專利名稱：用于風輪機的俯仰軸承，風輪機以及維護軸承的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于風輪機的俯仰軸承，風輪機以及維護軸承的方法。
背景技術：
風輪機中的典型軸承已知是四點接觸式球軸承，例如在葉片俯仰^ 中。這種軸承設計已知適合于處理葉片作用在軸承上的復雜負荷模式。
當葉片在重力場中旋轉(zhuǎn)時，與風相關的負荷大于與重力相關的負荷。 這些重力負荷是周期性的，并且在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)期間改變方向。這使得軸承的 某些區(qū)域中的負荷改變方向，軸承將朝向該方向從間隙的一側(cè)向另 一側(cè)彎 曲。這種運動對于滾珠是有利的，因為滾珠可滾動以吸收這種運動。
然而，隨著現(xiàn)代風輪機的尺寸的增大，M軸承缺乏處理負荷的增長 的能力。
滾柱具有這種特性，因此滾柱軸承引起了人們的興趣。由于軸承經(jīng)歷 大的方向和負荷變化，因此存在一些沿軸承的軸向方向的彎曲。如果軸承 還具有一些軸向間隙，則其增加到來自負荷的彎曲。該彎曲將引起徑向滾 柱中的滑動并因而損壞軸承。
發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是提供一種解決方案，該解決方案更有效地適合于 現(xiàn)代風輪機中軸承的增加的負荷。
本發(fā)明提供了一種用于風輪機的俯仰軸承，該俯仰軸承包括第一和 第二軸向軸承滾動元件排一所述排彼此相距一定距離安放，以及一個或多 個徑向軸承元件排，其中，所述一個或多個軸承元件排安放在一限定于所述第 一和第二徑向排之間的區(qū)域外側(cè)。
由此有利地避免了上述現(xiàn)有技術的缺點。
在本發(fā)明的一個方面中，所述一個或多個徑向軸承元件排在第一和第 二軸向排上方，例如靠近俯仰軸承的葉片側(cè)，安放在該軸承的上側(cè)，或者 所述一個或多個徑向軸承元件排在第一和第二軸向排下方，例如靠近俯仰
軸承的輪轂側(cè)，安放在該軸承的下側(cè)。如果將徑向排從兩個軸向座圏(race ) 之間移動到軸承的上部，則軸承的該部分將更容易葉片側(cè)從外部接近，或 者在輪轂側(cè)從內(nèi)部接近，由此更容易進行維護而不必移開葉片。
在本發(fā)明的一個方面中，所述一個或多個徑向軸承元件排包括滑動表 面，該滑動表面在所述第一和第二軸向排中至少一個的滾柱端表面上滑動。 這種設計將使軸承更緊湊并且成本和重量更低。
本發(fā)明還涉及一種風輪機，該風輪機包括至少一個葉片以及至少一個 俯仰(pitch)機構，該俯仰機構具有一個或多個根據(jù)權利要求1至19之 一的軸承。
本發(fā)明還涉及一種用于維護風輪機中的根據(jù)權利要求l-19之一的俯仰 軸承的方法，所述方法包括下列步驟
從俯仰軸承的葉片側(cè)或輪轂側(cè)移除任何保持裝置，
將軸承元件的徑向排的軸承元件取出，該軸承元件包括滾動元件和/ 或滾道(raceway)，
檢查、修復或更換軸承元件，以及
將軸承元件和保持裝置定位在它們的工作位置。
如果將徑向排從兩個軸向座圏之間移動到軸承的上部，則軸承的該部
分將更容易在葉片側(cè)從外部接近或者在輪轂側(cè)從內(nèi)部接近，由此更容易進 行維護而不必移開葉片。
下面將參照附圖詳細說明本發(fā)明，在附圖中 圖l示出大型現(xiàn)代風輪機，圖2示出風輪機應用例如俯仰機構的公知軸承類型的剖視圖，
圖3a和3b示出根據(jù)本發(fā)明的軸承第一實施例的剖視圖，
