專利名稱：用于風(fēng)輪機(jī)的俯仰軸承，風(fēng)輪機(jī)以及維護(hù)軸承的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于風(fēng)輪機(jī)的俯仰軸承，風(fēng)輪機(jī)以及維護(hù)軸承的方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)輪機(jī)中的典型軸承已知是四點(diǎn)接觸式球軸承，例如在葉片俯仰^ 中。這種軸承設(shè)計(jì)已知適合于處理葉片作用在軸承上的復(fù)雜負(fù)荷模式。
當(dāng)葉片在重力場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)時(shí)，與風(fēng)相關(guān)的負(fù)荷大于與重力相關(guān)的負(fù)荷。 這些重力負(fù)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(fù)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(yùn)動(dòng)對(duì)于滾珠是有利的，因?yàn)闈L珠可滾動(dòng)以吸收這種運(yùn)動(dòng)。
然而，隨著現(xiàn)代風(fēng)輪機(jī)的尺寸的增大，M軸承缺乏處理負(fù)荷的增長(zhǎng) 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(fù)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(fù)荷的彎曲。該彎曲將引起徑向滾 柱中的滑動(dòng)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(fēng)輪機(jī)中軸承的增加的負(fù)荷。
本發(fā)明提供了一種用于風(fēng)輪機(jī)的俯仰軸承，該俯仰軸承包括第一和 第二軸向軸承滾動(dòng)元件排一所述排彼此相距一定距離安放，以及一個(gè)或多 個(gè)徑向軸承元件排，其中，所述一個(gè)或多個(gè)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(shù)的缺點(diǎn)。
在本發(fā)明的一個(gè)方面中，所述一個(gè)或多個(gè)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(gè)或多個(gè)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(gè)軸向座圏(race ) 之間移動(dòng)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(jìn)行維護(hù)而不必移開葉片。
在本發(fā)明的一個(gè)方面中，所述一個(gè)或多個(gè)徑向軸承元件排包括滑動(dòng)表 面，該滑動(dòng)表面在所述第一和第二軸向排中至少一個(gè)的滾柱端表面上滑動(dòng)。 這種設(shè)計(jì)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(fēng)輪機(jī)，該風(fēng)輪機(jī)包括至少一個(gè)葉片以及至少一個(gè) 俯仰(pitch)機(jī)構(gòu)，該俯仰機(jī)構(gòu)具有一個(gè)或多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1至19之 一的軸承。
本發(fā)明還涉及一種用于維護(hù)風(fēng)輪機(jī)中的根據(jù)權(quán)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(dòng)元件和/ 或滾道(raceway)，
檢查、修復(fù)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(gè)軸向座圏之間移動(dòng)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(jìn) 行維護(hù)而不必移開葉片。


下面將參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明，在附圖中 圖l示出大型現(xiàn)代風(fēng)輪機(jī)，圖2示出風(fēng)輪機(jī)應(yīng)用例如俯仰機(jī)構(gòu)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(shí)施例的剖視圖，
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的軸承第二實(shí)施例的上部部分，
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的軸承第三實(shí)施例的上部部分，
圖6示出根據(jù)本發(fā)明的軸承第四實(shí)施例的上部部分，
圖7示出根據(jù)本發(fā)明的軸承第五實(shí)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(shí)施例，
圖9示出具有固定軸承元件排的軸承實(shí)施例，以及
圖IO示出具有柔性軸承元件排的軸承實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖1示出現(xiàn)代風(fēng)輪機(jī)l。風(fēng)輪機(jī)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(gòu)(yaw mechanism )的風(fēng)輪機(jī)引擎槍(吊 艙)3。
風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子包括至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片，例如如圖所示的三個(gè)轉(zhuǎn)子葉片5。 轉(zhuǎn)子葉片5可通過使用俯仰機(jī)構(gòu)而相對(duì)于輪轂4俯仰。
圖2示出在風(fēng)輪機(jī)應(yīng)用中，例如在俯仰機(jī)構(gòu)中的公知軸承類型(3RR 構(gòu)型)。
該軸承包括3排滾動(dòng)元件。第一和第二軸向軸承滾動(dòng)元件排9、 10在 內(nèi)圏8和外圏7上安放在兩個(gè)不同的水平滾道組之間。這兩個(gè)排可尤其處 理并傳遞軸向負(fù)荷。第三排ll是徑向軸承滾動(dòng)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(fù)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(duì)軸承發(fā)揮作用至關(guān)重要。該密封裝置使軸承滾動(dòng)元件與外 部世界隔離，阻止灰塵和濕氣進(jìn)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(shí)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(gè)水平滾道組保持兩個(gè)軸向滾動(dòng)元件一例如滾柱一排9、 10。這兩 個(gè)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(gè)軸向排的附加 水平滾道。
