CN109139718A - 一种低风速大型双馈半直驱主轴承机构 - Google Patents

一种低风速大型双馈半直驱主轴承机构 Download PDF

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刘桂然
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文耀光
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Abstract

本发明公开了一种低风速大型双馈半直驱主轴承机构，包括浮动轴承和止推轴承，止推轴承采用推力调心滚子轴承。浮动轴承和止推轴承共用一个轴承座，轴承座的内侧设有止口圈，浮动轴承和止推轴承分别设置在止口圈两侧，止口圈与主轴外侧留有空隙，浮动轴承和止推轴承的内圈均与主轴过盈配合，其外圈均与轴承座内侧间隙配合，且浮动轴承与轴承座之间的间隙小于止推轴承与轴承座之间的间隙。本发明通过采用推力调心滚子轴承作为止推轴承，既能承受叶轮传递的所有轴向载荷；又能克服主轴容易变形的问题。还通过采用轴承组合结构，保证两个轴承同轴，且保证两个轴承内部腔体相通，便于维护，提高了主轴承和风电机组的可靠性，延长了主轴承机构的寿命。

Description

一种低风速大型双馈半直驱主轴承机构
技术领域
本发明涉及风电机组主轴承技术领域，特别是涉及一种低风速大型双馈半直驱主轴承机构。
背景技术
主轴轴承是风电机组的核心部件之一，运行工况特殊，应用环境恶劣，一旦发生失效，将造成高额的部件成本和更换费用，同时影响发电量。
现有风电机组主轴承一般采用双列球面滚子轴承，主要原因在于该类轴承具有以下优势：1)径向承载能力强；2)可补偿两轴承座装配误差和主轴挠曲变形，而不增加轴承负担；3)可补偿主轴承工作过程中的热膨胀；4)装配、拆卸简单；5)轴承布置成本低；6)多年成熟应用经验。并且现有主流的风电整机设计商一般采用以下两种结构：
(1)“双列球面滚子轴承3+齿轮箱扭力臂4”的三点支撑结构，如附图1所示。该三点支撑结构中，只有一个主轴承3在承担叶轮侧轴向载荷Fa的同时承担径向载荷Fr，该类轴承3具有很大的径向承载能力，但轴向承载能力较差。当轴向载荷Fa较大时，经常出现主轴承3单列受载的情况，单列受载会造成轴承出现早期磨损失效，实际使用寿命不能满足设计要求。
(2)“双列球面滚子轴承3+双列球面滚子轴承3’”的两点支撑结构，如附图2所示。该两点支撑结构中，叶轮侧的球面滚子轴承3为浮动轴承，主要承担叶轮侧径向载荷，另一个双列球面滚子轴承3’为止推轴承，用来承担部分径向载荷的同时，还需要承担很大的轴向载荷，与三点支撑结构类似，止推轴承容易出现单列受载，进而导致早期失效。
基于上述分析可知，现有结构中主轴承轴向承载能力不足，并且对轴承轴向承载能力要求很高，又由于空间、价格限制轴向承载力不能单向放大，为解决上述问题，本申请提出了一种新的低风速大型双馈半直驱主轴承机构，使其既适用于大型双馈风电机组，也适用于大型半直驱机组，并能良好的承载叶轮侧的轴向载荷和径向载荷，提高主轴承和风电机组的可靠性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低风速大型双馈半直驱主轴承机构，使其能良好的承载叶轮侧的轴向载荷和径向载荷，提高主轴承和风电机组的可靠性，从而克服现有的风电机组主轴承机构的不足。
为解决上述技术问题，本发明提供一种低风速大型双馈半直驱主轴承机构，包括设置在主轴外侧的浮动轴承和止推轴承，所述止推轴承采用推力调心滚子轴承。
作为本发明的一种改进，所述浮动轴承采用双列球面滚子轴承、双列圆锥滚子轴承和双列圆柱滚子轴承中的任一种。
进一步改进，所述浮动轴承和止推轴承共用一个轴承座，所述轴承座的内侧设有止口圈，所述浮动轴承和止推轴承分别设置在所述止口圈的两侧，所述止口圈与所述主轴外侧留有空隙，
