TWI778600B - 尤其用於風力渦輪機之轉子輪轂的流體薄膜軸承 - Google Patents

尤其用於風力渦輪機之轉子輪轂的流體薄膜軸承 Download PDF

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Abstract

流體薄膜軸承，包含第一及第二部分(6、7)，其中第一部分(7)包含至少二個環狀滑動表面(14、16、17、32、33)，此等環狀滑動表面彼此成一角度地配置，其中第二部分(6)包含用於每一環狀滑動表面(14、16、17、32、33)之各自墊片(8、9、20、21、22、23、28、29、47、48、49)群組，其中在各自群組中的每一墊片(8、9、20、21、22、23、28、29、47、48、49)之各自墊片滑動表面(10、18、19、30、31)支撐各自環狀滑動表面(14、16、17、32、33)，其中每一群組的墊片(8、9、20、21、22、23、28、29、47、48、49)係沿著第二部分於軸承(2)之圓周方向中分佈，其中首先此等群組中一選擇的群組之至少一個墊片(8、9、20、21、22、23、28、29、47、48、49)係以選擇的群組中的墊片(8、9、20、21、22、23、28、29、47、48、49)之間距沿著圓周為不規則的方式配置，及/或其中其次該選擇的群組或此等群組中一選擇的群組包含二種不同類型之墊片(8、9、20、21、22、23、28、29、47、48、49)及/或其中第三該選擇的群組或此等群組中一選擇之群組的墊片(8、9、20、21、22、23、28、29、47、48、49)係相對於此等群組之另一群組的墊片(8、9、20、21、22、23、28、29、47、48、49)在圓周方向中偏移。

Description

尤其用於風力渦輪機之轉子輪轂的流體薄膜軸承
本發明有關尤其是用於風力渦輪機中的轉子輪轂之流體薄膜軸承，其包含彼此可旋轉地連接的第一及第二部分。另外，本發明有關風力渦輪機。
風力渦輪機大致上包含轉子葉片安裝至其上之輪轂，其中此輪轂係藉由風力渦輪機的機艙或其他組件可旋轉地支撐。輪轂典型直接耦接至發電機之轉子以形成直接驅動的風力渦輪機，或經由齒輪箱耦接至發電機之轉子。輪轂可為藉由一或多數軸承所支撐。典型地，此等軸承形成為滾子軸承。既然當加工這些軸承時需要很高的精度，那些軸承典型非常昂貴，且磨損可導致軸承損壞。要替換損壞之部分，大致上需要拆除整個軸承。因此，替換程序係昂貴的，並可導致較長之停機時間。
代替此滾珠軸承或滾子軸承的滑動軸承係例如由文件EP3276192已知。所揭示之構造需要二軸承以將驅動軸桿支撐在外殼的兩端。需要附加之另一組件、例如止推軸承或止推軸環來軸向地支撐此輪轂。例如，在文件WO 2013/034391 A2中揭示允許在風力渦輪機中使用單一軸承的替代軸承構造。此軸承使用間隔很小之墊片，這些墊片安裝於軸承的旋轉外圈上，此外圈連接至輪轂。
因此，本發明之目標是進一步改進尤其是供使用於風力渦輪機中的軸承，且尤其是降低使用此軸承之風力渦輪機的複雜性，減少磨損及/或改進軸承之使用可靠性。
此問題係藉由尤其是用於風力渦輪機中的轉子輪轂之流體薄膜軸承所解決，其包含彼此可旋轉地連接的第一及第二部分，其中該第一部分包含至少二個環狀滑動表面，此等環狀滑動表面在軸承之圓周方向中沿著第一部分延伸，且相對彼此成一角度地配置，其中第二部分包含用於每一環狀滑動表面的各自之墊片群組，其中在各自群組中的每一墊片之各自墊片滑動面支撐各自的環狀滑動表面，其中每一群組之墊片沿著第二部分分佈於軸承的圓周方向中，其中首先以使得選擇的群組之墊片的間隔沿著圓周為不規則之方式配置群組中一選擇的群組之至少一個墊片，及/或其中其次群組的該選擇群組或一選擇群組包含二種不同類型之墊片，及/或其中第三在此等群組中的該選擇群組或一選擇群組之墊片相對於此等群組的另一群組之墊片在圓周方向中偏移。
使用至少二個環狀滑動表面及支撐這些滑動表面的各自墊片群組允許藉由同一軸承於徑向及軸向方向中組合支撐。例如使用基本上正交於徑向方向之第一環狀滑動表面及相關聯的徑向墊片來提供徑向支撐，並使用二群組墊片來支撐與軸承之軸向方向成一角度配置的另一環狀滑動面以在雙軸向方向中提供軸向支撐係可能的。替代地，例如使用藉由各自墊片群組所支撐之二環狀滑動表面將為可能的，此等墊片群組相對軸承之徑向及軸向方向兩者成一角度地配置。於此案例中，每一群組墊片可在徑向方向中及於軸向方向中的一方向中提供支撐。
所敘述之關於墊片的放置及類型之選項允許軸承的較低複雜性及成本。當軸承之軸向方向係大約平行於水平方向、例如相對水平方向在小於30°或小於15°的角度時，一群組墊片之不規則間隔是尤其有利的。這典型用於風力渦輪機之輪轂的軸承。在此案例中，主要需要徑向支撐來補償輪轂上之重力。因此，例如定位所有或大部分墊片係可能的，此等墊片當它們安裝至軸承之內部時將於圓周的頂部半部中提供徑向支撐，或當它們安裝至軸承之外部時將對圓周的底部半部提供徑向支撐。這可減少所需墊片之數量，且因此減少軸承的複雜性、成本及重量。
