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CN102207058A - 风轮机和风轮机的变桨轴承 - Google Patents

风轮机和风轮机的变桨轴承 Download PDF

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CN102207058A CN2011100849306A CN201110084930A CN102207058A CN 102207058 A CN102207058 A CN 102207058A CN 2011100849306 A CN2011100849306 A CN 2011100849306A CN 201110084930 A CN201110084930 A CN 201110084930A CN 102207058 A CN102207058 A CN 102207058A
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Abstract

本发明涉及风轮机，其转子包括旋转轴线和通过变桨轴承连接到转子轴毂的风轮机叶片。变桨轴承包括内外环和中心环。第一滚动元件结构包括中心环与内环和外环中第一环之间的至少两个滚动元件列，第二滚动元件结构包括中心环与第二环之间的至少一个滚动元件列。该至少两个滚动元件列中的第一列距旋转轴线第一列距，第二列距旋转轴线第二列距，第一列距小于第二列距。第一环包括支撑部分，其包括面对和背对中心环的支撑面和背面，该至少两个滚动元件列抵靠于支撑面。接触表面部分从背面突伸，包括沿轴向方向面向旋转轴线且朝向相应轴毂接触表面固定的接触面。接触面距旋转轴线接触面距离，第一列距小于接触面距离。本发明还涉及风轮机变桨轴承。

Description

风轮机和风轮机的变桨轴承
技术领域
本发明涉及风轮机，其包括转子，转子包括通过至少一个变桨轴承连接到转子轴毂上的至少一个风轮机叶片，其中，所述至少一个变桨轴承包括至少一个外环，至少一个中心环和至少一个内环。本发明还涉及用于风轮机的变桨轴承。
背景技术
现有技术中已知的风轮机包括风轮机塔架和被置于塔架顶部的风轮机机舱。具有三个风轮机叶片的风轮机转子通过低速轴连接到机舱上，如图1所示。
现代风轮机通过使叶片向来风中和向来风外变桨(俯仰)而控制转子上的载荷。叶片被偏转以优化输出或保护风轮机不会破坏性的超载。
为了实现该偏转，每个叶片被提供有变桨装置，其包括轴毂和叶片之间的变桨轴承，和某一类型的机构，多数通常还包括液压缸或电动机，用以提供偏转叶片和将其保持在指定位置上的力。此变桨装置典型地使每个叶片绕它们的纵向轴线转动至少60°。
随着现代风轮机尺寸的增加，作用在构成风轮机的大部分不同部件上的载荷也增大。特别地，由于增大的叶片尺寸和风轮机的总功率输出，作用在变桨装置上的载荷被大大增加了。
从欧洲专利申请EP 1 741 943 A2中已知，使用三环轴承作为风轮机轴承。但是，当轴承承受大轴向载荷时三环轴承的内和外环具有向外和远离中心环偏转的趋势。当固定内和外环时，例如，环的底端抵靠着转子轴毂，则环的上端比底端偏转得更大。三环轴承通常在中心环与外和内环的第一环之间提供有至少两列滚动元件并且在中心环与外和内环的第二环之间提供有至少一列滚动元件，以保证借助于尽可能许多的接触表面在环之间传递大轴向载荷，同时考虑重量、费用和制造。但是，如果轴承环的一端比另一端偏转得多，载荷就不能在这至少两列滚动元件之间均匀分布。也就是，轴承承载越重，载荷在这至少两列滚动元件之间分布越不平均。
在EP 1 741 943 A2中，通过借助于支撑部分在其接触表面附近支撑外环或者通过增加远离接触表面延伸的环的厚度而加固外环，试图解决此问题。但是，支撑外环需要与支撑部分紧密配合，因此增加了外环和支撑部分的制造成本，并且安装和拆除轴承相当困难。加固环以补偿偏转的趋势将大大增加环的重量和成本。
因此，本发明的目的是提供一种改进了载荷分布的风轮机变桨轴承设计。
发明内容
本发明提供了一种风轮机，其包括转子，转子包括转子旋转轴线并且还包括通过至少一个变桨轴承连接到转子轴毂上的至少一个风轮机叶片。所述至少一个变桨轴承包括至少一个外环，至少一个中心环和至少一个内环。
