WO2024096163A1 - 대형 풍력발전기용 피치 베어링과 요 베어링 어셈블리 - Google Patents

대형 풍력발전기용 피치 베어링과 요 베어링 어셈블리 Download PDF

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WO2024096163A1
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cylindrical rolling
inner ring
wind power
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김광민
윤상문
김성용
유지규
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우림피티에스(주)
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Definitions

  • the present invention relates to a pitch bearing and yaw bearing assembly for large wind turbines, and more specifically, to reduce damage to internal components by optimizing the design of pitch bearings and yaw bearings, which often suffer from damage and wear problems in large wind turbines.
  • This relates to pitch bearing and yaw bearing assemblies for large wind turbines that can maintain the lifespan of large wind turbines for a long period of time, over 25 years.
  • the wind turbine 1 includes a tower 2, a support surface 3 on which the tower 2 is supported, a nacelle 4 supported by the tower 2, and the nacelle 4.
  • ) includes a rotor (5) rotatably mounted on the.
  • the rotor 5 includes a rotatable hub 6 and at least one rotor blade 7, which is moved by wind using a pitch system 10 located between the blade 7 and the hub 6. Converts energy into usable electrical energy.
  • a wind turbine 8 is coupled to the hub 6 of the rotor 5 using a main shaft to generate electrical output from the rotational energy generated by the rotor 5,
  • the wind turbine (8) is rotatably coupled to the gearbox (9).
  • the wind turbine (8) and the gear box (9) can be supported within the nacelle (4) by a support frame located at the top of the tower (2), and the nacelle (4) is moved through the yaw system (20). It is rotatably coupled to the tower (2).
  • pitch bearing and yaw bearing assemblies used in the pitch system 10 and the yaw system 20 are subject to radial load and axial load in addition to axial load. Because it is subject to moment loads, it has the highest frequency of damage, and when damage occurs, the impact on the entire system is often decisive.
  • the ball-type rolling element when using a ball-type rolling element between the inner and outer rings, it is desirable because the ball-type rolling element can rotate in the entire direction and prevents separation of the inner and outer rings.
  • the ball-type rolling element due to the contact of the ball-type rolling element in a narrow area, the ball-type rolling element has a high There is a problem that durability is reduced due to load, and when enlarging to solve this problem, there is a problem that the cost is high.
  • the present invention was created to solve these problems.
  • the purpose of the present invention is to solve the cost problem caused by the increase in the size of pitch bearings and yaw bearings for large wind power generators of 8 to 12 MW or more, and to make the race of the inner and outer rings the rolling element. It can reduce the deformation caused by the pressure applied by the machine, eliminate the gap that causes misalignment between the inner and outer rings, and solve the problem of local wear caused by slippage or misalignment of the inner and outer rings and rolling elements. It provides designed pitch bearings and yaw bearing assemblies for large wind turbines.
  • the pitch bearing and yaw bearing assembly for a large wind turbine includes a pitch bearing for a blade of a large wind turbine, a ball-shaped precursor on the inner surface of a first inner ring and a double-row raceway groove of the first inner ring, and the ball-shaped precursor. It has a long spacer for ball-shaped precursors disposed between the precursors, and is a four-point contact ball bearing in which the cross-sectional shape of each of the raceway grooves is formed to contact the ball-shaped precursor at four points,
  • the yaw bearing for the nacelle of a large wind power generator includes two rows of axial cylindrical rolling elements that receive axial force and one row of radial cylindrical rolling elements that receive radial force between the second inner ring and the second inner ring,
  • the two rows of axial cylindrical rolling elements are separated and aligned by a multi-space having a plurality of accommodation spaces in which at least three axial cylindrical rolling elements are accommodated in each row, and the radial cylindrical rolling elements of the first row are arranged in the radial direction. It is characterized by having a single space having a predetermined volume with a preload set.
  • the cost problem caused by the enlargement of pitch bearings and yaw bearings for large wind power generators of 8 to 12 MW or more is solved, and the deformation of the race of the inner and outer rings due to the pressure applied by the rolling element is reduced.
  • Pitch bearings and yaw bearings for large wind turbines are designed to eliminate the gap that causes misalignment between the inner and outer rings, and to solve the problem of local wear caused by slippage or misalignment of the inner and outer rings and rolling elements. Assembly can be provided.
  • Figure 1 is a perspective view of a typical wind power generator
  • Figure 2 is an example of the internal configuration of the nacelle of a typical wind power generator
  • Figure 3 is a cross-sectional view of a portion of a pitch bearing for a blade of a wind turbine according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a cross-sectional view of a portion of the yaw bearing for the nacelle of a wind power generator according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is an enlarged view of a state in which a long single spacer is applied between ball-type rolling elements of a pitch bearing for a blade of a wind power generator according to an embodiment of the present invention and a portion thereof
  • Figure 6 is an enlarged view of a portion of a wind turbine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line 4-4 in FIG. 5,
  • Figure 8 is a state in which each multi-spacer and a single spacer are applied between the axial and radial cylindrical rolling elements of the yaw bearing for the nacelle of a wind turbine according to an embodiment of the present invention
  • Figure 9 is an enlarged view of a portion thereof.
  • Figure 10 is a radial cylindrical shape of a yaw bearing for a nacelle of a wind power generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line 5-5 in FIG. 8.
  • Figure 3 is a cross-sectional view of a portion of a pitch bearing for a blade of a wind power generator according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a cross-sectional view of a portion of a yaw bearing for a nacelle of a wind power generator according to an embodiment of the present invention.
  • the pitch bearing 100 for the blades of a wind power generator is disposed at a high altitude position so that the large wind power generator 1 can achieve maximum efficiency, and the blades ( Because the length of 7) is long, it is greatly affected by wind pressure, so in addition to the axial load, the radial load and moment load are large, so it rotates in the axial direction with respect to the rotor hub (6) and is connected to the outer ring (110) to facilitate movement between different pitch angles.
  • a plurality of ball-shaped rolling elements 150 are arranged in each row of two rows of raceway grooves 111a, 111b, 131a, 131b between the inner ring 130, and are rotatable with respect to each other, and a plurality of ball-shaped rolling elements 150 in each row )
  • a ball-shaped rolling element single spacer (140) for pitch bearing is placed between the plurality of ball-shaped rolling elements (150) in each row to prevent them from colliding and interfering with each other.
  • the pitch bearing 100 for the blade of a large wind turbine may be provided with a completely circular ring gear to facilitate rotation of the blade 7 by the gear-attached pitch drive unit, and the blade (7) may be attached to either the outer ring 110 or the inner ring 130, and the rotor hub 6 may be attached to the other of the outer ring 110 or the inner ring 130 through a through hole 118. It can be coupled by coupling means such as bolts or rods.
  • the blades 7 can perform a relative rotational movement with respect to the hub 6. Accordingly, the outer ring 110 can rotate with respect to the inner ring 130, and the pinion can mesh with the ring gear installed on the outer ring 110 to rotate the blade 7.
  • the double row of raceway grooves 111a, 111b, 131a, 131b of the outer ring 110 and the inner ring 130 are composed of two curved surfaces (111aa, 111ab, 111ba, 111bb, 131aa, 131ab, 131ba, 131bb). It is done.
  • each track groove (111a, 111b, 131a, 131b) have a larger radius of curvature than each ball-shaped rolling element 150, and the cross-section of the gothic arch with different centers of curvature is an arc, and each ball-shaped
  • the rolling element 150 is a four-point contact ball bearing that contacts at the contact points of each curved surface of the double-row raceway grooves 111a, 111b, 131a, 131b of the outer ring 110 and the inner ring 130, and is provided from both sides in the axial direction. It is desirable because it can support axial and radial loads.
