CN103502664A - 轴向-径向滚动轴承、特别用于将转子叶片支承在风力发电机上 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轴向-径向滚动轴承，特别用于将转子叶片（2）支承在风力发电机（1）上，该轴向-径向滚动轴承包含：一个第一轴承环（7）和一个第二轴承环（8），这两个轴承环形成一个内环和一个外环；以及处于第一轴承环和第二轴承环（7，8）之间的一个径向滚动轴承列（4）和多个轴向滚动轴承列。根据本发明设置至少四个轴向滚动轴承列（5a，5b，5c，5d），这些轴向滚动轴承列沿轴向方向（x）彼此隔开间距地设置，并且径向滚动轴承列（4）沿轴向方向（x）设置在第二轴向滚动轴承列（5b）和第三轴向滚动轴承列（5c）之间。

Description

轴向-径向滚动轴承、特别用于将转子叶片支承在风力发电机上

技术领域

本发明涉及一种轴向-径向滚动轴承，特别用于将转子叶片支承在风力发电机上，其包含：一个第一轴承环和一个第二轴承环，第一轴承环和第二轴承环形成一个内环和一个外环；以及处于第一轴承环和第二轴承环之间的一个径向滚动轴承列以及多个轴向滚动轴承列。

背景技术

已知的风力发电机依其常规结构都具有一个塔架，塔架的上端上安置了一个处于一发电机外壳中的发电机。在发电机上直接地或者经过一个传动装置连接着转子，该转子典型地承载着三个转子叶片。为了使转子叶片的位置适合于不同的风速，这些叶片都可以围绕一个转子叶片纵轴线可旋转地连接到该转子上。为此采用一种轴向-径向大滚动轴承，这些大滚动轴承实际中相应地亦称之为叶片调整轴承。这些轴承及配属的一个调节装置的作用就是使所配属的转子叶片的定位角适合于相关风速或该风力发电机的运行状态。为此，在实际中往往采用双列式四点球轴承，如在DE20 2006 008 288和WO2009/147 865A1中所介绍的。双列式四点球轴承还可以成本比较合算地制造，需要的构造空间小，并可传递高的力矩负荷。

在已知的风力发电机上，通常只有在风速有很大变化时，才调整叶片的定位角，而现在力求比原先更频繁地、特别是与转子转速同步地调整转子叶片的定位角，从而针对叶片调整轴承造成比较起来大得多的持续负荷。因此需要这样的轴向-径向滚动轴承，这些滚动轴承的构造空间尽可能较小，而承载能力高、使用寿命长。依此需要考虑的是：在风力负荷条件下，由于转子叶片的长度很大，所以有很大的倾斜力矩作用于叶片调节轴承，这些倾斜力矩以特别的程度加载于用于轴向支撑的滚动体。

具有开头述及的特征的轴向-径向滚动轴承公开在专利文件WO2007/003866A1（图10）、DE20 2005 026 141A1及DE10 2008 009 740A1中，在那里介绍的轴向-径向滚动轴承是设计成三列式的，配有两个沿轴向彼此保持一定距离的轴向滚动轴承列，及一个安置在它们之间的径向滚动轴承列。为了能够承受在采用作为叶片调节轴承情况下所产生的巨大倾斜力矩，轴向滚动轴承列的滚动体必须具有足够大的尺寸。

发明内容

面对上述背景技术，本发明的任务在于：能够在极佳的构造空间利用的情况下，获得最大承载能力。

从具有开头所述的特征的一种轴向-径向滚动轴承出发，本发明的上述任务是通过以下措施加以解决的：设置至少四个轴向滚动轴承列，这些轴向滚动轴承列沿轴向方向彼此隔开地布置，并且径向滚动轴承列则沿轴向安置在第二和第三轴向滚动轴承列之间。因此，本发明涉及的是这样一种轴向-径向滚动轴承，其至少和优选正好按五列式设计的。虽然与已知的叶片调节轴承的具体实施方式相比存在附加的轴向滚动轴承列，但这样可达到更好的构造空间利用，这是因为通过分布到总共四个轴向滚动轴承列上的支撑便可缩小滚动体之故。

即使优选采用具有正好五个滚动轴承列的设计结构，但本发明仍包含这样一些设计结构，根据这些设计结构，在所介绍的配有四个轴向滚动轴承列和一个径向滚动轴承列的结构上，沿轴向观察，在一侧或者优选在两侧上连接附加的轴承列。所介绍的五列式结构于是形成这种滚动轴承的一个局部。可以设置其它的滚动轴承列，借以进一步提高承载力，从根据本发明配置的径向滚动轴承列出发优选选择一种对称结构。

