PL248494B1 - Zespół łożyskowania generatora z magnesami trwałymi umożliwiający wymianę łożysk bez demontażu wirnika oraz sposób wymiany łożysk generatora z magnesami trwałymi bez demontażu wirnika - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest zespół łożyskowania generatora z magnesami trwałymi umożliwiający wymianę łożysk bez demontażu wirnika oraz sposób wymiany łożysk generatora z magnesami trwałymi bez demontażu wirnika, mające zastosowanie zwłaszcza w konstrukcjach generatorów elektrowni wiatrowych. Zespół łożyskowania generatora z magnesami trwałymi umożliwiający wymianę łożysk bez demontażu wirnika, zaopatrzony w obudowę i wirnik osadzony na wale wewnątrz stojana, na którym to zamocowane są neodymowe magnesy, łożyskowe tarcze są zintegrowane ze stojanem, charakteryzuje się tym, że każda z łożyskowych tarcz (4, 5) posiada wykonane osiowo względem wału (6) łożyskowe gniazdo (9) z otworem do obsadzenia owego wału (6), przy czym w łożyskowym gnieździe (9) obsadzony jest pośredni element (8) w którym to z kolei obsadzone jest łożysko (7), przy czym pośredni element (8) zaopatrzony jest w rozmieszczone w równych odległościach na jego pobocznicy gwintowane otwory. Sposób wymiany łożysk generatora z magnesami trwałymi bez demontażu wirnika, charakteryzuje się tym, że równomiernie wkręca się śruby lub szpilki w gwintowane otwory wykonane na pobocznicy pośredniego elementu (8) dystansując równomiernie łożysko (7) obsadzone w pośrednim elemencie (8), aż do całkowitego zsunięcia łożyska (7) z wału (6), pozostawiając zaczopowany wał (6) w otworze wykonanym w dennicy łożyskowego gniazda (9), następnie wymienia się łożysko (7) obsadzone w pośrednim elemencie (8), i obsadza się je razem z elementem pośrednim (8) na wale (6) wykręcając równomiernie śruby z gwintowanych otworów. Przedmiotem zgłoszenia jest również sposób wymiany łożysk generatora z magnesami trwałymi bez demontażu wirnika.

Description

Przedmiotem wynalazku jest zespół łożyskowania generatora z magnesami trwałymi umożliwiający wymianę łożysk bez demontażu wirnika oraz sposób wymiany łożysk generatora z magnesami trwałymi bez demontażu wirnika, mające zastosowanie zwłaszcza w konstrukcjach generatorów elektrowni wiatrowych.

Dostępne na rynku maszyny z magnesami trwałymi charakteryzują się tym, że wymiana łożysk wymaga demontażu tarcz łożyskowych i wirnika, ze względu na obecność pola magnetycznego wytwarzanego przez magnesy trwałe i dużych sił przyciągających wirnik do stojana najczęściej operacja ta wykonywana jest w wyspecjalizowanym serwisie z wykorzystaniem specjalistycznego oprzyrządowania. W związku z powyższym wymiana łożysk staje się kosztowna i niemożliwa do wykonania przez użytkownika maszyny z magnesami trwałymi. Próby samodzielnej wymiany łożysk w seryjnie produkowanych maszynach z magnesami trwałymi najczęściej kończą się niepowodzeniem i uszkodzeniem samej maszyny.

Z opisu patentowego polskiego wynalazku Pat.234155, znany jest wolnoobrotowy generator synchroniczny z magnesami trwałymi, zwłaszcza do zastosowania w elektrowni wiatrowej o pionowej osi obrotu składający się ze stojana zamocowanego w obudowie i wirnika osadzonego na wale wewnątrz stojana, na którym symetrycznie rozłożone są magnesy neodymowe. Integralną częścią obudowy stojana są tarcze łożyskowe górna i dolna, przy czym do tarczy łożyskowej górnej generatora zamocowana jest na stałe tuleja prowadząca. Na wale wirnika osadzone są łożyska kulkowe dwurzędowe skośne, natomiast w tarczy łożyskowej dolnej tuleja gniazda łożyskowego jest przedłużona.

Z kolei z japońskiego opisu wynalazku JP2018074897A znany jest zespół wirnika. Zespół wirnika zawiera wał utworzony z materiału niemagnetycznego z osią centralną skierowaną w kierunku pionowym jako środek i cylindryczny korpus wirnika przymocowany do zewnętrznej powierzchni wału, gdzie korpus wirnika zawiera wiele elementów rdzenia rozmieszczonych w kierunku obwodowym wokół wału, wiele magnesów wirnika rozmieszczonych w kierunku obwodowym naprzemiennie z wieloma elementami rdzenia wokół wału, posiada część łączącą wykonaną z żywicy łączącą wał i wiele elementów rdzenia z wieloma magnesami wirnika.

