CN111946732A

CN111946732A - 用于风力涡轮机的轴承装置以及风力涡轮机

Info

Publication number: CN111946732A
Application number: CN202010413703.2A
Authority: CN
Inventors: F.巴克; E.德米西; T.坎斯特鲁普; C.米夏尔森; M.瑟伦森
Original assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Priority date: 2019-05-16
Filing date: 2020-05-15
Publication date: 2020-11-17
Also published as: US20200362832A1; EP3739207A1

Abstract

本发明涉及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），其中驱动轴（90）沿着轴承壳体（80）的纵向轴线（A）在轴向方向上设置在轴承壳体（80）内，轴承装置（70）还包括作为径向流体轴承的下风轴承（100）和上风轴承（200），其中下风轴承（100）和上风轴承（200）设置在轴承壳体（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）包括轴向轴环（301），其中轴向轴环（301）与驱动轴（90）一体地形成。

Description

用于风力涡轮机的轴承装置以及风力涡轮机

技术领域

本发明涉及一种用于风力涡轮机的轴承装置以及一种风力涡轮机。

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，其中驱动轴沿着轴承壳体的纵向轴线在轴向方向上设置在轴承壳体内。轴承装置的轴承围绕驱动轴设置，使得驱动轴能够借助于风力涡轮机的转子在轴承壳体内旋转。例如，从EP 3276192 A1中已知这样的轴承装置。

轴承装置必须设置有轴向载荷承受能力，以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以由轴向轴承提供，该轴向轴承可以在结构上与轴承装置集成。然而，当前的解决方案（例如在轴向轴承的轴向轴环与驱动轴之间的螺栓连接）具有泄漏的可能性，在它们的制造中是麻烦的并且难以维护。

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轴向轴承的结构集成相关的缺点、特别地提供一种用于风力涡轮机的轴承装置，其具有没有或几乎没有泄漏可能性的轴向轴承，所述轴承装置制造简单并且不需要或几乎不需要维护。

该目的通过权利要求的主题来实现。特别地，该目的通过根据权利要求1的风力涡轮机的轴承装置和根据权利要求15的风力涡轮机来实现，本发明的进一步细节从其它权利要求以及说明书和附图展开。因此，结合本发明的轴承装置描述的特征和细节适用于本发明的风力涡轮机，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，其包括轴承壳体和驱动轴，其中驱动轴沿着轴承壳体的纵向轴线在轴向方向上设置在轴承壳体内，轴承装置还包括作为径向流体轴承的下风轴承（downwind bearing）和上风轴承（upwindbearing），其中下风轴承和上风轴承设置在轴承壳体和驱动轴之间，轴承装置还包括轴向轴承，其中轴向轴承包括轴向轴环，其中轴向轴环与驱动轴一体地形成。

借助于本发明，在轴向轴环和驱动轴之间没有弱点（诸如螺栓连接），这些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，轴向轴环与驱动轴整体地设计。由此，提供了轴向轴环的特别简单的制造方法，并且进一步改善了轴向轴环和驱动轴的结构完整性。

进一步优选地，轴向轴环围绕驱动轴的整个周向部分设置。由此，在轴向轴环上提供了用于承受轴向载荷的大表面，并且改善了轴向轴环上的总体载荷分布。

此外优选地，轴向轴环向驱动轴外延伸。换句话说，轴向轴环相对于驱动轴的柱形表面径向向外延伸。因此，轴向轴环有利地位于驱动轴的外侧上，这允许轴向轴承的简单设计。

优选地，轴向轴承设置在驱动轴的下风部分或上风部分处。下风部分可以是从驱动轴的下风端沿着纵向轴线在轴向方向上延伸到驱动轴的上风端并且具有驱动轴的整个长度的10%的长度的部分。所述上风部分可以是从所述驱动轴的上风端沿着所述纵向轴线在轴向方向上延伸到所述驱动轴的下风端并且具有所述驱动轴的整个长度的10%的长度的部分。特别地，轴向轴承可以设置在驱动轴的下风端或上风端处。

优选地，轴承装置的下风轴承或上风轴承定位成与轴向轴承相邻。因此，可以进一步便于轴承的制造。

优选地，下风轴承或上风轴承流体地连接到轴向轴承。换句话说，在下风轴承或上风轴承中所提供的润滑剂（例如油）可以流到轴向轴承。由此，径向轴承和轴向轴承可以组合，以便减少关于在轴承中提供润滑剂的维护要求。

特别地，轴向轴承包括与轴向轴环相对设置的轴向轴承止动件。当轴向轴环沿纵向轴线在轴向方向上轴向地移动时，轴向轴承止动件本身或附接到其的部件可以形成用于轴向轴环的接触止动件。

