CN110462207A - 具有大型滚动轴承的风能设施和安装大型滚动轴承的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有大型滚动轴承(10)的风能设施和用于安装大型滚动轴承的方法。根据本发明的风能设施(1)包括大型滚动轴承(10)，其在外圈和内圈(11、12)上具有螺栓孔中心圆(11'、12')，用于将大型滚动轴承(10)紧固在风能设施(1)的两个能彼此相对转动的部件(4、8)上，从而使风能设施(1)各有一个部件(4、8)贴靠在外圈或内圈(11、12)的轴向的面上。此外，在风能设施(1)的至少一个与大型滚动轴承(10)的外圈或内圈(11、12)连接的第一部件(4)上设置有支撑设备(20)，支撑设备沿径向方向至少以区段方式支撑大型滚动轴承(10)的与第一部件(4)连接的外圈或内圈(12)，以便减小大型滚动轴承(10)的与负载相关的变形。在根据本发明的安装方法中，在大型滚动轴承(10)的未受载的状态下安装支撑设备(20)，其中，在大型滚动轴承(10)的外圈和内圈(11、12)与支撑设备(20)之间设置有间隙，该间隙在大型滚动轴承(10)的受载的状态下闭合。

Description

具有大型滚动轴承的风能设施和安装大型滚动轴承的方法
技术领域
本发明涉及具有大型滚动轴承的风能设施和用于安装大型滚动轴承的方法。
背景技术
风能设施由现有技术所公知。风能设施通常包括转子，转子能转动地布置在吊舱上，其中，吊舱又能转动地布置在塔架上。转子必要时经由转子轴和传动装置驱动发电机。转子的通过风引起的旋转运动因此能够被转换为电能，电能随后能够经由逆变器和/或变压器(根据发电机的结构类型也至少部分直接地)馈入电网中。转子包括多个(通常是三个的)转子叶片，转子叶片相对于转子毂能转动地紧固，以便调节转子叶片的迎角。
在根据现有技术的风能设施中，在不同的部位上使用具有450mm或更大的内圈直径的所谓的大型滚动轴承。与较小的滚动轴承不同，大型滚动轴承通常不能够压入轴承容纳部中，而是更确切地说在其外圈和内圈上分别具有螺栓孔中心圆，以便仅通过拧接紧固到为此设置的部件上。通常，针对吊舱相对于塔架的能转动性以及在转子叶片与转子毂之间的连接部上使用相应的大型滚动轴承。
尤其是当两个通过大型滚动轴承待连接的部件具有不同的刚性时，可能导致在大型滚动轴承上或大型滚动轴承中出现问题。例如，在为了对吊舱进行偏航调节而将相对“软的”塔架与相对硬的机器载体连接起来的大型滚动轴承中，轴承的与塔架连接的外圈能够实现相对塔架柔滑的运动，然而其中，内圈通常却向内偏离。由此，可能导致内圈的螺丝连接部处的开缝。
为了减小开缝，由现有技术公知的是，提高螺丝预紧和/或螺丝的数量，以便使通过由此实现的附加的夹紧力抵抗开缝地起作用。螺丝数量或螺丝预紧的提高增加了安装耗费，这对成本产生不利影响。此外，提高的螺丝数量或螺丝预紧的效果仅是有限的，从而使开缝的问题经常仅能不充分地减小。
由US 2014/0377039A1公知了一种针对大型滚动轴承的加固环，利用该加固环应撑住轴承的内圈。加固环在此经由螺丝来一起固定，利用螺丝使内圈紧固在转子叶片根部上。为了能够加固内圈，在此强制性地需要的是，加固环(即便其应该由多个部段组装而成)本身是闭合的。由于加固环的紧固，使得作用到加固环上的力因此才能够被吸收，并且实际上发生对内圈的期望的加固。
该现有技术所不利的是：加固环或其部段的为了实现期望的加固所需要的高耗费的造型，该造型具有两个平行延伸的、然而却不相同地成形出的水平接片，这些水平接片必须经由竖直接片相互连接。因为只有当加强环尽可能大面积地在整个圆周上贴靠在大型滚动轴承的内圈上时，才能够提高刚性，所以各个部段此外还必须被精确成形，或者必须提供适当的用于补偿制造公差的补偿范围。因此结果是，根据US 2014/0377039A1的加强环是成本高昂的。此外，在风能设施中必须提供足够用于加固环和其安装的专门的结构空间，然而这不总是存在的。
