DE102009049769A1

DE102009049769A1 - Lageranordnung für eine Windturbine

Info

Publication number: DE102009049769A1
Application number: DE102009049769A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Wagner
Original assignee: Suzlon Energy GmbH
Current assignee: Suzlon Energy GmbH
Priority date: 2009-10-16
Filing date: 2009-10-16
Publication date: 2011-04-21
Also published as: CN102639884A; WO2011045435A1; US20120224799A1; EP2488767A1; AU2010306501A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung für eine Windturbine, wobei die Lagerordnung zwei Lagerpartner hat, die verdrehbar um eine gemeinsame Achse zueinander angeordnet sind. Zwischen den Lagerpartnern ist ein in einer Axialrichtung wirksamer Gleitbelag vorgesehen. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Lageranordnung für eine Windturbine zur Verfügung zu stellen, die unter anderem die Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Insbesondere soll eine wartungsfreundliche und kraftflussoptimierte Anordnung der Gleitbeläge ermöglicht werden. Die Austauschbarkeit der Gleitbeläge soll auf einfache und kostengünstige Weise verbessert werden. Weiterhin besteht die Option, dass die Lageranordnung gleichzeitig als aktive Bremse dienen kann. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Hauptanspruches 1 gelöst, indem die einzelnen Gleitbeläge in Taschen zwischen den beiden Lagerpartnern angeordnet sind, wobei die Taschen in dem Material des Maschinenträgers vorgesehen sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung für eine Windturbine, wobei die Lagerordnung zwei Lagerpartner hat, die verdrehbar um eine gemeinsame Achse zueinander angeordnet sind. Zwischen den Lagerpartnern ist ein in einer Axialrichtung wirksamer Gleitbelag vorgesehen. Bei Windturbinen sind derartige Lageranordnungen zwischen dem Turm der Anlage und der Gondel angeordnet und dienen unter anderem der Aufnahme und Ableitung von Schub-, Kreisel- und Gierkräften aus dem Maschinenträger der Gondel in den Turm. Dabei wird mittels der Lageranordnung, des so genannten Azimutlagers und des Azimutantriebes die Windnachführung der Gondel ermöglicht. Dabei wird die Gondel in der horizontalen Ebene derart um eine im Wesentlichen vertikale Drehachse gedreht, so dass der Wind senkrecht eine Drehebene des Rotors anströmt und folglich die Energieausbeute maximiert wird.
Eine solche Lageranordnung ist aus der EP 124702181 bekannt. Dabei wird ein Gleitlager angeführt, wobei eine Ausführungsform die im Oberbegriff des Hauptanspruches aufgeführten Merkmale aufzeigt. Eine an einem Lagerpartner angeordnete Ringrippe greift in eine an einem anderen Lagerpartner vorgesehene Ringnut, die mit Umfangsflächen mit Gleitbelägen versehen ist. Die Gleitbeläge sind segmentartig unterteilt und mit der Rippe fest, aber lösbar verbunden. Dies erlaubt die Inspektion der Gleitbeläge und, wenn nötig, deren Auswechseln im Betrieb. Der Außenring ist in Segmente unterteilt, welche mittels Schrauben am Stützgerüst befestigt sind. Dies ist als nachteilig zu bewerten, da die Anzahl der im Kreis angeordneten Beläge sehr hoch ist. Dies erfordert eine hohe Stückzahl, also höhere Kosten, bedingt einen erhöhten Verschleiß und somit eine erhöhte Notwendigkeit des Austauschens der Beläge. Des Weiteren ist das Austauschen der Beläge durch ihre Befestigung mittels Schrauben erschwert.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Lageranordnung für eine Windturbine zur Verfügung zu stellen, die unter anderem die Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Insbesondere soll eine wartungsfreundliche und kraftflussoptimierte Anordnung der Gleitbeläge ermöglicht werden. Die Austauschbarkeit der Gleitbeläge soll auf einfache und kostengünstige Weise verbessert werden. Weiterhin besteht die Option, dass die Lageranordnung gleichzeitig als aktive Bremse dienen kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Hauptanspruches 1 gelöst, indem die einzelnen Gleitbeläge in Taschen zwischen den beiden Lagerpartnern angeordnet sind, wobei die Taschen in dem Material des Maschinenträgers vorgesehen sind.
Die axialen Gleitbeläge sind plattenförmig gestaltet, so dass sie aus Plattenmaterial zugesägt werden können, wodurch aufwendige Fräs- oder Dreharbeiten nicht erforderlich sind.
