KR20020064362A - 미끄럼 베어링 및 이를 구비한 풍력 설비 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 낮은 상대 운동을 가지며 고축력의 전달과 높은 굽힘 모멘트의 전달을 위한 미끄럼 베어링에 관한 것으로서, 하나의 베어링 부품은 링 쇼울더(ring shoulder)를 가지며, 이것은 다른 베어링 부품상의 링 그루브(ring groove)와 결합된다. 외측으로 수렴되는 사다리꼴 단면의 링 쇼울더는 그 자유면과 주변면상에 감마 라이닝(anti-friction)을 갖는다. 상술한, 대응 베어링 부품 뿐만 아니라, 특히 링 쇼울더를 포함하는 외부 링은 세그먼크로 분할된다. 따라서 세그먼트는 유지 보수, 특히 새로운 마찰면 처리를 위하여 전체에서 개별적으로 분할된다. 상기 미끄럼 베어링은 풍력 설비의 타워 지지 장치 헤드와 타워 헤드간에 배치되는 것으로 바람직하게 적용된다.
Description
상술한 바와 같은 요구 프로파일(profile)을 포함하는 미끄럼 베어링은 크레인, 몇몇 레져용 장치, 놀이공원용 장치 및 실제 풍력 설비에서 피봇 베어링으로서 사용될 수 있다(소위 방위각 베어링으로 칭함). 그러한 점에 있어서, 수직 회전축의 경우에서 조차 하중을 받는 방향과 상승 방향으로의 힘이 모두 베어링에 의해서 수행되어야 한다는 구조적 문제점이 있다.
본 발명은 상호 작용하는 베어링 요소간의 작은 상대 운동을 갖는 큰 굽힘 모멘트(flexural moments) 및 고축력(high axial forces) 전달용 미끄럼 베어링(plain bearing)과 파일론(pylon) 지지 장치 헤드 및 파일론 헤드 사이에서 이러한 미끄럼 베어링을 갖는 풍력 설비에 관한 것이다.
도 1은 일반적 형상의 본 발명에 따른 미끄럼 베어링의 단면도,
도 2는 도 1의 미끄럼 베어링의 방사 방향으로 내부 지향된 환형 리브를 갖는 분할된 외부링의 축소된 상태를 도시한 평면도,
도 3은 미끄럼 베어링이 분리된 상태에서 장치 헤드 플렌지를 구비한 파일론 지지 풍력 설비의 장치 헤드 하우징과 파일론 헤드 플렌지를 구비한 파일론 상단부의 단면도,
도 4는 도 3의 다소 확대된 결합 상태를 도시한 도면,
도 5는 베어링 단면의 부분적으로 확대된 도면(도 4의 X로 지칭된 원 부분),
도 6은 트랙킹 구동을 갖는 장치 헤드의 부분 평면도.
그것으로부터 유도되는 목적을 달성하기 위하여, 일반적인 측면에서 본 발명은 하나의 상호 작용 베어링 요소상에 배치되는 환형 리브(annular rib)가 다른 상호 작용 베어링 요소에 제공되는 환형 그루브(groove)와 맞물리도록 한다. 이런 경우, 환형 리브는 단면이 직사각형 모양이거나 외측 방향으로 수렴되는 사다리꼴 모양이 될 수 있다; 그것은 유리하게 그 주변 면과 자유 측면상에 감마 라이닝(anti-friction lining)이 제공된다. 감마 라이닝은 단면이 사다리꼴 리브인 경우에 생략할 수 있다.
필히 마모되는 감마 라이닝의 쉬운 교환을 위하여, 본 발명은 감마 라이닝이 세그먼트와 같이 분할되어 있으며, 긴밀히 그러나 해제가능하게 리브에 연결되도록 한다.
특히 이러한 경우에 상호 작용하는 베어링 요소 중 하나는 세그먼트와 같이 분할되며 그 세그먼트는 복합 어셈블리에서 개별적으로 해체가 가능하다. 특히 감마 라이닝이 구비된 환형 리브는 세그먼트로 분할될 수 있으며, 위치되는 환형 그루브의 외부에서 내부로의 방사방향으로 배치되는 구성을 가질수 있다. 그후, 그곳에 고정되는 감마 라이닝 세그먼트를 구비하는 환형 리브 세그먼트는 그의 복합 어셈블리와 로드 베어링 또는 지지 요소에 대한 고정으로부터 단계적으로 해체될 수 있으며(주변 방향으로), 방사방향의 바깥쪽으로 당겨지며, 새로운 감마 라이닝 세그먼트가 구비된 후, 다시 삽입된다. 새로운 감마 라이닝 세그먼트가 제공된 대체 리브 부재에 의한 교환이 또한 가능하다는 것이 이해될 것이다.