大致上，選擇群組之墊片的不規則間隔導致一種配置，其中當在給定之測量方向中環繞圓周測量時，並非選擇群組的所有相鄰墊片都是等距的。例如，這可為當軸承包含此群組中之至少三個墊片時的情況，且其中一墊片以下面方式移位，即此墊片應更接近其相鄰墊片之其中一者而不是其相鄰墊片的另一者。替代地，例如在軸承之圓周的某一扇區中聚集二墊片係可能的，使得於墊片之間沿著圓周有一相對較小的距離及一相對較大之距離。墊片之間的距離可例如在選擇群組中變動達至少10%或至少30%或至少50%。
如先前所述，於大多數使用情況下，軸承在徑向方向中之負載將藉由重力所支配。然而，當軸承亦可應對意外或罕見的負載事件、例如於罕見之風力條件期間或在安裝及/或維修風力渦輪機期間時係有利的。因此，當將墊片安裝至外部時，將至少一些墊片仍放置於軸承的圓周之頂部半部中可為有利的，而當將墊片安裝至軸承內部時，將至少一些墊片仍放置在軸承之圓周的底部半部可為有利的，以應對此等罕見之負載事件。使用較少數量的墊片來應對這些罕見之負載事件係可能的。然而，替代地或附加地，於不同位置中使用不同類型之墊片亦可為有利的。以使得當墊片經歷與其它墊片相同之使用量時將使它們的使用壽命會更短之方式，可設計一種主要在罕見的負載事件期間提供支撐之墊片。既然這些墊片極少會滿載，它們仍可達成與其他墊片大約相同的使用壽命。
如先前所述，根據本發明之流體薄膜軸承使用至少二個環狀滑動表面，而以各自的墊片群組來支撐這些滑動表面。支撐環狀滑動表面之最簡單方法是將所有群組的墊片放置於想要支撐之每一圓周位置處。此方法的缺點是需要將不同群組之墊片在軸向方向中稍微隔開，因此使軸承的長度在軸向方向中延伸。藉由相對於此等群組之另一群組的墊片在圓周方向中偏移此等群組的至少一個群組之墊片，這些群組的墊片能以如果放置於相同之圓周位置則它們將在軸向方向中重疊的方式放置，因此縮短此軸承。較短之軸承可減少軸承所需的材料量，且因此可降低軸承之成本及重量。附加地或替代地，群組之間的所述偏移可使用於允許此等群組之至少一者的墊片之較大墊片滑動表面，尤其是用於提供徑向支撐的一個以上之群組，而無需更長的軸承。
當使用至少三個群組之墊片時，例如一個群組提供徑向支撐且兩個群組提供軸向支撐，例如僅使提供徑向支撐的墊片由提供軸向支撐之墊片偏移係可能的。然而，亦使提供軸向支撐之二個群組墊片相對於彼此偏移係亦可能的。
在流體薄膜軸承中，需要於不同的滑動表面之間的接觸區域提供潤滑劑。此潤滑之多數個方法在現有技術領域中是已知的，且將不詳細討論。潤滑可例如為溢出潤滑、直接潤滑、藉由噴桿之潤滑、或其他類型的潤滑。較佳地，將油使用作流體薄膜軸承中之潤滑劑。流體薄膜軸承較佳可為是流體動力軸承或替代地為流體靜力軸承。將這些軸承類型群組合使用係亦可能的，其中一些墊片藉由流體動力潤滑方式所潤滑，且一些墊片藉由流體靜力潤滑方式所潤滑。為了避免潤滑劑之過量滲漏，較佳密封軸承的不同部分之間的連接。為了簡單起見，在本申請案中未顯示或討論部分之間的密封，因為此等密封的實施方式於先前技術中是眾所周知的。
在流體薄膜軸承中，藉由另一滑動表面支撐一滑動表面涉及力量之間接傳送，因為於這些表面之間配置薄的潤滑薄膜。在一些案例中，例如於流體動力軸承中之低轉速下或當提供潤滑劑的泵未在流體靜力軸承中運行時，各自之滑動表面可為直接接觸，且因此可藉由力量的直接交換來達成支撐。
於軸承之圓周的第一半部中之選擇群組的墊片之數量可為高於在軸承的圓周之第二半部中的選擇群組之墊片的數量。替代地或附加地，第一類型之墊片可配置於軸承的圓周之第一半部中，且第二類型的墊片可配置在軸承之圓周的第二半部中。如先前所述，例如，當軸向方向係大約水平以提供抵抗重力之強大支撐時，這可為有利的。
僅一種類型之墊片可使用塗層來形成墊片滑動表面，或不同類型的墊片可使用該塗層用之不同材料。替代地或附加地，不同類型的墊片可使用不同之材料來形成承載此塗層或形成墊片滑動表面的墊片之各自接觸區段。附加地或替代地，不同類型的墊片可使用不同之機構以允許接觸區段之傾斜。
軸承中所使用的墊片典型包含上面所討論之接觸區段及使用於將接觸區段安裝至安裝表面的支撐區段。連接此接觸區段及支撐區段之機構典型允許此接觸區段在至少一個方向中傾斜，以補償第一部分及第二部分的輕微錯位及公差。用於提供此等墊片之諸多方法在現有技術領域中是已知的，且因此將不詳細討論。應當注意，於一些案例中，僅將接觸區段視為墊片，而將支撐區段視為墊片支撐。在本發明之未集中於墊片的個別區段之諸多部分中，所討論的區段之組合將被簡單地稱為墊片。
使用於形成此接觸區段的材料可例如為不同類型之鋼材。一個以上的塗層可選自例如巴氏合金、白合金、聚合物或其他塗層。用於允許傾斜之機構的範例是樞軸、螺栓插座連接或撓性支撐。撓性支撐例如可藉由從相同之材料形成墊片的支撐部分及接觸區段並藉由從相同材料所製成之連接部分將這些區段連接起來而形成，但此連接部分具有較小的直徑，且因此具有一定可撓性以允許墊片滑動表面之稍微傾斜。所提及的變動之不同組合導致墊片的成本、重量及堅固性不同，且因此可使用於提供軸承中所使用之至少二種類型的墊片，以最佳化這些參數。