所述浮动轴承和止推轴承的内圈均与所述主轴过盈配合，所述浮动轴承和止推轴承的外圈均与所述轴承座内侧间隙配合，且所述浮动轴承与轴承座之间的间隙小于所述止推轴承与轴承座之间的间隙。
进一步改进，所述止推轴承设置在所述止口圈的叶轮侧，所述浮动轴承设置在所述止口圈的齿轮箱侧。
进一步改进，所述轴承座与风电机组的机架刚性连接。
进一步改进，所述轴承座的两侧均设置有密封机构，所述密封机构包括密封端盖、密封环和设置在所述密封端盖与密封环之间的密封圈，所述密封端盖通过螺栓固定在轴承座上，所述密封环与主轴过盈配合，所述密封圈嵌设在所述密封端盖与密封环接触面上的密封槽内。
进一步改进，所述密封圈采用夹布油封、V型密封和迷宫密封中的任一种。
进一步改进，所述止推轴承设置在所述止口圈的齿轮箱侧，所述浮动轴承设置在所述止口圈的叶轮侧。
进一步改进，所述浮动轴承和止推轴承分开设置，所述浮动轴承设置在靠近叶轮侧，所述止推轴承设置在靠近齿轮箱侧。
进一步改进，所述推力调心滚子轴承无轴向游隙。
采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
本发明通过采用推力调心滚子轴承作为止推轴承，既能利用其很强的轴向承载能力，用于承受叶轮传递的所有轴向载荷；又能利用其良好的调心性能，克服主轴容易变形的问题。
本发明采用特殊的一体式轴承组合结构，通过止推轴承和浮动轴承来分别承载叶轮侧的轴向载荷和径向载荷，提高了主轴承和风电机组的可靠性，延长了主轴承机构的寿命。
本发明通过共用一个轴承座，可以保证两个轴承的同轴，避免分离式轴承座安装和制造误差出现的两个主轴承不同轴的问题；同时两个轴承内部腔体相通，注脂时可通过一个注脂孔实现两个轴承的同时注脂操作，便于润滑油品采样和人工注脂操作。
本发明主轴承机构的结构布置紧凑，降低了生产成本，提升了机组的可靠性，保障了发电量。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是现有风电机组中具有三点支撑结构的主轴承机构示意图。
图2是现有风电机组中具有两点支撑结构的主轴承机构示意图。
图3是本发明浮动轴承和止推轴承为一体式结构的示意图。
图中，1、主轴，2、齿轮箱，3、双列球面滚子轴承，4、齿轮箱扭力臂，5、浮动轴承，6、止推轴承，7、轴承座，8、机架，9、密封端盖，10、密封圈，11、密封环，12、叶轮，13、止口圈，14、止口圈与主轴之间的空隙。
具体实施方式
参照附图3所示，本实施例风电机组主轴承机构，包括设置在主轴1外侧的浮动轴承5和止推轴承6。具体的，该浮动轴承5采用双列球面滚子轴承、双列圆锥滚子轴承或双列圆柱滚子轴承等任意一种现有轴承结构，主要用于承受叶轮12传递的径向载荷。该止推轴承6采用推力调心滚子轴承，其具有良好的调心性能，克服主轴1长度长、承受的载荷大容易变形的不足，且该推力调心滚子轴承为无轴向游隙，具有很强的轴向承载能力，能良好的承受叶轮12传递的所有轴向载荷。
本实施例中该浮动轴承5和止推轴承6共用一个轴承座7，该轴承座7与风电机组的机架8刚性连接，用于承担叶轮侧的轴向载荷和径向载荷。该轴承座7的内侧设有止口圈13，该止口圈13与该主轴1外侧留有空隙14。该浮动轴承5和止推轴承6分别设置在该止口圈13的两侧。本实施例中该止推轴承6设置在该止口圈13的叶轮侧，则该止口圈13可用于承受叶轮12传递到止推轴承6的轴向载荷；该浮动轴承5设置在该止口圈13的齿轮箱2侧。该空隙14使浮动轴承5和止推轴承6的内部腔体相通，利于轴承的注脂操作。
具体的，该浮动轴承5和止推轴承6的内圈均与该主轴1过盈配合，该浮动轴承5和止推轴承6的外圈均与该轴承座7内侧间隙配合，且该浮动轴承5与轴承座7之间的间隙小于该止推轴承6与轴承座7之间的间隙，目的是保证径向载荷主要作用在浮动轴承5上。
