CN102192106A

CN102192106A - 用于风力涡轮机转子的轴承系统

Info

Publication number: CN102192106A
Application number: CN2011100443148A
Authority: CN
Inventors: K.文茨克
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2010-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2011-09-21
Also published as: JP2011174614A; US20110206310A1; EP2360383A1; NZ591305A; CA2732382A1

Abstract

一种用于风力涡轮机转子的轴承系统，包括：O形布置的双排锥形滚柱轴承（5），其中所述双排锥形滚柱轴承（5）包括内环（7）、支撑在所述内环（7）上沿圆周排成行的锥形滚柱（9）；和浮动式内肋（14），驱动装置（26）以及可移除的互锁装置（17-24），其中所述浮动式内肋（14）能够通过所述驱动装置（26）被轴向移动到预定位置，以抵接每一个轴向向外的大滚柱端（11），从而对每一个锥形滚柱（9）施加相应预载，并且所述浮动式内肋（14）通过所述互锁装置（17-24）刚性地耦接到所述内环（7）。

Description

用于风力涡轮机转子的轴承系统

技术领域

本发明属于滚柱轴承技术领域，并涉及用于风力涡轮机转子的轴承系统。

背景技术

在风力涡轮机应用中，与没有间隙的轴承或者具有最佳最小预载的轴承相比，具有较高操作间隙的大的主轴承具有较低的额定寿命。特别地，Ｏ形或X形布置的非预载双排轴承具有较低刚度。当这些轴承加载了高径向力或高倾翻力矩时，滚动元件的载荷分布变得不规则。结果，一些滚动元件承受高的赫兹压力，从而造成过早的轴承失效。特别地，轴承刚度取决于预载和由所述轴承的当前操作状态产生的载荷。具有过高预载的双排轴承的刚度较高，轴承中的摩擦因此也较高。结果，轴承中的内部载荷也会不利地较高，这会造成轴承过早失效。

而且，滚柱轴承似乎对打滑（skidding）特别敏感，这种打滑是危害轴承滚动完整性的滚动和滑动组合的结果。当发生打滑时，作用于旋转环的前向力小于对滚柱/保持架的阻力。打滑可能造成沿滚动元件和滚道的圆周方向出现咬伤斑点和条纹。这会因过度的剥蚀成形而导致过早的轴承失效。进一步地，只要非预载的滚动元件不接触滚道，就会出现打滑，该打滑还会被保持架减速。

刚性轴承结构的阻尼能力在动态载荷情况下是不足的。刚性预载轴承与液压预载系统相比不具有这种适当的阻尼能力，并且刚性系统不能启动阻尼能力。一方面，轴承周围部件的实际运转将会受到轴承间隙影响。另一方面，非预载轴承刚度不够，并且最大的实际运转失效将具有不可接受的较高值。另外，大的风力涡轮机轴承中的预载和间隙取决于轴承制造精度，取决于轴和外壳的装配以及取决于当前操作温度。安装后间隙的可变范围造成不同的当前操作状态，这暗示了不可调节预载系统中不同范围的接触压力。过高的轴承间隙将造成非预载系统中滚柱的不可接受的高边缘压力。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种用于风力涡轮机转子的轴承系统，其中尽管轴承系统适合于宽范围的操作载荷，但该轴承系统仍具有较长的寿命。

本发明的用于风力涡轮机转子的轴承系统包括：Ｏ形布置的双排锥形滚柱轴承，其中所述双排锥形滚柱轴承包括内环、支撑在所述内环上的沿圆周排成行（circumferential row）的锥形滚柱；和浮动式内肋，驱动装置以及可移除的互锁装置，其中所述浮动式内肋能够由所述驱动装置轴向移动到预定位置，以抵接在轴向向外的每个大滚柱端上，从而对每个锥形滚柱施加相应预载，并且所述浮动式内肋通过所述互锁装置刚性地耦接（或称联接）到所述内环。

