侧及固定侧的齿轮上作用过大的载荷而妨碍偏摆回旋装置的顺畅的动作。

需要说明的是，在采用滚动轴承12的情况下，由于能够将径向的间隙设定为0～负数，因此不会发生间隙的问题。

从这样的背景出发，对有利于近年来大型化日益发展的风力发电装置的偏摆回旋轮轴承的滑动轴承而言，期望减小径向的间隙而减少轴中心的偏移。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的在于提供一种具备能够减小径向的间隙而减少轴中心的偏移的滑动轴承作为偏摆回旋轮轴承的风力发电装置。

本发明为了解决上述课题，采用了以下的结构。

本发明的第一方面所涉及的风力发电装置中，设置在塔架上的舱室经由偏摆滑动轴承而被支承为能够回旋，所述风力发电装置的特征在于，所述偏摆滑动轴承主要具备：配置于在固定部形成的凸缘的上下支承面与回旋部之间的滑动构件；配置在所述偏摆滑动轴承的所述固定部与所述回旋部之间的滚动体。

根据这样的风力发电装置，偏摆滑动轴承主要具备：配置于在固定部形成的凸缘的上下支承面与回旋部之间的滑动构件；配置在偏摆滑动轴承的固定部与回旋部之间的滚动体，因此能够减少在轴承内产生的径向的间隙。这种情况下的滚动体使用圆柱·圆筒形状等的滚子即可。

在上述的发明中，优选，所述滚动体为辊从动件，所述回旋部沿周向分割成多个而配置，由此，将大型化的轴承形成为分割结构，对于回旋部而言不需要遍布在整周上的支承结构。另外，对于分割结构的情况下的轴向(轴)方向载荷而言，根据载荷来调整滑动轴承件的面积即可。另外，在偏摆滑动轴承发生损伤时，也可以局部地更换损伤部分。

这种情况下，优选，在所述辊从动件上设置间隙调整机构，由此，能够在工场制造时放宽设定间隙的制作公差，最终现场调整。另外，在偏摆滑动轴承发生损伤时，对现场局部更换了的部分也能够容易地进行间隙调整。

在上述的发明中，优选，所述偏摆滑动轴承的所述凸缘被制成在所述固定部的内周侧及外周侧形成上下支承面的T状，且所述滚动体配置在所述固定部的内周侧及外周侧中的至少一方，由此，能够抑制因力矩载荷的负载而引起的偏摆滑动轴承结构的挠曲。

根据本发明的风力发电装置，对有利于日益大型化的风力发电装置的偏摆回旋轮轴承的滑动轴承而言，能够减小径向的间隙而减少轴中心的偏移，因此能够防止多余的载荷作用于驱动侧及固定侧的齿轮这种情况，使偏摆回旋装置顺畅地动作。从而，具备采用滑动轴承作为偏摆回旋轮轴承的偏摆回旋装置的风力发电装置在使舱室的回旋顺畅而提高可靠性和耐久性方面起到显著的效果。

附图说明

图1A是表示本发明所涉及的风力发电装置的第一实施方式中的对舱室的回旋进行支承的偏摆滑动轴承结构的主要部分的纵剖视图。

图1B是图1A的横剖视图。

图2是表示风力发电装置的概要的侧视图。

图3A是表示本发明所涉及的风力发电装置的第二实施方式中的对舱室的回旋进行支承的偏摆滑动轴承结构的主要部分的纵剖视图。

图3B是表示从图3A的偏摆滑动轴承结构中分割出的滑动轴承单元的立体图。

图3C是放大表示图3A及图3B的辊从动件的立体图。

图4是图3A所示的偏摆滑动轴承结构的横剖视图。

图5A是表示图3B的滑动轴承单元所涉及的第一变形例的图，是在辊从动件上设有间隙调整机构的结构例的纵剖视图。

图5B是图5A的主要部分扩大图。

图6A是图5A所示的第一变形例的横剖视图。

图6B是图6A的主要部分扩大图。

图7是表示本发明所涉及的风力发电装置的第三实施方式中的一体结构的偏摆滑动轴承结构的主要部分剖视立体图。

图8是表示本发明所涉及的风力发电装第四实施方式中的具有T状凸缘的偏摆滑动轴承结构的主要部分剖视立体图。

图9是表示图8的偏摆滑动轴承结构所涉及的第一变形例的纵剖视图。

图10A是表示偏摆回旋装置的现有结构中的具备滚动轴承的结构例的图。

图10B是放大图10A所示的偏摆回旋装置的主要部分的结构而得到的纵剖视图。

图11是表示偏摆回旋装置的现有结构中的具备滑动轴承的结构例的图。

【符号说明】

1 风力发电装置

2 塔架(支柱)

3 舱室

10A 偏摆回旋装置

11 基底构件(舱室底板)