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，其中在轴向轴环和多个轴向轴承垫之间形成轴向轴承的有效路径。轴向轴承垫可以包括例如用于接触轴向轴环的弹性体。当轴向轴承垫由于借助于轴向轴环而施加在其上的载荷而磨损掉或失效时，可以维修或更换轴向轴承垫。

此外，轴向轴承垫可以经由轴向可倾斜支撑结构附接到轴向轴承止动件，以便可相对于轴向轴环倾斜。由此，能够补偿轴向轴环与轴向轴承垫之间的公差。

优选地，该轴向轴承止动件被设置在该轴承壳体处。由此，施加到轴向轴承止动件上的载荷方便地传递到轴承装置。

此外优选地，该轴向轴承止动件围绕该轴承壳体的整个周向部分设置。由此，在轴向轴承止动件上提供了用于承受轴向载荷的大质量块，并且改善了轴向轴承止动件上的总体载荷分布。

优选的是，该轴向轴承止动件向轴承壳体内部延伸。换句话说，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。由此，轴向轴承止动件有利地位于轴承壳体的内侧上，这允许轴向轴承的简单设计。

优选地，该轴向轴承止动件与该轴承壳体一体地形成为在该轴承壳体的径向方向上从该轴承壳体延伸的突出部。

优选地，该轴向轴承止动件被设置在该轴承壳体的下风端处。由此，轴向轴承止动件可以容易地附接到轴承壳体。

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，风力涡轮机还包括连接成驱动驱动轴的转子以及连接成由驱动轴驱动的发电机。

发电机可以是例如直驱式发电机或具有齿轮箱的齿轮传动式发电机。转子通常也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。风力涡轮机还可以包括机舱，机舱可以支撑在风力涡轮机的塔架上。机舱可以包括轴承装置。轴承装置（特别是轴承壳体）以及发电机可以附接到机舱和/或塔架。

附图说明

本发明的其它优点、特征和细节从以下描述中展开，在以下描述中，参考附图的图1至图7详细地描述了本发明的实施例。因此，权利要求的特征以及在说明书中提及的特征对于本发明来说可以是必不可少的，如单独地使用或以任意组合使用。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的轴承装置的细节图，

图5示出了图3的轴承装置的进一步细节图，

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的轴承装置的细节图。

图1至图7中的相同对象使用相同的附图标记来命名。如果在一张附图中存在一个以上的同类对象，则对象以升序编号，其中对象的升序编号与其附图标记通过点隔开。附图中的特征和部件的特定尺寸是示例性的并且可以仅为了便于参考而被放大。

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被附接到支撑塔架20。机舱30包括轴承装置70，其在图1中未示出但是可以在图2中看到。风力涡轮机10还包括被附接到风力涡轮机10的转子50的发电机40。两个风力涡轮机叶片60.1、60.2被附接到转子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沿着轴承壳体80的纵向轴线A在轴向方向上被设置在轴承壳体80内，如图2中所示。轴承壳体80的纵向轴线A对应于驱动轴90的纵向轴线A且从而是轴承装置70的纵向轴线A。轴承装置90还包括作为径向流体轴承的下风轴承100和上风轴承200，其中下风轴承100和上风轴承200被设置在轴承壳体80和驱动轴90之间。特别地，下风轴承100绕驱动轴90的下风部分设置，并且上风轴承200绕驱动轴90的上风部分设置。驱动轴90可操作地连接到发电机40。发电机40被示出为直驱式发电机。然而，例如，也可以将发电机40设置为齿轮传动式发电机。

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。在轴承壳体80和驱动轴90之间形成轴承壳体80的内部空间82。润滑剂可以从下风轴承100和上风轴承200泄漏到内部空间82中且从而被收集在轴承壳体80中，该轴承壳体80在轴承壳体80的底部部分中被形成为漏斗状物85。润滑剂泵88被流体连接到轴承壳体80的排出口（未示出）。此外，示出包括润滑剂填充腔室（lubricant flooded chamber）101的下风轴承100和包括润滑剂填充腔室201的上风轴承200，其原理和特征将参考图4和图5进一步进行解释。

图4示出根据图3的细节IV的贯穿上风轴承200及其润滑剂填充腔室201的截面的放大图。径向轴承主体203被附接到轴承壳体80。具体地，径向轴承主体203被附接到在轴承壳体80中形成的柱形座202。径向可倾斜支撑结构204被固定到径向轴承主体203。径向轴承垫205被附接到径向可倾斜支撑结构204。径向轴承垫205被设置成与驱动轴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。包括径向轴承主体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填充腔室201中沿着柱形座202、具体地沿着上风轴承200的柱形座202的周向部分被一连串地设置。