因此，本发明的轴承系统被提供有有利充足的可变外部载荷，用于对滚柱可调节地预加载，使得能够为锥形滚柱在所述轴承系统的宽范围操作状态下提供最佳操作状态。进一步地，所述轴承系统有利地非常刚性，使得所述轴承系统的周围部件的实际运转特征不受轴承间隙影响。有利的是，一旦通过所述互锁装置在预定轴向位置将所述浮动式内肋刚性地耦接到所述内环而实现本发明轴承系统的最佳间隙、预载和刚度，则所述轴承系统的最佳构造被刚性地安装。而且，积极效果在于，滚柱上的和浮动式内肋上的载荷分布相当平衡。与普通轴承相比，载荷最高的滚柱的赫兹压力被降低，这是由于载荷被分布到相邻滚柱。结果，提高了滚柱的疲劳寿命和可用性，因此本发明轴承系统的寿命较高。另外，根据本发明，能够避免滚柱打滑，使所述轴承系统的寿命不受打滑影响。

通过所述驱动装置，本发明轴承系统的预载和刚度能够适应当前操作状态。优选地，在操作期间监控本发明轴承系统的操作状态，操作状态优选为温度、噪声、振动和/或径向振摆。一旦监控到临界操作状态，通过致动所述驱动装置以携载优化（carry optimised）所述轴承系统的内部载荷，能够使所述轴承系统的预载和刚度进行适应。

优选的是，所述互锁装置在所述内环与所述浮动式内肋之间形成形状配合（form-fit）。进一步地，所述互锁装置优选包括圆周支撑肋，其形成在所述内环上，从所述内环沿径向方向延伸并接合所述浮动式内肋，从而在所述内环与所述浮动式内肋之间形成所述形状配合。由于在所述内环与所述浮动式内肋之间提供了形状配合，该结构的刚度沿轴向方向较高。因此，所述轴承系统的整个结构为有利地刚性的。优选的是，支撑肋整体地形成在所述内环上。

所述圆周支撑肋优选包括圆周轴向支撑台阶，其被布置成垂直于轴承轴线并且面向轴承，其中所述浮动式内肋被所述支撑台阶轴向支撑。进一步地，优选的是，所述内环包括滑动面，其在所述内环上径向支撑所述浮动式内肋并轴向引导所述浮动式内肋进行轴向运动。优选地，所述滑动面适于沿圆周引导所述浮动式内肋，使得所述浮动式内肋在所述内环上能沿圆周运动。所述轴向支撑台阶优选具有第一锯齿状交合面（treaded face），所述浮动式内肋优选具有第二锯齿状交合面，其中所述第一锯齿状交合面和所述第二锯齿状交合面彼此啮合并一起协作，使得除了所述浮动式内肋相对于所述内环处于圆周位置外，还限定了所述浮动式内肋相对于所述内环的轴向位置。进一步地，所述第一锯齿状交合面和所述第二锯齿状交合面优选按照所述浮动式内肋沿轴向方向被所述内环自锁定支撑的方式形成。因此，所述第一锯齿状交合面和所述第二锯齿状交合面将所述内浮动肋的圆周运动转化成所述浮动式内肋的轴向运动。进一步地，由于所述第一锯齿状交合面和所述第二锯齿状交合面沿轴向方向被自锁定，因此所述浮动式内肋的轴向位置被刚性地固定。因而，所述浮动式内肋的轴向调节能够通过转动所述浮动式内肋被容易地操作，其中所述浮动式内环的所达到的轴向位置被明确限定，所述轴承系统的预载和间隙因此也被明确限定。

而且，所述内环和/或所述浮动式内肋被适配成使用利用液压流体对所述第一锯齿状交合面与所述第二锯齿状交合面之间的空间进行临时加压，从而克服自锁定作用。此外，所述驱动装置适于沿圆周驱动所述浮动式内肋，由此通过所述第一锯齿状交合面与所述第二锯齿状交合面的协作使所述浮动式内肋轴向运动。优选的是，所述驱动装置为液压柱塞，用于沿圆周作用于所述浮动式内肋和所述内环，从而沿圆周驱动所述浮动式内肋。