  • the diameter of the ball-shaped rolling element 150 is, for example, 30 mm or more and 80 mm or less, preferably 70 mm.
  • the yaw bearing 200 for the nacelle of a large wind power generator according to an embodiment of the present invention is attached to the pitch bearing 100 for the blade of a large wind power generator according to an embodiment of the present invention.
  • it is constructed to receive a high load in the direction perpendicular to the rotation axis.
  • the yaw bearing 200 for the nacelle of a large wind power generator can better support the axial load between the outer ring 210 and the inner ring 230, which can rotate in opposite directions.
  • a radial cylindrical rolling element 260 supporting a radial load is used.
  • the ball-type It is cost-effective compared to using a rolling element, and the contact area with the raceway grooves 211a, 211b, 231a, 231b is larger and can withstand high axial load.
  • the outer ring 210 has a nose portion 211 that protrudes in the radial direction
  • the inner ring 230 is a split C-type bearing ring
  • the generator tower 2 is one of the outer ring 210 and the inner ring 230. It is connected to one, and the bottom plate or support frame of the nacelle 4 is connected to the other one of the outer ring 210 and the inner ring 230, but the yaw bearing for the nacelle of a large wind turbine according to an embodiment of the present invention ( 200) uses two rows of axial cylindrical rolling elements 250 and one row of radial cylindrical rolling elements 260 between them, thereby effectively reducing the axial load against external forces such as vibration during the turning movement of the nacelle 4. can support.
  • the yaw system 20 includes a ring gear 21 and a plurality of yaw drives 22, the yaw drive 22 has a motor, a gearbox, and a pinion, the pinion is used in mesh with the ring gear, and the outer ring One of (210) and the inner ring (230) corresponds to another rotation.
  • the two rows of axial cylindrical rolling elements 250 and the radial cylindrical rolling elements 260 are arranged perpendicular to each other, and an accommodation space capable of accommodating at least three of the two rows of axial cylindrical rolling elements 250 is provided.
  • the axial cylindrical rolling elements 250 in each row are separated by the cage-type multi-space 240 and misalignment of the axial cylindrical rolling elements 250 can be prevented.
  • the outer ring 210 is restricted from moving toward the inner ring 230 and the outer ring 210 prevents the inner ring 230 from being separated by a radial load.
  • the radial cylindrical rolling elements 260 which are easily prone to wear and damage, are arranged independently, and an elastic box-type single spacer 270 with a predetermined volume is installed to support a large radial load.
  • the radial cylindrical rolling element 260 can be easily separated and replaced, and can be more easily assembled and disassembled.
  • Both the axial cylindrical rolling element 250 and the radial cylindrical rolling element 260 are fitted between the outer ring 210 and the inner ring 230, and the axial cylindrical rolling element 250 By making the holding amount larger than that of the radial cylindrical rolling element 260, the overall design structure can be simplified and convenient use is possible.
  • the axial cylindrical rolling element 250 has a diameter and length of 30 mm or more and 80 mm or less, but the ratio of the diameter and length is 1 or more and preferably has a rectangular cross section of 60 mm It is 30 mm or more and 80 mm or less, but is smaller than the cross section of the axial cylindrical rolling element 250 and is configured to have a square cross section of 40 mm By being configured on the same surface as the fuselage 250, local separation of the outer ring 210 and the inner ring 230 can be prevented.
  • the pitch bearing 100 and the yaw bearing 200 include through holes 180, 280 for attachment of their support structures by attachment means such as screws, studs, bolts or rivets.
  • the long-shaped single spacer 140, the multi-spacer 240, and the single spacer 270 are durable by using resin materials such as PA6, PA66, and PA46dp with a melt viscosity of 1000 Pa ⁇ s or more and 2000 Pa ⁇ s or less at a temperature of 270°C. It can be molded and partially processed from a variety of different durable materials such as aluminum, brass, stainless steel, chrome steel, bronze, composite materials, etc.
  • FIGS. 5 to 7 between the ball-type rolling elements of the pitch bearing for the blades of the wind turbine according to an embodiment of the present invention, which is advantageous for blade movement according to the wind direction but is easy to damage and wear due to the four-point contact ball bearing.
  • Figure 5 is an enlarged view of a state in which a long single spacer is applied between ball-type rolling elements of a pitch bearing for a blade of a wind power generator according to an embodiment of the present invention and a portion thereof
  • Figure 6 is an enlarged view of a portion of a wind turbine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line 4-4 in FIG. 5.
  • a gap 140a is formed in the circumferential direction between the outer ring 110 and the inner ring 130 so that the ball-shaped rolling element 150 is rotatably supported in the circumferential direction by the elongated single spacer 140. Due to the gap 140a, a force may be applied to separate the ball-shaped rolling element 150 from the inner ring 130 in the radial direction, and the race grooves 111a and 111b of the outer ring 110 and the inner ring 130 may be applied. , 131a, 131b) have two contact angles in both axial directions from the center of the ball-type rolling element 150, so wear and damage may occur due to misalignment, making it difficult to secure the gap 140a.
  • the long single spacer 140 between the ball-shaped rolling elements 150 for pitch bearings is left and right symmetrical and has a ball shape capable of contacting and supporting the ball-shaped rolling elements 150 on both sides. It has ball-shaped rolling element contact portions 141 and 143 forming a curved surface corresponding to the curved surface of the rolling element 150, and a diameter between the ball-shaped rolling element contact portions 141 and 143 is larger than that of the ball-shaped rolling element contact portions 141 and 143. It includes a concave connection portion 145 that gradually becomes smaller.
  • the ball-type rolling element contact portions 141 and 143 are formed in a concave shape forming a spherical surface that becomes deeper toward the center, and at the center of the concave shape, a wall surface at a first angle (a) in the range of 70 to 90 degrees is formed. forming a concave portion (141a) having a second angle (w) of approximately 40 to 60 degrees from the concave portion (141a) to have a curvature (R1) greater than the curvature (R) of the ball-shaped rolling element 150.
  • a ball-shaped rolling element receiving portion (141b) forms a ball-shaped rolling element receiving portion (141b) extending to have a shape, extending from the ball-shaped rolling element receiving portion (141b), and is elastically coupled to the surface of the ball-shaped rolling element (150) at approximately 0 degrees to 10 degrees. It has an elastic coupling portion 141c that prevents the ball-shaped rolling element 150 from being separated even when a gap 140a is formed between the ball-shaped rolling element 150 and the ball-shaped rolling element contact portions 141 and 143.
  • the elastic coupling portion 141c has at least 2 to 3 wrinkles 143ca, 143cb, and 143cc, is made of a material whose strength is greater than that of the ball-type rolling element receiving portion 141b, and accommodates the ball-type rolling element. It protrudes beyond the portion 141b and is elastically coupled to the ball-shaped rolling element 150, so that a gap 140a is formed consistently between the ball-shaped rolling element receiving portions 141b, so that the ball-shaped rolling element 150 operates smoothly. It can roll, and lubricating oil is stored in the concave portion 141a to increase the rolling effect of the ball-type rolling element 150 and reduce wear.
  • the ball-shaped rolling element receiving portion 141b connects the contact surface inner diameter portion 141ba and the contact surface outer diameter portion 141bb, which are made of a curved surface in the shape of a rotating body, which is a trajectory obtained by rotating circular arcs with different center curvatures and centers of curvature once. By forming it into a complex curved shape, the ball-shaped rolling element 150 can be prevented from being caught in the ball-shaped rolling element receiving portion 141b.
