CN101532539B - 包括支承结构和转动轴的装置以及风力涡轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包括支承结构和转动轴的装置以及风力涡轮机，其中该装置包括支承结构(11、40)和具有中心轴线(A)的转动轴(10、36)，转动轴(10、36)和支承结构(11、40)通过至少一个液压动态转动轴承(16、43、44)相互贴靠枢转支承，液压动态转动轴承(16、43、44)包括相对枢转的第一轴承部分(17)和第二轴承部分(19)、润滑剂(21)以及至少在液压动态转动轴承(16、43、44)静止时第一轴承部分(17)和第二轴承部分(19)之间的接触区域(20)，其中转动轴(10、36)和支承结构(11、40)以如下方式成形，并且液压动态转动轴承(16、43、44)以如下方式配置在转动轴(10、36)和支承结构(11、40)上，使得液压动态转动轴承(16、43、44)即使液压动态转动轴承(16、43、44)静止时也浸入润滑剂(21)内。

Description

包括支承结构和转动轴的装置以及风力涡轮机
技术领域
本发明涉及一种包括支承结构和转动轴的装置，转动轴和支承结构通过至少一个液压动态转动轴承相互贴靠枢转支承。本发明还涉及一种包括这种装置的风力涡轮机。
背景技术
液压动态转动轴承包括例如外部套筒、内圈和润滑剂。外部套筒和内圈相对转动。在正常操作状态下，液压动态轴承的内圈和外部套筒通过润滑剂薄膜分离。在液压动态转动轴承启动和停止时，即在例如内圈相对于外部套筒的转动速度小时，这种润滑剂薄膜通常不能承载液压动态转动轴承上的载荷，并且内圈和外部套筒直接接触。这导致磨损增加，并且因此是不希望的。
在图1中，表示了液压动态轴承1的截面图，其中液压动态转动轴承1是静止的。液压动态转动轴承包括设置衬套的外部套筒2、例如设计成接收轴或轴颈的内圈3以及润滑剂4。如果液压动态转动轴承1以其转动中心轴线大致在水平方向上定向的方式安装，在液压动态转动轴承静止时，润滑剂4趋于收集在液压动态轴承1的下部。在此构造中，内圈3压靠外部套筒2的上部。载荷力的冲击方向和点通过图1的箭头F表示。与转动轴通过静态结构支承的“正常”情况不同，这种情况对于通过转动的水平轴支承的静态、重力载荷来说是典型的。
在图1所示的情况下，在启动时，内圈3和外部套筒2的接触区域5内相互保持直接和干燥接触，直到内圈3足够转动以便将例如油的润滑剂承载到接触区域5内为止。由于接触区域5位于液压动态转动轴承1的上部，在润滑剂的载荷承载薄膜开始形成之前，内圈3必须转动半圈。因此，在接触区域5内出现磨损，由此缩短液压动态转动轴承1的寿命。
在US 6781276中，披露一种具有直接驱动发电机的风力涡轮机。发电机包括定子配置和位于定子配置内部的转子配置。转子配置连接到转子轴上。定子配置通过两个轴承支承在转子轴上，轴承可以是液压动态转动轴承。在这种情况下，定子配置的载荷通过液压动态转动轴承的位于转动轴以上的部分承载。在风力涡轮机、特别是其发电机或类似结构静止时，在重力的影响下，液压动态转动轴承的润滑剂趋于排到液压动态转动轴承的底部。在风力涡轮机、特别是发电机启动时，定子配置的整个载荷将开始通过两个液压动态转动轴承的干燥的轴承表面对轴承表面的接触来承载。由于转动轴或转子配置在润滑产生作用之前必须转动显著的距离，液压动态转动轴承趋于严重磨损。
这种问题可通过刚好在转动轴以及液压动态转动轴承的内圈开始转动之前将润滑剂泵送到液压动态转动轴承的接触区域来缓解。但是对于其转动轴开始转动并且通过风力驱动的风力涡轮机来说，甚至在没有得到电力时，基于润滑剂的主动泵送的解决方法会是不可行的。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种开始描述的装置和风力涡轮机，其方式是减小启动过程中液压动态转动轴承内的磨损。
此目的通过如下的装置创新地实现，该装置包括支承结构和大致水平配置的转动轴，转动轴具有中心轴线，转动轴和支承结构通过至少一个液压动态转动轴承相互贴靠枢转支承，液压动态转动轴承包括相对枢转的第一轴承部分和第二轴承部分、润滑剂以及至少在液压动态转动轴承静止时在第一轴承部分和第二轴承部分之间的接触区域，其中转动轴和支承结构以如下方式成形，并且液压动态转动轴承以如下方式配置在转动轴和支承结构上，使得液压动态转动轴承的接触区域即使在液压动态转动轴承静止时也浸入润滑剂。因此，本发明人提出一种被动解决方法，其中最好支承支承结构的静态、重力载荷的转动、大致水平配置的轴的设计、该装置的支承结构的设计以及转动轴和支承结构上的液压动态转动轴承的配置使得在液压动态转动轴承静止时，液压动态转动轴承的第一和第二轴承部分的接触区域在液压动态转动轴承的可以得到润滑剂的下半部内。以此方式，一旦例如转动轴以及例如液压动态转动轴承开始转动时，润滑剂的载荷承载薄膜能够开始形成。因此，可以减小液压动态转动轴承启动过程中磨损的出现。
