JP7152596B2 - 風力タービンのロータのベアリングアセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、風力タービンのロータのベアリングアセンブリに関する。

風力タービンのロータブレードに連結されかつ風力タービンのロータブレードによって駆動される風力タービンのロータを取り付けるために、これまで、実践では回転ベアリングが排他的に使用されてきた。回転ベアリングが故障した場合、駆動トレイン全体を分解する必要がある。ほとんどの場合、これは風力タービンの完全な分解を必要とする。

特許文献１から、スライドベアリングを利用する風力タービンのロータのベアリングアセンブリが公知となっている。ベアリングアセンブリは、互いから所定の軸方向距離をおいて配置された少なくとも２つのスライドベアリングを備えており、スライドベアリングは、スライドベアリングパッドで構成されており、これらスライドベアリングは、互いに対して角度を付けて配置された平面内に位置決めされている。スライドベアリングのスライドベアリングパッドは、スライドベアリングセグメントを提供し、傾斜したレースウェイ上に位置決めされており、その結果、それぞれのスライド面からなる球形状が必要とされる。それぞれのスライドベアリング面のそうした球形状は、多額の費用でのみ製造することができる。さらに、そうしたベアリングアセンブリを設計できるようにする検証済みの流体力学シミュレーションツールはこれまで公知となっていない。

一方では容易に製造でき、他方では故障した場合に風力タービンを完全に分解することを必要としない風力タービンのロータのベアリングアセンブリが必要とされている。

国際公開第２０１１／１２７５１０号パンフレット

ここから始まり、本発明は、風力タービンのロータの新しいタイプのベアリングアセンブリを作り出すという目的に基づく。

この目的は、請求項１に記載のベアリングアセンブリによって解決される。風力タービンの固定ハウジング内に風力タービンのロータを取り付けるための本発明に基づくベアリングアセンブリは、少なくとも以下のアセンブリを備える：第一に、ロータに係合するロータ側軸方向スライドベアリングセグメントであって、ロータとともに回転し、かつハウジングのスライド面に接して支持される、ロータ側軸方向スライドベアリングセグメント。第二に、ハウジングに係合するハウジング側軸方向スライドベアリングセグメントであって、ハウジングにともに固定され、かつロータの第１のスライド面に接して支持される、ハウジング側軸方向スライドベアリングセグメント。第三に、ハウジングに係合するハウジング側半径方向スライドベアリングセグメントであって、ハウジングにともに固定され、かつロータの第２のスライド面に接して支持される、ハウジング側半径方向スライドベアリングセグメント。これら軸方向スライドベアリングセグメントは、ロータ側軸方向スライドベアリングセグメントとハウジング側軸方向スライドベアリングセグメントとを包含する。軸方向スライドベアリングセグメントは軸方向スライド面に支持される、つまりロータ側軸方向スライドベアリングセグメントはハウジングの軸方向面に支持され、かつハウジング側軸方向スライドベアリングセグメントはロータの軸方向面に支持されている。ハウジング側半径方向スライドベアリングセグメントは、ロータの半径方向面または周面に支持されている。ベアリングアセンブリが故障した場合、個々のスライドベアリングセグメントに個別にアクセスでき、その結果、駆動トレイン全体または風力タービン全体を分解する必要はない。スライド面の球形状は必要でない。ベアリングアセンブリを容易に製造することができる。

本発明の有利なさらなる展開例によれば、ベアリングアセンブリは、ロータのハブまたはシャフトにしっかりと接続されたロータ側スラストカラーを形成するロータの半径方向突出部を備えており、ロータ側軸方向スライドベアリングセグメントは、この半径方向突出部に固定されている。ハウジング側軸方向スライドベアリングセグメントは、ロータ側スラストカラーに接して支持されている。ハウジング側半径方向スライドベアリングセグメントは、ロータのハブまたはシャフトに接して支持されている。これによって、ベアリングアセンブリの容易な製造が可能になる。故障した場合、個々のスライドベアリングセグメントに個別にアクセスすることができる。