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的軸承第二實施例的上部部分，
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的軸承第三實施例的上部部分，
圖6示出根據(jù)本發(fā)明的軸承第四實施例的上部部分，
圖7示出根據(jù)本發(fā)明的軸承第五實施例的上部部分，
圖8以第一和第二剖視圖示出根據(jù)本發(fā)明的軸承實施例，
圖9示出具有固定軸承元件排的軸承實施例，以及
圖IO示出具有柔性軸承元件排的軸承實施例。
具體實施例方式
圖1示出現(xiàn)代風輪機l。風輪機1包括布置在基底6上的塔架(塔筒) 2。塔架2的頂部"i殳有帶有偏^^U構(yaw mechanism )的風輪機引擎槍(吊 艙)3。
風輪機轉(zhuǎn)子包括至少一個轉(zhuǎn)子葉片，例如如圖所示的三個轉(zhuǎn)子葉片5。 轉(zhuǎn)子葉片5可通過使用俯仰機構而相對于輪轂4俯仰。
圖2示出在風輪機應用中，例如在俯仰機構中的公知軸承類型(3RR 構型)。
該軸承包括3排滾動元件。第一和第二軸向軸承滾動元件排9、 10在 內(nèi)圏8和外圏7上安放在兩個不同的水平滾道組之間。這兩個排可尤其處 理并傳遞軸向負荷。第三排ll是徑向軸承滾動元件排，該排具有一組在內(nèi) 圏8和外圏7之間的垂直滾道，并可尤其處理和傳遞軸承的徑向負荷。
第一和第二密封裝置12、 13是鋼或橡膠部件，所述密封裝置具有多種 重要用途并且對軸承發(fā)揮作用至關重要。該密封裝置使軸承滾動元件與外 部世界隔離，阻止灰塵和濕氣進入并且防止?jié)櫥瑒┩庑?。密封裝置集成在 軸承中，并且在軸承的上下入口處安裝在內(nèi)、外圏8、 7之間。
圖3a示出根據(jù)本發(fā)明的軸承的第一實施例的橫截面視圖。
軸承14包括外圏7和內(nèi)圏8，它們包括滾道組。兩個水平滾道組保持兩個軸向滾動元件一例如滾柱一排9、 10。這兩 個排9、 10通過內(nèi)圏8的保持一些水平滾道的水平延伸部分隔開。類似地， 外圈包括上、下延伸部分，所述延伸部分保持用于所述兩個軸向排的附加 水平滾道。
在軸承14的葉片側(cè)，在所述兩個軸向排9、 IO上方安放有徑向軸承元 件排17、 18。該徑向排包括某種滾動元件17以及處在內(nèi)外圏7、 8的相對 側(cè)的對應滾道18。該滾道示出為伸入內(nèi)、外圏中，并且由此在正常使用中 滾道被垂直保持就位。軸承滾動元件也在正常使用中將滾道水平保持就位。
不同的滾動元件排優(yōu)選安放在滾動籠(rolling cage)或任何類似組件 中，以使?jié)L動元件保持就位。此外，滾動元件可以是全柔性軸承(full compliance bearing )的一部分，即并排放置并且中間沒有空隙的滾動元件。
徑向軸承元件排17、 18被密封裝置12從外部保護，該密封裝置在軸 承葉片側(cè)的表面處封閉內(nèi)、外圏7、 8之間的開口。
當移除密封裝置12時，將可在葉片側(cè)從外面接近徑向軸承元件排17、18。
滾道可為軸承圏的一體部分或者是^^t的嵌入件。優(yōu)選針對松散的嵌 入件，每個滾道都是一斷開的環(huán)或多個環(huán)段，例如2個180度的環(huán)段，4 個90度的環(huán)段等。由此，可在軸承滾動元件或密封裝置已經(jīng)移除以后, 滾道或滾道段。
徑向排的這種位置變化帶來下列選項
可在不使主軸承(2個軸向座圏)與輪轂或葉片斷開連接的情況下 檢查、維護或更換軸承