本发明提出的轴向-径向滚动轴承特别适用于将转子叶片支承在风力发电机上。特别是在通常的设置用于这样一种叶片调节轴承的构造空间的条件下，可以提高承载能力及使用寿命。因此不需要从已知的结构出发来全新地设计叶片调节轴承的范围，本发明提出的轴承也可以在维修时作为对相同结构尺寸的双列式四点轴承的代替品后续配备。

通常设置滚子作为用于径向滚动轴承列和四个轴向滚动轴承列的滚动体。滚子的其它设计结构是不受局限的，所以滚子既可具有一种精确圆柱形的表面，也可具有一种花纹形的表面，借以在一定程度上提高针对倾斜的允许误差。在各个轴承列上，滚动体可以安置在保持架内或保持架扇形体中，或者也可通过中间件将之彼此分离开。除了相应的塑料制元件之外，也可以采用敞开的或闭合的钢制保持架，还可选用分段的钢制保持架，其都可配以塑料涂层。

对于全部轴向滚动轴承列而言，可以设定一种相似的或者基本上相同的设计结构。特别是轴向滚动轴承列可以按相等的半径加以安置和/或具有相同的滚动体。为了达到均匀的力分配的目的，第一轴向滚动轴承列和第二轴向滚动轴承列之间的距离也可以等于第三轴向滚动轴承列和第四轴向滚动轴承列之间的距离。以此亦即达到下述目的：第一轴向滚动轴承列和第三轴向滚动轴承列之间的距离等于第二轴向滚动轴承列和第四轴向滚动轴承列之间的距离，它们在受载的情况下分别成对地配合作用。根据本发明的一个特别优选的设计结构，沿轴向相继布置的轴向滚动轴承列具有一个基本上相等的间距。此外，径向滚动轴承列也可以沿轴向居中地或大致居中地安置在第二轴向滚动轴承列和第三轴向滚动轴承列之间。在此就轴承列的布置而言，从一个延伸通过径向滚动轴承列的平面出发存在一种尽可能的对称。但通常由于下述原因全部轴承也可能产生某种程度的不对称：轴承沿轴向方向在一侧以一个轴承环突出，在另一侧以另一个轴承环突出，借以在两侧可分别在相互支撑的部分上实现端面连接。

本发明的另一个优选的设计结构涉及轴承环的结构，第一轴承环在第二和第三轴向滚动轴承列之间分成为两个部分，并且第二轴承环在第一和第二轴向滚动轴承列以及在第三和第四轴向滚动轴承列之间总共分成为三个部分。这两个轴承环的这种分部的设计结构可实现成本特别合算的和简单的制造，据此还可便利地将滚动体安置在轴承环之间即轴承环部分之间。从原则上说，分为两部分的第一轴承环可设定为内环或外环；与此相应，分为三部分的第二轴承环则形成外环或内环。在采用轴承环的这样一种分部的设计结构时，在制造过程中还可良好地接近各个轴承列的滚动面，从而可进行精确加工。特别是在采用轴承环的分部设计结构情况下，还可达到特别高的制造精密度。最后还有这样的可能性，就是通过轴承环部分彼此的夹紧还可调整各个轴向滚动轴承列上的预紧。

根据本发明的一个优选的设计结构设定：轴向滚动轴承列以不同的预紧安置在轴承环之间。预紧的概念在本发明的范围内指的是在未加载状态时作用于滚动体上的力。这个力在未加载状态下可以从零开始（当存在一个微小的余隙或者刚好存在一种没有力的接触的时候）直到轴承列的一个巨大而永久的力加载，但这个力加载总是低于一个预定的最大加载。上述预紧可以通过轴承列的几何构形即通过滚动体的尺寸及配置的在轴承环中形成的轴承轨道的尺寸加以调节，其中要考虑到轴承部分的弹性。如若轴承环按上述优选的设计结构都是由多个轴承环部分所形成的，则该预紧可以在考虑到弹性的情况下也可通过固定螺栓的拧紧力矩加以调节，利用所述固定螺栓将分别形成一个轴承环的轴承环部分连接起来。

