滚动轴承装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于风力涡轮机的转子轴的轴承装置，其中，该转子轴将设置有转子叶片的轮毂的转动传递至发电机，其中，该轴承装置包括轮毂侧滚动轴承元件(3)和发电机侧滚动轴承(4)，其中，轮毂侧滚动轴承设计为径向滚子轴承，并且发电机侧滚动轴承形成为三列式滚子转动连接件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】滚动轴承装置
本专利技术涉及一种用于风力涡轮机的转子轴的轴承装置，其中，该转子轴将设置有转子叶片的轮毂的转动传递至发电机，其中，该轴承装置包括轮毂侧滚动轴承和发电机侧滚动轴承。
技术介绍
风力涡轮机的转子轴在运行期间将转子叶片的转动传递至发电机，其中，由流动的空气所驱动的转子的转动被转换成电能。转子轴可以以不同的方式安装在风力涡轮机的座舱中。根据第一种安装理念，设置了在转子轴的轴向方向上彼此间隔开的两个轴承点，其中，在一个轴承点处设置浮动轴承，并且在另一个轴承点处设置固定轴承(固定/浮动安装件)。根据第二种安装理念，轮毂被旋拧到行星变速箱的内齿轮上，或者在无变速箱系统的情况下，被直接旋拧到发电机的转子上。在第二种安装理念的两种情况下，都只需要单个转矩轴承来安装转子轴，具有较低的总高度的该轴承可以吸收轴向力、径向力和倾斜转矩，并且将其引入风力涡轮机的座舱中。本专利技术针对上述的第一种安装理念，其中，两个滚动轴承在转子轴的轴向方向上彼此间隔开一定距离地设置，两个滚动轴承中的一者形成为浮动轴承并且另一者形成为固定轴承。在现有技术已知的固定/浮动安装件中，转子轴基本水平地布置，并且可转动地安装在轴向间隔开的两个支撑点处。下面，两个相关的轴承根据其位置分别称为轮毂侧轴承和发电机侧轴承。轴的可转动安装件首先必须承受轴本身以及轮毂和转子叶片的固有重量，其次大部分还必须吸收由风引起的载荷。两种载荷都会在轴承中生成在径向方向和轴向方向上的倾斜转矩和力，其中，由于转子叶片的高重量，轮毂侧轴承必须承受大得多的载荷。此外，这些力导致转子轴的弹性变形。滚动轴承可以构造成使得转子轴的所述弹性变形由轴承补偿。从现有技术中已知转子轴的这种安装件的技术实施例。为此，文献EP2871376B1描述了一种用于流体动力机械(例如，风力涡轮机)的安装件，其中，轴借助于固定轴承和浮动轴承可转动地安装。固定轴承包括两个自调心接触轴承，其中，多个桶形滚动元件各自相对于转动轴线倾斜地布置并且在两个弯曲滚道之间滚动。浮动轴承布置在距固定轴承一定轴向距离处，其中，另一组滚动元件在两个弯曲滚道之间滚动。借助于自调心的环形滚子轴承，产生了高度承受轴的挠曲和对准误差的轴承装置。然而，该装置的缺点相反地在于，这种顺应性安装件对于载荷引起的轴的变形仅提供很小的抵抗。因此，轴的变形必须由发电机吸收。此外，将环形滚子轴承用作浮动轴承导致其仅能够在有限的程度上吸收(例如由于热膨胀所引起的)轴的轴向运动。
技术实现思路
本专利技术所基于的目的在于，借助于合适的轴承构造来拦截轮毂侧轴承和发电机侧轴承上的不均匀的载荷分布，并且使轴的轴向膨胀保持较低。一个技术边界条件包括将轴承设计成在超过20年的使用期内能够可靠运行，并且为此，保持滚动元件与滚道之间的接触压力较低(特别是对于运行载荷而言，小于1500MPa)。经济和逻辑边界条件包括限制轴承的尺寸和重量。该目的通过用于风力涡轮机的转子轴的轴承装置来实现，其中，该转子轴将设置有转子叶片的轮毂的转动传递至发电机，其中，该轴承装置包括轮毂侧滚动轴承和发电机侧滚动轴承，其中，轮毂侧滚动轴承形成为径向滚子轴承，并且发电机侧滚动轴承形成为三列式滚子转动连接件。已经令人惊讶地发现，根据本专利技术的这两种轴承形式的组合允许最佳地适应于轮毂侧和发电机侧上的相应的特定载荷情况。轮毂侧滚动轴承主要承受轮毂和转子叶片的重量，并且因此经受较高的径向力。为了吸收这些力并且同时保持滚动元件与滚道之间的接触压力较低，较大的滚动元件长度是有利的。因此，待传递的径向力分布在相应较大的接触区域上，这也导致较低的表面压力。另一方面，发电机侧滚动轴承必须吸收比轮毂侧轴承更低的径向力，但反而经受附加的轴向载荷，并且必须将其传递至连接结构，从而使轴的发电机侧的端部关于轴向位置固定。由于轮毂关于轮毂侧支撑点悬垂，轮毂和转子叶片的重量还有风力生成了倾斜转矩，该转矩必须由轴承吸收并且还导致上述的弹性变形。在根据本专利技术的轴承装置中，通过轮毂侧轴承和发电机侧轴承的相互作用产生关于轴的特定运动的耐受性，而其他运动受到有效的抑制。因此，轮毂侧径向轴承能够允许轴的轴向运动，而径向轴承抑制了例如由弯矩引起的径向位移，并且经由轴承反而将相应的载荷引入到连接结构中。