風(fēng)輪機轉(zhuǎn)子軸設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及風(fēng)輪機，具體而言涉及包括用于支撐轉(zhuǎn)子軸的滾動軸承的風(fēng)輪機轉(zhuǎn)子軸設(shè)備(arrangement)。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)輪機是眾所周知的并且日益廣泛地被用于發(fā)電。風(fēng)輪機的特點在于，例如，具有基本上水平的轉(zhuǎn)子軸，該轉(zhuǎn)子軸設(shè)置在高塔頂部的罩框(nacelle framing)中。該基本上水平的轉(zhuǎn)子軸支撐風(fēng)輪機轉(zhuǎn)子葉片。通過轉(zhuǎn)子軸的旋轉(zhuǎn)，風(fēng)能經(jīng)由轉(zhuǎn)子葉片轉(zhuǎn)換成動能，該轉(zhuǎn)子軸進而連接到發(fā)電機以產(chǎn)生電能。一些情況下還在轉(zhuǎn)子軸和發(fā)電機之間安裝齒輪箱。也有設(shè)置垂直的轉(zhuǎn)子軸的風(fēng)輪機示例。
[0003]風(fēng)輪機尺寸的增加通常導(dǎo)致對風(fēng)輪機中機械部件的更高要求。風(fēng)輪機中最重要和要求最苛刻的機械部件之一是支撐轉(zhuǎn)子軸的軸承。轉(zhuǎn)子軸的支撐軸承必須適應(yīng)(accommodate)非常大的力，包括軸向力、徑向力及其結(jié)合，還必須適應(yīng)大的彎曲力矩和扭矩。
[0004]為此，大量不同類型的軸承和設(shè)備用于支撐轉(zhuǎn)子軸。所用軸承設(shè)備的一個示例是使兩個錐形滾子軸承彼此遠離地設(shè)置以支撐轉(zhuǎn)子軸。這些軸承設(shè)計為能適應(yīng)大的徑向力和軸向力(在一個方向上)。通過將兩個這種軸承遠離地安裝在轉(zhuǎn)子軸上(0型或X型布置方式)，能適應(yīng)兩個方向上的徑向力和軸向力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]考慮到如上情況，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種軸承設(shè)備，其1)至少改善現(xiàn)有技術(shù)中的某些缺陷，2)提供能適應(yīng)強力的可靠解決方案，并且3)至少對已知的風(fēng)輪機軸承設(shè)備提供有益且良好的替換性方案。
[0006]這些和其它目標(biāo)通過獨立權(quán)利要求中提供的主題事項得到滿足。本發(fā)明的優(yōu)選實施例呈現(xiàn)在從屬權(quán)利要求中。該目標(biāo)已經(jīng)通過風(fēng)輪機轉(zhuǎn)子軸設(shè)備得以實現(xiàn)，包括:轉(zhuǎn)子軸，用于支撐風(fēng)輪機葉片；非轉(zhuǎn)動第一殼體結(jié)構(gòu)，用于支撐轉(zhuǎn)子軸，該第一殼體結(jié)構(gòu)設(shè)置為安裝到風(fēng)輪機罩框上；以及第一滾動軸承，設(shè)置為在徑向方向上以及在至少第一軸向方向上相對于第一殼體結(jié)構(gòu)在第一支撐點支撐轉(zhuǎn)子軸，該第一滾動軸承是單排自對準(zhǔn)軸承，包括第一內(nèi)環(huán)、第一外環(huán)和一組滾動元件，該組滾動元件由插置在第一內(nèi)環(huán)和第一外環(huán)之間的滾子形成。另外，每個滾子是非對稱滾子且具有彎曲滾道接觸表面，該彎曲滾道接觸表面設(shè)置為與第一內(nèi)環(huán)的彎曲內(nèi)滾道接觸且與第一外環(huán)的彎曲外滾道接觸，并且其中每個滾子與內(nèi)滾道和/或外滾道之間的接觸角相對于轉(zhuǎn)子軸的徑向方向傾斜。此外，該設(shè)備包括:非轉(zhuǎn)動第二殼體結(jié)構(gòu)，用于支撐轉(zhuǎn)子軸，該第二殼體結(jié)構(gòu)設(shè)置為安裝到風(fēng)輪機罩框上；以及第二滾動軸承，設(shè)置為相對于第二殼體結(jié)構(gòu)在第二支撐點支撐轉(zhuǎn)子軸。
[0007]本發(fā)明人認識到，通過將如前述的第一滾動軸承的滾動軸承結(jié)合到風(fēng)輪機軸承設(shè)備上，可實現(xiàn)更加緊湊和可靠的軸承設(shè)備。各滾道的傾斜角導(dǎo)致軸承可適應(yīng)轉(zhuǎn)子軸的軸向和徑向兩個方向上的高負荷。另外，由于各滾道和各滾子的彎曲外形引起的自對準(zhǔn)性能，將顯著地減小各滾道和各滾子端部之間區(qū)域上的邊緣應(yīng)力。尤其是，第一自對準(zhǔn)滾動軸承的配置將導(dǎo)致第一外環(huán)和第一內(nèi)環(huán)可能因例如軸的撓度而產(chǎn)生相對錯位。