  • FIGS. 8 to 10 a yaw bearing and axial and radial spacers for a nacelle of a wind power generator according to an embodiment of the present invention will be described.
  • Figure 8 is a state in which each multi-spacer and a single spacer are applied between the axial and radial cylindrical rolling elements of the yaw bearing for the nacelle of a wind turbine according to an embodiment of the present invention
  • Figure 9 is an enlarged view of a portion thereof.
  • Figure 10 is a radial cylindrical shape of a yaw bearing for a nacelle of a wind power generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line 5-5 in FIG. 8.
  • the two rows of axial cylindrical rolling elements 250 and the radial cylindrical rolling elements 260 are arranged perpendicular to each other, and each of the two rows of axial cylindrical rolling elements 250 has at least
  • the axial cylindrical rolling elements 250 in each row are separated by a cage-type multi-space 240 having an accommodation space that can accommodate 3 or more, and are inserted into the raceway grooves of the outer ring 210 or the inner ring 230. It is fitted, and the outer ring 210 is separated from the radial cylindrical rolling elements 260 by elastic box-shaped single spacers 270 each independently having a predetermined volume. Alternatively, it is fitted into the raceway groove of the inner ring 230.
  • the axial cylindrical rolling elements 250 since the two rows of axial cylindrical rolling elements 250 are separated and aligned by the cage-type multi-space 240 having an accommodation space that can accommodate at least three, the axial cylindrical rolling elements 250 ) It is possible to reduce the time and effort required to install a space between the radial cylindrical rolling elements 260 by separating them with an elastic box-type single spacer 270 having a predetermined volume. ) can be easily separated and replaced even if it is damaged or worn.
  • the axial rotation of the axial cylindrical rolling element 250 with respect to the outer ring 210 or the inner ring 230 is facilitated, and the axial cylindrical rolling element 250 is Even if a plurality of the cage-type multi-spacers 240 are accommodated, lubricating oil is smoothly supplied, and the axial cylindrical rolling element 250 is connected to the cage-type multi-spacer (250) by relative rotation of the outer ring 210 or the inner ring 230. 240) will be described in detail.
  • the cage-type multi-spacer 240 is parallel to each other to form a plurality of receiving portions 240a, 240b, and 240c in which a plurality of the axial cylindrical rolling elements 250 are each accommodated.
  • a pair of side plates 241, 243 partially surrounding the cylindrical body of the axial cylindrical rolling element 250, and a bottom plate 245 connecting the pair of side plates 241, 243.
  • the axial cylindrical rolling element 250 is inserted in the axial direction into each receiving portion (240a, 240b, 240c) through an opening between the pair of side plate portions 241 and 243, and the pair of side plate portions
  • ) may provide support contact surfaces (241b, 243b) having a greater curvature than the curvature of the axial cylindrical rolling element 250.
  • the side plate portion An elastic support portion 241c is formed on the rear surface of the support contact portions 241b and 243b of (241 and 243) to guide the axial cylindrical rolling element 250 to rotate straight along the axial direction.
  • the elastic support portion 241c is formed between the support contact portions 241b and 243b opposing each other, and has a concave portion 247 whose diameter is reduced from the support contact portions 241b and 243b to provide a predetermined volume,
  • the cross section of the elastic support portion 241c is rectangular.
  • the support contact portions (241b, 243b) elastically extend from the elastic support portion (241c) and have a three-stage support curved surface (241ca, 241cb, 241cc) at the open end that elastically supports the axial cylindrical rolling element 250. is formed
  • the three-stage curved surface (241ca, 241cb 241cc) has a first-stage curved surface (241ca) with an inclination of approximately 0 to 10 degrees, the second-stage curved surface (241cb) has an inclination of 30 to 45 degrees, and the third-stage curved surface ( 241cc) was also made to have a slope of 0 to 10 degrees.
  • the third end curved surface 241cc is preferably made of a material with greater rigidity than the first end curved surface 241ca and the second end curved surface 241cb.
  • the bottom plate portion 245 is formed in an arc shape at both ends to contact the circular upper surface 251 of the axial cylindrical rolling element 250, and the central portion is formed in a strip shape, and the axial cylindrical rolling element 250 A long hole 245a is formed radially around the rotation axis.
  • Lubricating oil flows in through the long hole 245a, so that the lubricating oil can be smoothly supplied to the circumferential direction of the axial cylindrical rolling element 250 when the axial cylindrical rolling element 250 rotates, and the bottom plate ( Since several 245) are connected to form a waveform, it serves to prevent the axial cylindrical rolling element 250 from deviating from the raceway groove of the outer ring 210 or the inner ring 230 during axial rotation in the radial direction. You can.
  • the bottom plate portion 245 of the cage-type multi-spacer 240 is a support contact surface of the axial cylindrical rolling element 250 and is formed in a curved shape, and is perpendicular to the rotation axis of the axial cylindrical rolling element 250, so it is a pair. Constructs an arc connecting the side plate portions 241 and 243.
  • the open ends of the side plate parts 241 and 243 are arranged to face the same circumferential direction on the entire circumference of the yaw bearing, they are open to the lubricating oil supply for each axial cylindrical rolling element 250, so all axes Directional cylindrical rolling elements can provide good lubrication.
  • a predetermined volume-type single spacer 270 disposed between the radial cylindrical rolling elements 260 is provided with the radial cylindrical rolling element 260.
  • Cylindrical rolling element contact supports (271, 273) curved to correspond to the circular arc of the radial cylindrical rolling element (260) to support and contact the fuselage (260) on both sides, and the cylindrical rolling element contact support surfaces (271, 273) It has two rows of recesses (271a, 271b, 273a, 273b) spaced apart in the longitudinal direction.
  • the two-row recesses (271a, 271b, 273a, 273b) store lubricating oil such as grease and can sufficiently supply lubricating oil to the radial cylindrical rolling element 260, which is at high risk of wear and damage.
  • an X-shaped cross section is provided in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the radial cylindrical rolling elements 260.
  • First and second curved portions are formed toward the cylindrical rolling element contact support surfaces 271 and 273, and a groove portion is formed between the first and second curved portions along the radial cylindrical rolling element 260.
  • Lubricating oil is supplied to the recessed portion like the recessed portion, so that the inner rings 110 and 210 and the inner rings 130 and 230 can operate smoothly relative to each other.
  • the groove portion has a predetermined thickness, provides durability to the single spacer 270 for the radial cylindrical rolling element 260, and can align the radial cylindrical rolling element 260.
  • the single spacer 270 for the radial cylindrical rolling element 260 may be made of different materials on the inside and outside, and in some cases, may be hollow on the inside and filled with lubricant.
  • the cost problem caused by the enlargement of pitch bearings and yaw bearings for large wind power generators of 8 to 12 MW or more is solved, and the deformation of the race of the inner and outer rings due to the pressure applied by the rolling element is reduced.