Następnie z amerykańskiego opisu wynalazku US2016254711A1 znany jest silnik, który posiada wirnik zawierający wał, stojan, oraz łożysko podtrzymujące wał. Wirnik może zawierać wiele kawałków rdzenia na zewnętrznej stronie wału, wiele magnesów trwałych i część z żywicy formowej pomiędzy kawałkami rdzenia.

Z jeszcze innego amerykańskiego wynalazku US2018183296A1 znany jest silnik elektryczny, umożliwiający wymianę łożysk bez demontażu wirnika, którego każda z łożyskowanych tarcz posiada wykonane osiowo względem wału łożyskowe gniazdo z otworem do obsadzania wału, przy czym w łożyskowym gnieździe obsadzony jest pośredni element, w którym to z kolei obsadzone jest łożysko, przy czym pośredni element zaopatrzony jest w rozmieszczone w równych odległościach na jego pobocznicy gwintowane otwory.

Celem wynalazku jest konstrukcja układu łożyskowania maszyny z magnesami trwałymi umożliwiająca wymianę łożysk bez konieczności demontażu wirnika.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że integralną częścią obudowy stojana są tarcze łożyskowe górna i dolna, przy czym każda z tarcz wyposażona jest w gniazdo łożyskowe specjalnej konstrukcji. Na wale wirnika osadzone są łożyska kulkowe z pośrednią tuleją zewnętrzną, która jest demontowana wraz z łożyskiem. Tuleja może stanowić osobny element lub być zintegrowana z łożyskiem.

Zespół łożyskowania generatora z magnesami trwałymi umożliwiający wymianę łożysk bez demontażu wirnika, zaopatrzony w obudowę i wirnik osadzony na wale wewnątrz stojana, na którym to zamocowane są neodymowe magnesy, łożyskowe tarcze są zintegrowane ze stojanem, każda z łożyskowych tarcz posiada wykonane osiowo względem wału łożyskowe gniazdo z otworem do obsadzenia owego wału, przy czym w łożyskowym gnieździe obsadzony jest pośredni element, w którym to z kolei obsadzone jest łożysko, przy czym pośredni element zaopatrzony jest w rozmieszczone w równych odległościach na jego pobocznicy gwintowane otwory charakteryzuje się tym, że pośredni element to tuleja, której średnica zewnętrzna Dt jest większa niż suma grubości łożyska Dł i czterech grubości Dg pośredniego elementu, w którym wykonane są gwintowane otwory, łożyskowe gniazdo to osiowe pierścieniowe wybranie odpowiadające kształtem pośredniemu elementowi przy czym różnica średnicy otworu Dp wykonanego w dnie łożyskowego gniazda i średnicy wału Dw jest mniejsza niż połowa różnicy wewnętrznej średnicy rdzenia stojana Ds i średnicy zewnętrznej wirnika Dr, gdzie grubość hp dna łożyskowego gniazda jest co najwyżej równa połowie grubości tarczy.

Korzystnie, pośredni element jest zintegrowany z łożyskiem.

Korzystnie, łożyskowe gniazda zamykane są osłonami mocowanymi do łożyskowych tarcz.

Korzystnie, element pośredni wykonany jest ze stali lub żeliwa.

Korzystnie, w elemencie pośrednim wykonane są cztery gwintowane otwory równomiernie rozłożone na okręgu.

Korzystnie, osłony posiadają pierścieniowe wybrzuszenia, dociski dla pośrednich elementów i łożysk.

Sposób wymiany łożysk generatora z magnesami trwałymi bez demontażu wirnika, charakteryzuje się tym, że równomiernie wkręca się śruby lub szpilki w gwintowane otwory wykonane na pobocznicy pośredniego elementu dystansując równomiernie łożysko obsadzone w pośrednim elemencie, aż do całkowitego zsunięcia łożyska z wału, pozostawiając zaczopowany wał w otworze wykonanym w dennicy łożyskowego gniazda, otworów wymienia się łożysko obsadzone w pośrednim elemencie i obsadza się je razem z elementem pośrednim na wale wykręcając równomiernie śruby z gwintowanych, przy czym wymianę łożysk każdej z tarcz dokonuje się niezależnie lub równocześnie.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest zastosowanie specjalnej konstrukcji gniazda łożyskowego, odpowiedniego ukształtowania wału i dodatkowej tulei pośredniej, w której osadzone jest łożysko, co umożliwia wymianę łożysk bez udziału wyspecjalizowanego serwisu i konieczności wyjmowania wirnika z maszyny. Podczas demontażu łożysk wirnik utrzymywany jest w odpowiedniej pozycji względem stojana dzięki odpowiedniemu ukształtowaniu dna gniazda łożyskowego i wału maszyny.

