CN111946561B - 用于风力涡轮机的轴承装置和风力涡轮机 - Google Patents

用于风力涡轮机的轴承装置和风力涡轮机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于风力涡轮机（10）的轴承装置（70），该轴承装置包括轴承壳体（80）和驱动轴（90），其中，驱动轴（90）在沿轴承壳体（80）的纵向轴线（A）的轴向方向上布置在轴承壳体（80）内，该轴承装置（70）还包括下风轴承（100）和上风轴承（200）作为径向流体轴承，其中下风轴承（100）和上风轴承（200）布置在轴承壳体（80）和驱动轴（90）之间，轴承装置（70）还包括轴向轴承（300）。轴向轴承（300）包括轴向轴承止动件（302），用于限制驱动轴（90）在沿纵向轴线（A）的轴向方向上的运动，其中轴向轴承止动件（302）与轴承壳体（80）一体地形成为在轴承壳体（80）的径向方向上从轴承壳体（80）延伸的突出部。

Description

用于风力涡轮机的轴承装置和风力涡轮机
技术领域
本发明涉及一种用于风力涡轮机的轴承装置和风力涡轮机。
背景技术
通常，风力涡轮机的轴承装置包括轴承壳体和驱动轴，其中，驱动轴在沿轴承壳体的纵向轴线的轴向方向上布置在轴承壳体内。轴承装置的轴承围绕驱动轴布置，使得驱动轴可以借助于风力涡轮机的转子在轴承壳体内旋转。例如，从EP 3 276 192 A1已知这样的轴承装置。
轴承装置必须被提供有轴向载荷承受能力，以便能够承受来自驱动轴的轴向力或推力的轴向载荷。这样的轴向载荷承受能力可由轴向轴承提供，该轴向轴承可在结构上与轴承装置集成在一起。然而，当前的解决方案(例如轴向轴承的轴向轴环和驱动轴之间的螺栓连接)具有泄漏的可能性，其制造麻烦且难以维护。
发明内容
本发明的目的是消除或至少减少现有技术中与轴承装置中的轴向轴承的结构集成相关的缺点，特别是提供一种用于风力涡轮机的轴承装置，该轴承装置带有没有或很小的泄漏可能性的轴向轴承，该轴承装置制造简单并且不需要或几乎不需要维护。
特别地，该目的通过风力涡轮机的轴承装置和风力涡轮机来解决。本发明的另外的细节从说明书和附图中展开。因此，结合本发明的轴承装置描述的特征和细节与本发明的风力涡轮机结合应用，使得关于本发明的各个方面的公开内容，其是或可以彼此参考。
根据本发明的第一方面，本发明涉及一种用于风力涡轮机的轴承装置，该轴承装置包括轴承壳体和驱动轴，其中，驱动轴在沿轴承壳体的纵向轴线的轴向方向上布置在轴承壳体内，该轴承装置还包括下风轴承和上风轴承作为径向流体轴承，其中，下风轴承和上风轴承布置在轴承壳体和驱动轴之间，该轴承装置还包括轴向轴承，其中，轴向轴承包括轴向轴承止动件，用于限制驱动轴在沿纵向轴线的轴向方向上的运动，其中轴向轴承止动件与轴承壳体一体地形成为在轴承壳体的径向方向上从轴承壳体延伸的突出部。
借助于本发明，在轴向轴环和轴承壳体之间没有薄弱点(诸如螺栓连接)，这些薄弱点将具有从轴向轴承泄漏润滑剂的可能性或者将需要维护。此外，本发明的轴承装置制造简单，因为它需要很少的制造步骤。
优选地，轴向轴承止动件与驱动轴整体地设计。因此，提供了一种轴向轴承止动件的特别简单的制造方法，并且轴向轴承止动件和轴承壳体的结构整体性得到进一步改善。
优选地，多个轴向轴承垫特别是可逆地附接到轴向轴承止动件。因此，轴向轴承的有效路径可以形成在所述多个轴向轴承垫和所述多个轴向轴承垫的配对部件之间。例如，轴向轴承垫可包括用于接触轴向轴承的轴向轴承垫的配对部件的弹性体。当轴向轴承垫由于在轴向加载期间施加到其上的载荷而被磨损或失效时，可对其进行维修或更换。