发电机侧滚子转动连接件传递径向和轴向载荷两者，使得轴在发电机侧的端部处以这种方式在轴向方向上固定。为了使轮毂侧轴承和发电机侧轴承能够有利地以这种方式互相作用，需要使两个轴承对轴的运动的吸收能力相互匹配。以上面引用的文献EP2871376B1作为起点，例如，仅用圆柱滚子轴承代替浮动轴承会导致浮动轴承与固定轴承之间的相互作用恶化，这是由于固定轴承的高灵活性允许轴的运动，这在浮动轴承中会导致无法被圆柱滚子轴承吸收的倾斜并且导致高压力或者甚至“边缘滚动”。这导致不可接受的高磨损。因此，显然，根据本专利技术的两个轴承的互相作用实现了期望的技术效果(对转子轴的某些运动的耐受性，而同时确保风力涡轮机的转子轴承所需的至少20年的使用寿命预期)。为了描述滚动元件的布置以及所导致的径向和轴向载荷关系，考虑滚动轴承的压力角是有利的。每个滚动元件在至少两个相对的点处与两个轴承圈的滚道接触。这两个点限定了压力线，即滚动元件在两个圈之间传递压缩力所沿着的线。压力线与轴承的径向平面所围成的角被称为压力角，并且对于纯径向轴承，约为0°，而对于纯轴向轴承，约为90°。对于根据本专利技术的轮毂侧滚动轴承，径向力的传递是决定性的，使得该轴承中的压力角选择为尽可能较小，但是至少小于45°。另一方面，发电机侧轴承也必须吸收更高的轴向力，根据本专利技术，这是通过三列式滚子转动连接件来实现的。在滚子转动连接件中，轴向力和径向力各自由不同的滚动元件列来吸收。径向布置的滚动元件列的压力线基本径向向外指向，并且因此仅传递径向力。另一方面，轴向布置的滚动元件列的压力线平行于转动轴线并且仅传递轴向力。下述的轮毂侧轴承和发电机侧轴承的实施例各自可以彼此组合。根据本专利技术的优选实施例，发电机侧滚动轴承形成为三列式滚子转动连接件。在此，径向力和轴向力由不同的滚子来传递。在两个列中，滚动元件布置成使得相关的压力线基本垂直于径向平面(压力角为90°)，而第三列滚动元件的压力线处于径向平面中(压力角为0°)。具有垂直于径向平面的压力线的第一命名列以最佳方式吸收轴向力，而具有指向径向方向的压力线的第三列传递径向力。该轴承装置的特征在于相对较低的刚度和较高的承载能力。根据本专利技术的另一优选实施例，轮毂侧滚动轴承形成为圆柱滚子轴承。这种轴承形式特别有利地适合于承受较高的径向载荷，并且此外能够吸收轴向位移，例如，由温度变化所引起的轴膨胀形式的轴向位移。此外，特别是与球形滚动元件形式相比，圆柱滚动元件具有较低的滑移敏感性，这特别是在高载荷下减少了由此引起的磨损。根据本专利技术的优选实施例，轮毂侧滚动轴承形成为多列式径向滚子轴承。不同列的滚子具有基本处于径向平面中的压力线，使得径向力以最佳的方式传递。为了避免滚动元件与滚道之间的高压力，需要在其之间形成尽可能大的接触表面。在根据本专利技术的实施例中使用了多列式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于风力涡轮机的转子轴的轴承装置，其中，所述转子轴将设置有转子叶片的轮毂的转动传递至发电机，其中，所述轴承装置包括轮毂侧滚动轴承(3)和发电机侧滚动轴承(4)，其特征在于，所述轮毂侧滚动轴承(3)形成为径向滚子轴承，并且所述发电机侧滚动轴承(4)形成为三列式滚子转动连接件。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171206 DE 102017128949.61.一种用于风力涡轮机的转子轴的轴承装置，其中，所述转子轴将设置有转子叶片的轮毂的转动传递至发电机，其中，所述轴承装置包括轮毂侧滚动轴承(3)和发电机侧滚动轴承(4)，其特征在于，所述轮毂侧滚动轴承(3)形成为径向滚子轴承，并且所述发电机侧滚动轴承(4)形成为三列式滚子转动连接件。


2.根据前述权利要求中任一项所述的轴承装置，其中，所述轮毂侧滚动轴承(3)形成为多列式滚子轴承。


3.根据前述权利要求中任一项所述的轴承装置，其中，所述轮毂侧滚动轴承(3)形成为双列式滚子轴承。


4.根据前述权利要求中任一项所述的轴承装置，其中，所述轮毂侧滚动轴承(3)形成为圆柱滚子轴承。


5.根据前述权利要求中任一项所述的轴承装置，其中，所述轮毂侧滚动轴承(3)具有用于引导多个滚动元件的封闭的保持架。


6.根据权利要求5所述的轴承装置，其中，所述轮毂侧滚动轴承(3)的滚动元件(5)在所述保持架的窗口中被引导。


7.根据权利要求5所述的轴承装置，其中，所述轮毂侧滚动轴承(3)的滚动元件(5)布置成多列，并且所述列在所述保持...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬·弗罗宁，简彼得·博赫特，
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