專利名稱：普通軸承和帶有這種普通軸承的風力發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種用于傳遞大的軸向力和大的彎曲力矩，同時共同工作的軸承零件之間相對運動小的普通軸承。另外，還涉及一種在其塔架支承的機器頭部和塔架頭之間，帶有這種普通軸承的風力發(fā)電裝置。
包括上述要求的普通軸承可以用作(例如)起重機、某些休閑和娛樂設備以及風力發(fā)電裝置中的樞軸軸承(所謂的方位軸承)。這樣，就產(chǎn)生一個結(jié)構(gòu)問題，即在回轉(zhuǎn)軸為垂直的情況下，在所加負載方向和卸下方向上的力都要由該軸承來承受。
為了達到本發(fā)明的目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面中，設置在一個共同工作的軸承零件上的一個環(huán)形肋，與設置在另一個共同工作的軸承零件上的一條環(huán)形槽嚙合。在這種情況下，該環(huán)形肋的橫截面可以為矩形和向外逐漸減小的梯形。在該環(huán)形肋的自由側(cè)面及其圓周表面上，最好帶有抗摩擦的襯墊。在肋的橫截面為梯形的情況下，可以省去抗摩擦的襯墊。
為了能夠更容易更換不可避免地會磨損的抗摩擦襯墊，本發(fā)明將這些抗摩擦的襯墊細分成塊狀，并與該環(huán)形肋固定連接，但可取下。
特別是，在這種情況下，還可將共同工作的軸承零件中的一個零件細分成扇形塊形狀，并且該扇形塊可單個地從其復合材料組件上取下。特別是，裝有抗摩擦襯墊的環(huán)形肋可以細分為扇形塊，并且使其結(jié)構(gòu)/配置能讓該環(huán)形肋從徑向方向外側(cè)與向內(nèi)設置的環(huán)形槽嚙合。然后，可以逐漸地將固定著抗摩擦襯墊塊的環(huán)形肋扇形塊從其復合材料組件上(沿著圓周方向)和從承載或支承零件的固定裝置上取下，并沿徑向向外拉，并在裝上新的抗摩擦襯墊塊以后，再將該扇形塊插入?？梢岳斫?，也可以用帶有新的抗摩擦襯墊塊的替代肋來更換。
應當理解，所有的配置是可以顛倒過來的。即抗摩擦襯墊也可以放置在環(huán)形槽的內(nèi)表面上，該環(huán)形槽再細分為塊狀，并從外部與向內(nèi)設置的環(huán)形肋嚙合。另外，相應的向內(nèi)設置的零件(環(huán)形肋或環(huán)形槽)可以細分為扇形塊。然而，扇形塊的向外岔開的楔形形狀會妨礙向內(nèi)拉動扇形塊。在這種情況下，扇形塊的邊緣可作成平行的，并可以在帶有抗摩擦襯墊的扇形塊之間設置一些補償零件。
為了更容易更換扇形塊，可以在共同工作的軸承零件之間設置動力工作裝置，例如氣動或液壓的活塞-氣缸裝置。這些動力工作裝置只在該軸承靜止不動狀態(tài)下才工作，它可以使從下面支承的共同工作的軸承零件相對于支承它的支承零件升高，以便可松開扇形塊的固定裝置和抽出扇形塊。在重新裝入扇形塊后，再次將上述卸載裝置與至少一個共同工作的軸承零件的固定松開。
本發(fā)明的一個具體方面還涉及一種風力發(fā)電裝置，它包括在塔架支承的機器頭部和塔架頭之間的一個上述的普通軸承，在該塔架頭和機器頭部之間設置一個軌道驅(qū)動裝置，用于根據(jù)風向使機器頭部圍繞塔架的垂直軸線轉(zhuǎn)動；并且，該普通軸承還可為機器頭部在徑向和軸向?qū)颉?br> 一般稱為方位軸承的轉(zhuǎn)動軸承，通過軌道驅(qū)動裝置，可調(diào)節(jié)接收風能的轉(zhuǎn)子，使得根據(jù)風向的不同，可以得到最高的效率，而當風力發(fā)電裝置停止時，作用在該裝置所有零件上的負載盡可能小。通常，輸出大的風力發(fā)電裝置中的轉(zhuǎn)動軸承直徑必需很大，該軸承包括一個轉(zhuǎn)動球式的連接結(jié)構(gòu)(DE4104137 C2和DE 19629168 C1)。因為在機器頭部作沿軌道的運動時，機器頭部只需圍繞著塔架軸線作微小運動，但當風速較大時，機器頭部必需承受相當大的負載。