An der Tasche ist mindestens ein Anschlag derart vorgesehen, dass der Gleitbelag anlegbar ist, und so zwischen dem Gleitbelag und dem Lagerpartner ein Formschluss zur Kraftübertragung vorgesehen ist, der in Umfangsrichtung wirksam ist. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass weniger Beläge vorgesehen sind, die in den Taschen angeordnet sind.
Eine vorteilhafte Ausprägung der Erfindung ist, dass die Konstruktion so angelegt ist, dass die nötige maschinelle Bearbeitung einseitig an der Unterseite des Maschinenrahmens erfolgen kann. Das Spanvolumen ist klein, an Form- und Lagetoleranzen sowie an die Oberflächengüte werden keine besonderen Anforderungen gestellt.
Die Tasche ist als Ausnehmung direkt in einem der Lagerpartner (), empfehlenswert direkt am Maschinenträger, vorgesehen. Die Tasche erstreckt sich bis zu einem radialen Rand des Maschinenrahmens, womit die Austauschbarkeit der Gleitbeläge vereinfacht und kostengünstiger wird.
Die Tasche ist derart ausgebildet ist, dass der Gleitbelag in Radialrichtung montierbar ist. Dadurch, dass die Gleitbeläge in Segmente unterteilt sind, können sie einzeln ausgewechselt werden. Die Tasche umfasst einen ersten radial wirksamen Anschlag, welcher die Bewegungsmöglichkeit des Gleitbelags in montiertem Zustand begrenzt. So wird verhindert, dass sich die Gleitbeläge radial aus der Tasche arbeiten können. Ein zweiter radial wirksamer Anschlag, der als Stopper ausgebildet ist, legt die radiale Position des montierten Gleitbelags fest.
Die axialen Gleitbeläge sind federbelastet. Durch die Nachgiebigkeit der Tellerfederkonstruktion ist das System relativ unempfindlich gegen Unebenheiten des Lagerrings. Weiterhin bietet das System die Möglichkeit, durch Änderung der axialen und radialen Vorspannung die Hemmung in einem weiten Bereich einstellen zu können. Die Einstellung der radialen Vorspannung erfolgt über die vertikale Verschiebung des konischen Gleitbelages. Hierzu sind sowohl im Maschinenrahmen als auch in der Riegelplatte Einstellschrauben vorgesehen, über die der radiale Belag entlang des Keils verschoben werden kann.
Zum Austauschen der Gleitbeläge sind Hubmittel vorgesehen. Die unteren Gleitbeläge werden von der Federspannung entlastet, so dass die Gleitbeläge unbeaufschlagt in den Taschen liegen. Die beiden Lagerpartner werden durch Hydraulikstempel, die temporär eingebaut und mittels einer manuell arbeitenden Hydraulikpumpe betrieben werden, voneinander abgehoben und die Gleitbeläge können ausgetauscht werden.
Ein Lagerpartner umgreift den anderen Lagerpartner in Axialrichtung, wobei ein weiterer Gleitbelag zwischen den Lagerpartner vorgesehen ist. Dabei ist ein Lagerpartner, der als Maschinenträger ausgebildet ist, zu einem anderen Lagerpartner, der als Lagerring ausgebildet ist, verdrehbar um eine gemeinsame Achse zueinander angeordnet. Am Lagerring ist eine Außenverzahnung vorgesehen. Es sei angemerkt, dass die Lagerung sowohl innen als auch außen geführt werden kann. Dementsprechend ist die an den Lagerring angebrachte Verzahnung außen oder innen angebracht, allerdings sind Innenverzahnungen in der Regel mit höheren Herstellungskosten verbunden.
Die Schmiermittelversorgung wird durch eine Schmiereinheit im Maschinenträger sichergestellt. Nach einer gewissen Gebrauchsdauer der Lageranordnung kann von außen nachgeschmiert werden, um einen etwaigen Schmiermittelverlust auszugleichen. Ein einfacher Filzbelag mit Schmiermittelzuführung gewährleistet die Schmierung der Beläge.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt daran, dass mindestens eine aktiv ansteuerbare Bremsvorrichtung in einem Lagerpartner vorgesehen ist. Hydraulikzylinder lassen sich dafür anstelle der Tellerfedereinheiten in die entsprechenden Bohrungen der Riegelplatten einsetzen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus den Zeichnungen anhand der Beschreibung hervor.
