CN1423730A - 普通轴承和带有这种普通轴承的风力发电装置 - Google Patents

普通轴承和带有这种普通轴承的风力发电装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于传递大的轴向力和大的弯曲力矩,同时相对运动小的普通轴承。该轴承的一个零件有一个环形台肩,可与另一个轴承零件上的一条环形槽啮合。横截面为向外逐渐减小的梯形的该环形台肩的自由侧面上,以及还可以在圆周表面上具有抗摩擦的衬垫。上述以及相应的另一轴承零件,具体地说是包括环形台肩的外环可以细分成扇形块。该扇形块可以单个地从整体上取下进行维修,还可以设置新的抗摩擦表面。所述普通轴承的一个优选应用是放在风能装置的塔架支承的机器头部和塔架头部之间。

Description

普通轴承和带有这种普通 轴承的风力发电装置
本发明涉及一种用于传递大的轴向力和大的弯曲力矩，同时共同工作的轴承零件之间相对运动小的普通轴承。另外，还涉及一种在其塔架支承的机器头部和塔架头之间，带有这种普通轴承的风力发电装置。
包括上述要求的普通轴承可以用作(例如)起重机、某些休闲和娱乐设备以及风力发电装置中的枢轴轴承(所谓的方位轴承)。这样，就产生一个结构问题，即在回转轴为垂直的情况下，在所加负载方向和卸下方向上的力都要由该轴承来承受。
为了达到本发明的目的，根据本发明的一个方面中，设置在一个共同工作的轴承零件上的一个环形肋，与设置在另一个共同工作的轴承零件上的一条环形槽啮合。在这种情况下，该环形肋的横截面可以为矩形和向外逐渐减小的梯形。在该环形肋的自由侧面及其圆周表面上，最好带有抗摩擦的衬垫。在肋的横截面为梯形的情况下，可以省去抗摩擦的衬垫。
为了能够更容易更换不可避免地会磨损的抗摩擦衬垫，本发明将这些抗摩擦的衬垫细分成块状，并与该环形肋固定连接，但可取下。
特别是，在这种情况下，还可将共同工作的轴承零件中的一个零件细分成扇形块形状，并且该扇形块可单个地从其复合材料组件上取下。特别是，装有抗摩擦衬垫的环形肋可以细分为扇形块，并且使其结构/配置能让该环形肋从径向方向外侧与向内设置的环形槽啮合。然后，可以逐渐地将固定着抗摩擦衬垫块的环形肋扇形块从其复合材料组件上(沿着圆周方向)和从承载或支承零件的固定装置上取下，并沿径向向外拉，并在装上新的抗摩擦衬垫块以后，再将该扇形块插入。可以理解，也可以用带有新的抗摩擦衬垫块的替代肋来更换。
应当理解，所有的配置是可以颠倒过来的。即：抗摩擦衬垫也可以放置在环形槽的内表面上，该环形槽再细分为块状，并从外部与向内设置的环形肋啮合。另外，相应的向内设置的零件(环形肋或环形槽)可以细分为扇形块。然而，扇形块的向外岔开的楔形形状会妨碍向内拉动扇形块。在这种情况下，扇形块的边缘可作成平行的，并可以在带有抗摩擦衬垫的扇形块之间设置一些补偿零件。
为了更容易更换扇形块，可以在共同工作的轴承零件之间设置动力工作装置，例如气动或液压的活塞-气缸装置。这些动力工作装置只在该轴承静止不动状态下才工作，它可以使从下面支承的共同工作的轴承零件相对于支承它的支承零件升高，以便可松开扇形块的固定装置和抽出扇形块。在重新装入扇形块后，再次将上述卸载装置与至少一个共同工作的轴承零件的固定松开。
本发明的一个具体方面还涉及一种风力发电装置，它包括在塔架支承的机器头部和塔架头之间的一个上述的普通轴承，在该塔架头和机器头部之间设置一个轨道驱动装置，用于根据风向使机器头部围绕塔架的垂直轴线转动；并且，该普通轴承还可为机器头部在径向和轴向导向。
一般称为方位轴承的转动轴承，通过轨道驱动装置，可调节接收风能的转子，使得根据风向的不同，可以得到最高的效率，而当风力发电装置停止时，作用在该装置所有零件上的负载尽可能小。通常，输出大的风力发电装置中的转动轴承直径必需很大，该轴承包括一个转动球式的连接结构(DE4104137 C2和DE 19629168 C1)。因为在机器头部作沿轨道的运动时，机器头部只需围绕着塔架轴线作微小运动，但当风速较大时，机器头部必需承受相当大的负载。结果，在该转动球式连接结构内，相对于表面区域产生相当大的静压力或准静压力。另外，转动球式连接结构自然地和通常地只对回转运动产生很小的阻力，这在方位轴承的情况下，当风向迅速改变(例如阵风)时，会造成机器头部作“神经质的、不平稳的”向前和向后运动。为了解决这个问题，曾试图采用轨道运动的阻尼控制或利用机械制动器(DE 4104137C2，19629168 C1和19814629 A1)。
作为比较，根据本发明的普通轴承在要求运动小时，能更好地承受大的力。另外，在这种情况下，轴承中的滑动摩擦是对过份混乱的沿轨道运动一种天然的阻尼。再者，因为阻止沿轨道运动开始进行的静摩擦总是比在克服静摩擦后产生的滑动摩擦大，并且基本上与运动副的材料无关，因此，在风向短期和/或较小改变的情况下，可完全抑止沿轨道的运动。