所述至少一个变桨轴承还包括第一滚动元件结构和第二滚动元件结构，第一滚动元件结构包括被设置于中心环与内环和外环的第一环之间的滚动元件的至少两个分开的列，第二滚动元件结构包括被设置于中心环与内环和外环的第二环之间的至少一列滚动元件。
所述滚动元件的至少两个彼此分开的列的第一列被置于距转子旋转轴线第一列距处，而所述滚动元件的至少两个彼此分开的列的第二列被置于距转子旋转轴线第二列距处，并且第一列距小于第二列距。
第一环包括支撑部分，支撑部分包括大体面对中心环的支撑面和大体背对中心环的背面，所述滚动元件的至少两个彼此分开的列被抵靠着支撑面支撑。
接触表面部分从背面突伸，接触表面部分包括接触面，其沿大致轴向方向大体面向转子旋转轴线，接触面被朝向相应的轴毂接触表面固定。
接触面被置于距转子旋转轴线接触面距离处，并且第一列距小于接触面距离。
为支撑部分提供接触表面部分是具有优势的，因为其局部增加了轴承环的刚性，因此能够更好地控制轴承环的局部偏转程度。
另外，通过将接触表面部分置于支撑部分上，使得接触表面部分的接触面比滚动元件的第一列更远离转子竖直轴线是具有优势的，因为这样的轴承环设计保证了支撑部分在滚动元件的第一列处比在滚动元件的第二列处挠性更大，因此轴承环在滚动元件的第一列处能够更容易偏转，以便在前面关于现有技术的变桨轴承解释的偏转得到更好地平衡，因此保证载荷在滚动元件的两个列之间更好地分布。
更进一步地，通过在从支撑部分的背侧突伸的接触表面部分中提供轴承环安装部(fixation)也是具有优势的，因为其能够使轴承环安装部更远离滚动元件的列移动，以便轴承安装部对轴承偏转的影响更小，并且借助于其刚性更容易控制轴承环的偏转。
应理解，术语“接触面被朝向相应的轴毂接触表面固定”包括接触面被直接抵靠着轴毂接触表面固定，或者接触面通过与轴承和轴毂都分开形成的某一中间额外零件间接抵靠着轴毂接触表面固定。
本发明还涉及一种风轮机，其包括转子，转子包括转子旋转轴线并且还包括通过至少一个变桨轴承连接到转子轴毂上的至少一个风轮机叶片。
所述至少一个变桨轴承包括至少一个外环、至少一个中心环和至少一个内环，并且所述至少一个变桨轴承还包括第一滚动元件结构和第二滚动元件结构，第一滚动元件结构包括被设置于中心环与内环和外环的第一环之间的滚动元件的至少两个彼此分开的列，第二滚动元件结构包括被设置于中心环与内环和外环的第二环之间的至少一列滚动元件。
所述滚动元件的至少两个彼此分开的列的第一列被置于距转子旋转轴线第一列距处，所述滚动元件的至少两个彼此分开的列的第二列被置于距转子旋转轴线第二列距处，并且第二列距小于第一列距。
第一环包括支撑部分，支撑部分包括大体面对中心环的支撑面和大体背对中心环的背面，所述滚动元件的至少两个彼此分开的列被抵靠着支撑面支撑。
接触表面部分从背面突伸，接触表面部分包括接触面，其沿大致轴向方向大体面向转子旋转轴线，接触面被朝向相应的轴毂接触表面固定。
接触面被置于距转子旋转轴线接触面距离处，并且接触面距离小于第一列距。
并且对于本发明的本实施例，其应用于为支撑部分提供接触表面部分是具有优势的，因为其局部增加了轴承环的刚性，因此能够更好地控制轴承环的局部偏转度。
另外，通过将接触表面部分置于支撑部分上，使得接触表面部分的接触面比滚动元件的第一列更靠近转子旋转轴线是具有优势的，因为这样的轴承环设计保证了支撑部分在滚动元件的第一列处比在滚动元件的第二列处挠性更大，因此轴承环在滚动元件的第一列处能够更容易偏转，以便在前面关于现有技术的变桨轴承解释的偏转得到更好地平衡，因此保证载荷在滚动元件的两个列之间更好地分布。
更进一步地，通过在从支撑部分的背侧突伸的接触表面部分中提供轴承环安装部(fixation)也是具有优势的，因为其能够使轴承环安装部更远离滚动元件的列移动，以便轴承安装部对轴承偏转的影响更小，并且借助于其刚性更容易控制轴承环的偏转。
应强调术语“沿大致轴向方向大体面向转子旋转轴线”应理解为面朝下述两个大致轴向方向的其中一个：向着或背对转子的旋转轴线。因此，本术语不排除接触面向着或背离转子的旋转轴线倾斜，也就是，表面是圆的、弯曲的或以其他方式不直接面朝转子旋转轴线的特定轴向方向。反之亦然，对于术语“沿大致轴向方向大体背对转子旋转轴线”同样适用。
而且这里还应理解，术语“接触面被朝向相应的叶片接触表面固定”包括接触面被直接抵靠着叶片接触表面固定，或者接触面通过与轴承和轴毂都分开形成的某一中间额外零件间接抵靠着叶片接触表面固定。