In den Zeichnungen zeigt
1 eine Darstellung einer Windturbine,
2 eine perspektivische Sicht auf eine Unterseite einer ersten Ausführungsform einer Lageranordnung einer Windturbine gem. 1,
3 eine weitere Ansicht der Lageranordnung gemäß 2,
4 eine Aufsicht auf die Lageranordnung gemäß 2,
5 einen Schnitt durch die Lageranordnung entlang der Linie B-B gemäß 4
6 einen Schnitt durch die Lageranordnung entlang der Linie C-C gemäß 4,
7 einen Schnitt durch die Lageranordnung entlang der Linie A-A gemäß 4.
1 zeigt eine Windturbine 2 mit einem Turm 3 und ein drehbares Maschinenhaus 37, das auf dem Turm 3 positioniert ist. Das Maschinenhaus ist auf Grund der notwendigen Windnachführung über eine Lageranordnung 1, das sogenannte Azimutlager, drehbar um eine vertikale Achse 5 auf dem Turm 3 gelagert. Die Windrichtungsnachführung wird durch das Azimutlager 1 und die Azimutantriebe ausgeführt. In dem Maschinenhaus 37 befinden sich befinden sich der Triebstrang, der eine Rotorwelle und ein Getriebe umfasst, und einen mit der schnellen Welle des Getriebes verbundenen Generator. Der Triebstrang ist über ein Rotorlager und über das Getriebe auf dem Maschinenträger 10 gelagert. An der Rotorwelle befindet sich ein Rotorflansch, an dem die Nabe 38 angeordnet ist. Die Nabe 38 nimmt die Rotorblätter 4 auf und überträgt die auf das Rotorblatt 4 wirkenden Kräfte auf die Rotorwelle. Die erfindungsgemäße Lageranordnung 1 ist auch in anderen Typen von Windturbinen anwendbar.
2 zeigt die oben genannte Lageranordnung 1, bezüglich der Montageposition, von der unteren Seite. Dabei sieht man die Lageranordnung 1 in montiertem Zustand. Ein erster Lagerpartner 9 ist als Maschinenträger 10 mit Verschlussplatten 11 ausgebildet. Die Verschlussplatten 11 sind derart mit dem Maschinenträger 10 verbunden, so dass diese einen zweiten, als Lagerring 12 ausgebildeten Lagerpartner in Axialrichtung 8 von innen umgreifen (5). Der Lagerring 12 ist mit einem Zahnkranz 13 versehen, kann über Bohrungen 14 mit dem Turmflansch Turms 3 verbunden werden. Am Lagerring 12 ist eine Außenverzahnung vorgesehen, in die nicht dargestellten Azimutantriebe eingreifen können. Um die Azimutantriebe in dem Maschinenträger 10 aufnehmen zu können, sind Aufnahmeausnehmungen 21 für die Antriebe eingelassen. Weiterhin sind in den Verschlussplatten 11 Gleitvorrichtungen 16 vorgesehen, die jeweils mit einem integrierten, vorgespannten Gleitbelag 19 ausgestattet sind. Über Einstellschrauben 29 für die axiale und radiale Vorspannung kann die Lagerreibung in einem weiten Bereich eingestellt werden.
3 offenbart die Lageranordnung 1 gemäß 2, wobei der Lagerring 12 nicht dargestellt ist. Hier wird der Maschinenträger 10 mit axialen 17 und radialen Gleitlagerbelägen 18 gezeigt. Die axialen Gleitbeläge 17 sind in Taschen 20 angeordnet, wobei die Taschen 20 in dem Material des Maschinenträgers 10 vorgesehen sind. Die Taschen 20 erstrecken sich bis zum radialen Rand 6 des Maschinenträgers 10. Dadurch ist der Gleitbelag 17 besonders einfach in Radialrichtung 8 montierbar. In den Taschen 20 sind Stopper 22 als arretierender Anschlag anordenbar, die sicherstellen, dass sich die axialen Gleitbeläge 17 nicht radial aus der Tasche 20 arbeiten können. Weiterhin sind im Maschinenträger 10 Aufnahmebohrungen 33 für Hydraulikstempel 30 vorgesehen. Diese Hydraulikstempel 30 dienen zum besseren Austausch der Gleitbeläge 17.
In einer Tasche 31 auf dem Maschinenträger 10 ist eine Schmiervorrichtung 33 zum Schmieren der axialen, dem Maschinenträger 10 zugewandten, Lageroberfläche des Lagerrings 12 und der Beläge 17 des Maschinenträgers 10 angeordnet. Es ist denkbar, mehrere Schmiervorrichtungen über den Umfang verteilt anzuordnen. Ein einfacher Filzbelag mit Schmiermittelzuführung gewährleistet die Schmierung der radialen 18 und axialen Beläge 17, 19.
