CN111173693B - 变桨轴承装置 - Google Patents

Abstract

一种风力涡轮机（1）的变桨轴承装置，包括：轴承外圈（11）和轴承内圈（12），它们彼此同轴布置并包括共同的对称轴线；以及布置在所述内圈（12）处的至少一个增强板（14、15）和耦接到所述外圈（11）的至少一个板状或梁状的加强装置（21），所述加强装置与所述至少一个增强板（14）轴向相邻，并适于耦接到待布置在所述至少一个增强板（15）的另一侧处的定位装置（22），所述定位装置用于使所述外圈（11）相对于所述内圈（12）枢转，其中所述至少一个增强板（14、15）包括至少一个孔（17、18），通过所述至少一个孔，所述加强装置（21）能够机械地连接到或机械地连接到所述定位装置（22）。

Description

变桨轴承装置

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮机的变桨轴承装置（pitch bearing arrangement），该变桨轴承装置包括彼此同轴布置并且包括共同的对称轴线的轴承外圈和轴承内圈，以及布置在内圈处的至少一个增强板。

背景技术

大型工业类型的水平轴风力涡轮机通常包括桨距调节装置，其用于控制各个转子叶片相对于风的进入气流的定向。与转子叶片刚性地固定到风力涡轮机的轮毂的失速调节的风力涡轮机相比，桨距调节的转子叶片被可枢转地安装到轮毂。这允许选择转子叶片相对于进入气流的定向，从而优化由风力涡轮机产生的电量。通常，转子叶片借助于轴承来安装到轮毂，该轴承包括彼此同轴布置的轴承内圈和轴承外圈，其中滚动元件夹在这两个圈之间，例如锥形滚子或滚珠轴承装置。随着风力涡轮机变得越来越大，并且因此转子叶片的尺寸增大，经由变桨轴承从相应的转子叶片传递到轮毂的力也增大。为了增强变桨轴承，如在EP 2 045 464 A2或EP 2 933 476 A1中所公开的，在内轴承处布置增强板，或者在替代方案中，在轴承内圈处布置一对增强板。这样的增强板改善了轴承的刚度。

通常，转子叶片被连接到轴承的内圈，而轮毂被连接到轴承外圈。为了使转子叶片变桨距（pitch），变桨驱动器（pitch drive）和相应的机械部件，如变桨缸（pitchcylinder）、变桨齿轮（pitch gear）等，被布置在轮毂中。为了允许维护人员接近轮毂以用于维护的目的，所述增强板包括检修孔，而如果存在两个增强板，如EP 2 933 476 A1中所公开的，则这样的布置结构包括两个检修孔，维护人员可经由轮毂通过这两个检修孔来接近叶片。因此，直接在轮毂中维护主要部件是可能的，并且无需由于变桨部件更换而加大增强板中的检修孔。在叶片连接到外圈且轮毂连接到内圈的布置结构中，变桨部件被置于叶片内或置于轮毂的外侧上。在这两个地方，部件的维修和更换都很困难，这是因为从轮毂通过检修孔无法容易地接近。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的变桨轴承装置。

为了实现该目的，提供了一种变桨轴承装置，其特征在于，耦接到外圈的至少一个板状或梁状的加强装置，该加强装置与至少一个增强板轴向相邻，并且适于耦接到待布置在该至少一个增强板的另一侧处的定位装置，该定位装置用于使外圈相对于内圈枢转，其中，该至少一个增强板包括至少一个孔，通过该至少一个孔，该加强装置可机械地连接到或机械地连接到该定位装置。在该实施例中，仅设置了具有至少一个孔的一个增强板。

在与仅具有一个增强板的实施例类似的方法中，设置两个或更多个增强板，其中，该至少一个加强装置与所述增强板中的一个相邻设置，并且所述定位装置与所述增强板中的另一个相邻设置，其中，所述两个或更多个增强板包括轴向对应的孔，通过所述孔，所述加强装置可机械地连接到或机械地连接到所述定位装置。因此，在该实施例中，至少一个板状或梁状的加强构件与增强板中的一个轴向相邻地耦接到外圈，并且适于耦接到待与另一个增强板、或者在例如三个或更多个增强板的情况下与最外部的增强板相邻布置的定位装置，其中，所述增强板包括至少两个轴向对应的孔，通过所述孔，所述加强装置可机械地连接到或机械地连接到所述定位装置。

