CN112502919B - 用于风力涡轮机的轴承装置和风力涡轮机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于风力涡轮机的轴承装置，包括轴承壳体和驱动轴，其中驱动轴在沿着轴承壳体的纵向轴线的轴向方向上布置在轴承壳体内，轴承装置还包括作为径向流体轴承的下风轴承和上风轴承，其中下风轴承和上风轴承布置在轴承壳体和驱动轴之间，其中轴承壳体由至少两个单独的轴承壳体件形成，其中至少两个单独的轴承壳体件彼此接合和/或驱动轴由至少两个单独的驱动轴件形成，其中至少两个单独的驱动轴件彼此接合。本发明还涉及包括轴承装置的风力涡轮机，其中，风力涡轮机还包括可操作地连接以驱动所述驱动轴的转子和可操作地连接以由驱动轴驱动的发电机。

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，其中驱动轴在沿着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，使得驱动轴能够借助于风力涡轮机的转子在轴承壳体内旋转。例如，从EP3276192A1中已知这种轴承装置。

大型风力涡轮机中的旋转驱动轴很长，并且具有大的直径，对轴承滚道具有非常严格的公差要求。这种轴的铸造和机加工非常困难且昂贵。然而，需要单个轴承壳体来将润滑的清洁度保持在可接受的水平。这种轴承壳体的直径非常大，这就是为什么在其周围建造风力涡轮机机舱变得复杂的原因。轴承壳体和驱动轴难以装配到供应基座和运输方案中。因此，这两个部件的尺寸和重量使得制造和组装昂贵且受限于某些程序。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于风力涡轮机的轴承装置，该轴承装置可以更容易地制造、运输、安装并且更便宜。

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10的风力涡轮机来实现。本发明的另外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结合本发明的风力涡轮机来应用，使得关于本发明的各个方面的公开内容，其彼此参考或能够彼此参考。

根据本发明的第一方面，该目的通过一种用于风力涡轮机的轴承装置来实现，该轴承装置包括轴承壳体和驱动轴，其中驱动轴在沿着轴承壳体的纵向轴线的轴向方向上布置在轴承壳体内，轴承装置还包括作为径向流体轴承的下风轴承和上风轴承，其中下风轴承和上风轴承布置在轴承壳体和驱动轴之间，其中轴承壳体由至少两个单独的轴承壳体件形成，其中所述至少两个单独的轴承壳体件彼此接合和/或驱动轴由至少两个单独的驱动轴件形成，其中至少两个单独的驱动轴件彼此接合。

因此，本发明提供了一种对开轴承装置（split bearing arrangement），其中，与单件相比，轴承壳体和/或驱动轴被制成更小的件。这些件的机加工、处理和组装与制造和提供呈一个单件的驱动轴和/或轴承壳体相比更容易且更便宜。利用本发明，提供了离线轴承装置组装能力，这使得风力涡轮机机舱组件能够摆脱任何轴承相关的清洁标准，并且不占用专用起重机和大型组装固定装置，从而大大增强了组装灵活性。

单独的轴承壳体件和/或驱动轴件可以特别是整体地形成。单独的轴承壳体件和/或驱动轴件可以包括柱形形状。例如，每个单独的轴承壳体件可以包括沿着纵向轴线的在20%至70%的范围内的长度，特别是在30%至70%的范围内的长度。例如，每个单独的驱动轴件可以包括沿着纵向轴线的在20%至70%的范围内的长度，特别是在30%至70%的范围内的长度。

优选地，该轴承壳体是由至少三个单独的轴承壳体件形成的，其中该至少三个单独的轴承壳体件彼此接合和/或该驱动轴是由至少三个单独的驱动轴件形成的，其中该至少三个单独的驱动轴件彼此接合。例如，每个单独的轴承壳体件可以包括沿着纵向轴线的在10%至50%的范围内的长度，特别是15%至40%的范围内的长度。每个单独的驱动轴件可以包括例如沿纵向轴线的在10%至70%范围内的长度，特别是15%至60%范围内的长度。驱动轴的中间驱动轴件在纵向方向上可以比下风驱动轴件和上风驱动轴件长。

