JP7203957B2

JP7203957B2 - 風力タービンのロータの軸受アセンブリおよび風力タービン

Info

Publication number: JP7203957B2
Application number: JP2021510953A
Authority: JP
Inventors: トルステン・ローマン; ルッツ・ヴィンター; ヤニーナ・ブレンチャー; ペーター・デッカー
Original assignee: レンク・ゲーエムベーハー
Priority date: 2018-08-27
Filing date: 2019-08-01
Publication date: 2023-01-13
Anticipated expiration: 2039-08-01
Also published as: CA3110734C; WO2020043425A1; AU2019332038B2; CA3110734A1; US20210246885A1; EP3844392C0; DE102018120810A1; EP3844392B1; AU2019332038A1; CN112585353A; JP2021535317A; EP3844392A1; US11635063B2

Description

本発明は、風力タービンのロータの軸受アセンブリに関する。本発明はさらに、軸受アセンブリを備えた風力タービンに関する。

風力タービンのロータ翼に連結されて、風力タービンのロータ翼により駆動される、風力タービンのロータを装着するために、もっぱら転がり軸受が、これまでに実際に採用されてきた。転がり軸受が故障した場合、駆動系全体が分解されなければならない。このことは、風力タービンの完全な分解を必要としている。

特許文献１から、滑り軸受を利用した、風力タービンのロータの軸受アセンブリが知られている。その軸受アセンブリは、互いに軸方向に離間されて配置された少なくとも２つの滑り軸受を備え、これらの滑り軸受は滑り軸受パッドから成り、滑り軸受は、互いに対して傾斜して配置された平面内に配置されている。その滑り軸受の滑り軸受パッドは、滑り軸受セグメントを提供し、傾斜した軌道上に配置され、その結果、個々のすべり面が球形であることが必要とされる。そのような球形の個々の滑り軸受面は、重大な経費を生じ得る。特許文献１のさらなる欠点は、軸受アセンブリの構造が大きくなることである。

容易に製造可能な風力タービンのロータの軸受アセンブリが必要とされており、そのアセンブリは、故障の際に風力タービンを完全に分解することを必要とせず、小型のデザインを必要としている。

国際公開第２０１１／１２７５１０号パンフレット

このことから出発して、本発明は、風力タービンのロータの新しいタイプの軸受アセンブリ、およびそのような軸受アセンブリを備えた風力タービンを創出する目的に基づいている。

この目的は、請求項１による軸受アセンブリを通じて解決される。風力タービンのロータを風力タービンの固定ハウジング内に装着するための、本発明による軸受アセンブリは、少なくとも以下のアセンブリ、ロータ翼またはハブを向いた第１のハウジング側軸方向滑り軸受セグメントを備え、セグメントはハウジングと係合しており、ハウジングと一体に固定されて、且つロータの第１の軸方向滑り面に対して支持されている。第２のハウジング側軸方向滑り軸受セグメントは、ロータ翼またはハブから離れるように向いており、セグメントはハウジングと係合しており、ハウジングと一体に固定されて、且つロータの第２の軸方向滑り面に対して支持されている。第３のハウジング側径方向滑り軸受セグメントは、ロータ翼またはハブを向いており、セグメントはハウジングと係合しており、ハウジングと一体に固定されて、且つロータの第１の径方向滑り面に対して支持されている。第４のハウジング側軸方向滑り軸受セグメントは、ロータ翼またはハブから離れるように向いており、セグメントはハウジングと係合しており、ハウジングと一体に固定されて、且つロータの第２の径方向滑り面に対して支持されている。軸方向滑り軸受セグメントが支持された、ロータの軸方向滑り面の間の軸方向距離は、軸受アセンブリの軸受長さｌを決定している。径方向滑り軸受セグメントが支持された、ロータの径方向滑り面は、軸受アセンブリの軸受直径ｄを決定している。軸受長さｌと軸受直径ｄとの間の比率Ｖ＝ｌ／ｄに関して、Ｖ≦１が当てはまる。径方向軸受直径は、異なることも可能である。軸受直径ｄは、前方軸受直径ｄ１と後方軸受直径ｄ２とを加え、ｄ＝（ｄ１＋ｄ２）／２ともし得る。