藉由選擇群組之墊片的墊片滑動表面所支撐之環狀滑動表面可相對此軸承的徑向方向成一角度配置。換句話說，選擇群組之墊片可為向該滑動表面提供至少一定量的徑向支撐之徑向墊片。如先前所述，為風力渦輪機的輪轂使用軸承將導致大約水平之軸向方向。因此，需要的軸向支撐量環繞軸承之圓周大約恆定的，且主要需要之徑向支撐量變動。因此，變動徑向墊片的類型或間隔係尤其有利的。
此等徑向墊片可例如藉由墊片群組所形成，使它們之墊片滑動表面相對徑向及軸向方向成至少10°或20°、較佳在35°與55°之間的角度，且面向不同之軸向方向中。這些類型的墊片將同時提供徑向支撐及軸向支撐。替代地，使用至少一個群組之徑向墊片將為可能的，此等徑向墊片基本上正交於徑向方向，例如相對徑向方向配置在小於15°或10°或5°之角度。可使用至少一個附加群組、較佳為二個附加群組的墊片來提供軸向支撐。這些可為大約正交於軸向方向。
一般來說，相對徑向方向成一角度配置之墊片或滑動表面可被認知為徑向墊片或徑向滑動表面。相對軸向方向成一角度配置的墊片及滑動表面可被認知為軸向墊片或軸向滑動表面。
在較佳實施例中，第一部分是軸承的外部，其中環狀滑動表面之至少一者形成在第一部分的內圓周上及/或其中此等群組之至少一個群組的墊片之各自墊片滑動表面具有凸出形狀。較佳地，支撐相對徑向方向成一角度的環狀滑動表面之所有群組係凸出的，以匹配亦為凸出之環狀滑動表面的表面。因此，第一部分可被認知為軸承之外部，且第二部分認知為軸承的內部。
使用安裝至內部、尤其是可為靜態之墊片，而不是尤其可旋轉的墊片，允許更輕易地接近此等墊片，尤其是當流體薄膜軸承使用於風力渦輪機中時。在此案例中，內部典型於軸承之區域中具有大約管子的形狀。因此，內部形成自然之爬行空間或甚至較大的進出空間，以供人員進出可安裝墊片之內部的壁面。如下面所更詳細地討論，墊片在內部上之安裝亦可幫助於墊片的墊片滑動表面之周向端部處避免銳角，這亦可幫助減少磨損。
較佳地，提供徑向支撐的墊片之各自墊片滑動表面具有凸出形狀。當滑動表面具有凸出形狀時，在滑動表面的任何點上之切線都不會與滑動表面相交。比較於具有凹入形狀的滑動表面之墊片，避免在徑向墊片滑動表面的邊緣處之銳角，這可幫助增加墊片的壽命。
較佳地，藉由此等墊片所接觸之徑向墊片滑動表面可在正交於軸承的旋轉軸線之剖開平面中具有圓的一部分之形狀。較佳地，這對於正交於與徑向墊片滑動表面相交的旋轉軸線之每一剖開平面適用。旋轉軸線的方向亦可稱為軸向方向。
外部滑動表面在所討論之一個以上的剖開平面中可具有圓形之形狀，導致兩個滑動表面具有類似的形狀，且因此導致改善之支撐。
第一部分可形成在徑向方向中朝第二部分延伸的環狀突起部，其中環狀滑動表面可形成於突起部之徑向端上及突起部的兩軸向端上，其中第一群組墊片配置在突起部之一側上，且第二群組墊片於軸向方向中配置在突起部的相反側上。形成於突起部之徑向端上的環狀滑動表面可藉由第三群組墊片之滑動表面所支撐，此第三群組墊片尤其是包含徑向墊片。
突起部可形成軸承的外環件。突起部尤其可在正交於軸承之周向方向的剖開平面中具有I形橫截面。
第一部分可形成內或外環狀區段、及在徑向方向中由環狀區段朝第二部分延伸之二個環狀突起部，其中此等環狀滑動表面形成於環狀區段及面朝彼此的環狀突起部之內面上，其中所有墊片都配置在環狀突起部之間。
第一群組墊片、尤其是徑向墊片的墊片滑動表面可支撐形成於環狀內或外區段上之環狀滑動表面。尤其是軸向墊片的各自群組之墊片滑動表面可支撐配置在各自突起部上的各自環狀滑動表面。由於配置在面向彼此之突起部上的環狀滑動表面，可於兩軸向方向中提供軸向支撐。
內環狀區段或外環狀區段及二突起部可形成軸承之內或外環件，此軸承在正交於圓周方向的剖開平面中具有U形橫截面。
提供徑向支撐之二群組墊片的墊片滑動表面之法線可相對於徑向方向傾斜，其中這些群組中的第一群組之墊片滑動表面可面向此軸承的第一軸向端，且其中這些群組之第二群組的墊片滑動表面可面向此軸承之第二軸向端。
這些墊片滑動表面的法線可相對於徑向方向傾斜達小於90°且大於0°之角度，較佳為傾斜達30°與60°之間的角度，例如傾斜達大約45°之角度。藉由增加傾斜角度，在軸向方向中達成藉由墊片的更強支撐，而降低角度則於徑向方向中提供更強之支撐。墊片朝軸承的不同端部之傾斜導致用於不同群組的徑向墊片滑動表面面向不同之方向中。因此，二群組墊片在兩方向中提供軸向支撐，同時仍提供徑向支撐。
第一部分可形成於徑向方向中延伸朝第二部分並形成二個環狀滑動表面的環狀突起部，其中此環狀滑動表面之法線係相對於徑向方向朝軸承的不同端部傾斜，其中每一環狀滑動表面係在軸向及徑向方向中藉由墊片群組之其中一群組所支撐，其中外部滑動表面面向彼此或彼此背對。