磨損的段或因故障造成的碎片可以與初級軸科目隔絕(通過示出在 徑向軸承元件排下方的密封件19 )
軸承的輪轂側(cè)剛性很大，其中軸承的柔性隨著與輪轂的距離而增加。 由此徑向軸承可,皮更安全地預加載荷，因為外圏的高度提供了 一些彎曲可 能性
.可在后面的徑向軸承或全部兩個軸承中構造彈簧，以確保更好地控
8制預張力或防止軸承受到源自幾何偏差一例如超出圓度公差一的過多內(nèi)力 ■滾動元件也可以是滾珠或弧形滾柱，因為徑向軸承在軸承頂部受到 的主軸承的約束比內(nèi)側(cè)小
可采用平面村套軸承(平面滑動軸承，plain bush bearing)
本發(fā)明的這些可能性以及實施例將在下面參照附圖做進一步說明。 應當強調(diào)，內(nèi)T形和外C形也可倒換為內(nèi)C形和外T形。 葉片界面是軸承的面對風輪機葉片的 一側(cè)。 輪轂界面是軸承的面對風輪機輪轂的一側(cè)。
圖3b示出圖3a中的第一實施例的橫截面，其中徑向排移動到第一和 笫二軸向排9、 IO下方的位置。
徑向軸承元件排17、 18被密封裝置13從外側(cè)防護，該密封裝置在輪 轂葉片側(cè)的表面處封閉內(nèi)、外圏7、 8之間的開口。
當移除密封裝置13時，徑向軸承元件排17、 18可從輪轂的內(nèi)側(cè)接近。
此外，徑向軸承元件排17、 18通過至少一個滾道18預加應力或預加 載荷，該滾道通過柔性支承裝置28例如彈簧裝置一如螺旋彈簧,iUi^。該 柔性支承裝置28在徑向排處產(chǎn)生相對于輪轂側(cè)的剛性很大的位置的柔性。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的軸承第二實施例的上部部分，其中徑向排利用 弧形滾柱建立。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的軸承第三實施例的上部部分。
徑向排利用滾珠軸承建立，該滾珠軸承具有成形為引導滾珠的滾道。 可首選M與滾道之間的低一致性，以允許在徑向滾珠軸承中的軸向移動。 低一致性可通過橢圓形滾道獲得，或通過使?jié)L道的相關部分具有比M直 徑大的直徑獲得。
彈簧保持裝置29安放在外圏的凹口中，以便在正常使用中將滾珠軸承 保持就位。該凹口位于密封裝置12與滾珠軸承之間。
彈簧保持裝置29也可安放在內(nèi)圏的凹口內(nèi)或者內(nèi)圏和外圖二者的凹 口內(nèi)。
密封裝置12示出為具有包括滾道的滾珠軸承的寬度。由此可在已經(jīng)移除彈簧保持裝置29之后將滾珠軸承作為一個整體取出。 圖6示出根據(jù)本發(fā)明的軸承第四實施例的上部部分。 徑向排利用平面村套軸承建立。該襯套可由塑料或金屬例如PTFE、
POM、 PA和鋼制成。此外，該村套可由金屬和塑料材料的組合物制成。 圖7示出根據(jù)本發(fā)明的軸承第五實施例的上部部分。 徑向軸承元件排17、 18可通過至少一個滾道18預加應力或預加載荷，
該滾道被柔性支承裝置28例如一個或多個彈簧裝置一例如螺旋彈簧壓制。 圖8示出根據(jù)本發(fā)明的軸承的一個實施例。該軸承由第一和第二獨立
部分制成，所述部分通過葉片和輪轂螺栓彼此壓靠。
徑向軸承排示出為軸承的獨立部分22，該部分包括作為滾動元件的柱
形滾柱、弧形滾柱或滾珠，或者位于內(nèi)外圏之間的平面襯套軸承。軸承的
下部部分23包括位于另一內(nèi)外圏之間的第一和第二軸向排。
圖9示出根據(jù)本發(fā)明的軸承的一個實施例，其具有固定的軸承元件排，
該軸承元件排的形式為從內(nèi)外團延伸的肋。
特別地在葉片應用中，可使用引導軸向滾柱排的肋來提供軸承內(nèi)的支