在本发明的一个方面中，所述支撑部分延伸到所述轴毂的凹陷内。
使支撑部分延伸到凹陷内是具有优势的，因为其可以允许支撑部分在滚动元件的第一列处更自由地并且可控制地偏转。
在本发明的一个方面中，所述凹陷被与所述轴毂一体地形成。
与轴毂一体地形成凹陷是具有优势的，因为其简化了轴毂和轴承设计并且降低了制造成本。
在本发明的一个方面中，所述凹陷的最大深度大于所述支撑部分的最大延伸长度，因此在所述凹陷底部和所述支撑部分之间形成底部缝隙。
将凹陷形成得如此深以在凹陷底部和支撑部分之间形成底部缝隙是具有优势地，因为其允许支撑部分在凹陷中更自由的偏转。
在本发明的一个方面中，外环包括所述支撑部分，并且所述支撑部分的外径小于所述凹陷的外径，因此在所述外环的所述支撑部分和所述凹陷的外壁之间形成外部缝隙。
将凹陷形成得如此宽以在凹陷的外壁和支撑部分之间形成缝隙是具有优势地，因为其允许支撑部分在凹陷中更自由的偏转。
在本发明的一个方面中，所述内环包括所述支撑部分，并且所述支撑部分的内径大于所述凹陷的内径，因此，在所述内环的所述支撑部分和所述凹陷的内壁之间形成内部缝隙。
将凹陷形成得如此宽以在凹陷的内壁和支撑部分之间形成缝隙是具有优势地，因为其允许支撑部分在凹陷中更自由的偏转。
在本发明的一个方面中，所述外环包括所述支撑部分和所述接触表面部分，并且所述接触表面部分的所述接触面比所述支撑部分更远离所述变桨轴承的旋转轴线。
据此实现了本发明的具有优势的实施例。
在本发明的一个方面中，所述内环包括所述支撑部分和所述接触表面部分，并且所述支撑部分比所述接触表面部分的所述接触面更远离所述变桨轴承的旋转轴线。
据此实现了本发明的具有优势的实施例。
在本发明的一个方面中，所述内环和所述外环都包括支撑部分和接触表面部分，并且所述内环的所述支撑部分比所述内环的所述接触表面部分的所述接触面更远离所述变桨轴承的旋转轴线，并且所述外环的所述接触表面部分的所述接触面比所述外环的所述支撑部分更远离所述变桨轴承的旋转轴线。
据此实现了本发明的具有优势的实施例。
在本发明的一个方面中，所述第一滚动元件结构被置于距所述变桨轴承的旋转轴线第一滚动元件距离处，而所述第二滚动元件结构被置于距所述变桨轴承的旋转轴线第二滚动元件距离处，所述第一滚动元件距离与所述第二滚动元件距离不同。
将这两个滚动元件结构置于两个不同的径向距离处提供了轴承内的和经过轴承的更有利的载荷分布。
在本发明的一个方面中，所述滚动元件的至少两个彼此分开的列的所述第一列的游隙大于所述滚动元件的至少两个彼此分开的列的所述第二列的游隙。
为滚动元件的第一列提供的游隙大于为滚动元件的第二列提供的游隙是具有优势的，因为其使得在轴承被充分加载到其额定载荷之前第一列滚动元件不能传递如第二列滚动元件所能传递的那样大的载荷。当轴承被全额加载时，在轴承环之间传递的载荷将因此在这两列之间更均匀地分布。
更进一步地，本发明提供了一种风轮机的变桨轴承。变桨轴承包括至少一个外环，包括底表面和底表面平面的至少一个中心环，其中，所述底表面平面垂直于所述变桨轴承的旋转轴线并且延伸通过所述底表面，以及至少一个内环。
变桨轴承还包括第一滚动元件结构和第二滚动元件结构，第一滚动元件结构包括被设置于中心环与内环和外环的第一环之间的滚动元件的至少两个彼此分开的列，第二滚动元件结构包括被设置于中心环与内环和外环的第二环之间的至少一列滚动元件。
所述滚动元件的至少两个彼此分开的列的第一列被置于距底表面平面第一列距处，所述滚动元件的至少两个彼此分开的列的第二列被置于距底表面平面第二列距处，并且第一列距小于第二列距。
第一环包括支撑部分，支撑部分包括大体面对中心环的支撑面和大体背对中心环的背面，所述滚动元件的至少两个彼此分开的列被抵靠着支撑面支撑。
接触表面部分从背面突伸，接触表面部分包括接触面，其大体面向朝向底表面平面的方向，并且接触面被置于距底表面平面接触面距离处，并且第一列距小于接触面距离。
据此实现了本发明的具有优势的实施例。
附图说明
下面将参照附图描述本发明，其中：
图1示意了从前面看的大型现代风轮机；
图2示意了从前面看的包括三个叶片的风轮机轴毂；
图3示意了从侧面看的机舱的简化截面图；
图4示意了从侧面看的风轮机转子的剖视图；
图5示意了包括四列滚动元件以及外部和内部缝隙的变桨轴承的第一实施例的一侧的剖视图；
图6示意了包括三列滚动元件的变桨轴承的第二实施例的一侧的剖视图；
图7示意了包括四列滚动元件以及不同的外部和内部缝隙的变桨轴承的第三实施例的一侧的剖视图；