进一步优选地，单独的轴承壳体件和/或单独的驱动轴件包括横向于该纵向轴线延伸的多个接合表面。接合表面可以以在60°至90°、特别地为70°至90°并且进一步特别地为80°至90°的范围内的角度横向于纵向轴线延伸。因此，轴承装置的接头能够传递非常高的载荷而不变形。

此外，优选地，所述单独的轴承壳体件和/或所述单独的驱动轴件包括借助于紧固件彼此接合的凸缘部分。由此，提供了非常稳定的接头。凸缘部分可以包括接合表面。紧固件可以是例如螺栓。驱动轴件的凸缘部分可以在其相应位置处围绕驱动轴件的整个周向部分延伸。轴承壳体件的凸缘部分不需要围绕轴承壳体件的整个周向部分延伸。相反，它们可以在其相应的位置处围绕这些轴承壳体件的周向部分的至少约20%、优选地至少约30%并且更优选地至少50%延伸。因此，可以提供足够的设计自由度，以在轴承壳体处提供用于附接到机舱的附接装置。

优选的是，所述单独的轴承壳体件中的至少一个包括用于维护下风轴承和/或上风轴承的开口。开口可以具有例如椭圆形形状。因此，上风轴承和下风轴承的部件，诸如轴承垫，可以容易地被移除和更换。

进一步优选的是，单独的轴承壳体件中的至少一个包括用于提升该轴承壳体的至少一个吊耳。特别地，所述单独的轴承壳体件中的至少一个可以包括至少两个吊耳。因此，整个组装的轴承装置可以容易地借助于起重机被提升。

此外优选的是，在单独的驱动轴件之间布置有静态密封件。静态密封件可以是例如O形环。由此防止了油或其它物质泄漏到驱动轴中。

下风轴承和上风轴承可以包括多个径向轴承垫，其支撑在轴承壳体上并且围绕驱动轴的周向部分布置。径向轴承垫可以是滑动径向轴承垫。径向轴承垫可以可逆地附接到轴承壳体。因此，它们可以容易地维护和更换。通常，在大型风力涡轮机中采用缓慢旋转的滑动轴承。这些滑动轴承承载大风和重载荷。由于这些原因，例如与采用滚柱轴承的涡轮机相比，各个轴承垫以及相关联的旋转轴和轴承壳体的尺寸在直径和长度两者上都是显著大的。因此，在这种轴承装置中，本发明特别有用。

轴承装置可以包括轴向轴承。轴向轴承可以包括轴向轴承止动件，用于限制驱动轴在沿着纵向轴线的轴向方向上的移动。轴向轴承止动件可以与轴承壳体一体地设计。此外，轴向轴承止动件可以形成为从轴承壳体在轴承壳体的径向方向上延伸的突起。轴向轴承可以位于驱动轴的上风部分或下风部分处。轴向轴承止动件可以特别地布置在轴承壳体的下风端处。多个轴向轴承垫可以（特别是可逆地）附接到轴向轴承止动件。轴向轴承止动件还可以围绕轴承壳体的整个周向部分布置。下风轴承或上风轴承和轴向轴承可以彼此流体连接。轴向轴承可以包括与轴向轴承止动件相对布置的轴向轴环。轴向轴环可以围绕驱动轴的整个周向部分布置和/或轴向轴环可以从驱动轴向外延伸。轴向轴环可以与驱动轴一体地形成。

根据本发明的第二方面，该目的通过一种风力涡轮机来实现，该风力涡轮机包括根据前述权利要求中任一项所述的轴承装置，其中，该风力涡轮机还包括转子和发电机，该转子可操作地连接以驱动所述驱动轴，该发电机可操作地连接以由所述驱动轴驱动。