更优选地，所述多个轴向轴承垫借助于布置在轴向轴承止动件中的多个附接开口被附接到轴向轴承止动件。轴向轴承垫所附接的轴向轴承体和/或轴向可倾斜支撑结构可插入到所述多个附接开口中。例如，轴向轴承体、轴向可倾斜支撑结构或轴向轴承垫可借助于连接装置(诸如螺栓)固定到轴向轴承止动件。经由轴向可倾斜支撑结构附接到轴向轴承止动件的轴向轴承垫允许轴向轴承垫可相对于轴向轴承垫的配对部件(诸如，轴向轴环)倾斜。因此，配对部件和轴向轴承垫之间的公差可以得到补偿。
此外，优选地，轴向轴承止动件围绕轴承壳体的整个周向部分布置。因此，在轴向轴承止动件上提供了用于承受轴向载荷的大质量，并且轴向轴承止动件上的总体载荷分布得到改善。
进一步优选的是，轴向轴承止动件布置在轴承壳体的内部。特别地，轴向轴承止动件朝向驱动轴径向向内延伸。换言之，轴向轴承止动件相对于轴承壳体的柱形表面径向向内延伸。因此，轴向轴承止动件有利地定位在轴承壳体的内侧上，这允许轴向轴承的简单设计。
优选地，轴向轴承布置在驱动轴的下风部分或上风部分处。下风部分可以是在沿纵向轴线的轴向方向上从驱动轴的下风端向驱动轴的上风端延伸并且具有驱动轴整个长度的10％的长度的部分。上风部分可以是在沿纵向轴线的轴向方向上从驱动轴的上风端向驱动轴的下风端延伸并且具有驱动轴整个长度的10％的长度的部分。特别地，轴向轴承可布置在驱动轴的下风端或上风端处。
优选地，轴向轴承止动件布置在轴承壳体的下风端处。因此，轴向轴承止动件可承受沿着整个轴承壳体的轴向载荷。
优选地，轴承装置的下风轴承或上风轴承邻近于轴向轴承定位。因此，可以进一步便于制造轴承。
优选地，下风轴承或上风轴承流体连接到轴向轴承。换言之，在下风轴承或上风轴承中提供的润滑剂(例如，油)可以流到轴向轴承。因此，可以组合径向轴承和轴向轴承，以便减少关于在轴承中提供润滑剂的维护要求。
优选地，轴向轴承包括与轴向轴承止动件相对布置的轴向轴环。当驱动轴在沿纵向轴线的轴向方向上轴向移动时，轴向轴环是用于轴向轴承中的轴向轴承止动件的可靠配对部件。
进一步优选地，轴向轴环布置在驱动轴处。因此，轴向轴承的设计可以保持紧凑并且没有任何附加部件。
此外，优选地，轴向轴环围绕驱动轴的整个周向部分布置，和/或轴向轴环在驱动轴的外部延伸。因此，在轴向轴环上提供了用于承受轴向载荷的大表面，并且轴向轴环上的总体载荷分布得到改善。换言之，轴向轴环向在驱动轴外部延伸意味着轴向轴环相对于驱动轴的柱形表面径向向外延伸。因此，轴向轴环有利地定位在驱动轴的外侧上，这允许轴向轴承的简单设计。
此外，优选地，轴向轴环与驱动轴一体地形成。因此，在轴向轴环和驱动轴之间没有薄弱点(诸如螺栓连接)，薄弱点将具有从轴向轴承泄漏润滑剂的可能性或将需要维护。此外，制造这样的一体式设计需要很少的制造步骤。
特别地，轴向轴环可与驱动轴整体地设计。因此，提供了一种制造轴向轴环的特别简单的方法，并且进一步改善了结构完整性。
根据本发明的第二方面，本发明涉及一种包括根据本发明的轴承装置的风力涡轮机，其中，该风力涡轮机还包括被连接以驱动驱动轴的转子和被连接以由驱动轴驱动的发电机。
发电机可以例如是直驱式发电机或具有齿轮箱的齿轮传动的发电机。转子常见地也被称为风力涡轮机的毂。两个、三个或更多个风力涡轮机叶片可以附接到转子或毂。风力涡轮机可还包括机舱，机舱可支撑在风力涡轮机的塔架上。机舱可包括轴承装置。轴承装置(特别是轴承壳体)和发电机可附接到机舱和/或塔架。
附图说明
本发明的另外的优点、特征和细节从下面的描述中展开，其中，通过参考附图图1至7，详细描述了本发明的实施例和/或特征。因此，说明书中提到的特征对于本发明来说可以是必不可少的，如单独地采用或以任意组合采用。在附图中，示意性地示出了：