  • Pitch bearings and yaw bearings for large wind turbines are designed to eliminate the gap that causes misalignment between the inner and outer rings, and to solve the problem of local wear caused by slippage or misalignment of the inner and outer rings and rolling elements. Assembly can be provided.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 대형 풍력발전기용 피치 베어링과 요 베어링 어셈블리에 있어서, 대형 풍력발전기의 블레이드용 피치 베어링은 제 1 내륜, 제 1 외륜, 상기 내륜과 상기 외륜의 복렬의 궤도홈 사이에 각각 전동가능하게 개재되는 각 열의 복수 개의 볼과, 각 열의 볼 사이에 개재되는 피치 베어링용 볼 스페이서를 구비하며, 상기 피치 베어링은, 상기 볼이 상기 내륜과 상기 외륜의 복렬의 궤도홈의 내면에 4점 접촉하는 형상으로 상기 각 궤도홈의 단면 형상이 형성된 4점 접촉 볼베어링이며, 상기 대형 풍력발전기의 나셀용 요 베어링은 제 2 내륜과 상기 제 2 내륜에 대해 서로 반대방향으로 회전가능한 제 2 외륜과, 상기 제 2 내륜과 상기 제 2 외륜 사이에 축방향 힘을 받는 2열의 축방향 원통형 전동체와 1열의 반경방향 힘을 받는 반경방향 원통형 전동체를 포함하며, 상기 제 2 내륜은 반경방향으로 돌출된 노우즈부를 가지며, 상기 제 2 내륜은 분할식 C형 베어링 링이며, 상기 2열의 축방향 원통형 전동체와 상기 반경방향 원통형 전동체는 서로 수직하게 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

대형 풍력발전기용 피치 베어링과 요 베어링 어셈블리
본 발명은 대형 풍력발전기용 피치 베어링과 요 베어링 어셈블리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대형 풍력발전기에 있어서 손상 및 마모의 문제가 많이 일어나는 피치 베어링과 요 베어링의 설계를 최적화하여 내부 부품의 파손을 줄이고, 대형 풍력발전기의 수명을 25년 이상으로 장기간 유지할 수 있는 대형 풍력발전기용 피치 베어링과 요 베어링 어셈블리에 관한 것이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 풍력발전기(1)는 타워(2)와 타워(2)가 지지되는 지지 표면(3), 타워(2)에 의해 지지되는 나셀(4), 및 상기 나셀(4)에 회전가능하게 장착되는 로터(5)를 포함한다.
상기 로터(5)는 회전가능한 허브(6)와 적어도 하나의 로터 블레이드(7)를 포함하는데, 상기 블레이드(7)와 허브(6) 사이에 위치한 피치 시스템(10)을 이용하여 바람에 의한 운동에너지를 가용가능한 전기에너지로 변환한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 로터(5)에 의해 생성된 회전 에너지로부터 전기 출력을 생성하기 위해 풍력터빈(8)이 로터(5)의 허브(6)에 메인 샤프트를 이용하여 결합되며, 상기 풍력터빈(8)은 기어박스(9)에 대해 회전가능하게 결합된다.
상기 풍력터빈(8) 및 상기 기어 박스(9)는 상기 타워(2)의 상단에 위치한 지지 프레임에 의해 너셀(4)내에 지지될 수 있으며, 상기 너셀(4)은 요 시스템(20)을 통해 타워(2)에 대해 회전 가능하게 결합된다.
최근 풍력발전기가 8~12MW 정도로 대형화에 됨에 따라 상기 블레이드(7)의 길이도 길어지고, 상기 너셀(4)이 고도가 높은 위치의 타워(2)상에 배치됨에 따라 풍압에 의한 부품 고장의 우려가 커지고 있지만 부품 고장시 교체 및 수선이 어려워 가능한 20년 이상의 긴 수명이 요구되는데, 상기 피치 시스템(10) 및 요 시스템(20)에 사용되는 피치 베어링과 요 베어링 어셈블리는 축 하중 이외에 반경방향 하중 및 모멘트 하중을 받기 때문에 손상 빈도가 가장 높고 손상 발생 시 전체시스템에 미치는 영향이 결정적인 경우가 많다.
이와 같이 베어링 손상은 대부분 전동체와 베어링 내륜과 내륜의 레이스(race) 사이의 구름 피로(Rolling Fatigue) 또는 이상 하중이 급작스럽게 크게 발생하는 경우에 발생하는데, 베어링의 손상의 정도가 큰 경우에는 베어링의 회전 시 격렬한 진동에 의해 주변부품에까지 손상이 야기되기도 하고 베어링 자체의 소착으로 이어져 결국 구동계 시스템 전체가 파손되는 문제점이 있다.
일반적으로, 내외륜 사이에 볼형 전동체를 사용하는 경우에 볼형 전동체 전체 방향으로 회전이 가능하여 내외륜의 분리를 방지할 수 있어서 바람직하지만, 볼형 전동체가 좁은 구역 접촉으로 인하여 볼형 전동체에 높은 하중이 발생하여 내구성이 떨어지는 문제점이 있고, 이러한 문제점을 해소하기 위하여 대형화하는 경우에 비용이 많이 드는 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 8~12 MW 이상의 대형 풍력발전기용 피치 베어링 및 요 베어링의 대형화에 따른 비용문제를 해결하고, 내외륜의 레이스가 전동체에 의해 가해지는 압력으로 인한 변형을 감소시킬 수 있고, 내외륜 사이의 오정렬을 야기하는 간극을 제거할 수 있으며, 내외륜 및 전동체의 미끄러짐이나 오정렬에 의하여 국부적으로 마모가 발생하는 문제점이 해결되도록 설계된 대형 풍력발전기용 피치 베어링과 요 베어링 어셈블리를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대형 풍력발전기용 피치 베어링과 요 베어링 어셈블리는, 대형 풍력발전기의 블레이드용 피치 베어링은 제 1 내륜과 제 1 내륜의 복렬의 궤도홈의 내면에 볼형 전구체와, 상기 볼형 전구체 사이에 배치되는 볼형 전구체용 장구형 스페이서를 가지며, 상기 궤도홈 각각의 단면 형상이 상기 볼형 전구체와 4점 접촉하도록 형성된 4점 접촉 볼 베어링이며,
대형 풍력발전기의 나셀용 요 베어링은 제 2 내륜과 제 2 내륜 사이에 축방향 힘을 받는 2열의 축방향 원통형 전동체와 1열의 반경방향 힘을 받는 반경방향 원통형 전동체를 포함하며,
상기 2열의 축방향 원통형 전동체는 각 열에서 적어도 3개의 축방향 원통형 전동체가 수용되는 복수개의 수용공간을 갖는 멀티 스페이스에 의해 분리 및 위치 정렬되며, 상기 1열의 반경방향 원통형 전동체는 반경방향으로 예압설정된 소정 체적을 갖는 싱글 스페이스를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 8~12 MW 이상의 대형 풍력발전기용 피치 베어링 및 요 베어링의 대형화에 따른 비용문제를 해결하고, 내외륜의 레이스가 전동체에 의해 가해지는 압력으로 인한 변형을 감소시킬 수 있고, 내외륜 사이의 오정렬을 야기하는 간극을 제거할 수 있으며, 내외륜 및 전동체의 미끄러짐이나 오정렬에 의하여 국부적으로 마모가 발생하는 문제점이 해결되도록 설계된 대형 풍력발전기용 피치 베어링과 요 베어링 어셈블리를 제공할 수 있다.