4 zeigt eine Aufsicht auf den Maschinenträger 10 mit dem montierten Lager 1. Darin sind die Schnitte A-A, B-B sowie C-C eingezeichnet, die in den 5, 6 und 7 dargestellt sind, und in den nachfolgenden erläutert werden.
Anhand des in 5 gezeigten Schnitts entlang der Linie B-B aus 4 wird der Detailaufbau der Lageranordnung 1 beschrieben. Durch die U-förmige Kontur des ersten Lagerpartners 9, also des Maschinenträgers 10 und der Verschlussplatte 11, wird erreicht, dass sich das Maschinenhaus 37 nicht vom zweiten Lagerpartner, also dem Lagerring 12, abheben kann.
Die in der Verschlussplatte 11 vorspannbare, untere Gleitvorrichtung 16 umfasst ein zylinderförmiges Gehäuse 24, welches mit einem Stopfen 25 formschlüssig verschlossen ist. In diesem Stopfen 25 ist eine Einstellschraube 28 mit Kontermutter 26 axial eingeschraubt, welche die Tellerfedern 27 beaufschlagt. Die Tellerfedern 27 erzeugen eine Vorspannkraft, die auf den Gleitbelag 19 wirkt. Durch die Gleitvorrichtung 16 kann eine Bohrung führen, die mit einer nicht dargestellten Schmiermittelversorgung verbindbar ist
Um die Gleitbeläge 17 des Maschinenträgers 10 auszutauschen, werden die Vorspanneinrichtungen 16 aufgeschraubt, so dass die unteren Gleitbeläge 19 von der Vorspannung entlastet werden. Danach werden die Hydraulikstempel 30, die temporär eingebaut sein können, und mittels einer Hydraulikpumpe betrieben werden können, aktiviert. Durch diese wird der Maschinenträger 10 vom Lagerring 12 abgehoben, so dass die Gleitbeläge 17 unbeaufschlagt auf dem Lagerring 12 in den Taschen 20 bzw. auf dem Lagerring 12 liegen. Dann wird die Arretierung 22 geöffnet und die Gleitbeläge 19 können in Radialrichtung 8 aus den Taschen 20 herausgenommen und ausgetauscht werden. Nach dem Wechsel wird die Arretierung 22 wieder angelegt und der Maschinenträger 10 abgesenkt.
Zur Implementierung einer aktiven Bremse lassen sich anstelle der Tellerfedereinheiten 27 ansteuerbare Betätigungsmittel, wie Hydraulikzylinder 30 in die entsprechenden Bohrungen einsetzen.
Die radialen Gleitbeläge 18 liegen am Maschinenträger 10 an und sind in dieser Ausführungsform in Keilform ausgebildet. Die Einstellung der radialen Vorspannung erfolgt über die axiale Verschiebung des keilförmigen Gleitbelages 18. Hierzu sind Einstellschrauben 23 im Maschinenträger 10 vorgesehen, über welche der radiale Belag 18 axial verschoben werden kann. Im Rahmen der Erfindung können auch andere radiale Lager alternativ vorgesehen sein, zum Beispiel kann dieses auch in Buchsenform ausgebildet sein.
In 6 ist ein Schnitt entlang der Linie A-A dargestellt. Dabei wird der Aufbau der unteren Schmiervorrichtung 32 der Lageranordnung 1 verdeutlicht. Hier sind der obere 17 der radiale Gleitbelag 18 zwischen Maschinenträger 10 und Lagerring 12 dargestellt. Über eine Bohrung wird einem Filzbelag 36 Fett zugeführt, der die Gleitbeläge 18 schmiert.
7 zeigt einen Schnitt durch die Tasche 20 und den Gleitbelag 17 des Maschinenträgers 10. Dadurch wird deutlich, dass der obere Gleitbelag 17 drehfest mit dem Maschinenträger 10 verbunden in der Tasche 20 vorgesehen ist. Die auf den Gleitbelag 17 wirkende Umfangskraft, verursacht durch die Reibung der Lageranordnung 1, wird über Anschläge 29 in Umfangsrichtung 15 aus dem Gleitbelag 17 in den Maschinenträger 10 abgeleitet. Diese Anschläge 29 werden durch die tangentialen Flächen der Tasche 20 gebildet.
