用于風力渦輪機的軸承裝置的制造方法
【專利說明】用于風力渦輪機的軸承裝置
[0001]本發(fā)明申請是申請?zhí)枮?00980138019.X (國際申請?zhí)枮镻CT/GB2009/002309)、申請日為2009年9月24日、發(fā)明名稱為“用于風力渦輪機的軸承”的申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種軸承，該軸承包括固定元件和同心的運動元件，并且優(yōu)選地包括同心的內(nèi)座圈和外座圈，所述同心的內(nèi)座圈與外座圈之間具有多個滾動元件。所述滾動元件可以包括滾珠或滾子，并且可以被布置成一排或多排。
【背景技術(shù)】
[0003]典型地，這樣的軸承相對于地面支撐旋轉(zhuǎn)負載。固定元件典型地是滑動軸承或座圈，運動元件通常通過過盈壓配合使軸承軸頸或座圈固定于其上。負載的重力通過滾動元件(如果有的話)豎直地作用在固定元件的面向上的一側(cè)上。運動元件在使用時旋轉(zhuǎn)，從而負載圍繞運動元件的整個周向被逐漸并反復地傳遞。然而，相對于地面靜止的固定元件通過相同的面向上的部分承受重力，而面向下的部分不承受重力。結(jié)果，相對固定的元件的磨損是不對稱的，并且與磨損繞固定元件的整個周向分布的情況相比軸承可能需要更加頻繁地更換。
[0004]在豎直平面中支撐持續(xù)不變的單向負載和/或支撐高彎曲力的軸承，例如風力渦輪機的輪轂軸承中，不對稱磨損的問題最為明顯。傳統(tǒng)的解決方案是使用高精度的較大軸承，但也要接受可能必須更加頻繁地更換的事實。大型軸承的制造是困難和昂貴的，并且與小型軸承相比由于振動還趨于遭受不相稱的損壞。
[0005]需要這樣一種裝置，該裝置能夠消除這類不對稱磨損的構(gòu)形，但其適用于標準的軸承類型，特別是滾動元件軸承，并且特別是通過軸承傳送負載的固定元件和運動元件。
[0006]另一個問題是軸承的金屬表面之間的軸承潤滑油的持續(xù)靜態(tài)增壓。這在軸承裝置靜止時發(fā)生在軸承裝置的固定座圈的上側(cè)的區(qū)域中。隨著時間的推移，氫原子可能脫離潤滑油中的碳氫化合物分子，并與金屬表面起反應(yīng)，而導致金屬表面的氫脆，這增加了故障的發(fā)生。
[0007]需要一種能夠限制金屬表面暴露而與靜態(tài)增壓的潤滑油長時間接觸的裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]按照本發(fā)明的第一方面，提供了一種軸承，該軸承包括圓形構(gòu)件，該圓形構(gòu)件通常相對于地面單元固定，并適于支撐旋轉(zhuǎn)負載，其中，所述構(gòu)件適于在所述地面元件上以受控的方式空轉(zhuǎn)。
[0009]盡管本發(fā)明可應(yīng)用于滑動軸承，但本發(fā)明特別適用于在內(nèi)座圈和外座圈之間具有滾動元件的滾動元件軸承。
[0010]在滑動軸承或襯套的情況下，通常旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件是位于通常靜止的軸承中的軸或者可在通常靜止的軸承上旋轉(zhuǎn)的環(huán)。通常旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件自身可以支承在通常靜止的軸承上，或者可以具有被固定以隨其旋轉(zhuǎn)的可分離的座圈或襯套。
[0011]本發(fā)明的軸承因而被布置成使通常固定的元件適于在其支架上空轉(zhuǎn)?？辙D(zhuǎn)速度優(yōu)選極其微小，并且可以低至在所述軸承的旋轉(zhuǎn)和使用壽命下為幾轉(zhuǎn)。空轉(zhuǎn)可以是在每天0.1度到每分鐘0.1轉(zhuǎn)的范圍內(nèi)。
[0012]根據(jù)軸承的類型和大小以及安裝類型可以允許更快地空轉(zhuǎn)。在任何情況下，超過每分鐘50轉(zhuǎn)的空轉(zhuǎn)或者為輪轂速度的十分之一的空轉(zhuǎn)是無法想象的。此外，本發(fā)明特別適用于軸直徑超過250_的大型軸承。
[0013]為了空轉(zhuǎn)，通常固定的元件在地面元件上或者在該地面元件中滑動，而不是形成過盈配合，并且該座圈的對應(yīng)直徑可以相應(yīng)地確定。因而，在內(nèi)座圈被安裝在地面元件上的情況下，內(nèi)徑略微增大；在外座圈被安裝在地面元件上的情況下，外徑略微減小。另選地，地面元件的大小可以被確定為相對松配合在相鄰的座圈中或相鄰的座圈上。
[0014]依照本發(fā)明，接地軸承元件不應(yīng)當以足夠?qū)е碌孛嬖蜉S承自身磨損的速度旋轉(zhuǎn)，且優(yōu)選比在軸承的使用壽命內(nèi)可測量到該磨損的速度低至少一個數(shù)量級。
