CN109519343B

CN109519343B - 用于风力涡轮机的流体膜轴承

Info

Publication number: CN109519343B
Application number: CN201811100192.8A
Authority: CN
Inventors: N.K.弗里登达尔; T.坎斯特鲁普; D.奥莱森; K.托姆森; M.索尔豪格
Original assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Priority date: 2017-09-20
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2021-01-15
Anticipated expiration: 2038-09-20
Also published as: EP3460271B1; US10837493B2; DK3460271T3; CN109519343A; EP3460271A1; ES2812210T3; US20190085829A1

Abstract

本发明涉及用于风力涡轮机的流体膜轴承。一种用于风力涡轮机的流体轴承（10），其包括：轴承壳体（11），多个轴承垫（15），其在所述轴承壳体（11）内侧且围绕所述流体轴承（10）的纵向轴线（Y）周向分布，多个支撑结构（20），每个支撑结构（20）均具有能拆卸地连接到在所述轴承壳体（11）中设置的相应的座部（18）的至少第一接口部（21）和能拆卸地连接到所述多个轴承垫（15）中的相应的轴承垫（15）的至少第二接口部（22），所述支撑结构（20）允许所述相应的轴承垫（15）相对于所述轴承壳体（11）的倾斜。

Description

用于风力涡轮机的流体膜轴承

技术领域

本发明涉及用于风力涡轮机的流体膜轴承。

背景技术

在上述技术领域中，也称为流体轴承的流体膜轴承用于支撑旋转轴。流体膜轴承通常包括围绕旋转轴的旋转轴线径向分布的多个轴承垫。支撑轴的流体膜在轴本身和轴承垫之间形成。对于每个轴承垫，在垫和轴承壳体之间插置支撑结构。

与诸如燃气和蒸汽涡轮机、水泥厂、舰船推进以及其他的流体膜轴承的经典应用相比，在风力涡轮机中的负载具有高的动态特性，即，作用在轴承上的负载具有很大的变化。这结合事实是因为由于在风力涡轮机中的重量和成本限制，轴承壳体必须更轻且因此与在之前所提及的应用中所看到的趋势相比相对更柔韧。

柔韧结构与动态负载的组合导致多种不同的挑战。尤其，通常在其他流体膜轴承应用中不是关键部件的垫支撑结构在风力涡轮机中出现了多种问题。在它们之间，存在轴承垫相对于旋转轴的正确对准的问题。另一个问题是在垫支撑结构和轴承壳体之间的微动磨损。微动磨损是一种类型的磨损,其在处于微小相对运动的表面之间的负载下出现。必须避免或者限制微动磨损，因为在风力涡轮机上不能替换轴承壳体。

在已知的流体膜轴承中的另一麻烦是，在过度磨损或者由于其他原因的情况下，垫支撑结构的替换通常不容易。

因此，可能仍然存在对于提供一种新的流体膜轴承的需要，该流体膜轴承相对于现有技术具有改善的特性，尤其是就所关心的轴承垫的对准和垫支撑结构的容易替换而言。此外，可期望相对于现有的流体膜轴承，减少微动磨损。

发明内容

该需要可以通过根据独立权利要求所述的主题满足。通过从属权利要求描述本发明的有利实施例。

根据本发明，提供用于风力涡轮机的流体轴承，其包括：

轴承壳体，

多个轴承垫，其在轴承壳体内侧且围绕流体轴承的纵向轴线周向分布，

多个支撑结构，每个支撑结构均具有能拆卸地连接到多个轴承垫的相应的轴承垫的至少第一接口部和能拆卸地连接到在轴承壳体中设置的相应的座部的至少第二接口部，

其中，支撑结构允许相应的轴承垫相对于轴承壳体的倾斜。

不同的支撑结构可以***置在轴承垫和轴承壳体之间，只要其允许相应的轴承垫相对于轴承壳体的倾斜。这确保了轴承垫的正确对准。能拆卸的第二接口部允许支撑结构的代替。有利地，支撑结构可以最终利用具有不同类型的第一接口部的另一个代替。

