KR20120031923A - 특히 풍력 터빈용 3열 롤러 베어링 - Google Patents

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Abstract

특히 풍력 터빈용 3열 롤러 베어링{A THREE
특히 풍력 터빈용 3열 롤러 베어링(1)은 반경방향 하중을 수용하는 일렬의 반경방향 롤러들(2) 및 축 하중을 수용하는 한쌍의 열의 축 롤러들(3, 4)을 포함하고, 상기 축 롤러들(3, 4)가 테이퍼된다.

Description

특히 풍력 터빈용 3열 롤러 베어링{A THREE ROW ROLLER BEARING, IN PARTICULAR FOR A WIND TURBINE}
본 발명은 특히 풍력 터빈용 3열 롤러 베어링에 관한 것으로, 이는 반경방향 하중을 수용하는 일렬의 반경방향 롤러 및 축선 하중을 수용하는 한 쌍의 열의 축 롤러들을 포함한다.
풍력 터빈들에는 발전기의 고정자에 대해 회전자의 운동 동안 전기를 생산하는 전기 발전기의 일부인 회전자 샤프트가 제공된다. 고정자는 복수의 코일들을 포함하고, 회전자가 돌 때 전압이 유도되도록 회전자는 복수의 영구 자석들 또는 전기적으로 변하는 자석들을 포함할 수 있다.
최근 몇 년간 큰 주 샤프트 베어링들을 요구하는 증가된 파워를 가진 풍력 터빈들에 대한 경향을 볼 수 있다. 큰 주 샤프트 베어링들에서 베어링의 외측 링과 내측 링 사이의 온도 차이가 발생한다. 주 샤프트 베어링들은 큰 반경방향 치수들, 예를 들어 2500 mm이상의 직경을 가질 수 있는 반면, 그 폭은 예를 들어 겨우 100 - 300mm의 크기일 수 있다. 이들 큰 베어링 직경들은 베어링의 손상을 피하기 위해 반경방향으로 큰 간극를 초래하는 매우 큰 반경방향 공차(radial tolerances)를 요구한다. 약 1 도의 매우 작은 온도 차이들은 손상을 피하기 위해 큰 간극을 필요로 한다. 그러나 간극들은 임의로 확대될 수 없다. 주 샤프트 베어링의 큰 반경방향 공차들은 큰 느슨함(looseness)을 갖는 문제들을 초래하여서 롤러들의 점착 마모(adhesive wear)가 스키드 또는 얼룩 베어링(smear bearing) 문제점들로 인해 진행된다.
풍력 터빈들에 대한 베어링들의 공차에 의한 문제점들을 방지하기 위해 주 샤프트를 지지하도록 2개 이상의 베어링들, 특히 2개의 반경방향 회전자 베어링들 및 주 샤프트를 따라 위치된 하나의 축 롤러 베어링을 사용하는 것이 제안되어었다. 그러나, 3개의 단일 베어링들을 사용하는 것은 단지 하나의 큰 베어링보다 더 많은 공간을 차지하는 값비싼 해결책이다. EP 1 677 005 A1에서, 주 샤프트에 대해 3 개 열의 원통형 롤러 베어링을 가진 풍력 터빈이 개시되었고, 여기서 주 샤프트는 기어 박스의 입력 샤프트에 연결되고, 주 샤프트는 반경방향 하중을 받는 일렬의 롤러들 및 쓰러스트 하중(thrust load)을 받는 한 쌍의 열의 롤러들을 포함하는 단일의 3열 롤러 베어링에 의해 나셀에 지지된다. 스러스트 하중 롤러들은 베어링의 중심라인의 반경방향 거리가 롤러들을 따라 증가됨에 따라 반경방향 속도가 증가하기 때문에 스키드 문제들로 인한 점착 마모를 줄 수 있는 원통형 롤러들이다.
따라서 본 발명의 목적은 온도 차이가 발생할 때조차 점착 마모를 겪지 않는, 특히 풍력 터빈용 3열의 롤러 베어링을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라 이러한 목적은 축 롤러들이 테이퍼된 위에 정의된 3열 롤러 베어링에서 달성된다.
원통형 롤러들 대신 테이퍼진 축 롤러로 인해 롤러들을 따라 증가하는 반경방향 속도로 인한 스키드 문제들이 방지된다. 따라서 본 발명의 3열 롤러 베어링은 종래의 3열 롤러 베어링에 비해 더 긴 수명을 보장한다.