图1是风力涡轮机的侧视图，
图2是沿图1的风力涡轮机的轴承装置的纵向轴线的截面的侧透视图；
图3是沿图1的风力涡轮机的轴承装置的截面的侧视图；
图4示出了图3的轴承装置的细节的视图，
图5示出了图3的轴承装置的进一步细节的视图，
图6示出了图1的风力涡轮机的另一轴承装置的侧透视图，以及
图7示出了图6的轴承装置的细节的视图。
图1至图7中的相同对象用相同的附图标记命名。如果一幅图中有多于一个的相同种类的对象，则这些对象按升序编号，其中对象的升序编号与其附图标记通过点隔开。附图中特征和部件的具体尺寸是示例性的，并仅为了便于参考的目的而被放大。
具体实施方式
图1示出了风力涡轮机10的侧视图。风力涡轮机10包括支撑塔架20和机舱30，其中，机舱30附接到支撑塔架20。机舱30包括轴承装置70，其在图1中未示出，但在图2中可以看到。风力涡轮机10还包括附接到风力涡轮机10的转子50的发电机40。两个风力涡轮机叶片60.1、60.2附接到转子50。
图2示出了沿图1的风力涡轮机10的轴承装置70的纵向轴线A的截面的侧透视图。轴承装置70包括轴承壳体80和驱动轴90，其中，驱动轴90在沿轴承壳体80的纵向轴线A的轴向方向上布置在轴承壳体80内，如图2所示。轴承壳体80的纵向轴线A对应于驱动轴90的纵向轴线A，并且因此是轴承装置70的纵向轴线A。轴承装置70还包括下风轴承100和上风轴承200作为径向流体轴承，其中，下风轴承100和上风轴承200被布置在轴承壳体80和驱动轴90之间。特别地，下风轴承100围绕驱动轴90的下风部分布置，并且上风轴承200围绕驱动轴90的上风部分布置。驱动轴90可操作地连接到发电机40。发电机40被示为直驱式发电机。然而，也可以将发电机40设置为例如齿轮传动的发电机。
图3示出了沿图2的轴承装置70的纵向轴线A的截面的侧视图。轴承壳体80的内部空间82形成在轴承壳体80和驱动轴90之间。润滑剂可从下风轴承100和上风轴承200泄漏到内部空间82中，并且从而被收集在轴承壳体80中，其在轴承壳体80的底部部分中形成为漏斗状物85。润滑剂泵88流体地连接到轴承壳体80的排放出口(未示出)。此外，示出了包括润滑剂溢流室101的下风轴承100和包括润滑剂溢流室201的上风轴承200，其原理和特征将参考图4和图5进一步解释。
图4示出了根据图3的细节IV的穿过上风轴承200及其润滑剂溢流室201的截面的放大图。径向轴承体203附接到轴承壳体80。具体地，径向轴承体203附接到形成在轴承壳体80中的柱形座202。径向可倾斜支撑结构204固定到径向轴承体203。径向轴承垫205附接到径向可倾斜支撑结构204。径向轴承垫205布置成与驱动轴90滑动接触。径向可倾斜支撑结构204允许径向轴承垫205的倾斜运动。包括径向轴承体203、径向可倾斜支撑结构204和径向轴承垫205的多个这样的径向轴承单元在润滑剂溢流室201中沿着柱形座202、特别是沿着上风轴承200的柱形座202的周向部分一连串地布置。
上风轴承200的润滑剂溢流室201借助于内部密封件206抵靠轴承壳体80的内部空间82被密封。上风轴承200的润滑剂溢流室201的内部密封件206包括多个内部密封板207。两个唇形密封件212.1、212.2一连串地布置在内部密封件206和驱动轴90之间，以便抵靠驱动轴90密封密封件206。