21 固定齿轮

22 基底构件(舱室底板)

23 偏摆电动机

24 驱动齿轮

30、30A、30B、30C 偏摆滑动轴承

31、31B 回旋部

31A 回旋轴承单元

32、32A 固定部

33 水平滑动轴承件(水平轴承件)

34 滚动体

40 辊从动件

50 弹簧预压机构

60 间隙调整机构

具体实施方式

以下，参照图1A、1B及图2对本发明所涉及的风力发电装置的一实施方式进行说明。

图2所示的风力发电装置1具有竖立设置在基座B上的塔架(也称作“支柱”)2、设置在塔架2上端的舱室3、被支承为能够绕大致水平的横向的旋转轴线旋转而设置于舱室3的旋翼头4。

在旋翼头4上绕其旋转轴线放射状地安装有多张(例如三张)风车旋转叶片5。由此，从旋翼头4的旋转轴线方向吹到风车旋转叶片5上的风力被转换成使旋翼头4绕旋转轴线旋转的动力。

<第一实施方式>

上述的风力发电装置1具备偏摆回旋装置10A，该偏摆回旋装置10A使设置在塔架2上端部的舱室3回旋，以使旋翼头4的方向始终与变动的风方向一致。

该偏摆回旋装置10A具备偏摆滑动轴承30，该偏摆滑动轴承30将设置在塔架2上端部的舱室3支承为能够回旋，因此主要由平面部承担力矩载荷。

图示的偏摆滑动轴承30形成为在回旋部31与固定部32之间夹有水平滑动轴承件(以下，称作“水平轴承件”)33及滚动体34的结构，其中，所述回旋部31固定于在塔架2上端部回旋的舱室3侧的基底构件(舱室底板)11，所述固定部32固定在不动的塔架2侧。

回旋部31为外周侧开口的截面呈コ状的环构件，在塔架2的内周侧固定于基底构件11的下表面。这种情况下，安装成回旋部31的轴中心位置、即舱室3的回旋轴中心位置与塔架2的轴中心位置一致。需要说明的是，该回旋部31可以是一体的环构件、或在圆周方向上分割为多个而成的环构件中的任一种。

固定部32是从固定在塔架2上端部的不同体的圆筒构件2a朝向塔架2内侧水平地形成的凸缘部。该固定部(凸缘部)32由于上下的平面部与水平轴承件33相接而形成滑动轴承，因此对该固定部32实施了减小摩擦系数的加工。需要说明的是，图中的符号2b表示塔架主体。

水平轴承件33是固定安装在回旋部31的上下内面、即安装在コ状截面的上下形成的内侧的平面部(对置面)上的树脂等的板状构件。在图示的结构例中，水平轴承件33沿周向被分割成具有大致梯形形状的12片，这12片分别向周向等间距地配置。需要说明的是，水平轴承件33的分割数目并未限定于12，配置也不一定等间距，只要相对于载荷对称配置即可。分割后的水平轴承件33的总计面积根据作用在偏摆滑动轴承30上的轴向(轴)方向载荷而适当调整即可。

滚动体34使用例如圆柱形状等的滚子。该滚动体34以使圆柱侧面等曲面部与固定部32的内周侧铅垂面相接的方式朝向铅垂方向保持在回旋部31上。

需要说明的是，滚动体34并未限定于圆柱形状的滚子，只要是例如圆筒形状的滚子或钢球等具有减少在偏摆滑动轴承30内产生的径向的间隙的功能的滚动体即可。

具备这样的偏摆滑动轴承30的偏摆回旋装置10A具备：形成于在塔架2侧固定的圆筒构件2a的外周面上的固定齿轮13A、通过固定设置在舱室3侧的基底构件11上的偏摆电动机14而转动的驱动齿轮15。并且，通过使驱动齿轮15与固定齿轮13A啮合，而驱动齿轮15根据偏摆电动机14的旋转方向来绕固定齿轮13A回旋移动，因此基底构件11及偏摆电动机14与驱动齿轮15一体地相对于不动的塔架沿顺时针或逆时针回旋。

其中，在图示的结构例中，因偏摆滑动轴承30的采用，由此承受摩擦力而增加回旋驱动的负载。因此，将4组偏摆电动机14及驱动齿轮15向圆周方向等间距地配置而增加电动机输出，但偏摆电动机14的数目等并未限定于此。

另外，采用了偏摆滑动轴承30的偏摆回旋装置10A能够将导致电动机输出增加的摩擦力、增加了输出的偏摆电动机14的负载作为制动力。因此，在具备偏摆滑动轴承30的偏摆回旋装置10A中，无需设置舱室3的回旋停止所需要的制动机构(图9所示的制动盘16和制动块17等)，从而，对舱室3的轻量化和成本降低来说是有效的。另外，也不需要制动机构的动作所需要的液压回路，因此能够减少液压泵的配管和阀等，从而实现简单化。

