CN114483500A - 一种风电机组圆锥滚子主轴承复合密封 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种风电机组圆锥滚子主轴承复合密封，属于风力发电领域，其包括轴承本体，所述轴承本体包括轴承内圈和轴承外圈，所述轴承内圈和轴承外圈之间设置有两组圆锥滚子，两组所述圆锥滚子相互靠近的一端形成有用于容纳润滑油的润滑腔，所述圆锥滚子相互远离的一端形成有油脂腔，所述轴承内圈和轴承外圈之间形成有与所述油脂腔连通的导向油腔，所述导向油腔连接有出脂孔，所述轴承内圈或轴承外圈上设置有导向件和密封件，所述导向件位于所述导向油腔内，所述密封件用于封闭所述导向油腔远离油脂腔的一端。本申请具有提升风电机组圆锥滚子主轴承的密封效果的作用。
Description
技术领域
本申请涉及风力发电领域，尤其是涉及一种风电机组圆锥滚子主轴承复合密封。
背景技术
随着风机兆瓦数和叶轮直径的加大，圆锥滚子轴承用作风力发电机组主轴承越来越多。圆锥滚子轴承包括内圈和外圈，应用在风机中时的典型布局为，轴承内圈和外圈分别与静止的锥形支撑或转动的发电机相连，为了对轴承滚子进行润滑、减少摩擦，轴承内圈与外圈之间形成有润滑腔，滚子旋转时能够与油润滑腔的油脂接触起到润滑的作用。但是在轴运行的过程中，由于圆锥滚子的泵吸作用，会将油脂从润滑腔吸出，导致出现漏脂的现象，不利于维护，存在起火风险，并且油脂泄漏多后轴承内部缺脂，轴承寿命急剧缩短。
现有的减少漏脂的方式为：在轴承的端盖位置设置夹布油封，通过夹布油封减少油脂的泄漏；并在轴承内圈上设置出脂孔，将滚子泵吸出的油脂通过出脂孔导出，集中回收处理。
发明人认为，出脂孔受限于主轴系结构，出脂孔的路径较为迂回，使得油脂往往需要经过复杂且很长的路径流出，阻力较大，出脂孔长难以出脂。长久后由于油脂聚集乳化、干涸产生堵塞，使得油脂腔油脂越来越多，这样会导致油脂腔内的油脂压力不断升高，当累积到一定程度时产生压力时，油脂会从夹布油封处泄漏，密封效果不佳。
发明内容
为了提升风电机组圆锥滚子主轴承的密封效果，本申请提供一种风电机组圆锥滚子主轴承复合密封。
本申请提供的一种风电机组圆锥滚子主轴承复合密封采用如下的技术方案：
一种风电机组圆锥滚子主轴承复合密封，包括轴承本体，所述轴承本体包括轴承内圈和轴承外圈，所述轴承内圈和轴承外圈之间设置有两组圆锥滚子，两组所述圆锥滚子相互靠近的一端形成有用于容纳润滑油的润滑腔，所述圆锥滚子相互远离的一端形成有油脂腔，所述轴承内圈和轴承外圈之间形成有与所述油脂腔连通的导向油腔，所述导向油腔连接有出脂孔，所述轴承内圈或轴承外圈上设置有导向件和密封件，所述导向件位于所述导向油腔内，所述密封件用于封闭所述导向油腔远离油脂腔的一端，所述轴承内圈相对所述轴承外圈正向旋转时，所述导向件旋转使所述导向油腔内的油脂自靠近密封件一侧向靠近出脂孔的一侧流动。
通过采用上述技术方案，在使用的过程中，润滑腔内的油脂能够对轴承滚子起到润滑的作用，圆锥滚子在转动过程中会将润滑腔腔内的油脂泵送到油脂腔内，同时导向件会随轴承内圈或者轴承外圈旋转，进而产生反向的推力使导向油腔内的油脂自靠近密封件一侧向靠近出脂孔的一侧流动，降低密封件受到的压力，以提升密封的可靠性；油脂在圆锥滚子的泵吸作用和导向件的共同作用下，被挤入到出脂孔中，使油脂能够克服流动阻力被顺利导出，油脂不会在出脂孔内长时间聚积，从而不易乳化、干涸，保障了出脂孔的通畅。
可选的，所述导向件包定位环和沿定位环周向分布的若干叶片，所述叶片呈螺旋形。
通过采用上述技术方案，定位环旋转时能够带动叶片旋转，叶片的螺旋形状能够产生轴向的推力，将导向油腔内的油脂自靠近密封件一侧向靠近出脂孔的一侧推动。
可选的，所述导向件为螺旋齿轮。
通过采用上述技术方案，齿轮刚性较好，在工作过程中不出现形变，稳定性较好。