发明内容
本发明的任务是，提供一种具有大型滚动轴承的风能设施和一种用于在风能设施中安装大型滚动轴承的方法，其中，由现有技术所公知的缺点不再出现或仅在减小的范围内出现。
该任务通过根据独立权利要求所述的具有大型滚动轴承的风能设施解决，以及通过根据权利要求10所述的方法解决。有利的改进方案是从属权利要求的主题。
因此，本发明涉及一种风能设施，其包括大型滚动轴承，其在外圈和内圈上具有螺栓孔中心圆，用于将大型滚动轴承紧固在风能设施的两个能彼此相对转动的部件上，从而使风能设施各有一个部件贴靠在外圈或内圈的轴向的面上，其中，在风能设施的至少一个与大型滚动轴承的外圈或内圈连接的第一部件上设置有支撑设备，该支撑设备沿径向方向至少以区段方式支撑大型滚动轴承的与第一部件连接的外圈或内圈，以便减小大型滚动轴承的与负载相关的变形。
此外，本发明还涉及一种用于安装根据本发明的风能设施的大型滚动轴承的方法，其具有如下步骤：
将大型滚动轴承紧固在风能设施的被设置用于支撑设备的第一部件上；
将支撑设备或支撑设备的支撑部段安装在风能设施的第一部件上，从而在大型滚动轴承的外圈或内圈与支撑设备之间存在具有预设的宽度的间隙；并且
将大型滚动轴承紧固在风能设施的第二部件上。
基于如在现有技术中公知的风能设施，本发明已认识到，(根据预料在哪里发生例如形式为在外圈或内圈与风能设施的第一部件之间开缝的变形地)通过支撑设备支撑大型滚动轴承的外圈或内圈是有利的，该支撑设备并不紧固在大型滚动轴承本身上，而是更确切地说紧固在风能设施的与大型滚动轴承连接的部件上。通过将支撑设备紧固在风能设施的原则上假定为硬的部件上，使得支撑设备通常只需针对通常是径向的从内圈或外圈至有关的部件的力流地构造。在此，尤其能够放弃例如在现有技术中是强制性地必需的闭合的环的形状。更确切地说，支撑设备以区段方式贴靠在大型滚动轴承的内圈或外圈上来对大型滚动轴承进行支撑也就能足够了。在上下文中，“以区段方式”意味着的是，支撑设备以在内圈或外圈的整个圆周上分布的方式以多个区段贴靠在内圈或外圈上，以便对该内圈或外圈进行支撑，而支撑设备在区段之间的区域中不必贴靠在内圈或外圈上。支撑设备尤其能够包括多个分别形成支撑区段的支撑部段。
此外，由此也通常能够在根据本发明的风能设施中以如下方式设计支撑设备，即，使得支撑设备不需要或仅需要很小的自身的结构空间。因为在根据本发明的风能设施中的支撑设备的连贯的结构是不需要的，所以支撑设备也能够整合到风能设施的其他的构件中，或者以如下方式设计，即，使得支撑设备针对风能设施的其他的构件具有留空部。以该方式，使得本发明即使在已经存在的风能设施中或风能设施的完成的设计方案中也能够实现，而不需要大量的改造或新的结构设计。
优选的是，支撑设备支撑大型滚动轴承的内圈。尤其优选的是，该大型滚动轴承是风能设施的偏航轴承，其中，外圈与风能设施的塔架连接，内圈与风能设施的吊舱、优选与吊舱的机器载体连接。在这种大型滚动轴承中，尤其是在内圈中存在如下危险，即，与负载相关的变形作为螺丝连接部的偏离或开缝出现，利用该螺丝连接部使内圈与吊舱或该吊舱的机器载体连接。同时，由于必需的制动器以及偏航驱动器，使得针对支撑设备的结构空间受到限制，从而不能够使用或仅非常困难地使用由现有技术所公知的加固环。
在偏航调节的范围内，在塔架上能够设置有与大型滚动轴承同轴地布置的环形的制动盘，制动盘被多个在吊舱上于圆周上分布地布置的径向向外敞开的制动钳围嵌。在此优选的是，至少一部分制动钳的一个臂实施为使臂处于与大型滚动轴承的内圈的支撑式接触中。在该实施变型方案中，根据本发明设置的支撑设备至少部分地由制动钳的一部分或者说制动钳的各一个臂形成，这些臂能够视为支撑设备的支撑部段。在相应实施的制动钳的数量很大的情况下，能够放弃针对支撑设备的附加的结构构件。
