CN104047812B

CN104047812B - 具有支撑元件的轴承和支撑轴承的第一环的方法

Info

Publication number: CN104047812B
Application number: CN201410091826.3A
Authority: CN
Inventors: H.埃贝森; A.舒克拉
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2019-07-02
Anticipated expiration: 2034-03-13
Also published as: CN104047812A; EP2778403A1; US20140270612A1; US9273732B2

Abstract

本发明涉及具有支撑元件的轴承和支撑轴承的第一环的方法，具体涉及具有支撑元件（20）的轴承（10），其中该轴承（10）适于将风力涡轮机（50）的转子叶片（54）连接于风力涡轮机（50）的毂（53）。轴承（10）包括被设置且制备成连接于毂（53）的第一环（11）以及被设置且制备成连接于转子叶片（54）的第二环（12）。转子叶片（54）可相对于毂（53）绕转子叶片旋转轴线（55）旋转。此外，轴承（10）包括支撑元件（20），其用于支撑第一环（11），特别是抵抗变形。支撑元件（20）被设置且制备成用第一固定元件（24）附接于第一环（11）并且用第二固定元件（25）附接于毂（53）。

Description

具有支撑元件的轴承和支撑轴承的第一环的方法

技术领域

本发明涉及具有支撑元件的轴承，其中该轴承适于将风力涡轮机的转子叶片连接于该风力涡轮机的毂。此外，本发明涉及支撑轴承的第一环的方法。

背景技术

诸如控制轴向运动的轴承的径向轴承在操作期间被暴露于显著负荷和应力。另外，希望轴承应具有长的使用寿命并且需要少的维护工作。更具体地，通常目标在于轴承的低摩擦。

径向轴承可以例如被用于风力涡轮机中。风力涡轮机的径向轴承可以包括静止的第一环和可旋转的第二环。风力涡轮机中的径向轴承例如用于连接风力涡轮机的毂和风力涡轮机的转子叶片。在这种情况下，轴承通常易于承受各种力，例如沿轴向和/或径向方向的力。

因此，这种背景下的常见问题是径向轴承的变形，例如轴向和/或径向跳动。

到目前为止，已经尝试了各种方法来解决这个问题：

-使用具有较大且较宽的静止环的轴承；

-使用更多螺栓，其中所述螺栓将静止环固定或附接于毂；

-在静止环和毂的连接处使用较大螺栓。

然而，如果轴承由特殊的高强度、高成本钢（这通常是例如在风力涡轮机的叶片轴承中所需的）制成，则所有的这些构思均是昂贵的。

已经提出的另一技术方案是轴承的静止环的支撑。在专利申请WO 2012/080350中，公开了具有支撑元件的风力涡轮机的毂。这些支撑元件支撑叶片轴承的外部环，该叶片轴承将毂连接于风力涡轮机的转子叶片。支撑元件经由预加载装置被固定到外部环。

提出的这种技术方案的不利之处在于复杂且精密的支撑元件的安装。

因此，本发明的目的是提供改进的轴承。更具体地，目标在于用于支撑轴承的第一环以特别抵抗变形的改进的构思。

发明内容

这个目的是通过独立权利要求实现的。从属权利要求描述了本发明的有利改进和改型。

根据本发明，提供具有支撑元件的轴承，其中该轴承适于将风力涡轮机的转子叶片连接于该风力涡轮机的毂。轴承包括被设置且制备成连接于毂的第一环以及被设置且制备成连接于转子叶片的第二环。转子叶片可相对于毂绕转子叶片旋转轴线旋转。此外，轴承包括支撑元件，其用于支撑第一环，特别是抵抗变形。支撑元件被设置且制备成用第一固定元件附接于第一环并且用第二固定元件附接于毂。

作为将来自风的动能转换成机械能的装置的风力涡轮机包括塔、机舱、转子、毂和一个或多个转子叶片。有利之处在于：转子叶片可相对于毂旋转，这是被称为叶片桨距的特征。叶片桨距控制是风力涡轮机的随着风速改变而调节叶片桨距以便将转子速度保持在操作极限内的控制系统。因此，每个转子叶片能够被指派给转子叶片旋转轴线。因此根据本发明的轴承能够被有利地应用于将转子叶片连接于毂。