本発明の有利なさらなる展開例によれば、ベアリングアセンブリは、ハウジング側軸方向スライドベアリングセグメントとさらにハウジング側半径方向スライドベアリングセグメントとの両方を受け入れるハウジング側セグメントホルダを備えており、当該セグメントホルダは取り外し可能にハウジングに固定されている。優先的には、セグメントホルダはセグメントに分割されており、セグメントホルダの各々のセグメントは、少なくとも１つのハウジング側軸方向スライドベアリングセグメントと少なくとも１つのハウジング側半径方向スライドベアリングセグメントとを受け入れる。

セグメントホルダは、ハウジング側スライドベアリングセグメントを単純に受け入れるのに役立つ。とりわけセグメントホルダもセグメントに分割されている場合、個々のスライドベアリングセグメントに、明確にはセグメントホルダのそれぞれのセグメントに固定されたハウジング側スライドベアリングセグメントに、故障した場合に特に有利にアクセスすることができる。

ハウジング側軸方向スライドベアリングセグメントを取り除くために、本発明の有利なさらなる展開例によれば、取り除かれるハウジング側軸方向スライドベアリングセグメントとともにセグメントホルダのうち同じセグメントに取り付けられた特定のハウジング側半径方向スライドベアリングセグメントは、最初にセグメントホルダのそれぞれのセグメントから取り外すことができ、これに続いて、セグメントホルダのそれぞれのセグメントは、ハウジングから取り外すことができ、かつ取り外されるハウジング側軸方向スライドベアリングセグメントとともに取り除くことができる。これによって、ハウジング側スライドベアリングセグメントへの簡単かつ有利なアクセスが可能となる。

優先的には、ロータ側軸方向スライドベアリングセグメントのためのねじ開口部がハウジング上に形成されており、当該開口部を介してロータ側軸方向スライドベアリングセグメントを取り付けかつ取り外すことができる。ねじ開口部は、個々のロータ側軸方向スライドベアリングセグメントへの簡単かつ個別のアクセスを可能にする。

本発明の好ましいさらなる展開例は従属請求項および以下の説明から得られる。本発明の例示的な実施形態について図面を用いてより詳細に説明するが、これに限定されない。

本発明に基づく風力タービンのロータのベアリングアセンブリの斜視図である。 図１のベアリングアセンブリの第１の断面図である。 図１のベアリングアセンブリの第２の断面図である。 第１の力の矢印を含む図２の断面図である。 第２の力の矢印を含む図２の断面図である。 ベアリングアセンブリの個々のセグメントへのアクセスを例示するための、図２と同様のベアリングアセンブリの複数の断面図を示す図である。 ベアリングアセンブリの個々のセグメントへのアクセスをさらに例示するためのベアリングアセンブリの複数の側面図を示す図である。

本発明は、ロータブレードに連結される風力タービンのベアリングアセンブリに関する。そうした風力タービンのロータは、風力タービンのメインロータとも称される。

図１は、本発明に基づく風力タービンのロータのベアリングアセンブリの斜視図を示す。図２および図３は、ベアリングアセンブリ１０の断面を抜粋して示しており、明確には図３は斜視断面を抜粋して示す。

図１、図２および図３のベアリングアセンブリ１０は、風力タービンの固定ハウジング１２内に風力タービンのロータ１１を取り付けるのに役立ち、複数のスライドベアリングセグメントを備える。

そのため、ベアリングアセンブリ１０は、ロータ側軸方向スライドベアリングセグメント１３を備える。

ロータ側軸方向スライドベアリングセグメント１３は、ロータ１１に係合するかまたはロータ１１に固定され、ロータ１１とともに回転し、かつハウジング１２に接して、明確にはハウジング１２の軸方向スライド面１４に接して支持されており、ハウジング１２の軸方向スライド面１４は、ハウジング１２のうち半径方向に延在するハウジングセクション１２ａ上に形成される。

