CN102691719A - 带有三列或更多列的可移动体部的轴承 - Google Patents

带有三列或更多列的可移动体部的轴承 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种风力涡轮机转子毂轴承，其中，一系列可移动构件包括这种构件的多于两个的环状系列(15b、17b，170b、19b)，其中，至少两个环状系列具有不同的中值直径，所述多于两个的环状系列的可移动构件布置成沿轴承转动轴线(50c)按比例排列的多于两个的列，所述多于两个列的可移动构件具有两个端部列和至少一个中间列，每个端部列分别包括一系列滚子轴承，所述一系列滚子轴承各自具有横向于所述轴线的转动轴线，所述中间列包括滚珠。

Description

带有三列或更多列的可移动体部的轴承
技术领域
本发明涉及一种在所承受的力非常大的设备上的枢转轴承或回转环。
特别地，涉及风力涡轮机领域。
事实上，本发明的目的是提出这样一种用于风力涡轮机转子毂的叶片的轴承。
背景技术
通常，已经存在易于承受较大的力的轴承，相关的轴承置于并固定于第一结构与第二结构之间，在该第一结构与第二结构之间，力经由该轴承传递，这些结构中的至少一个能够绕轴承转动轴线相对于另一个旋转。
所述轴承包括：
第一轴承座圈以及第二轴承座圈，第二轴承座圈的一部分围绕第一轴承座圈沿径向延伸至所述转动轴线，以及
多个组可移动构件(或体部)，每一个可移动构件置于所述第一及第二轴承座圈之间，并呈环状地围绕所述轴线。
在某些设备上，沿该轴线的轴向(转动轴线)和径向方向所承受的力可能非常大。有时力矩也非常大。
在风力涡轮机的领域中，风力涡轮机叶片不仅沿该叶片/各个叶片承受大的力(轴向力)，此外也承受沿该叶片轴线及转子毂的径向施加的非常大的力(因此被称为径向力)。
在这种情况下，前述第一结构及第二结构可以具体地分别是风力涡轮机转子毂以及风力涡轮机叶片，该叶片因此能够绕所述轴承转动轴线相对于所述毂旋转。
风力涡轮机的转速、不断增加的尺寸，由风施加的力，以及与叶片的螺旋角有关的力对轴承施加不断提高的抵抗力。
在这方面，通常，轴承能够绕其延长轴枢转大约10度以根据风的强度提高产量。
发明内容
在本文中，本发明的目的是改进轴承的机械抵抗力。这种改进的必然结果是防止某些与风力涡轮机叶片的回转环有关的问题，特别是防止由于振动导致的磨损(微震摩擦磨蚀)。
所提出的方案包括，所述多个系列的可移动构件包括至少三个环状系列，其中至少两个系列相对于所述轴承转动轴线放置于不同的半径处，并且所述至少三个环状系列布置为沿该转动轴线按比例排列的至少三列。
非常有利的，沿所述轴承转动轴线按比例排列的所述至少三列可移动构件将包括位于两个端部列之间的至少一个中间列的可移动构件，其能够根据点接触沿第一轴承座圈及第二轴承座圈的轨道运动。
因此，将确保加强对垂直于轴承转动轴线的力的抵抗力。
由于这个/这些中间列，可确保对这些径向力的有效抵抗力，但是该抵抗力将小于，例如，使用滚子轴承(roller bearing)的情况下的抵抗力，同时允许对枢转件的振动抵抗力，因此消除了特别是在风力涡轮机的领域中，由微震摩擦磨蚀引起的磨损。
带有包括滚珠轴承或球面滚珠轴承的中间列可移动构件的方案已经特别有效，特别是在径向座圈运动的刚度及限制方面是这样，因此限制了微震摩擦磨蚀。
同样有利的，中间列的可移动构件被预加载至垂直于此转动轴线的平面中，该中间列的可移动构件属于沿轴承转动轴线按比例排列的三列或更多列的可移动构件。
特别是对于逐渐增大的倾覆力矩处的抵抗力，应当考虑到，所述至少三列可移动构件的端部列的可移动构件可以是圆筒轴承(barrelbearing)或滚子轴承，更一般地，在这两种情况下，各自地具有横向于轴承转动轴线的转动轴线的线式接触的可移动构件。