도 1은 일반적인 풍력발전기의 사시도,
도 2는 일반적인 풍력발전기의 너셀 내부 구성에 대한 예시도,
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드용 피치 베어링의 일부분의 단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 너셀용 요 베어링의 일부분의 단면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드용 피치 베어링의 볼형 전동체 사이에 장구형 싱글 스페이서가 적용된 상태 및 그 일부분의 확대도, 도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드용 피치 베어링의 볼형 전동체 사이에 적용된 장구형 싱글 스페이서의 사시도, 도 7는 도 5의 4-4선을 따라 취한 단면도,
도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 너셀용 요 베어링의 축방향 및 반경방향 원통형 전동체 사이에 각각의 멀티 스페이서 및 싱글 스페이서가 적용된 상태 및 그 일부분의 확대도, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 너셀용 요 베어링의 축방향 원통형 전동체 사이에 적용된 멀티 스페이서의 사시도, 도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 너셀용 요 베어링의 반경방향 원통형 전동체 사이에 적용된 싱글 스페이서의 사시도, 도 11는 도 8의 5-5선을 따라 취한 단면도.
이제 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 풍력발전기용 피치 베어링과 요 베어링 어셈블리에 대해 상세히 설명한다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드용 피치 베어링의 일부분의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 너셀용 요 베어링의 일부분의 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드용 피치 베어링(100)은 대형 풍력발전기(1)가 최대 효율을 달성할 수 있도록 고도의 높은 위치에 배치되고 블레이드(7)의 길이가 길어 풍압의 영향을 많이 받아 축 하중 이외에 반경방향 하중 및 모멘트 하중이 크기 때문에 로터 허브(6)에 대해서 축방향으로 선회하고 다른 피치각 사이에서 이동에 용이하도록 외륜(110)과 내륜(130) 사이의 2열의 궤도홈(111a, 111b, 131a, 131b) 각 열에 복수 개의 볼형 전동체(150)를 배치하여 서로에 대해 회전가능하게 구성하며, 각 열의 복수 개의 볼형 전동체(150)가 서로 충돌 간섭하지 않도록 각 열의 복수 개의 볼형 전동체(150)사이에 피치 베어링용 볼형 전동체 싱글 스페이서(140)를 배치한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대형 풍력발전기의 블레이드용 피치 베어링(100)은 기어 부착 피치 구동부에 의한 블레이드(7)의 회전을 용이하게 하기 위해, 완전한 원형 링 기어가 구비될 수 있으며, 상기 블레이드(7)는 상기 외륜(110) 또는 내륜(130) 중 하나에 부착될 수 있고, 상기 로터 허브(6)는 상기 외륜(110) 또는 내륜(130) 중 다른 하나에 관통홀(118)을 통해 볼트 또는 로드 등 결합수단에 의해서 결합될 수 있다.
피치 시스템(10)이 작동되면, 상기 블레이드(7)는 허브(6)에 대해 상대 회전 이동을 수행할 수 있다. 따라서, 상기 외륜(110)은 상기 내륜(130)에 대해 회전 이동을 수행할 수 있으며, 피니언이 상기 외륜(110)에 설치된 링 기어와 치합되어 상기 블레이드(7)를 회전시킬 수 있다.
상기 외륜(110)과 상기 내륜(130)의 복렬의 궤도홈(111a, 111b, 131a, 131b)은, 모두 2개의 곡면(111aa, 111ab, 111ba, 111bb, 131aa, 131ab, 131ba, 131bb)으로 구성되어 있다.
각 궤도홈(111a, 111b, 131a, 131b)을 구성하는 2개의 곡면은, 각각의 볼형 전동체(150)보다 곡률 반경이 크고, 곡률 중심이 서로 다른 고딕 아치형의 단면이 원호형이며, 각 볼형 전동체(150)은, 상기 외륜(110)과 상기 내륜(130)의 복렬의 궤도홈(111a, 111b, 131a, 131b)의 각 곡면의 접점에서 접하는 4점 접촉 볼 베어링으로, 축방향 양측으로부터의 축방향 하중과 반경방향 하중을 지탱할 수 있어서 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대형 풍력발전기의 블레이드용 피치 베어링(100)에 있어서, 상기 볼형 전동체(150)의 직경은 예를 들면, 30mm 이상 80mm 이하, 바람직하게는 70mm이다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 풍력발전기의 너셀용 요 베어링(200)은 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 풍력발전기의 블레이드용 피치 베어링(100)에 비하여 회전축과 수직인 방향으로 높은 하중을 받도록 구성된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 풍력발전기의 너셀용 요 베어링(200)은, 서로 반대 방향으로 회전 가능한 외륜(210)과 내륜(230) 사이에 축방향 하중을 더 잘 지지 할 수 있는 2열의 축방향 원통형 전동체(250)와, 상기 외륜(210)과 내륜(230) 사이의 모멘트 하중에 의하여 상기 외륜(210)이 상기 내륜(230)을 향해 이동하는 것을 제한할 수 있는 1열의 반경방향 하중을 지지하는 반경방향 원통형 전동체(260)를 사용한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대형 풍력발전기의 너셀용 요 베어링(200)에 있어서, 2열의 축방향 원통형 전동체(250)와 이들 사이에 1열의 반경방향 원통형 전동체(260)를 사용함으로써 볼형 전동체를 사용할 때에 비하여 비용 효율적이며, 궤도홈(211a, 211b, 231a, 231b)과의 접촉 영역이 더 커져 높은 축방향 하중을 견딜 수 있다.
상기 외륜(210)은 반경방향으로 돌출된 노우즈부(211)를 가지며, 상기 내륜(230)은 분할식 C형 베어링 링이며, 발전기용 타워(2)가 외륜(210) 및 내륜(230) 중의 하나에 연결되고, 너셀(4)의 바닥판 또는 지지 프레임이 상기 외륜(210) 및 내륜(230) 중의 다른 하나에 연결되지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 풍력발전기의 너셀용 요 베어링(200)이, 2열의 축방향 원통형 전동체(250)와 이들 사이에 1열의 반경방향 원통형 전동체(260)를 사용함으로써 효율적으로 상기 너셀(4)의 선회운동 시 진동 등 외력에 대하여 축방향 하중을 지지할 수 있다.
상기 요 시스템(20)은 링기어(21)및 다수 요 드라이브(22)를 포함하고, 요 드라이브(22)는 모터, 기어박스 및 피니언을 가지고 있고, 피니언은 링기어와 치합하여 사용되고, 상기 외륜(210) 및 내륜(230) 중의 하나가 또 다른 회전에 대응하도록 한다.
상기 2열의 축방향 원통형 전동체(250)와 상기 반경방향 원통형 전동체(260)는 서로 수직하게 배치되며, 상기 2열의 축방향 원통형 전동체(250)를 적어도 3 이상 수용할 수 있는 수용공간을 갖는 케이지형 멀티 스페이스(240)에 의해 각 열의 상기 축방향 원통형 전동체(250) 사이가 분리되고 상기 축방향 원통형 전동체(250)의 오정렬이 방지될 수 있다.
이와 같이, 상기 2열의 축방향 원통형 전동체(250)를 적어도 3 이상 수용할 수 있는 수용공간을 갖는 케이지형 멀티 스페이스(240)에 의해 분리 및 정렬하기 때문에 상기 축방향 원통형 전동체(250) 사이에 스페이스를 설치하는 데 필요한 시간 및 노력을 줄일 수 있다.
다만, 상기 요 베어링(200)에 있어서, 상기 외륜(210)이 상기 내륜(230)을 향해 이동하는 것을 제한하며 상기 외륜(210)이 상기 내륜(230)이 반경방향 하중에 의해서 분리되는 것을 방지하기 위해서 설치되어 마모 및 손상이 쉽게 일어나는 반경방향 원통형 전동체(260)에 대해서는 각각 독립적으로 배치되되, 소정의 체적을 갖는 탄성 박스형 싱글 스페이서(270)를 설치하여 큰 반경방향 하중을 지지할 수 있도록 하였으며, 상기 반경방향 원통형 전동체(260)가 손상 및 마모된 경우에도 쉽게 분리하여 교체할 수 있고, 보다 쉽게 조립 및 분해할 수 있게 하였다.