图8示意了包括三列滚动元件以及只有外部缝隙的变桨轴承的第四实施例的一侧的剖视图；以及
图9示意了其中中心环被连接到轴毂上的变桨轴承的第一实施例的一侧的剖视图。
具体实施方式
相关领域的具体描述
图1示意了风轮机1，包括塔架2和置于塔架2顶部的风轮机机舱3。包括三个风轮机叶片5的风轮机转子4通过延伸出机舱3前面的低速轴连接到机舱3上。
图2示意了风轮机转子4，从前面看其包括轴毂7和三个叶片5。
变桨轴承9必须传递主要来自三个不同源头的力。叶片5(当然以及轴承9自身)受重力的持续影响。重力的方位根据叶片5的位置改变，在变桨轴承9上产生不同载荷。当叶片处于运动中时，轴承9还受离心力的影响，这主要在轴承9内产生轴向拉力。最后轴承9受作用在叶片5上的风载荷的影响。这个力是到目前为止作用在轴承9上的最大载荷，并且其产生轴承9必须承受的巨大转矩。
作用在所有变桨轴承9上的载荷以及来自所有变桨轴承9的载荷必须被传递到轴毂7上并且进一步被传递到风轮机1的底座内。这使得载荷在变桨轴承9和轴毂7之间的传递非常关键，特别是当由于叶片变大和功率输出变大而导致载荷变大时。
在本发明的本实施例中，转子4包括三个叶片5，但在另一实施例中，转子4可以包括一个、两个、四个或更多个叶片5。每个叶片5被通过变桨轴承9连接到轴毂7上，使得叶片5能够绕变桨轴承9的纵向轴线转动。
在轴毂7的中心处，示意出整个转子4绕其旋转的转子旋转轴线6。
图3示意了现有技术风轮机1的机舱3的从侧面看的简化截面图。机舱3存在许多变异和结构，但在多数情况下，机舱3内的驱动链几乎总是包括下述部件中的一个或多个：齿轮箱15、联轴器(图中未示出)、某一类型的制动系统16和发电机17。现代风轮机1的机舱3可以还包括转换器18(也称作变换器)和另外的外围设备，例如另一动力传送设备、控制室、液压系统、冷却系统以及更多。
包括机舱部件15、16、17、18的整个机舱3的重量由机舱结构19承载。部件15、16、17、18通常被放置在本公共载荷承载机舱结构19上和/或被连接于其上。在本简化的实施例中，载荷承载机舱结构19，例如以部件15、16、17、18中的一些或所有被连接于其上的基架(bed frame)的形式，只沿机舱3的底部延伸。在另一实施例中，载荷承载结构19可以包括齿轮罩(gear bell)，其可以通过主轴承(图中未示出)将转子4的载荷传递至塔架2，或者载荷承载结构19可以包括若干个互相连接的零件，例如网格结构(latticework)。
在本实施例中，风轮机转子4的叶片5被通过变桨轴承9连接至轴毂7，使得叶片5可以绕它们的纵向轴线旋转。
叶片5的桨矩角(pitch angle)例如可以通过线性致动器(linear actuators)、步进电机或用于旋转连接至轴毂7上的叶片5(图中未示出)和相应叶片5的其他装置进行控制。
本发明的具体描述
图4示意了从侧面看的风轮机转子4的剖视图。
在本发明的本实施例中，风轮机转子4包括两个叶片5，它们通过两个三环轴承9的形式的变桨轴承9连接至轴毂7上，每个变桨轴承9包括外环24、中心环25和内环26。
在本实施例中，外环24和内环26都直接连接到轴毂7上，而中心环被连接到叶片5上。但在本发明的另一实施例中，变桨轴承9可以颠倒180°，以便内环26和外环24直接或通过连接构件(图中未示出)连接到叶片5上，而中心环25将被连接到轴毂7上。
变桨轴承9允许中心环25相对于内环26和外环24绕变桨轴承的旋转轴线10旋转，以便叶片5也被转动。
图5示出了包括四列滚动元件13以及外部和内部缝隙40、44的变桨轴承9的第一实施例的一侧的剖视图。
在本发明的本实施例中，变桨轴承9包括第一滚动元件结构11，其被设置于中心环25和外环24之间，距变桨轴承旋转轴线10第一滚动元件距离46，但在本发明的另一实施例中，第一滚动元件结构11也可以设置于中心环25和内环26之间。
在本实施例中，第一滚动元件结构11包括滚动元件13的两个彼此分开的列21、22，但在另一实施例中，第一滚动元件结构11可以包括三、四或更多列滚动元件13。
变桨轴承9还被提供有第二滚动元件结构12，其被设置于中心环25和内环26之间，距变桨轴承旋转轴线10第二滚动元件距离51，但在本发明的另一实施例中，第二滚动元件结构12也可以设置于中心环25和外环24之间。
