CN102695886A - 双排锥形轴承组件和风力涡轮机 - Google Patents

双排锥形轴承组件和风力涡轮机 Download PDF

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CN102695886A CN2011800062040A CN201180006204A CN102695886A CN 102695886 A CN102695886 A CN 102695886A CN 2011800062040 A CN2011800062040 A CN 2011800062040A CN 201180006204 A CN201180006204 A CN 201180006204A CN 102695886 A CN102695886 A CN 102695886A
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Abstract

本发明公开了一种包括第一部分（2）和第二部分（3）的双排锥形轴承组件（10、20）。第一部分包括第一环（4）和第二环（5）。第一环（4）通过至少一排锥形滚柱（6）或滚珠与第二部分（3）连接，并且第二环（5）通过至少一排锥形滚柱（7）或滚珠与第二部分（3）连接。第一环（4）和第二环（5）包括至少一个凹槽（15、25、35、45）。第一环（4）中的至少一个凹槽（15）面向第二环（5）中的至少一个凹槽（25），用于形成空腔。至少一个构件（17、27、37、47、57、67、77）被放置在该空腔中。

Description

双排锥形轴承组件和风力涡轮机
技术领域
本发明涉及一种双排锥形轴承组件和一种风力涡轮机。
背景技术
在风力涡轮机的极端负载期间，存在内部轴承力将致使双排锥形轴承的两个内环相对于彼此滑动的风险。这经常被称为锥形移位。当负载被减小时，两个内环然后将在相对不圆度的位置停止。这种几何偏离将增大滚柱与滚道之间接触面积的赫兹应力水平，这将增大轴承失效的可能性。
这种困难通过过盈配合两个内环内的加固部而得以解决。关于该解决方案的困难在于其依赖于过盈配合管的直径的高精度。而且，这使拆卸非常困难。另一可能性是在两个内环之间具有T或I形环。关于该解决方案的基本困难在于其依赖于环的直径的高精度来确保配合正确。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种双排锥形轴承组件，其以节省成本和容易的方式减小了锥形移位。本发明的第二个目的是提供一种有利的风力涡轮机。
第一个目的通过权利要求1所述的双排锥形轴承组件得以实现。第二个目的通过权利要求15所述的风力涡轮机得以实现。各从属权利要求限定了本发明进一步的改进。
本发明的双排锥形轴承组件包括第一部分和第二部分。第一部分包括第一环和第二环。第一环通过至少一排锥形滚柱或至少一排滚珠与第二部分相连接。第二环通过至少一排锥形滚柱或至少一排滚珠与第二部分相连接。
第一环和第二环各自包括至少一个凹槽。第一环中的至少一个凹槽面向第二环中的至少一个凹槽。第一环中的至少一个凹槽和其面向的第二环中的至少一个凹槽形成空腔。至少一个构件被放置在该空腔中。通过将至少一个构件放置在由第一环和第二环的凹槽形成的空腔中，避免了所述环沿径向方向的滑动。这意味着，由于轴承的凹槽中的构件在作用于轴承的径向运动和/或径向力的情况下将第一环和第二环保持在一起，避免了锥形移位。此外，本发明比现有技术中的解决方案更简单，并且更易于制造成具有更大公差。此外，通过在较高的表面压力下具有较小的线接触面积，因而接触腐蚀的风险较低。
本发明的轴承可包括旋转轴线。第一部分可径向位于第二部分之内，或者第二部分可径向位于第一部分之内。
优选地，凹槽可具有矩形或锥形或至少部分圆形或至少部分椭圆形或至少部分次椭圆形或至少部分超椭圆形横截面。例如，凹槽可具有半椭圆形横截面。
放置在凹槽中的至少一个构件可具有矩形或锥形或至少部分地圆形或至少部分地椭圆形或至少部分次椭圆形或至少部分超椭圆形横截面。通过这种方式，至少一个构件配合到第一环和第二环的凹槽中的空间，并且避免了环沿径向方向的滑动。