突起部可尤其是形成軸承的內圈或外圈，此內圈或外圈在正交於圓周方向之剖開平面中具有漸縮的I形或U形橫截面。環狀滑動表面尤其可配置在此剖開平面中之V形中，例如當形成具有漸縮的I形之環件時於突起部的軸向端部上、或例如當形成具有漸縮的U形之環件時在藉由突起部所形成的凹部中。
可將第一群組墊片配置於與第二群組墊片不同之圓周位置處。這可允許軸承在軸向方向中的短少，尤其是當如上所述地使用內圈或外圈之漸縮的U形時，因為由兩側提供軸向支撐之成對的不同墊片群組不需要配置於相同之圓周位置處及因此不需要配置在不同的軸向位置處，而是可沿著第二部分之圓周成一直線地配置。
第一部分或第二部分可形成為、尤其是澆注為一件式，且包含用於風力渦輪機的輪轂。這可簡化風力渦輪機的組裝，並潛在地減少需要之材料量，且因此尤其減少軸承及輪轂的重量。替代地，第一或第二部分可附接至風力渦輪機之輪轂、例如藉由法蘭連接件。
例如可如上所述地藉由第一部分的突起部所形成之軸承的內圈或外圈可為鍛造式鋼環件，例如可硬化此鋼環件以獲得耐磨及抗損壞之表面。替代地，其可為鑄鐵環件，此鑄鐵環件可塗覆有塗層以獲得耐磨及抗損壞的表面。其他實施方式係亦可能的。
本發明亦有關風力渦輪機，其包含具有轉子輪轂之轉子，此轉子輪轂使用根據本發明的流體薄膜軸承連接至風力渦輪機之另一組件，其中此輪轂係第一或第二部分的一部分或安裝至第一或第二部分。較佳地，輪轂可為安裝至第一及第二部分之外部。各自部分與輪轂之間的連接件可為抗扭矩。另一部分較佳為尤其是經由抗扭矩連接件而連接至發電機之機艙及/或定子。連接至輪轂的部分亦可經由抗扭矩連接件來連接至發電機之轉子或變速箱的輸入級。
在軸承圓周之頂部半部或底部半部中的選擇群組之墊片數量可為比於軸承圓周的另一半部中之選擇群組的墊片之數量更高。附加地或替代地，第一類型的墊片可配置在軸承圓周之頂部半部中，而第二類型的墊片可配置於軸承圓周之底部半部中。業已相對於根據本發明的軸承討論了這些特徵。較佳地，輪轂藉由單一軸承連接至另一組件。
圖1顯示風力渦輪機1之詳細視圖，此風力渦輪機1包含使用流體薄膜軸承2可旋轉地連接至風力渦輪機1的另一組件5之轉子輪轂3。輪轂3使用抗扭矩的連接件安裝至軸承2之第一部分7。例如，可使用法蘭連接件。替代地，輪轂3及第一部分7可形成為，例如澆注成單件式。
第一部分7亦使用抗扭矩的連接件來連接至結構4。為了簡單及清楚起見，此結構4可使用於承載在圖1中未示出之風力渦輪機1的發電機之轉子。
軸承的第二部分6具有環狀形狀，並可形成為具有另一組件5之一件式，或可使用抗扭矩的連接件來連接至另一組件5。另一組件5尤其可為或承載風力渦輪機1之發電機的定子，此定子為了簡單及清楚起見而未示出。
由於本發明著重於諸多墊片之實施方式及分佈，所以有關流體薄膜軸承的潤滑之細節，例如可任選地使用於輸送潤滑劑的密封件及泵，係在圖面中省略。
為了徑向地支撐第一部分7，第二部分6包含沿著第二部分6之圓周分佈的第一群組墊片8、9。此群組之墊片8、9以沿著圓周的墊片8、9之間隔為不規則的方式配置。於此範例中，提供徑向支撐之群組的墊片8、9僅配置在圓周之頂部半部中。替代地，可於圓周的不同部分中使用不同數量或類型之墊片。此等分佈係有利的，因為在徑向方向中之主負載典型將歸因於作用在輪轂3上的重力。
每一墊片8、9具有於徑向方向中支撐第一部分7之環狀滑動表面14的各自墊片滑動表面10。滑動表面10、14可例如為塗覆來改善滑動表面之堅固性及/或進一步減少摩擦。儘管滑動表面10、14在正常操作期間典型不直接接觸，但是由於薄的潤滑劑薄膜配置在滑動表面10、14之間，因此例如可於低轉速下或當使用於輸送潤滑劑的泵不工作時發生滑動表面10、14之間的接觸。
墊片滑動表面10確實具有凸出之形狀，如尤其是在圖2及3中看到的，其顯示第二部分6而沒有包圍之第一部分7、及個別墊片8、9的總體形狀之示意圖。如圖3中所顯示，墊片滑動表面10在正交於軸承2的軸向方向之剖開平面中至少近似圓的扇形段15之形狀。在圖1中，軸向方向與水平方向重合。
墊片滑動表面1的凸出形狀緊密地匹配環狀滑動表面14之形狀，其在相同剖開平面中至少大約為圓形。使用凸形表面的另一優點是避免於墊片滑動表面10之邊緣24、25處的銳角。這可幫助減少墊片滑動表面10及環狀滑動表面14之磨損。
關於圖3中所顯示的墊片8、9之總體形狀，應當注意用於軸承的墊片及因此墊片8、9與其他墊片亦將稍後敘述，典型允許各自墊片之滑動表面相對於所使用的墊片之支撐區段的一定傾斜量，以將墊片支撐抵靠著安裝表面或其他安裝點。滑動表面典型藉由接觸區段所提供，此接觸區段藉由機構來安裝至支撐區段以允許例如藉由樞軸或球窩連接之傾斜。提供撓性支撐件作為允許傾斜之機構係亦可能的。在此案例中，接觸區段及支撐區段可由相同材料所形成，此相同材料藉由相同材料之較薄部分所連接，由而形成允許傾斜的機構。雖然一些後面之範例將顯示這些相異部分，但僅當使用不同類型的墊片時，接觸區段與支撐區段之間的確切連接類型才有意義。因此，為了簡化起見，在圖1-3及一些後面之圖面中將墊片顯示為單一材料塊。