在本实施例中，第二滚动元件结构12也包括滚动元件13的两个彼此分开的列，使内环26和外环24成为相同的镜像部分，但在另一实施例中，第二滚动元件结构12与第一滚动元件结构11不同地形成-第二滚动元件结构12可以包括一、三、四或更多列滚动元件13。
在本实施例中，第一滚动元件结构11的第一列21布置于距转子旋转轴线6第一列距23处，并且滚动元件13的第二列22布置于距转子旋转轴线6第二列距27处，以便第一列21比第二列22更靠近转子旋转轴线6。
应注意，在图5-9中示意的转子旋转轴线6和变桨轴承旋转轴线10没有示出在它们距变桨轴承9的实际距离处。如图4所示，转子旋转轴线6和变桨轴承旋转轴线10距变桨轴承9相当远是完全可能的。
在本发明的本实施例中，变桨轴承9的第一环14，在本实例中是外环24，包括支撑部分28，支撑部分28包括面对中心环25的支撑面29。在本实施例中，支撑面29与中心环25的相对和对应表面大体平行，但在另一实施例中，这两个表面的其中一个或两个可以被制成斜面、弯曲或以其他方式提供使它们不平行的特征。
在支撑部分28的另一侧上，支撑部分28被提供有背对中心环25的背面30。在本发明的本实施例中，支撑面29和背面30是平行的-除第一列21和第二列22的滚动元件13在其里面放置的支撑面29内的两个轨道外-因此为支撑部分28在其整个轴向延伸范围内提供了大体不变的厚度，但在另一实施例中，支撑面29或背面30或者两者可以被制成斜面、弯曲或以其他方式提供使表面29、30不平行的特征。
在本实施例中，接触表面部分31从支撑部分28的背面30在远离中心环25的方向上突伸。接触表面部分31的下侧-面向朝向转子旋转轴线6和底表面平面53的大致轴线方向-形成接触面32，在本实施例中，接触面32被借助于连接装置52直接抵靠着相应的轴毂接触表面33固定。在本实施例中，接触面32和轴毂接触表面33是平滑且平坦的表面，但在另一实施例中，表面32、33的其中一个或两个可以被制成斜面、弯曲或者例如包括配合突出和凹槽，例如用以相对于轴毂7导引轴承9或使轴承9定中心。
底表面平面53垂直于变桨轴承的旋转轴线10并且延伸通过中心环25的底表面47。在本实施例中，整个底表面47也垂直于变桨轴承的旋转轴线10延伸，使得底表面平面53延伸通过整个底表面47。但在本发明的另一实施例中，底表面47可以是倾斜的、圆的、弯曲的或者以其他方式不与底表面平面53完全平行，并且在这些情况下底表面平面53的轴向位置通过底表面47的极值点来定义，也就是底表面47在给定的轴向方向上延伸的最远点。
在本发明的本实施例中，接触面32被直接抵靠着轴毂接触表面33固定，但在另一实施例中，可以在接触面32和轴毂接触表面33之间提供一个或多个衬垫、间距块、振动阻尼器或其他装置，但是不论使用什么连接装置52，都要保证接触面32被朝向轴毂接触表面33固定。
在本发明的本实施例中，将内环26和外环24连接到轴毂7上并且将中心环25连接到叶片5上的连接装置52是螺栓，但在本发明的另一实施例中，连接装置52可以是螺钉、铆钉、螺柱或适于将变桨轴承环24、25、26连接到风轮机零件5、7上的任何其他类型的连接器。
接触表面部分31的径向延伸长度大至足以使得整个外环24可以由接触表面部分31承载，并且所有连接装置52可以设置成只穿透接触表面部分31。
接触表面部分31在支撑部分28的背面30上的轴向位置关系重大，因为接触表面部分31从其上面开始突伸的支撑部分31的那部分比没有被支撑部分31支撑的支撑部分28的那部分刚性好很多。因此，在本实施例中，支撑部分28的上部分(也就是，距转子旋转轴线6和底表面平面53最远的部分)比下部分刚性好很多。
因此，接触表面部分31被置于支撑部分28上，以便接触面32比滚动元件的第一列21更远离转子旋转轴线6和底表面平面53。在本发明的本实施例中，接触面32被布置成与滚动元件的第二列22几乎齐平，但是对于本发明来说，为了使接触面32起作用，只须将其布置成与滚动元件的第一列21相比更远离转子旋转轴线6和底表面平面53。但是，优选地，接触面32应布置成与滚动元件的第一列21和滚动元件的第二列22之间的中点相比更远离转子旋转轴线6和底表面平面53。但还应注意，接触面32布置得距离滚动元件的第一列21越远，支撑部分28的下部分挠性越大，并且如果本部分的挠性变得太大，那么滚动元件的第一列21将不能传递如滚动元件的第二列22所能传递的那样大的载荷，并且因此，通过轴承9传递的载荷将更不利地分布在滚动元件列21、22之间。