모든 배치는 역시 각각 역전될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 감마 라이닝은 또한 세그먼트와 같이 분할되는 환형 그루브의 내면에 배치될 수 있으며,이것은 위치되는 환형 리브의 외부로부터 내부로 배치된다. 더욱이, 각각의 내부에 위치되는 요소(환형 리브 또는 환형 그루브)는 세그먼트로 분할될 수 있다. 그러나 외부로 분기되는 쐐기 형상의 세그먼트는 내부로 당겨지는 것에 대한 장애물이 된다. 그러므로 그러한 경우에는, 세그먼트는 평행한 관계로 테두리가 되어야 하며, 보충 요소가 감마 라이닝을 수반하는 세그먼트들 사이에 제공되어야 한다.
세그먼트들의 교환을 좀더 쉽게 하기 위하여, 상호 작용하는 베어링 요소들 사이에서 압축 공기 또는 유압 피스톤 실린더와 같은 동력 작동 수단을 제공하는 것이 가능하며, 그것은 정지 상태에서만 동시에 장착이 가능하고, 베어링 요소를 지지하는 것과 마찬가지로 하방향으로 지지하는 상호 작용 베어링 요소를 들어올릴 수 있으므로, 따라서 세그먼트의 고정을 해제시키고 후퇴시킬 수 있다. 세그먼트들을 재장착후에, 적어도 하나의 상호 작용 베어링 요소에서 하중 완화 수단의 고정이 다시 해제된다.
구체적인 측면에서, 더욱이 본 발명은 파일론 지지 장치 헤드와 파일론 헤드 사이에서 상술한 종류의 미끄럼 베어링을 갖는 풍력 설비에 관한 것으로, 여기에서는 파일론 헤드와 장치 헤드 사이에 바람의 방향에 의존하여 파일론의 수직축에 대하여 장치 헤드의 회전을 위한 트랙킹 구동이 제공되며, 상기 미끄럼 베어링은 방사방향과 축방향으로 장치 헤드를 안내하는데 적합하다.
일반적으로 방위각 베어링(azimuth bearing)으로 언급되는 로터리 베어링(rotary bearing)은, 트랙킹 구동 수단에 의해 각각의 풍향에 따라 가장 높은 수준의 효율이 얻어지고, 더욱이 설비가 정지했을 때 설비의 모든 요소들에 대한 부하가 가능한한 낮게 유지되는 방식으로 풍력을 수용하는 로터를 조정하는 것이 가능하게 한다. 일반적으로, 고출력 풍력 설비에서 큰 직경을 가져야만 하는 로터리 베어링은 로터리 볼-형태 연결을 포함한다(DE 41 04 137 C2 및 DE 196 29 168 C1). 왜냐하면 일반적으로 단지 약간의 움직임만이 장치 헤드의 트랙킹 운동에서 파일론 축에 대하여 수행되어야 하지만, 상대적으로 높은 풍속이 수반될 때, 상당량의 하중이 보다 구체적으로 지지되어야 하는데, 그것은 로터리 볼-형태 연결부내에서 표면에 대해 상당량의 정압 또는 유사-정압을 가져오기 때문이다. 자연적으로 -및 일반적으로 유리하게- 로터리 볼 형태 연결부는 회전 동작에 대해 단지 낮은 수준의 저항으로 대항하나, 방위각 베어링의 경우에는 장치 헤드가, 예를 들어 돌풍이 부는 것과 같은 풍향의 빠른 변화가 있을 때, 변덕스러운(nervous, jerky) 전후 유동을 수반하는 결과를 가져오며; 트랙킹 동작의 약화된 제어 또는 기계적 브레이크를 사용하는 것에 의한 시도가 있어 왔다(DE 41 04 137 C2, 196 29 168 C1과 198 14 629 A1).