於參考圖1-3所討論的範例中，墊片8、9係徑向地插入軸承之第二部分6的主體11之通孔12。較佳地，它們包含可擰緊或用螺栓連接至主體11的基底板材13。由於施加在徑向墊片滑動表面10上之徑向力必需藉由使用於將基底板材13連接至主體11的連接元件所吸收，其較佳的是使用分佈環繞通孔12之圓周的多數個連接元件、例如多數個螺釘或螺栓。
在所討論之範例中，墊片滑動表面10及環狀滑動表面14基本上正交於徑向方向，且因此可僅在徑向方向中支撐第一部分7並因此支撐輪轂3。為了對第一部分7及因此對輪轂3提供軸向支撐，第一部分7具有大約正交於軸承2的軸向方向之二個附加的環狀滑動表面16、17。環狀滑動表面17係藉由第二群組墊片20、21之墊片滑動表面19所支撐。環狀滑動表面16係藉由第三群組墊片22、23所形成的墊片滑動表面18來支撐。因此，在兩軸向方向中支撐第一部分7。
尤其如圖2中所顯示，第一群組之墊片8、9係相對於第二及第三群組的墊片20至23在圓周方向中偏移。這允許較短之軸承2或使用於軸向方向中較大的墊片8、9之滑動表面10，而無需使用較長的軸承2。
在正交於圖1中所顯示之軸承的圓周方向之剖開平面中，環狀的第一部分7具有大約字母“I”之形狀，且形成在徑向方向中朝第二部分6延伸的突起部。環狀滑動表面14形成於此突起部之徑向端上，且環狀滑動表面16、17形成在此突起部的軸向端上。
墊片20-24可藉由徑向地經過內部6之主體11的通孔26移除或插入它們來替換，使得將它們夾在主體11與第一部分7之間。為了易於維修墊片8、9及墊片20-24，輪轂3及第二部分6和另一組件5或這些組件的子群組可形成內部空間27，以允許人員進出第二部分6。如先前所討論，墊片8、9及墊片20-24都徑向地插入第二部分6之主體11，且因此可輕易地由此內部空間27進出。如稍後所討論，參考圖12及13，亦可使用其他用於安裝墊片的方法。
在先前所討論之範例中，提供徑向支撐的墊片滑動表面10基本上正交於徑向方向。因此，需要的是使用附加之墊片20-23群組來達成對第一部分7及因此輪轂3的軸向支撐。圖4顯示替代實施例，其中第一部分7具有形成二環狀滑動表面32、33之漸縮形狀，此等環狀滑動表面32、33基本上平行於軸承2的圓周方向，但相對軸承2之徑向及軸向方向成一角度地配置。此實施例使用二個群組的墊片28、29，每一群組墊片支撐環狀滑動表面32、33之各自滑動表面。用於各自的墊片28、29之墊片滑動表面30、31的各自法線係相對於徑向方向傾斜。因此，二群組墊片28、29足以同時提供徑向及軸向支撐。
這些墊片對28、29之多數個可沿著第二部分6的圓周隔開。兩群組之墊片28、29較佳係環繞圓周不規則地隔開，例如使用在圓周的上部中之大量墊片28、29。替代地或附加地，於圓周的不同部分中使用二種不同類型之墊片28、29。既然在徑向方向中之負載沿著圓周變動，兩種方法都是有利的，因為於徑向方向中之主負載典型藉由重力所造成。這對於稍後敘述的另外實施例亦適用。
為了易於維修，將墊片28、29安裝在第二部分6之主體11的通孔38、39中。如先前所述，基底板材13可使用於將各自之墊片28、29以螺栓連接、擰緊或用其他方式附接至主體11。
圖4亦顯示個別墊片28、29的更詳細之結構。每一墊片28、29包含支撐區段36，此支撐區段36包含用於將各自的墊片28、29固定至主體11之基底板材13。各自的滑動表面30、31係藉由各自之接觸區段34所提供，可例如塗覆此接觸區段34以提供各自的滑動表面30、31。連接接觸區段34和支撐區段36之機構35可例如實施球窩連接或一些其他手段，以允許各自的墊片滑動表面30、31之輕微傾斜。當在支撐相同環狀滑動表面的墊片群組內使用不同類型之墊片時，如下面參考圖8所討論，區分不同類型的墊片之一種方式是對不同類型的墊片使用不同之機構35，例如用於一些墊片的撓性連接及用於群組中之其他墊片的球窩連接。墊片28、29可藉由如用箭頭37所顯示地，例如從圖1中所顯示之內部空間27內移除它們而輕易地維修。
在圖5中顯示先前討論實施例的輕微變動。既然大多數特徵係與圖4中所顯示之實施例完全相同，相同的標籤使用於不同之組件。這些實施例之間的主要差異是墊片28、29至第一部分6之主體11的安裝。儘管參考圖4所討論的實施例允許尤其輕易地移除墊片28、29，因為當藉由來自第一部分經由墊片滑動表面30、31之力量加載時甚至可移除它們，因此實施例的缺點在於固定手段需要抵抗藉由第一部分7施加至徑向墊片滑動表面30、31上之任何力量來支撐墊片28、29，各自的基底板材13係以此固定手段固定至主體11。
當使用圖5中所顯示之實施例時，藉由第一部分7經由墊片滑動表面30、31所施加的力量係直接傳送至內部6之主體11。在此案例中，墊片28、29不能平行於支撐軸線被移除。相反地，它們係正交於此軸線移除，如藉由圖5中的箭頭37所顯示。墊片28、29可例如藉由來自圖1中所顯示之內部空間27的公共開口40進出。