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

本发明的另外优点、特征和细节从以下描述中展开，其中参考附图的图1至图5，详细描述了本发明的实施例。因此，权利要求中的特征以及说明书中提到的特征对于单独或任意组合的本发明而言是必要的。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的轴承装置的轴承壳体的侧透视图，

图5示出了图3的轴承装置的驱动轴的侧透视图。

图1至图5中的相同对象用相同的附图标记命名。如果在一个图中存在多于一个的相同类型的对象，则对象以升序编号，其中对象的升序编号与其附图标记以点隔开。附图中的特征和部件的具体尺寸是示例性的，并且可以被放大以仅便于参考。

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中可见。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沿如图2所示的轴承壳体80的纵向轴线A的轴向方向布置在轴承壳体80内。轴承壳体80的纵向轴线A对应于驱动轴90的纵向轴线A，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（downwind bearing）100和上风轴承（upwind bearing）200，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。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。此外，存在与下风轴承100相邻布置的轴向轴承300。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，例如，也可以将发电机40设置为齿轮传动的发电机。

图3是沿图1的风力涡轮机10的轴承装置70的截面的侧视图。

从图3中可以看出，轴承壳体80由三个单独的轴承壳体件81、82、83形成。第一轴承壳体件81设置在轴承壳体80的上风部分处。第二轴承壳体件82设置在轴承壳体80的中间部分处。第三轴承壳体件83设置在轴承壳体80的下风部分处。轴承壳体件81、82、83通常具有柱形形状。轴承壳体件81、82、83具有横向于、特别是垂直于轴承壳体80的纵向轴线A延伸的接合表面。

第一轴承壳体件81包括第一凸缘部分84，其借助于多个紧固件接合到第二轴承壳体件82的第二凸缘部分85。此外，第二轴承壳体件82包括第三凸缘部分86，其借助于多个紧固件连接到第三轴承壳体件83的第四凸缘部分87。凸缘部分84、85、86、87从轴承壳体件81、82、83沿径向方向延伸。凸缘部分84、85、86、87包括接合表面，在所述接合表面处，它们分别彼此接合。

从图3中还可以看出，驱动轴90由三个单独的驱动轴件91、92、93形成。第一驱动轴件91设置在驱动轴90的上风部分处。第二驱动轴件92设置在驱动轴90的中间部分处。驱动轴件93设置在驱动轴90的下风部分处。驱动轴件91、92、93通常具有柱形形状。驱动轴件91、92、93具有横向于、特别是垂直于驱动轴90的纵向轴线A延伸的接合表面。

第一驱动轴件91包括第五凸缘部分94，其借助于多个紧固件接合到第二驱动轴件92的第六凸缘部分95。此外，第二驱动轴件92包括第七凸缘部分96，其借助于多个紧固件连接到第三驱动轴件93的第八凸缘部分97。凸缘部分94、95、96、97从轴承壳体件91、92、93沿径向方向延伸。凸缘部分94、95、96、97包括接合表面，在接合表面处，它们分别彼此接合。

第一驱动轴件91沿纵向轴线A的长度比第一轴承壳体件81短，第二驱动轴件92沿纵向轴线A的长度比第二轴承壳体件82长。第三驱动轴件93沿纵向轴线A的长度比第三轴承壳体件83短。此外，第一轴承壳体件81沿纵向轴线A的长度比第一驱动轴件91长，此外，第三轴承壳体件83沿纵向轴线A的长度比第三驱动轴件93长。通常，可能优选的是，第一轴承壳体件81和第三轴承壳体件83分别比第一驱动轴件91和第三驱动轴件93长。由此，尽管轴承壳体80和驱动轴90不是由一个单件制成，但由于载荷传递而引起的可能的未对准可以保持非常低。