在本发明的本实施例中，变桨轴承9被布置成使内环26和外环24的支撑部分28的“自由”端延伸到轴毂7的凹陷35内。在本实施例中，凹陷35被形成为与轴毂7一体形成的凹槽，但在另一实施例中，凹陷的内壁45和外壁41可以由一个或多个分开的零件形成。
在本实施例中，外环24的支撑部分28的外径38小于凹陷35的外径39，因此，在所述外环24的支撑部分28和凹陷35的外壁41之间形成外部缝隙40，以使得外环24的支撑部分28的“自由”端能够在凹陷35内更自由地偏转。
同样地，凹陷35的内径43小于内环26的支撑部分28的内径42，因此，在所述内环26的支撑部分28和凹陷35的内壁45之间形成内部缝隙44，以使得内环26的支撑部分28的“自由”端也可以在凹陷35内更自由地偏转。
为了更进一步保证内环26和外环24的支撑部分28可以在凹陷35内更自由地偏转，凹陷35和支撑部分28被形成为使凹陷35的最大深度大于支撑部分28的最大延伸长度(extend)，以便在凹陷35的底部和支撑部分28之间形成底部缝隙36。
图6示意了包括三列滚动元件13的变桨轴承9的第二实施例的一侧的剖视图。
在本发明的本实施例中，变桨轴承9包括设置于中心环25和外环24之间的第一滚动元件结构11和设置于中心环25和内环26之间的第二滚动元件结构12。
在本实施例中，只有第一滚动元件结构11包括滚动元件13的两个彼此分开的列21、22，而第二滚动元件结构12只具有一列滚动元件13。
虽然第二滚动元件结构12只包括一列滚动元件13，但内环26仍与外环24一样被形成有支撑部分28和接触表面部分31。因为第二滚动元件结构12只包括一列滚动元件13，所以没有其它列来分布载荷，并且内环26的挠性能力对于载荷分布来说是没有用的。但内环26和外环24的相似设计仍是具有优势的，因为在本实施例中内环26的挠性能力可以帮助减小最大载荷期间的内环26中的应力，并且有助于减轻未对准和公差误差的后果。
在本发明的本实施例中，所有列21、22中的所有滚动元件13是球，但在本发明的另一实施例中，滚动元件13的一些或所有可以是滚子、滚针或适于在变桨轴承9的环24、25、26之间大体无摩擦地-或至少摩擦非常小地传递载荷的其他构件。
另外，在本发明的本实施例中，第一滚动元件结构11中两个列21、22中的滚动元件13具有相同的尺寸和类型，但在另一实施例中，第一列21中的滚动元件13与第二列22中的滚动元件13可以具有不同的尺寸和/或类型，或者第一列21和/或第二列22每一个可以包括不同尺寸和/或类型的滚动元件13。或者，相同的情况也适用于在其他图示中示出的第二滚动元件结构12中的一列或多列中的滚动元件13。
图7示意了包括四列滚动元件13以及不同的外部和内部缝隙40、44的变桨轴承9的第三实施例的一侧的剖视图；
在本发明的本实施例中，变桨轴承9包括第一滚动元件结构11和第二滚动元件结构12，第一滚动元件结构11被设置于中心环25和外环24之间，距变桨轴承旋转轴线10第一滚动元件距离46，第二滚动元件结构12被设置于中心环25和内环26之间，距变桨轴承旋转轴线10第二滚动元件距离51。
在本发明的本实施例中，内环26被与外环24不同地形成，因为内环26的接触面32与外环24的接触面32相比相当长度上更靠近转子旋转轴线6和底表面平面53。所有条件保持不变的话，这将大大减小支撑部分28的“自由”端的挠性，并且为了补偿此减小的挠性，内环26的支撑部分28的“自由”端的径向延伸长度相对于轴承外环24的支撑部分28来说被大大减小了。因此，为了在滚动元件的两个列21、22之间实现最佳载荷分布，重要的是使接触面32的轴向位置相对于支撑部分28的径向厚度与轴承9承受的给定额定载荷相匹配。
在本发明的本实施例中，第一滚动元件结构11的滚动元件的第一列21具有比第一滚动元件结构11的滚动元件的第二列22更大的游隙55。在本实施例中，这一目的通过使第一和第二列21、22的轨道形成为大体相同，并且使第一列21的球直径稍稍小于第二列22的球直径而得以实现。
在本发明的另一实施例中，此更大的游隙55还可以通过使滚动元件相同地形成并且使第一列21的轨道稍稍大于第二列22的轨道而得以实现。
图8示意了包括三列滚动元件13以及只有外部缝隙40的变桨轴承9的第四实施例的一侧的剖视图。