본 발명의 3열 롤러 베어링의 다른 개선예에 따라 이는 축 롤러들을 수용하는 적어도 하나의 외측 링 및/또는 축 롤러들을 수용하는 적어도 하나의 내측 링을 포함할 수 있다. 본 발명의 3열 롤러 베어링에서 테이퍼된 축 롤러들은 오직 축 하중을 수용하는 반면, 반경방향 하중은 외측 링에 의해 수용된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라 적어도 하나의 외측 링 또는 적어도 하나의 내측 링은 리세스에 테이퍼된 롤러들을 수용할 수 있다. 본 발명의 3열 롤러 베어링은 외측 링과 내측 링 사이의 큰 간극을 제공하는 큰 반경방향 공차(radial tolerances)를 가질 수 있기 때문에 외측 링과 내측 링 사이의 온도 차이들에 덜 민감하다.
바람직하게, 본 발명의 3열 롤러 베어링에서 외측 링의 리세스는 테이퍼된 축선 롤러들의 테이퍼된 형상 모두를 수용한다. 내측 링과 외측 링의 치수 공차들은 축선 방향으로보다 반경반향으로 큰 간극을 제공한다. 상이한 간극들은 내측 링과 외측 링 사이의 온도 차이의 보상을 지지한다.
본 발명의 3열 롤러 베어링의 일 실시예에서 롤러들은 내측 링과 외측 링 사이에서 자유롭게 롤링하고 이동할 수 있다.
본 발명의 3열 롤러 베어링의 대안적인 실시예에서 롤러들은 회전하고 롤링하는 동안 특정 위치에서 롤러들을 홀딩하는 하나 이상의 롤러 케이지들에 연결된다.
본 발명의 3열 롤러 베어링의 추가 개선예에 따라 이는 축력에 의해 압축응력을 받을 수 있다. 3열 롤러 베어링이 압축응력을 받을 때 느슨함(looseness) 및 관련 점착 마모에 의한 문제점이 방지된다.
본 발명의 3열 롤러 베어링은 적어도 하나의 외측 링과 적어도 하나의 내측 링 사이의 동적 시일링(dynamic sealing)을 포함할 수 있다.
또한 본 발명은 바람직하게 주 샤프트, 허브, 발전기 고정자부 및/또는 발전기 회전자부을 포함하는 풍력 터빈에 관한 것이다.
주 샤프트, 허브 및/또는 본 발명의 풍력 터빈의 발전기 회전자부은 위에 설명된 바와 같이 3열 롤러 베어링에 의해 지지될 수 있다.
본 발명의 풍력 터빈은 무기어(gearless) 직결 구동 풍력 터빈을 수 있다.
본 발명 및 그 기본 원리는 다음의 바람직한 실시예의 설명을 고려할 때 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 3열 롤러 베어링의 실시예에 대한 부분 단면의 제 1 사시도이고;
도 2는 도 1의 3열 롤러 베어링의 부분 단면의 제 2 도이고;
도 3은 도 1의 3열 롤러 베어링의 단면도이다.
도 1 및 도 2는 일렬의 반경방향 롤러들(2) 및 축 하중을 수용하는 한쌍의 열의 축 롤러(3, 4)를 포함하는 3열 롤러 베어링(1)의 일부를 도시한다. 축 롤러들(3, 4)은 테어퍼되고 이는 그 외축 직경이 내측 직경보다 더 크다는 것을 의미한다.
3열 롤러 베어링(1)은 축 롤러들(3, 4)을 수용하는 하나의 외측 링(5)을 포함한다. 도 3에 잘 보여질 수 있는 바와 같이 반경방향 롤러(2)는 한 편에서 외측 링(5)의 베어링 표면(7)을 그리고 다른 한편에서 내측 링(9)의 베어링 표면(8)을 접촉하고 있다.
외측 링(5)에서 도 3에 도시된 바와 같이 테이퍼된 축선 롤러들(3)의 테이퍼된 형상 모두를 수용하는 리세스(6)가 제공된다. 내측 링(9)은 테이퍼된 축 롤러(3)의 수직 표면에 대항하여 놓인 비-테이퍼된 표면을 가진다. 이러한 방식으로 축선 방향 간극은 테이퍼된 축 롤러들에 손상을 주는 것없이 클 수 있다.
내측 링(9) 및 외측 링(5)의 치수 공차들은 축 방향보다 반경방향으로 더 큰 간극을 제공하여서, 내측 링(9)과 외측 링(5) 사이의 온도 차이들을 보상한다.
3열 롤러 베어링(1)은 특히 풍력 터빈에 사용을 위해 적합하다. 3열 롤러 베어링은 주 샤프트, 허브 및/또는 바람직하게 무기어 직결 구동 풍력 터빈인 풍력 터빈의 발전기 회전자부를 지지하기 위해 사용될 수 있다. 3열 롤러 베어링(1)의 한 부분은 고정자 구조부, 예를 들어 나셀 또는 타워, 또는 풍력 터빈의 발전기 고정자부에 연결될 수 있으며 3열 롤러 베어링의 다른 부분이 회전가능한 주 샤프트, 허브 및/또는 풍력 발전기의 회전자부에 연결될 수 있다. 일반적으로 풍력 터빈의 하나 이상의 회전 및/또는 고정 부분들은 3열 롤러 베어링에 연결될 수 있다.
무기어 직결 구동 풍력 터빈의 발전기는 회전자 및/또는 고정자가 3열 롤러 베어링에 연결된 외측 회전자 및 내측 고정자를 포함할 수 있다.