これらロータ側軸方向スライドベアリングセグメント１３に加えて、ベアリングアセンブリ１０は、ハウジング側軸方向スライドベアリングセグメント１５を備える。

ハウジング側軸方向スライドベアリングセグメント１５は、ハウジング１２に係合するかまたはハウジング１２に固定されている、つまり軸方向に延在するハウジングセクション１２ｂに係合する。これらハウジング側軸方向スライドベアリングセグメント１５は、ロータ１１に、明確にはロータ１１の半径方向突出部１７によって形成されるロータ１１の軸方向スライド面１６に接して支持されており、突出部１７は、ロータ１１のシャフト１８の一体部分である。半径方向突出部１７は、シャフト１８を起点として、シャフト１８周りで半径方向外側へかつ円周方向に延在している。ロータブレード２０が係合するロータ１１のハブ１９は、シャフト１８に係合する。

ロータ側軸方向スライドベアリングセグメント１３およびハウジング側軸方向スライドベアリングセグメント１５に加えて、ベアリングアセンブリ１０は、ハウジング側半径方向スライドベアリングセグメント２１を備える。

これらハウジング側半径方向スライドベアリングセグメント２１は、続いて、ハウジング１２に係合するかまたはハウジング１２に接続されており、ハウジング側半径方向スライドベアリングセグメント２１は、次に、ロータ１１で、明確にはロータ１１のシャフト１８によって画定されるロータ１１の円周方向スライド面２２上で支持される。

そのため本発明に基づくベアリングアセンブリ１０は、少なくともロータ側軸方向スライドベアリングセグメント１３と、ハウジング側軸方向スライドベアリングセグメント１５と、ハウジング側半径方向スライドベアリングセグメント２１とを備えており、軸方向スライドベアリングセグメント１３、１５は、ロータ１１の半径方向に対して垂直に延びる軸方向スライド面１４、１６上で支持されており、一方で、半径方向スライドベアリングセグメント２１は、ロータ１１の円周方向スライド面２１上で支持されている。スライド面の球形状は、本発明に基づくベアリングアセンブリには設けられない。

ハウジング側軸方向スライドベアリングセグメント１５が支持されるロータ１１のシャフト１８の半径方向突出部１７は、ロータ側スラストカラーを形成する。このロータ側スラストカラー１７または半径方向突出部１７上に（特に図３に見られる）軸方向突出部２３が形成され、軸方向突出部２３は、ロータ側軸方向スライドベアリングセグメント１３のための受け入れポケット２４を画定する。複数のそうした受け入れポケット２４は外周にわたって形成され、これら受け入れポケット２４の各々には、ロータ側軸方向スライドベアリングセグメント１３が配置される。

ロータ側軸方向スライドベアリングセグメント１３は、ロータ１１に対して、明確には突出部またはスラストカラー１７で、つまり適切な固定ねじ２５を用いて図３に基づいて接続されている。

スラストカラー１７は、スラストカラー１７のうちロータ側軸方向スライドベアリングセグメント１３がロータ１１のスラストカラー１７に接続される側の反対に位置される軸方向スライド面１６を形成しており、軸方向スライド面１６上で、ハウジング側軸方向スライドベアリングセグメント１５が支持される。

ロータ側軸方向スライドベアリングセグメント１３は、実際のスライド本体１３ｂを受け入れるホルダ１３ａを備える。

それぞれのスライド本体１３ｂは、ねじ１３ｃを介してホルダ１３ａ内に取り付けられており、ねじ１３ｃは、ホルダ１３ａのカバー１３ｄを通ってスライド本体１３ｂ内へ延在する。スライドベアリング１３ｂとホルダ１３ａとの間には、皿ばね１３ｅが配置されている。

ハウジング側セグメントホルダ２６は、ハウジング側スライドベアリングセグメント１５および２１、つまりハウジング側軸方向スライドベアリングセグメント１５およびハウジング側半径方向スライドベアリングセグメント２１を、ハウジング１２のハウジングセクション１２ｂに取り付けるかまたは固定するのに役立つ。このハウジング側セグメントホルダ２６は、優先的にセグメントに分割されて、複数のセグメント２７を備える。