그와 비교하여, 본 발명에 따른 미끄럼 베어링은 작은 동작이 수반될 때 큰 힘을 가져오는데 실질적으로 보다 더 적합하다. 그러나 본 경우에 있어서, 베어링에서의 미끄럼 마찰은 지나치게 소모적인 트랙킹 동작의 일종의 자연스런 감소를 발생시킨다는 것을 고려해야 한다. 또한, 트랙킹 동작의 시작에 대항하는 정지 마찰은, 실질적으로 수반되는 재료의 편성에 관계없이, 정지 마찰이 극복된 후에 발생하는 슬라이딩 마찰보다 항상 더 크기 때문에, 트랙킹 동작은 풍향에 있어 단기간 및/또는 적은 변화의 경우에 전체적으로 제한받는다.
종래 기술에 있어서, 미끄럼 베어링은 이미 풍력 설비를 위한 방위각 베어링으로서 사용되어 왔으나, 단지 상대적으로 소형 설비에 관련된다.(Hau, 'Windkraftanlagen', ['풍력 설비'], 페이지 270). 상기 논의된 제어 기능은 인식되어 있지도 않고, 식별할 수 있게 나타나있지도 않다.
미끄럼 베어링은 적용하중의 방향과 들어올려지는 방향에서 모두 축방향에서 발생하는 수직력을 지지할 수 있다. 감마 라이닝은 환형 리브에 고정되고 부착될 수 있다. 감마 라이닝과 로터리 베어링의 검사 및 필요하다면 감마 라이닝 또는 상호 작용 베어링 요소의 세그먼트 교환을 위하여, 배열은 바람직하게는 장치 헤드 플렌지에 적어도 하나의 폐쇄가능한 유지보수 개구를 갖는다(예를 들어 상기 개구는 플러그에 의해 폐쇄될 수 있다); 장치 헤드를 회전시킴으로써, 전체 로터리 베어링을 검사하고 유지보수하는 것이 가능하다.
바람직하게, 상기 감마 라이닝은 스틸 백(steel back)과 돌기들이 형성된 아세탈 공중합체 베어링 표면을 갖는 금속-합성수지 복합체로 구성된다.
상기 미끄럼 베어링의 감찰(lubrication)은 연속 감찰 카트리지에 의해서 하부로부터 상방향으로 실행 된다; 오래된 그리스(grease)는 베어링의 상부면 외부로 옮겨져 수집된다. 그러한 목적을 위하여, 감마 라이닝과 함께 환형 리브가 장착되는 환형 그루브의 아래쪽에 파일론 헤드 플렌지에 대한 틈을 밀봉하는 주변으로 연장된 씰이 장치 헤드 플렌지내에 장착된다. 상부면에는, 파일론 헤드 플렌지의 상부 자유면상을 지지하는 방식으로, 밀봉 스트립(sealing strip)이 장치 헤드 플렌지에 대해 환형 그루브상에 고정된다.
도 1은 좀더 상세히 도시되지는 않았으나 지지 구조체(101)에 고정되는 외부 레이스(outer race) 또는 링(ring)(104)을 갖는 본 발명에 따른 미끄럼 베어링(plain bearing)의 구성 및 배치를 도시하고 있다. 외부 링(104)은 방사 방향의 테이퍼링(tapering) 사다리꼴 단면의 환형 리브(106)내에서 방사상 내부 방향으로 연장된다. 환형 리브(106)의 실질적으로 상, 하 방향의 접하는 면들은, 예를 들어 핀이나 접착제와 같은 것에 의해서 상기 환형 리브에 긴밀히 그러나 해체가능하도록 고정되는 감마 라이닝 세그먼트(anti-friction lining segment)(108)의 형태로 감마 라이닝과 접한다. 같은 방식으로 환형 리브(106)의 내부 주위 면에 감마 라이닝 세그먼트(107)가 배열된다.
감마 라이닝 세그먼트(107, 108)를 구비하는 환형 리브(106)는 축(112)에 대하여 회전가능한 구조체(110)의 일부분이며 외부링(104)과 함께 미끄럼 베어링을 형성하는 내부 레이스(inner race) 또는 링(ring)(122)과 결합된다.