Claims (14)

  1. 특히 풍력 터빈용 3열 롤러 베어링(1)으로서,
    반경방향 하중을 수용하는 일렬의 반경방향 롤러들(2) 및 축 하중을 수용하는 한쌍의 열의 축 롤러들(3, 4)을 포함하고, 상기 축 롤러들(3, 4)이 테이퍼된
    3열 롤러 베어링.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 축 롤러들(3, 4)을 수용하는 하나 이상의 외측 링(5) 및/또는 상기 축 롤러(3, 4)를 수용하는 하나 이상의 내측 링(9)을 포함하는
    3열 롤러 베어링.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 외측 링(5) 또는 상기 하나 이상의 내측 링(9)이 리세스(6)에 테이퍼된 축 롤러들(3, 4)을 수용하는
    3열 롤러 베어링.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 외측 링(5)의 리세스(6)가 테이퍼된 상기 축 롤러들(3, 4)의 테이퍼된 형상 모두를 수용하는
    3열 롤러 베어링.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내측 링(9) 및 상기 외측 링(5)의 치수 공차들이 축 방향보다 반경방향으로 더 큰 간극을 제공하는
    3열 롤러 베어링.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반경방향 롤러들(2) 및/또는 상기 축 롤러들(3, 4)이 자유롭게 롤링되고 이동하는
    3열 롤러 베어링.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반경방향 롤러들(2) 및/또는 상기 축 롤러들(3, 4)이 상기 롤러들(2, 3, 4)을 홀딩하는 하나 이상의 롤러 케이지들에 연결된
    3열 롤러 베어링.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    축력에 의해 압축 응력을 받는(prestressed)
    3열 롤러 베어링.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 외측 링(5)과 상기 하나 이상의 내측 링(9) 사이에 동적 시일링(dynamic sealing)을 포함하는
    3열 롤러 베어링.
  10. 하나 이상의 회전부 및 적어도 하나의 고정부를 포함하고,
    상기 하나 이상의 회전부 및/또는 하나 이상의 고정부가 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 3열 롤러 베어링에 연결된
    풍력 터빈.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 회전부가 허브 및/또는 주 샤프트 및/또는 발전기 회전자를 포함하는
    풍력 터빈.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 고정부가 발전기 고정자를 포함하는
    풍력 터빈.
  13. 제 10 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 풍력 터빈이 무기어 직결 구동(gearless direct drive) 풍력 터빈인
    풍력 터빈.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 무기어 직결 구동 풍력 터빈의 발전기가 외측 회전자 및 내측 고정자를 포함하는
    풍력 터빈.
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