附图说明

下文将参考附图基于优选实施例来阐述本发明。附图中：

图1示出了本发明轴承系统的实施例的剖视图，

图2示出了本发明轴承系统的实施例的侧视图，以及

图3示出了图1中的剖视图A-A。

具体实施方式

如图1至图3所示，风力涡轮机转子包括轴承系统1，具有轴线3的风力涡轮机轴2以及转子毂4，其中轴2是固定的，而转子毂3是旋转的。一个转子叶片或多个转子叶片（未示出）安装在转子毂4上并沿径向方向延伸。转子毂4由轴承系统1支撑于转子轴2，使得转子毂4被枢转安装在风力涡轮机轴2上。轴承系统1承受由风力载荷、叶片和转子毂4的重量以及风力涡轮机转子的不平衡等造成的径向力、轴向力和倾翻力矩。为了为风力涡轮机转子提供能够经受操作载荷的稳定结构，轴承系统1包括O形布置的双排锥形滚柱轴承5。双排锥形滚柱轴承5包括由第一内环7和第二内环8组成的分离式轴环。在第一内环7上，沿圆周排成行的锥形滚柱9被布置并由第一内环7支撑。进一步地，在第二内环8上，沿圆周排成另一行的锥形滚柱9被布置并由第二内环8支撑，由此与第一内环7及其锥形滚柱9一起形成O形布置。

锥形滚柱9为圆锥形，因此具有小滚柱端10和大滚柱端11。锥形滚柱9被布置在其相应内环7、8上，使得其大滚柱端11轴向向外。第二内环8包括整体形成在其上的固定内肋12。固定内肋12沿径向方向向外延伸，并布置在第二内环8的轴向外端处，使得固定内肋12抵接由第二内环8支撑的锥形滚柱9的每个大滚柱端11。固定内肋12的面向大滚柱端11的圆周表面形成固定滚道13，以便对第二内环8支撑的锥形滚柱9进行预加载。

内环7包括圆周支撑肋17，其整体形成在内环7上，并从内环7沿径向方向延伸。圆周支撑肋17形成圆周轴向支撑台阶20，其被布置成垂直于轴承轴线3并面向轴承5，其中圆周支撑肋17的径向边远表面限定了上滑动面18，内环7的径向边远表面限定了下滑动面19。轴向支撑台阶20桥接上滑动面18和下滑动面19。

轴承系统1进一步包括布置在支撑肋17和第一内环7上的浮动式内肋14。浮动式内肋14被形成为环并具有内部表面，其与圆周支撑肋17、上滑动面18、支撑台阶20和下滑动面19匹配。圆周支撑肋17接合浮动式内肋14，其中浮动式内肋14被支撑台阶20轴向支撑，从而在内环7与浮动式内肋14之间形成形状配合。进一步地，浮动式内肋14被上滑动面18和下滑动面19支撑，使得浮动式内肋14在轴向运动16和圆周运动25中被引导。

轴向支撑台阶20包括第一锯齿状交合面21，浮动式内肋14包括第二锯齿状交合面22，其中第一锯齿状交合面21和第二锯齿状交合面22彼此啮合。因此，第一锯齿状交合面21和第二锯齿状交合面22一起协作，使得除了浮动式内肋14相对于内环7处于圆周位置外，还限定了浮动式内肋14相对于内环7的轴向位置。进一步地，第一交合面21的相应节距和第二锯齿状交合面22的对应节距使得浮动式内肋14沿轴向方向被内环7自锁定支撑。