目前，普通轴承已经用来作为风力发电装置的方位轴承，但只是用在较小的装置中(Hau，“Windkraftanlagen”[“Wind Power Installation”]第270页)。在该书中没有讨论上述的控制功能，看来也不会讨论。
该普通轴承可以承受在所加负载方向和卸下方向二个轴向方向上的垂直力。抗摩擦衬垫可用销子固定，也可以粘接在环形肋上。为了检查抗摩擦衬垫和检查转动轴承，并且如果必要的话，更换抗摩擦衬垫或共同工作的轴承零件的扇形块，在机器头部法兰上最好至少有一个可关闭的维修用开口(该开口例如可用一个堵头关闭)。通过转动该机器头部，可以检查和维修整个转动轴承。
最好，该抗摩擦衬垫块由金属塑料复合材料制成，带有钢制的背面和小突起状的乙缩醛共聚物制的支承表面。
该普通轴承的润滑是从下向上连续的润滑装置进行的。用过的旧的油脂排出至轴承顶部的外面并收集起来。为此目的，在环形肋与其中的抗摩擦衬垫啮合的环形槽的下面，一个在圆周方向延伸的密封件装在机器头部的法兰中。该密封件可密封住相对于塔架头法兰的间隙。在该环形槽上面的顶部上，一条密封带与机器头部法兰固定，使该密封带的自由区域压在塔架头法兰的顶部。
附图表示了本发明的实施例。其中：
图1为根据本发明的普通轴承一般形式的横截面的示意图；
图2为缩小比例的由扇形块组成的外环的平面图，该外环带有图1所示的普通轴承的沿径向向内的环形肋；
图3为在普通轴承分开的状态下，通过塔架支承的风力发电设备的机器头部壳体的横截面图，图中，机器头部法兰和塔架上端由塔架头部法兰支承；
图4为在装配状态下的基本上与图3相对应的放大图；
图5表示轴承横截面(图4中用X表示的圆圈部分)的局部放大图；和
图6为带有轨道驱动装置的机器头部的一部分的示意性平面图。
图1示意性地表示根据本发明的普通轴承的结构和配置，其外滚道或外环104固定在没有详细表示的一个支承结构101上。外环104沿径向向内延伸成一个环形肋106，该环形肋的横截面为沿径向向内形成一个锥度的梯形。环形肋106的向上和向下的侧面，基本上用抗摩擦衬垫块108形式的抗摩擦衬垫铺衬。该衬垫块108可用(例如)销子或粘接剂固定地安装在环形肋上，但可取下。同样的抗摩擦衬垫块107安装在环形肋106的内圆周表面上。
带有抗摩擦衬垫块107，108的环形肋106与内滚道或内环122啮合。该内环是可围绕轴线112转动的结构110的一部分，该结构110与外环104一起构成一个普通轴承。
图2表示外环104再被细分成扇形块104′，这些扇形块利用螺钉123固定在支承结构101上。扇形块104′的横向的相对方位可另外由槽与舌片连接等结构保证。还可以看出，在环形肋106的肋部分106′上的抗摩擦衬垫块108，在磨损或需要作其他维修时，可与外环的扇形块104′一起取下。这个工作可以较容易地进行，因为在支承结构101和轴承内环122(图1)之间安装有一个动力提升装置(没有示出)。该提升装置只在轴承静止不动状态下，提升上述结构110，从而可允许松开螺钉连接123，和可以在径向向外方向上，取下单个的扇形块104′。
图3～图6表示在塔架和风力发电装置的机器头部之间使用根据本发明的普通轴承的情况。包括一个法兰环3和一个轴承外滚道或外环4的塔架头法兰2，固定在支承塔架1的上端。零件3和4用螺钉5连接在一起。轴承外环4的外侧上带有一个外齿轮30，传动装置的电机31(图6)的小齿轮与该外齿轮啮合，这样形成一个轨道驱动装置。
按照通常方式，机器头部壳体10具有一个转子(没有示出)的安装装置11，在该壳体内部放入风力发电装置的机械和电气部件(也没有示出)。机器头部法兰20固定在该机器头部壳体10的下侧，该机器头部法兰20包括一个环21和轴承的内滚道或内环122。利用螺钉23将零件21和22互相连接，并与机器头部壳体10连接。
在轴承内环22的外侧设置一个环形槽24。环形槽24部分地以环21作为其边界。在装配状态下(图4)，环形肋6与该环形槽24接合。环形肋6设置在塔架头法兰2的轴承外环4的内侧，并带有部分为圆椎形的抗摩擦衬垫块7，用于径向导向；而在环形肋6的顶部和下部，带有圆环形的抗摩擦衬垫块8，用于垂直导向。抗摩擦衬垫块7，8粘接在环形肋6的相应表面上，并可用销子固定(图5)。在与塔架轴线12平行的方向上，环形肋6(包括抗摩擦衬垫块8)的厚度比环形槽24的内部宽度稍微小些，因此，根据垂直力的相应方向不同，上部或下部的抗摩擦垫块压在环形槽24相应的壁上。
在机器头部法兰20上设有一个维修用的开口25，该开口即使在装配状态和风力发电装置工作时，可对抗摩擦衬垫块7，8进行检查和维修或更换。另外，在环形槽24下面的轴承内环22中，安装着一个密封件26，该密封件与轴承外环4的相应表面共同工作(见图5)。作为塔架头法兰2的一部分的放在环21中的一个带唇边密封件27压在轴承外环4的顶面上。
如上所述，轨道驱动装置由4个电机31构成，这些电机上所带的小齿轮与轴承外环4上的外齿轮30啮合(图6)。