替选地或附加地，支撑设备能够包括一个或多个在圆周上分布的支撑板作为支撑部段，所述支撑部段与大型滚动轴承的外圈或内圈贴靠以进行支撑。相应的支撑板廉价地制造并且能够简单地安装。如果制动设备如描述的那样设置，那么一个或多个支撑板优选能够分别布置在至少一个制动钳与风能设施的紧固有制动钳的部件(即例如机器载体)之间。在该情况下，对于支撑板来说通常甚至不需要单独的紧固元件，例如螺丝。更确切地说，至少一个支撑板能够相对于制动钳以如下方式布置，即，使支撑板通过该制动钳的紧固机构至少部分地被一起固定。
支撑板优选具有6mm～14mm、进一步优选8mm～12mm、进一步优选10mm的厚度。支撑板例如能够由钢制成。
替选地或附加地，支撑设备能够包括一个或多个在圆周上分布的、在与大型滚动轴承的外圈或内圈连接的部件上的压力螺丝作为支撑部段，所述压力螺丝能与外圈或内圈接触以进行支撑。相应的压力螺丝在风能设施的与内圈或外圈连接的部件中的螺纹钻孔中引导并且从螺纹钻孔转动出如下程度，即，使其贴靠在大型滚动轴承的外圈或内圈上。
优选的是，贴靠部件的轴向的面与支撑设备作用在外圈或内圈上的区域的间距大于或等于在该区域与另一轴向的面之间的间距。由此确保，支撑设备能够特别好地抵抗外圈或内圈沿径向方向相对于各自的轴向的连接面的偏离地起作用。
优选的是，支撑设备具有至少两个、优选多于十个能彼此分离地安装且优选能独立地调校的支撑部段。各个支撑部段在此不必强制性地相同地设计。更确切地说，例如也可能的是，支撑部段的一部分由制动钳的臂形成，其他部分由支撑板形成并且/或者其他部分也由压力螺丝形成。在本发明的意义下，当至外圈或内圈的径向间距是能调节的时，支撑部段被认为是能调校的。在压力螺丝的情况下直接确保了支撑部段的能调校性。在制动钳和支撑板的情况下，能调校性例如能够通过设置长孔来实现，诸如螺丝的紧固元件被引导穿过长孔，以便将制动钳或支撑板紧固在风能设施的部件上。
在根据本发明的方法中，当大型滚动轴承仅紧固在第一部件(即在其上也紧固有支撑设备的部件)上时，安装支撑设备或支撑部段。因此，大型滚动轴承在安装支撑设备的时刻是不受载的。支撑设备或支撑部段相对于大型滚动轴承的内圈或外圈以如下方式安装，即，在内圈或外圈与支撑设备之间存在具有预设的宽度的间隙。在大型滚动轴承最后也紧固在风能设施的第二部件上之后，大型滚动轴承受载，由此使间隙闭合，并且使支撑设备贴靠在大型滚动轴承的内圈或外圈上。能够相应地选择间隙的宽度。
在具有间隙的不受载的状态下的安装所提供的优点是：在受载的状态下，没有支撑设备的不期望的力作用到大型滚动轴承上。在此，间隙宽度在安装期间能够很好地和简单地检验，例如利用塞尺来检验。如果支撑设备或支撑部段是能调校的，那么间隙也能够精确地被调节，必要时又借助塞尺来调节。
附图说明
现在，本发明根据优选的实施方式参考附图进一步描述。其中：
图1：示出根据本发明的风能设施的第一实施例的示意图；
图2：示出根据图1的风能设施的偏航轴承的示意性的截面图；
图3：示出根据图1的风能设施的偏航轴承的沿图2的剖线III-III的示意性的俯视图；
图4：示出根据本发明的风能设施的第二实施例的偏航轴承的示意性的截面图。
具体实施方式
图1中示出了根据本发明的风能设施1。风能设施1包括具有多个转子叶片3的转子2，转子能围绕轴线5转动地布置在吊舱4上。转子叶片3能围绕各自的轴线6转动，以便调节转子叶片3的迎角或桨距。吊舱4围绕轴线7能转动地布置在塔架8上，以便能够沿偏航方向跟踪风。在吊舱4中设置有发电机(未示出)用于将作用到转子3上的风能转换为电能，发电机的电能经由风能设施1中的转换器和/或变压器馈入电网中。