上风轴承200的润滑剂填充腔室201借助于内部密封件206相对于轴承壳体80的内部空间82被密封。上风轴承200的润滑剂填充腔室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被一连串地设置在内部密封件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的润滑剂填充腔室201借助于外部密封件208和防尘密封件210相对于轴承壳体80的外部被密封。外部密封件208包括外部密封板209以及被一连串地设置在外部密封板209和驱动轴90之间的两个唇形密封件212.3、212.4。通过防尘密封板211以及被设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。防尘密封件210定位成朝向轴承壳体80的外部。防尘密封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示出根据图3的细节V的贯穿下风轴承100及其润滑剂填充腔室101的截面的放大图。径向轴承主体103被附接到轴承壳体80。具体地，径向轴承主体103被附接到在轴承壳体80中形成的柱形座102。径向可倾斜支撑结构104被固定到径向轴承主体103。径向轴承垫105被附接到径向可倾斜支撑结构104。径向轴承垫105被设置成与驱动轴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。包括径向轴承主体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沿着润滑剂填充腔室101中的柱形座102、具体地沿着下风轴承100的柱形座102的周向部分被一连串地设置。

下风轴承100的润滑剂填充腔室101借助于内部密封件106相对于轴承壳体80的内部空间82被密封。下风轴承100的润滑剂填充腔室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被一连串地设置在内部密封件106和驱动轴90之间，以便抵靠驱动轴90密封密封件106。

润滑剂填充腔室101被流体连接到由轴承装置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以及被附接到轴向轴承止动件302的多个轴向轴承垫（这里未示出，因为截面仅仅穿过轴向轴承止动件302）。如图5中可以看到的，与本发明不同，轴向轴环301不是与驱动轴90一体地形成，而是作为单独的部件借助于螺栓附接到驱动轴90，其中一个螺栓被示出。然而，图3至图5的轴承装置70中所示的其他特征和部件也可以在本发明的轴承装置70中实现。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与轴向轴承止动件302的多个轴向轴承垫之间。轴向轴承300的溢流通道304被设置成与润滑剂填充腔室101流体接触。借助于溢流通道304，过量的润滑剂可以从润滑剂填充腔室101中释放出来。溢流通道304可以连接到内部空间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，作为润滑剂填充腔室101相对于轴承壳体80的外部的密封件。

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，其中仅出于展示目的而已省略了下风轴承100和上风轴承200。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，根据本发明，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，并沿着驱动轴90的整个周向部分延伸，其中由于所述截面，这仅能被部分地看到。

Claims

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）沿着所述轴承壳体（80）的纵向轴线（A）在轴向方向上被设置在所述轴承壳体（80）内，所述轴承装置（70）还包括作为径向流体轴承的下风轴承（100）和上风轴承（200），其中所述下风轴承（100）和所述上风轴承（200）被设置在所述轴承壳体（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）包括轴向轴环（301），其中所述轴向轴环（301）与所述驱动轴（90）一体地形成。

2.根据权利要求1所述的轴承装置（70），

其特征在于，

所述轴向轴环（301）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，

所述轴向轴环（301）围绕所述驱动轴（90）的整个周向部分设置。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承装置（70），

其特征在于，

所述轴向轴环（301）向所述驱动轴（90）外延伸。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承装置（70），

其特征在于，

所述轴向轴承（301）设置在所述驱动轴（90）的下风部分或上风部分处。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承装置（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）定位成与所述轴向轴承（300）相邻。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承装置（70），

其特征在于，

所述下风轴承（100）或所述上风轴承（200）流体连接到所述轴向轴承（300）。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承装置（70），

其特征在于，

所述轴向轴承（300）包括与所述轴向轴环（301）相对设置的轴向轴承止动件（302）。

9.根据权利要求8所述的轴承装置（70），

其特征在于，

多个轴向轴承垫特别地可逆地附接到所述轴向轴承止动件（302），由此所述轴向轴承（300）的有效路径形成在所述轴向轴环（301）与所述多个轴向轴承垫之间。

10.根据权利要求8或9所述的轴承装置（70），

其特征在于，

所述轴向轴承止动件（302）被设置在所述轴承壳体（80）处。

11.根据权利要求8至10中的任一项所述的轴承装置（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）的整个周向部分设置。

12.根据权利要求8至11中的任一项所述的轴承装置（70），

其特征在于，

所述轴向轴承止动件（302）向所述轴承壳体（80）内部延伸。

13.根据权利要求8至12中的任一项所述的轴承装置（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。

14.根据权利要求8至13中的任一项所述的轴承装置（70），

其特征在于，

所述轴向轴承止动件（302）被设置在所述轴承壳体（80）的下风端处。

15.一种风力涡轮机（10），包括根据前述权利要求中的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）。