CN106438230B

CN106438230B - 风力涡轮机的加强主轴承

Info

Publication number: CN106438230B
Application number: CN201610654980.6A
Authority: CN
Inventors: C.劳尔森
Original assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy
Priority date: 2015-08-11
Filing date: 2016-08-11
Publication date: 2020-01-21
Anticipated expiration: 2036-08-11
Also published as: CN106438230A; EP3130802A1; DK3130802T3; EP3130802B1; US20170045039A1

Abstract

本发明涉及风力涡轮机的加强主轴承，更具体地涉及风力涡轮机（10）的主轴承（20），其中，用包括腔体（31）的加强元件（30）来加强主轴承（20）以减少主轴承（20）的扭转变形。本发明此外涉及包括此类主轴承（20）的用于发电的风力涡轮机（10）。

Description

风力涡轮机的加强主轴承

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮机的主轴承。特别地，本发明涉及风力涡轮机的主轴承，其包括加强元件以便减少主轴承的扭转变形。此外，本发明涉及一种包括此类主轴承的风力涡轮机。

背景技术

风力涡轮机的主轴承通常在风力涡轮机的操作期间经受相当大的变形。这对具有将风力涡轮机的轮毂与风力涡轮机的发电机转子可旋转地连接的单个主轴承的常规风力涡轮机特别有效。主轴承的这些变形例如由于磨损而对轴承的寿命不利。

主轴承经历的变形可以具有径向、轴向和扭转的性质。在本文中，术语“径向”、“轴向”和“扭转”涉及转子的旋转轴线，换言之涉及主轴承的旋转轴线。

按照惯例，将加强环应用于主轴承。这些加强环被特别地应用于主轴承的一侧或两侧以便加强主轴承并更好地耐受作用在其上面的负荷。此类加强环在主轴承的径向变形方面是特别高效的。然而，此类典型加强相对于主轴承的扭转变形而言既不是成本有效的也不是质量有效的。

发明内容

因此本发明的目的是提供高效地解决主轴承的扭转变形的概念并提出了用以减少主轴承的扭转变形的成本和质量有效的解决方案。

用本申请的基本方案来解决此目的。在本申请的优选方案中描述了有利修改和修正。

根据本发明，提供了一种风力涡轮机的主轴承。该主轴承被加强元件加强，该加强元件包括用以减少主轴承的扭转变形的腔体。

该扭转变形也称为主轴承、特别是主轴承的环的翘曲或旋转。

通过引入具有腔体的加强元件，引入了抗扭刚度，其进而有效地减少主轴承的扭转变形。在结构力学中，已知用包括薄壁圆形截面的元件来理想地实现抗扭刚度。针对抗扭刚度而言的有效性最低截面中的一个是平板截面。然而，这是用于轴承的典型加强手段，因为一般地使用的加强环正是表示此类平板。

发明人已认识到包括腔体的元件的此概念被有利地使用并应用于风力涡轮机的主轴承；并且此概念的应用和此概念到风力涡轮机的主轴承的传递高效地减少了主轴承的扭转变形。

有利地，加强元件以主轴承为中心，并且因此该腔体表示环形形状。

因此，特别地，针对包括外环和内环的主轴承，其中两个环被相对于彼此同轴地布置，加强元件减少了外环和/或内环的扭转变形。

换言之，加强元件对减少轴承环的变形、至少减少轴承环中的一个的变形特别有益。

还可以用围绕公共对称轴线的同轴布置来描述内环和外环的同轴布置。

关于如在包含外环和内环的公共对称轴线的截面图中看到的腔体的截面，第一有利替换方案是圆形截面。

这具有优点，即根据结构力学，圆形截面具有最大抗扭刚度的潜力。

在第二替换方案中，腔体的截面是至少基本上矩形的。这具有优点，即，一方面其仍允许有良好的抗扭刚度，而另一方面促进了具有包括圆形截面的腔体的加强元件的制造。换言之，矩形截面表示扭转效率与廉价制造之间的良好折中。

本发明还针对一种包括如上所述的加强主轴承的用于发电的风力涡轮机。

该风力涡轮机包括至少部分地被转子外壳围绕的发电机转子和轮毂。

发电机转子和轮毂经由主轴承被可旋转地连接，并且主轴承被加强元件加强。加强元件包括用以减少主轴承的扭转变形的腔体。

有利地，加强元件被连接到风力涡轮机的转子外壳。

转子外壳是风力涡轮机的典型元件，其至少部分为围绕风力涡轮机的发电机转子。发电机转子是发电机的旋转部分。因此，转子外壳也相对于风力涡轮机的固定部件（诸如吊舱或塔架）旋转。