在这里，“横向”通常表示所涉及的转动轴线与轴承转动轴线交叉，而并不一定垂直。
特别地，以不变截面的圆柱的形式和/或带有各自的垂直于轴承转动轴线的转动轴线的滚子轴承方案将使得能够确保与轴承转动轴线平行的有效的效果，因此，被因而引导的力的吸收，以及(特别是在风力涡轮机上的)带有负载能力的预期增长的倾覆力矩。
此外，通过将中间列的可移动构件布置于与两个端部列的可移动构件不同的同一(中值)直径上，因此也将有利地布置于接头(joint)(中值)直径上，该组件的振动抵抗力以及机械抵抗力在动态中将特别有利。
在风力涡轮机领域中，这点以及前述内容是的特别相关的，合理的是：还涉及包括转子毂、至少一个叶片以及轴承或回转环的风力涡轮机，如上所述，该叶片能够相对于该毂旋转，并且可移动构件因此被布置为适于将该领域的具体力矩以及力保持在一起，并且更具体地，因此振动限制甚至阻止由微震摩擦磨蚀引起的磨损。
通过提供技术上以及经济都有很好表现的方案，上述特征，甚至那些下文将更加详细描述的特征，对带有枢转轴承或回转环的相关设备的可靠性，以及组装/拆卸工效方面都有利。
附图说明
在附图中所示的示例中：
图1是根据这里所提供的方案的风力涡轮机的主视图；
图2是侧视图；
图3及图4分别示出了图2的III-III剖面的可行实施方式；
图5是所涉及的回转环的主视图，这里是图4的回转环的主视图(人们应当以同样的方式设想的其他的实施方式)；
图6示出了端部滚子轴承以及中间滚珠；
图7示出了在端部列及中间列的滚珠(仅示出了轴承而没有示出固定至该轴承的结构)；
图8示出了端部列中的以及两个中间列上的滚珠；
图9、图10、图11示出了端部列中的圆筒轴承以及一个或两个中间列上方的滚珠。
具体实施方式
在图1及图2中，能够看到风力涡轮机1，其包括塔架3，塔架3的顶端具有至少一个叶片，这里为三个，5a，5b，5c，这三个叶片绕中央毂7的水平轴线7a旋转。
通常，毂7本身安装为绕竖直轴7b相对于塔架3旋转，以便相对于风更好地定向。
每个叶片，特别地，图2中的叶片5c可以绕其延长轴线50c相对于转子毂7枢转少许角度或枢转约10度，以便调节涡轮功率以及转动速度。
在图3及图4中，在7处能够发现转子毂，并且在50c处为叶片5c的轴线(50c也定位轴承转动轴线，其分别示出为9、90)。
每个叶片的特定角定向，例如叶片5c，特别地产生了较大的径向力，以及较大的弯曲力矩。
所示的轴承或回转环，9、90分别包括第一轴承座圈11、11b，第二轴承座圈13、13b以及多个系列的可移动构件15、15b、17、17b、170b、19、19b(参见图3、图4)。
第一轴承座圈的围绕面向第二座圈的部分延伸的端部11a1、11a2，——其相对于转动轴线50c沿径向——与第二座圈的中央鼻部130a一起，用于保持诸如15、19；15b、19b等的端部列的可移动构件。
通常地，如图5所示，每个系列的可移动构件以圆环的形式，绕轴线50c成环状地布置于第一与第二轴承座圈之间。
在图3、图4所示的示例中，这些系列的可移动构件分别包括三个及四个环状系列，所述三个及四个环状系列分别放置成沿所述轴线50c按比例排列的三个及四个列中。
这些可移动构件的列包括：
两个(轴向)端部列151、191；151b、191b，每个端部列包括一系列滚子轴承15、19；15b、19b，所述一系列滚子轴承15、19；15b、19b各自具有横向于轴承转动轴线50c(与其倾斜地交叉)的转动轴线153、193；153b、193b，以及
可移动构件的，分别为，一个(图3)及两个(图4)(轴向地)中间列171；171b、172b，该中间列包括滚珠：17、17b、170b。
因此，在三个或四个层级或列上存在轴向间隔。换句话说：该系列的可移动构件包括沿轴50c按比例排列的多于两个的这种构件的环状系列(因此多于两列)。
