CN111094773A - 用于风力涡轮机的流体膜轴承 - Google Patents

Abstract

一种用于风力涡轮机的流体轴承（10）包括：轴承壳体（11）、在轴承壳体（11）内并且绕流体轴承（10）的纵向轴线（Y）周向分布的多个轴承垫（15）、多个支撑结构（20），每个支撑结构（20）具有可拆卸地连接到设置在轴承壳体（11）中的相应座（18）的至少第一界面（21）和可拆卸地连接到多个轴承垫（15）中的相应轴承垫（15）的至少第二界面（22），支撑结构（20）包括允许相应的轴承垫（15）平行于纵向轴线（Y）倾斜的弹性体（30），弹性体（30）置于相应的座（18）和相应的轴承垫（15）之间。

Description

用于风力涡轮机的流体膜轴承

技术领域

本发明涉及一种用于风力涡轮机的流体膜轴承。

背景技术

在上述技术领域中，流体膜轴承（也被称为流体轴承）用于支撑旋转轴。流体膜轴承通常包括多个轴承垫，这些轴承垫围绕旋转轴的旋转轴线径向分布。对轴进行支撑的流体膜形成在轴本身和轴承垫之间。对于每个轴承垫，支撑结构置于垫和轴承壳体之间。

支撑结构也可用于轴承垫的对准。为了实现这个目的，每个支撑结构允许相应的轴承垫平行于流体轴承的纵向轴线（即平行于旋转轴的旋转轴线）枢转。

在已知的流体膜轴承内提供的传统枢轴对准系统中，在相对倾斜的部件之间的接触点中经常经历微振磨损（fretting）。“微振磨损”是指在微小相对运动的表面之间的负载下发生的一种磨损。

由于高动态负载，在风力涡轮机应用中通常经历微振磨损问题。

一种可能的解决方案是平衡接触应力和相对运动以避免微振磨损。然而，这可能是困难的，并且风力涡轮机由于巨大的负载和高动态特性而可能是困难的。可以使用使接触表面之间的压力最小化的支撑件，例如球窝接头或球状接头，但是它们仍然不被认为是最佳的解决方案，因为它们也依赖于相对运动。

因此，仍然需要提供一种相对于现有技术具有改进特性的新的流体膜轴承，特别是就微振磨损和正确对准而言。

发明内容

这种需要可以由根据独立权利要求的主题来满足。本发明的有利实施例由从属权利要求描述。

根据本发明，提供了一种用于风力涡轮机的流体轴承，包括：

轴承壳体，

多个轴承垫，所述多个轴承垫在所述轴承壳体内并且围绕所述流体轴承的纵向轴线周向分布，

多个支撑结构，每个支撑结构具有连接到所述多个轴承垫中的相应轴承垫的至少第一界面以及连接到设置在所述轴承壳体中的相应座的至少第二界面，

其中，所述支撑结构包括允许相应的轴承垫倾斜的弹性体，所述弹性体置于相应的座和相应的轴承垫之间，并且所述弹性体被至少部分地包封在所述座内。

支撑结构在相应的座和轴承垫之间具有一定高度，并且支撑结构具有至少一个侧壁。包封意味着相应的座在垂直于支撑结构的高度的方向上支撑该支撑结构的至少一个侧壁。

有利地，弹性体可以足够软以确保通过轴承垫的正确对准来形成油膜。同时，这种部件确保避免微振磨损。更一般地，在可倾斜垫和轴承壳体之间引入弹性体使疲劳最小化。对于上述已知的解决方案，其意味着钢部件在彼此相对运动时接触，弹性体在流体轴承的弹性体和钢部件之间的接触界面处实现了低的表面压力。支撑结构的部件之间的相对运动得以避免。

在本发明的各个实施例中，弹性体允许相应的轴承垫平行于和/或正交于纵向轴线倾斜。有利地，这确保了用于轴承垫的正确对准的最大灵活性。此外，将弹性体至少部分地包封在座内固定了弹性体，并且即使在轴承的操作期间也将其进一步固定在预期位置。

在本发明的其它实施例中，弹性体被设置为相应的座和相应的轴承垫之间的弹性体层。特别地，弹性体可接触相应的座，并且被至少部分地包封在座内。在优选实施例中，弹性体层被完全包封（包围）在座内。在一个实施例中，每个轴承垫被施加单个弹性体层。