상기 축방향 원통형 전동체(250)와 상기 반경방향 원통형 전동체(260)는 모두 상기 외륜(210)과 내륜(230) 사이에 끼워 맞춤으로 장착되며, 또한 상기 축방향 원통형 전동체(250)의 억지량을 상기 반경방향 원통형 전동체(260)의 억지량보다 크게 함으로써, 전체 설계 구조를 간단히 할 수 있고, 편리한 사용이 가능하다.
상기 축방향 원통형 전동체(250)는 직경 및 길이가 30mm 이상 80mm 이하이지만 직경 및 길이의 비가 1 이상으로 바람직하게는 60mmX70mm 직사각형 단면을 가지며, 상기 반경방향 원통형 전동체(260)는 직경 및 길이가 30mm 이상 80mm 이하이지만 상기 축방향 원통형 전동체(250)의 단면보다는 작고 직경 및 길이의 비가 1에 근사하여 40mmX40mm 정사각형 단면을 갖도록 구성되고, 상기 반경방향 원통형 전동체(260)를 상기 축방향 원통형 전동체(250)와 동일면에 구성하여 상기 외륜(210)과 상기 내륜(230)이 국부적으로 분리되는 것을 방지할 수 있다.
상기 피치 베어링(100) 및 상기 요 베어링(200)은 나사, 스터드, 볼트 또는 리벳과 같은 부착 수단에 의해 그것의 지지 구조체의 부착을 위한 관통 구멍(180, 280)를 포함한다.
상기 장구형 싱글 스페이서(140), 상기 멀티 스페이서(240) 및 상기 싱글 스페이서(270)는 온도 270℃에서의 용융 점도 1000Pa·s 이상 2000Pa·s 이하의 수지 재료, PA6, PA66, PA46dp 의해 내구성있게 성형될 수 있으며, 각종 상이한 내구성 재료 예를 들면 알루미늄, 황동, 스테인레스, 크롬강, 청동, 합성재료 등으로 부분적으로 처리될 수 있다.
이제 도 5 내지 도 7를 참조하여 바람방향에 따라 블레이드 이동에 유리하지만 4점 접촉 볼 베어링으로 손상 및 마모가 용이한 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드용 피치 베어링의 볼형 전동체 사이에 배치되어 상기 외륜(110) 및 상기 내륜(130)의 궤도홈이 손상되는 것을 방지할 수 있고, 상기 볼형 전동체가 손상 및 마모되는 것을 방지할 수 있는 장구형 싱글 스페이서의 구조에 대해서 살펴본다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드용 피치 베어링의 볼형 전동체 사이에 장구형 싱글 스페이서가 적용된 상태 및 그 일부분의 확대도, 도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드용 피치 베어링의 볼형 전동체 사이에 적용된 장구형 싱글 스페이서의 사시도, 도 7는 도 5의 4-4선을 따라 취한 단면도이다.
상기 외륜(110)과 상기 내륜(130) 사이에서 상기 볼형 전동체(150)가 상기 장구형 싱글 스페이서(140)에 의해 둘레방향으로 전동가능하게 지지되기 위해서 둘레방향으로 간격(140a)이 형성되는데 상기 간격(140a)에 의해 상기 볼형 전동체(150)가 상기 내륜(130)에서는 직경방향으로 이탈하는 힘이 작용할 수 있고, 상기 외륜(110)과 상기 내륜(130)의 궤도홈(111a, 111b, 131a, 131b)이 상기 볼형 전동체(150)의 중심에서 축방향 양방향으로 두개의 접촉각을 가져 오정렬에 의하여 마모 및 손상이 발생할 수도 있어서 상기 간격(140a)을 확보하는 것이 어렵다.
도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 피치 베어링용 볼형 전동체(150) 사이의 장구형 싱글 스페이서(140)는 좌우 대칭형으로 양측에 상기 볼형 전동체(150)를 접촉 지지할 수 있는 볼형 전동체(150)의 곡면에 대응하는 곡면을 이루는 볼형 전동체 접촉부(141, 143)를 가지며, 상기 볼형 전동체 접촉부(141, 143) 사이가 상기 볼형 전동체 접촉부(141, 143)보다 직경이 점차적으로 작아지는 오목형 연결부(145)를 포함한다.
상기 볼형 전동체 접촉부(141, 143)는 중심부로 갈수록 깊게 패이는 구면(球面)을 이루는 요면 형상으로 이루어지며, 요면 형상의 중심부에, 70도 내지 90도 범위의 제 1 각도(a)의 벽면을 갖는 오목부(141a)를 형성하고, 상기 오목부(141a)로부터 상기 볼형 전동체(150)의 곡률(R)보다 더 큰 곡률(R1)을 갖도록 대략 40도 내지 60도인 제 2 각도(w)를 갖도록 연장되는 볼형 전동체 수용부(141b)를 형성하며, 상기 볼형 전동체 수용부(141b)에서 연장되며, 거의 0도내지 10도로 볼형 전동체(150)의 표면에 탄성적으로 결합되어 상기 볼형 전동체(150)와 상기 볼형 전동체 접촉부(141, 143) 사이에 간격(140a)이 형성되도 상기 볼형 전동체(150)이 이탈하지 않도록 하는 탄성결합부(141c)를 갖는다.
상기 탄성결합부(141c)는 적어도 2 내지 3 개의 주름(143ca, 143cb, 143cc)이 형성되되, 상기 볼형 전동체 수용부(141b)의 강도보다 강도가 큰 소재로 이루어지고, 상기 볼형 전동체 수용부(141b)보다 돌출되어 탄성적으로 상기 볼형 전동체(150)에 결합되어 상기 볼형 전동체 수용부(141b) 사이에 간격(140a)이 일정하게 형성되어 상기 볼형 전동체(150)가 원활하게 전동할 수 있으며, 상기 오목부 (141a)에 윤활유가 저장되어 상기 볼형 전동체(150)의 롤링 효과를 증가시키며, 마모를 감소시킬 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 볼형 전동체 수용부(141b)을 포함하는 구면을, 실선 「R1」으로 표기하고, 상기 볼형 전동체(150)의 구면을 점선 「R」 로 표시했을 때, 상기 볼형 전동체 수용부(141b)는 서로 중심 곡률 및 곡률 중심이 상이한 원호를 1회 회전시킨 궤적으로 되는 회전체 형상의 곡면으로 이루어지는 접촉면 내경부(141ba)와 접촉면 외경부(141bb)를 연결한 복합 곡면 형상으로 형성하여 상기 볼형 전동체(150)가 상기 볼형 전동체 수용부(141b)에 끼임 결합하지 않도록 할 수 있다.
이제 도 8 내지 도 10를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 너셀용 요 베어링과 축방향 및 반경방향 스페이서에 대해서 설명한다.