小型のデザインおよび容易な製造可能性と共に、本発明による軸受アセンブリは、故障の際に個別の滑り軸受セグメントへの個別のアクセスを確実にしている。したがって、故障の際に、風力タービンを完全に分解する必要がない。

好適に、０．２５≦Ｖ≦１が、軸受長さｌと軸受直径ｄとの間の比率Ｖ＝ｌ／ｄに当てはまる。特に好適に、０．５≦Ｖ≦１が、軸受長さｌと軸受直径ｄとの間の比率Ｖ＝ｌ／ｄに当てはまる。最も好適に、０．６≦Ｖ≦０．９、特に０．７≦Ｖ≦０．８が、軸受長さｌと軸受直径ｄとの間の比率Ｖ＝ｌ／ｄに当てはまる。これらの比率は、小型のデザインを提供するために特に好適である。

さらなる有利な開発によれば、軸方向滑り軸受セグメントおよび径方向滑り軸受セグメントの各々は、ロータの個々の滑り面上に支持された滑り軸受本体を備えている。ロータの個々の滑り面は金属製である。個々の滑り軸受本体は、少なくとも滑り軸受本体がロータの個々の滑り面上に支持された側において、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）またはＰＫ（ポリケトン）製である。特に、滑り軸受本体が、少なくとも滑り軸受本体がロータの個々の滑り面上に支持された側において、ＰＥＥＫまたはＰＫから成る場合、小型デザインの軸受アセンブリは、特に有利に製造されることが可能である。少なくとも部分的にそのような材料から製造された軸受本体は、高い軸受荷重を安全に吸収することが可能である。

本発明による風力タービンは、請求項１０に定義されている。

本発明のさらに好適な開発は、従属請求項および以下の記載から得られる。本発明の例示的な実施形態は、これに限定された図を用いてより詳細に説明されている。

本発明による風力タービンの軸受アセンブリの断面を示した図である。図１の詳細を示した図である。図１のさらなる詳細を示した図である。本発明による風力タービンのロータの軸受アセンブリの第２の断面を示した図である。

本発明は、ロータ翼に連結される、風力タービンのロータの軸受アセンブリに関する。風力タービンのそのようなロータは、風力タービンの主ロータとも称される。本発明はさらに、軸受アセンブリを備えた風力タービンに関する。

図１は、固定ハウジング１２内にロータ１１を装着することに寄与する、風力タービンのロータ１１のための軸受アセンブリ１０から抽出した部分の図である。ロータ１１のシャフト１３、およびシャフト１３に接続されたハブ１４が示されており、ハブ１４において、図示されていないロータ翼が装着され、風により駆動される。ハウジング１２の固定された機械的支持部１５が図示されており、この支持部には、ハウジングセクション１６が係合する。

図２、図３、および図４は、図１による軸受アセンブリ１０の異なった詳細、すなわち異なった断面を示しており、そこに選択された断面の図２および図３において、径方向滑り軸受セグメントが、図４において、追加的に軸方向滑り軸受セグメントもが見られている。

軸受アセンブリ１０は、滑り本体１８を備えた、ロータ翼またはハブ１４に向いたハウジング側軸方向滑り軸受セグメント１７を備えている。個々の軸方向滑りセグメント１７の滑り本体１８は、ロータ翼またはハブ１４を向いており、ハウジングセクション１６に接続されて、ハウジングセクション１６と一体に固定されており、ロータ１１の第１の軸方向カラー２０により形成された、ロータ１１のシャフト１３の第１の軸方向滑り面１９に対して支持されている。この第１の軸方向カラー２０は、シャフト１３と一体の部品である。

