CN107448365A - 包括滑动轴承的风力涡轮机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及包括滑动轴承的风力涡轮机，具体提供了一种风力涡轮机（20），所述风力涡轮机（20）包括转子、轴（13），转子包括被连接到毂（11）的多个转子叶片（10），轴（13）具有被连接到毂（11）的第一端部和被连接到发电机（14）的第二端部。根据本发明，涡轮机（20）还包括流体动压轴承（1），流体动压轴承（1）包括润滑装置（23）和多个瓦块（3、4），多个瓦块（3、4）各自具有适于支承轴（13）的滑动表面（22）。

Description

包括滑动轴承的风力涡轮机

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮机以及此类风力涡轮机产生电功率的用途。

背景技术

当风力涡轮机的标称输出功率增大时，该风力涡轮机的各部件的尺寸和重量也增大。例如，当前的大型风力涡轮机的转子直径超过一百米。因此，由风力涡轮机的轴承所支承的重量多年来显著地增大。

通常，用于支承风力涡轮机的轴的轴承是滚珠或滚柱轴承并且因此属于流体静压（hydrostatic）类型。使用粘性润滑剂来润滑轴承的滚珠或滚柱。此类滚珠和滚柱轴承带有的问题是如下两方之间的相对小的接触面积，一方是内和外轴承环，另一方是滚珠或滚柱。该小的接触面积导致滚珠或滚柱上的高负载和相应地高磨损和磨耗，并且也导致轴承环的滚道上的高负载和相应地高磨损和磨耗。由于该原因，构想了在风力涡轮机应用中使用滑动轴承。

滑动轴承属于流体动压（hydrodynamic）类型，这意味着由润滑剂的薄膜来提供润滑。该薄膜由滑动表面在相互上的滑动运动来产生并保持。然而，该薄膜在轴承停止期间将会消失。因此，在启动期间将要克服高摩擦力，一旦润滑剂膜得以恢复，则摩擦力将会显著地减小。

在使用滑动轴承的风力涡轮机应用中，可能没有足够的风力以克服该摩擦并且使风力转子以及连接到该风力转子的轴开始旋转。这导致在关停风力涡轮机之后（例如由于维护）或在无风期之后出现不期望地长的停机时间。

因此，需要关于在风力涡轮机中使用流体动压轴承的改进的设备和操作方法。

发明内容

为了改善上面所提到的方面中的至少一个，本发明提供了一种风力涡轮机，所述风力涡轮机包括转子、轴，转子包括被连接到毂的多个转子叶片，轴具有被连接到毂的第一端部和被连接到发电机的第二端部。本文中，如关于毂、轴以及发电机的连接的术语“被连接”包括直接和间接类型的连接两者。对于间接连接的常见示例会是借助于齿轮箱等。根据本发明，风力涡轮机还包括流体动压轴承，流体动压轴承包括润滑装置和多个瓦块（pad），多个瓦块各自具有适于支承轴的滑动表面。

可倾瓦块流体动压轴承相对于现有技术中所使用的轴承的优点在于其提供了关于组件的旋转和静止部分之间的接触区域的自由度。这使得其可以将瓦块的总表面面积选择成大到足以经受经由轴加在瓦块上的力而且小于常规流体动压轴承的瓦块的总表面面积，由此减小了摩擦。

可倾瓦块轴承的有利之处在于其可动态地适应于经由轴传递的变化的力。此外，可倾瓦块轴承可以相比标准流体动压轴承更容易地制造并且具有更低的重量。

优选地，多个瓦块包括至少一个能够沿径向方向移动的瓦块。本文中，径向方向是垂直于轴的纵向轴线的方向。可移动瓦块可使轴承容易维护。例如，可移动瓦块可以被移动离开轴并且其经润滑的滑动表面或者瓦块的包括滑动表面的部分可被容易地替换。在这种情况下，可以通过如下方式使得连续地操作风力涡轮机成为可能：借助于一组瓦块来接合轴，而同时替换被移动离开轴的第二组瓦块，并且反之亦然。

优选地，至少一个可移动瓦块可以适于使轴抬升。这在包括固定或不可移动瓦块的构造中是尤其有用的。借助于可移动瓦块使轴抬升也将会使该轴从固定或不可移动瓦块抬升，这也有助于对该瓦块的维护。

至少一个可移动瓦块可包括液压缸装置。液压缸装置代表用于使高负载移动的已知器件，高负载例如是风力涡轮机所通常使用的大型轴。

多个瓦块可以各自包括润滑剂喷射喷嘴，润滑剂喷射喷嘴适于从润滑装置接收润滑剂并且润滑瓦块。润滑剂喷射喷嘴可以被提供有加压润滑剂（例如油），加压润滑剂随后起到减小瓦块的滑动表面和旋转部分（即，轴或连接到轴的环或盘）之间的摩擦的作用。

