CN106523304A - 风力涡轮机的加强轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及风力涡轮机的加强轴承。轴承(20)包括被布置并准备以刚性地连接到风力涡轮机(10)的第一部件的环形固定滚道(21)，和被布置并准备以刚性地连接到风力涡轮机的第二部件的环形旋转滚道(22)。两个滚道被布置成使得关于彼此它们的对称轴线(25)重合。每个滚道包括指向风力涡轮机的第一部件的后部表面(213、223)，和指向风力涡轮机的第二部件的前部表面(212、222)。轴承的特征在于，旋转滚道通过附接在旋转滚道的前部表面上和/或在旋转滚道的后部表面上的加强装置(23)被选择性地加强。本发明的理念对于风力涡轮机的主轴承或变桨轴承是尤其有利的。本发明还涉及包括这样的轴承的用于发电的风力涡轮机。

Description

风力涡轮机的加强轴承
技术领域
本发明涉及风力涡轮机的轴承。尤其，其涉及风力涡轮机的轴承，其中，旋转滚道被选择地加强。此外，本发明涉及带有这样的轴承的风力涡轮机。
背景技术
风力涡轮机的转子通过主轴承与机舱相连接。在直驱风力涡轮机中，转子通过主轴承与发电机直接连接。在齿轮风力涡轮机中，转子通过主轴承和齿轮箱与发电机相连接。在任何情况下，相当大的力和载荷施加在主轴承上。这些载荷不仅包括转矩而且还包括倾斜力。换句话说，能够达到相当大的大小的径向力和轴向力作用在主轴承上。因此，对于主轴承通常的挑战是在暴露于这些载荷的许多年期间仍保持其形状。实际上，主轴承的变形可能发生。这种变形主要影响主轴承的滚道。
同样，风力涡轮机的变桨轴承(其将转子叶片能枢转地连接到风力涡轮机的毂)暴露于相当大的力和载荷下。这些载荷可能导致变桨轴承的滚道的变形-这是也被称为变桨轴承的“椭圆化”的现象。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种如何减小或者甚至完全避免风力涡轮机的轴承的这些变形的理念。
该目的通过独立的权利要求解决。优化的修改和改善在从属权利要求中描述。
根据本发明，提供一种风力涡轮机的轴承，其中，轴承包括环形固定滚道，该固定滚道被布置并准备以刚性地连接到风力涡轮机的第一部件，以及环形旋转滚道，该旋转滚道被布置并准备以刚性地连接到风力涡轮机的第二部件。全部两个滚道都被布置成使得关于彼此其对称轴线重合。每个滚道均包括指向风力涡轮机的第一部件的后部表面，和指向风力涡轮机的第二部件的前部表面。此外，旋转滚道通过加强装置被选择地加强，所述加强装置被附接在旋转滚道的前部表面上和/或旋转滚道的后部表面上。
发明者已意识到通常发生的滚道的变形一般不是在所有角位置以相同的程度均匀地发生。存在变形的优选角部分。通过知晓滚道的哪些部分特别易于变形，这些(并且仅仅这些)特别的角部分可被加强。
这具有的优点是，不是整个滚道必须被加强而是滚道的更容易受影响的部位被选择性地加强。因此，这节省材料和费用并且仍然产生同样的结果，即提供一种轴承的滚道，其不太可能在风力涡轮机的操作期间变形。
这与从现有技术中所知晓的是相对的。在现有技术中，风力涡轮机的轴承的滚道总是以在周向上且在角度上均匀的方式被设计并构造。换言之，整个滚道被设计为具有结构稳定性，该结构稳定性符合滚道的最容易受影响部分的要求。通过选择性地加强或者硬化滚道中的某些部分，材料和费用能够被相当大的减少。
风力涡轮机的任何轴承通常包括内环和外环。这两个环表示轴承的滚道。因此，可以说轴承包括环形第一滚道和环形第二滚道，二者相对彼此被布置成使得它们能够相对于彼此旋转。因此，下面，两个滚道中的一个被称为固定滚道并且另一个滚道被称为旋转滚道。
本发明的理念能够最有利地应用到风力涡轮机的主轴承或者变桨轴承。
