本发明专利技术涉及一种用于支承风能设备的转子叶片的轴承结构，其包含用于围绕转子叶片的纵轴可旋转地支承转子叶片的滚动轴承(1)，以及用于将转子叶片的转动传递至风能设备的转子轴的轮毂(10)，其中，滚动轴承(1)具有第一轴承环(2)、第二轴承环(3)以及布置在轴承环(2,3)之间的滚动体(4a,4b,5)，其中，轴承环(2,3)能够相对于彼此转动，其中，第一轴承环(2)具有径向向着第一轴承环(2)的中心延伸的栓(6)，该栓具有用于第一滚动体(4a,4b)的两个导轨(7,8)和用于第二滚动体(5)的导轨(9)，其中，第二轴承环(3)具有用于第一滚动体(4a,4b)的多个导轨(7′,8′)和用于第二滚动体(5)的导轨(9′)，其中，轴承环(2,3)的其中之一与轮毂(10)相连，并且轴承环(3,2)的其中另一个与转子叶片相连，并且其中，轮毂(10)具有用于连接滚动轴承(1)的圆环形接口区域(11)。为了提出一种用于支承风能设备的转子叶片的轴承结构，其具有抵抗转子轴承的弹性变形的高的刚性，其中，实现叶片轴承的低重量、低装配投入和低材料花费并将“假性布氏压痕”效应的风险最小化，提出，轴承环的其中之一(2,3)在接口区域(11)内集成在轮毂(10)中，使得轮毂(10)的材料有助于沿着径向对集成的轴承环(2,3)的增强。
Bearing structure of rotor blade used to support wind energy equipment
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于支承风能设备的转子叶片的轴承结构
本专利技术涉及一种用于支承风能设备的转子叶片的轴承结构，其包含用于能够围绕转子叶片的纵轴旋转地支承转子叶片的滚动轴承，以及用于将转子叶片的转动传递至风能设备的转子轴的轮毂，其中，滚动轴承具有第一轴承环、第二轴承环以及布置在轴承环之间的滚动体，其中，轴承环能够相对于彼此转动，其中，第一轴承环具有径向向着第一轴承环的中心延伸的栓，该栓具有用于第一滚动体的两个导轨和用于第二滚动体的导轨，其中，第二轴承环具有用于第一滚动体的导轨和用于第二滚动体的导轨，其中，其中一个轴承环与轮毂相连，并且另一轴承环与转子叶片相连，并且其中，轮毂具有用于连接滚动轴承的圆环形接口区域。
技术介绍
风能设备的叶片轴承必须传递高的力和力矩。在此，必须执行大量的俯仰循环，这意味着对滚动体排与导轨的重复接触位置的寿命的高要求。此外，叶片轴承即便在轴承的静止状态下(在蜗轮旋转时)也必须经受大的变形和变形改变循环。在根据本专利技术的轴承结构所使用的3排式滚子回转连接中，滚子与导轨直线接触。在此种滚子轴承中，尤其在轴承的静止状态下，导轨垂直于滚动体排的滚动方向的小的相对变形就已经会导致损伤(所谓的“FalseBrinelling”，假性布氏压痕)，这可能造成不允许的寿命降低。该损伤机制限制3排式滚子回转连接的使用范围。开头所述类型的轴承结构例如由文献EP1891327B1已知。在根据该文献图1的实施形式中，叶片轴承实施为3排式转子回转连接。在EP1891327B1中描述了，不同的应力作用在风能设备转子叶片的叶片轴承上。最大的负载由倾覆力矩引起，其通过转子叶片和轮毂的自身重力以及集中在风压中心(大约在转子叶片长度的中间)的风荷载作用在叶片轴承上。由于显著的杠杆臂导致转子叶片的叶片根部以及叶片轴承很高的弯曲应力。风荷载产生的倾覆力矩在EP1891327B1提出的3排式滚子回转连接作为叶片轴承的结构中仅通过轴向力偶支撑。为了承受沿轴向作用在叶片轴承上的、由通过风荷载和自身重力引起的前述倾覆力矩导致的该力，在3排式滚子回转连接中，使用转轴横向于转子叶片的纵轴的滚动体。该滚动体在根据EP1891327B1的3排式滚子回转连接中构造得使其仅能够传递轴向力。无法通过滚动体承受或传递径向力。除了通过转子叶片的杠杆臂作用的风荷载以及由此导致的轴向力引起的弯曲应力以外，根据EP1891327B1也还需要考虑由风力本身引起的并沿着径向加载在叶片轴承上的负载。