为了能够实现转子叶片3围绕各自的轴线6的转动以及吊舱6相对于塔架8的转动，在转子叶片3与转子毂之间或在吊舱4与塔架8之间的利用附图标记9指明的接口上分别设置有大型滚动轴承10。
在图2和3中示意性地详细示出了吊舱4与塔架8之间的大型滚动轴承10。大型滚动轴承10包括外圈11和内圈12，它们分别设有螺栓孔中心圆11'、12'。经由外圈11上的螺栓孔中心圆11'，大型滚动轴承10通过螺丝13与塔架8连接。螺丝14引导穿过内圈12的螺栓孔中心圆12'，利用螺丝，使内圈12紧固在吊舱4上，更精确地说是紧固在吊舱4的机器载体4'上。在该机器载体4'上至少紧固有风能设施1的直接位于吊舱4内的主部件(例如发电机、一个或多个转子轴轴承，可能还有传动装置，必要时还有逆变器等)。在外圈与内圈11、12之间设置有两个平行的滚道15，滚道能够实现外圈与内圈11、12之间的相对运动，并且因此最终能够实现吊舱4在塔架8上围绕轴线7的转动(参见图1)。
在塔架8与大型滚动轴承10的外圈11之间设置有环形的制动盘16，制动盘同样通过螺丝13固定。该制动盘被均匀地分布在大型滚动轴承10的圆周上的、径向向外敞开的制动钳17围嵌，制动钳被构造成用于形成根据盘式制动器的原理的偏航制动器。在图3中，基于所选择的剖平面，仅示出制动钳17的支脚17'，但完全没有示出制动盘16。
在机器载体4与各两个相邻的制动钳17之间分别布置有支撑板18，并且通过将制动钳17紧固在机器载体4(未示出)上地一起固定。支撑板18由10mm厚的钢板构成，并且至少在大型滚动轴承10的所示的由于吊舱4的重量而受载的状态下以区段方式贴靠在大型滚动轴承10的内圈12上。内圈12因此被保护以防向内偏离。支撑板18因此是支撑设备20的支撑部段19。
内圈12的贴靠机器载体4的轴向的面与支撑板18贴靠在内圈12上的区域之间的间距d1在此大于在刚好是该区域与内圈的另一轴向的面之间的间距d2。由此，支撑板18能够特别好地抵抗内圈12的偏离地起作用。
在图4中示出了根据本发明的风能设施1的第二实施例的偏航轴承。该第二实施例在此大部分地与第一实施例相同，因此参考之前的阐述，并且随后仅讨论两个实施例之间的差异。
在图4中所示的吊舱4与塔架8之间的大型滚动轴承10中，放弃了分开的作为支撑设备20的支撑部段19(参见图2和3)的支撑板18。更确切地说，制动钳17的上臂17”相对于第一实施例以如下方式延长，即，制动钳贴靠在大型滚动轴承10的内圈12上并且支撑该大型滚动轴承。通过根据图4将所有制动钳17构造在吊舱4与塔架8之间的大型滚动轴承10上，提供了以区段方式支撑内圈12的支撑设备20。间距d1在此相对于根据图1至3的实施例是增大了的。
在大型滚动轴承10已经紧固在吊舱4的机器载体4'上之后，但在大型滚动轴承紧固在塔架8上之前，安装根据图1至3的第一实施例的支撑板18和根据图4的第二实施例的制动钳17。也就是在大型滚动轴承10未受载的状态下安装支撑设备20。为了使在受载状态下(即在吊舱4放置到塔架8上之后)出现的不期望的和/或不均匀的应力是安全的，以如下方式安装支撑部段19(即支撑板18或制动钳17)，即，在支撑部段与内圈12之间存在具有预设的宽度的间隙。该间隙能够在安装时例如借助塞尺来检验并且在大型滚动轴承10的受载状态下闭合。

Claims (11)

1.风能设施(1)，所述风能设施具有大型滚动轴承(10)，所述大型滚动轴承在外圈和内圈(11、12)上具有螺栓孔中心圆(11'、12')，用于将所述大型滚动轴承(10)紧固在所述风能设施(1)的两个能彼此相对转动的部件(4、8)上，从而使所述风能设施各有一个部件(8、4)贴靠在所述外圈或所述内圈(11、12)的轴向的面上，
其特征在于，