在軸承14的葉片側(cè)，在所述兩個(gè)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(dòng)元件17以及處在內(nèi)外圏7、 8的相對(duì) 側(cè)的對(duì)應(yīng)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(dòng)元件也在正常使用中將滾道水平保持就位。
不同的滾動(dòng)元件排優(yōu)選安放在滾動(dòng)籠(rolling cage)或任何類似組件 中，以使?jié)L動(dòng)元件保持就位。此外，滾動(dòng)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(dòng)元件。
徑向軸承元件排17、 18被密封裝置12從外部保護(hù)，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(dāng)移除密封裝置12時(shí)，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(duì)松散的嵌 入件，每個(gè)滾道都是一斷開的環(huán)或多個(gè)環(huán)段，例如2個(gè)180度的環(huán)段，4 個(gè)90度的環(huán)段等。由此，可在軸承滾動(dòng)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(xiàng)
可在不使主軸承(2個(gè)軸向座圏)與輪轂或葉片斷開連接的情況下 檢查、維護(hù)或更換軸承
磨損的段或因故障造成的碎片可以與初級(jí)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(yù)加載荷，因?yàn)橥鈬母叨忍峁┝?一些彎曲可 能性
.可在后面的徑向軸承或全部?jī)蓚€(gè)軸承中構(gòu)造彈簧，以確保更好地控
8制預(yù)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(dòng)元件也可以是滾珠或弧形滾柱，因?yàn)閺较蜉S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(dòng)軸承，plain bush bearing)
本發(fā)明的這些可能性以及實(shí)施例將在下面參照附圖做進(jìn)一步說明。 應(yīng)當(dāng)強(qiáng)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(duì)風(fēng)輪機(jī)葉片的 一側(cè)。 輪轂界面是軸承的面對(duì)風(fēng)輪機(jī)輪轂的一側(cè)。
圖3b示出圖3a中的第一實(shí)施例的橫截面，其中徑向排移動(dòng)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(hù)，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(dāng)移除密封裝置13時(shí)，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(gè)滾道18預(yù)加應(yīng)力或預(yù)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(duì)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(shí)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(shí)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(dǎo)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(dòng)。 低一致性可通過橢圓形滾道獲得，或通過使?jié)L道的相關(guān)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(gè)整體取出。 圖6示出根據(jù)本發(fā)明的軸承第四實(shí)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(shí)施例的上部部分。 徑向軸承元件排17、 18可通過至少一個(gè)滾道18預(yù)加應(yīng)力或預(yù)加載荷，
該滾道被柔性支承裝置28例如一個(gè)或多個(gè)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(gè)實(shí)施例。該軸承由第一和第二獨(dú)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(dú)立部分22，該部分包括作為滾動(dòng)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(gè)實(shí)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(tuán)延伸的肋。
特別地在葉片應(yīng)用中，可使用引導(dǎo)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(shè)計(jì)的良好功能，該設(shè)計(jì)可包括下列特征
i) 更嚴(yán)格的滾柱長(zhǎng)度公差
ii) 修改的滾柱端部形式
iii) 肋的較小后傾角
這種設(shè)計(jì)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(shí)施例。
該圖示出安放在內(nèi)外圏上的作為獨(dú)立滑動(dòng)軸承裝置26、27的一個(gè)或多 個(gè)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(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)，上述實(shí)施例的各方面可任意組合以用于本發(fā)明的軸承設(shè)計(jì)。 此外，可在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)對(duì)軸承進(jìn)行各種設(shè)計(jì)。附圖標(biāo)記列表
在附圖中，參考標(biāo)號(hào)指示如下
1 風(fēng)輪機(jī)
2 風(fēng)輪機(jī)塔架
3 風(fēng)輪機(jī)引擎搶
4 風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子輪轂
5 風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片
6 風(fēng)輪機(jī)基底
7 軸承外圏
8 軸承內(nèi)圏
9 用于軸向負(fù)荷的第一軸向軸承滾動(dòng)元件排
10 用于軸向負(fù)荷的第二軸向軸承滾動(dòng)元件排
11 用于徑向負(fù)荷的軸承滾動(dòng)元件排
12 第一密封裝置
13 第二密封裝置
14 用于風(fēng)輪才幾應(yīng)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(fù)荷的徑向軸承滾動(dòng)元件排
18 用于徑向軸承滾動(dòng)元件排的滾道
19 徑向和軸向軸承滾動(dòng)元件排之間的防護(hù)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(dú)立軸承滑動(dòng)元件的第一排27 獨(dú)立軸承滑動(dòng)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(quán)利要求