该负载尽管明显低于通过由自身重力和风荷载引起的倾覆力矩导致的负载，但仍不可忽略，因为在EP1891327B1提出的作为3排式滚子回转连接的叶片轴承结构形式中，大概为圆柱形的滚动体不能够传递径向力。因此，在用作叶片轴承的3排式滚子回转连接中设置第三滚动体排，通过其能够传递径向力。该第三滚动体排可以节约空间地沿着轴向观察设置在用于传递轴向力的两个滚动体排之间。在现有技术中，叶片轴承通常由外部端面法兰连接在轮毂上。因此，在EP1891327B1提出的用于叶片轴承的构型中，叶片轴承的外环在端侧由外部法兰连接在轮毂的圆环形接口区域上。外环具有圆环形的连接面10，其贴靠在转子轮毂3的端面16上。叶片轴承的外环通过栓钉20与转子轮毂3螺纹连接，而叶片轴承的内环通过栓钉19和锚体8与转子叶片2螺纹连接。机械仿真计算以及运行实践都显示，由于作用在风能设备转子叶片的叶片轴承上的部分极高的负载，出现叶片轴承的弹性变形。该弹性变形由于不同的影响因素而导致叶片轴承寿命的降低。一方面，在轴承密封的情况下，弹性变形可能导致不密封性，从而由于轴承不充足的润滑而实际无法达到轴承的设计寿命。另一方面，叶片轴承的弹性变形还可能导致滚动体承受使滚动体或与其配合的轴承环导轨过早磨损或甚至损坏的负载。因此，例如通过叶片轴承的弹性变形可能导致滚动体相对于导轨的边缘压力提高，这引起磨损的增加以及叶片轴承寿命的缩短。叶片轴承直径越大，前述现象则越严重。在风能设备领域中，趋于使用越来越大的设备，其转子叶片长度越来越大，并且应与轮毂相连的转子根部的直径越来越大。因此，也需要直径越来越大的叶片轴承。叶片轴承直径与轴承环厚度的比例越大，叶片轴承则表现得越“柔软”，也就是说，由于在运行中作用在叶片轴承上的负载而出现的弹性变形则越大。在EP1891327B1中提及了叶片轴承的弹性变形以及在使用基本为圆柱形的滚动体滚子时由此导致的滚动体相对于导轨的边缘压力的问题(参见第0023段)。作为提高建议的3排式滚子回转连接的寿命的措施，EP1891327B1建议使承受轴向力的滚动体“具有处于侧面和至少一个临接的端面之间的至少一个鼓起的过渡区域，也就是说，平整或倒圆角。由此在运行中包容在轴承单元弹性变形时相对于导轨的边缘压力，方式是在此情况下也在倒圆角的过渡区域内确保与作用面充分的接触面积。”建议的该解决措施的缺点在于，其并未针对前文提及的问题，即通过轴承弹性变形产生的不密封性和缩短寿命的不充足的润滑。此外，缺点还在于，该解决措施在轴承很大的情况下并不足够，因为变形可能大得使滚动体的倒圆角不足以可靠地避免不允许的大的边缘压力。由现有技术中已知多种能够在运行中抵抗叶片轴承弹性变形问题的其他的解决方案。这些解决方案具有相同的基本构思，即通过额外的加强元件提高叶片轴承的刚性，并由此提高运行中抵抗弹性变形的叶片轴承抵抗能力。在专利申请EP2933476A1中遵守一种解决方案，通过两个加强板(firstreinforcementplate31，secondreinforcementplate32)提高叶片轴承(pitchbearing)的刚性。两个加强板固定在叶片轴承的内环上。除了加强板以外还设置了其他用于提高叶片轴承刚性的加强措施，其固定在加强板上(第0070段：“Thepitchbearingisfurtherreinforcedbyastiffeningblockwhichserversasafurthermeans40forreinforcingthepitchbearing.Thefurthermeans40isattachedtothereinforcementplates31,32byapluralityofequallydistributedbolts41.”叶片轴承通过加强块进一步加强，该加强块用作用于加强叶片轴承的其他措施40。该其他措施40通过多个均匀分布的栓41固定在加强板31,32上。)