在本发明的其它实施例中，提供了多个弹性体层，每个弹性体层置于两个板之间，所述两个板由基本不可压缩的材料（例如金属，如钢）制成，或者由聚合材料制成，并且其中，至少一个弹性体层被至少部分地包封在座内。不可压缩的板材料被优选地选择成使得其也是柔性的，由此即使在轴承垫受到载荷时，也能够保持与至少一个弹性体层的良好的表面到表面的接触。

根据本发明的特定实施例，流体轴承包括由多个弹性体层和不可压缩板构成的堆叠，每个弹性体层置于两个不可压缩材料的板之间，每个不可压缩板置于两个弹性体层之间。多个弹性体层被优选地设置成使得弹性体层中的至少一个被完全包封（包围）在座内。在替代实施例中，堆叠被布置成使得所有弹性体层被包封在座内。

特别地，堆叠可在相应的座和相应的轴承垫之间延伸。

有利地，使用如上所述的堆叠使得可以调节可能在支撑结构中发生的压缩变形。堆叠给支撑结构提供了改进的力矩阻力（moment resistance）。

被至少部分地包封在座内的至少一个弹性体层具有与座的界面形状基本匹配的界面形状（在轴承的径向方向上的顶表面和底表面），即，在两个部件被放置成彼此接触时，两个部件之间的界面接触表面具有基本相同的形状和表面面积。在任何情况下，界面表面优选地代表平坦表面。然而，至少一个弹性体层也可以具有比座内的界面接触表面的界面形状更小且不同的界面形状，例如，表面面积更小但仍具有允许其容易地配合在座内的形状。任何在径向方向上延伸到座外部的弹性体层可以具有更大的界面接触表面面积和/或表面形状，但是这样的尺寸优选地与被包封在座内的至少一个弹性体层的尺寸匹配，即，在整个堆叠中使用相同的弹性体层。如果使用弹性体层的堆叠，则任何不可压缩板可以具有与弹性体层相同/相似或不同的界面接触表面面积和/或表面形状。然而，放置在那些被包封在座内的弹性体层之间的任何不可压缩板相应地具有允许它们配合并且容易地放置在座内的接触表面面积和形状。

在一个实施例中，弹性体层或多个弹性体层的堆叠中的至少一层的尺寸被设计成使得其或多或少被完全封装在座的侧壁（侧向表面）之间以及顶部和基部之间，例如平面基部和顶部部件，其放置在弹性体层和轴承垫之间和/或在不可压缩材料的板之间。因此，弹性体层在所有侧面上被围绕并且被相应地设置尺寸。通过这种布置，并且在施加到轴承垫的载荷下，所封装的弹性体层不能膨胀到否则可能存在的任何空腔中，并且因此将类似于流体的作用而起作用。然而，与流体相反，弹性体不能通过可能存在的任何开口逸出，因此将保持其功能，而与施加在轴承垫上的载荷无关。

至少一个弹性体层可单独地由若干个相同或不同的弹性体元件的堆叠组成，该弹性体元件的堆叠组合起来构成了如本文所述的弹性体层。

弹性体的选定布局可以应用于轴承装置上的所有多个轴承垫，但是同样可以针对单独的轴承垫或轴承垫组彼此独立地进行不同设计。

本发明的上述方面和其它方面从下文将要描述的实施例的示例中是明显的，并且参考实施例的示例进行说明。下文将参考实施例的示例更详细地描述本发明，但是本发明不限于这些实施例的示例。

附图说明

图1示出了根据本发明的用于风力涡轮机的流体膜轴承的示意性剖视图。

图2示出了图1的流体膜轴承的部件的第一实施例的示意性剖视图。

图3示出了图1的流体膜轴承的部件的第二实施例的示意性剖视图。

具体实施方式

附图中的图示是示意性的。注意，在不同的图中，相似或相同的元件或特征设置有相同的附图标记。为了避免不必要的重复，在说明书中不再进一步描述已经关于实施例描述过的元件或特征。

图1部分地示出了用于风力涡轮机（未作为整体示出）的流体轴承10。流体轴承10包括定子部分10a和转子部分（未示出，因为不是本发明的特定目的），转子部分通常是轴，该轴相对于定子部分10a围绕流体轴承的纵向轴线Y旋转。