因为轴承，特别是风力涡轮机的叶片轴承，被暴露于显著的应力和负荷，所以用于支撑轴承来抵抗变形的支撑元件是非常有益的。变形包括例如轴向跳动和径向跳动。在本专利申请的上下文中，“轴向”和“径向”总是参考转子叶片旋转轴线。“轴向跳动”指的是轴承的环沿轴向方向的变形。类似地，“径向跳动”指的是轴承的环沿径向方向的变形。

具有支撑元件的轴承的优点是很多的。一方面，由于叶片轴承的支撑元件，可以增加叶片轴承的摩擦。另一方面，轴承会更稳定并且更耐用且因此更少变形。因此，可以减小轴承的环的大小以及将轴承的环连接于另一部件（例如鼓或转子叶片）的螺栓的数量。所有这些均导致减少制造成本。

如能够看到的，相比于文件WO 2012/080350中提出的技术方案，本专利申请中所公开的轴承具有大量不同之处和优点。由于支撑元件用第一固定元件被简单地附接到第一环并且用第二固定元件被简单地附接到毂的事实，能够减少制造第一环和/或支撑元件的成本和工作。换言之，一方面，与第一环和支撑元件内的钻孔或孔洞有关的容差可以相对较大。另一方面，对于本发明的轴承和支撑元件而言，如上述文件中公开的预加载装置是不必要的。这意味着支撑元件不需要借助于预加载装置被附接。而是，支撑元件被直接附接到第一环和毂。

第一固定元件的另一个优点是，由于涉及了更多固定元件，例如螺栓，所以导致了第一环和支撑元件之间摩擦能力的增加。

第一固定元件的又一个优点是，其局部地强化了轴承并且减少了第一环的变形。

最后，存在第一固定元件的又一个优点是由于可以将支撑元件明确地放置在其所需部位这一事实。这可以例如是第一环的已经变形的区段或者特别易于变形的区段。这相对于在支撑元件和第一环之间具有例如焊接连接的现有技术是有利的，在该现有技术中支撑元件的相对部位会被预先确定。

本发明还涉及风力涡轮机的毂本身，其中毂被设置且制备成连接于转子叶片，该转子叶片相对于所述毂可旋转。

支撑元件可以包括一个或更多个部件。支撑元件也可以包括围绕第一环的完整环。

在第一实施例中，第一环可以包括前面和外面，并且第一固定元件可以经由外面和/或前面将支撑元件附接于第一环。

第一环和第二环均可以包括环状形状。这意味着它们可以分别被理想化成内部中空圆筒和外部中空圆筒。不过，应当想到，在实际中第一环和/或第二环可以具有边沿、边缘、附加凸起等，这使得第一和/或第二环不同于理想化的中空圆筒。

所述前面朝向转子叶片。换言之，所述前面可以基本垂直于转子叶片旋转轴线定向。

所述外面可以与所述前面相邻。换言之，所述外面是相对于转子叶片旋转轴线处于径向最外侧的表面区段。在优选实施例中，所述前面可以基本垂直于所述外面。

在第一替代方案中，第一固定元件经由所述外面将支撑元件附接于第一环。这种替代方案的优点是支撑元件能够被设计成与第一环齐平。换言之，支撑元件相对于第一环不突起或突出。

在第二替代方案中，第一固定元件经由所述前面将支撑元件附接于第一环。这种替代方案的优点在于可以增加在支撑元件和第一环之间的附接的稳定性和耐用性。这种替代方案的另一优点可以是：如果支撑元件经由所述前面被附接于第一环则会更简化制造。