さらに、軸受アセンブリ１０は、ロータ翼またはハブ１４から離れるように向いた、ハウジング側軸方向滑り軸受セグメント２１を備え、このセグメントは順にハウジング１２のハウジングセクション１６と係合し、ハウジングセクション１６および滑り本体２２と一体に固定されており、滑り本体は、ロータ１１の第２の軸方向滑り面２３に対して支持されている。ハブ１４から離れるように向いた軸方向滑りセグメント２１の滑り本体２２のためのこの第２の軸方向滑り面２３は、さらなる軸方向カラー２４により設けられ、このカラーはシャフト１３と一体の部品ではなく、むしろ固定された様式でシャフト１３に接続されている。

さらに、軸受アセンブリ１０は、ロータ翼またはハブ１４を向いた径方向滑り軸受セグメント、すなわちハウジング側径方向滑り軸受セグメント２５、およびロータ翼またはハブ１４から離れるように向いたハウジング側径方向滑り軸受セグメント２８を備えている。各径方向滑り軸受セグメント２５、２８は、ハウジング１２に接続された滑り本体２６、２９を備え、ハウジング側径方向滑り軸受セグメント２５、２８の滑り本体２６、２９は、ロータ１１の、すなわちロータ１１のシャフト１３の径方向滑り面２７、３０に対して支持されている。

ロータ１１の軸方向滑り面１９と軸方向滑り面２３との間の軸方向距離、ひいてはこれらの軸方向滑り面１９、２３上に自身を支持した、ロータまたはハブ１４を向いたハウジング側軸方向滑り軸受セグメント１７、２１のスライド本体１８の側面と、ロータまたはハブ１４から離れるように向いたハウジング側軸方向滑り軸受セグメント１７、２１のスライド本体２２の側面と、の間の軸方向距離は、軸受アセンブリ１０の軸方向軸受長さｌを決定しており、それは特に図３および図４に示されている。ロータ１１の径方向滑り面２７および３０、すなわちハウジング側径方向滑り軸受セグメント２５、２８の滑り本体２６、２９が支持された、ロータ１１のシャフト１３、またはこれらの滑り軸受面２７、３０上に支持された、径方向滑り軸受セグメント２５、２８の滑り本体２６、２９側面は、軸受アセンブリ１０の軸受直径ｄを決定しており、それは同様に特に図３および図４に示されている。

Ｖ≦１は、この軸受長さｌとこの軸受直径ｄとの間の比率Ｖ＝ｌ／ｄに当てはまる。

好適に、０．２５≦Ｖ≦１がこの比率に当てはまる。

特に、好適に０．５≦Ｖ≦１が当てはまる。

最も好適に、０．６≦Ｖ≦０．９、特に０．７≦Ｖ≦０．８が当てはまる。

前述の風力タービンのロータ１１の軸受アセンブリ１０は、滑り軸受セグメント１７、２１、２５、および２８を利用している。転がり軸受無しに実施されている。軸方向滑り軸受セグメント１７、２１および径方向滑り軸受セグメント２５、２８として実施された滑り軸受セグメントは、任意の球面構造を必要としない。軸方向滑り軸受セグメント１７、２１および径方向滑り軸受セグメント２５、２８は、シャフト１３またはシャフト１３の回転軸の周囲に円形に配置されている。小型の寸法が実現可能である。小型の寸法および簡素な生産可能性と共に、個別の滑り軸受セグメントは、風力タービンの駆動系を完全に分解する必要なく個別にアクセスすることが可能である。保守の際に、滑り軸受セグメント１７、２１、２５、２８は、少なくとも１つの所謂マンホール３１を通じてアクセス可能であり、これらのマンホールは、軸方向滑り軸受セグメント１７と２１との間の軸受アセンブリ１０の軸方向の中間近傍のシャフトに導入されている。すでに説明したように、軸方向滑り軸受セグメント１７、２１および径方向滑り軸受セグメント２５、２８の各々は、滑り軸受本体１８、２２、２６、２９を備えており、これらの本体はロータ１１の、すなわちロータ１１のシャフト１３の個々の滑り面１９、２３、２７、３０上に支持されている。個々の滑り面１９、２３、２７、３０は、金属製である。