在下文中，当没有不同地规定时，术语“纵向”、“径向”和“周向”是参照流体轴承10的纵向轴线Y。

定子部分10a包括多个轴承垫15。在流体轴承10的操作中，在转子部分和轴承垫15之间建立了快速移动的加压液体或气体的薄层。移动部件之间没有接触意味着没有滑动摩擦，从而相对于其它的类型轴承减少了磨损和振动。如何建立这种薄流体层不是本发明的特定目的，因此不作进一步详细描述。

流体轴承10在定子部分10a中包括轴承壳体11，轴承壳体11具有围绕纵向轴线Y周向分布的中空形状。

轴承壳体11包括纵向延伸的内表面13。多个轴承垫15设置在轴承壳体11内，从内圆柱形表面13朝向纵向轴线Y径向突出。轴承垫15围绕纵向轴线Y周向分布。该分布不是规则的，而是考虑到在轴承壳体11的下部上，由于重力，载荷更大。因此，参考图1，其示出了处于操作位置的流体轴承10的竖直剖视图，两个轴承垫15设置在包括纵向轴线Y的水平面上，四个轴承垫15设置在轴承壳体11的上部上，轴承壳体11的上部在包括纵向轴线Y的水平面上方，八个轴承垫15设置在轴承壳体11的下部上，轴承壳体11的下部在包括纵向轴线Y的水平面下方。

根据本发明的其它可能的实施例，可以实现多个轴承垫15的不同数量和不同分布。

对于每个轴承垫15，流体轴承10包括用于将相应的轴承垫15连接到轴承壳体11的支撑结构20。

每个支撑结构20包括第一界面21，第一界面21连接到设置在轴承壳体11中的相应的座18。特别地，每个支撑结构20可以通过相应的第一界面21以可移除的方式连接到相应的座18，使得支撑结构20和附接到其的相应的轴承垫15可以在必要时被移除并且用另一个支撑结构20替换。这可以例如出于维护目的而发生，或者在通过用支撑结构20的另一个实施例替换支撑结构20的一个实施例来重新构造流体轴承10时发生。

座18是设置在轴承壳体11的内表面13上的径向凹部，该座具有平行六面体形状，该平行六面体具有在内表面13上的开口、与该开口相对的平面基部以及将平面基部连接到开口的四个平面侧向表面。然而，该座可以具有替代的形状，如圆形、三角形或其他多边形状，但是在任何情况下，任何侧向表面优选地在座平面基部及其开口之间具有均匀的截面。因此，座凹部的任何侧向表面可以包封（包围）弹性体30的侧向表面（图2），这里示出为完全包封弹性体侧向表面，但是在替代方案（未示出）中，座仅部分地包封弹性体30。

座18的平面基部与流体轴承10的径向方向正交。座18的四个平面侧向表面与流体轴承10的圆周方向正交，即实际上几乎根据流体轴承10的径向方向定向。

因此，第一界面21为平行六面体形状，用于与座18的径向凹部匹配。

支撑结构20还包括第二界面22，用于将支撑结构20连接到相应轴承垫15。第二界面22设置在支承结构20中，与第一界面21径向相对。特别地，每个支撑结构20可以通过相应的第二界面22以可移除的方式连接到相应的轴承垫15，使得在必要时，例如在流体轴承10的维护期间，轴承垫15可以被移除并用另一个轴承垫15替换。

根据本发明，支撑结构20包括允许相应的轴承垫15倾斜的弹性体30。弹性体30置于相应的座18和相应的轴承垫15之间。

根据本发明的相应实施例，轴承垫15可平行于纵向轴线Y倾斜，即在附图的平面中倾斜，或者绕正交于纵向轴线Y的方向倾斜，或者绕两个方向倾斜。

参照图2，示出了支撑结构20的第一实施例。这种支撑结构20包括弹性体30，其被设置为相应的座18和相应的轴承垫15之间的弹性体层。弹性材料层30接触相应的座18，因此第一界面21被设置在弹性材料层30上。支撑结构20还包括在弹性体层30和相应的轴承垫15之间延伸的衬里32，衬里32例如由钢或其它不可压缩材料制成。因此，第二界面22被设置在衬里32上。

如在图2的实施例中所看到的，弹性体30被包封在座18内并与座18的侧向表面接触，并且完全封装在座18内，即，弹性体30在其侧向表面上被凹部侧向表面包围，并且被围在该凹部的底部界面表面21和顶部的衬里32内表面之间。