結(jié)果，在該轉(zhuǎn)動球式連接結(jié)構(gòu)內(nèi)，相對于表面區(qū)域產(chǎn)生相當大的靜壓力或準靜壓力。另外，轉(zhuǎn)動球式連接結(jié)構(gòu)自然地和通常地只對回轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生很小的阻力，這在方位軸承的情況下，當風向迅速改變(例如陣風)時，會造成機器頭部作“神經(jīng)質(zhì)的、不平穩(wěn)的”向前和向后運動。為了解決這個問題，曾試圖采用軌道運動的阻尼控制或利用機械制動器(DE 4104137C2，19629168 C1和19814629 A1)。
作為比較，根據(jù)本發(fā)明的普通軸承在要求運動小時，能更好地承受大的力。另外，在這種情況下，軸承中的滑動摩擦是對過份混亂的沿軌道運動一種天然的阻尼。再者，因為阻止沿軌道運動開始進行的靜摩擦總是比在克服靜摩擦后產(chǎn)生的滑動摩擦大，并且基本上與運動副的材料無關，因此，在風向短期和/或較小改變的情況下，可完全抑止沿軌道的運動。
目前，普通軸承已經(jīng)用來作為風力發(fā)電裝置的方位軸承，但只是用在較小的裝置中(Hau，“Windkraftanlagen”[“Wind Power Installation”]第270頁)。在該書中沒有討論上述的控制功能，看來也不會討論。
該普通軸承可以承受在所加負載方向和卸下方向二個軸向方向上的垂直力?？鼓Σ烈r墊可用銷子固定，也可以粘接在環(huán)形肋上。為了檢查抗摩擦襯墊和檢查轉(zhuǎn)動軸承，并且如果必要的話，更換抗摩擦襯墊或共同工作的軸承零件的扇形塊，在機器頭部法蘭上最好至少有一個可關閉的維修用開口(該開口例如可用一個堵頭關閉)。通過轉(zhuǎn)動該機器頭部，可以檢查和維修整個轉(zhuǎn)動軸承。
最好，該抗摩擦襯墊塊由金屬塑料復合材料制成，帶有鋼制的背面和小突起狀的乙縮醛共聚物制的支承表面。
該普通軸承的潤滑是從下向上連續(xù)的潤滑裝置進行的。用過的舊的油脂排出至軸承頂部的外面并收集起來。為此目的，在環(huán)形肋與其中的抗摩擦襯墊嚙合的環(huán)形槽的下面，一個在圓周方向延伸的密封件裝在機器頭部的法蘭中。該密封件可密封住相對于塔架頭法蘭的間隙。在該環(huán)形槽上面的頂部上，一條密封帶與機器頭部法蘭固定，使該密封帶的自由區(qū)域壓在塔架頭法蘭的頂部。
附圖表示了本發(fā)明的實施例。其中

圖1為根據(jù)本發(fā)明的普通軸承一般形式的橫截面的示意圖；圖2為縮小比例的由扇形塊組成的外環(huán)的平面圖，該外環(huán)帶有圖1所示的普通軸承的沿徑向向內(nèi)的環(huán)形肋；圖3為在普通軸承分開的狀態(tài)下，通過塔架支承的風力發(fā)電設備的機器頭部殼體的橫截面圖，圖中，機器頭部法蘭和塔架上端由塔架頭部法蘭支承；圖4為在裝配狀態(tài)下的基本上與圖3相對應的放大圖；圖5表示軸承橫截面(圖4中用X表示的圓圈部分)的局部放大圖；和圖6為帶有軌道驅(qū)動裝置的機器頭部的一部分的示意性平面圖。
圖1示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的普通軸承的結(jié)構(gòu)和配置，其外滾道或外環(huán)104固定在沒有詳細表示的一個支承結(jié)構(gòu)101上。外環(huán)104沿徑向向內(nèi)延伸成一個環(huán)形肋106，該環(huán)形肋的橫截面為沿徑向向內(nèi)形成一個錐度的梯形。環(huán)形肋106的向上和向下的側(cè)面，基本上用抗摩擦襯墊塊108形式的抗摩擦襯墊鋪襯。該襯墊塊108可用(例如)銷子或粘接劑固定地安裝在環(huán)形肋上，但可取下。同樣的抗摩擦襯墊塊107安裝在環(huán)形肋106的內(nèi)圓周表面上。