在第三替代方案中，第一替代方案和第二替代方案被组合。这导致两个固定元件，即：经由所述外面附接支撑元件的一个固定元件和经由所述前面附接支撑元件的另一固定元件。

在另一实施例中，轴承的特征在于，支撑元件可以包括轴向延伸部（延伸尺寸）、径向延伸部和周向延伸部，并且第二固定元件可以沿轴向延伸部横穿支撑元件。

显然地，支撑元件能够被描述为三维物体。因此，轴向延伸部、径向延伸部和周向延伸部能够被指定给支撑元件。术语“周向”指的是第一环的圆周。

支撑元件可以具有类似于矩形长方体（如砖块）的形状。支撑元件可以包括第一侧面，该第一侧面指向所述外面，并且第一侧面可以有利地稍弯曲。在优选实施例中，支撑元件具有的第一侧面具有与所述外面类似的曲率。此外，支撑元件还可以具有不能够由简单的几何术语描述的形状。

在另一实施例中，第一固定元件和/或第二固定元件可以是螺栓或者螺钉。

在这种背景下，螺栓意味着没有尖端，而螺钉意味着包括尖端。

第一固定元件和/或第二固定元件可以额外地还包括销，以便额外地承受被施加在支撑元件上的剪切力。

在另一实施例中，第一环可以被设计并设置成外部环，并且第二环可以被设计且设置成内部环。替代性地，第一环可以被设计并设置成内部环，并且第二环可以被设计且设置成外部环。

不管第一环是外部环还是内部环，一个环相对于毂是静止的并且一个环相对于毂是可旋转的。静止环被连接于毂并且可旋转环被连接于转子叶片。

如果第一且静止环是外部环，则与第一环和第二环相比，支撑元件位于径向最外侧。类似地，如果第一且静止环是内部环，则与第一环和第二环相比，支撑元件位于径向最内侧。

在优选实施例中，毂可以包括安装凸缘，其中第二固定元件被附接于该安装凸缘。

安装凸缘可以包括用于附接第二固定元件的钻孔。此外，安装凸缘可以具有周向延伸部和/或径向延伸部，其可以分别类似于支撑元件的周向延伸部和径向延伸部。

在替代性实施例中，支撑元件也可以被直接附接到毂。

在另一优选实施例中，轴承可以包括另一支撑元件。该另一支撑元件可以与所述支撑元件基本相对地定位。

因此，可以在安装支撑元件之前知晓操作期间轴承的负荷且因此变形在何处具有其最大值。在这种情况下，有利的是将支撑元件放置在由主要负荷方向限定的区域内。在这种情况下，主要负荷方向指的是从转子叶片旋转轴线径向延伸且穿过支撑元件所处区域的方向。有益之处可以在于，轴承还包括除所述支撑元件和所述另一支撑元件之外的支撑元件。例如，有益之处可以在于增加第三支撑元件和第四支撑元件，该第三和第四支撑元件彼此基本相对。

在另一实施例中，轴承可以被设置在风力涡轮机中。

风力涡轮机包括塔、机舱、转子、毂和一个或更多个转子叶片。有益的是利用根据本发明的具有支撑元件的轴承将转子叶片连接于毂。

最后，本发明还涉及支撑轴承的第一环的方法，其中该轴承适于将风力涡轮机的转子叶片连接于该风力涡轮机的毂。该方法包括提供支撑元件来支撑第一环，特别是抵抗变形；借助于第一固定元件将所述支撑元件附接到所述第一环；以及借助于第二固定元件将所述支撑元件附接到所述毂。

在第一替代方案中，支撑元件被首先附接到第一环并且随后被附接到毂。在第二替代方案中，支撑元件被首先附接到毂并且随后被附接到第一环。

有利之处可以在于在所谓的预制步骤中将支撑元件附接到第一环。这意味着在第一环本身被附接到毂之前已经实现支撑元件与第一环的附接。通过应用这种预制步骤，在第一环被附接到毂之后仅执行将支撑元件附接到毂的最终步骤。这可以有助于支撑元件的组装和安装。