[0008]滾子的非對稱性在滾子的軸向方向上可見，更具體而言，非對稱性沿著每個滾子的旋轉(zhuǎn)軸線可見。
[0009]在本發(fā)明的實施例中，第二滾動軸承是單排自對準(zhǔn)軸承，設(shè)置為在徑向方向上以及在第二相對軸向方向上支撐，并且包括第二內(nèi)環(huán)、第二外環(huán)和第二組滾動元件，該第二組滾動元件由插置在第二內(nèi)環(huán)和第二外環(huán)之間的滾子形成，并且其中每個滾子與內(nèi)滾道和/或外滾道之間的接觸角相對于轉(zhuǎn)子軸的徑向方向傾斜。在進一步的實施例中，每個滾子是非對稱滾子且具有彎曲滾道接觸表面，該彎曲滾道接觸表面設(shè)置為與第二內(nèi)環(huán)的彎曲內(nèi)滾道接觸且與第二外環(huán)的彎曲外滾道接觸。通過使第二滾動軸承與第一滾動軸承具有類似的設(shè)計，甚至可實現(xiàn)進一步改進的軸承設(shè)備，從而增加緊湊型并且提高可靠性。對于這樣的配置，還能利用高軸承預(yù)負荷，這將提高風(fēng)輪機的系統(tǒng)剛度，從而進一步延長風(fēng)輪機設(shè)備的使用壽命。此外，對于第二軸承位置，將實現(xiàn)自對準(zhǔn)性能。因此，軸承設(shè)備中的每個軸承將可能錯位(例如，由軸的撓度引起)，這顯著地減小了在軸承滾道與滾子端部之間的區(qū)域上產(chǎn)生例如邊緣應(yīng)力的風(fēng)險。由此衍生的一個優(yōu)點是即使在風(fēng)輪機的應(yīng)用中存在非常高的負荷時也能實現(xiàn)更緊湊的軸承設(shè)備。因此，該軸承設(shè)備尤其適合于較大的風(fēng)輪機。非常大的風(fēng)輪機的示例是生成多達5兆瓦(MW)甚或更高的電功率的風(fēng)輪機。第一和第二滾動軸承可設(shè)置成面對面或背對背，也就是已知的X和0型布置。由于這種布置，兩個軸承在轉(zhuǎn)子軸的兩個軸向方向上都經(jīng)受非常高的負荷。由于在風(fēng)的方向上軸向負荷最大這一事實，在該方向上適應(yīng)軸向力的軸承可設(shè)計得較大且因此適應(yīng)比在相對軸向方向上的其它軸承所支撐的軸向力更大的軸向力。因此，不必采用兩個類似尺寸和/或重量的滾動軸承且由此該解決方案甚至可更加緊湊。
[0010]在一個實施例中，第一或第二外環(huán)的彎曲外滾道的半徑分別從第一或第二滾動軸承的軸承軸線的中心點延伸。該軸承配置提供了良好的自對準(zhǔn)性能，即:軸承的外環(huán)和內(nèi)環(huán)可相對錯位(misalign)?？紤]到這一點，經(jīng)改善的自對準(zhǔn)性能將導(dǎo)致軸承不需要設(shè)計和/或適于適應(yīng)滾子端部和軸承環(huán)之間接觸區(qū)域上的例如較大的邊緣應(yīng)力。結(jié)果，與不具有該改進的自對準(zhǔn)性能的軸承相比，該軸承可較小。減小了尺寸和重量的軸承對風(fēng)輪機是有利的。另外，這對較大的風(fēng)輪機尤其有利，例如，能以5MW或更大的功率發(fā)電的風(fēng)輪機。
[0011]在一個實施例中，第一或第二內(nèi)環(huán)中的至少一個具有凸緣，該凸緣分別鄰近于第一或第二內(nèi)環(huán)或外環(huán)的彎曲滾道設(shè)置。該凸緣能引導(dǎo)軸承中的滾子和/或保持軸承中的滾子。因此，該凸緣設(shè)計為能與第一和/或第二滾動軸承中的該組滾子的滾子端部相接觸。接觸區(qū)域可優(yōu)選制為減小增加應(yīng)力的風(fēng)險。這例如可通過使凸緣和滾道之間的區(qū)域不具有鋒利邊緣而實現(xiàn)。另外，滾子端部可設(shè)計為使得在滾子的軸向端部和彎曲的滾子輪廓之間不具有任何鋒利邊緣。由凸緣引起的滾子引導(dǎo)性將減小滾子偏斜(Skew)的風(fēng)險和存在。該凸緣尤其將確保滾子在進入負荷區(qū)域時不發(fā)生偏斜，即:確保滾子以“直線”進入負荷區(qū)域且滾子還在其處于軸承的負荷區(qū)域時不發(fā)生偏斜。滾子偏斜是指滾子從軸承環(huán)的滾道之間的正常且優(yōu)選的滾動路徑傾斜。凸緣的保持功能是其在軸承組裝期間和/或在將軸承安裝到轉(zhuǎn)子軸上的過程中的額外優(yōu)點。在一個實施例中，第一或第二軸承的內(nèi)環(huán)具有第二凸緣，該第二凸緣設(shè)置在第一凸緣的相對側(cè)上且鄰近于滾道。這可進一步改善滾動軸承中的滾子組的保持功能。因此，至少一個凸緣可為引導(dǎo)凸緣或滾子保持凸緣中的任一或其組合。
[0012]在一個實施例中，第一和第二滾動軸承彼此徑向遠離地設(shè)置在轉(zhuǎn)子軸上。在另一個實施例中，第一和第二滾動軸承彼此徑向鄰近地設(shè)置在轉(zhuǎn)子軸上。在又一個實施例中，第一和第二滾動軸承的第一和第二內(nèi)環(huán)集成在一起。因此，第一和第二滾動軸承是單個軸承單元。這可產(chǎn)