有利地，放置在凹槽中的至少一个构件包括至少一个区段，例如一段环。这具有的有利之处在于，构件的区段能够容易地放置在凹槽中。而且，拆卸非常容易。
优选地，至少一个凹槽和/或放置在凹槽中的至少一个构件包括至少一个正滑移角。对构件（其优选地包括多个分段环）和/或轴承的第一环和第二环中的凹槽提供一个或更多正滑移角，能够确保分段环或构件容易装配到凹槽中。
有利地，放置在凹槽中的至少一个构件可具有的横截面直径至少为5 mm，例如为8 mm。而且，放置在凹槽中的至少一个构件除了允许公差的小间隙之外可在凹槽周围伸展。例如，对于直驱式风力涡轮机，整个轴承可包括例如3000 mm或更大的直径尺寸和例如300 mm或更大的宽度。该风力涡轮机可以是3 MW直驱式风力涡轮机。
第一环和第二环可包括一个或更多凹槽，其中分段环成形构件能够被放置在每一个凹槽中。例如，凹槽可在某处优选包括二分之一到三分之一或甚至更小的椭圆形和/或次椭圆形和/或超椭圆形的横截面。这提供了易于将分段环成形构件配合在其中的敞开凹槽。
优选地，放置在凹槽中的至少一个构件可包括具有至少5%断裂延伸率的至少一个螺纹或由具有至少5%断裂延伸率的至少一个螺纹组成。此外，可使用弯曲的双螺纹。有利地，放置在凹槽中的至少一个构件包括黄铜和/或青铜和/或未硬化钢和/或热处理钢。
例如，分段环成形构件可仅包括一个区段。该区段可通过使用黄铜或青铜或软的非硬化钢或热处理钢或具有5%或更大断裂延伸率并具有例如8 mm的横截面直径的类似材料形成的螺纹而制成。可替代地，可使用弯曲的双头螺纹，从而提供彼此相邻的例如2 * 8 mm的横截面直径。第一环和第二环（其可以使径向内部环）中的凹槽于是能够例如包括次椭圆形横截面，例如使用拉梅曲线（lame-curve）公式                                               
Figure 2011800062040100002DEST_PATH_IMAGE001
，其中a=10, b=7.85和n=1.7。
例如具有圆形横截面的构件于是可被挤压到内部环中的两个凹槽中，从而提供甚至可以是油封的密封连接。通过这种方式，能够避免第一环与第二环之间的进一步密封连接。
放置在凹槽中的至少一个构件可包括具有不同锥形角的两侧。此外，放置在凹槽中的至少一个构件可包括具有锥形角的一侧，该锥形角小于凹槽的面向构件该侧的那一侧的锥形角。通过使用锥形凹槽，通过制造凹槽和构件能够使用甚至更大的公差。
例如，构件的矩形区段可包括锥形端部。而且，在此，能够通过制造凹槽和构件的区段而使用更大的公差。例如，只有一个凹槽可为锥形。此外，放置在凹槽中的构件可在配合到环的凹槽的侧部的一侧或两侧为锥形。这确保了对凹槽更好的配合，并且能够通过制造构件而使用更大的公差。此外，构件的一侧或一端可包括不同于该构件的另一侧或一端的不同锥形角。构件可包括的锥形角小于第一环和第二环的凹槽的锥形角。
至少一个构件可优选地包括具有在5°到180°之间，有利地10°到20°之间的弧形角的区段.分段环的区段可优选地包括10到20度的弧形角，从而提供相应18到36个区段。5到10度的弧形角也是可以的，或者甚至可使用大于20度的区段的弧形角，尽管优选地不大于180度。选择何种弧形角因运输问题并因安装选择数量的区段所花费时间而取决于分段环的实际尺寸。
此外，至少一个构件可包括至少一个塑性可变性区域，例如至少一个局部塑性可变形区域，和/或至少一个突起，例如塑性可变形突起。至少一个塑性可变形区域和/或突起确保，当第一环和第二环因给定力而被挤压在一起时，构件紧密地配合到凹槽。
分段环形构件的区段可包括具有大于5%断裂延伸率的材料。这确保了区段为局部可变形的。这甚至当第一环和第二环以及凹槽中的分段环形构件利用特定力而被挤压在一起时可确保第一环和第二环与构件的区段之间的油封连接。通过确保直接在凹槽处的油封连接，确保了在内部环之间具有较大摩擦的更大面积，这削弱了内部环相对于彼此的径向滑动运动。
位于轴承的第一环和第二环的凹槽内用于避免锥形移位的分段环形构件还可使用在其他类型的轴承中，其具有两排或更多排滚柱（优选地为锥形滚柱）和/或滚珠，并具有两个或更多内部环和一个或更多外部环，其中一个或更多分段环位于每一对内部环的凹槽内。如果存在大于一个的外部环，则一个或更多分段环还可位于轴承的每一对外部环的凹槽内。