在图3、图4中，这些系列的可移动构件的端部列以及中间列具有不同的中值直径。这里，端部列位于同一中值直径D1上(在轴线50c与滚子轴承15、19；15b、19b的中部之间测量得到)，同样，中间列位于：以同样的方式测量得到的中值直径D2(滚珠)上。图3、图4中示出为半径(R1、R2)。因此，在端部列的一侧上以及中间列的另一侧上，这些可移动构件相对于所述转动轴线50c放置于分别为R1、R2的不同的半径处。
以更加一般的方式，人们因此发现，在本方案中，一个或两个环状系列的可移动构件17、17b、170b适于至少承受相对于轴承转动轴线50c沿径向或横向定向的力，这个/这些系列，沿该轴的投影，被置于两个端部列的可移动构件(系列)之间，每个端部列适于基本承受平行或基本平行于轴承转动轴线而定向的力。
在图3、图4以及图6中，滚子轴承15、19；15b、19b是截面基本不变的圆柱。
半径沿滚子轴承非常轻微地变化，以便获得常压的分布，每个端部处的减缩使得能够减少边缘效应。此外，滚子轴承的各自的转动轴线(例如图3所示的滚子轴承15的转动轴线155)垂直于轴承转动轴线50b。
在图3及图4中，中间列171；171b、172b的可移动构件全部相同，并且放置于以轴线50c为中央的相同中值直径(中值直径D2)处。
至于相应的滚珠17、17b、170b，如果存在多个系列，则建议：它们全部具有相同的直径，例如图4所示的D30，两个端部列的滚子轴承也优选地全部相同：在图4中标记为D4的直径，特别是对于风力涡轮机叶片轴承应用。在其它沿特定方向的轴向力为主的应用中，中间列的可移动体部(或构件)17b、170b的直径D30可小于D4。
在图3中，171所代表的其所属的多个中间可移动构件沿平行于轴50c的方向，每个中间可移动构件均沿该方向放置，基本放置于两个端部列的可移动构件之间的中部。在图3中，中间列171是唯一的，滚珠的直径D3因此高于图4的两个连续的中间列的滚珠的共用直径D30，但这可以变化：滚珠的直径是基于该应用的径向力计算的结果。
在图4中，较高的中间列171b以及较低的中间列172b的滚珠分别又沿平行于轴线50c的方向，每个滚珠均沿该方向放置，与它们的其它中间列的同系列的滚珠相比而言，更加靠近分别来自较高端部列151b以及较低端部列191b的滚子轴承放置。
还是在图4中，并且优选地同样在图3中，分别标记为173a以及173b的是两个所示中间列的可移动构件的两个中间平面。如所建议的那样，这些点接触的可移动构件分别被预加载至这些平面中的每一个，这些平面分别垂直于转动轴线50c。为此，在前述平面中，该滚珠的直径略高于自50c测量的容置它们的座圈11b的滚动轨道与座圈13b的滚动轨道(分别为23a、23b)的半径的差。在受到应力时，这些滚珠的负载将因此相对于轴线50c呈径向。事实上，对于图3所示的滚珠系列17，或者，甚至对于图6以及其后附图的中间列的滚珠，这种径向负载以及可能的预负载方向都将会是相同的。此外，在图3中，190已被标记为两个端部列的可移动构件的联合加载轴。其对应于轴向负载。因此，其平行于轴线50c。该轴线被标记或未被标记，但在图4、图6以及其后的图中示出，在这些附图中，因此也存在两个端部列的可移动构件的轴向负载的轴线。
在图3及图4中，也值得注意的是，座圈中的一个由几个部分构成。相对于其它座圈沿径向方向较高的第一轴承座圈11、11b基本更靠近转动轴线50c。