도 2는 외부 링(104)이 스크류(123)에 의해서 지지 구조체(101)에 고정되는 세그먼트(104')로 어떻게 분할되는지를 도시하고 있다. 세그먼트(104')의 측면 상대 지향은 추가적으로 홈형 연결부(groove-and-tongue connection)와 같은 것에 의해 보장될 수 있다. 마모 또는 다른 유지보수의 경우에 있어서, 환형 리브(106)의 리브 부분(106')상에서 감마 라이닝 세그먼트(108)는 외부 링 세그먼트(104)와 함께 제거될 수 있다. 그 절차는, 전력 구동 승강 수단(미 도시됨)이 지지 구조체(101)과 내부 베어링 링(122) 사이에 배치되어 있으며(도 1) 스크류 조립체(123)를 해체하는 방식으로 개별적인 세그먼트(104')가 방사 방향의 외측으로 제거될 수 있도록 하는 방식으로 정지 상태에서만 구조체(101)를 들어올린다는 사실로 인해 보다 용이하게 수행될 수 있다.
도 3 내지 도 6은 풍력 설비의 파일론과 장치 헤드간의 본 발명에 따른 미끄럼 베어링의 사용을 도시하고 있다. 지지 파일론(1)의 상단부에 고정되는 파일론 헤드 플렌지(2)는 플렌지 링(3)과 베어링 외부 레이스 또는 링(4)을 포함한다; 부품 3과 4는 스크류(5)에 의해 연결된다. 베어링 외부 링(4)의 외부에는 트랙킹 구동을 위해 기어 모터(31)의 피니언이 결합되는 외부 치형(outside tootharrangement)(30)이 제공된다.
일반적인 방식으로, 장치 헤드 하우징(10)은 로터(미도시 됨)를 위한 장착 수단(11)을 가지며, 그 내부에 풍력 설비의 기계적, 전기적 장치들(역시 미도시 됨)이 수납된다. 장치 헤드 하우징(10)의 하측면에 고정되는 장치 헤드 플렌지(20)는 링(21)과 베어링 내부 레이스 또는 링(22)을 포함한다. 부품 21 및 22는 서로 서로 결합되며, 스크류(23)에 의해 장치 헤드 하우징(10)에 연결된다.
베어링 내부 링(22)의 외면에는 링(21)과 부분적으로 접하는 환형 그루브(24)가 제공된다. 조립된 상태에서(도 4), 파일론 헤드 플렌지(2)의 베어링 외부 링(4)의 내면에 제공되는 환형 리브(6)가 환형 그루브(24)와 결합되며, 상기 환형 리브에는 방사방향의 안내를 위한 부분적으로 원통형인 감마 라이닝 세그먼트(7)가 제공되고, 그 상부 및 아래에는 수직 안내를 위한 원형 링 감마 라이닝 세그먼트(8)가 제공된다. 상기 감마 라이닝 세그먼트(7,8)은 환형 리브(6)의 대응면에 부착되며, 핀에 의해 고정된다(도 5). 파일론의 축(12)과 평행한 방향에 있어서, 환형 리브(6)(감마 라이닝 세그먼트(8) 포함)의 두께는 환형 그루브(24)의 내부 폭보다 약간 작기 때문에, 수직력의 각 방향에 의존하여, 상부 또는 하부 감마 라이닝 세그먼트는 환형 그루브(24)의 관련면에 대하여 지탱하게 된다.
장치 헤드 플렌지(20)에는 유지 보수 개구(25)가 제공되므로써, 결합된 상태 및 풍력 설비의 동작중에도 감마 라이닝 세그먼트(7, 8)의 검사 및 유지보수 또는 교환을 가능하게 한다. 더욱이, 환형 그루브(24)의 바로 아래의 베어링 내부 링(22)내로 씰(26)이 장착되는데, 씰(26)은 베어링 외부 링(4)의 대응면과 상호 작용을 하게 된다(도 5). 링(21)내로 수용되는 립 씰(lip seal)(27)은 파일론 헤드 플렌지(2)의 일부분으로서 베어링 외부 링(4)의 상면에 대하여 지탱된다.