本发明的变桨轴承装置允许将用于使转子叶片变桨距的中心机械驱动部件安装在轮毂中，但是叶片可被连接到外圈，并且轮毂可被连接到内圈。这是可能的，因为本发明的变桨轴承装置被设计成具有通过设置在一个或多个增强板中的一个或多个相应的连接孔的从轮毂的内部到叶片的内部的机械连接。所述变桨轴承装置包括至少一个板状或梁状的加强构件，其被布置在外圈处或至少机械地耦接到外圈。该加强装置是用于将外圈耦接到布置在轮毂中的增强板装置的另一侧上的变桨驱动器的机械连接基础。在轮毂中，布置有相应的驱动部件，如变桨缸、变桨齿轮等。该驱动部件通过延伸穿过增强板中的对应孔的相应的连接布置结构来机械地连接到加强装置，并且因此连接到外圈。

由于本发明的变桨轴承装置中的相关驱动部件现在可被布置在轮毂中，因此维护变得容易，这是因为维护人员可直接在轮毂中接近这些部件，从而无需接近叶片。不需要在增强板中设置大的检修孔，而是仅需设置小的适配孔，以便允许机械连接到轮毂中的驱动部件。然而，在叶片的内部中需要维护的情况下，也仍然可提供对叶片的接近方式。

为了将所述加强装置连接到所述定位装置，优选地设置机械连接装置。该机械连接装置将所述加强装置耦接到所述定位装置，例如变桨缸等。关于该机械连接装置，若干不同的实施例是可能的。

根据第一实施例，该机械连接装置被容纳在一个或多个孔中。在该实施例中，所述加强装置是平坦的，如平板、平环板或者一个或多个扁平梁等。它们平行于相邻的增强板延伸。为了将布置在轮毂中的驱动装置连接到该平坦的加强装置，如相应的杆之类的细长的机械连接装置以一端连接到该加强装置，并以另一端连接到该驱动装置，并且延伸穿过增强板的一个或多个孔。例如，该机械连接装置牢固地附接到该加强装置，但是可枢转地附接到该驱动装置，例如变桨缸，该变桨缸以另一端附接到布置在轮毂处的相应保持装置。

一个或两个或更多个轴向对应的孔相对共同的轴线偏心地布置，使得当变桨缸被激活并且例如柱塞从缸中被推出时，相应的纵向运动被传递到该加强装置，从而导致外圈以及因此叶片的旋转运动。

在一个实施例中，增强板中的一个或每一个包括两个单孔（在设置一个增强板的情况下）或两对孔（在设置两个增强板的情况下），其布置成围绕共同的轴线均匀或不均匀地分布，以便容纳两个连接装置。在该实施例中，两个单独的驱动装置被布置在轮毂中，这两个单独的驱动装置通过单独的机械连接装置分别连接到例如共同的加强装置。为了该机械连接，在增强板中设置两对相应的轴向对应孔，所述机械连接装置穿过所述孔延伸。因此，实现了180°的布置结构。通常，两个驱动装置被同步地激活，使得旋转力以对称的方式传递到加强装置，并且因此传递到外圈。

在一个实施例中，每个单孔或者一对或两对中的每个孔为肾形，并且应当尽可能小，这是因为其仅用作用于容纳所述机械连接装置的通孔。由于肾形形式，它跟随因加强构件的旋转引起的机械连接装置所进行的旋转运动。然而，只要连接构件可自由移动，该孔就也可类似于其他形状，例如圆形、椭圆形、三角形、矩形或任何其他多边形状。

在包括两个增强板的替代实施例中，两个增强板都是环形的，并且包括轴向对应的中心孔，以便容纳连接装置。在该实施例中，对应的孔不是偏心的，而是处于相应板的正中的中心孔。然而，在该实施例中，连接装置也相对共同的轴线偏心地布置，这是因为驱动装置、即变桨缸的纵向运动需要被转换成旋转运动。

优选地，在该实施例中，两个单独的连接装置也偏心地布置并且围绕共同的轴线均匀或不均匀地分布，其中，每个连接装置被连接到单独的驱动装置，以便在该实施例中也允许对称地驱动外圈或相应地驱动轮毂。在偏心布置结构的一种替代方案中，可设置中心载体（centric carrier），如管或杆或块等，该中心载体具有连接到或可连接到定位装置的齿圈。