通过对各单个轴向滚动轴承列上的预紧的调节，例如便可达到下述目的：第二和第三轴向滚动轴承列与第一和第四轴向滚动轴承列相比具有较大的预紧。上述优选设计的认识基础在于：作用于轴向-径向滚动轴承的力矩可促成内环相对于外环倾斜，在一定的倾斜角条件下绝对偏移由于在居外的轴向滚动轴承列上即在第一和第四轴向滚动轴承列上的有效的杠杆作用之故是比较大的，所以这些轴向滚动轴承列在全部轴向滚动轴承列的均匀预紧条件下经受较高的损害风险。但是，通过第二和第三轴向滚动轴承列的较大预紧，便可达到下述目的：在倾斜过程中，第一和第四轴向滚动轴承列的最大加载会较晚才能达到。特别是通过第二和第三轴向滚动轴承列的较大预紧可以达到下述目的：在倾斜力矩的作用过程中，在大致相等的倾斜角条件下，可达到在全部轴向滚动轴承列上的最大允许加载，从而总体上使总承载负荷最大化。

本发明另一方面涉及轴向-径向滚动轴承的固定，在其中至少一个轴承环上设置用于固定机构的通孔。在固定机构如螺栓的情况下存在的问题是：在拧紧过程中会产生附加的力，这些附加的力会通过轴承环的材料的弹性而改变轴承列的几何构形。为了减小这种影响，可做如下设定，即在这些通孔上从配属的轴承环的一个端面出发设置凹穴、特别是盲孔，借以将相关配属的固定机构、通常为螺栓的力支撑点沿轴向方向转移到配属的轴承环中。

本发明的内容也涉及一种风力发电机，其包含一个转子以及多个分别围绕一个转子纵轴线可旋转的转子叶片，这些转子叶片是利用前述的轴向-径向滚动轴承而连接到转子上的。

附图说明

下面将参照表示唯一的一个实施例的附图对本发明作详细说明。附图表示：

图1本发明提出的一种轴向-径向滚动轴承，该轴承作为叶片调节轴承将风力发电机的转子叶片与转子连接起来；

图2图1中所示轴承的局部详图；

图3一种风力发电机。

具体实施方式

图1表示处于安装好的状态中的一个轴向-径向滚动轴承，利用该轴承在一个风力发电机1上将转子叶片2可旋转地固定在转子3上。为了简洁明了起见，调节机构、即用来使转子叶片2可围绕其转子叶片纵轴线旋转的调节机构未被示出。

在图2中以一个局部详图绘示的轴向-径向滚动轴承是按五列式设计的，其具有一个径向滚动轴承列4及四个轴向滚动轴承列5a、5b、5c、5d。径向滚动轴承列4和轴向滚动轴承列5a、5b、5c、5d都是利用其作为滚子6、6′设计的滚动体被安置在作为外环的第一轴承环7和作为内环的第二轴承环8之间。第一轴承环7是在第二轴向滚动轴承列5b和第三轴向滚动轴承列5c之间而被分成为两部分的，两个部分9a、9b的分离是在用于径向滚动轴承列4的滚动面的外部实现的，借以不至于在该处损害滚动性能。第二轴承环8被分成为三部分9c、9d、9e，这种分离是在第一轴向滚动轴承列5a和第二轴向滚动轴承列5b之间以及在第三轴向滚动轴承列5c和第四轴向滚动轴承列5d之间实现的。这些轴向滚动轴承列5a、5b、5c、5d是以相等的半径r以及沿轴向x以相等的间距Δx加以布置的，并且还具有相同的滚动体。这样便获得一种特别均匀的、沿轴向x分配到所有四个轴向滚动辆承列5a、5b、5c和5d上的支撑。基于通常在支承转子叶片时起作用的力，对径向支撑只要一个径向滚动轴承列4就足够了。

由于轴向力均匀分配到四个轴向滚动轴承列5a、5b、5c、5d上，所以可设置比较小的滚子6，从而总的说来可在小的构造空间条件下达到很高的承载力。

为了进一步提高承载力，根据本发明的一个优选的设计结构设定：第二轴向滚动轴承列5b和第三轴向滚动轴承5c比起第一轴向滚动轴承列5a和第四轴向滚动轴承列5d具有较大的预紧。在对转子叶片2的支承过程中，即由于转子叶片2很长和风负荷之故，可能会产生很大的倾斜力矩，这些倾斜力矩会使第一轴承环7相对于第二轴承环8发生倾斜。由于有效的杠杆作用之故，于是在第一轴向滚动轴承列5a和第四轴向滚动轴承列5d上的绝对偏移大于在居中的轴向滚动轴承列5b、5c上的。原则上如果在所有轴向滚动轴承列5a、5b、5c、5d具有相等的预紧，则在居外的轴向滚动轴承列5a、5d上会有较大的过负荷危险。但通过对预紧的改变便可达到下述目的：在一个大致相同的倾斜角的情况下，在所有四个轴向滚动轴承列5a、5b、5c、5d上出现一个预定的最大负载，从而总体上保证一个总的最大化承载力。