在所述风能设施(1)的至少一个与所述大型滚动轴承(10)的外圈或内圈(11、12)连接的第一部件(4)上设置有支撑设备(20)，所述支撑设备沿径向方向至少以区段方式支撑所述大型滚动轴承(10)的与所述第一部件(4)连接的外圈或内圈(11、12)，以便减小所述大型滚动轴承(10)的与负载相关的变形。
2.根据权利要求1所述的风能设施，
其特征在于，
所述支撑设备(20)支撑所述大型滚动轴承(10)的内圈(12)。
3.根据权利要求1或2所述的风能设施，
其特征在于，
所述大型滚动轴承(10)是所述风能设施(1)的偏航轴承，其中，所述外圈(11)与所述风能设施(1)的塔架(8)连接，并且所述内圈(12)与所述风能设施(1)的吊舱(4)、优选与所述吊舱(4)的机器载体(4')连接。
4.根据权利要求3所述的风能设施，
其特征在于，
在塔架(8)上设置有与所述大型滚动轴承(10)同轴地布置的环形的制动盘(16)，所述制动盘由多个在圆周上分布地布置在所述吊舱(4)上的、径向向外敞开的制动钳(17)以两个臂(17”)围嵌，其中，至少一部分所述制动钳(17)的一个臂(17”)实施为使所述臂处于与所述大型滚动轴承(10)的内圈(12)的支撑式接触中并因此是所述支撑设备(20)的部分。
5.根据前述权利要求中任一项所述的风能设施，
其特征在于，
所述支撑设备(20)包括一个或多个支撑板(18)，所述支撑板以在圆周上分布的方式与所述大型滚动轴承(10)的外圈或内圈(11、12)贴靠以进行支撑，其中，所述一个或多个支撑板(18)优选分别布置在至少一个制动钳(17)与在其上紧固有所述制动钳(17)的部件(4、4')之间。
6.根据权利要求5所述的风能设施，
其特征在于，
至少一个支撑板(18)具有6mm～14mm、优选8mm～12mm、进一步优选10mm的厚度，并且/或者至少一个支撑板(18)相对于制动钳(17)以如下方式布置，即，使所述支撑板通过所述制动钳(17)的紧固机构被一起固定。
7.根据前述权利要求中任一项所述的风能设施，
其特征在于，
所述支撑设备(20)包括在圆周上分布的、在与所述外圈或内圈(11、12)连接的部件(4、8)上的压力螺丝，所述压力螺丝能与所述外圈或内圈(11、12)接触以进行支撑。
8.根据前述权利要求中任一项所述的风能设施，
其特征在于，
所述外圈或内圈(11、12)的贴靠所述部件(4、8)的轴向的面与所述支撑设备(17”、20)作用在所述外圈或内圈(11、12)上的区域的间距(d1)大于或等于在所述区域与所述外圈或内圈(11、12)的对置的轴向的面之间的间距(d2)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的风能设施，
其特征在于，
所述支撑设备(20)具有至少两个、优选多于十个能彼此分离地安装且优选能独立地调校的支撑部段(19)。
10.用于安装根据前述权利要求中任一项所述的风能设施(1)的大型滚动轴承(10)的方法，所述方法具有如下步骤：
a)将所述大型滚动轴承(10)紧固在所述风能设施(1)的被设置用于支撑设备(20)的第一部件(4、4')上；
b)将所述支撑设备(20)或所述支撑设备(20)的支撑部段(19)安装在所述风能设施(1)的第一部件(4、4')上，从而在所述大型滚动轴承(10)的外圈或内圈(11、12)与所述支撑设备(20)之间存在具有预设的宽度的间隙；并且
c)将所述大型滚动轴承(10)紧固在所述风能设施(1)的第二部件(8)上。
11.根据权利要求10所述的方法，
其特征在于，
步骤(b)包括调校所述支撑设备(20)或所述支撑部段(19)和/或利用塞尺来检验间隙宽度。
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