承功能以及徑向位置。
為了有助于肋定位設計的良好功能，該設計可包括下列特征
i) 更嚴格的滾柱長度公差
ii) 修改的滾柱端部形式
iii) 肋的較小后傾角
這種設計將使得軸承能被制造得更緊湊并且成本更低、重量更小。 圖IO示出具有柔性軸承元件排的軸承實施例。
該圖示出安放在內(nèi)外圏上的作為獨立滑動軸承裝置26、27的一個或多 個徑向排。徑向排24-27可優(yōu)選由金屬例如鋼、黃銅或者塑料例如POM或 PA制成。
應當強調(diào)，上述實施例的各方面可任意組合以用于本發(fā)明的軸承設計。 此外，可在所附的權利要求的范圍內(nèi)對軸承進行各種設計。附圖標記列表
在附圖中，參考標號指示如下
1 風輪機
2 風輪機塔架
3 風輪機引擎搶
4 風輪機轉(zhuǎn)子輪轂
5 風輪機轉(zhuǎn)子葉片
6 風輪機基底
7 軸承外圏
8 軸承內(nèi)圏
9 用于軸向負荷的第一軸向軸承滾動元件排
10 用于軸向負荷的第二軸向軸承滾動元件排
11 用于徑向負荷的軸承滾動元件排
12 第一密封裝置
13 第二密封裝置
14 用于風輪才幾應用的軸承
15 用于葉片螺栓的第一通孔
16 用于輪轂螺栓的第二通孔
17 用于徑向負荷的徑向軸承滾動元件排
18 用于徑向軸承滾動元件排的滾道
19 徑向和軸向軸承滾動元件排之間的防護裝置
20 軸承的第一外圏部分
21 軸承的第二外圏部分
22 上軸承部分
23 下軸承部分
24 固定軸承元件的第一排
25 固定軸承元件的笫二排
26 獨立軸承滑動元件的第一排27 獨立軸承滑動元件的第二排
28 柔性支承裝置，例如彈簧
29 彈簧保持環(huán)
權利要求
1.一種用于風輪機(1)的俯仰軸承(14)，包括第一和第二軸向軸承滾動元件排(9，10)，所述排彼此相距一定距離安放，以及一個或多個徑向軸承元件排(17，18，24-27)，其中，所述一個或多個軸承元件排安放在一區(qū)域外側(cè)，該區(qū)域限定在所述第一和第二軸向排之間。
2. 根據(jù)權利要求1的俯仰軸承(14)，其特征在于，所述軸承包括兩 個在軸向軸承構型中的座圏，以及一個或多個在作為葉片俯仰機構一部分 的徑向構型中的座圏。
3. 根據(jù)權利要求1或2的俯仰軸承(14),其特征在于，所述一個或 多個徑向軸承元件排(17， 18)在第一和第二軸向排(9， IO)上方，例如 靠近俯仰軸承的葉片側(cè)，安放在該軸承(14)的上側(cè)，或者所述一個或多 個徑向軸承元件排(17， 18)在第一和第二軸向排(9, IO)下方，例如靠 近俯仰軸承的輪轂側(cè)，安放在該軸承(14)的下側(cè)。
4. 根據(jù)前述權利要求之一的俯仰軸承(14),其特征在于，所述一個 或多個徑向軸承元件排(17， 18)包括這樣的徑向軸承，該徑向軸承在兩 個滾道(18)之間具有柱形滾柱、弧形滾柱、滾珠、平面襯套軸承或任何 類似的滾動元件。
5. 根據(jù)前述權利要求之一的俯仰軸承(14 )，其特征在于，至少密封 裝置(12)安放在所述一個或多個徑向軸承元件排(17， 18)上方。
6. 根據(jù)權利要求5的俯仰軸承(14)，其特征在于，所述密封裝置(12 ) 以及任何相伴隨的裝置將所述一個或多個徑向軸承元件排(17， 18)保持 就位。
7. 根據(jù)權利要求5的俯仰軸承(14 )，其特征在于，在所述密封裝置 (12)和所述一個或多個徑向軸承元件排(17， 18)之間在所述外圏和/或內(nèi)團的凹口內(nèi)安放有彈簧保持裝置(29),該彈簧保持裝置將所述一個或多個徑向排保持就位。