因此，为了方便组装/拆卸和维护，第一轴承座圈11、11b由两部分构成，分别为110、111；110b、111b。优选的配合表面——分别为21、21b——是用于力的传递，是靠近较低端部列的平面，这里为19或19b，以便在转子装置与中间列的滚珠之间建立整体连结。在视图中，配合表面大体位于其包围的较高的端部列151或151b处，以便关于该第一座圈的较高部分110；110b局部地用作为较高端部列的滚子轴承的较高滚动路径。同一座圈的下方较低、附加的更低的部分111、111b用作为(图3)/(图4)中间列的滚珠的外部滚动路径，以及较低端部列的滚子轴承的较低滚动路径。类似的组件存在于后面附图的实施方式中。
可以注意到，对于力以及力矩的抵抗力来说，径向地，每个滚珠的内部滚动路径23(也被称为轨道)的底部(在中间高度处)的直径D40小于每个滚子轴承的外部止档件的直径D5，该外部止档件横向(这里为垂直)于轴线50c，无论该滚子轴承来自较高列(250)或较低列(270)都是这样。因此，滚珠的轨道可以径向地放置于这样的直径处：该直径尽可能地接近滚子轴承的列的直径D1以便限制中央鼻部130a的长度并且因此，限制其脚部的弯曲约束。鼻部130a是内部座圈13的中央部分，该中央部分沿径向方向延伸至内部滚动路径23。在任意侧面上，鼻部130a也用作为例如滚子轴承15、19的中央滚动路径。
在任何情况下，前述所有或部分特征将被实施使得可移动构件因此布置为适于承受带有相对于轴承转动轴线50c呈径向或轴向的分量的共同定向的力。
关于毂7以及叶片5c上的组装，应当进一步注意，在轴承的任意侧面上，座圈11、13分别固定至毂以及叶片。
带有或不带有头部(螺柱)的螺钉，分别为27及29，在离该轴的径向距离不同的两个位置处，确保前述平行于轴线50c的固定。图5示出了这一点，分别带有外部座圈11b以及内部座圈13b(其齿130b位于内周；当然图3的情况是可预测的)。
每个固定装置27的在座圈11的外周上按比例排列的螺纹杆与螺母27a配合。每个固定装置29直接旋接至叶片根部5c的体部上，而其头部29a位于毂侧。因此，螺栓27、29可从转子毂7的中空内侧进入。
图4与图6的实施方式之间的不同之处在于中间列的可移动构件沿径向放置为比端部列的可移动构件更加远离轴线50c或更加靠近轴线50c(D2/R2)。
但是，在一侧或在另一侧上的这种布置没有确定为用于任何由这里的可取得专利的方案所涵盖的实施方式。
具有带有滚子轴承的(轴向)端部列的方案应当能够使得获得大的轴向负载能力，尤其是倾覆力矩的轴向负载能力，主要的负载，特别是在非常大型的风力涡轮机(多个兆瓦)上成为可能。(预加载对)对可移动座圈的所允许的径向力矩的限制也是值得注意的。
图7使得能够示出，除转子毂与风力涡轮机叶片外的结构可以固定至轴承的旋转座圈。因此，联系所述实施方式中的任意一个，因而涉及例如，仓库起重机转塔的实现。
在图7及图8中，(轴向)端部列的可移动构件15c、19c是滚珠。它们(大体上)是球面的。对于(轴向的)中间列的可移动构件，分别为17c以及17c、170c也是如此。如在后面的附图中那样，也示出了用于加载可移动构件的轴线。
此外，在图9及图10中，(轴向)端部列的可移动构件15d、19d——但是如图7及图8中那样，又与相邻的轴承座圈轨道(这里标记为11d、13d)点接触——是圆筒轴承。这些圆筒轴承中的每一个的转动轴线均垂直于轴承转动轴线50c而定向。(轴向地)中间列的可移动构件，——分别为17d以及17d、170d——是滚珠。
至于图11，其再次示出了中间列的可移动构件可以径向放置为和端部可移动构件列相比更加远离轴线50c(D2/R2)或更加靠近轴线50c(图10)。
关于这点，值得注意的是，内部座圈的由两部分构成的型式(图6至图10)或外部座圈的由两部分构成的型式(图3、图4、图11)对于总是在一件式的座圈上实现的驱动齿33的定位将是有用的。基于该构造，齿位于径向方向地内部座圈上或外部座圈上。
关于带有所提供的点接触的可移动构件的轴承表面(滚珠、圆筒轴承)，目前的回转环将优选地具有一列(多列)的带有两个接触区域“两区域点接触”的可移动构件。