图4示出了图3的轴承装置70的轴承壳体80的侧透视图。轴承壳体80包括多个开口88.1、88.2、88.3、88.4，用于维护下风轴承100和上风轴承200。第一开口88.1和第二开口88.2形成在第一轴承壳体件81中。第三开口88.3和第四开口88.4形成在第三轴承壳体件83中。此外，轴承壳体80、特别是第二轴承壳体件82包括两个吊耳89.1、89.2。借助于吊耳89.1、89.2，轴承壳体80、整个轴承装置70或甚至轴承装置70与机舱30一起（当轴承装置70固定到其上时），可以例如借助于起重机被提升。

图5示出了图3的轴承装置70的驱动轴90的侧透视图。由于凸缘部分94、95、96、97，驱动轴90沿其长度具有不均匀的周向部分。然而，凸缘部分96从驱动轴90沿着斜面径向向外延伸。从第五凸缘部分94可以看出，凸缘部分不需要从驱动轴90径向向外延伸，而是也可以这样设置在驱动轴90内。因此，驱动轴90的厚度可以设置得相对较大。特别地，驱动轴90的凸缘部分94、95、96、97中的至少一个、特别是上风驱动轴件91的凸缘部分94可以沿着驱动轴90的厚度设置。因此，优化了驱动轴90的载荷分布。

Claims (9)

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)在沿着所述轴承壳体(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)布置在所述轴承壳体(80)和所述驱动轴(90)之间，

其特征在于，

所述轴承壳体(80)由至少三个单独的轴承壳体件(81、82、83)形成，其中所述至少三个单独的轴承壳体件(81、82、83)彼此接合和/或所述驱动轴(90)由至少三个单独的驱动轴件(91、92、93)形成，其中所述至少三个单独的驱动轴件(91、92、93)彼此接合；

其中，所述至少三个单独的轴承壳体件包括设置在所述轴承壳体(80)的上风部分处的第一轴承壳体件(81)、设置在所述轴承壳体(80)的中间部分处的第二轴承壳体件(82)以及设置在所述轴承壳体(80)的下风部分处的第三轴承壳体件(83)；

其中，所述至少三个单独的驱动轴件包括设置在所述驱动轴(90)的上风部分处的第一驱动轴件(91)、设置在所述驱动轴(90)的中间部分处的第二驱动轴件(92)以及设置在所述驱动轴(90)的下风部分处的第三驱动轴件(93)；并且

其中，所述第一轴承壳体件(81)和所述第三轴承壳体件(83)分别设置成比所述第一驱动轴件(91)和所述第三驱动轴件(93)长。

2.根据权利要求1所述的轴承装置(70)，其特征在于，所述单独的轴承壳体件(81、82、83)和/或所述单独的驱动轴件(91、92、93)包括横向于所述纵向轴线(A)延伸的接合表面。

3.根据前述权利要求中任一项所述的轴承装置(70)，其特征在于，所述单独的轴承壳体件(81、82、83)和/或所述单独的驱动轴件(91、92、93)包括借助于紧固件彼此接合的凸缘部分(84、85、86、87、94、95、96、97)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的轴承装置(70)，其特征在于，所述单独的轴承壳体件(81、82、83)中的至少一个包括用于维护所述下风轴承(100)和/或所述上风轴承(200)的开口(88)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的轴承装置(70)，其特征在于，所述单独的轴承壳体件(81、82、83)中的至少一个包括用于提升所述轴承壳体(80)的吊耳(89)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的轴承装置(70)，其特征在于，静态密封件布置在所述单独的驱动轴件(91、92、93)之间。

7.根据前述权利要求中任一项所述的轴承装置(70)，其特征在于，所述下风轴承(100)和所述上风轴承(200)包括多个径向轴承垫，所述多个径向轴承垫支撑在所述轴承壳体(80)上并且围绕所述驱动轴(90)的周向部分布置。

8.根据前述权利要求中任一项所述的轴承装置(70)，其特征在于，所述轴承装置(70)包括轴向轴承(300)。

9.一种风力涡轮机(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)。