从下面描述的实施例的示例中将显而易见到本发明的上述方面和其他方面，并且将参考实施例的示例对其进行解释。

附图说明

现在将参考附图仅通过示例方式描述本发明的实施例，附图中：

图1：示出了第一实施例中的轴承的支撑元件；

图2：示出了第一实施例的轴承的支撑元件的细节图；

图3：示出了第二实施例中的轴承的支撑元件；

图4：示出了第二实施例的轴承的支撑元件的细节图；

图5：示出了第二实施例的轴承的支撑元件的另一细节图；

图6：示出了第三实施例中的轴承的支撑元件；

图7：示出了具有用于轴承的支撑元件的安装凸缘的风力涡轮机的毂；以及

图8：示出了具有轴承的风力涡轮机。

附图中的图释是示意性的。应该注意，对于不同附图中的类似或相同元件，将使用相同附图标记。

具体实施方式

参考图1，示出了第一实施例中的轴承10的支撑元件20。更具体地，能够看到风力涡轮机50的毂53以及附接到毂53的轴承10。轴承10包括第一环11和第二环12。第一环11相对于毂53是静止的并且被附接到毂53。第二环12相对于毂53是可旋转的并且被附接到转子叶片45（未示出）。在图1中也示出了转子叶片旋转轴线55。此外，示出了被附接到毂53的安装凸缘26的支撑元件20以及另一支撑元件30。支撑元件20与另一支撑元件30基本相对。

在图2中示出了第一实施例的轴承10的支撑元件20的细节图。能够看到轴承的第一环11和第二环12。更具体地，示出了第一环11的前面13和外面14。在图1和图2中所示的示例性实施例中，前面13和外面14包括近似90°的角度。此外，能够看到，第一环11以及第二环12均包括中空圆筒形状。支撑元件20的特征在于轴向延伸部21、径向延伸部22和周向延伸部23。此外，支撑元件20包括弯曲表面区段，其与外面14相邻并且包括与外面14类似的曲率。

此外，能够看到将支撑元件20附接于第一环11的第一固定元件24。其经由外面14将支撑元件20附接于第一环11。此外，能够看到第二固定元件25，其沿着轴向延伸部横穿支撑元件20并且将支撑元件20附接于毂53。更具体地，第二固定元件将支撑元件20附接于作为毂53的一部分的安装凸缘26。

图3中示出了轴承10的支撑元件20的第二实施例。再次示出了第一环11和第二环12。第一环11被连接于风力涡轮机50的毂53并且第二环12被设置且制备成连接于风力涡轮机50（未示出）的转子叶片54。也示出了转子叶片旋转轴线55。与第一实施例不同的是，支撑元件20具有成角度（角形）的形状。类似地，与所述支撑元件20基本相对的另一支撑元件30也具有成角度的形状。支撑元件20经由安装凸缘26被附接到毂53。

图4中示出了包括轴承10的支撑元件20的第二实施例的细节图。而且，轴向延伸部21、径向延伸部22和周向延伸部23也能够被指定给成角度形状的支撑元件20。能够看到的是，具体地，支撑元件20的径向延伸部22改变。在这种情况下，径向延伸部22指的是支撑元件22的最大径向延伸部22。与第一实施例相比，在第二实施例中不同地实现支撑元件20与毂53和第一环11的附接。虽然第二固定元件25类似地沿着轴向延伸部21横穿支撑元件20，但是第一固定元件24经由前面13将支撑元件20附接于第一环11。这对于制造是有利的。此外，相比于如图1和图2中示出的砖块状支撑元件20，成角度的支撑元件20可在稳定性和耐用性方面具有优点。

图5示出了第二实施例的轴承10的成角度的支撑元件20的另一细节图。其清楚地示出了成角度的支撑20如何在第一环11的外面14上突起或突出。此外，能够清楚地看到，成角度的支撑元件20具有弯曲侧面，其相对于转子叶片旋转轴线55处于径向最内侧。

图6示出了第三实施例中的轴承10的支撑元件20。关于支撑元件20与毂53和第一环11的附接，第三实施例实际上是第一实施例和第二实施例的组合。能够看到，根据第三实施例的支撑元件20包括两个第一固定元件24。一个第一固定元件24经由外面14将支撑元件20附接于第一环11，另一第一固定元件24经由前面13将支撑元件20附接于第一环11。相比于第一和/或第二实施例，第三实施例可以是甚至更加耐用和稳定的。参考所有描述的图1至图6，应当强调的是，附图中仅示例性地示出了几个螺栓。显然地，更多的固定元件或螺栓可以被应用以便相应地增强支撑元件20与第一环11和毂53之间的附接的稳定性。