至于在径向负载中使用滚珠，本发明使得能够实现预加载的组装，这将引入刚度并限制径向座圈力矩，从而因此限制微震摩擦磨蚀。

Claims (12)

1.一种具有转动轴线(50c)并且置于第一结构(7)与第二结构(5c)之间的轴承，所述第一结构及第二结构能够绕所述轴承的轴线相对于彼此旋转，所述轴承包括：
第一轴承座圈及第二轴承座圈(130、150...)，所述第二轴承座圈的一部分绕所述第一轴承座圈沿径向地延伸至所述轴线(50c)，以及
多个系列的可移动构件，所述可移动构件围绕所述轴线(50c)呈环状地置于所述第一轴承座圈与第二轴承座圈之间，
其特征在于，所述多个系列的可移动构件包括至少三个环状系列的可移动构件，其中至少两个环状系列相对于所述轴线(50c)放置于不同的半径(R1、R2)处并布置为沿所述轴线按比例排列的至少三列，沿所述轴承转动轴线(50c)按比例排列的所述至少三列可移动构件的中间列的可移动构件被预加载至垂直于所述转动轴线的平面中。
2.如权利要求1所述的轴承，其特征在于，沿所述轴承转动轴线(50c)按比例排列的所述至少三列可移动构件包括：
两个端部列；以及
至少一个中间列的可移动构件，所述中间列的可移动构件能够根据点接触沿所述第一轴承座圈及第二轴承座圈的轨道(23a、23b)移动。
3.如权利要求1至2中任一项所述的轴承，其特征在于，所述至少三列的可移动构件的所述中间列的可移动构件包括滚珠(17、17b、170b)。
4.如前述权利要求中任一项所述的轴承，其特征在于，沿所述轴承转动轴线(50c)按比例排列的所述至少三列可移动构件的所述两个端部列分别包括一系列滚子轴承(15、19；15b、19b)或一系列圆筒轴承(15d、19d)，所述轴承分别且各自具有横向于所述轴承转动轴线的转动轴线。
5.如权利要求1至3中任一项所述的轴承，其特征在于，沿所述轴承转动轴线(50c)按比例排列的所述至少三列可移动构件包括：
两个端部列，每个所述端部列分别包括一系列滚子轴承(15b、19b)，所述滚子轴承各自具有横向于所述轴承转动轴线的转动轴线，以及
至少一个中间列的可移动构件，所述中间列的可移动构件包括滚珠(17、17b、170b)。
6.如权利要求4或5所述的轴承，其特征在于，所述滚子轴承(15、19；15b、19b)是等截面的圆柱。
7.如权利要求4所述的轴承，其特征在于，所述滚子轴承或所述圆筒轴承(15d、19d)的所述各自的转动轴线(153b、193b...)垂直于所述轴承转动轴线。
8.如权利要求1至3中任一项所述的轴承，其特征在于，沿所述轴承转动轴线(50c)按比例排列的所述至少三列可移动构件包括：
两个端部列，每个所述端部列分别包括一系列圆筒轴承(15d、19d)，所述圆筒轴承各自具有横向于所述轴承转动轴线的转动轴线，以及
至少一个中间列的可移动构件，所述中间列的可移动构件包括滚珠(17、17b、170b)。
9.如前述权利要求中任一项所述的轴承，其特征在于，所述轴承包括沿所述轴承转动轴线(50c)按比例排列的两个中间列的可移动构件。
10.如前述权利要求中任一项所述的轴承，其特征在于，所述中间列的可移动构件全部相同并且放置于以所述轴承转动轴线(50c)定中心的同一中值直径(D2)处。
11.如前述权利要求中任一项所述的轴承，其特征在于，所述轴承座圈中的一个轴承座圈由多个部分(110、111；110b、111b)构成。
12.一种风力涡轮机，所述风力涡轮机包括如前述权利要求中任一项所述的轴承，所述风力涡轮机具有用于第一结构的转子毂(7)以及用于第二结构的至少一个叶片(5c)，所述叶片能够相对于所述毂旋转。
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