关于风力涡轮机的主轴承，固定滚道被定义为相对于风力涡轮机的机舱固定的滚道，并且旋转滚道指的是相对于风力涡轮机的机舱能旋转的滚道。两个滚道大致上旋转对称。因此，两个滚道的特征是对称的旋转轴线。因为两个滚道被布置为关于彼此同轴，因此这些对称轴线重合。额外地，转子的旋转轴线以及旋转滚道的旋转轴线与这些对称轴线重合。
此外，每个滚道均包括指向机舱的后部表面。因此，存在固定滚道的后部表面和旋转滚道的后部表面。同样，存在固定滚道的前部表面和旋转滚道的前部表面。
关于变桨轴承的示例，固定滚道被布置并准备以连接至风力涡轮机的毂，同时旋转滚道被布置并准备以连接至风力涡轮机的转子叶片，尤其是转子叶片的根部部分。
本发明的关键方面在于旋转滚道的前部表面或者旋转滚道的后部表面被选择性地加强。这意味着滚道不是被整个加强或硬化而是它们被选择性地加强。这意味着加强的角分布是不均匀的。
这些选择性加强的轴承的结果在于确保轴承更少的损坏及失效，而同时又使用最少的额外材料。
原则上，固定滚道可被布置成相比于旋转滚道在径向上更靠外，或者旋转滚道可被布置成相比于固定滚道在径向上更靠外。
在本发明的尤其优选实施例中，旋转滚道被定位成比固定滚道在径向上更靠外。这也能够由下述陈述表达：固定滚道具有比旋转滚道更小的直径。
可能是有利的是通过附接装置(诸如螺栓、螺钉或粘合剂)将加强装置附接到滚道。在现有轴承被改装的情况下，这种解决方案是有利的。然而对于新制造的轴承，似乎有利的是将滚道制造为连同选择性放置的加强装置的一个单件。这具有提高的稳定性以及抵抗施加在轴承上的载荷的增加的耐久性的优势。
在本发明的有利实施例中，旋转滚道在前部表面上的角部分中被加强，在所述角部分处转子叶片被附接到毂。
旋转滚道的前部表面还可以被称为上风侧。因此这意味着旋转滚道在上风侧的这些角区域处被加强，转子叶片存在于这些角区域处。这已被证明是有利的，因为在主轴承的上风侧上，滚道上增加的载荷尤其会施加在转子叶片存在的地方。因此，选择性地加强这些角区域是有利的。
关于旋转滚道的后部表面，其也被称为旋转滚道的下风侧，已被证明尤其在两个相邻的转子叶片之间的角区域由于增加的载荷易于变形。因此，选择性地加强在滚道的下风侧上相邻的转子叶片之间的区域是有利的。
另一个参数(其能够通过选择滚道的最佳加强被考虑)是其径向相关性。因此在径向上改变固定滚道和/或旋转滚道的加强是尤其有利的。尤其，通过对比最大加强区域与最小加强区域，这种改变等于或大于百分之二十。
因此，滚道的选择性加强可以通过在径向上和/或在周向上改变加强来实现。
注意，加强能力的改变可例如通过添加到滚道的平面前部或后部表面的这些额外部分的变化的厚度来实现。替代地，变化的加强也可以通过改变材料选择和保持添加部分的厚度恒定来实现。
尤其，加强可以随着与旋转滚道的旋转轴线相距的距离的增加而增加。这适用于固定滚道和旋转滚道二者的加强。
在本发明的另一个有利实施例中，旋转滚道通过用于阻尼来自毂的载荷的分离件连接至毂，并且所述分离件根据其角位置被不同地加强。
在该实施例中，应理解的是存在于主轴承的旋转滚道和毂之间的分离件被选择性地加强。这种加强同样考虑到分离件在风力涡轮机的典型操作期间暴露于不同载荷。通过选择性地和刻意地加强分离件的通常最严重地受载的这些部分，实现提高主轴承的稳定性以及载荷耐力的有利方式。
最后，本发明还涉及包括这样的主轴承的风力涡轮机。
附图说明
本发明的实施例现仅通过示例参照附图被描述，在附图中：
图1示出风力涡轮机；
图2示出根据现有技术的轴承；
图3示出本发明的轴承的第一实施例；
图4示出本发明的轴承的第二实施例；
图5示出本发明的轴承的第三实施例；以及
图6示出本发明的轴承的第四实施例。
具体实施方式
在图1中，示出风力涡轮机10。风力涡轮机10包括机舱12和塔架11。机舱12安装在塔架11的顶部处。机舱12通过偏航轴承关于塔架11能旋转地安装。机舱12关于塔架11的旋转轴线被称为偏航轴线。
风力涡轮机10还包括具有三个转子叶片16(其中两个转子叶片16在图1中描绘)的毂13。毂13通过主轴承30关于机舱12能旋转地安装。毂13被安装成能绕转子旋转轴线14旋转。