[0015]空轉(zhuǎn)可以是連續(xù)的。間歇運動也在本發(fā)明的范圍內(nèi)，并且可以適用于其中軸承能夠在預(yù)定的期間(例如長達5年)容許通常固定的元件的固定位置的情況。也可構(gòu)想反向和往復運動。
[0016]在一優(yōu)選的實施方式中，空轉(zhuǎn)速度例如借助制動器和/或借助傳動裝置被調(diào)節(jié)。
[0017]在一個實施方式中，地面元件的軸承元件的旋轉(zhuǎn)與運動元件的座圈的旋轉(zhuǎn)相關(guān)聯(lián)，并且在一個優(yōu)選的實施方式中，空轉(zhuǎn)是運動元件的旋轉(zhuǎn)的直接結(jié)果。
[0018]通常固定的軸承元件能夠通過運動元件的旋轉(zhuǎn)而在地面元件上旋轉(zhuǎn)。
[0019]在一個實施方式中，地面元件的座圈可以通過來自滾動元件的拖曳而旋轉(zhuǎn)，通過精確地控制間隙或通過用于地面元件的座圈的制動機構(gòu)來確?？辙D(zhuǎn)。在另選例中，周期性旋轉(zhuǎn)可以是這樣引起的，即使用中由于熱膨脹而減小這樣的間隙，從而確保通過拖曳力空轉(zhuǎn)。熱膨脹可以是由通過軸承或借助外部控制的加熱元件傳遞的力造成的。風力渦輪機通常發(fā)電，從而電動加熱元件是一種可行方案。
[0020]座圈的旋轉(zhuǎn)可以由與該座圈接合的渦輪機元件提供，所述渦輪機元件被布置成當穿過它們施加壓力差時旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，渦輪機元件由液壓流體提供動力，更優(yōu)選地，渦輪機元件被定位在座圈和地面元件之間的環(huán)形空腔內(nèi)，以形成流體靜壓軸承。所述渦輪機元件可以是組合的滾子/微型渦輪機。
[0021]按照本發(fā)明的第二方面，提供了一種軸承組件，該軸承組件包括外座圈和大體上同心的內(nèi)座圈，在外座圈與內(nèi)座圈之間限定環(huán)形空腔，渦輪機被設(shè)置在所述空腔中，該渦輪機被布置成當穿過環(huán)形空腔從一側(cè)向另一側(cè)施加流體壓力差時，在所述座圈中的一個座圈上施加轉(zhuǎn)矩。
[0022]可以在所述空腔中設(shè)置多個所述渦輪機。
[0023]優(yōu)選地，該渦輪機或每個渦輪機是組合的滾子渦輪機。另選地，該渦輪機可以是無負載支承的另選手段，例如是被設(shè)置為以支撐運動座圈的流體靜壓軸承。在一優(yōu)選實施方式中，多個渦輪機與兩個座圈都接觸。在一個實施方式中，每個渦輪機均是大體上柱形的，并且包括與座圈的主軸線平行的主軸線，并且具有大體軸向的開口孔，該開口孔具有周向分量，使得流經(jīng)該開口孔的流體在所述渦輪機上施加轉(zhuǎn)矩。優(yōu)選地，所述空腔被填充有液壓流體，以形成用于座圈的流體靜壓軸承。
[0024]在另一個實施方式中，每個渦輪機均具有錐形驅(qū)動面，并且能夠被軸向促動成與相配的從動面接合，以響應(yīng)于經(jīng)由所述渦輪機作用的流體力牽引驅(qū)動。當流體壓力不足時輕質(zhì)彈簧促使該驅(qū)動面和從動面脫離接合。
[0025]在一個實施方式中，空轉(zhuǎn)運動由外部動力源，例如電動馬達、磁力馬達或液壓馬達提供。在另一個實施方式中，空轉(zhuǎn)運動由運動元件，例如從運動元件或輪轂的座圈或來自滾動元件的保持架經(jīng)由傳動裝置來提供。
[0026]可以在地面元件的座圈和地面元件自身之間設(shè)置流體靜壓軸承，通過外部提供動力的栗或通過運動元件產(chǎn)生液壓提升力。在一個實施方式中，地面元件的座圈包括物理特征，例如成形槽，該物理特征適于響應(yīng)于液壓壓力產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力，從而確?？辙D(zhuǎn)。地面元件的座圈可以是沖擊式渦輪機，例如水斗輪。液壓介質(zhì)優(yōu)選地為軸承的潤滑油。
[0027]可以設(shè)置齒輪裝置以使地面元件的座圈空轉(zhuǎn)。在一個實施方式中，與圓環(huán)接合的橢圓形柔性花鍵齒輪(又名諧波傳動裝置)以高減速比并且以非常低的齒摩擦提供地面元件的座圈的基本連續(xù)的旋轉(zhuǎn)。
[0028]本發(fā)明的軸承特別適用于風力渦輪機等，在所述風力渦輪機中，轉(zhuǎn)子和輪轂的質(zhì)量非常大，抗彎力由于風暴駐留(storm parking)期間的風振而較高，軸承更換的難度高，并且軸承故障的后果是災(zāi)難性的。
[0029]具體地，運動元件(也就是轉(zhuǎn)子和輪轂)可以重達50噸以上，并且在地面元件(也就是桅桿)的一側(cè)被構(gòu)成