在本实施例中，只有第一滚动元件结构11包括滚动元件13的两个彼此分开的列21、22，而第二滚动元件结构12只有一列滚动元件13。
另外，在本实施例中，只有外环24被形成有从支撑部分28的背面30突伸的接触表面部分31，而内环26被形成为标准矩形轴承环，例如，以降低内环26的制造成本，因为环26只须支撑一列滚动元件，并且因此对于根据本发明的轴承环设计的载荷分布质量没有用处。
图9示意了其中中心环25被连接到轴毂7上的变桨轴承9的第一实施例的一侧的剖视图。
在所有前面示意的变桨轴承9的实施例中，中心环25已经被连接到叶片5上，而内环26和外环24已经被连接到轴毂上。在本发明的本实施例中，中心环25被连接到轴毂7上，而内环26和外环24被连接到叶片5上，因为内环26和外环24的接触面32被借助于螺栓52直接抵靠着叶片的叶片接触表面54固定。
本发明已经关于风轮机1、风轮机轴毂7和变桨轴承9的设计和实施例的特殊示例进了举例说明。但是，应理解，本发明并不限制于如上所述的特殊示例，而是可以在权利要求中说明的本发明的范围内设计和改变出许多变异。
附图标记列表
1.风轮机
2.塔架
3.机舱
4.转子
5.叶片
6.转子旋转轴线
7.轴毂
9.变桨轴承
10.变桨轴承旋转轴线
11.第一滚动元件结构
12.第二滚动元件结构
13.滚动元件
14.第一环
15.齿轮箱
16.制动系统
17.发电机
18.转换器
19.机舱结构
20.第二环
21.滚动元件的第一列
22.滚动元件的第二列
23.距转子旋转轴线的第一列距
24.外环
25.中心环
26.内环
27.距转子旋转轴线的第二列距
28.支撑部分
29.支撑面
30.背面
31.接触表面部分
32.接触面
33.轴毂接触表面
34.接触面距转子旋转轴线的距离
35.轴毂凹陷
36.底部缝隙
37.凹陷底部
38.支撑部分外径
39.凹陷外径
40.外部缝隙
41.凹陷外壁
42.支撑部分内径
43.凹陷内径
44.内部缝隙
45.凹陷内壁
46.第一滚动元件距变桨轴承旋转轴线的距离
47.中心环底表面
48.距底表面的第一列距
49.距底表面的第二列距
50.接触面距底表面的距离
51.第二滚动元件距变桨轴承旋转轴线的距离
52.连接装置
53.底表面平面
54.叶片接触表面
55.游隙

Claims (16)

1.一种风轮机，包括：
转子，其包括转子旋转轴线并且还包括通过至少一个变桨轴承连接到转子轴毂上的至少一个风轮机叶片；
所述至少一个变桨轴承包括至少一个外环、至少一个中心环和至少一个内环，所述至少一个变桨轴承还包括第一滚动元件结构和第二滚动元件结构，所述第一滚动元件结构包括被设置于所述中心环与所述内环和所述外环的第一环之间的滚动元件的至少两个彼此分开的列，所述第二滚动元件结构包括被设置于所述中心环与所述内环和所述外环的第二环之间的至少一列滚动元件；
其中，所述滚动元件的至少两个彼此分开的列的第一列被置于距所述转子旋转轴线第一列距处，并且所述滚动元件的至少两个彼此分开的列的第二列被置于距所述转子旋转轴线第二列距处，并且所述第一列距小于所述第二列距；
其中，所述第一环包括支撑部分，所述支撑部分包括大体面对所述中心环的支撑面和大体背对所述中心环的背面；
其中，所述滚动元件的至少两个彼此分开的列被抵靠着所述支撑面支撑，并且接触表面部分从所述背面突伸；
其中，所述接触表面部分包括接触面，其沿大致轴向方向大体面向转子旋转轴线，所述接触面被朝向相应的轴毂接触表面固定；
其中，所述接触面被置于距所述转子旋转轴线接触面距离处，并且所述第一列距小于所述接触面距离。
2.一种风轮机，包括：
转子，其包括转子旋转轴线并且还包括通过至少一个变桨轴承连接到转子轴毂上的至少一个风轮机叶片；
所述至少一个变桨轴承包括至少一个外环、至少一个中心环和至少一个内环，所述至少一个变桨轴承还包括第一滚动元件结构和第二滚动元件结构，所述第一滚动元件结构包括被设置于所述中心环与所述内环和所述外环的第一环之间的滚动元件的至少两个彼此分开的列，所述第二滚动元件结构包括被设置于所述中心环与所述内环和所述外环的第二环之间的至少一列滚动元件；
其中，所述滚动元件的至少两个彼此分开的列的第一列被置于距所述转子旋转轴线第一列距处，并且所述滚动元件的至少两个彼此分开的列的第二列被置于距所述转子旋转轴线第二列距处，并且所述第二列距小于所述第一列距；
其中，所述第一环包括支撑部分，所述支撑部分包括大体面对所述中心环的支撑面和大体背对所述中心环的背面；