如已经解释的，在上面提到的实施例中，增强板优选地彼此平行，其中，加强装置优选地平行于相邻的增强板。在一种替代方案中，增强板也可彼此成角度。

先前公开的实施例包括单独的机械连接装置，其延伸穿过设置在增强板中的一个或多个孔。在本发明的包括两个或更多个增强板的另一个实施例中，所述增强板是环形的，并且包括轴向对应的中心孔，以便容纳加强装置的延伸到所述孔中或穿过所述孔的部段。在该实施例中，加强装置不是平的，而是具有特定的几何形状，该特定的几何形状提供延伸到增强板的相应孔中或穿过增强板的相应孔的部段。因此，用于附接用于连接加强装置的连接装置的附接平面移至轮毂的布置有驱动部件的一侧，该连接装置被附接到布置在所述孔中或所述孔下方的部段底部。因此，不需要细长的连接装置，而是仅需小的短连接装置，该小的短连接装置允许将例如变桨缸的驱动装置机械地连接到加强装置部段。

该部段自身至少部分地设有单壁结构，可替代地也可设置双壁结构。

在该实施例中，与加强装置相邻的增强板可具有锥形形式，而加强装置也具有相对应的锥形形式。因此，两个增强板不彼此平行。靠近轮毂的一个增强板是平的，而靠近叶片的第二增强板具有锥形形式。呈锥板或相应弯曲的梁等形式的加强装置具有相对应的形式，使得它几乎平行于锥形增强板，使得相应的部段延伸到增强板的中心孔中或穿过增强板的中心孔。

在一个替代实施例中，与加强装置相邻的增强板具有平坦的形式，并且加强装置具有槽状的形式。在该实施例中，两个增强板是平行的，例如实现为槽状或盆状板的加强装置具有环形的外部轮廓，该环形的外部轮廓平行于相邻的增强板，而槽状或盆状的中心部延伸到两个增强板孔中或优选地略微穿过两个增强板孔。

所述部段的相应附接平面以任何方式布置在增强板的孔布置结构中或者延伸穿过所述孔，并且因此，完全位于轮毂部段中的下增强板下方。

在任何情况下，增强板和加强装置的相应形式不限于各实施例的上面提到的几何形式。此外，所述板以及一个或多个加强装置的其他形式或布置结构也是可能的，只要它们满足相应的目的。

除所述变桨轴承装置之外，本发明还涉及一种风力涡轮机，其包括轮毂、至少一个转子叶片以及至少一个如上面所公开的变桨轴承装置，其中，该变桨轴承装置将转子叶片可枢转地连接到轮毂。

在另一实施例中，本发明的风力涡轮机的特征在于，所述转子叶片附接到外圈，并且所述轮毂附接到内圈，而所述定位装置处于或被布置在轮毂内。

例如，为了易于铸造和运输，如本文所提及的轮毂可以是由两个或更多个分开的部分构成的分段式轮毂，这些分开的部分被组装以构成完整的轮毂。同样，如本文所提及的轮毂可包括在本领域中已知的所谓的轮毂扩展器（hub extender），其是从轮毂延伸并附接到轮毂的基本上圆柱形的中空体，并且继而如同常规轮毂一样，转子叶片根部附接到该扩展器。该扩展器也可被称为根部扩展器。转子叶片轴承可被附接在轮毂和扩展器之间，但是优选地放置在扩展器和转子叶片之间。在任何情况下，如本文所述的变桨系统均适用于任何给定的轮毂构造，即标准轮毂或者分段和/或包括扩展器的轮毂。

附图说明

现在参照附图，仅借助于示例来描述本发明的实施例，附图中：

图1示出了具有桨距调节的风力涡轮机转子叶片的风力涡轮机，

图2示出了根据第一实施例的变桨轴承装置的透视图，

图3示出了图2的装置的透视剖视图，

图4示出了第二实施例的变桨轴承装置的剖视图，

图5示出了第二实施例的透视剖视图，以及

图6示出了本发明的变桨轴承装置的第三实施例的剖视图。

具体实施方式

在图1中示出了风力涡轮机1。风力涡轮机1包括机舱2和塔架3。机舱2被安装在塔架3的顶部处。机舱2被安装成可借助于偏航轴承（jaw bearing）相对于塔架3旋转。机舱2相对于塔架3的旋转轴线被称为偏航轴线（jaw axis）。

此外，风力涡轮机1还包括轮毂4，其具有一个或多个转子叶片5，优选为三个转子叶片5。轮毂4被安装成可借助于主轴承相对于机舱2旋转。轮毂4被安装成可绕转子旋转轴线6旋转。

此外，风力涡轮机1还包括主轴，其将轮毂4与发电机7的转子连接。如果轮毂4直接连接到转子，则风力涡轮机被称为无齿轮直接驱动风力涡轮机。可替代地，轮毂4也可经由齿轮箱来连接到转子。这种类型的风力涡轮机通常被称为齿轮传动式风力涡轮机。

