CN113423962B - 风力涡轮机的转子轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种风力涡轮机的转子轴承，具体地涉及一种具有改进的、简化的、向内环引入轴向力的转子轴承。为此，规定滚动轴承(3)的内环(4)具有相对于所述滚动轴承(3)的外环(5)的轴向长度(L2)更大的轴向长度(L4)，该内环(4)的节段对应于外环的轴向长度(L2)，并且具有长度(L3)且与截面(10.1、10.2)邻接，其中，所述截面(10.1、10.2)的轴向长度(L4.1、4.2)尺寸不同。

Description

风力涡轮机的转子轴承
技术领域
本专利涉及一种风力涡轮机的转子轴承，具体地涉及一种具有改进的向内环引入轴向力的转子轴承。
背景技术
从专利文献 DE 1020090417474 A1 中已知一种传统的用于风力涡轮机的转子轴承。在该专利文献中，用作滚动轴承的是双列球面滚子轴承，其具有内环、外环、和在所述两个运行环之间滚动的滚动体。内环的轴向长度对应于外环的轴向长度。为了支撑风力涡轮机的转子轴，转子轴穿过内环的镗孔，而滚动轴承的外环被容纳在壳体中。后者详见专利文献 DE 10310639 A1。该文献还揭示了被设置用于将内环轴向固定到转子轴的圆周节段上的两个肩部，其轴向地限定圆周节段。周向节段的这种轴向限定由在靠近转子的一侧上的轴肩来实施，单独的间隔环被设置在轴肩与内环之间，以便以最小的可能角度将轴向力从转子轴引入内环。 如专利文献 DE 102009059655 A1 中所述，圆周节段在远离转子的一侧上的轴向限定可以通过轴螺母来实施。
即使在专利文献 DE 1020090417474 A1 中，两个滚子列的滚动体具有对称的压力角，与靠近转子的滚子列相比，如专利文献 DE 102015204970 A1 所示，远离转子的滚子列可以具有更大的压力角，以更好地吸收轴向力。
另外，轴承环不必设计成封闭环，但是，如专利文献 DE 102017110742 A1 所示，为了滚动轴承更好的互换性，轴承环可以各自由两个半环形成，在形成内环之后，借助于夹紧环来将这两个半环保持在一起，例如，通过将形成夹紧环的夹紧环节段围绕所形成的内环放置，并借助于通过夹紧环节段拧紧的螺钉将它们连接起来。
然而，如果轴承环径向裂开，则在高负载下，裂开的并且借助于夹紧环紧固的轴承环具有稍低的轴向稳定性，这对这种滚动轴承的使用寿命有不利影响。
因此，本发明是基于公开一种转子轴承的目的，该转子轴承具有简化的设计并且其特征在于改善的稳定性。
发明内容
如果内环具有第一轴向部段和两个第二部段，该第一轴向部段具有对应于外环的轴向长度 L3 的长度 L2 ，该两个第二部段具有不同的轴向长度 L4；L4.1、L4.2 且与第一节段轴向邻接，因为内环完全填充了介于转子轴的两个肩部之间的圆周部段，所以轴向力从转子轴以更平且因此有利的角度直接引入内环，而不需要增加作用力的附加间隔环。因为内环相对于外环具有更大的轴向长度，并且作为介于圆周节段的两个肩部之间的至少轴向一体部件延伸，所以这种一体设计总体上改善了内环在转子轴上的配合。当轴向长度更大的节段邻接内环的面向转子的一侧时，尤其如此。
如果滚动轴承是双列球面滚子轴承，则轴向动力传递可以进一步得到改善，其中，更靠近转子的滚子列的滚动体与另一滚子列的滚动体相比具有更小的压力角。
如果滚动轴承被设计为径向分裂的滚动轴承，则可以简化更换滚动轴承的过程。
当设置至少两个夹紧环节段时，在内环与转子轴之间提供了良好的连接，该夹紧环节段在连接状态下得到夹紧环，并且为了这个目的，内环通过围绕内环的第二部段的夹紧环保持在转子轴上。
如果夹紧环提供至少径向外圆周表面，该表面形成与密封配对件相互作用的至少一个密封表面，则简化了密封过程。密封表面可以与接触式密封件和相隔一小段距离的非接触式相对表面两者有效连接。
当两个组装好的夹紧环节段的端部表面之间剩余的相互距离 A 用塑料或金属填充，使得一个夹紧环节段的圆周表面无缝地并入另一个夹紧环节段的圆周表面时，就形成了不间断的密封表面。 当夹紧环的从镗孔中心开始沿着转子轴的旋转轴的轴向范围在尺寸上不同时，提供了节省安装空间和材料的夹紧环，因此与镗孔相关的密封表面仅被设置在夹紧环的需要密封表面的一侧上。