这样，上述的风力发电装置1的偏摆回旋装置10A主要构成为，在形成于固定部32的凸缘的上下支承面与回旋部31之间配置滑动构件33来承担力矩载荷，在偏摆滑动轴承30的固定部32与回旋部31之间配置承受径向的载荷的滚动体34，因此，能够有效地利用滑动轴承及滚动轴承的优点，减少在偏摆滑动轴承30内产生的径向的间隙。

即，上述的偏摆滑动轴承30由滚动体34承受径向的载荷，因此与滚动轴承同样地能够将构成固定部32的凸缘部的内周侧前端部与滚动体34之间的间隙设定为0或负数。换言之，由于上述的偏摆滑动轴承30由滚动体34承受径向的载荷，因此能够使固定部32与滚动体34之间形成的间隙减小到无。

<第二实施方式>

接下来，参照图3A～图6B对本发明所涉及的风力发电装置的第二实施方式进行说明。需要说明的是，对与上述实施方式同样的部分标注相同符号而省略其详细说明。

在该实施方式中，采用辊从动件40作为上述的滚动体34。并且，例如图3B及图4所示那样，偏摆滑动轴承30A采用在回旋部31的周向上分割成多个而成的回旋轴承单元31A。即，本实施方式的偏摆滑动轴承30A没有在回旋部31上整周地配置，而将多个回旋轴承单元31A沿周向等间距地配置。

例如图3A及图3C所示那样，辊从动件40的圆筒41形成与固定部32的内周侧铅垂面进行滚动接触的滑动面。通过将销43经由轴承42插入到圆筒41的内部，由此构成辊从动件40。

上述结构的辊从动件40中，圆筒41以销43为轴而回旋自如，圆筒41的内周面与销43的外周面之间也经由轴承42进行滚动接触。

需要说明的是，在图示的结构例中，在一个回旋轴承单元31A设置四个辊从动件40，但并未限定于此，另外，辊从动件40的结构也没有特别限定，可以采用没有轴承42的结构等。

这样，对于大型化的偏摆滑动轴承30A的回旋部31而言，通过采用分割结构的回旋轴承单元31A，而能够将回旋轴承单元31A以预先组装好的状态输送，因此具有解决运输问题和现场作业简易化等显著的优点。

另外，对于回旋轴承单元31A而言，具有コ状截面的环构件未遍布在塔架2的上端部整周上，因而，不需要在整周上设置用于将回旋轴承单元31A固定在基底构件11上的支承结构。此外，具有コ状截面的环构件未遍布在塔架2的上端部整周上，因而，能够减少作为滚动体34而使用的辊从动件40的数目。

另外，在上述偏摆滑动轴承30A采用多个回旋轴承单元31A这种分割结构的情况下，对于轴向(轴)方向载荷而言，能够根据载荷适当调整水平轴承件33的总计面积而进行应对。

另外，在偏摆滑动轴承30A的回旋轴承单元31A发生损伤的情况下，上述分割结构的采用能够局部更换损伤部分而进行应对。

另外，在图示的结构例中，在下表面侧的水平轴承件33上设有弹簧预压机构50。该弹簧预压机构50具有如下功能：通过将例如螺旋弹簧或碟形弹簧等作为弹簧51，从而根据螺母52的拧入量来调整弹簧51的弹性系数，使水平轴承件33与固定部32相接的表面压力变化。需要说明的是，该弹簧预压机构50根据需要而适当采用即可。

然而，例如图5A、5B及图6A、6B所示那样，优选对上述辊从动件40设置间隙调整机构60。

图示的间隙调整机构60具备：保持辊从动件40的截面コ状的座61；在一端对座61进行支承的调整螺栓62；与调整螺栓62的另一端侧螺合的螺母63。需要说明的是，在图示的结构例中，螺母63为两个，但并未限定于此。

由于具备这样的间隙调整机构60，因此通过使螺母63相对于调整螺栓62的螺合位置变化，而能够调整辊从动件40的突出量。

这里，调整的突出量是指使在辊从动件40的滑动面与固定部32的内周侧铅垂面之间形成的间隙变化的量。因而，具备间隙调整机构60的回旋轴承单元31A能够在制造时放宽设定的间隙的公差，在组装完成后现场调整而达到最优化。

另外，上述间隙调整机构60在偏摆滑动轴承30A发生损伤时，对现场更换的部分的回旋轴承单元31A也能够容易调整间隙。

<第三实施方式>

接下来，参照图7对本发明所涉及的风力发电装置的第三实施方式进行说明。需要说明的是，对与上述实施方式同样的部分标注相同符号而省略其详细说明。

在该实施方式中，偏摆滑动轴承30B的回旋部31B采用连结上下一对环35、36而成的一体结构。

上下一对环35、36通过将配置在上部的大致L状截面的环35和配置在下部的大致矩形截面的环36连结而使它们一体化，由此构成整体具有大致コ状截面的回旋部31B的环构件。另外，在使上下的环构件35、36一体化时，在两环构件35、36间以夹持的方式装入滚动体34。