Rozwiązanie według wynalazku zostało zilustrowane przykładem wykonania na rysunku, gdzie Fig. 1 przedstawia widok modelu 3D maszyny, Fig. 2 - przekrój podłużny maszyny, a Fig. 3 - najistotniejsze wymiary niezbędne do uzyskania możliwości montażu i demontażu łożysk bez dodatkowego oprzyrządowania.

Jak pokazano na rysunku Fig. 1, maszyna jest zbudowana ze stojana 1 zamocowanego w obudowie 2, wirnika 3 z magnesami trwałymi osadzonego wewnątrz stojana 1 i tarcz łożyskowych górnej 4 i dolnej 5 stanowiących integralne części obudowy 2. Na wale 6 wirnika 3 osadzone są łożyska kulkowe 7 z zewnętrznymi tulejami pośrednimi 8. Rdzeń magnetyczny stojana 1 wykonany jest z blach elektrotechnicznych. Gniazda łożyskowe od zewnętrznej strony zamykane są osłonami 10 mocowanymi do tarcz łożyskowych za pomocą śrub. Osłony 10 stanowią zabezpieczenie łożysk i tulei pośrednich przed wysunięciem w gniazda.

W celu ułatwienia montażu i demontażu łożysk zastosowano dodatkowo tuleję pośrednią 8 osadzoną na łożysku 7, która wraz z łożyskiem osadzana jest w gnieździe tarczy łożyskowej maszyny 4. Ponadto otwór w dnie gniazda łożyskowego ma średnicę odpowiednio dopasowaną do średnicy wału maszyny 6. Grubość hp dna gniazda łożyskowego 9 powinna być tak dobrana, aby siły nacisku nie spowodowały odkształceń plastycznych w tej części gniazda łożyskowego 9 i wału maszyny 6.

Montaż łożyska w gnieździe łożyskowym podczas składania maszyny wykonywany jest jako ostatni po osadzeniu wirnika w stojanie i po montażu tarcz łożyskowych. W celu ułatwienia montażu łożysk można wykorzystać osłony 10 i dodatkowe śruby (szpilki) o odpowiedniej długości. Po wciśnięciu tulei z łożyskiem osłonę należy przykręcić śrubami o odpowiedniej długości.

Demontaż łożysk odbywa się poprzez równomierne wkręcanie śrub w otwory gwintowane wykonane w tulejach pośrednich 8. Dzięki odpowiedniemu doborowi średnicy otworu w dnie gniazda łożyskowego i średnicy wału maszyny w części współpracującej uniemożliwione jest przemieszczenie wirnika i przyklejenie do stojana.

Przykład 1

Zespół łożyskowania generatora z magnesami trwałymi umożliwiający wymianę łożysk 7 bez demontażu wirnika 3, zaopatrzony jest w obudowę 2 i wirnik 3 osadzony na wale 6 wewnątrz stojana 1, na którym to zamocowane są neodymowe magnesy, łożyskowe tarcze 4, 5 są zintegrowane ze stojanem 1. Każda z łożyskowych tarcz 4, 5 posiada wykonane osiowo względem wału 6 łożyskowe gniazdo 9 z otworem do obsadzenia owego wału 6. W łożyskowym gnieździe 9 obsadzony jest pośredni element 8, którym jest tuleja. W tej tulei obsadzone jest łożysko 7. Pośredni element 8, tuleja zaopatrzona jest w rozmieszczone w równych odległościach cztery gwintowane otwory 11 wykonane na jej pobocznicy.

Pośredni element 8, tuleja w innym przykładzie wykonania może być zintegrowana z łożyskiem 7. Łożyskowe gniazda 9 to osiowe względem otworu obsadzenia wału 6 pierścieniowe wybrania odpowiadające kształtem pośredniemu elementowi 8. Różnica średnicy otworu Dp wykonanego w dnie łożyskowego gniazda 9 i średnicy wału Dw jest mniejsza niż połowa różnicy wewnętrznej średnicy rdzenia stojana Ds i średnicy zewnętrznej wirnika Dr. Łożyskowe gniazda 9 zamykane są osłonami 10 mocowanymi do łożyskowych tarcz 4, 5. Średnica zewnętrzna pośredniego elementu 8 Dt jest większa niż suma grubości łożyska 7 Dł i czterech grubości Dg gwintowanych otworów 11. Grubość hp dna łożyskowego gniazda 9 jest równa połowie grubości tarczy 4, 5. Element pośredni 9 wykonany jest ze stali. Osłony 10 posiadają pierścieniowe wybrzuszenia, dociski dla pośrednich elementów 8 i łożysk 7.