可选的，所述轴承本体上设置有外齿轮，所述外齿轮与所述导向件啮合，所述外齿轮位于所述出脂孔与所述导向油腔连接的位置。
通过采用上述技术方案，在轴承本体运转时，外齿轮与导向件啮合能够带动外齿轮旋转，一方面产生吸力使得密封件处油脂往外齿轮处流动，同时也通过导向油腔将油脂腔中的油脂吸往外齿轮；另外一方面产生推力使得油脂能从出脂孔处排出，能够产生更大的推力，排油脂的效果更好。
可选的，所述密封件包括支撑环，所述支撑环上设置有静唇和多个动唇，所述静唇位于所述动唇远离导向油腔的一侧，所述轴承本体上形成有用于与动唇和静唇抵接的密封斜面，所述密封斜面与所述支撑环之间的距离自远离出脂孔的一侧向靠近出脂孔的一侧逐渐减小。
通过采用上述技术方案，当轴承转动时，外齿轮和导向件转动产生的吸力先是使动唇最下侧唇口朝油脂腔位移，唇口和密封斜面的过盈量逐渐增大，密封能力逐渐增强。随着长时间运行，动唇最下侧唇口逐渐磨损，此时其上侧的另外一个动唇受到吸力增大，逐渐下移，能够弥补了下侧密封圈丢失的密封能力。
可选的，所述动唇远离所述支撑环的一端设置有第一延伸部，所述第一延伸部向远离所述出脂孔的方向倾斜。
通过采用上述技术方案，当动唇在吸力的作用下向下移动时，第一延伸部与密封斜面的接触面积增大，密封效果更好。
可选的，所述静唇远离所述支撑环的一端设置有第二延伸部，所述第二延伸部向靠近所述出脂孔的方向倾斜。
通过采用上述技术方案，第二延伸部可以防止外部水、灰尘和盐雾进入。
可选的，所述导向油腔横截面积自靠近油脂腔的一端向靠近出脂孔的一端逐渐增大。
通过采用上述技术方案，油脂在流动时，导油腔靠近油脂腔的一端压强较大，靠近出脂孔的一端压强较小，使油脂能够更顺畅的从油脂腔流动到出脂孔内。
可选的，所述轴承本体上设置有压板，所述压板通过螺栓与轴承本体固定连接，所述压板对所述密封件和导向件施加压力使所述密封件和导向件保持固定。
通过采用上述技术方案，压板能够使密封件和导向件保持稳定，同时在密封件磨损较为严重时，拆下压板后能够直接将密封件插下，维护较为方便。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
利用轴承转动驱使导向件抽吸密封件处油脂，降低了密封件处油脂压力，降低了对密封件要求，增加密封可靠性；
使用新型组合式多唇密封圈结构，取消了现有密封件中的弹簧，成本更低，密封性更好，寿命更长；
结合流体动力学，使用导向油腔，利用导向件吸力和滚子泵吸力产生推力推动油脂孔出脂，避免了油脂腔长时间油脂堆积致使密封圈泄漏的风险。
附图说明
图1是本申请实施例1的立体结构示意图；
图2是实施例1的剖面结构示意图；
图3是图2中A的局部放大示意图；
图4是实施例2中导向件的结构示意图；
图5是本申请实施例3的剖面结构示意图。
附图标记说明：1、轴承内圈；2、轴承外圈；3、圆锥滚子；4、润滑腔；5、油脂腔；6、导向油腔；7、密封件；71、支撑环；72、动唇；73、静唇；74、第一延伸部；75、第二延伸部；8、导向件；9、出脂孔；10、密封斜面；11、压板；12、叶片；13、定位环；14、外齿轮。
具体实施方式
以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。
实施例1，本申请实施例公开一种风电机组圆锥滚子3主轴承复合密封。参照图1和图2，一种风电机组圆锥滚子3主轴承复合密封，包括轴承本体，轴承本体包括轴承内圈1和轴承外圈2，轴承内圈1与风机内的锥形支撑连接，轴承外圈2与发电机的连接，在另一种实施方式中，也可以是轴承内圈1与发电机连接，轴承外圈2与风机内的锥形支撑连接。
在风机轴承的具体应用中，可以是两组单列圆锥滚子轴承配合，也可以是双列圆锥滚子轴承。对于双列圆锥滚子轴承，轴承内圈1和轴承外圈2之间设置有两组圆锥滚子3，轴承内圈1相对轴承外圈2转动，圆锥滚子3发生转动。