需要说明的是，在连结上下的环构件35、36而使它们一体化之前，预先将水平轴承件33固定在各对置面上。

这样，若将回旋部31B形成为一体化的环形状、且采用装入有水平轴承件33及滚动体34的一体结构的偏摆滑动轴承30B，则能够减少现场输送及现场组装的部件个数。从而，能够减少现场组装时的作业工时，而且在具有充分的设备的工厂能够准确地调整在滚动体34的滑动面与固定部32的内周侧铅垂面之间形成的间隙设定。

<第四实施方式>

接下来，参照图8及图9对本发明所涉及的风力发电装第四实施方式进行说明。需要说明的是，对与上述实施方式同样的部分标注相同符号而省略其详细说明。

在图8所示的实施方式中，配置有如下构成的偏摆滑动轴承30C，即，构成固定部32A的凸缘被制成T状截面，且在固定部32A的内周侧及外周侧形成上下支承面。

即，本实施方式的固定部32A是从塔架2的上端部、具体而言是从固定在塔架主体2b上端部的不同体的圆筒构件2a′朝向塔架2的内侧及外侧而水平地形成的凸缘部。该固定部(凸缘部)32的上下的平面部与固定在回旋部31C上的水平轴承件33相接，从而形成滑动轴承。

另外，图示的偏摆滑动轴承30C中，滚动体34配设在T状的固定部32A的内周侧及外周侧而与凸缘部端面相接，但可以在内周侧端面及外周侧端面中的任一方配设滚动体34，采用任一种结构都能够减少径向的间隙。

与上述的悬臂梁的固定部32相比，这样的偏摆滑动轴承30C由于制成T状截面的固定部32A的刚性增加，因此能够抑制因力矩载荷的负载所引起的偏摆滑动轴承结构的挠曲。即，能够实现舱室3的回旋顺畅地进行的偏摆回旋装置，且使T状截面的固定部32A小型化，从而能够确保与悬臂梁的固定部32同等程度的刚性。

另外，在图9所示的本实施方式的第一变形例中，配设滚动体34的位置从与T状的固定部32A的内周侧端面及外周侧端面相接的位置变更成与固定支承固定部32A的塔架2的内周面及外周面相接的位置。这种情况下的滚动体34配设于在下侧的环构件36形成的滚动体收纳部37的内部。即，在具有T状的固定部32A的偏摆滑动轴承30C、30C′中，滚动体34以与固定部32A相接的方式配置在内周侧及外周侧中的至少一方，但这种情况下的上下方向位置可以是与凸缘部端面相接的位置或与塔架2的壁面相接的位置中的任一处。

需要说明的是，在图示的结构例中，在塔架2的内周侧及外周侧配设有滚动体34，但也可以仅配设在任一方。

如此，根据上述的本发明，采用有利于日益大型化的偏摆回旋轮轴承的滑动轴承，且滚动体34限定径向的间隙，因此，能够减小径向的间隙而减少轴中心的偏移。因此，能够防止多余的载荷作用在固定齿轮21及驱动齿轮24的各齿轮上这种情况，从而使偏摆回旋装置10A顺畅地动作。

从而，具备采用滑动轴承作为偏摆回旋轮轴承的偏摆回旋装置10A的风力发电装置1使舱室3的回旋顺畅而提高可靠性和耐久性。

另外，上述各实施方式并未限定于基于图示说明的内容，例如可以是采用弹簧预压机构等适当组合而成的结构。

另外，本发明并未限定于上述实施方式，可以在不脱离其主旨的范围内进行适当变更。

Claims

1.一种风力发电装置，其设置在塔架上的舱室经由偏摆滑动轴承而被支承为能够回旋，所述风力发电装置的特征在于，

所述偏摆滑动轴承主要具备：配置于在固定部形成的凸缘的上下支承面与回旋部之间的滑动构件；配置在所述偏摆滑动轴承的所述固定部与所述回旋部之间的滚动体。

2.根据权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于，

所述滚动体为辊从动件，所述回旋部沿周向分割成多个而配置。

3.根据权利要求2所述的风力发电装置，其特征在于，

在所述辊从动件上设有间隙调整机构。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的风力发电装置，其特征在于，

所述偏摆滑动轴承中，所述凸缘被制成为在所述固定部的内周侧及外周侧形成上下支承面的T状，所述滚动体配置在所述固定部的内周侧及外周侧中的至少一方。