如果在夹紧环与内环的第二部段之间设置密封件，则密封效果可以进一步得到改善。
附图说明
在附图中：
图 1 示出了由径向裂开的非对称球面滚子轴承支撑的转子轴，
图 2a, b 示出了形成夹紧环的两个夹紧环节段之间的过渡区域，
图 3 示出了根据图 1 的实施例的变体，
图 4 示出了根据图 1 的实施例的另一变体，
图 5 示出了根据图 1 的实施例的另一变体，以及
图 6 示出了两个径向裂开的外环之间的过渡区域。
具体实施方式
现将参考附图更详细地说明本发明。
在图 1 中，示出了风力涡轮机的转子轴 1。图 1 中所显示的驱动转子轴 1 的转子 2 连接到该转子轴 1 的一端。在该示例性实施例中，该转子轴 1 由双列球面滚子轴承形式的滚动轴承 3 来支撑，该滚动轴承 3 具有内环 4、外环 5、被布置在轴承环 4、5 之间的两列中的滚动体 6、和在圆周方向上将滚动体 6 隔开的保持架元件（未详细描述）。不同滚子列的滚动体 6 在两个轴承环 4、5 之间以不同的压力角 α、β 滚动，滚子列的滚动体 6 与另一滚子列的滚动体 6 相比，面离转子 2，处于更大的压力角 β。
为了便于更换滚动轴承 3，内环 4 和外环 5 都是径向裂开的，其中，两个轴承环4、5 中的每一个的两个半壳 4.1、4.2；5.1、5.2（在图 1 中仅部分可见）相互补充以形成轴承环 4.5。所示出的阴影部分显示的是内环 4 的两个半壳 4.1、4.2 和外环 5 的两个半壳 5.1、5.2 在组装状态下在 9 点钟方向和 3 点钟方向彼此相邻。
滚动轴承 3 通过其内环 4 连接到转子轴 1。在这种情况下，这以这样的方式来实施，即内环 4 或形成内环 4 的半壳 4.1、4.2 围绕转子轴 1 放置。为了防止所形成的内环 4 的沿着转子轴 1 的轴向位移，转子侧上的轴肩 7 与所形成的内环 4 的第一端面8.1 接触。在转子轴 1 面向且远离转子 2 并被设置用于容纳内环 4 的圆周部段上，轴向固定内环 4 所需的肩部由轴螺母 9 形成，所述轴螺母 9 在滚动轴承 3 安装好之后被拧紧，并因此置于所形成的内环 4 的第二端面 8.2 上。
为了增加转子轴 1 上的滚动轴承 3 的轴向刚度，并且同时将轴向力以平角从轴肩 7 引入内环 4，所形成的内环 4 不仅具有轴向长度 L3，该长度对应于所形成的外环 5的轴向长度 L2，而且被设计成相对于该内环 4 布置到其上的外环 5 在两个轴向方向上延伸长度为 L4；4.1、4.2 的第二部段 10.1、10.2，其中，第二部段 10.1 以更大的轴向长度 L4.1 在转子 2 的方向上延伸。因此，在轴肩 7 与轴螺母 8 之间容纳内环 4 的转子轴 1 的轴向圆周部段 1.1 具有长度 L1，即 L3 加上 L4.1 加上 L4.2，因此可以完全被内环 4 填充。
为了也将由两个半壳 4.1、4.2 形成的内环 4 径向固定在转子轴 1 上，设置了夹紧环 11。这些夹紧环 11 的每一个都由两个半壳形的夹紧环节段 11.1、11.2 形成，这夹紧环节段 11.1、11.2 相互补充以形成环，在图 1 中的所选择的图示中仅可见其中的一个夹紧环节段 11.1。 由于形成夹紧环 11 的相应夹紧环节段 11.1(11.2)在 6 点钟方向和 12 点钟方向彼此邻接，所以也在图 1 中示出了夹紧环节段 11.1 的圆周端部表面12。
为了轴向固定形成在内环 4 上的夹紧环 11，夹紧环 11 或夹紧环节段 11.1(11.2) 具有径向向内指的突起部 13，该突起部 13 在组装之后接合在设置在内环 4 上的第二部段 10.1、10.2 的区域中的环形凹槽 14 中。为了改善内环 4 与夹紧环 11 之间的紧密度，在夹紧环 11 与内环 4 之间设置了 O 形环形式的密封件 20.2。