在第一锯齿状交合面21与第二锯齿状交合面22之间形成多个腔穴23，特别是当第一锯齿状交合面21和第二锯齿状交合面22未完全啮合时。内环7包括液压流体入口26，液压流体能够通过该液压流体入口26输送到第一锯齿状交合面21与第二锯齿状交合面22之间。上滑动面18和下滑动面19分别通过设置O形环27相对浮动式内肋14密封。当利用液压流体通过液压流体入口24对腔穴23临时加压并由此对第一锯齿状交合面21与第二锯齿状交合面22之间的空间加压时，第一锯齿状交合面21和第二句锯齿状交合面22分离开，自锁定作用被克服。

而且，轴承系统包括液压柱塞26，用于沿圆周作用于或冲击（attack）浮动式内肋14和内环7，从而沿圆周驱动浮动式内肋14。因而，第一锯齿状交合面21和第二锯齿状交合面22协作使浮动式内肋14运动到预定位置，从而抵接在每个大滚柱端11上。因此，每个锥形滚柱9上的相应预载被施加，其中浮动式内肋14刚性地耦接到内环7。

Claims

1.一种用于风力涡轮机转子的轴承系统，包括：O形布置的双排锥形滚柱轴承（5），其中所述双排锥形滚柱轴承（5）包括内环（7）、支撑在所述内环（7）上沿圆周排成行的锥形滚柱（9）；和浮动式内肋（14），驱动装置（26）以及可移除的互锁装置（17-24），其中所述浮动式内肋（14）能被所述驱动装置（26）轴向运动到预定位置，以抵接在轴向向外的每个大滚柱端（11）上，以便对每个锥形滚柱（9）施加相应预载，并且所述浮动式内肋（14）通过所述互锁装置（17-24）刚性地耦接到所述内环（7）。

2.根据权利要求1所述的轴承系统，其中所述互锁装置（17-24）在所述内环（7）与所述浮动式内肋（14）之间形成形状配合。

3.根据权利要求2所述的轴承系统，其中所述互锁装置包括圆周支撑肋（17），该圆周支撑肋（17）形成在所述内环（7）上，从所述内环（7）沿径向方向延伸并接合所述浮动式内肋（14），从而在所述内环（7）与所述浮动式内肋（14）之间形成所述形状配合。

4.根据权利要求3所述的轴承系统，其中所述圆周支撑肋（17）包括圆周轴向支撑台阶（20），其被布置成垂直于轴承轴线（3）并面向所述轴承（5），其中所述浮动式内肋（14）被所述支撑台阶（20）轴向支撑。

5.根据权利要求4所述的轴承系统，其中所述内环（7）包括滑动面（18、19），其在所述内环（7）上径向支撑所述浮动式内肋（14）并轴向引导所述浮动式内肋（14）进行轴向运动。

6.根据权利要求4或5所述的轴承系统，其中所述滑动面（18、19）适于沿圆周引导所述浮动式内肋（14），使得所述浮动式内肋（14）在所述内环（7）上能沿圆周运动。

7.根据权利要求6所述的轴承系统，其中所述轴向支撑台阶（20）具有第一锯齿状交合面（21），所述浮动式内肋（14）具有第二锯齿状交合面（22），其中所述第一锯齿状交合面（21）和所述第二锯齿状交合面（22）彼此啮合并一起协作，使得除了所述浮动式内肋（14）相对于所述内环（7）处于圆周位置外，还限定了所述浮动式内肋（14）相对于所述内环（7）的轴向位置。

8.根据权利要求7所述的轴承系统，其中所述第一锯齿状交合面（21）和所述第二锯齿状交合面（22）以如下方式形成，即使得：所述浮动式内肋（14）沿轴向方向被所述内环（7）自锁定支撑。

9.根据权利要求8所述的轴承系统，其中所述内环（7）和/或所述浮动式内肋（14）适于利用液压流体对所述第一锯齿状交合面（21）与所述第二锯齿状交合面（22）之间的空间临时加压，以便克服自锁定作用。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的轴承系统，其中所述驱动装置（26）适于沿圆周驱动所述浮动式内肋（14），由此通过所述第一锯齿状交合面（21）与所述第二锯齿状交合面（22）的协作，使所述浮动式内肋（14）轴向运动。