最好是，液压动态转动轴承的第一轴承部分是配置在转动轴上的外部轴承套筒，并且液压动态转动轴承的第二轴承部分是连接到支承结构上的内圈。
按照本发明的实施例，转动轴包括第一环形突出部，第一环形突出部相对于转动轴的中心轴线具有外部环形表面和内部环形表面，其中第一液压动态转动轴承的第一轴承部分(即外部轴承套筒)配置在转动轴的第一环形突出部的内部环形表面上。
按照本发明的另一实施例，支承结构包括第一环形突出部，其中支承结构的第一环形突出部连接到第一液压动态转动轴承的第二轴承部分(即内圈)上。因此，支承结构的第一环形突出部至少部分配置在转动轴的第一环形突出部的内部。支承结构上的至少一部分重量和任何其它载荷经由支承结构的第一环形突出部被转移到第一液压动态转动轴承上。支承结构的第一环形突出部上的重量和载荷的所述部分向下指向，因此连接到支承结构的第一环形突出部上的第一液压动态转动轴承的第二轴承部分(即内圈)也受到向下的力。因此，第一液压动态转动轴承内的接触区域位于第一液压动态转动轴承的下部，并且因此即使第一液压动态转动轴承静止，接触区域也浸入润滑剂中。
在本发明的另一实施例中，转动轴包括第二环形突出部，第二环形突出部相对于转动轴的中心轴线具有外部环形表面和内部环形表面，其中第二液压动态转动轴承的第一轴承部分(即外部轴承套筒)再次配置在转动轴的第二环形突出部的内部环形表面上。
按照本发明的另一实施例，支承结构包括圆柱形或者第二环形突出部，其中支承结构的圆柱形或第二环形突出部连接到第二液压动态转动轴承的第二轴承部分(即内圈)上。支承结构的圆柱形或第二环形突出部至少部分布置在转动轴的第二环形突出部内。以所述的类似方式，支承结构上的重量的一部分或任何其它载荷经由支承结构的圆柱形或第二液压动态转动轴承传递到第二液压动态转动轴承上。支承结构的圆柱形或第二环形突出部上的重量和载荷的该部分向下指向，因此连接到支承结构的圆柱形或第二环形突出部上的第二液压动态转动轴承的第二轴承部分(即内圈)也经受向下的力。因此，第二液压动态转动轴承内的接触区域位于第二液压动态转动轴承的下部，并且因此即使第二液压动态转动轴承静止，接触区域也浸入润滑剂。
按照本发明的变型，转动轴承载发电机的转子配置。按照本发明的另一变型，支承结构是发电机的定子配置的支承结构。最好是，发电机是设置用于风力涡轮机的直接驱动或直接被驱动的发电机。
本发明的目的还通过包括如上所述的装置的风力涡轮机来创新地实现。
附图说明
下面参考示意图更加详细描述本发明，附图中：
图1表示现有技术构造的静止液压动态转动轴承的截面图；
图2表示本发明的原理；
图3表示箭头III方向上的图2的装置的液压动态转动轴承的截面图；
图4表示风力涡轮机；以及
图5表示图4的风力涡轮机的发电机配置。
具体实施方式
图2示意表示本发明的具有大致水平配置的转动轴10和支承结构11的一部分的实例的原理。具有中心轴线A的转动轴10包括环形突出部12。环形突出部12相对于转动轴10的中心轴线A包括外部环形表面13和内部环形表面14。支承结构11还包括环形突出部15。液压动态转动轴承16配置在转动轴10的环形突出部12上以及支承结构11的环形突出部15上。因此，转动轴10和环形突出部12可相对地转动到支承结构11。
液压动态转动轴承16以未详细描述的方式包括固定连接到环形突出部12的环形表面14上的外部轴承套筒以及固定连接到支承结构11的环形突出部15上的内圈。
支承结构11的重量以及作用在支承结构11上的载荷力向下指向，使得支承结构11的上部在转动轴10的方向上经受力，而支承结构11的下部在离开转动轴10的方向上经受力。因此，即使液压动态转动轴承16静止，液压动态转动轴承16的下部以及接触区域也浸入液压动态转动轴承16的润滑剂中。在图3中，这种情况以图1的形式描述。
图3示意表示在转动轴10和液压动态转动轴承16的外部轴承套筒17静止时在箭头III方向上的图2的装置的液压动态转动轴承16的截面图。由此外部轴承套筒17的外表面18固定连接到转动轴10的环形突出部12的内部环形表面14上以及液压动态转动轴承16的内圈19以及支承结构11的环形突出部15相互固定连接。由于支承结构11的重量以及载荷力G，内圈19在接触区域20内接触套筒17，在液压动态转动轴承16静止时，接触区域20浸入液压动态转动轴承的润滑剂21中。以此方式，在液压动态转动轴承16的启动过程中，可减小液压动态转动轴承16中的磨损，其中大致水平配置的转动轴10支承静态重力载荷。
在图4和5中，表示了本发明在风力涡轮机中的应用。风力涡轮机30通常包括塔31、机舱32和具有轮毂33以及转子叶片34的风力涡轮机转子。直接驱动发电机35配置在机舱32内，并且连接到与轮毂33连接的转动轴36上。
在本发明的当前实施例的情况下，发电机转子37经由多个轮辐38固定连接在转动轴36上。发电机定子39围绕发电机转子37配置。支承结构40承载发电机定子39。