在具有沿大体上水平的方向延伸的轴的风力涡轮机中，轴承的瓦块可仅沿着轴的周界的一段布置。例如，多个瓦块中的每个可以被布置在轴的周界的靠下的一半内。这可提供一些空间以用于风力转子上的并且经由毂传递到轴的变化的力所导致的轴的微小运动。

优选地，风力涡轮机还包括控制单元，控制单元被连接到至少一个可移动瓦块并且被连接到润滑装置。控制单元可以适于：在第一步骤中，命令至少一个可移动瓦块使轴抬升并且命令润滑装置将润滑剂提供到多个瓦块之中的至少一个其他瓦块。通过使轴抬升，润滑剂可以以较低压力提供到静止或不可移动瓦块的滑动表面。

控制单元还可以适于：在第二步骤中，命令至少一个可移动瓦块收回并且命令润滑装置将润滑剂提供到至少一个可移动瓦块。以该方式，本发明提供了在风力涡轮机停止之后润滑可倾瓦块流体动压轴承的简单方法，以使得即使低的风力作用在风力转子上时的力可以满足启动风力涡轮机的需求。

控制单元还可以适于在风力涡轮机的启动期间重复第一和第二步骤。例如，如果存在多于一个可移动瓦块，则针对不同的可移动瓦块来重复第一和第二步骤，直到将足够的润滑剂提供到所有瓦块并且已经克服了初始的滞滑效应。

本发明的第二方面涉及根据前述的创造性方面的风力涡轮机产生电功率的用途。

附图说明

从下面的附图将会更好地理解本发明，在附图中，将会以示例的方式图示出本发明的优选实施例。在附图中：

图1示出了根据本发明的风力涡轮机的实施例；

图2示出了可倾瓦块流体动压轴承的示例性实施例的视图；

图3示出了可倾瓦块流体动压轴承的示例性实施例的截面视图；

图4示出了图3的轴承的第一放大局部视图；

图5示出了图3的轴承的第二放大局部视图；并且

图6示出了本发明的可倾瓦块流体动压轴承的瓦块的滑动表面区段的示例性实施例。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的风力涡轮机20。风力涡轮机20包括塔架12、机舱15以及风力转子，机舱15布置在塔架12的顶端。风力转子包括多个转子叶片10并包括转子毂11。转子毂11连接到发电机14，发电机14经由轴13定位在机舱15内。轴13由轴承1支撑，轴承1也定位在机舱15内。发电机13起到将转子10的旋转能量转化成电力的作用。转子毂11、轴承1、发电机13以及主轴14绕着旋转轴线16布置。

图2示出了流体动压轴承1的示例性实施例的视图。轴承1包括环或壳体2，环或壳体2可以具有圆形形状但也可具有不同的形状，例如矩形形状。多个瓦块3、4布置在环的径向向内朝着旋转轴线16（未示出在图2中）的表面上。所述环不需要绕着旋转轴线16同心地布置，但在本发明的一些实施例中可以以这样的方式布置。在瓦块3、4之中，存在至少一个瓦块3能够沿径向方向移动。特别地，瓦块3可以是能够沿竖直方向移动的。在图2的实施例中，存在两个静止或不可移动瓦块4。然而，本发明不是必然包括任何此类静止或不可移动瓦块。例如，轴承1可包括两个、三个、四个或任意更高数量的可移动瓦块3并且根本不包括静止或不可移动瓦块4。瓦块3、4适于支承风力涡轮机20的轴13。瓦块3、4可以是能够绕着关于旋转轴线16沿径向方向延伸的轴线枢转的。瓦块3、4可以以相对于该枢转轴线偏心的方式来布置。于是，旋转轴13和瓦块3、4的滑动表面之间的摩擦将会导致瓦块3、4随着轴13的表面的相对运动方向排布。在图2中，轴13（未示出）将会沿顺时针方向旋转，这就是为什么瓦块3、4的左侧看起来大于它们的右侧。为了实现低摩擦，提供润滑装置23以便将润滑剂供应到瓦块3、4并且以便收集从瓦块3、4泄漏的润滑剂。至少一个可移动瓦块3和润滑装置23可以由风力涡轮机的或轴承1中所包括的控制单元24来控制。

图3示出了沿标示在图2中的线III-III的截面视图。如可从图3看到的，可移动瓦块3包括液压缸装置5以便使瓦块3沿径向方向移动。此类液压缸装置可施加高的力，这使得它们适合用于本发明。然而，其他器件可以用于相同目的，例如电机、杠杆等。液压缸装置5适于沿可移动瓦块3的运动方向抬升轴13（未示出）。通过使轴13移动，可移动瓦块3可使轴13抬升脱离其余瓦块3、4，例如，脱离静止或不可移动瓦块4。而且，可移动瓦块3可以收回，由此使轴13完全置放在其余瓦块上。这对于维护（例如替换已磨损的瓦块3、4）或者对于在风力涡轮机20的启动期间更容易地在瓦块3、4的滑动表面上产生润滑剂膜是有用的。