Pr zykład 2

Sposób wymiany łożysk generatora z magnesami trwałymi bez demontażu wirnika, polega na tym, że równomiernie wkręca się szpilki w gwintowane otwory 11 wykonane na pobocznicy pośredniego elementu 8 dystansując równomiernie łożysko 7 obsadzone w pośrednim elemencie 8, aż do całkowitego zsunięcia łożyska 7 z wału 6, pozostawiając zaczopowany wał 6 w otworze wykonanym w dennicy łożyskowego gniazda 9, następnie wymienia się łożysko 7 obsadzone w pośrednim elemencie 8, i obsadza się je razem z elementem pośrednim 8 na wale 6 wykręcając równomiernie śruby z gwintowanych otworów 11. Wymianę łożysk 7 każdej z tarcz 4, 5 dokonuje się niezależnie lub równocześnie.

Claims (7)

1. Zespół łożyskowania generatora z magnesami trwałymi umożliwiający wymianę łożysk bez demontażu wirnika, zaopatrzony w obudowę i wirnik osadzony na wale wewnątrz stojana, na którym to zamocowane są neodymowe magnesy, łożyskowe tarcze są zintegrowane ze stojanem, każda z łożyskowych tarcz (4, 5) posiada wykonane osiowo względem wału (6) łożyskowe gniazdo (9) z otworem do obsadzenia owego wału (6), przy czym w łożyskowym gnieździe (9) obsadzony jest pośredni element (8) w którym to z kolei obsadzone jest łożysko (7), przy czym pośredni element (8) zaopatrzony jest w rozmieszczone w równych odległościach na jego pobocznicy gwintowane otwory (11), znamienny tym, że pośredni element (8) to tuleja, której średnica zewnętrzna Dt jest większa niż suma grubości łożyska (7) Dł i czterech grubości Dg pośredniego elementu (8), w którym wykonane są gwintowane otwory (11), łożyskowe gniazdo (9) to osiowe pierścieniowe wybranie odpowiadające kształtem pośredniemu elementowi (8) przy czym różnica średnicy otworu Dp wykonanego w dnie łożyskowego gniazda (9) i średnicy wału Dw jest mniejsza niż połowa różnicy wewnętrznej średnicy rdzenia stojana Ds i średnicy zewnętrznej wirnika Dr, gdzie grubość hp dna łożyskowego gniazda (9) jest co najwyżej równa połowie grubości tarczy (4, 5).

2. Zespół, według zastrz. 1, znamienny tym, że pośredni element (8) jest zintegrowany z łożyskiem (7).

3. Zespół, według zastrz. 1, znamienny tym, że łożyskowe gniazda zamykane są osłonami (10) mocowanymi do łożyskowych tarcz (4, 5).

4. Zespół, według zastrz. 1, znamienny tym, że element pośredni (9) wykonany jest ze stali lub żeliwa.

5. Zespół, według zastrz. 1, znamienny tym, że w elemencie pośrednim (9) wykonane są cztery gwintowane otwory (11) równomiernie rozłożone na okręgu.

6. Zespół, według zastrz. 3, znamienny tym, że osłony (10) posiadają pierścieniowe wybrzuszenia, dociski dla pośrednich elementów (8) i łożysk (7).

7. Sposób wymiany łożysk generatora z magnesami trwałymi bez demontażu wirnika, znamienny tym, że równomiernie wkręca się śruby lub szpilki w gwintowane otwory (11) wykonane na pobocznicy pośredniego elementu (8) dystansując równomiernie łożysko (7) obsadzone w pośrednim elemencie (8), aż do całkowitego zsunięcia łożyska (7) z wału (6), pozostawiając zaczopowany wał (6) w otworze wykonanym w dennicy łożyskowego gniazda (9), wymienia się łożysko (7) obsadzone w pośrednim elemencie (8) i obsadza się je razem z elementem pośrednim (8) na wale (6) wykręcając równomiernie śruby z gwintowanych otworów (11), przy czym wymianę łożysk (7) każdej z tarcz (4, 5) dokonuje się niezależnie.