帶有抗摩擦襯墊塊107，108的環(huán)形肋106與內(nèi)滾道或內(nèi)環(huán)122嚙合。該內(nèi)環(huán)是可圍繞軸線112轉(zhuǎn)動的結(jié)構(gòu)110的一部分，該結(jié)構(gòu)110與外環(huán)104一起構(gòu)成一個普通軸承。
圖2表示外環(huán)104再被細分成扇形塊104′，這些扇形塊利用螺釘123固定在支承結(jié)構(gòu)101上。扇形塊104′的橫向的相對方位可另外由槽與舌片連接等結(jié)構(gòu)保證。還可以看出，在環(huán)形肋106的肋部分106′上的抗摩擦襯墊塊108，在磨損或需要作其他維修時，可與外環(huán)的扇形塊104′一起取下。這個工作可以較容易地進行，因為在支承結(jié)構(gòu)101和軸承內(nèi)環(huán)122(圖1)之間安裝有一個動力提升裝置(沒有示出)。該提升裝置只在軸承靜止不動狀態(tài)下，提升上述結(jié)構(gòu)110，從而可允許松開螺釘連接123，和可以在徑向向外方向上，取下單個的扇形塊104′。
圖3～圖6表示在塔架和風力發(fā)電裝置的機器頭部之間使用根據(jù)本發(fā)明的普通軸承的情況。包括一個法蘭環(huán)3和一個軸承外滾道或外環(huán)4的塔架頭法蘭2，固定在支承塔架1的上端。零件3和4用螺釘5連接在一起。軸承外環(huán)4的外側(cè)上帶有一個外齒輪30，傳動裝置的電機31(圖6)的小齒輪與該外齒輪嚙合，這樣形成一個軌道驅(qū)動裝置。
按照通常方式，機器頭部殼體10具有一個轉(zhuǎn)子(沒有示出)的安裝裝置11，在該殼體內(nèi)部放入風力發(fā)電裝置的機械和電氣部件(也沒有示出)。機器頭部法蘭20固定在該機器頭部殼體10的下側(cè)，該機器頭部法蘭20包括一個環(huán)21和軸承的內(nèi)滾道或內(nèi)環(huán)122。利用螺釘23將零件21和22互相連接，并與機器頭部殼體10連接。
在軸承內(nèi)環(huán)22的外側(cè)設置一個環(huán)形槽24。環(huán)形槽24部分地以環(huán)21作為其邊界。在裝配狀態(tài)下(圖4)，環(huán)形肋6與該環(huán)形槽24接合。環(huán)形肋6設置在塔架頭法蘭2的軸承外環(huán)4的內(nèi)側(cè)，并帶有部分為圓椎形的抗摩擦襯墊塊7，用于徑向?qū)?；而在環(huán)形肋6的頂部和下部，帶有圓環(huán)形的抗摩擦襯墊塊8，用于垂直導向。抗摩擦襯墊塊7，8粘接在環(huán)形肋6的相應表面上，并可用銷子固定(圖5)。在與塔架軸線12平行的方向上，環(huán)形肋6(包括抗摩擦襯墊塊8)的厚度比環(huán)形槽24的內(nèi)部寬度稍微小些，因此，根據(jù)垂直力的相應方向不同，上部或下部的抗摩擦墊塊壓在環(huán)形槽24相應的壁上。
在機器頭部法蘭20上設有一個維修用的開口25，該開口即使在裝配狀態(tài)和風力發(fā)電裝置工作時，可對抗摩擦襯墊塊7，8進行檢查和維修或更換。另外，在環(huán)形槽24下面的軸承內(nèi)環(huán)22中，安裝著一個密封件26，該密封件與軸承外環(huán)4的相應表面共同工作(見圖5)。作為塔架頭法蘭2的一部分的放在環(huán)21中的一個帶唇邊密封件27壓在軸承外環(huán)4的頂面上。
如上所述，軌道驅(qū)動裝置由4個電機31構(gòu)成，這些電機上所帶的小齒輪與軸承外環(huán)4上的外齒輪30嚙合(圖6)。
權(quán)利要求
1.一種用于傳遞大的軸向力和低的彎曲力矩，同時共同工作的軸承零件之間的相對運動小的普通軸承，其特征為，設在一個共同工作的軸承零件(4，104)上的一個環(huán)形肋(6，106)與設在另一個共同工作的軸承零件(22，122)上的一個環(huán)形槽(24，124)嚙合。
2.如權(quán)利要求1所述的普通軸承，其特征為，環(huán)形肋(6，106)的橫截面為矩形。