在本发明的实施例中，抗微动磨损的至少抗微动磨损层***置在第二接口部和相应的座部之间。

由于（多个）抗微动磨损层，防止在垫支撑件和轴承壳体之间的微动磨损。

尤其，通过包括复合材料，更具体地包括PTFE的复合材料的抗微动磨损层，能够有效地实现（多个）抗微动磨损层的抗微动磨损性能。

在本发明的实施例中，在支撑结构的基底表面上设置抗微动磨损层，所述基底表面相对于流体轴承的纵向轴线周向定向。

替代地或者额外于这种定位，在支撑结构的侧表面上设置抗微动磨损层，侧表面相对于流体轴承的纵向轴线径向定向。

尤其，（多个）抗微动磨损层可以被安装在支撑结构上的与壳体的相应的座部钢对钢接触的所有表面上。

这保护座部不受磨损。有利地，在涡轮机使用期限期间，这允许仅更换（多个）支撑结构，而不必更换整个轴承或轴承壳体。

在本发明的实施例中，支撑结构可以包括在相应的轴承垫和轴承壳体之间的倾斜接头。在其他实施例中，支撑结构可以包括在相应的轴承垫和轴承壳体之间的球状接头。

有利地，在涡轮机使用期限期间，这允许更换（多个）支撑结构，且同时，还选择另一种接头，例如从倾斜接头更换成球状接头或者第三种。这是可能的，因为通过在轴承壳体中的（多个）座部确定的（多个）壳体接口部在所有情形中都一样，且因为本发明防止其磨损。当在风力涡轮机中使用流体膜轴承时，许多设计不确定性存在于支撑结构中。有利地，流体轴承能够利用新的特征（即，在垫和轴承壳体之间的接头的类型）在现场被简单且容易地重建和重新构造。

根据本发明的其他实施例，支撑结构包括硬化***件，其用于在相应的轴承垫和轴承壳体之间传递轴承负载。尤其，支撑结构可以包括至少部分地插置在相应的轴承垫和轴承壳体之间的硬化***件和至少部分地插置在相应的硬化***件和轴承壳体之间的接口块。有利地，这允许径向负载的分离和简单制造。

尤其，硬化***件允许更简单且更便宜的制造。在本发明的可能实施例中，硬化***件由柱形条构成，所述柱形条具有相对于流体轴承的纵向轴线径向设置的轴线。这种条是来自钢供应商的常见货物，而不需要特殊的锻造工具。

更有利地，来自垫的径向负载能够与接口块完全分离，这意味着，径向负载直接从垫通过硬化***件直接传递到轴承壳体。这意味着，就强度和疲劳而言，接口块的设计具有更低的规格。

可以在硬化***件上和/或在接口块上设置抗微动磨损层。这在与支撑结构钢对钢接触的所有表面上，保护座部不受磨损。

根据本发明的实施例，在硬化***件和接口块之间设置弹性体层。

有利地，这确保在硬化***件上总是存在负载，而且在负载方向改变的情形中，由此防止硬化***件的脆响和磨损。

上文中限定的方面以及本发明的更多方面从在下文中描述的实施例的示例显而易见且参考实施例的示例解释。将在下文中参考实施例的示例更详细地描述本发明，但是本发明不受限于实施例的示例。

附图说明

图1示出根据本发明的用于风力涡轮机的流体膜轴承的示意截面视图。

图2示出阐明用于风力涡轮机的流体膜轴承的部件的操作方面的略图。

图3示出用于图1的流体膜轴承的部件的第一实施例的示意截面视图。

图4示出用于图1的流体膜轴承的部件的第二实施例的示意截面视图。

图5示出图1的流体膜轴承的部件的等角透视图。

图6示出用于图1的流体膜轴承的部件的第三实施例的示意截面局部视图。

具体实施方式

在附图中的图示是示意的。应当注意到，在不同的附图中，类似或者相同的元件或者特征设有相同的附图标记。为了避免不必要的重复，在说明书中，已经关于一个实施例描述的元件或者特征不再进一步描述。