セグメントホルダ２６の各セグメント２７は、ハウジング１２に接続されているかまたは図示されていない固定手段を用いてハウジング１２に固定されている。ハウジング側セグメントホルダ２６の各セグメント２７には、少なくとも１つのハウジング側軸方向スライドベアリングセグメント１５および少なくとも１つのハウジング側半径方向スライドベアリングセグメント２１が取り外し可能に固定されている。セグメントホルダ２６のそれぞれのセグメント２７上のハウジング側スライドベアリングセグメント１５、２１のこの取り外し可能な固定は、続いて、図示されていない固定装置を用いて実施される。

図示される好ましい例示的な実施形態では、単一のハウジング側軸方向スライドベアリングセグメント１５および単一のハウジング側半径方向スライドベアリングセグメント２１が、セグメントホルダ２６のそれぞれのセグメント２７に固定されている。これとは対照的に、セグメントホルダ２６の各セグメント２７上に、複数のハウジング側軸方向スライドベアリングセグメント１５および複数のハウジング側半径方向スライドベアリングセグメント２１の各々を固定することができ、この時、セグメントホルダ２６のそれぞれのセグメント２７に受け入れられるハウジング側軸方向スライドベアリングセグメント１５の数は、優先的には、セグメントホルダ２６のそれぞれのセグメント２７に受け入れられる半径方向スライドベアリングセグメントの数に対応する。

さらに、これとは対照的に、セグメントホルダ２６のそれぞれのセグメント２７に受け入れられるハウジング側軸方向スライドベアリングセグメント１５の数を、セグメントホルダ２６のそれぞれのセグメント２７に受け入れられるハウジング側半径方向スライドベアリングセグメント２１の数から逸脱させることも可能であり、第１のバージョンではとりわけ２つのハウジング側軸方向スライドベアリングセグメント１５および単一のハウジング側半径方向スライドベアリングセグメント２１がそれぞれのセグメント２７に受け入れられるように、あるいは第２のバージョンによれば単一のハウジング側軸方向スライドベアリングセグメント１５および２つのハウジング側半径方向スライドベアリングセグメント２１がそれぞれのセグメント２７に受け入れられるように、提供することができる。

ハウジング側軸方向スライドベアリングセグメント１５の各々は、ロータ側軸方向スライドベアリングセグメント１３の各々と同様に、セグメントホルダ２６のそれぞれのセグメント２７に受け入れられるスライド本体１５ｂを備える。それぞれのセグメント２７へのこのスライド本体１５ｂの固定は、カバー１５ｄを貫通するねじ１５ｃを用いて実施され、スライド本体１５ｂとセグメントホルダ２６のセグメント２７との間には皿ばね１５ｅが位置決めされる。

図４ａおよび図４ｂは、力の矢印を含む図２の抜粋を示しており、力の矢印２８の各々はベアリング荷重を視覚化し、力の矢印２９の各々は反力を視覚化する。

図４ａでは、ベアリング荷重２８は第１の軸方向に作用し、続いて反力は、ハウジング側軸方向スライドベアリングセグメント１５を介してロータ１１の軸方向スライド面１６に作用する。図４ｂでは、ベアリング荷重２８は反対の軸方向に作用し、反力はロータ側軸方向スライドベアリングセグメント１３を介してハウジング１２の軸方向スライド面１４に作用する。

図５は、ハウジング側スライドベアリングセグメント１５、２１へのアクセスに関する詳細を示す。とりわけ、ハウジング側軸方向スライドベアリングセグメント１５の１つがベアリングアセンブリ１０から取り除かれる場合、そうしたハウジング側軸方向スライドベアリングセグメント１５を取り除くために、取り除かれるハウジング側軸方向スライドベアリングセグメント１５とともにセグメントホルダ２６のそれぞれのセグメント２７に取り付けられている特定のハウジング側半径方向スライドベアリングセグメント２１が、最初にセグメントホルダ２６のセグメント２７から取り外し可能となる。これは、図５において状態IIで図示される。セグメントホルダ２６のそれぞれのセグメント２７からのそれぞれのハウジング側半径方向スライドベアリングセグメント１５の分解に続いて、セグメントホルダ２６のそれぞれのセグメント２７が、ハウジング１２から取り外し可能となり、そして取り除かれるハウジング側軸方向スライドベアリングセグメント１５とともにベアリングアセンブリから取り除くことができる。これは、図５の状態IIIおよび状態IVによって示される。