本发明的风力涡轮机包括如前所述的双排锥形轴承组件。本发明的风力涡轮机能够包括具有转子或定子的发电机。转子或钉子可由本发明的双排锥形轴承组件支撑。通常，本发明的风力涡轮机可以是无齿直驱式风力涡轮机。本发明的风力涡轮机与先前所述的轴承组件具有相同的优点。
根据下文对实施例的描述并结合附图，本发明进一步的特征、特性和优点将变得清楚。描述的所有特征单独地或与彼此进行任意组合均是有利的。
附图说明
对应于先前描述附图的各元件将以相同的附图标记表示，并且将不再详细描述。
图1以剖视图的形式示意性地示出了双排锥形滚柱轴承的一部分。
图2示意性地示出了风力涡轮机。
图3示意性地示出了彼此面向的两个凹槽以及放置在凹槽中的构件的横截面。
图4以剖视图的形式示意性地示出了本发明的双排锥形滚柱轴承的一部分。
图5以剖视图的形式示意性地示出了本发明的双排锥形滚柱轴承的一部分的变型。
图6以剖视立体图的形式示意性地示出了用于放置在空腔中的构件。
图7以剖视图的形式示出了用于放置在空腔中的构件。
图8以剖视图的形式示意性地示出了构件的进一步变型。
图9以剖视图的形式示意性地示出了构件的进一步变型。
图10以剖视图的形式示意性地示出了构件的另一变型。
图11以立体剖视图的形式示出了一环形区段。
具体实施方式
图1以剖视图的形式示意性地显示已知双排锥形滚柱轴承1的一部分。轴承1包括第一部分2和第二部分3。第一部分2包括第一环4和第二环5。第一排滚柱6位于第一环4与第二部分3之间。第二排滚柱7位于第二环5与第二部分3之间。轴承1的旋转轴线由附图标记9表示。
此外，间隔环8被放置在第一环4与第二环5之间。间隔环8具有带有多个突起的I形状，以避免第一环4与第二环5相对于彼此的径向运动。为了有效避免径向运动，环4、5和8具有高精度的直径。
图2示意性地显示风力涡轮机51。风力涡轮机51包括塔52、机舱53和轮毂54。机舱53位于塔52之上。轮毂54包括多个风力涡轮机叶片55。轮毂54被安装到机舱53。此外，轮毂54被枢转安装，使其能够围绕旋转轴线59旋转。发电机56位于机舱53内，或者发电机可被附接到机舱的结构部分，如此，发电机位于机舱的一个端部上并进一步附接到转子轮毂。风力涡轮机51为直驱式风力涡轮机。发电机56包括转子和定子以及如前所述支撑转子或定子的本发明的双排锥形轴承。
现在将参照图3至图11描述本发明的实施例。图3示意性地显示了面向彼此的两个凹槽和放置在凹槽中的构件的横截面。使用拉梅曲线公式
Figure 527188DEST_PATH_IMAGE001
。
通过选择参数a=10, b=7.85和n=1.7获得曲线11。获得的次椭圆横截面11表示由面向彼此的第一环中的凹槽和第二环中的凹槽形成的空腔的横截面。具有圆形形状的曲线12表示放置在凹槽中的构件的横截面。在图3中，放置在凹槽中的构件具有的横截面直径为16 mm。当然，能够使用其他横截面直径。
图4以剖视图的形式示意性地显示本发明的双排锥形滚柱轴承的一部分。在图4中，第一环4包括第一凹槽15，第二环5包括第二凹槽25。每一个凹槽15和25具有矩形横截面。凹槽15和25面向彼此，从而形成具有矩形横截面的空腔。具有相应的矩形横截面的构件17被放置在空腔中。
第一部分2包括具有用于将第一环4和第二环5彼此固定的中心线13的孔16。此外，密封装置14被放置在第一环4与第二环5之间，用于提供甚至可为油封的密封连接。在可替代变型中，能够省略密封装置14。
图5以剖视图的形式示意性地显示本发明的双排锥形滚柱轴承的变型。在图5中，第一环4包括具有第一侧31和第二侧32的凹槽35。第二环5包括具有第一侧41和第二侧42的凹槽45。凹槽45和35面向彼此。第一侧31和41相对于旋转轴线9为锥形。第二侧32和42相对于旋转轴线9也为锥形。第一侧41和31为锥形，具有的锥形角小于第二侧32和42的锥形角。锥形角被定义成具体侧31、32、41、41相对于旋转轴线9之间的角度。
图6以剖切立体图的形式示意性地示出了用于放置在由第一环4与第二环5之间的凹槽所形成的空腔中的构件。图6中所示的构件27具有环形截面形状。其横截面包括第一端71、第二端72和第一侧73以及第二侧74。垂直于旋转轴线9的中心线由附图标记75表示。中心线75将第一侧73和第二侧74分成相等的部分。第一侧73和第二侧74的邻接第一端71的部分朝向第一端71为锥形。第一侧73和第二侧74的邻接第二端72的部分朝向第二端72为锥形。因而，构件27的横截面具有双梯形形状。