도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 너셀용 요 베어링의 축방향 및 반경방향 원통형 전동체 사이에 각각의 멀티 스페이서 및 싱글 스페이서가 적용된 상태 및 그 일부분의 확대도, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 너셀용 요 베어링의 축방향 원통형 전동체 사이에 적용된 멀티 스페이서의 사시도, 도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 너셀용 요 베어링의 반경방향 원통형 전동체 사이에 적용된 싱글 스페이서의 사시도, 도 11는 도 8의 5-5선을 따라 취한 단면도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 2열의 축방향 원통형 전동체(250)와 상기 반경방향 원통형 전동체(260)는 서로 수직하게 배치되며, 상기 2열의 축방향 원통형 전동체(250) 각각은 적어도 3 이상 수용할 수 있는 수용공간을 갖는 케이지형 멀티 스페이스(240)에 의해 각 열의 상기 축방향 원통형 전동체(250) 사이가 분리된 채 상기 외륜(210) 또는 내륜(230)의 궤도홈에 끼어맞춤되어 있고, 상기 반경방향 원통형 전동체(260)는 각각 독립적으로 소정의 체적을 갖는 탄성 박스형 싱글 스페이서(270)에 의해 상기 반경방향 원통형 전동체(260) 사이가 분리된 채 상기 외륜(210) 또는 내륜(230)의 궤도홈에 끼어맞춤되어 있다.
전술한 바와 같이, 상기 2열의 축방향 원통형 전동체(250)를 적어도 3 이상 수용할 수 있는 수용공간을 갖는 케이지형 멀티 스페이스(240)에 의해 분리 및 정렬하기 때문에 상기 축방향 원통형 전동체(250) 사이에 스페이스를 설치하는 데 필요한 시간 및 노력을 줄일 수 있으며 상기 반경방향 원통형 전동체(260)에 대해서는 소정의 체적을 갖는 탄성 박스형 싱글 스페이서(270)로 분리하여 상기 반경방향 원통형 전동체(260)가 손상 및 마모된 경우에도 쉽게 분리 및 교체할 수 있도록 하였다.
이제 도 9와 도 11를 참조하여, 상기 외륜(210) 또는 내륜(230)에 대한 상기 축방향 원통형 전동체(250)의 축방향 회전이 용이하도록 하며, 상기 축방향 원통형 전동체(250)가 복수개 상기 케이지형 멀티 스페이서(240)에 수용되도 원활하게 윤활유가 공급되고, 상기 외륜(210) 또는 내륜(230)의 상대 회전에 의해 상기 축방향 원통형 전동체(250)가 상기 케이지형 멀티 스페이서(240)로부터 이탈되지 않는 구조에 대해서 상세히 설명한다.
도 9 및 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 케이지형 멀티 스페이서(240)는 상기 축방향 원통형 전동체(250)가 복수개 각각 수용되는 복수개의 수용부(240a, 240b, 240c)를 형성하도록 서로 평행하며 상기 축방향 원통형 전동체(250)의 원통 본체 둘레를 부분적으로 감싸는 한 쌍의 측판부(241, 243)와, 상기 한 쌍의 측판부(241, 243)를 연결하는 저판부(245)가 대략 상부 개방부를 갖는 コ자 형태가 3개연결되어 있다.
상기 한 쌍의 측판부(241, 243) 사이의 개방부를 통해 각각의 수용부(240a, 240b, 240c)에 상기 축방향 원통형 전동체(250)가 축방향으로 삽입되며, 상기 한 쌍의 측판부(241, 243)와 상기 저판부(245)가 이루는 수용부(240a, 240b, 240c)에 대해 상기 축방향 원통형 전동체(250) 사이에 간격이 형성되도록 상기 한 쌍의 측판부(241, 243)는 상기 축방향 원통형 전동체(250)의 곡률보다 큰 곡률을 갖는 지지 접촉면(241b, 243b)을 제공할 수 있다.
한편, 상기 외륜(210) 또는 상기 내륜(230)의 상대적인 회전시 상기 수용부(240a, 240b, 240c)로부터 상기 축방향 원통형 전동체(250)가 직경방향으로 이탈하는 것을 방지하기 위하여 상기 측판부(241, 243)의 지지 접촉부(241b, 243b)의 이면에는 상기 축방향 원통형 전동체(250)가 축방향을 따라서 똑바르게 회전을 가이드할 수 있도록 탄성지지부(241c)가 형성된다.
상기 탄성지지부(241c)는 서로 대향하는 상기 지지 접촉부(241b, 243b) 사이에 형성되며, 상기 지지 접촉부(241b, 243b)로부터 직경이 감소되면서 소정의 체적을 제공하는 오목부(247)을 가지며, 상기 탄성지지부(241c)의 단면은 직사각형이다.
상기 지지 접촉부(241b, 243b)는 상기 탄성지지부(241c)로부터 탄성적으로 연장되어 상기 축방향 원통형 전동체(250)를 탄성적으로 지지하는 3단 지지곡면(241ca, 241cb 241cc)이 개방단에 형성된다.
상기 3단 곡면(241ca, 241cb 241cc)은 제 1 단 곡면(241ca) 대략 0~10도 정도의 경사를 가지며, 제2 단 곡면(241cb)은 30~45도 경사를 가지며, 제 3 단 곡면(241cc)도 0~10도 경사를 갖도록 하였다.
이러한 구성에 의하여 상기 축방향 원통형 전동체(250)와 상기 측판부(241, 243) 사이에 회전이 용이하도록 간극이 용이하게 형성되어 상기 축방향 원통형 전동체(250)가 방해되지 않고 회전이 가능하여 마모 또는 손상을 방지할 수 있다.
상기 제 3 단 곡면(241cc)은 제 1 단 곡면(241ca) 및 제 2 단 곡면(241cb)에 비하여 강성이 큰 재료로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 저판부(245)는 상기 축방향 원통형 전동체(250)의 원형 상부면(251)에 접촉하도록 양단에 원호상이 형성되며 중앙 부분는 띠형상으로 이루어지며, 상기 축방향 원통형 전동체(250)의 회전축을 중심으로 직경방향으로 길게 장공(245a)이 형성된다.
상기 장공(245a)을 통해 윤활유가 유입되어 상기 축방향 원통형 전동체(250)가 회전시 상기 축방향 원통형 전동체(250)의 원주방향으로 윤활유가 원활하게 공급되게 할 수 있으며, 상기 저판부(245)가 여러개 연결되어 파형을 구성하므로 상기 외륜(210) 또는 내륜(230)의 궤도홈에 대해 상기 축방향 원통형 전동체(250)가 축방향 회전시 이탈하는 것을 직경방향으로 방지해주는 역할을 할 수 있다.
상기 케이지형 멀티 스페이서(240)의 저판부(245)는 상기 축방향 원통형 전동체(250)의 지지 접촉면으로서 곡면형으로 형성되며, 상기 축방향 원통형 전동체(250)의 회전축에 직교하고 있으므로 한쌍의 측판부(241, 243)를 연결하는 원호를 구성한다.
상기 한 쌍의 측판부(241, 243) 사이의 공간, 즉 상기 저판부(245)에 형성된 장공(245a)을 통해 윤활유가 공급되면 좌우에 축방향 원통형 전동체(250)가 인접 배치되어도 폐색되지 않고 상기 외륜(210) 또는 상기 내륜(230)의 궤도홈에 대해 개방되어 있으므로 장기간 양호한 윤활 상태를 유지할 수 있다.
또한 상기 요 베어링의 전둘레에 있어서 상기 측판부(241, 243)의 개방단이 동일한 둘레방향을 향하도록 배열되므로, 각각의 축방향 원통형 전동체(250)에 대해서 윤활유 공급부에 대해 열려 있으므로 모든 축방향 원통형 전동체들이 양호하게 윤활할 수 있다.