镗孔 15 被引导穿过相应的夹紧环节段 11.1(11.2)，夹紧环节段 11.1（11.2）在连接状态下形成夹紧环 11，如示出的用于半壳 11.1 的该夹紧环 11 垂直于纸面延伸。埋头螺钉 16 穿过这些镗孔 15 拧入，以便连接两个夹紧环节段 11.1 （11.2）而形成夹紧环11 。
如果相应的夹紧环节段 11.1 、11.2 被组装以在内环 4 上形成夹紧环 11 ，则形成了环形的径向外圆周表面 17，在该示例性实施例中，该径向外圆周表面 17 作为密封表面 18 与用作密封配对件的接触式密封件 20.1 的密封唇 19 密封接触。为了防止密封唇 19 由于与镗孔 15 发生接触而磨损，密封表面 18 开始于夹紧环 11 的轴向外端 21处，并且结束于直径为 D 的镗孔 15 穿过夹紧环 11 的位置处。相对于镗孔 15，这意味着径向外圆周表面 17 的用作密封表面 18 的部分具有比镗孔 15 的另一侧上的圆周表面更大的轴向范围。 为了更好地图示出这些关系，密封表面 18 在图 1 中被画得更粗，其开始于夹紧环 11 的轴向端 21 处，并且结束于直径为 D 的镗孔 15 处。
在图 2a 中，详细地示出了形成夹紧环 11 的两个夹紧环节段 11.1 、11.2。两个夹紧环节段 11.1 、11.2 借助于螺钉 16 连接，该螺钉 16 通过设置在夹紧环节段 11.1、11.2 中的镗孔 15 而拧紧。如果两个夹紧环节段 11.1 、11.2 最终通过拧紧内环 4 上的螺钉 16 来组装，则在两个夹紧环节段 11.1 、11.2 的圆周端部表面 12 之间剩余了一小段距离 A，以便产生所需的夹持效果。在该示例性实施例中，该距离 A 用基于环氧树脂的塑料材料填充，使得夹紧环节段 11.1 的径向外圆周表面 17 无缝地并入另一夹紧环节段 11.2 的径向外圆周表面 17，同时保持由夹紧环节段 11.1 、11.2 指定的曲率半径R1。
图 2b 示出了根据图 2a 的两个夹紧环节段 11.1 、11.2 之间的过渡区域的平面图。该图示还示出了径向外圆周表面 17 相对于镗孔 15 在轴向上膨胀至不同程度，并且具有较大轴向范围的区域用作密封表面 18。
根据图 3 的实施例与根据图 1 的实施例的不同之处仅在于，所示的密封件不是接触式密封件 20.1，而是非接触式密封件 20.3。 该非接触式密封件 20.3 基本上由安装好的夹紧环 11 和连接到壳体 25 的部件 24 形成。因此，径向外圆周表面 17 和夹紧环11 的轴向外端表面 21 都形成公共的、成角度延伸的密封表面 18.1，该密封表面 18.1与相应的密封表面 18.2 相互作用，该密封表面 18.2 与密封表面 18.1 保持一小段距离，并且由部件 24 提供。为了进一步改善该非接触式密封件 20.3 的密封效果，夹紧环11 在其圆周端部表面 12 的区域中还具有环形凸出部 26，该环形凸出部 26 轴向向外定向并且接合部件 24 中的对应凹部 27。
图 4 示出了根据图 1 的转子轴承的变体。在该变体中，相应的轴承环 4、5 作为未分裂的轴承环 4、5 连接到转子轴 1。因此，在该变体中，不需要夹紧环 11 。为了借助于接触密式封件 20.1 产生该变体的密封，密封唇 19 在由内环 4 在第二部段 10.1 、10.2的区域中提供的密封表面 18 上延伸。当然，在与图 3 相关的说明的简单改进中，根据图4 的变体也可以设置有非接触式密封件 20.3。
图 5 中示出的变体示出了作为滚动轴承 3 的双列球面滚子轴承，其中滚动体 6在两个滚子列中以相同的压力角 α、β 滚动。
图 6 示出了两个半壳 5.1、5.2 之间的过渡区域 28，从而形成了根据图 1 的实施例的滚动轴承 3 的外环 5。沿滚动轴承 3 的旋转轴 DA 的方向延伸的该视图示出了外环 5（5.1、5.2）上的滚道 29，滚动体 6 在该滚道上滚动。除了两个半壳 5.1、5.2 之间的过渡区域 28 之外，外环 5 或半壳 5.1、5.2 中的滚道 29 是圆形的，由半径 R2 表示。滚道 29 仅在 P1 与 P2 两点之间的过渡区域 28 中作为割线延伸。