在图6中，第一侧73的锥形部分80彼此邻接。第二侧74的锥形部分80也彼此邻接。
图7以剖视图的形式示意性地显示用于放置在由第一环和第二环的凹槽所形成的空腔中的构件。图7中所示的构件37的横截面具有矩形形状。
图8以剖视图的形式示意性地显示构件的进一步变型。图8中所示的构件47包括部分锥形的第一侧73和部分锥形的第二侧74。第一侧73和第二侧74朝向第二端72为锥形。
在图8中，第一侧73包括邻接第二端72并邻接第一侧73的非锥形部分81的锥形部分80。第二侧74也包括邻接第二端72的锥形部分80。第二侧74的锥形部分80邻接第二侧74的非锥形部分81。第一侧73和第二侧74的非锥形部分81邻接第一端71。
图9以截面图示意性地显示构件的进一步变型。图9中所示的构件57包括第一侧73和第二侧74。两个侧部73和74朝向第一端71为部分锥形和朝向第二端72为部分锥形。在图9中，第一侧73包括在朝向第一端71的第一锥形区域80与朝向第二端72的第二锥形区域80之间的非锥形区域81。相应地，第二侧74包括在朝向第一端71的第一锥形区域80与朝向第二端72的第二锥形区域80之间的非锥形区域81。
图10以截面图示意性地显示构件的另一变型。图10中所示的构件67具有矩形横截面。第一侧73和第二侧74均包括多个突起66。突起66可为塑性可变形，从而在第一环4和第二环5的凹槽与构件67之间提供更好配合。
图11以立体剖视图的形式示出了一环形区段。弯曲环形区段形式的构件77具有圆形横截面。其可以具有例如8 mm的横截面直径。替代如图11中所示的弯曲的一个环形区段，具有圆形横截面的两个环形区段或构件可被结合在一起，例如通过类似胶合的方法、焊接或类似方法。
一般而言，所述构件可包括黄铜、青铜、软的未硬化钢、热处理钢或具有5%或更大断裂延伸率的类似材料。
附图标记列表
1        双排锥形滚柱轴承
2        第一部分
3        第二部分
4        第一环
5        第二环
6        第一排滚柱
7        第二排滚柱
8        间隔环
9        旋转轴线
10       双排锥形滚柱轴承
11       凹槽的横截面
12       构件的横截面
13       中心线
14       密封装置
15       凹槽
16       固定孔
17       构件
20       双排锥形滚柱轴承
25       凹槽
27       构件
31       第一侧
32       第二侧
35       凹槽
37       构件
41       第一侧
42       第二侧
45       凹槽
47       构件
51       风力涡轮机
52       塔架
53       机舱
54       轮毂
55       叶片
56       发电机
57       构件
59       旋转轴线
66       突起
67       构件
71       第一端
72       第二端
73       第一侧
74       第二侧
75       中心线
77       构件
80       锥形部分
81       非锥形部分

Claims (15)

1. 一种双排锥形轴承组件（10、20），包括第一部分（2）和第二部分（3），
所述第一部分包括第一环（4）和第二环（5），所述第一环（4）通过至少一排锥形滚柱（6）或滚珠与所述第二部分（3）连接，并且所述第二环（5）通过至少一排锥形滚柱（7）或滚珠与所述第二部分（3）连接，
其特征在于，
所述第一环（4）和所述第二环（5）包括至少一个凹槽（15、25、35、45），所述第一环（4）中的至少一个凹槽（15）面向所述第二环（5）中的至少一个凹槽（25）以便形成空腔，并且在所述空腔中放置有至少一个构件（17、27、37、47、57、67、77）。