Claims (14)

1.一种用于传递大的轴向力和低的弯曲力矩，同时共同工作的轴承零件之间的相对运动小的普通轴承，其特征为，设在一个共同工作的轴承零件(4，104)上的一个环形肋(6，106)与设在另一个共同工作的轴承零件(22，122)上的一个环形槽(24，124)啮合。
2.如权利要求1所述的普通轴承，其特征为，环形肋(6，106)的横截面为矩形。
3.如权利要求1所述的普通轴承，其特征为，环形肋(6，106)的横截面为向外逐渐减小的梯形。
4.如权利要求1、2或3所述的普通轴承，其特征为，该环形肋(6，106)在其自由侧面和可能还在圆周表面上带有抗摩擦的衬垫(7，8；107，108)。
5.如权利要求4所述的普通轴承，其特征为，抗摩擦衬垫(7，8；107，108)细分为块状，并固定但可以卸下地与环形肋(6，106)连接。
6.如权利要求5所述的普通轴承，其特征为，该抗摩擦衬垫块(7，8；107，108)由金属塑料复合材料制成，带有钢制的背面和(小突起状的)乙缩醛共聚物制的支承表面。
7.如上述权利要求中至少一条所述的普通轴承，其特征为，共同工作的轴承零件(4，104)中的一个零件也细分为扇形块形状，并且扇形块(104′)可以单个地从复合材料组件上取下。
8.如权利要求7所述的普通轴承，其特征为，铺衬着抗摩擦衬垫(7，8；107，108)的环形肋(6，106)细分为扇形块(106′)，并且可从径向方向的外部与向内设置的环形槽(24，124)啮合。
9.如权利要求7或8所述的普通轴承，其特征为，设有一个静止动力工作装置，用于在更换扇形块(104′，1 06′)时，在轴承静止不动状态下，卸除在共同工作的轴承零件(4，22；104，122)上的负载(提升该轴承零件)。
10.一种风力发电装置，它包括在塔架支承的机器头部(10)和塔架头(1)之间的一个根据上述权利要求中至少一条的普通轴承，其特征为，在该塔架头和机器头部之间设置一个轨道驱动装置(30，31)，用于根据风向使机器头部围绕塔架的垂直轴线转动；并且，该普通轴承还可为机器头部(10)在径向和轴向(塔架轴线12方向)导向。
11.如权利要求10所述的风力发电装置，其特征为，该普通轴承承受在轴向，所加负载的方向和卸下方向作用的垂直力。
12.如权利要求10或11所述的风力发电装置，其特征为，在与塔架轴线平行的方向上，环形肋6(包括抗摩擦的衬垫块8)的总厚度比环形槽(24)的内部宽度稍微小些。
13.如权利要求10～12中至少一条所述的风力发电装置，其特征为，在该环形槽(24)下面，一个在圆周上延伸的密封件(26)装在机器头部法兰(20)中，该密封件可使对于塔架头法兰(2)的间隙密封。
14.如权利要求10～13中至少一条所述的风力发电装置，其特征为，在机器头部法兰(20)上设置有至少一个可关闭的维修用的开口(25)，该开口形成共同工作的轴承零件上的一个部分。
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