1.一種用于風(fēng)輪機(jī)(1)的俯仰軸承(14)，包括第一和第二軸向軸承滾動(dòng)元件排(9，10)，所述排彼此相距一定距離安放，以及一個(gè)或多個(gè)徑向軸承元件排(17，18，24-27)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)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(quán)利要求1的俯仰軸承(14)，其特征在于，所述軸承包括兩 個(gè)在軸向軸承構(gòu)型中的座圏，以及一個(gè)或多個(gè)在作為葉片俯仰機(jī)構(gòu)一部分 的徑向構(gòu)型中的座圏。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的俯仰軸承(14),其特征在于，所述一個(gè)或 多個(gè)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(gè)或多 個(gè)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(quán)利要求之一的俯仰軸承(14),其特征在于，所述一個(gè) 或多個(gè)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(gè)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(dòng)元件。
5. 根據(jù)前述權(quán)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(gè)或多個(gè)徑向軸承元件排(17， 18)上方。
6. 根據(jù)權(quán)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(gè)或多個(gè)徑向軸承元件排(17， 18)保持 就位。
7. 根據(jù)權(quán)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(gè)或多個(gè)徑向軸承元件排(17， 18)之間在所述外圏和/或內(nèi)團(tuán)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(gè)或多個(gè)徑向排保持就位。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4-7之一的俯仰軸承(14 )，其特征在于，每個(gè)滾道 (18)都是斷續(xù)的環(huán)或多個(gè)環(huán)段，例如2個(gè)180度的環(huán)段，4個(gè)卯度的環(huán)段等。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4-8之一的俯仰軸承(14 )，其特征在于，所述一個(gè) 或多個(gè)徑向軸承元件排(17， 18)通過所述滾道(18)中的至少一個(gè)預(yù)加 應(yīng)力或預(yù)加載荷，該滾道通過柔性支承裝置(28)例如一個(gè)或多個(gè)彈簧裝 置放入。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的俯仰軸承(14),其特征在于，所述一 個(gè)或多個(gè)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(quán)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(dòng)元件排(9， 10)包括多個(gè)滾柱，并優(yōu)選在滾動(dòng)籠中或任何 類似組件中以使?jié)L柱保持就位。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11的俯仰軸承(14 ),其特征在于，所述一個(gè)或多 個(gè)徑向軸承元件排(24-27)包括滑動(dòng)面，該滑動(dòng)面在所述第一和第二軸向 排(9, 10)中至少一個(gè)的滾柱端表面上滑動(dòng)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11的俯仰軸承(14 )，其特征在于，所述一個(gè)或多 個(gè)徑向排(24-27)包括在所述各軸向排(9， 10)上滑動(dòng)的滑動(dòng)面。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11-13之一的俯仰軸承(14)，其特征在于，所述 一個(gè)或多個(gè)徑向排(24-27)在端表面的一個(gè)或多個(gè)部分上滑動(dòng)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14的俯仰軸承(14 ),其特征在于，所述一個(gè)或多 個(gè)徑向排(24-27)在端表面的上部和下部上滑動(dòng)，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(quán)利要求11-15之一的俯仰軸承(14)，其特征在于，所述 一個(gè)或多個(gè)徑向排(24-27)是內(nèi)、外圏的固定突起(24， 25)。
17. 根據(jù)權(quán)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(quán)利要求11-15之一的俯仰軸承(14)，其特征在于，所述 一個(gè)或多個(gè)徑向排(24-27)是安放在內(nèi)、外圏上的獨(dú)立滑動(dòng)軸承裝置(26， 27)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求11-18之一的俯仰軸承(14)，其特征在于，所述 一個(gè)或多個(gè)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(fēng)輪機(jī)，包括至少一個(gè)葉片，例如兩個(gè)或三個(gè)葉片，以及至少一個(gè)俯仰機(jī)構(gòu)，該俯仰機(jī)構(gòu)具有一個(gè)或多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1-19之 一的俯仰軸承。
21. 用于在風(fēng)輪機(jī)中維護(hù)根據(jù)權(quán)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(dòng)元件和/ 或滾道，檢查、修復(fù)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(fēng)輪機(jī)(1)的俯仰軸承(14)，它包括第一和第二軸向軸承滾動(dòng)元件排(9，10)，所述排彼此相距一定距離安放，還包括一個(gè)或多個(gè)徑向軸承元件排(17，18，24-27)，其中所述一個(gè)或多個(gè)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(fēng)輪機(jī)以及用于維護(hù)軸承的方法。
文檔編號(hào)F03D11/00GK101410616SQ200780011280
公開日2009年4月15日 申請(qǐng)日期2007年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月2日
發(fā)明者A·貝奇, G·馬登 申請(qǐng)人:維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)有限公司