即使滚动轴承 3 在示例性实施例中总是示出为球面滚子轴承，也不限于这种类型轴承。转子轴 1 也不必是风力涡轮机的转子轴。例如，代替转子轴，其他机器轴也可以借助于所示的滚动轴承来支撑，例如用在很难移除整个机器轴来替换滚动轴承 3 的情况下。
附图标记列表
 转子轴 2 转子 3 滚动轴承 4 内环 5 外环 6 滚动体 7 轴肩 8 端面 9 轴螺母 10 节段 11 夹紧环 12 圆周端部表面 13 突起部 14 环形凹槽 15 镗孔 16 螺钉 17径向外圆周表面 18 密封表面 19 密封唇 20 密封件 21 轴向端 22 -- 23 -- 24 部件25 壳体 26 环形凸出部 27 凹部 28 过渡区域 29 滚道。

Claims (9)

1.一种风力涡轮机的转子轴承，具有：
滚动轴承 (3)，其具有外环 (5)、内环 (4) 和滚动体 (6)，所述滚动体 (6) 介于所述外环 (5) 与所述内环 (4) 之间，转子轴 (1)，其提供了在两个径向肩部之间的长度为 L1的轴向圆周部段 (1.1)，所述两个径向肩部彼此以一定轴向距离布置，其长度 L1 容纳所述滚动轴承 (3) 的所述内环 (4)，以及连接所述转子轴 (1) 的转子 (2)，
所述转子轴承的特征在于，
所述内环 (4) 具有第一轴向部段和两个第二部段 (10.1、10.2)，所述第一轴向部段具有长度 L2 且对应于所述外环 (5) 的轴向长度 L3，所述两个第二部段 (10.1、10.2)具有不同的轴向长度 L4.1、L4.2 且与所述第一轴向部段轴向邻接，其中，所述内环 (4)的所述两个第二部段中轴向较长的部段在连接到所述转子轴 (1) 的状态下，指向连接到所述转子轴 (1) 的所述转子 (2) 的方向。
2. 根据权利要求 1所述的转子轴承， 其特征在于， 所述滚动轴承 (3) 是双列球面滚子轴承，其中，与另一滚子列的滚动体 (6) 的压力角β相比，更靠近所述转子 (2) 的滚子列的滚动体 (6) 具有更小的压力角 α。
3. 根据权利要求 1 或2所述的转子轴承， 其特征在于， 所述滚动轴承是径向分离滚动轴承。
4.根据权利要求 3 所述的转子轴承， 其特征在于， 设置有至少两个夹紧环节段(11.1、11.2)，从而使夹紧环 (11) 处于连接状态，以及
使得所述内环 (4) 通过围绕所述第二部段 (10.1、10.2) 的夹紧环 (11) 一起保持在所述转子轴 (1) 上。
5.根据权利要求 4 所述的转子轴承， 其特征在于， 夹紧环 (11) 至少提供了径向外圆周表面 (17)，所述径向外圆周表面 (17) 形成与密封配对件配合的至少一个密封表面(18)。
6.根据权利要求 5 所述的转子轴承， 其特征在于， 相应的夹紧环节段 (11.1、11.2)借助于螺钉 (16) 连接，直径为 D 的镗孔 (15) 穿透过两个相邻的夹紧环节段 (11.1、11.2)，以及相应的密封表面 (18) 的轴向范围从相应的夹紧环节段 (11.1、11.2) 的轴向外端 (21) 处开始，并在相应的镗孔 (15) 穿透该夹紧环节段 (11.1、11.2) 处结束。
7.根据权利要求 6 所述的转子轴承， 其特征在于，
从所述镗孔 (15) 的中心开始，所述夹紧环 (11)沿所述转子轴 (1)的旋转轴的轴向延伸尺寸不同。
8.根据权利要求 5 至 7 中任意一项所述的转子轴承， 其特征在于，
在组装好的状态下，所述夹紧环节段 (11.1、11.2) 的圆周端部表面 (12) 在圆周方向上保持小的相互距离 A，以及 该距离 A 填充有塑料或金属，以在两个安装好的夹紧环节段 (11.1、11.2) 之间形成平滑的无缝过渡。
9.根据权利要求 5 至7 中任意一项所述的转子轴承， 其特征在于，在所述夹紧环(11) 与所述内环 (4) 的第二部段 (10.1、10.2) 之间设有密封件。
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