上述の様式で、個々のハウジング側半径方向スライドベアリングセグメント２１および個々のハウジング側軸方向スライドベアリングセグメント１５に、ベアリングアセンブリ１０が故障した場合、個別にアクセスすることができる。

図６は、ベアリングアセンブリ１０の個々のロータ側軸方向スライドベアリングセグメント１３へのアクセスに関する詳細を示す。ハウジング１２、明確にはハウジング１２のセクション１２ｂには取り付け開口部３０が導入されており、当該取り付け開口部３０を介して個々のロータ側軸方向スライドベアリングセグメント１３は、図３で見ることができる固定ねじ１５ｃによる接続を解除することに続いて、それぞれの受け取りポケット２４から明確には半径方向に取り除くことができる。ロータ１１を回転させることによって、取り付け開口部３０を、分解されるそれぞれのロータ側軸方向スライドベアリングセグメント１３上に置くことができる。正常に機能しない可能性のあるロータ側軸方向スライドベアリングセグメント１３の分解に続いて、当該ロータ側軸方向スライドベアリングセグメント１３を、明確には再びねじ開口部３０を介して半径方向において、新しいロータ側軸方向スライドベアリングセグメント１３と交換することができる。

本発明に基づく風力タービンのロータ１１のためのベアリングアセンブリ１０は、容易に製造し、取り付け、かつ取り外すことができる。個々のスライドベアリングセグメントに個別にアクセスでき、そのためベアリングアセンブリ１０が故障した場合、駆動トレインを完全に分解するかまたは風力タービンを完全に分解することを必要としない。スライドベアリングセグメント１３、１５および２１は、部分的にハウジング１２によってかつ部分的にロータ１１によって支持されている。スライドベアリングセグメント１３、１５および２１は個別に取り付けることおよび取り外すことができる。

１０ ベアリングアセンブリ
１１ ロータ
１２ ハウジング
１２ａ ハウジングセクション
１２ｂ ハウジングセクション
１３ ロータ側軸方向スライドベアリングセグメント
１３ａ ホルダ
１３ｂ スライド本体
１３ｃ 固定ネジ
１３ｄ カバー
１３ｅ 皿ばね
１４ スライド面
１５ ステータ側軸方向スライドベアリングセグメント
１６ スライド面
１７ 突出部／スラストカラー
１８ シャフト
１９ ハブ
２０ ロータブレード
２１ ステータ側半径方向スライドベアリングセグメント
２２ スライド面
２３ 突出部
２４ 受け入れスペース
２５ 固定ネジ
２６ セグメントホルダ
２７ セグメント
２８ ベアリング荷重
２９ 反力
３０ 取り付け開口部

Claims (12)