发电机7被容纳在机舱2内。它包括转子和定子，并且如已知的，将来自转子的旋转能转换成电能。

在图1中所示的示例中，风力涡轮机1如所述包括三个转子叶片5，其中两个在图1中示出。转子叶片5被安装成可借助于相应的变桨轴承装置8相对于轮毂4旋转。因此，可使转子叶片5变桨距，以便优化其相对于撞击在风力涡轮机1上的风流的定向。

每个转子叶片5包括根部部段9和末端部段10。所述根部部段是指转子叶片5的最靠近轮毂4和变桨轴承装置8的部分。具有可变桨叶片的这种风力涡轮机的常见设置是已知的。

图2示出了本发明的变桨轴承装置8的第一实施例。也参见图3，它包括轴承外圈11和轴承内圈12，其中轴承元件，例如锥形滚子或滚珠，被布置在圈11、12之间。内圈12被连接到轮毂4，而外圈11被连接到作为叶片5的一部分的根部元件13。

变桨轴承装置8还包括两个增强板14、15，这两个增强板14、15被附接到内圈11的上端和下端。增强板14、15是封闭轴承内圈12的内部的平板，参见图2。每个增强板14、15包括两个偏心布置的肾形孔17、18，所述孔17、18彼此轴向对准，从而形成两个轴向对应的孔对，如图2、图3中清楚地示出的。如图中所示，增强板14、15可由两个半板（plate half）实现，这两个半板在中间连接到彼此，参见相应的接缝19、20。每个半板包括相应的孔17、18。

本发明的变桨轴承装置8还包括在此呈扁平梁形式的加强元件21，该加强元件21与外增强板14相邻且平行，并且与板14呈相对近的距离。该加强装置21被附接到外圈11。

如图3所示，这里包括变桨缸23的定位装置22被布置在轮毂4内。借助于固定元件24，它靠近下增强板15附接到轮毂4的内周界。可从变桨缸23中推出的活塞25经由枢转连接件27连接到机械连接装置26。该机械连接装置26的另一端被牢固地附接到加强装置21、即扁平细长梁的底侧，并且延伸穿过相应的孔17、18。在图3中，仅示出了一个定位装置22和一个机械连接装置26。要注意的是，当然存在相应地布置在轮毂的相对侧处的另一对偏心孔17、18中的第二定位装置22和第二机械连接装置26。图2中示出了两个机械连接装置26。

定位装置22适于使外圈11相对于内圈12枢转，并且因此，使叶片5相对于轮毂变桨距。当两个定位装置22的活塞25从缸壳中被推出时，此线性运动被传递给连接装置26。由于枢转连接件27，连接装置26相对于该定位装置旋转并且在孔17、18中移动，从而允许外圈11旋转。因此，仅通过将活塞25推出或将它们缩回缸壳中，外圈11并且因此叶片5可相对于轮毂4变桨距。

如从图3中显而易见的，所述定位装置和连接装置26被布置在轮毂中，并且因此，可通过轮毂接近以用于维护的目的。原则上不需要维护人员进入叶片，这是因为没有相关的机械部件布置在叶片中，而是仅布置在轮毂中。

图4和图5示出了本发明的变桨轴承装置8的第二实施例。再次示出了轮毂4和根部元件13，它们经由变桨轴承装置8连接到彼此，该变桨轴承装置8包括附接到根部元件13的外圈11和附接到轮毂4的内圈12。内圈12同样通过两个增强板14、15来增强。两个增强板14、15均被设计为包括两个中心孔17、18的环板。在下增强板15是平环板的同时，上增强板14是锥形的环板，该锥形的环板以其内周界连接到下增强板15的内周界，如图4和图5中所示。

此外，在该实施例中，加强装置21也被耦接到外圈11。该加强装置21具有对应于锥形的上增强板14的形式的弯曲形式，特别是参见图5。在该实施例中，其中心部段28是双层的并且延伸到两个板孔17、18中，使得该中心部段28的底部29对应于下部孔18所在的平面或者甚至在该平面下方延伸。

机械连接装置26被偏心地附接到中心部段28的底侧29，定位装置22或相应的变桨缸23以其活塞25附接到该连接装置26，而缸壳借助于固定元件24来附接到轮毂4。如图5的剖视图所示，在该实施例中，也设置了两个定位装置22和两个相应的偏心连接装置26，使得在该实施例中，外圈11相对于非旋转内圈12的旋转，并且因此，叶片5相对于轮毂4的变桨距，也可通过对称的旋转力来实现。