风力涡轮机10此外还包括主轴，主轴连接毂13与发电机15的转子。毂13直接连接至转子，因此风力涡轮机10被称为无齿轮直驱风力涡轮机。作为替代，毂13也可以通过齿轮箱连接至转子。这种类型的风力涡轮机被称为齿轮风力涡轮机。
发电机15被容纳在机舱12内。发电机15包括转子和定子。发电机15被设置并准备用于将来自转子的旋转能量转化为电能。
此外，图1示出变桨轴承40，其能枢转地连接转子叶片16与毂13。
图2是根据现有技术的风力涡轮机的轴承20的透视图。为了简化且更好的概览，仅示出两个滚道，即内部固定滚道21和外部旋转滚道22。滚道21、22二者均被成形为环形形状且关于共同的对称轴线25同轴地布置。在固定滚道21和旋转滚道22之间的间隙内，可能存在滚动元件，诸如球或柱体(未示出)。
可以看到在图2中示出的现有技术轴承中，对应地，固定滚道21和旋转滚道22的前部表面212、222被设计为平面表面。因此，滚道21、22的载荷支撑能力在所有的角位置处均相等。然而，在滚道21、22上所发生和施加的实际载荷就角方面不是均等分布的。因此，如本发明中所提出的选择性的加强是有利的。
图3示出可如何在实际中实现该选择性加强的第一实施例。固定滚道21和旋转滚道22被示出。在旋转滚道22处，加强装置23被施加在旋转滚道22的前部表面222上。图3中示出的轴承20针对具有三个转子叶片的风力涡轮机。因此，图3中的示例轴承表示风力涡轮机的主轴承。
注意，贯穿本申请，旋转滚道的加强元件被称为“加强装置23”，同时固定滚道的加强元件被称为“加强装置24”或者“其他加强装置24”。
通过在预计安装转子叶片的精确地这些角位置处加强旋转滚道22，有利地承接从主轴承从上风侧在存在转子叶片的部分处施加的增加的载荷。因此，旋转滚道22的厚度在距离上或者以六十度的间隔改变。这同样适用于旋转滚道22的后部表面223。还设有加强装置23。然而，由于在后部表面处或者在下风侧上，增加的载荷通常发生在叶片之间的区域中，所以这些区域被选择性地加强。
在前部表面和后部表面上在有规律的放置位置处设置加强装置的相同模式被应用到固定内部滚道21。其他加强装置34被偏置六十度。
图4至图6示出本发明的三个实施例，其中，加强在径向方面是变化的。内部固定滚道21和外部旋转滚道22被示出。对应地，滚道21、22二者显示前部表面212、222。同样，对应地，滚道21、22二者显示后部表面213、223。
在图4的实施例中，固定滚道21的前部表面212通过三角形或者楔形元件(即，加强装置24)被加强。对于该加强装置24，厚度随着到对称轴线或者旋转滚道的旋转轴线(未示出)的距离的减小而减小。对于旋转滚道22，还未实现在前部表面321和后部表面322处的加强装置24的径向变化。
在图5中，图示本发明的有利实施例的另一个替代方式。加强旋转滚道的设计与图4的实施例类似。然而，附接到固定滚道21的前部表面212的加强装置24已被设计为阶梯状加强装置34。类似于图4的实施例，然而，加强装置24的厚度对于更加远离旋转滚道的旋转轴线的部分大于更靠近旋转滚道的旋转轴线的部分。
最后，图6示出根据本发明的轴承的又另一个实施例。再次，旋转滚道22的加强装置23的径向分布或变化是恒定的。然而，附接到固定滚道21的前部表面212的加强装置24在固定滚道21的上部端部(即，在径向上更靠外的端部)处相对薄，并且对于固定滚道的底部部分(即，在径向上更靠内的部分)更厚(“L状”)。因此，如在图6中所示的设计是如何选择性地选择加强装置的设计以便最佳地承接施加在轴承上的当前载荷分布的其他示例。
附图中的图示是示意形式。应注意的是，在不同的图中，相似或者相同的元件设有相同的附图标记。
尽管已经参照优选实施例详细描述了本发明，但应理解的是本发明不限于所公开的示例，并且在不脱离本发明的范围的情况下可由本领域技术人员对上述公开示例作出许多额外的修改和变型。