WO2013/107452A1为了提高叶片轴承沿着径向、周向和轴向的刚性而提出一种支撑结构(supportstructure30)。其通过支撑肋(supportribs40)构成。支撑结构可以沿着周向具有不同的刚性。文献US2013/0052023A1教导，通过在外环的外侧添加偏离通常的圆柱形并且额外的材料而抵抗叶片轴承的外环(outerring15)的弹性变形(参见第0027段：“Inordertoreducesuchadeformationoftheouterbearingring15theouterbearingis本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于支承风能设备的转子叶片的轴承结构，该轴承结构包含用于围绕转子叶片的纵轴可旋转地支承转子叶片的滚动轴承(1)，以及用于将转子叶片的转动传递至风能设备的转子轴的轮毂(10)，其中，滚动轴承(1)具有第一轴承环(2)、第二轴承环(3)以及布置在轴承环(2,3)之间的滚动体(4a,4b,5)，其中，轴承环(2,3)能够相对于彼此转动，其中，第一轴承环(2)具有径向地向着第一轴承环(2)的中心延伸的栓(6)，该栓具有用于第一滚动体(4a,4b)的两个导轨(7,8)和用于第二滚动体(5)的导轨(9)，其中，第二轴承环(3)具有用于第一滚动体(4a,4b)的多个导轨(7′,8′)和用于第二滚动体(5)的导轨(9′)，其中，轴承环(2,3)的其中之一与轮毂(10)相连，并且轴承环(3,2)的其中另一个与转子叶片相连，并且其中，轮毂(10)具有用于连接滚动轴承(1)的圆环形的接口区域(11)，/n其特征在于，/n轴承环(2,3)的其中之一在接口区域(11)内集成在轮毂(10)中，使得轮毂(10)的材料有助于沿着径向对集成的轴承环(2,3)的增强。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170411 DE 102017206246.01.用于支承风能设备的转子叶片的轴承结构，该轴承结构包含用于围绕转子叶片的纵轴可旋转地支承转子叶片的滚动轴承(1)，以及用于将转子叶片的转动传递至风能设备的转子轴的轮毂(10)，其中，滚动轴承(1)具有第一轴承环(2)、第二轴承环(3)以及布置在轴承环(2,3)之间的滚动体(4a,4b,5)，其中，轴承环(2,3)能够相对于彼此转动，其中，第一轴承环(2)具有径向地向着第一轴承环(2)的中心延伸的栓(6)，该栓具有用于第一滚动体(4a,4b)的两个导轨(7,8)和用于第二滚动体(5)的导轨(9)，其中，第二轴承环(3)具有用于第一滚动体(4a,4b)的多个导轨(7′,8′)和用于第二滚动体(5)的导轨(9′)，其中，轴承环(2,3)的其中之一与轮毂(10)相连，并且轴承环(3,2)的其中另一个与转子叶片相连，并且其中，轮毂(10)具有用于连接滚动轴承(1)的圆环形的接口区域(11)，
其特征在于，
轴承环(2,3)的其中之一在接口区域(11)内集成在轮毂(10)中，使得轮毂(10)的材料有助于沿着径向对集成的轴承环(2,3)的增强。
2.根据权利要求1所述的轴承结构，其中，用于对集成的轴承环(2,3)的增强的轮毂(10)的材料分布在接口区域(11)中，使得第一轴承环和第二轴承环(2,3)的导轨(7,8,9；7′，8′，9′)之间沿着径向的相对变形最小化。
3.根据权利要求1或2所述的轴承结构，其中，滚动轴承(1)布置在接口区域(11)的内圆周(1...
【专利技术属性】
技术研发人员：贡特尔·埃尔费特，贝恩德·吕内堡，法比安·阿克菲尔德，约尔格·罗尔曼，托马斯·伍尔夫，
申请(专利权)人：蒂森克虏伯罗特艾德德国有限公司，蒂森克虏伯股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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