该轴承座7的两侧均设置有密封机构，保证轴承内部润滑脂不发生泄漏。该密封机构包括密封端盖9、密封环11和设置在该密封端盖9与密封环11之间的密封圈10，该密封端盖9通过螺栓固定在轴承座7上，该密封环11与主轴1过盈配合，该密封圈10嵌设在该密封端盖9与密封环11接触面上的密封槽内。本实施例中该密封圈10采用夹布油封、V型密封或迷宫密封等中的任意一种密封结构，已达到良好的润滑脂密封。
上述风电机组主轴承机构的工作原理如下：
浮动轴承在只承受径向载荷，或者同时承受很小的轴向载荷(Fa/Fr≤1.5tanα)时，轴承载荷寿命L10计算公式为：
L10＝(Cr/Pr)10/3 (1)
其中：Pr＝XFr+YFa； (2)
Fr为径向载荷；Fa为轴向载荷；Cr为额定载荷；X和Y为计算系数；X＝1，Y＝0.45tanα为接触角(本方案中取11°)。
从式(1)(2)可以看到，轴向载荷Fa越大，当量载荷Pr越大，计算得到的轴承载荷寿命L10越小。本申请中轴向载荷Fa由止推轴承6承担，浮动轴承5基本只承受径向载荷，所以其与同时承受轴向载荷和径向载荷结构的单个球面滚子轴承结构相比，寿命更长。
当然，该止推轴承6和浮动轴承5的位置也可以相互更换，即止推轴承6设置在该止口圈13的齿轮箱侧，该浮动轴承5设置在该止口圈13的叶轮侧。
并且，该浮动轴承5和止推轴承6还可以分开设置，即分别与一个轴承座连接，分布于主轴1的两侧端，如浮动轴承5设置在靠近叶轮12的一端，该止推轴承6设置在靠近齿轮箱2的一端。
本发明主轴承机构不仅能用于低风速大型双馈风电机组，还能用于大型半直驱风电机组，具有结构紧凑、运行可靠，发电率高，成本低等优点。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种低风速大型双馈半直驱主轴承机构，其特征在于，包括设置在主轴外侧的浮动轴承和止推轴承，所述止推轴承采用推力调心滚子轴承。
2.根据权利要求1所述的低风速大型双馈半直驱主轴承机构，其特征在于，所述浮动轴承采用双列球面滚子轴承、双列圆锥滚子轴承和双列圆柱滚子轴承中的任一种。
3.根据权利要求2所述的低风速大型双馈半直驱主轴承机构，其特征在于，所述浮动轴承和止推轴承共用一个轴承座，所述轴承座的内侧设有止口圈，所述浮动轴承和止推轴承分别设置在所述止口圈的两侧，所述止口圈与所述主轴外侧留有空隙，
所述浮动轴承和止推轴承的内圈均与所述主轴过盈配合，所述浮动轴承和止推轴承的外圈均与所述轴承座内侧间隙配合，且所述浮动轴承与轴承座之间的间隙小于所述止推轴承与轴承座之间的间隙。
4.根据权利要求3所述的低风速大型双馈半直驱主轴承机构，其特征在于，所述止推轴承设置在所述止口圈的叶轮侧，所述浮动轴承设置在所述止口圈的齿轮箱侧。
5.根据权利要求4所述的低风速大型双馈半直驱主轴承机构，其特征在于，所述轴承座与风电机组的机架刚性连接。
6.根据权利要求4所述的低风速大型双馈半直驱主轴承机构，其特征在于，所述轴承座的两侧均设置有密封机构，所述密封机构包括密封端盖、密封环和设置在所述密封端盖与密封环之间的密封圈，所述密封端盖通过螺栓固定在轴承座上，所述密封环与主轴过盈配合，所述密封圈嵌设在所述密封端盖与密封环接触面上的密封槽内。
7.根据权利要求6所述的低风速大型双馈半直驱主轴承机构，其特征在于，所述密封圈采用夹布油封、V型密封和迷宫密封中的任一种。
8.根据权利要求3所述的低风速大型双馈半直驱主轴承机构，其特征在于，所述止推轴承设置在所述止口圈的齿轮箱侧，所述浮动轴承设置在所述止口圈的叶轮侧。
9.根据权利要求2所述的低风速大型双馈半直驱主轴承机构，其特征在于，所述浮动轴承和止推轴承分开设置，所述浮动轴承设置在靠近叶轮侧，所述止推轴承设置在靠近齿轮箱侧。
10.根据权利要求1所述的低风速大型双馈半直驱主轴承机构，其特征在于，所述推力调心滚子轴承无轴向游隙。
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