圖6、7及8顯示替代實施例，其係類似於參考圖1-3所討論之實施例，只要將分開的墊片群組係使用於徑向及軸向支撐。這些實施例之間的第一差異是第一部分7之形狀。儘管在圖1至3的實施例中，第一部分7在正交於軸承2之圓周方向的剖面中具有I形，但是以此藉由環狀外區段41及由此環狀外區段41朝第一部分6延伸之二突起部42、43形成剖面的方式，根據圖6至8之實施例使用具有U形的第一部分7，如圖中6及7所顯示。
像在先前所討論之實施例中，提供徑向支撐的墊片8、9、47、48、49及對第一部分7提供軸向支撐之墊片20-23係沿著軸承2的圓周方向提供於不同位置中。這是例如由圖8顯而易見的，圖8顯示第二部分6之立體圖。因此，圖6及7顯示沿著軸承2的圓周在不同位置處之軸承2的橫截面，以顯示墊片8及墊片20、22與第一部分7之相互作用。
如圖6中所顯示，環狀滑動表面14係藉由環狀外區段41所形成。如於先前所討論的實施例中，墊片8基本上以相同之方式安裝至第二部分6的主體11。既然在突起部42、43與徑向墊片8之間存在相當大的間隙45，因此僅墊片滑動表面14與外部7相互作用。
如圖7中所顯示，墊片20、22係夾在藉由第二部分6之主體11所形成的支撐環件44與外部7的各自之突起部42、43之間。既然於墊片20、22與第一部分7的環狀外區段41之間存在足夠大的間隙46，軸向墊片20、22僅與突起部42、43相互作用以軸向地支撐第一部分7。各自之墊片滑動表面18、19支撐各自的環狀滑動表面16、17。圖7中之環狀滑動表面16、17面朝彼此，在根據圖1至3的實施例中提供相同功能性之環狀滑動表面16、17面朝彼此背向。
所討論的實施例相對圖1-3之實施例的另一差異係使用支撐環狀滑動表面14之墊片群組中的附加墊片47、48、49，如圖8中所顯示。既然附加墊片47、48、49係配置於軸承2之圓周的下半部中，且此群組軸承僅提供徑向支撐，因此在軸承2之正常操作期間幾乎不會對軸承47、48、49加載。因此，它們主要使用於在罕見的負載情況下提供附加之徑向支撐，例如於風力渦輪機的製成或維修期間或在罕見的風條件中。因此，於此群組中使用二種不同類型之墊片係有利的，第一類型之墊片8、9在正常操作期間提供支撐，而第二類型的墊片47、48、49於罕見之負載情況下提供支撐。
既然墊片47、48、49很少被完全加載，因此當第二類型的墊片比第一類型之墊片被強力加載時，第二類型的墊片可比第一類型之墊片更不堅固或提供較大摩擦。例如。對於墊片47、48、49的墊片滑動表面，可使用不同之塗層或不使用塗層。替代地或附加地，可使用不同機構，以允許用於墊片47、48、49的其他組件之傾斜及/或不同材料。因此，附加墊片47、48、49的成本及重量可保持低的。
圖9顯示參考圖6至8所討論之實施例的變型。僅顯示軸承2之小圓周區段，其中切掉第一部分7的一部分，以顯示墊片20至22之配置及用於徑向支撐的墊片滑動表面10之其中一者。為了改善清晰度，更詳細一點地顯示不同的墊片20-22，而不是像先前範例一樣簡單地顯示外形輪廓。
根據圖9之實施例與先前所討論的實施例之間的主要差異在於提供軸向支撐之不同墊片20-22的配置。在先前之實施例中，二墊片20、22配置於各自的圓周位置處，這些墊片20、22之兩者藉由支撐環件44所支撐。相反地，根據圖9的實施例將所有用於軸向支撐之墊片20-22放置在不同的圓周位置中。因此，其墊片滑動表面19支撐環狀滑動表面17之第一群組墊片20、21係放置在異於其墊片滑動表面18支撐環狀滑動表面16的第二群組墊片22、23之不同周向位置中，此環狀滑動表面16係藉由圖9中的突起部42所隱藏。在每一圓周位置中僅使用單一墊片20-22可減小軸承之寬度，這於一些案例中可為有利的。
對於先前參考圖4及5所討論之實施例可在軸承2的寬度中達成類似之減小，此實施例使用二個環狀滑動表面32、33，此二環狀滑動表面都相對徑向及軸向方向成一角度地配置，因此於軸向及徑向方向中支撐第一部分7。現在參考圖10及11敘述此實施例，圖10及11於不同的圓周位置處顯示正交於軸承2之圓周方向的橫截面。既然支撐第一部分7之方法係與圖4及5類似，因此相同的參考數字使用於用作相同或類似目的之組件。
與圖4及5中所顯示的實施例之第一差異係第一部分7的形狀。取代圖4及5中所顯示之漸縮I形，第一部分7現在具有帶有二突起部的漸縮U形，使漸縮端形成二環狀滑動表面32、33。因此，於根據圖10及11之實施例中，環狀滑動表面32、33面朝彼此。
由於環狀滑動表面32、33的此配置，二墊片28、29不能在軸承2之圓周方向中放置於相同位置中。相反地，它們在圓周方向中移位達一定距離。較佳地，墊片28、29以使得具有圖10中所顯示的定向之第一群組墊片28與具有圖11中所顯示的定向之第二群組墊片29交替的方式配置。