轴承本体内于两组圆锥滚子3相互靠近的一端形成有用于容纳油脂的润滑腔4，圆锥滚子3在转动过程中会与润滑腔4内的油脂接触，使圆锥滚子3得到润滑，降低运行中的磨损。圆锥滚子3相互远离的一端形成有油脂腔5，由于圆锥滚子3的锥形外形，在圆锥滚子3转动的过程中，两个圆锥滚子3相互远离的一端直径较大，表面线速度较大，圆锥滚子3相互靠近的一端直径较小，表面线速度较小，根据伯努利原理，圆锥滚子3两端会产生压强差，使润滑腔4内的油脂会被泵入到油脂腔5内。
轴承内圈1上开设有出脂孔9，出脂孔9与油脂腔5之间设置有导向油腔6，当油脂腔5内的油脂累积满后会通过导向油腔6进入到出脂孔9内，然后进行集中回收和处理。轴承外圈2与轴承内圈1之间设置有密封件7，密封件7用于封闭导向油腔6远离油脂腔5的一端，使油脂不易从轴承内圈1和轴承外圈2的间隙中渗出。
参照图2，轴承外圈2上还设置有导向件8，轴承内圈1相对轴承外圈2正向旋转时，导向件8旋转使导向油腔6内的油脂自靠近密封件7一侧向靠近出脂孔9的一侧流动。本实施例中导向件8为螺旋齿轮，螺旋齿轮与轴承外圈2同轴设置并固定在轴承外圈2上，螺旋齿轮的齿部位于导向油腔6内，在螺旋齿轮随轴承外圈2同步正向旋转时，会产生沿轴向的吸力，从而将密封件7位置的油推到出脂孔9的位置。同时，圆锥滚子3转动产生的泵送力也会使得油脂腔5内的油脂通过导向油腔6朝导向齿轮流动。在导向油腔6的引导下，油脂将会被推往出脂孔9流出。
导向件8与出脂孔9错位，使出脂孔9位于导向件8和油脂腔5之间，使油脂在导向件8和圆锥滚子3的共同作用下进入到油脂孔中。导向件8可使用橡胶材料，也可使用聚乙烯等工程塑料。
参照图3，密封件7包括支撑环71以及设置在支撑环71上的动唇72和静唇73，支撑环71套设在轴承外圈2上，动唇72和静唇73均呈环形且设置在支撑环71的内侧，静唇73位于动唇72远离导向油腔6的一侧。
动唇72沿轴向叠加设置两组，在其他实施例中也可以是更多组。轴承本体上形成有用于与动唇72和静唇73的密封斜面10，密封斜面10与支撑环71之间的距离自远离出脂孔9的一侧向靠近出脂孔9的一侧逐渐减小。动唇72远离支撑环71的一端设置有第一延伸部74，第一延伸部74向远离出脂孔9的方向倾斜。在导向件8产生的吸力的作用下，最靠近导向油腔6的动唇72会朝向油脂腔5位移，动唇72的唇口与轴承内圈1的过盈量逐渐增大，密封能力逐渐增强。随着长时间运行，动唇72最下侧唇口逐渐磨损，此时其上侧的另外一个动唇72受到吸力增大，逐渐下移，弥补了下侧密封圈丢失的密封能力。
静唇73远离支撑环71的一端设置有第二延伸部75，第二延伸部75向靠近出脂孔9的方向倾斜，防止外部水、灰尘和盐雾进入。当风机静止甚至是偶然反向旋转时，油脂可通过动唇72，但会被和静唇73阻流，然后储存在静唇73和动唇72之间，保证静唇73和动唇72不会由于长时间缺脂润滑而快速磨损，延长了密封寿命。
导向油腔6横截面积自靠近油脂腔5的一端向靠近出脂孔9的一端逐渐增大，使油脂能够更顺畅的从油脂腔5流动到出脂孔9内，而不易反向流动。
轴承外圈2上设置有压板11，压板11通过螺栓与轴承本体固定连接，压板11紧压在密封件7和导向件8上使密封件7和导向件8在运转过程中保持固定，能够提升稳定性。在密封件7磨损较为严重时，拆下压板11后能够直接将密封件7插下，维护较为方便。
本申请实施例一种风电机组圆锥滚子3主轴承复合密封的实施原理为：通过设置导向件8，结合流体动力学，使用导向油腔6，利用导向件8吸力和滚子泵吸力产生推力推动油脂孔出脂，有利于轴承出脂孔9排脂，降低漏脂风险。
实施例2，参照图4，本实施例与实施例1的不同之处在于，导向件8包定位环13和沿定位环13周向分布的若干叶片12。叶片12呈螺旋形并且固定在定位环13的内侧，定位环13固定在轴承外圈2上，定位环13随轴承外圈2旋转时能够带动叶片12旋转，进而带动油脂流动。进一步的，叶片12与定位环13可拆卸连接，在叶片12磨损时能够将叶片12单独拆下进行更换，使用较为方便。