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 요 베어링에 있어서 상기 반경방향 원통형 전동체(260) 사이에 배치되는 소정 볼륨형 싱글 스페이서(270)는 상기 반경방향 원통형 전동체(260)를 양측에 지지 접촉하도록 상기 반경방향 원통형 전동체(260)의 원호에 대응하게 곡면형인 원통형 전동체 접촉 지지부(271, 273)과, 상기 원통형 전동체 접촉 지지면(271, 273)에 길이방향으로 이격배치되는 2열 오목부(271a, 271b, 273a, 273b)를 각각 갖는다.
2열 오목부(271a, 271b, 273a, 273b)는 그리스 등 윤활유가 저장되어 마모 및 손상 우려가 큰 상기 반경방향 원통형 전동체(260)에 대해서 충분히 윤활유를 공급할 수 있다.
상기 원통형 전동체 접촉 지지면(271)에 대해 상기 반경방향 원통형 전동체(260)가 각각 배치되면 상기 반경방향 원통형 전동체(260)의 길이방향에 대해 수직한 방향으로 X자형 단면이 제공되도록 상기 원통형 전동체 접촉 지지면(271, 273)을 향한 제 1 및 제 2 만곡부가 형성되고 상기 제 1 및 제 2 만곡부 사이에는 상기 반경방향 원통형 전동체(260)를 따라 요홈부가 형성된다.
상기 요홈부에는 상기 오목부와 마찬가지로 윤활유가 공급되어 내륜(110, 210) 및 내륜(130, 230)이 서로에 대해 원활하게 가동될 수 있다.
상기 요홈부는 소정의 두께를 가져, 상기 반경방향 원통형 전동체(260)용 싱글 스페이서(270)에 내구성을 제공하며 상기 반경방향 원통형 전동체(260)를 정렬시킬 수 있다.
상기 반경방향 원통형 전동체(260)용 싱글 스페이서(270)는 내부와 외부가 서로 다른 소재로 이루어질 수 있으며, 경우에 따라서는 내부가 빈 중공형으로 이루어지고 내부에 윤활유가 충전되어 있을 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 8~12 MW 이상의 대형 풍력발전기용 피치 베어링 및 요 베어링의 대형화에 따른 비용문제를 해결하고, 내외륜의 레이스가 전동체에 의해 가해지는 압력으로 인한 변형을 감소시킬 수 있고, 내외륜 사이의 오정렬을 야기하는 간극을 제거할 수 있으며, 내외륜 및 전동체의 미끄러짐이나 오정렬에 의하여 국부적으로 마모가 발생하는 문제점이 해결되도록 설계된 대형 풍력발전기용 피치 베어링과 요 베어링 어셈블리를 제공할 수 있다.

Claims (7)

  1. 대형 풍력발전기의 블레이드용 피치 베어링은 제 1 외륜과 제 1 내륜의 복렬의 궤도홈의 내면에 볼형 전구체와, 상기 볼형 전구체 사이에 배치되는 장구형 싱글 스페이서를 가지며, 상기 궤도홈 각각의 단면 형상이 상기 볼형 전구체와 4점 접촉하도록 형성된 4점 접촉 볼 베어링이며,
    대형 풍력발전기의 나셀용 요 베어링은 제 2 외륜과 제 2 내륜 사이에 축방향 힘을 받는 2열의 축방향 원통형 전동체와 1열의 반경방향 힘을 받는 반경방향 원통형 전동체를 포함하며,
    상기 2열의 축방향 원통형 전동체는 각 열에서 적어도 3개의 축방향 원통형 전동체가 수용되는 복수개의 수용공간을 갖는 케이지형 멀티 스페이스에 의해 분리 및 위치 정렬되며, 상기 1열의 반경방향 원통형 전동체는 반경방향으로 예압설정된 소정 체적을 갖는 볼륨형 싱글 스페이스를 구비하는 대형 풍력발전기용 피치 베어링과 요 베어링 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 외륜 또는 상기 제 1 내륜 중 하나에 풍력터빈용 블레이드가 부착되고, 상기 제 1 외륜 또는 상기 제 1 내륜 중 다른 하나에 로터 허브가 연결되며,
    상기 제 2 외륜 또는 상기 제 2 내륜 중 하나에 너셀의 지지프레임이 부착되고, 상기 제 2 외륜 또는 상기 제 2 내륜 중 다른 하나에 풍력발전기용 타워에 연결되는 대형 풍력발전기용 피치 베어링과 요 베어링 어셈블리.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 외륜과 상기 제 1 내륜의 복렬의 궤도홈은 각각 2개의 곡면을 가지며, 상기 2개의 곡면은, 볼형 전동체보다 곡률 반경이 크고, 곡률 중심이 서로 다른 고딕 아치형의 단면을 갖는 원호형이며,
    상기 제 2 외륜은 반경방향으로 돌출된 노우즈부를 가지며, 상기 제 2 외륜은 분할식 C형 베어링 링인 대형 풍력발전기용 피치 베어링과 요 베어링 어셈블리.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 장구형 싱글 스페이서는 상기 볼형 전동체와 상기 볼형 전동체 접촉부 사이에 간격을 형성하되 상기 볼형 전동체가 상기 제 1 외륜과 상기 제 1 내륜의 상대적 회전에 의해서 직경방향으로 이탈하지 않도록 하는 탄성결합부를 가지며, 상기 탄성결합부는 상기 볼형 전동체 접촉부의 개방단에 적어도 2 내지 3 개의 주름으로 형성되되, 상기 볼형 전동체 수용부의 강도보다 강도가 큰 소재로 이루어지는 대형 풍력발전기용 피치 베어링과 요 베어링 어셈블리.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 케이지형 멀티 스페이서는 상기 축방향 원통형 전동체가 복수개 각각 수용되는 복수개의 수용부를 형성하도록 서로 평행하며 상기 축방향 원통형 전동체를 부분적으로 감싸는 한 쌍의 측판부와, 상기 한 쌍의 측판부를 연결하는 저판부가 コ자 형태의 단면을 갖는 유닛을 형성하되 3개의 유닛이 일체로 성형되는 대형 풍력발전기용 피치 베어링과 요 베어링 어셈블리.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 측판부 사이의 개방부를 통해 각각의 수용부에 상기 축방향 원통형 전동체가 축방향으로 삽입되며, 상기 한 쌍의 측판부는 상기 축방향 원통형 전동체의 곡률보다 큰 곡률을 갖는 지지 접촉면을 형성하며, 상기 수용부로부터 상기 축방향 원통형 전동체가 직경방향으로 이탈하는 것을 방지하기 위하여 상기 지지 접촉면 이면에 상기 축방향 원통형 전동체의 축방향 정렬을 가이드하기 위한 탄성지지부를 포함하는 대형 풍력발전기용 피치 베어링과 요 베어링 어셈블리.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 볼륨형 싱글 스페이서는 식빵 형상으로 길이방향으로 긴 양측에 상기 반경방향 원통형 전동체가 각각 배치되는 지지접촉부와, 상기 지지접촉부 사이를 탄성적으로 연결하는 탄성지지부를 가지며, 상기 길이방향에 수직한 방향으로 X자형 단면이 제공되도록 상기 지지접촉부를 향한 제 1 및 제 2 만곡부가 형성되고 상기 제 1 및 제 2 만곡부 사이에는 오목부가 형성되며, 상기 제 1 및 제 2 만곡부는 상기 지지접촉부와 서로 다른 강도의 소재로 이루어지며, 상기 지지접촉부에는 길이방향을 따라 이격된 요홈부가 형성되는 대형 풍력발전기용 피치 베어링과 요 베어링 어셈블리.
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