3.如權(quán)利要求1所述的普通軸承，其特征為，環(huán)形肋(6，106)的橫截面為向外逐漸減小的梯形。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的普通軸承，其特征為，該環(huán)形肋(6，106)在其自由側(cè)面和可能還在圓周表面上帶有抗摩擦的襯墊(7，8；107，108)。
5.如權(quán)利要求4所述的普通軸承，其特征為，抗摩擦襯墊(7，8；107，108)細分為塊狀，并固定但可以卸下地與環(huán)形肋(6，106)連接。
6.如權(quán)利要求5所述的普通軸承，其特征為，該抗摩擦襯墊塊(7，8；107，108)由金屬塑料復合材料制成，帶有鋼制的背面和(小突起狀的)乙縮醛共聚物制的支承表面。
7.如上述權(quán)利要求中至少一條所述的普通軸承，其特征為，共同工作的軸承零件(4，104)中的一個零件也細分為扇形塊形狀，并且扇形塊(104′)可以單個地從復合材料組件上取下。
8.如權(quán)利要求7所述的普通軸承，其特征為，鋪襯著抗摩擦襯墊(7，8；107，108)的環(huán)形肋(6，106)細分為扇形塊(106′)，并且可從徑向方向的外部與向內(nèi)設置的環(huán)形槽(24，124)嚙合。
9.如權(quán)利要求7或8所述的普通軸承，其特征為，設有一個靜止動力工作裝置，用于在更換扇形塊(104′，1 06′)時，在軸承靜止不動狀態(tài)下，卸除在共同工作的軸承零件(4，22；104，122)上的負載(提升該軸承零件)。
10.一種風力發(fā)電裝置，它包括在塔架支承的機器頭部(10)和塔架頭(1)之間的一個根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一條的普通軸承，其特征為，在該塔架頭和機器頭部之間設置一個軌道驅(qū)動裝置(30，31)，用于根據(jù)風向使機器頭部圍繞塔架的垂直軸線轉(zhuǎn)動；并且，該普通軸承還可為機器頭部(10)在徑向和軸向(塔架軸線12方向)導向。
11.如權(quán)利要求10所述的風力發(fā)電裝置，其特征為，該普通軸承承受在軸向，所加負載的方向和卸下方向作用的垂直力。
12.如權(quán)利要求10或11所述的風力發(fā)電裝置，其特征為，在與塔架軸線平行的方向上，環(huán)形肋6(包括抗摩擦的襯墊塊8)的總厚度比環(huán)形槽(24)的內(nèi)部寬度稍微小些。
13.如權(quán)利要求10～12中至少一條所述的風力發(fā)電裝置，其特征為，在該環(huán)形槽(24)下面，一個在圓周上延伸的密封件(26)裝在機器頭部法蘭(20)中，該密封件可使對于塔架頭法蘭(2)的間隙密封。
14.如權(quán)利要求10～13中至少一條所述的風力發(fā)電裝置，其特征為，在機器頭部法蘭(20)上設置有至少一個可關閉的維修用的開口(25)，該開口形成共同工作的軸承零件上的一個部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于傳遞大的軸向力和大的彎曲力矩,同時相對運動小的普通軸承。該軸承的一個零件有一個環(huán)形臺肩,可與另一個軸承零件上的一條環(huán)形槽嚙合。橫截面為向外逐漸減小的梯形的該環(huán)形臺肩的自由側(cè)面上,以及還可以在圓周表面上具有抗摩擦的襯墊。上述以及相應的另一軸承零件,具體地說是包括環(huán)形臺肩的外環(huán)可以細分成扇形塊。該扇形塊可以單個地從整體上取下進行維修,還可以設置新的抗摩擦表面。所述普通軸承的一個優(yōu)選應用是放在風能裝置的塔架支承的機器頭部和塔架頭部之間。
文檔編號F03D11/00GK1423730SQ00818445
公開日2003年6月11日 申請日期2000年12月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月24日
發(fā)明者阿洛伊斯·沃本 申請人:阿洛伊斯·沃本