上风轴承200的润滑剂溢流室201借助于外部密封件208和防尘密封件210抵靠轴承壳体80的外侧被密封。外部密封件208包括外部密封板209和一连串地布置在外部密封板209和驱动轴90之间的两个唇形密封件212.3、212.4。防尘密封件210由防尘密封板211和布置在防尘密封板和驱动轴90之间的另一唇形密封件212.5形成。防尘密封件210朝向轴承壳体80的外侧定位。防尘密封件210将外部密封件208夹在防尘密封件210和外部密封件206之间。
图5示出了根据图3的细节V的穿过下风轴承100及其润滑剂溢流室101的截面的放大图。径向轴承体103附接到轴承壳体80。具体地，径向轴承体103附接到形成在轴承壳体80中的柱形座102。径向可倾斜支撑结构104固定到径向轴承体103。径向轴承垫105附接到径向可倾斜支撑结构104。径向轴承垫105布置成与驱动轴90滑动接触。径向可倾斜支撑结构104允许径向轴承垫105的倾斜运动。包括径向轴承体103、径向可倾斜支撑结构104和径向轴承垫105的多个这样的径向轴承单元在润滑剂溢流室101中沿着柱形座102、特别是沿着下风轴承100的柱形座102的周向部分一连串地布置。
下风轴承100的润滑剂溢流室101借助于内部密封件106抵靠轴承壳体80的内部空间82被密封。下风轴承100的润滑剂溢流室101的内部密封件106包括多个内部密封板107。两个唇形密封件112.1、112.2一连串地布置在内部密封件106和驱动轴90之间，以便抵靠驱动轴90密封密封件106。
润滑剂溢流室101流体地连接到由轴承装置70的轴向轴承300的润滑剂流动通道303提供的有效路径。轴向轴承300包括轴向轴环301和附接到轴向轴承止动件302的多个轴向轴承垫(这里未示出，因为仅示出穿过轴向轴承止动件302的截面)。轴向轴环301从驱动轴90向外延伸。轴向轴环301沿着驱动轴90的整个周向部分延伸。轴向轴承300的润滑剂流动通道303形成在轴向轴环301和轴向轴承止动件302的多个轴向轴承垫之间。轴向轴承300的溢流通道304布置成与润滑剂溢流室101流体接触。借助于溢流通道304，过量的润滑剂可从润滑剂溢流室101释放出来。溢流通道304可连接到内部空间82，以用于将润滑剂释放到轴承壳体80中。下风轴承100具有轴向轴承300，作为油溢流室101的抵靠轴承壳体80的外侧的密封件。
图6示出了图1的风力涡轮机10的另一轴承装置70的侧透视图，其中下风轴承100和上风轴承200仅出于展示目的而被省略。驱动轴90具有柱形形状。此外，轴承壳体80具有柱形形状。
图7示出了图6的轴承装置70的细节VII的视图。如可以看到的，轴向轴承的轴向轴环301与驱动轴90一体地形成。轴向轴环301从驱动轴90径向向外延伸，并且沿着驱动轴90的整个周向部分延伸，其中由于该截面，这只能够被部分地看到。
轴向轴承止动件302与轴承壳体80一体地形成。轴向轴承止动件302作为轴承壳体80的突出部向内朝向驱动轴90延伸。轴向轴承止动件302与轴承壳体80成直角或近似直角。轴向轴承止动件302包括沿着其周向部分的多个轴向轴承附接开口305.1、305.2，用于将轴向轴承垫附接到其上。特别地，所述多个轴向轴承附接开口305.1、305.2可被设计成以便具有轴向轴承体和/或轴向可倾斜支撑结构，轴向轴承垫附接到所述轴向轴承体和/或轴向可倾斜支撑结构，并插入其中。在该特定实施例中，轴向轴承附接开口305.1、305.2具有矩形形状。轴向轴承体和/或轴向可倾斜支撑结构可以借助于压配合到轴向轴承附接开口305.1、305.2中和/或借助于轴向轴承连接装置306而被固定到轴向轴承止动件302。轴向轴承连接装置306可以是轴向轴承止动件302的螺纹孔，如图7所示。多个轴向轴承连接装置306可围绕轴向轴承附接开口305.1、305.2布置，如图7中以矩形形状的方式所示。螺栓可插入轴向轴承连接装置306和轴向轴承体和/或轴向可倾斜支撑结构中，以将轴向轴承垫固定到其上。