转子外壳位于紧密接近于相对于风力涡轮机的吊舱固定的定子轴处。在直接驱动风力涡轮机中，发电机转子被直接地连接到或者甚至作为单个部件构建到转子和轮毂，转子叶片被安装在该处。在齿轮风力涡轮机中，齿轮驱动被布置于发电机转子与转子叶片被安装在该处的风力涡轮机的轮毂处的转子之间。在任何情况下，发电机转子至少部分地被转子外壳围绕。

假设外环是相对于吊舱的旋转轴承部件，用以布置加强元件的一个有益方式是将加强元件放置成从转子旋转轴线更加径向向外，并将其与转子外壳相连。这具有不仅增强主轴承的抗扭刚度而且使发电机转子与固定定子轴之间的空隙稳定的有益效果。

换言之，也确保针对扭转变形使转子外壳与发电机转子稳定。由于发电机的稳定空隙，可以同样地减小空隙，这潜在地对发电机给定更多的功率。此优点特别地适用于直接驱动风力涡轮机。

在本发明的有利实施例中，加强元件包括部分地限制腔体的第一侧，并且该第一侧由转子外壳的一部分形成。

换言之，加强元件被直接地连接到转子外壳，并且甚至同样地使用转子外壳的一部分作为加强元件的壁中的一个。

这具有避免加强元件的额外壁并直接地增加转子外壳的刚度的优点。

有利地，部分地限制腔体的加强元件的第二侧由主轴承的外环的一部分形成。

这具有优点，即加强元件使用外环的外表面作为腔体的第二壁。因此，再次地，节省了材料，并且直接地改善了主轴承和转子外壳的抗扭刚度。

在另一有利实施例中，部分地限制腔体的加强元件的第三侧由所谓的“连接元件”形成。

此连接元件也称为“连接器环”。假设外环具有环形形状，这对于风力涡轮机的主轴承的外环而言是典型的，加强元件被有利地置于与外环直接接触。用以获得具有腔体的加强元件的简单且高效的手段是向外环和转子外壳添加连接元件。

因此，用简单且轻质的手段，实现了具有腔体的加强元件。

关于加强元件的第四侧，这还可用连接元件来实现，或者其可用转子外壳来实现。特别地，可能添加适当的凹部，或者其可能存在于转子外壳处，因此只需添加连接元件以便获得基本上被封闭且相当大地增加主轴承的抗扭刚度的腔体。

可将连接元件嵌入或螺钉连接到转子外壳。该连接元件可以是板，即具有环形形状的板。

在下文中，给出了本发明的有利实施例。这表示一个实际的实现方式。其并不是限制性的；类似的概念还可导致满足用于减少主轴承的扭转变形的结果。

附图说明

附图在图1中示出了风力涡轮机；并且

在图2中示出了风力涡轮机的加强主轴承的第一实施例。

具体实施方式

在图1中，示出了风力涡轮机10。风力涡轮机10包括吊舱12和塔架11。吊舱12被安装在塔架11的顶部上。吊舱12被借助于偏航轴承相对于塔架11可旋转地安装。吊舱12相对于塔架11的旋转轴线称为偏航轴线。

风力涡轮机10还包括具有三个转子叶片（在图1中描绘了其中的两个转子叶片16）的轮毂13。轮毂13被借助于主轴承20相对于吊舱12可旋转地安装。轮毂13被绕着转子旋转轴线14可旋转地安装。

风力涡轮机10此外包括发电机转子，其将轮毂13与发电机15相连。轮毂13被直接地连接到发电机15，因此将风力涡轮机10称为无齿轮、直接驱动风力涡轮机。作为替换方案，轮毂13还可经由齿轮箱连接到发电机15。此类风力涡轮机称为齿轮风力涡轮机。

发电机15被容纳在吊舱12内。发电机15被布置并准备成用于将来自轮毂的旋转能转换成电能。

图2示出了通过风力涡轮机的一部分的截面图。特别地，其示出了定子轴21，该定子轴21是发电机的一部分，并且其相对于吊舱是固定的。主轴承的内环25与定子轴刚性连接。因此，内环25相对于吊舱是固定的。主轴承的第二轴承部件是外环24。