상술한 바와 같이, 트랙킹 구동 장치는 베어링 외부 링(4)상에서 치형(30)내로 피니언과 함께 결합하는 4개의 전기 모터(31)에 의해 형성된다.(도 6)
본 발명에 의한 미끄럼 베어링은 크레인, 몇몇 레져용 장치, 놀이공원용 장치 및 실제 풍력 설비에서 피봇 베어링으로서 사용될 수 있다.
Claims (14)
- 하나의 상호 작용 베어링 요소(4; 104)상에 배치되는 환형 리브(6; 106)가 다른 상호 작용 베어링 요소(22; 122)상에 제공되는 환형 그루브(24; 124)와 결합함을 특징으로 하는, 상호 작용 베어링 요소간에서 작은 상대 운동을 갖는 큰 굽힘 모멘트 및 높은 축력(high axial force)의 전달을 위한 미끄럼 베어링.
- 제 1항에 있어서, 상기 환형 리브(6; 106)는 직사각형 단면임을 특징으로 하는 미끄럼 베어링.
- 제 1항에 있어서, 상기 환형 리브(6; 106)는 외부로 수렴하는 사다리꼴 단면임을 특징으로 하는 미끄럼 베어링.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환형 리브(6; 106)에는 그 자유면과 가능하게는 주변면상에 감마 라이닝(7, 8; 107, 108)이 제공됨을 특징으로 하는 미끄럼 베어링.
- 제 4항에 있어서, 상기 감마 라이닝(7, 8; 107, 108)은 세그먼트와 같은 형태로 분할되며, 긴밀히 그러나 해체가능하도록 상기 리브(6; 106)에 연결됨을 특징으로 하는 미끄럼 베어링.
- 제 5항에 있어서, 상기 감마 라이닝 세그먼트(7, 8; 107, 108)은 스틸 백과 (돌기들이 형성된) 아세탈 공중합체 베어링 면을 갖는 금속 합성수지 복합체를 포함함을 특징으로 하는 미끄럼 베어링.
- 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상호 작용 베어링 요소들(4; 104)중 하나는 세그먼트 형태로 분할되며, 세그먼트(104')는 복합 어셈블리로부터 개별적으로 해체가능함을 특징으로 하는 미끄럼 베어링.
- 제 7항에 있어서, 상기 감마 라이닝(7, 8; 107, 108)이 부착되는 환형 리브(6; 106)는 세그먼트(106')로 분할되며 방사형으로 환형 그루브(24; 124)의 외부에서 내부로 장착됨을 특징으로 하는 미끄럼 베어링.
- 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 세그먼트(104', 106')를 교환할 때, 정지 상태에서 (들어올려지는) 상호 작용 베어링 요소(4, 22; 104, 122)상의 부하를 해제시키기 위한 정치 전력 구동 수단이 제공됨을 특징으로 하는 미끄럼 베어링.
- 파일론 헤드와 장치 헤드 사이에서 풍향에 의존하여 파일론의 수직축에 대하여 장치 헤드의 회전을 위한 트랙킹 구동 장치(30, 31)가 제공되며, 미끄럼 베어링이 방사 방향과 축방향(파일론 축(12))으로 장치 헤드(10)를 안내하도록 적용되는, 파일론 지지 장치 헤드(10)와 파일론 헤드(1) 사이에 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따른 미끄럼 베어링을 포함하는 풍력 설비.
- 제 10항에 있어서, 상기 미끄럼 베어링은 축방향, 하중이 적용되는 방향 및 들어올려지는 방향에서 발생하는 축력을 지지함을 특징으로 하는 풍력 설비.
- 제 10항 또는 제 11항에 있어서, 축과 평행한 방향에서 환형 리브(6)(감마 라이닝 세그먼트(8) 포함)의 전체 두께는 환형 그루브(24)의 내부 폭보다 다소 작음을 특징으로 하는 풍력 설비.
- 제 10항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환형 그루브(24)의 아래쪽에는 파일론 헤드 플렌지(2)에 의한 틈을 밀봉하며, 장치 헤드 플렌지(20)내에 수용되는 주변으로 연장하는 씰(26)이 제공됨을 특징으로 하는 풍력 설비.
- 제 10항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 하나의 상호 작용 베어링 요소를 형성하는 상기 장치 헤드 플렌지(20)내에는 적어도 하나의 폐쇄 가능한 유지 보수 개구(25)가 제공됨을 특징으로 하는 풍력 설비.
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