针对在风力发电机上的使用必须考虑到的是：轴承的事后维护和更换是非常费事的，因此应尽可能避免。

参照图1，第二轴承环8利用螺栓10连接到转子叶片2上；第一轴承环7利用螺栓10′连接到转子3上。为了避免在第二轴承环8上，螺栓10的拧紧导致第一轴向滚动轴承列5a的几何构形改变，从第二轴承环8的一个端面11出发设置一个具有盲孔形状的凹穴12，借以将螺栓10的头部的力支撑点沿轴向x转移到第二轴承环8上。

图3示例性地表示一种风力发电机1，其中在一个转子3上安装了三个可调节的转子叶片2。

Claims (10)

1.一种轴向-径向滚动轴承，特别用于将转子叶片（2）支承在风力发电机（1）上，该轴向-径向滚动轴承包含：一个第一轴承环（7）和一个第二轴承环（8），该第一轴承环和第二轴承环形成一个内环和一个外环；以及处于第一轴承环和第二轴承环（7，8）之间的一个具有滚子（6′）作为滚动体的径向滚动轴承列（4）和多个轴向滚动轴承列，其特征在于：

设置至少四个具有滚子（6）作为滚动体的轴向滚动轴承列（5a，5b，5c，5d），这些轴向滚动轴承列沿轴向方向（x）彼此隔开间距地设置，并且径向滚动轴承列（4）沿轴向方向（x）设置在第二和第三轴向滚动轴承列（5b、5c）之间。

2.按权利要求1所述的轴向-径向滚动轴承，其特征在于：

该轴向-径向滚动轴承以四个轴向滚动轴承列（5a、5b、5c、5d）和所述径向滚动轴承列（4）设计成正好五列的。

3.按权利要求1或2所述的轴向-径向滚动轴承，其特征在于：

第一轴承环（7）在第二轴向滚动轴承列（5b）和第三轴向滚动轴承列（5c）之间被分成为两个轴承环部分（9a，9b），并且第二轴承环（8）在第一和第二轴向滚动轴承列（5a，5b）之间以及在第三和第四轴向滚动轴承例（5c，5d）之间被分成总共三个部分（9c，9d，9e）。

4.按权利要求1至3中任一项所述的轴向-径向滚动轴承，其特征在于：

轴向滚动轴承列（5a，5b，5c，5d）以不同的预紧设置在各轴承环（7，8）之间。

5.按权利要求4所述的轴向-径向滚动轴承，其特征在于：

第二和第三轴向滚动轴承列（5b，5c）与第一和第四轴向滚动轴承列（5a，5d）相比具有较大的预紧。

6.按权利要求1至5中任一项所述的轴向-径向滚动轴承，其特征在于：

全部的轴向滚动轴承列（5a，5b，5c，5d）以相等的半径布置，并且具有相同的滚动体。

7.按权利要求1至6中任一项所述的轴向-径向滚动轴承，其特征在于：

在第一和第三轴向滚动轴承列（5a，5c）之间的距离等于在第二和第四轴向滚动轴承列（5b，5d）之间的距离。

8.按照权利要求7所述的轴向-径向滚动轴承，其特征在于：

沿轴向方向（x）依次相继的轴向滚动轴承列（5a，5b，5c，5d）相互之间具有基本上相同的距离（Δx）。

9.按权利要求1至8中任一项所述的轴向-径向滚动轴承，其特征在于：

至少在其中一个轴承环（8）上设置用于固定机构的通孔，在这些通孔上从所配属的轴承环（8）的一个端面（11）出发设置凹穴（12）、特别是盲孔，以便将有关配属的固定机构的力支撑点在轴向方向（x）上转移到所配属的轴承环（8）中。

10.一种风力发电机（1），其包含一个转子（3）以及多个分别围绕一个转子叶片纵轴线可旋转的转子叶片（2），其特征在于：

这些转子叶片（2）分别利用一个按权利要求1至10中任一项所述的轴向-径向滚动轴承连接到转子（3）上。

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