应注意的是贯穿本申请“一”或“一个”的使用不排除复数个，并且“包括”不排除其它步骤或者元件。还可组合与不同实施例相关联所描述的元件。还应注意的是权利要求中的附图标记不应该被解释为限制权利要求的范围。

Claims (14)

1.一种风力涡轮机(10)的轴承(20)，
其中
-所述轴承(20)包括环形固定滚道(21)和环形旋转滚道(22)，所述环形固定滚道被布置并准备以刚性地连接到所述风力涡轮机(10)的第一部件(211)，所述环形旋转滚道被布置并准备以刚性地连接到所述风力涡轮机(10)的第二部件(221)，
-两个滚道(21、22)被布置成使得关于彼此它们的对称轴线(25)重合，
-每个滚道(21、22)均包括指向所述风力涡轮机(10)的所述第一部件(211)的后部表面(213、223)，和指向所述风力涡轮机(10)的所述第二部件(221)的前部表面(212、222)，
其特征在于，
-所述旋转滚道(22)通过附接在所述旋转滚道(22)的所述前部表面(222)上和/或在所述旋转滚道(22)的所述后部表面(223)上的加强装置(23)被选择性地加强。
2.根据权利要求1所述的轴承(20)，
其中，所述固定滚道(21)相比所述旋转滚道(22)具有更小的直径。
3.根据前述权利要求中的一项所述的轴承(20)，
其中，所述旋转滚道(22)和所述加强装置(33)被制造为一个单件。
4.根据前述权利要求中的一项所述的轴承(20)，
其中，所述旋转滚道(22)的所述选择性加强通过所述加强的周向变化来实现。
5.根据前述权利要求中的一项所述的轴承(20)，
其中，所述旋转滚道(22)的所述选择性加强通过所述加强的径向变化来实现。
6.根据前述权利要求中的一项所述的轴承(20)，
其中，所述加强装置(23)的厚度在周向和/或径向方向上是恒定的。
7.根据权利要求1至5所述的轴承(20)，
其中，所述加强装置(23)的所述厚度在周向和/或径向方向上变化，尤其是变化至少百分之二十。
8.根据前述权利要求中的一项所述的轴承(20)，
其中，所述固定滚道(21)通过附接在所述固定滚道(21)的所述前部表面(212)上和/或在所述固定滚道(21)的所述后部表面(213)上的其他加强装置(24)被选择性地加强。
9.根据前述权利要求中的一项所述的轴承(20)，
其中，所述轴承(20)是所述风力涡轮机(10)的主轴承(30)，所述第一部件(211)是所述风力涡轮机(10)的机舱(12)，并且所述第二部件(221)是所述风力涡轮机(10)的毂(13)。
10.根据权利要求9所述的轴承(20)，
其中，相比于在两个相邻转子叶片(16)之间的角部分，所述旋转滚道(22)在所述前部表面(222)上在所述转子叶片(16)被附接到所述毂(13)处的角部分中被加强更多。
11.根据权利要求9或10所述的轴承(20)，
其中，相比于在所述转子叶片(16)被附接到所述毂(13)处的所述角部分，所述旋转滚道(22)在所述后部表面(223)上在两个相邻转子叶片(16)之间的所述角部分中被加强更多。
12.根据权利要求9至11中的一项所述的轴承(20)，
其中
-所述旋转滚道(22)被布置并准备以通过分离件通过所述毂(13)被分离，以及
-所述分离件选择性地加强所述旋转滚道(22)。
13.根据权利要求1至8中的一项所述的轴承(20)，
其中，所述轴承(20)是所述风力涡轮机(10)的变桨轴承(40)，所述第一部件(211)是所述风力涡轮机(10)的毂(13)，并且所述第二部件(221)是所述风力涡轮机(10)的转子叶片(16)。
14.一种用于发电的风力涡轮机(10)，其包括根据前述权利要求中的一项所述的轴承(20)。
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