圖12顯示所討論之流體薄膜軸承2的另一變型。軸承2之總體設計類似於參考圖1-3所討論的軸承2，其具有藉由群組墊片8所徑向地支撐及藉由二群組墊片20、22所軸向地支撐之大約I形的第一部分7。在圖12中所顯示之範例中，墊片20、22及墊片8配置於相同的圓周位置處。對於墊片8及墊片20、22使用不同之圓周位置及/或將用於不同的軸向支撐之方向的墊片20、22放置在不同之圓周位置將亦為可能的。
參考圖1至3討論之實施例與根據圖12的實施例之間的主要差異係將用於軸向支撐之墊片20、22安裝至第二部分6的主體11之方式。代替將它們徑向地插入第一部分7與主體11之間，而是將它們插入主體11的軸向開口47，並經由在開口上延伸之基底板材13附接至主體11，例如藉由將基底板材13擰緊或用螺栓連接至主體11。業已參考圖1並參考軸承8討論此方法。
第二部分6經由位於墊片20外側的連接件50連接至另一組件5，因此允許在藉由箭頭37所指示之各自方向中由內部空間27移除墊片8以及墊片20、22，如參考圖1所討論者。
於圖13中顯示軸承2的另一種變型例。相對圖12中所顯示軸承2之主要差異在於墊片8的另一種安裝。代替藉由基底板材13附接此墊片，徑向墊片8之支撐區段36係藉由第二部分6的主體11所直接地支撐。這當預料墊片8將被強力地加載時可為有利的，因為按另一種方式，這些強負載將必需藉由將基底板材13固定至主體11之螺釘或螺栓來支撐。
相對根據圖12的實施例之另一差異係將連接件50放置至另一部分5。因此，在圖13中所顯示之實施例中，墊片20位於藉由另一部分5及軸承2所形成的內部空間27之外側。儘管此配置可使軸向墊片20的替換更加麻煩，但是在一些案例中，例如當需要另一部分5之小直徑時，其可為有利的。
顯然地，相對於個別實施例所討論之特徵能以多種方式組合。而且，軸承2的第一部分6及第二部分7至風力渦輪機1之諸多其他部分的連接可變動。例如將第一部分7與輪轂3及/或結構4形成一件式，或藉由不同之連接件，例如藉由法蘭連接件將外部7連接至這些元件的一者或兩者係可能的。對應地，將另一部分5及第二部分6設置成一件式或藉由法蘭等將它們連接係可能的。使用第一部分7作為內部及使用第二部分6作為軸承2之外部將亦為可能的。
儘管已參考較佳實施例詳細地敘述本發明，但是本發明不藉由所揭示範例來限制，熟諳人員能夠由所揭示範例得出其他變型而未脫離本發明之範圍。
1:風力渦輪機 2:流體薄膜軸承 3:轉子輪轂 4:結構 5:另一組件 6:第二部分 7:第一部分 8:墊片 9:墊片 10:滑動表面 11:主體 12:通孔 13:基底板材 14:滑動表面 15:扇形段 16:滑動表面 17:滑動表面 18:墊片滑動表面 19:墊片滑動表面 20:墊片 21:墊片 22:墊片 23:墊片 24:邊緣 25:邊緣 26:通孔 27:內部空間 28:墊片 29:墊片 30:墊片滑動表面 31:墊片滑動表面 32:滑動表面 33:滑動表面 34:接觸區段 35:機構 36:支撐區段 37:箭頭 38:通孔 39:通孔 40:公共開口 41:外區段 42:突起部 43:突起部 44:支撐環件 45:間隙 46:間隙 47:墊片 48:墊片 49:墊片 50:連接件
本發明之其他目的及特徵將結合附圖考慮之以下詳細敘述而變得明顯。然而，附圖僅是單獨出於例示目的而設計之原理草圖，而不限制本發明。附圖顯示： 圖1係根據本發明的風力渦輪機之示例性實施例，其包含根據本發明的流體薄膜軸承之示例性實施例； 圖2係圖1中所顯示的軸承之內部的立體圖； 圖3係圖1中所顯示之軸承中所使用的徑向墊片之總體形狀；及 圖4-13係根據本發明的流體薄膜軸承之諸多另外實施例的詳細視圖，其可使用於根據本發明之風力渦輪機的實施例。
1:風力渦輪機
2:流體薄膜軸承
3:轉子輪轂
4:結構
5:另一組件
6:第二部分
7:第一部分
8:墊片
9:墊片
10:滑動表面
11:主體
12:通孔
13:基底板材
14:滑動表面
16:滑動表面
17:滑動表面
18:墊片滑動表面
19:墊片滑動表面
20:墊片
21:墊片
22:墊片
23:墊片
26:通孔
27:內部空間

Claims (10)

  1. 一種用於風力渦輪機(1)之轉子輪轂(3)的流體薄膜軸承，包含可旋轉地彼此連接之第一及第二部分(6、7)，其中該第一部分(7)包含至少二個環狀滑動表面(14、16、17、32、33)，該等環狀滑動表面在該軸承(2)的圓周方向中沿著該第一部分(7)延伸且彼此成一角度地配置，其中該第二部分(6)包含用於每一環狀滑動表面(14、16、17、32、33)之各自墊片(8、9、20、21、22、23、28、29、47、48、49)群組，其中在各自群組中的每一墊片(8、9、20、21、22、23、28、29、47、48、49)之各自墊片滑動表面(10、18、19、30、31)支撐該各自環狀滑動表面(14、16、17、32、33)，其中每一群組的墊片(8、9、20、21、22、23、28、29、47、48、49)係沿著第二部分於該軸承(2)之圓周方向中分佈，其中首先該等群組中一選擇群組之至少一個墊片(8、9、20、21、22、23、28、29、47、48、49)係以該選擇的群組中的墊片(8、9、20、21、22、23、28、29、47、48、49)之間距沿著該圓周為不規則的方式配置，及其中其次該選擇的群組或該等群組中一選擇的群組包含二種不同類型之墊片(8、9、20、21、22、23、28、29、47、48、49)，及其中第三該選擇的群組或該等群組中一選擇的群組的墊片(8、9、20、21、22、23、28、29、47、48、49)係相對於該等群組之另一群組的墊片(8、9、20、21、22、23、28、29、47、48、49)在該圓周方向中偏移。