個々の滑り軸受本体１８、２２、２６、２９は、少なくとも軸受本体がロータ１１の個々の滑り面１９、２３、２７、３０上に支持された側において、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）またはＰＫ（ポリケトン）材料を含んでいる。そのような材料は、高い軸受荷重を吸収することが可能である。

ここで、個々の滑り本体１８、２２、２６、２９は、全体的にＰＥＥＫもしくはＰＫ等の材料から成るか、または滑り本体が個々の滑り面１９、２３、２７、３０上に支持された側において、ＰＥＥＫもしくはＰＫ等の材料のセグメントもしくは被覆を担持しており、この滑り面は、個々の滑り本体１８、２２、２６、２９の金属製の主本体に優先的に適用されている。

本発明による軸受アセンブリ１０は、特に変速機を備えていない風力タービンに採用されており、この風力タービンは、直接駆動風力タービンとも称される。そのような直接駆動風力タービンにおいて、非常に短い構造の軸受アセンブリ１０は、特に有利である。

１０・・・軸受アセンブリ
１１・・・ロータ
１２・・・ハウジング
１３・・・シャフト
１４・・・ハブ
１５・・・機械的支持部
１６・・・ハウジングセクション
１７・・・ハウジング側軸方向滑り軸受セグメント
１８・・・滑り本体
１９・・・滑り面
２０・・・軸方向カラー
２１・・・ハウジング側軸方向滑り軸受セグメント
２２・・・滑り本体
２３・・・滑り面
２４・・・軸方向カラー
２５・・・ハウジング側径方向滑り軸受セグメント
２６・・・滑り本体
２７・・・滑り面
２８・・・ハウジング側径方向滑り軸受セグメント
２９・・・滑り本体
３０・・・滑り面
３１・・・マンホール