最后，图6示出了本发明的变桨轴承装置8的第三实施例，其包括附接到叶片布设元件13或相应的轮毂4的外圈11、内圈12。内圈11借助于增强板14、15来增强，该增强板14、15彼此平行，并且包括轴向对准的两个相应的中心孔17、18。

变桨轴承装置8还包括在此呈槽状或盆状形状的板的形式的加强装置21，该加强装置21附接到或耦接到外圈11。加强装置21包括延伸穿过两个孔17、18的槽状或盆状的中心部段28。机械连接装置26附接到该槽状或盆状的中心部段28的底侧29，这里也呈变桨缸23的形式的定位装置22的活塞经由枢转连接件27来附接到该机械连接装置26。定位装置22的另一端又经由未示出的固定元件24来附接到轮毂4。

机械连接装置26所附接到的在底侧29处的位置相对中心轴线偏心，以确保活塞的纵向运动被传递给加强装置21、并且因此外圈11的旋转运动。

要注意的是，在该实施例中，还设置了第二定位装置22和第二机械连接装置26，它们布置在180°位置处，因而也偏心地附接到底侧29，以便在加强装置21上具有对称的力传递。

虽然实施例示出了两个增强板，但是也可仅设置一个增强板，并且通过该一个板经由孔将加强装置连接到在另一板侧处设置的定位装置，其中可使用任何连接，如图中所示。

尽管参考优选实施例详细地描述了本发明，但本发明并不受所公开的示例限制，在不脱离本发明的范围的情况下，本领域技术人员能够从所公开的示例得到其他变型。

Claims (9)

1.一种风力涡轮机(1)的变桨轴承装置，包括：

轴承外圈(11)和轴承内圈(12)，所述轴承外圈(11)和所述轴承内圈(12)彼此同轴布置，并且包括共同的对称轴线；

布置在所述内圈(12)处的至少一个增强板(14、15)；

耦接到所述外圈(11)的至少一个板状或梁状的加强装置(21)，所述加强装置(21)与所述至少一个增强板(14)轴向相邻，并且适于耦接到待布置在所述至少一个增强板(15)的另一侧处的定位装置(22)；以及

所述定位装置(22)，其布置在所述风力涡轮机的轮毂内，所述定位装置(22)用于使所述外圈(11)相对于所述内圈(12)枢转，其中，所述至少一个增强板(14、15)包括至少一个孔(17、18)，通过所述至少一个孔(17、18)，所述加强装置(21)能够机械地连接到所述定位装置(22)，

所述增强板(14、15)是环形的，并且所述至少一个孔(17、18)为所述增强板的中心孔(17、18)，以用于容纳所述加强装置(21)的延伸到一个或多个所述中心孔(17、18)中或者穿过一个或多个所述中心孔(17、18)的部段(28)。

2.根据权利要求1所述的变桨轴承装置，其特征在于，设置两个或更多个增强板(14、15)，其中，所述加强装置与所述增强板中的一个增强板(14)相邻设置，并且所述定位装置与所述增强板中的另一个相邻设置，其中，所述增强板(14、15)包括轴向对应的孔(17、18)，通过所述孔(17、18)，所述加强装置(21)能够机械地连接到所述定位装置(22)。

3.根据权利要求1或2所述的变桨轴承装置，其特征在于，设置用于将所述加强装置(21)连接到所述定位装置(22)的机械连接装置(26)。

4.根据权利要求3所述的变桨轴承装置，其特征在于，所述机械连接装置(26)相对所述共同的对称轴线偏心地布置。

5.根据权利要求2所述的变桨轴承装置，其特征在于，所述增强板(14、15)彼此平行或成角度。

6.根据权利要求1所述的变桨轴承装置，其特征在于，所述部段(28)至少部分地具有单壁结构或双壁结构。

7.根据权利要求1所述的变桨轴承装置，其特征在于，与所述加强装置(21)相邻的所述增强板(14)具有锥形形式，并且所述加强装置(21)具有相对应的形式，或者与所述加强装置(21)相邻的所述增强板(14)具有平坦的形式，并且所述加强装置(21)具有槽状的形式。

8.一种风力涡轮机，包括轮毂(4)、至少一个转子叶片(5)以及至少一个根据权利要求1-7中任一项所述的变桨轴承装置(8)，其中，所述变桨轴承装置(8)将所述转子叶片(5)可枢转地连接到所述轮毂(4)。

9.根据权利要求8所述的风力涡轮机，其特征在于，所述转子叶片(5)附接到外圈(11)，且所述轮毂(4)附接到内圈(12)，并且定位装置(22)被布置在所述轮毂(4)内。