图4示出了图3的轴承的第一放大局部视图。更确切地说，图4示出了如图3中所示的液压缸装置5的周围部分的放大局部视图。液压缸装置5可以包括头部6，头部6将由加压的液压液体（例如液压油）移动。在图4中，可移动瓦块3和液压缸装置5被示出为处于收回位置，头部6处于低位置。头部6可以包括槽或腔7，槽或腔7适于接收加压的液压液体。槽或腔7的有利之处在于，由于槽或腔7的较大的接触面积，所以槽或腔7使压力更均匀地分布在头部6的区域上。头部6可以由密封件8密封，密封件8绕着头部6周向地布置。密封件8减少或消除了加压的液压液体从头部6下方的泄漏。

图5示出了图3的轴承的第二放大局部视图，这次处于展开位置。如可看到的，头部6已经由于加压的液压液体进入槽或腔7而抬升。当头部6抬升时，在头部6的下方形成腔9，腔9填充有液压液体。头部6将抬升力施加到瓦块3，从而沿径向方向使瓦块3抬升。

图6示出了本发明的流体动压轴承的瓦块的滑动表面区段的示例性实施例。滑动表面区段可以被用于可移动或不可移动瓦块3、4。其包括滑动表面22，在操作期间，轴（或附接到轴的环或盘）将会在滑动表面22上滑动。滑动表面22可以包括低摩擦材料层或覆层以减小摩擦和磨损，低摩擦材料例如是尼龙、特氟龙等。在图6中所示的示例性实施例的滑动表面22中，存在两个槽18和21，两个槽18和21适于使润滑剂分布在滑动表面22上。更详细地，滑动表面22可以包括矩形槽18，矩形槽18可以被布置在滑动表面22的“迎风”侧，即滑动表面22的如下的一侧，在该侧处，轴的表面上的一特定点首先进入滑动表面22然后移动跨过滑动表面22。布置在矩形槽18内的喷嘴17将润滑剂提供到槽18，槽18然后将会使该润滑剂散布在滑动表面22上以及轴、盘或环上。为了帮助润滑剂膜的初始建立，还可以经由喷嘴19将润滑剂提供到圆形槽21。具体地，在风力涡轮机停止之后，可以将润滑剂以高压力提供到圆形槽21，从而在启动期间润滑剂更容易地从滑动表面22的中心处的圆形槽21散布。

虽然已经关于本发明的示例性实施例示出了并描述了本发明，但在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以就本发明的形式和细节方面作出各种其他改变、省略以及添加。

虽然已经联系优选的实施例描述了本发明，但并不意图将本发明的范围局限到所阐述的具体形式，而是相反，意图覆盖如可以被包括在本发明的范围内的此类替换、修改以及等同物，本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种风力涡轮机（20），所述风力涡轮机（20）包括转子、轴（13），所述转子包括被连接到毂（11）的多个转子叶片（10），所述轴（13）具有被连接到所述毂（11）的第一端部和被连接到发电机（14）的第二端部，其特征在于，所述风力涡轮机（20）还包括流体动压轴承（1），所述流体动压轴承（1）包括润滑装置（23）和多个瓦块（3、4），所述多个瓦块（3、4）各自具有适于支承所述轴（13）的滑动表面（22）。

2.如前一权利要求所述的风力涡轮机（20），其中，所述多个瓦块（3、4）包括至少一个能够沿径向方向移动的瓦块（3）。

3.如前一权利要求所述的风力涡轮机（20），其中，所述至少一个可移动瓦块（3）适于使所述轴（13）抬升。

4.如权利要求2或3中的任一项所述的风力涡轮机（20），其中，所述至少一个可移动瓦块（3）包括液压缸装置（5）。

5.如前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机（20），其中，所述多个瓦块（3、4）中的每个包括润滑剂喷射喷嘴（17、19），所述润滑剂喷射喷嘴（17、19）适于从所述润滑装置（23）接收润滑剂并且适于润滑所述瓦块（3、4）。

6.如前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机（20），其中，所述多个瓦块（3、4）中的每个被布置在所述轴（13）的周界的靠下的一半内。

7.如前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机（20），还包括控制单元（24），所述控制单元（24）被连接到所述至少一个可移动瓦块（3）并且被连接到所述润滑装置（23），并且所述控制单元（24）适于：在第一步骤中，命令所述至少一个可移动瓦块（3）使所述轴（13）抬升并且命令所述润滑装置（23）将润滑剂提供到所述多个瓦块（3、4）之中的至少一个其他瓦块（4）。

8.如前一权利要求所述的风力涡轮机（20），其中，所述控制单元（24）还适于：在第二步骤中，命令所述至少一个可移动瓦块（3）收回并且命令所述润滑装置（23）将润滑剂提供到所述至少一个可移动瓦块（3）。

9.如权利要求7和8所述的风力涡轮机（20），其中，所述控制单元（24）还适于：在所述风力涡轮机（20）的启动期间，重复所述第一和第二步骤。

10.根据前述权利要求中的任一项的风力涡轮机（20）产生电功率的用途。