其中，所述滚动元件的至少两个彼此分开的列被抵靠着所述支撑面支撑，并且接触表面部分从所述背面突伸；
其中，所述接触表面部分包括接触面，其沿大致轴向方向大体背对转子旋转轴线，所述接触面被朝向相应的叶片接触表面固定；
其中，所述接触面被置于距所述转子旋转轴线接触面距离处，并且所述接触面距离小于所述第一列距。
3.根据权利要求1或2所述的风轮机，其特征在于，所述支撑部分延伸到所述轴毂的凹陷或所述叶片中。
4.根据权利要求3所述的风轮机，其特征在于，所述凹陷被与所述轴毂或所述叶片一体地形成。
5.根据权利要求3所述的风轮机，其特征在于，所述凹陷的最大深度大于所述支撑部分的最大延伸长度，因此在所述凹陷底部和所述支撑部分之间形成底部缝隙。
6.根据权利要求3所述的风轮机，其特征在于，所述外环包括所述支撑部分，并且所述支撑部分的外径小于所述凹陷的外径，因此在所述外环的所述支撑部分和所述凹陷的外壁之间形成外部缝隙。
7.根据权利要求3所述的风轮机，其特征在于，所述内环包括所述支撑部分，并且所述支撑部分的内径大于所述凹陷的内径，因此，在所述内环的所述支撑部分和所述凹陷的内壁之间形成内部缝隙。
8.根据权利要求1或2所述的风轮机，其特征在于，所述外环包括所述支撑部分和所述接触表面部分，并且所述接触表面部分的所述接触面比所述支撑部分更远离所述变桨轴承的旋转轴线。
9.根据权利要求1或2所述的风轮机，其特征在于，所述内环包括所述支撑部分和所述接触表面部分，并且所述支撑部分比所述接触表面部分的所述接触面更远离所述变桨轴承的旋转轴线。
10.根据权利要求1或2所述的风轮机，其特征在于，所述内环和所述外环都包括支撑部分和接触表面部分，并且所述内环的所述支撑部分比所述内环的所述接触表面部分的所述接触面更远离所述变桨轴承的旋转轴线，所述外环的所述接触表面部分的所述接触面比所述外环的所述支撑部分更远离所述变桨轴承的旋转轴线。
11.根据权利要求1或2所述的风轮机，其特征在于，所述滚动元件的至少两个彼此分开的列的所述第一列的游隙大于所述滚动元件的至少两个彼此分开的列的所述第二列的游隙。
12.一种风轮机的变桨轴承，所述变桨轴承包括：
至少一个外环；
至少一个中心环，其包括底表面和底表面平面，其中，所述底表面平面垂直于所述变桨轴承的旋转轴线并且延伸通过所述底表面；
至少一个内环；
所述变桨轴承还包括第一滚动元件结构和第二滚动元件结构，所述第一滚动元件结构包括被设置于所述中心环与所述内环和所述外环的第一环之间的滚动元件的至少两个彼此分开的列，所述第二滚动元件结构包括被设置于所述中心环与所述内环和所述外环的第二环之间的至少一列滚动元件；
其中，所述滚动元件的至少两个彼此分开的列的第一列被置于距所述底表面平面第一列距处，而所述滚动元件的至少两个彼此分开的列的第二列被置于距所述底表面平面第二列距处，并且所述第一列距小于所述第二列距；
其中，所述第一环包括支撑部分，所述支撑部分包括大体面对所述中心环的支撑面和大体背对所述中心环的背面；
其中，所述滚动元件的至少两个彼此分开的列被抵靠着所述支撑面支撑，并且接触表面部分从所述背面突伸；
其中，所述接触表面部分包括大体面朝朝向所述底表面平面的方向的接触面；
其中，所述接触面被置于距所述底表面平面接触面距离处，并且所述第一列距小于所述接触面距离。
13.根据权利要求12所述的风轮机，其特征在于，所述外环包括所述支撑部分和所述接触表面部分，并且所述接触表面部分的所述接触面比所述支撑部分更远离所述变桨轴承的旋转轴线。
14.根据权利要求12所述的风轮机，其特征在于，所述内环包括所述支撑部分和所述接触表面部分，并且所述支撑部分比所述接触表面部分的所述接触面更远离所述变桨轴承的旋转轴线。
15.根据权利要求12所述的风轮机，其特征在于，所述内环和所述外环都包括支撑部分和接触表面部分，并且所述内环的所述支撑部分比所述内环的所述接触表面部分的所述接触面更远离所述变桨轴承的旋转轴线，并且所述外环的所述接触表面部分的所述接触面比所述外环的所述支撑部分更远离所述变桨轴承的旋转轴线。
16.根据权利要求12至15中任一所述的风轮机，其特征在于，所述滚动元件的至少两个彼此分开的列的所述第一列的游隙大于所述滚动元件的至少两个彼此分开的列的所述第二列的游隙。
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