Die in den beschriebenen Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmalskombinationen sollen nicht limitierend auf die Erfindung wirken, vielmehr sind auch die Merkmale der unterschiedlichen Ausführungen miteinander kombinierbar.
Bezugszeichenliste

1: Lageranordnung
2: Windturbine
3: Turm
4: Rotorblatt
5: Drehachse
6: Rand
7: Axialrichtung
8: Radialrichtung
9: Lagerpartner
10: Maschinenträger
11: Verschlussplatte
12: Lagerring
13: Zahnkranz
14: Bohrung für Turmflansch
15: Umfangsrichtung
16: Gleitvorrichtung
17: Gleitbelag
18: Gleitbelag
19: Gleitbelag
20: Tasche
21: Aufnahmeausnehmung
22: Anschlag
23: Einstellschraube
24: Gehäuse
25: Stopfen
26: Kontermutter
27: Tellerfedern
28: Einstellschraube
29: Tangentialer Anschlag
30: Hydraulikstempel
31: Aufnahmetasche
32: Schmiervorrichtung
33: Schmiervorrichtung
34: Anschlag
35: Stopper
36: Filzbelag
37: Maschinenhaus
38: Nabe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 124702181 [0002]

Claims

Lagervorrichtung (1) für eine Windturbine (2), – mit einem ersten Lagerpartner (9) und – einem zweiten Lagerpartner (12), – wobei beide Lagerpartner (9, 12) verdrehbar um eine gemeinsame Achse (5) zueinander angeordnet sind, – mit einem zwischen den Lagerpartnern (9, 12) in einer Axialrichtung (7) wirksamen Gleitbelag (17), dadurch gekennzeichnet, dass – in einem der Lagerpartner (9) eine Tasche (20) vorgesehen ist, – und der Gleitbelag (17) in der Tasche (20) angeordnet ist, – wobei an der Tasche (20) mindestens ein Anschlag (29) derart vorgesehen ist, – dass an der Tasche (20) der Gleitbelag (17) anlegbar ist, und – dass zwischen dem Gleitbelag (17) und dem Lagerpartner (10) ein Formschluss zur Kraftübertragung in Umfangsrichtung (15) wirksam vorgesehen ist.
Lagervorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tasche (20) derart ausgebildet ist, dass der Gleitbelag (17) in Radialrichtung (8) montierbar ist.
Lagervorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Tasche (20) bis zu einem radialen Rand (6) des Lagerpartners (10) erstreckt.
Lagervorrichtung (1) nach einem oder mehreren der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tasche (20) einen ersten radial wirksamen Anschlag (22) derart umfasst, welcher die Bewegungsmöglichkeit des Gleitbelags (17) in montiertem Zustand begrenzt.
Lagervorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter radial wirksamer, als Stopper (35) ausgebildeter Anschlag (34) vorgesehen ist, welcher derart an der Tasche (20) montierbar ist, so dass er die radiale Position des montierten Gleitbelags (17) festlegt.
Lagervorrichtung (1) nach einem oder mehreren der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Hubmittel (30) vorgesehen sind, mittels derer die Lagerpartner (9, 12) derart voneinander abhebbar sind, dass der Gleitbelag (17) unbeaufschlagt in der Tasche (20) angeordnet und austauschbar ist.
Lagervorrichtung (1) nach einem oder mehreren der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Lagerpartner (9) teilweise als Maschinenträger (10) der Windturbine (2) ausgebildet ist, und der andere Lagerpartner als Lagerring (12) ausgebildet ist.
Lagervorrichtung (1) nach einem oder mehreren der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lagerpartner (9) den anderen Lagerpartner (12) in Axialrichtung umgreift, wobei ein weiterer axial wirksamer Gleitbelag (19) zwischen den Lagerpartnern (9, 12) vorgesehen ist.
Lagervorrichtung (1) nach einem oder mehreren der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tasche (20) als Ausnehmung direkt in einem der Lagerpartner (10, 12) vorgesehen ist.
Lagervorrichtung (1) nach einem oder mehreren der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tasche (20) als Ausnehmung direkt im Maschinenträger (10) vorgesehen ist.
Lagervorrichtung (1) nach einem oder mehreren der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schmiervorrichtung (32, 33) in einem Lagerpartner (9, 12) vorgesehen ist.
Lagervorrichtung (1) nach einem oder mehreren der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine aktiv ansteuerbare Bremsvorrichtung in einem Lagerpartner (9, 12) vorgesehen ist.
Windturbine (2) mit einer Lageranordnung (1) nach einem oder mehreren der voran stehenden Ansprüche.