8. 根據(jù)權利要求4-7之一的俯仰軸承(14 )，其特征在于，每個滾道 (18)都是斷續(xù)的環(huán)或多個環(huán)段，例如2個180度的環(huán)段，4個卯度的環(huán)段等。
9. 根據(jù)權利要求4-8之一的俯仰軸承(14 )，其特征在于，所述一個 或多個徑向軸承元件排(17， 18)通過所述滾道(18)中的至少一個預加 應力或預加載荷，該滾道通過柔性支承裝置(28)例如一個或多個彈簧裝 置放入。
10. 根據(jù)前述權利要求之一的俯仰軸承(14),其特征在于，所述一 個或多個軸承元件排安放在上部部分(22)中，所述軸向排安放在軸承的 下部部分(23)中。
11. 根據(jù)權利要求1的俯仰軸承(14 )，其特征在于，所述第一和第 二軸向軸承滾動元件排(9， 10)包括多個滾柱，并優(yōu)選在滾動籠中或任何 類似組件中以使?jié)L柱保持就位。
12. 根據(jù)權利要求11的俯仰軸承(14 ),其特征在于，所述一個或多 個徑向軸承元件排(24-27)包括滑動面，該滑動面在所述第一和第二軸向 排(9, 10)中至少一個的滾柱端表面上滑動。
13. 根據(jù)權利要求11的俯仰軸承(14 )，其特征在于，所述一個或多 個徑向排(24-27)包括在所述各軸向排(9， 10)上滑動的滑動面。
14. 根據(jù)權利要求11-13之一的俯仰軸承(14)，其特征在于，所述 一個或多個徑向排(24-27)在端表面的一個或多個部分上滑動。
15. 根據(jù)權利要求14的俯仰軸承(14 ),其特征在于，所述一個或多 個徑向排(24-27)在端表面的上部和下部上滑動，例如在外圈的上部以及 在內(nèi)圏的下部上，反之亦然。
16. 根據(jù)權利要求11-15之一的俯仰軸承(14)，其特征在于，所述 一個或多個徑向排(24-27)是內(nèi)、外圏的固定突起(24， 25)。
17. 根據(jù)權利要求16的俯仰軸承(14)，其特征在于，所述固定突起 (24, 25)是肋。
18. 根據(jù)權利要求11-15之一的俯仰軸承(14)，其特征在于，所述 一個或多個徑向排(24-27)是安放在內(nèi)、外圏上的獨立滑動軸承裝置(26， 27)。
19. 根據(jù)權利要求11-18之一的俯仰軸承(14)，其特征在于，所述 一個或多個徑向排(17， 18, 24-25)由金屬例如鋼、黃銅，或者塑料例如 POM或PA制成。
20. 風輪機，包括至少一個葉片，例如兩個或三個葉片，以及至少一個俯仰機構，該俯仰機構具有一個或多個根據(jù)權利要求1-19之 一的俯仰軸承。
21. 用于在風輪機中維護根據(jù)權利要求l-19之一的俯仰軸承的方法， 所述方法包括下列步驟從俯仰軸承的葉片側(cè)或輪轂側(cè)移除任何保持裝置， 將軸承元件的徑向排的軸承元件取出，該軸承元件包括滾動元件和/ 或滾道，檢查、修復或更換軸承元件，以及 將軸承元件和保持裝置定位在它們的工作位置。
全文摘要
一種用于風輪機(1)的俯仰軸承(14)，它包括第一和第二軸向軸承滾動元件排(9，10)，所述排彼此相距一定距離安放，還包括一個或多個徑向軸承元件排(17，18，24-27)，其中所述一個或多個軸承元件排安放在限定于所述第一和第二軸向排之間的區(qū)域外側(cè)。本發(fā)明還涉及一種風輪機以及用于維護軸承的方法。
文檔編號F03D11/00GK101410616SQ200780011280
公開日2009年4月15日 申請日期2007年3月30日 優(yōu)先權日2006年4月2日
發(fā)明者A·貝奇, G·馬登 申請人:維斯塔斯風力系統(tǒng)有限公司