具有中心轴线A的转动轴36包括第一环形突出部41和第二环形突出部42。在第一环形突出部41内安装第一液压动态转动轴承43，并且在第二环形突出部42内安装第二液压动态转动轴承44。第一液压动态转动轴承43的未详细示出的套筒连接在第一环形突出部41的环形表面45上，并且第二液压动态转动轴承44的未详细示出的套筒连接在第二环形突出部42的内部环形表面46上。
支承结构40的支承环47安装在第一液压动态转动轴承43内，并且支承结构40的支承环47固定连接在第一液压动态转动轴承43的未详细示出的内圈上。支承环47连接到在第一端处支承发电机定子39的支承结构40的一种盘48上。在第二液压动态转动轴承44内安装支承结构40的实心圆柱体49，并且分别支承结构40的实心圆柱体49连接到第二液压动态转动轴承44的未详细示出的内圈上。圆柱体49连接到在第二端处支承发电机定子39的支承结构40的另一种盘50上。
包括发电机定子39的定子配置和支承结构40在支承环47和实心圆柱体49上的载荷力向下指向，使得每个液压动态转动轴承43、44的每个接触区域位于各自液压动态转动轴承43、44内的下部，并且因此一直浸入各自液压动态转动轴承43、44内的润滑剂内。
在传统的转动轴-支承结构-液压动态转动轴承-配置中，载荷力通常以大致水平的配置经由其外部套筒的上部传递到液压动态转动轴承。按照本发明，载荷力经由液压动态转动轴承的内表面的下部传递，由此减小磨损。

Claims (9)

1.一种装置，包括支承结构(11、40)和具有中心轴线(A)的转动轴(10、36)，转动轴(10、36)和支承结构(11、40)通过至少一个液压动态转动轴承(16、43、44)相互贴靠枢转支承，液压动态转动轴承(16、43、44)包括相对枢转的第一轴承部分(17)和第二轴承部分(19)、润滑剂(21)以及至少在液压动态转动轴承(16、43、44)静止时第一轴承部分(17)和第二轴承部分(19)之间的接触区域(20)，其中转动轴(10、36)和支承结构(11、40)以如下方式成形，并且液压动态转动轴承(16、43、44)以如下方式配置在转动轴(10、36)和支承结构(11、40)上，使得液压动态转动轴承(16、43、44)的接触区域(20)即使在液压动态转动轴承(16、43、44)静止时也浸入润滑剂(21)内，
其中，支承结构(11、40)包括第一环形突出部(15、47)，其中支承结构(11、40)的第一环形突出部(15、47)连接到所述至少一个液压动态转动轴承(16、43、44)中的第一液压动态转动轴承(16、43)的第二轴承部分(19)上。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，第一轴承部分是外部轴承套筒(17)，并且第二轴承部分是液压动态转动轴承(16、43、44)的内圈(19)。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，转动轴(10、36)包括相对于转动轴(10、36)的中心轴线(A)具有外部环形表面(13)和内部环形表面(14、45)的第一环形突出部(12、41)，其中第一液压动态转动轴承(16、43)的第一轴承部分(19)配置在转动轴(10、36)的第一环形突出部(12、41)的内部环形表面(14、45)上。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，转动轴(10、36)包括相对于转动轴(10、36)的中心轴线(A)具有外部环形表面和内部环形表面(46)的第二环形突出部(42)，其中所述至少一个液压动态转动轴承(16、43、44)中的第二液压动态转动轴承(44)的第一轴承部分配置在转动轴(10、36)的第二环形突出部(42)的内部环形表面(46)上。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，支承结构(40)包括圆柱体(49)或第二环形突出部，其中支承结构(40)的圆柱体(49)或第二环形突出部连接到第二液压动态转动轴承(42)的第二轴承部分上。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，转动轴(36)承载发电机(35)的转子配置(37、38)。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，支承结构(40)是发电机(35)的转子配置(39、40)的支承结构。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，发电机是设置用于风力涡轮机(30)的直接驱动发电机(15)。
9.包括如权利要求1-8任一项所述的装置的风力涡轮机。
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