外环24被滚动元件26位于其中的间隙与内环25分离。这些滚动元件可以是例如滚珠或圆筒等。针对风力涡轮机的主轴承，常常使用锥形滚珠轴承。外环24在内环25中相对于吊舱是可旋转的。风力涡轮机的轮毂13被固定地且刚性地连接到主轴承的外环24。转子叶片被附接到轮毂13（未示出）。

转子外壳23被附接并连接到外环24，并且保护主轴承和发电机的旋转部分。到目前为止描述的部件是风力涡轮机的主轴承的众所周知的且常规的部件。

为了降低主轴承的刚度并因此减少主轴承加强环的变形（其是例如比外环24更加径向向外地施加的，或者其是在外环的前表面或后表面处施加的），按照惯例应用，以便增加主轴承的刚度。但是这些常规加强环在一方面是质量和成本有效的，并且另一方面并未高效地降低主轴承的抗扭刚度。

本发明教导向主轴承添加空心箱或隔室以便增加其抗扭刚度。在本实施例中，这是通过添加从外环24径向向外的环形、扁平连接元件32来实现的。也称为连接环的此连接元件32被一对螺钉33螺钉连接到外环24和转子外壳23的凹部。结果，接收并获得空心室，换言之腔体。

此腔体31具有四个侧面：由转子外壳23形成的第一侧311；由外环24的外表面形成的第二侧312；由连接元件33形成的第三侧313和由转子外壳23、特别是由转子外壳23的凹部形成的第四侧314。

结果，用简单且轻质的手段，获得具有截面的加强元件，其有效地不仅针对径向变形、而且针对有害的扭转变形来加强结构。

请注意，作为被附接到发电机的转子外壳23的具有腔体的加强元件的附加优点，还获得转子外壳23的增加刚度。这进而确保直接驱动发电机的发电机转子与定子之间的更稳定的空隙。因此使空隙稳定，并且因此可减小该空隙。这进而具有增加可以由发电机产生的功率的潜力。

图中的图示采取示意形式。应注意的是在不同的图中，为类似或相同的元件提供相同的附图标记。

虽然参考优选实施例详细地描述了本发明，但应理解的是本发明不受公开示例的限制，并且在不脱离本发明的范围的情况下可以由本领域的技术人员对其进行许多附加修改和变更。

应注意的是遍及本申请的“一”或“一个”的使用并不排除多个，并且“包括”不排除其它步骤或元件。还可将与不同实施例相关联地描述的元件组合。还应注意的是不应将权利要求中的任何附图标记理解为限制权利要求的范围。

Claims

1.一种用于发电的风力涡轮机（10），

其中

所述风力涡轮机（10）包括发电机转子（22），其至少部分地被转子外壳（23）围绕，

所述风力涡轮机（10）包括轮毂（13），

所述发电机转子（22）和所述轮毂（13）被经由主轴承（20）可旋转地连接，并且

所述主轴承（20）被加强元件（30）加强，

其特征在于

所述加强元件（30）包括用以减少所述主轴承（20）的扭转变形的腔体（31）；

其中所述加强元件（30）包括部分地限制所述腔体（31）的第一侧（311），并且

所述第一侧（311）由所述转子外壳（23）的一部分形成；

所述加强元件（30）包括部分地限制所述腔体（31）的第二侧（312），并且

所述第二侧（312）由所述主轴承（20）的外环（24）的一部分形成。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机（10），

其中，所述加强元件（30）被连接到所述转子外壳（23）。

3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机（10），

其中

所述加强元件（30）包括部分地限制所述腔体（31）的第三侧（313），并且

所述第三侧（313）由连接元件（32）形成。

4.根据权利要求3所述的风力涡轮机（10），

其中，所述连接元件（32）是具有环形形状的板。

5.根据权利要求3所述的风力涡轮机（10），

其中，所述连接元件（32）被附接到所述转子外壳（23）和所述外环（24）。

6.根据权利要求5所述的风力涡轮机（10），

其中，所述连接元件（32）被栓接或螺钉连接到所述转子外壳（23）和所述外环（24）。

7.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机（10），

其中

所述主轴承（20）包括外环（24）和内环（25），两种环（24、25）被绕着公共对称轴线同轴地布置，并且

所述加强元件（30）以所述公共对称轴线为中心，使得所述外环（24）和/或所述内环（25）的扭转变形减少。

8.根据权利要求7所述的风力涡轮机（10），

其中，如在包含所述外环（24）和所述内环（25）的公共对称轴线的截面中看到的，所述加强元件（30）的所述腔体（31）具有基本上圆形或矩形形状。