  2. 如請求項1的流體薄膜軸承，其中該軸承(2)之圓周的第一半部中之選擇的群組的墊片(8、9、20、21、22、23、28、29、47、48、49)之數量係比該軸承(2)的圓周之第二半部中選擇的群組之墊片(8、9、20、21、22、23、28、29、47、48、49)的數量更高，及/或其中第一類型之墊片(8、9、20、21、22、23、28、29、47、48、49)配置於該軸承(2)的圓周之第一半部中，且第二類型的墊片(8、9、20、21、22、23、28、29、47、48、49)配置在該軸承(2)之圓周的第二半部中。
  3. 如請求項1或2的流體薄膜軸承，其中該等墊片(8、9、20、21、22、23、28、29、47、48、49)類型之唯一種類型使用塗層來形成該墊片滑動表面(10、18、19、30、31)，或其中該等不同類型的墊片(8、9、20、21、22、23、28、29、47、48、49)使用該塗層用之不同材料，及/或其中該等不同類型的墊片(8、9、20、21、22、23、28、29、47、48、49)使用不同之材料，以形成帶有該塗層的墊片(8、9、20、21、22、23、28、29、47、48、49)之各自接觸區段(34)，或形成該墊片滑動表面(10、18、19、30、31)及/或不同的機構(35)，以允許該接觸區段(34)之傾斜。
  4. 如請求項1或2的流體薄膜軸承，其中藉由該選擇群組之墊片(8、9、20、21、22、23、28、29、47、48、49)的墊片滑動表面(10、18、19、30、31)所支撐之環狀滑動表面(14、16、17、32、33)係相對於該軸承(2)的徑向方向以一角度配置。
  5. 如請求項1或2的流體薄膜軸承，其中該第一部分(7)係該軸承(2)之外部，其中該等環狀滑動表面(14、16、17、32、33)的至少一者形成在該第一部分(7)之內圓周上及/或其中該等群組的至少一者之墊片(8、9、20、21、22，23、28、29、47、48、49)的各自墊片滑動表面(10、18、19、30、31)具有凸出形狀。
  6. 如請求項1或2的流體薄膜軸承，其中該第一部分(7)形成於該徑向方向中延伸朝該第二部分(6)之環狀突起部，其中該環狀滑動表面(14、16、17、32、33)形成在該突起部的徑向端上及該突起部之兩軸向端上，其中第一群組的墊片(8、9、20、21、22、23、28、29、47、48、49)配置於該突起部之一側上，且第二群組的墊片(8、9、20、21、22、23、28、29、47、48、49)係在該軸向方向中配置於該突起部之相對側上。
  7. 如請求項1或2的流體薄膜軸承，其中該第一部分(7)形成內或外環狀區段(41)及在該徑向方向中由該環狀區段(41)延伸朝該第二部分(6)之二個環狀突起部(42、43)，其中該等環狀滑動表面(14、16、17、32、33)形成於該環狀區段(41)及該等環狀突起部(42、43)的面向彼此之內面上，其中所有墊片(8、9、20、21、22、23、28、29、47、48、49)配置在該等環狀突起部(42、43)之間。
  8. 一種風力渦輪機，包含具有轉子輪轂(3)的轉子，該轉子輪轂使用如請求項1至7中任一項之流體薄膜軸承(2)連接至該風力渦輪機(1)的另一組件(5)，其中該輪轂(3)係該第一或第二部分(6、7)之一部分或安裝至該第一或第二部分(6、7)。
  9. 如請求項8的風力渦輪機，其中於該軸承(2)之圓周的頂部或底部半部中選擇的群組的墊片(8、9、20、21、22、23、28、29、47、48、49)之數量係比該軸承(2)的圓周之另一半部中選擇的群組之墊片(8、9、20、21、22、23、28、29、47、48、49)的數量更高，及/或其中第一類型之墊片(8、9、20、21、22、23、28、29、47、48、49)配置在該軸承的圓周之頂部半部中，且第二類型的墊片(8、9、20、21、22、23、28、29、47、48、49)配置於該軸承(2)之圓周的底部半部中。
  10. 如請求項8或9的風力渦輪機，其中該輪轂(3)係藉由單一軸承(2)連接至該另一組件(5)。
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