Claims

風力タービンのロータ（１１）、すなわち該ロータ（１１）のシャフト（１３）を固定ハウジング（１２）内に装着するための軸受アセンブリ（１０）であって、前記ロータのシャフト（１３）は、ハブ（１４）を通じて前記ロータ（１１）のロータ翼に連結されており、
前記軸受アセンブリは、前記ロータ翼または前記ハブ（１４）を向いたハウジング側軸方向滑り軸受セグメント（１７）を備え、該セグメントは前記ハウジング（１２）と係合しており、前記ハウジング（１２）と一体に固定されて、且つ前記ロータ（１１）の第１の軸方向滑り面（１９）に対して支持されており、
前記軸受アセンブリは、前記ロータ翼または前記ハブ（１４）から離れるように向いたハウジング側軸方向滑り軸受セグメント（２１）を備え、該セグメントは前記ハウジング（１２）と係合しており、前記ハウジング（１２）と一体に固定されて、且つ前記ロータ（１１）の第２の軸方向滑り面（２３）に対して支持されており、
前記軸受アセンブリは、前記ロータ翼または前記ハブ（１４）を向いたハウジング側径方向滑り軸受セグメント（２５）を備え、該セグメントは前記ハウジング（１２）と係合しており、前記ハウジング（１２）と一体に固定されて、且つ前記ロータ（１１）の第１の径方向滑り面（２７）に対して支持されており、
前記軸受アセンブリは、前記ロータ翼または前記ハブ（１４）から離れるように向いたハウジング側径方向滑り軸受セグメント（２８）を備え、該セグメントは前記ハウジング（１２）と係合しており、前記ハウジング（１２）と一体に固定されて、且つ前記ロータ（１１）の第２の径方向滑り面（３０）に対して支持されており、
前記軸方向滑り軸受セグメント（１７、２１）が支持された、前記ロータ（１１）の軸方向滑り面（１９、２３）の間の軸方向距離は、前記軸受アセンブリ（１０）の軸受長さ（ｌ）を決定しており、
前記径方向滑り軸受セグメント（２５、２８）が支持された、前記ロータ（１１）の径方向滑り面（２７、３０）は、前記軸受アセンブリ（１０）の軸受直径（ｄ）を決定しており、
０．５≦Ｖ≦１が、前記軸受長さ（ｌ）と前記軸受直径（ｄ）との間の比率Ｖ＝ｌ／ｄに当てはまる、軸受アセンブリ（１０）。
０．６≦Ｖ≦０．９が、前記軸受長さ（ｌ）と前記軸受直径（ｄ）との間の比率Ｖ＝ｌ／ｄに当てはまる、請求項１に記載の軸受アセンブリ。
０．７≦Ｖ≦０．８が、前記軸受長さ（ｌ）と前記軸受直径（ｄ）との間の比率Ｖ＝ｌ／ｄに当てはまる、請求項１または２に記載の軸受アセンブリ。
前記軸方向滑り軸受セグメント（１７、２１）および径方向滑り軸受セグメント（２５、２８）の各々は、前記ロータ（１１）の個々の滑り面（１９、２３、２７、３０）上に支持された滑り軸受本体（１８、２２、２６、２９）を備え、
前記ロータの個々の前記滑り面（１９、２３、２７、３０）は金属製であり、
個々の前記滑り軸受本体（１８、２２、２６、２９）は、優先的に金属製の主本体を備え、前記滑り軸受本体が前記ロータ（１１）の個々の滑り面（１９、２３、２７、３０）上に支持された側において、前記滑り本体はＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）の被覆を担持している、請求項１から３のいずれか一項に記載の軸受アセンブリ。
前記軸方向滑り軸受セグメント（１７、２１）および径方向滑り軸受セグメント（２５、２８）の各々は、前記ロータ（１１）の個々の滑り面（１９、２３、２７、３０）上に支持された滑り軸受本体（１８、２２、２６、２９）を備え、
前記ロータの個々の前記滑り面（１９、２３、２７、３０）は金属製であり、
個々の前記滑り軸受本体（１８、２２、２６、２９）は、全体的にＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）から成る、請求項１から３のいずれか一項に記載の軸受アセンブリ。
前記軸方向滑り軸受セグメント（１７、２１）および径方向滑り軸受セグメント（２５、２８）の各々は、前記ロータ（１１）の個々の滑り面（１９、２３、２７、３０）上に支持された滑り軸受本体（１８、２２、２６、２９）を備え、
前記ロータの個々の前記滑り面（１９、２３、２７、３０）は金属製であり、
個々の前記滑り軸受本体（１８、２２、２６、２９）は、優先的に金属製の主本体を備え、前記滑り軸受本体が前記ロータ（１１）の個々の滑り面（１９、２３、２７、３０）上に支持された側において、前記滑り本体はＰＫ（ポリケトン）の被覆を担持している、請求項１から３のいずれか一項に記載の軸受アセンブリ。
前記軸方向滑り軸受セグメント（１７、２１）および径方向滑り軸受セグメント（２５、２８）の各々は、前記ロータ（１１）の個々の滑り面（１９、２３、２７、３０）上に支持された滑り軸受本体（１８、２２、２６、２９）を備え、
前記ロータの個々の前記滑り面（１９、２３、２７、３０）は金属製であり、
個々の前記滑り軸受本体（１８、２２、２６、２９）は、全体的にＰＫ（ポリケトン）から成る、請求項１から３のいずれか一項に記載の軸受アセンブリ。
ロータ（１１）と、ハウジング（１２）と、該ハウジング（１２）内に前記ロータ（１１）のシャフトを装着するための軸受アセンブリ（１０）と、を備え、前記ロータのシャフト（１３）は、ハブ（１４）を通じて前記ロータ（１１）のロータ翼に連結された風力タービンにおいて、前記軸受アセンブリ（１０）は、請求項１から７のいずれか一項に記載の通りに形成されている、風力タービン。
前記風力タービンは、変速機を持たない直接駆動風力タービンである、請求項８に記載の風力タービン。