1. 風力タービンのロータ（１１）を固定されたハウジング（１２）内に取り付けるための、風力タービンの前記ロータ（１１）のベアリングアセンブリ（１０）であって、
   前記ロータ（１１）に係合し、前記ロータ（１１）とともに回転し、かつ前記ハウジング（１２）のスライド面（１４）にスライド可能に接して支持される、ロータ側軸方向スライドベアリングセグメント（１３）を有し；
   前記ハウジング（１２）に係合し、前記ハウジング（１２）にともに固定され、かつ前記ロータ（１１）の第１のスライド面（１６）にスライド可能に接して支持される、ハウジング側軸方向スライドベアリングセグメント（１５）を有し；
   前記ハウジング（１２）に係合し、前記ハウジング（１２）にともに固定され、かつ前記ロータ（１１）の第２のスライド面（２２）にスライド可能に接して支持される、ハウジング側半径方向スライドベアリングセグメント（２１）を有することを特徴とするベアリングアセンブリ。
2. 前記ロータ（１１）のハブまたはシャフト（１８）に固着されるロータ側スラストカラーを形成する前記ロータ（１１）の半径方向突出部（１７）によって特徴付けられ、前記ロータ側軸方向スライドベアリングセグメント（１３）は、前記半径方向突出部（１７）に固定されていることを特徴とする請求項１に記載のベアリングアセンブリ。
3. 前記ロータ（１１）の前記半径方向突出部（１７）に軸方向突出部（２３）が形成されており、前記軸方向突出部（２３）は、前記半径方向突出部（１７）とともに、前記ロータ側軸方向スライドベアリングセグメント（１３）のための受け入れポケット（２４）を画定することを特徴とする請求項２に記載のベアリングアセンブリ。
4. 前記ハウジング側軸方向スライドベアリングセグメント（１５）は、前記ロータ側スラストカラー（１７）によって提供される前記ロータ（１１）の前記第１のスライド面（１６）にスライド可能に接して支持されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のベアリングアセンブリ。
5. 前記ハウジング側半径方向スライドベアリングセグメント（２１）は、前記ロータ（１１）のハブまたはシャフトによって提供される前記ロータ（１１）の前記第２のスライド面（２２）にスライド可能に接して支持されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のベアリングアセンブリ。
6. 前記ハウジング側軸方向スライドベアリングセグメント（１５）および前記ハウジング側半径方向スライドベアリングセグメント（２１）の両方を受け入れるハウジング側のセグメントホルダ（２６）によって特徴付けられており、
   前記セグメントホルダ（２６）は、前記ハウジング（１１）に取り外し可能に固定されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のベアリングアセンブリ。
7. 前記セグメントホルダ（２６）はセグメントに分割されており、前記セグメントホルダ（２６）の各々のセグメント（２７）は、少なくとも１つの前記ハウジング側軸方向スライドベアリングセグメント（１５）および少なくとも１つの前記ハウジング側半径方向スライドベアリングセグメント（２１）を受け入れることを特徴とする請求項６に記載のベアリングアセンブリ。
8. 前記セグメントホルダ（２６）のそれぞれの前記セグメント（２７）で受け入れられる前記ハウジング側軸方向スライドベアリングセグメント（１５）の数は、前記セグメントホルダ（２６）のそれぞれの前記セグメント（２７）で受け入れられる前記ハウジング側半径方向スライドベアリングセグメント（２１）の数に対応することを特徴とする請求項７に記載のベアリングアセンブリ。
9. 前記セグメントホルダ（２６）の各々の前記セグメント（２７）は、単一の前記ハウジング側軸方向スライドベアリングセグメント（１５）および単一の前記ハウジング側半径方向スライドベアリングセグメント（２１）を受け入れることを特徴とする請求項８に記載のベアリングアセンブリ。
10. 前記セグメントホルダ（２６）のそれぞれの前記セグメント（２７）で受け入れられる前記ハウジング側軸方向スライドベアリングセグメント（１５）の数は、前記セグメントホルダ（２６）のそれぞれの前記セグメント（２７）で受け入れられる前記ハウジング側半径方向スライドベアリングセグメント（２１）の数から逸脱することを特徴とする請求項７に記載のベアリングアセンブリ。
11. 前記ハウジング側軸方向スライドベアリングセグメント（１５）を取り除くために、取り除かれる前記ハウジング側軸方向スライドベアリングセグメント（１５）とともに前記セグメントホルダ（２６）のうち同じセグメント（２７）に取り付けられている前記ハウジング側半径方向スライドベアリングセグメント（２１）は、最初に前記セグメントホルダ（２６）のそれぞれの前記セグメント（２７）から取り外すことがき、
    これに続いて、前記セグメントホルダ（２６）のそれぞれのセグメント（２７）は、前記ハウジング（１２）から取り外すことができ、かつ取り除かれる前記ハウジング側軸方向スライドベアリングセグメント（１５）とともに取り除くことができることを特徴とする請求項６から請求項１０のいずれか一項に記載のベアリングアセンブリ。
12. 前記ハウジング（１２）に、前記ロータ側軸方向スライドベアリングセグメント（１３）のためのねじ開口部（３０）が形成されており、前記ねじ開口部（３０）を介して、前記ロータ側軸方向スライドベアリングセグメント（１３）を取り付けかつ取り外すことができることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のベアリングアセンブリ。

Images