2. 根据权利要求1所述的双排锥形轴承组件（10、20），
其特征在于，
所述凹槽（15、25、35、45）具有矩形或锥形或圆形或至少部分椭圆形或至少部分次椭圆形或至少部分超椭圆形横截面。
3. 根据权利要求1或权利要求2所述的双排锥形轴承组件（10、20），
其特征在于，
放置在所述凹槽中的所述至少一个构件（17、27、37、47、57、67、77）包括至少一个环形区段。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的双排锥形轴承组件（10、20），
其特征在于，
放置在所述凹槽（15、25、35、45）中的所述至少一个构件（17、27、37、47、57、67、77）具有矩形或锥形或圆形或至少部分椭圆形或至少部分次椭圆形或至少部分超椭圆形横截面。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的双排锥形轴承组件（10、20），
其特征在于，
所述至少一个凹槽（15、25、35、45）和/或放置在所述凹槽（15、25、35、45）中的所述至少一个构件（17、27、37、47、57、67、77）包括至少一个正滑移角。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的双排锥形轴承组件（10、20），
其特征在于，
放置在所述凹槽（15、25、35、45）中的所述至少一个构件（17、27、37、47、57、67、77）具有的横截面直径至少为5 mm。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的双排锥形轴承组件（10、20），
其特征在于，
放置在所述凹槽（15、25、35、45）中的所述至少一个构件（17、27、37、47、57、67、77）除了用来允许公差的小间隙外在所述凹槽（15、25、35、45）整个周围延伸。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的双排锥形轴承组件（10、20），
其特征在于，
放置在所述凹槽（15、25、35、45）中的所述至少一个构件（17、27、37、47、57、67、77）由具有至少5%断裂延伸率的至少一个螺纹组成。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的双排锥形轴承组件（10、20），
其特征在于，
放置在所述凹槽（15、25、35、45）中的所述至少一个构件（17、27、37、47、57、67、77）包括黄铜和/或青铜和/或未硬化钢和/或热处理钢。
10. 根据权利要求1至9中任一项所述的双排锥形轴承组件（10、20），
其特征在于，
放置在所述凹槽（15、25、35、45）中的所述至少一个构件（17、27、37、47、57、67、77）包括具有不同锥形角的两侧。
11. 根据权利要求1至10中任一项所述的双排锥形轴承组件（10、20），
其特征在于，
放置在所述凹槽（15、25、35、45）中的所述至少一个构件（17、27、37、47、57、67、77）包括具有锥形角的一侧，该锥形角小于所述凹槽（15、25、35、45）的面向所述构件（17、27、37、47、57、67、77）该侧的那一侧的锥形角。
12. 根据权利要求1至11中任一项所述的双排锥形轴承组件（10、20），
其特征在于，
所述至少一个构件（17、27、37、47、57、67、77）包括弧形角为5度到180度之间的区段。
13. 根据权利要求12所述的双排锥形轴承组件（10、20），
其特征在于，
所述至少一个构件（17、27、37、47、57、67、77）包括弧形角为10度到20度之间的区段。
14. 根据权利要求1至13中任一项所述的双排锥形轴承组件（10、20），
其特征在于，
所述至少一个构件（17、27、37、47、57、67、77）包括至少一个可塑性变形的区域和/或至少一个突起（66）。
15. 一种风力涡轮机（51），包括根据权利要求1至14中任一项所述的双排锥形轴承组件（10、20）。
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