实施例3，参照图5，本实施例与实施例1的不同之处在于，轴承内圈1上转动连接有外齿轮14，外齿轮14沿轴承内圈1的周向均匀间隔设置有多个，外齿轮14与螺旋齿轮啮合，外齿轮14位于出脂孔9与导向油腔6连接的位置。
当螺旋齿轮随轴承外圈2同步旋转时，会通过啮合带动外齿轮14旋转，由于齿数比较大，外齿轮14会高速自转，一方面产生吸力使得密封件7处油脂往外齿轮14处流动，同时也通过导向油腔6将油脂腔5中的油脂吸往外齿轮14；另外一方面产生推力使得油脂能从出脂孔9处排出。降低了密封圈处油脂压力，降低了对密封圈要求，增加密封可靠性，同时利用导向件8吸力和圆锥滚子3泵吸力产生推力推动油脂孔出脂，避免了油脂腔5长时间油脂堆积致使密封圈泄漏的风险。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种风电机组圆锥滚子主轴承复合密封，其特征在于：包括轴承本体，所述轴承本体包括轴承内圈(1)和轴承外圈(2)，所述轴承内圈(1)和轴承外圈(2)之间设置有两组圆锥滚子(3)，两组所述圆锥滚子(3)相互靠近的一端形成有用于容纳润滑油的润滑腔(4)，所述圆锥滚子(3)相互远离的一端形成有油脂腔(5)，所述轴承内圈(1)和轴承外圈(2)之间形成有与所述油脂腔(5)连通的导向油腔(6)，所述导向油腔(6)连接有出脂孔(9)，所述轴承内圈(1)或轴承外圈(2)上设置有导向件(8)和密封件(7)，所述导向件(8)位于所述导向油腔(6)内，所述密封件(7)用于封闭所述导向油腔(6)远离油脂腔(5)的一端，所述轴承内圈(1)相对所述轴承外圈(2)正向旋转时，所述导向件(8)旋转使所述导向油腔(6)内的油脂自靠近密封件(7)一侧向靠近出脂孔(9)的一侧流动。
2.根据权利要求1所述的一种风电机组圆锥滚子主轴承复合密封，其特征在于：所述导向件(8)包定位环(13)和沿定位环(13)周向分布的若干叶片(12)。
3.根据权利要求1所述的一种风电机组圆锥滚子主轴承复合密封，其特征在于：所述导向件(8)为螺旋齿轮。
4.根据权利要求3所述的一种风电机组圆锥滚子主轴承复合密封，其特征在于：所述轴承本体上设置有外齿轮(14)，所述外齿轮(14)与所述导向件(8)啮合，所述外齿轮(14)位于所述出脂孔(9)与所述导向油腔(6)连接的位置。
5.根据权利要求1所述的一种风电机组圆锥滚子主轴承复合密封，其特征在于：所述密封件(7)包括支撑环(71)，所述支撑环(71)上设置有静唇(73)和动唇(72)，所述静唇(73)位于所述动唇(72)远离导向油腔(6)的一侧，所述轴承本体上形成有用于与动唇(72)和静唇(73)密封斜面(10)，所述密封斜面(10)与所述支撑环(71)之间的距离自远离出脂孔(9)的一侧向靠近出脂孔(9)的一侧逐渐减小。
6.根据权利要求5所述的一种风电机组圆锥滚子主轴承复合密封，其特征在于：所述动唇(72)远离所述支撑环(71)的一端设置有第一延伸部(74)，所述第一延伸部(74)向远离所述出脂孔(9)的方向倾斜。
7.根据权利要求6所述的一种风电机组圆锥滚子主轴承复合密封，其特征在于：所述静唇(73)远离所述支撑环(71)的一端设置有第二延伸部(75)，所述第二延伸部(75)向靠近所述出脂孔(9)的方向倾斜。
8.根据权利要求1所述的一种风电机组圆锥滚子主轴承复合密封，其特征在于：所述导向油腔(6)横截面积自靠近油脂腔(5)的一端向靠近出脂孔(9)的一端逐渐增大。
9.根据权利要求1所述的一种风电机组圆锥滚子主轴承复合密封，其特征在于：所述轴承本体上设置有压板(11)，所述压板(11)通过螺栓与轴承本体固定连接，所述压板(11)对所述密封件(7)和导向件(8)施加压力使所述密封件(7)和导向件(8)保持固定。
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