图7示出了具有一对安装凸缘的毂53。这对安装凸缘包括安装凸缘26和另一安装凸缘27。如这幅图中，轴承10还没有被连接到毂53，能够清楚地看到所述安装凸缘26和所述另一安装凸缘27。所述安装凸缘26能够与所述另一安装凸缘27一起被制造成整体件。不过，在替代性实施例中，所述安装凸缘26也可以与所述另一安装凸缘27独立地被制造。

最后，图8示出了根据本发明的具有轴承10的风力涡轮机50。风力涡轮机50包括塔51、机舱52和毂53。两个转子叶片54被连接于毂53。每个转子叶片54被设置成使其可绕转子叶片旋转轴线55旋转。在另一示例性实施例中，有利之处还可以在于具有三个转子叶片55。

Claims

1.一种具有支撑元件（20）的轴承（10），所述轴承适用于将风力涡轮机（50）的转子叶片（54）连接于所述风力涡轮机（50）的毂（53），

其中所述轴承（10）包括

第一环（11），所述第一环被设置且制备成连接于所述毂（53）；

第二环（12），所述第二环被设置且制备成连接于所述转子叶片（54），所述转子叶片（54）能相对于所述毂（53）绕转子叶片旋转轴线（55）旋转；以及

支撑元件（20），所述支撑元件用于支撑所述第一环（11），所述支撑元件（20）被设置且制备成用第一固定元件（24）附接于所述第一环（11）并且用第二固定元件（25）附接于所述毂（53），并且其中，与所述第一环和所述第二环相比，所述支撑元件位于径向最外侧或者径向最内侧。

2.根据权利要求1所述的轴承（10），

其特征在于

所述第一环（11）包括前面（13）和外面（14），和

所述第一固定元件（24）经由所述外面（14）和/或所述前面（13）将所述支撑元件（20）附接于所述第一环（11）。

3.根据权利要求1或2所述的轴承（10），

其特征在于

所述支撑元件（20）包括轴向延伸部（21）、径向延伸部（22）和周向延伸部（23），以及

所述第二固定元件（25）沿所述轴向延伸部（21）横穿所述支撑元件（20）。

4.根据权利要求1所述的轴承（10），

其特征在于

所述第一固定元件(24) 和/或所述第二固定元件（25）是螺栓或者螺钉。

5.根据权利要求1所述的轴承（10），

其特征在于

所述第一环（11）被设计并设置成外部环，并且所述第二环（12）被设计并设置成内部环。

6.根据权利要求1所述的轴承（10），

其特征在于

所述第一环（11）被设计并设置成内部环，并且所述第二环（12）被设计并设置成外部环。

7.根据权利要求1所述的轴承（10），

其特征在于

所述毂（53）包括安装凸缘（26），其中所述第二固定元件（25）被附接于该安装凸缘（26）。

8.根据权利要求1所述的轴承（10），

其特征在于

所述轴承（10）包括另一支撑元件（30）。

9.根据权利要求8所述的轴承（10），

其特征在于

所述支撑元件（20）与所述另一支撑元件（30）基本相对地定位。

10.根据权利要求1所述的轴承（10），

其特征在于

所述轴承（10）被设置在风力涡轮机（50）中。

11.根据权利要求1所述的轴承（10），

其特征在于

所述支撑元件（20）支撑所述第一环（11）以抵抗变形。

12.一种支撑轴承（10）的第一环（11）的方法，其中所述轴承（10）适用于将风力涡轮机（50）的转子叶片（54）连接于所述风力涡轮机（50）的毂（53），其中，所述轴承包括被设置且制备成连接于所述转子叶片的第二环，并且所述方法包括

提供支撑元件（20）来支撑所述第一环（11）；

借助于第一固定元件（24）将所述支撑元件（20）附接到所述第一环（11）；以及

借助于第二固定元件（25）将所述支撑元件（20）附接到所述毂（53）；

其中，与所述第一环和所述第二环相比，所述支撑元件位于径向最外侧或者径向最内侧。

13.根据权利要求12所述的方法，

其特征在于

所述支撑元件（20）支撑所述第一环（11）以抵抗变形。