Claims (14)

1.一种用于风力涡轮机(10)的轴承装置(70)，包括轴承壳体(80)和驱动轴(90)，其中，所述驱动轴(90)在沿所述轴承壳体(80)的纵向轴线(A)的轴向方向上布置在所述轴承壳体(80)内，所述轴承装置(70)还包括下风轴承(100)和上风轴承(200)作为径向流体轴承，其中，所述下风轴承(100)和所述上风轴承(200)布置在所述轴承壳体(80)和所述驱动轴(90)之间，所述轴承装置(70)还包括轴向轴承(300)，
其特征在于，
所述轴向轴承(300)包括轴向轴承止动件(302)，用于限制所述驱动轴(90)在沿所述纵向轴线(A)的轴向方向上的运动，其中，所述轴向轴承止动件(302)与所述轴承壳体(80)一体地形成为在所述轴承壳体(80)的径向方向上从所述轴承壳体(80)延伸的突出部，
所述轴向轴承(300)包括与所述轴向轴承止动件(302)相对布置的轴向轴环(301)，并且所述轴向轴环(301)在所述驱动轴(90)的外部延伸。
2.根据权利要求1所述的轴承装置(70)，
其特征在于，
所述轴向轴承止动件(302)与所述驱动轴(90)整体地设计。
3.根据权利要求1或2所述的轴承装置(70)，
其特征在于，
多个轴向轴承垫可逆地附接到所述轴向轴承止动件(302)。
4.根据权利要求3所述的轴承装置(70)，
其特征在于，
所述多个轴向轴承垫借助于布置在所述轴向轴承止动件(302)中的多个附接开口(305)附接到所述轴向轴承止动件(302)。
5.根据权利要求1或2所述的轴承装置(70)，
其特征在于，
所述轴向轴承止动件(302)围绕所述轴承壳体(80)的整个周向部分布置。
6.根据权利要求1或2所述的轴承装置(70)，
其特征在于，
所述轴向轴承止动件(302)布置在所述轴承壳体(80)的内部。
7.根据权利要求1或2所述的轴承装置(70)，
其特征在于，
所述轴向轴承(300)布置在所述驱动轴(90)的下风部分或上风部分处。
8.根据权利要求1或2所述的轴承装置(70)，
其特征在于，
所述轴向轴承止动件(302)布置在所述轴承壳体(80)的下风端处。
9.根据权利要求1或2所述的轴承装置(70)，
其特征在于，
所述轴承装置(70)的所述下风轴承(100)或所述上风轴承(200)邻近于所述轴向轴承(300)定位。
10.根据权利要求9所述的轴承装置(70)，
其特征在于，
所述下风轴承(100)或所述上风轴承(200)和所述轴向轴承(300)彼此流体连接。
11.根据权利要求1所述的轴承装置(70)，
其特征在于，
所述轴向轴环(301)布置在所述驱动轴(90)处。
12.根据权利要求1或11所述的轴承装置(70)，
其特征在于，
所述轴向轴环(301)围绕所述驱动轴(90)的整个周向部分布置。
13.根据权利要求10至11中任一项所述的轴承装置(70)，
其特征在于，
所述轴向轴环(301)与所述驱动轴(90)一体地形成。
14.一种风力涡轮机(10)，包括根据前述权利要求中任一项所述的轴承装置(70)，其中，所述风力涡轮机(10)还包括可操作地连接以驱动所述驱动轴(90)的转子(50)以及可操作地连接以由所述驱动轴(90)驱动的发电机(40)。
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