根据本发明的替代实施例（未示出），弹性体层30的径向位置和（例如钢的）衬里32的径向位置被颠倒，弹性体层30与相应的轴承垫15接触，而衬里32与相应的座18接触。

根据本发明的另一替代实施例（未示出），弹性体层30的径向位置在相应的座18和相应的轴承垫15之间居中。

参照图3，示出了支撑结构20的第二实施例。这种支撑结构20包括多个弹性体层30和多个板31，每个弹性体层30径向置于两个板31之间。

多个弹性体层30和多个板31构成堆叠40，其中，每个弹性体层30置于两个板31之间，并且每个板31置于两个弹性体层30之间。

堆叠40在相应的座18和相应的轴承垫15之间延伸，第一界面21和第二界面22被分别设置在两个相应的板31上。

弹性体层30和板31的径向厚度和尺寸被调节以实现绕纵向轴线Y的限制扭矩，这是轴承垫15的对准所需要的。

如在图3的实施例中所看到的，若干弹性体层30被完全包封在座18内，即，弹性体被座凹部的侧向表面包围。进一步如图所示，不可压缩材料的板31的尺寸（顶部和底部表面面积）被设计成略大于弹性体层30，并且当轴承垫15承受载荷时，单独的弹性体30可因此在两个板31之间形成的空腔内膨胀。

根据替代实施例（未示出），第一界面21和第二界面22中的一个或两个被设置在相应的弹性体层30上。

根据又一替代实施例（未示出），层的堆叠40被布置成使得所有多个弹性体层30都被包封在座内，并且可选地，衬里32放置在堆叠40顶上，在堆叠40和相应的轴承垫15之间延伸。

应当注意，术语“包括”不排除其它元件或步骤，并且冠词“一”或“一个”的使用不排除多个。而且，可以组合与不同实施例相关联地描述的元件。还应当注意，权利要求中的附图标记不应当被解释为限制权利要求的范围。

Claims (10)

1.一种用于风力涡轮机的流体轴承（10），包括：

轴承壳体（11），

多个轴承垫（15），所述多个轴承垫（15）在所述轴承壳体（11）内并且绕所述流体轴承（10）的纵向轴线（Y）周向分布，

多个支撑结构（20），每个支撑结构（20）具有连接到设置在所述轴承壳体（11）中的相应座（18）的至少第一界面（21）和连接到所述多个轴承垫（15）中的相应轴承垫（15）的至少第二界面（22），

其中，所述支撑结构（20）包括允许相应的所述轴承垫（15）倾斜的弹性体（30），所述弹性体（30）置于相应的座（18）和相应的轴承垫（15）之间，并且所述弹性体被至少部分地包封在所述座（18）内。

2.如权利要求1所述的流体轴承（10），其中，所述弹性体（30）允许相应的轴承垫（15）平行于和/或正交于所述纵向轴线（Y）倾斜。

3.如权利要求1或2所述的流体轴承（10），其中，所述弹性体（30）被设置为相应的座（18）和相应的轴承垫（15）之间的弹性体层。

4.如权利要求1或2或3所述的流体轴承（10），其中，所述弹性体（30）接触相应的座（18）。

5.如权利要求1至4中任一项所述的流体膜轴承，其中，所述弹性体（30）被完全包封在所述座（18）内。

6.如权利要求3或4所述的流体轴承（10），其中，提供了多个弹性体层（30），每个弹性体层（30）置于两个不可压缩材料的板（31）之间。

7.如权利要求6所述的流体轴承（10），包括由多个弹性体层（30）和多个弹性体板（31）构成的堆叠（40），所述多个弹性体板（31）由不可压缩材料制成，每个弹性体层（30）置于两个板（31）之间，每个板（31）置于两个弹性体层（30）之间。

8.如权利要求7所述的流体轴承（10），其中，所述堆叠（40）在相应的座（18）和相应的轴承垫（15）之间延伸。

9.如权利要求6至8中任一项所述的流体膜轴承，其中，所述多个弹性体层（30）中的至少一个被完全包封在所述座（18）内。

10.如权利要求9所述的流体膜轴承，其中，所有的所述多个弹性体层（30）被完全包封在所述座（18）内。

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