图1部分示出用于风力涡轮机（未整体呈现）的流体轴承10。流体轴承10包括定子部分10a和转子部分（没有示出，因为其不是本发明的具体对象），通常轴围绕流体轴承的纵向轴线Y相对于定子部分10a旋转。

在下文中，当没有不同地指出时，术语“纵向”、“径向”和“周向”参考流体轴承10的纵向轴线Y。

定子部分10a包括多个轴承垫15。在流体轴承10的操作中，快速移动的加压液体或者气体的薄层被建立在转子部分和轴承垫15之间。在移动的部分之间缺乏接触意味着，不存在滑动摩擦，从而相对于其他类型的轴承，降低磨损和振动。该薄的流体层如何建立不是本发明的具体对象，且因此不更详细地描述。

流体轴承10在定子部分10a中包括轴承壳体11，其具有围绕纵向轴线Y周向分布的中空形状。

轴承壳体11包括纵向延伸的内表面13。在轴承壳体11内侧设置多个轴承垫15，其从柱形内表面13朝纵向轴线Y径向突伸。轴承垫15围绕纵向轴线Y周向分布。该分布不是规律的，而是考虑到在轴承壳体11的下部部分上，由于重力，负载更大。因此，参考图1（其表示处于操作位置中的流体轴承10的竖直截面视图），在包括纵向轴线Y的水平平面上设置两个轴承垫15，在轴承壳体11的高于包括纵向轴线Y的水平平面的上部部分上设置四个轴承垫15，以及在轴承壳体11的低于包括纵向轴线Y的水平平面的下部部分上设置八个轴承垫15。

根据本发明的其他可能的实施例，可以实施不同数目和不同分布的多个轴承垫15。

对于每个轴承垫15，流体轴承10包括支撑结构20，其用于将相应的轴承垫15连接到轴承壳体11。

每个支撑结构20均包括能拆卸地连接到在轴承壳体11中设置的相应的座部18的第一接口部21。

座部18是在轴承壳体11的内表面13上设置的径向凹部，且具有平行六面体的形状，其具有在内表面13上的开口、与开口相对的平面基底以及将平面基底连接到开口的四个平面侧表面。

座部18的平面基底与流体轴承10的径向方向正交。座部18的四个平面侧表面与流体轴承10的周向方向正交，即，实际上几乎根据流体轴承10的径向方向定向。

因此，第一接口部21是平行六面体形状以用于匹配座部18的径向凹部。支撑结构20包括基底表面31，其在操作中，即，当支撑结构20被连接到轴承壳体11时，邻近于座部18的平面基底，即，与流体轴承10的径向方向正交。支撑结构20还包括四个侧表面32、33、34、35，其在操作中邻近于座部18的四个平面侧表面，即，与流体轴承10的周向方向正交。

抗微动磨损层30***置在第一接口部21和相应的座部18之间。抗微动磨损层30是包括PTFE的复合材料的层。

根据本发明的其他实施例，可以使用表现出抗微动磨损性能的任何其他材料。

在基底表面31和侧表面32、33、34、35中的一个或多个上设置抗微动磨损层30。

图5示出呈平行六面体块的形式包括基底表面31和侧表面32、33、34、35的第一接口部21的等角透视图。

优选地，如在图5的实施例中所示，在所有基底表面31和侧表面32、33、34、35上设置抗微动磨损层30。

在操作中，作用在垫上的动态负载结合轴承壳体11的柔韧性决定在支撑结构20和轴承壳体11之间的相对移动。如在图2中示意所示，当支撑结构20加载有径向力F时，其弯曲，因此引起在轴承壳体11和支撑结构20之间的相对移动M。

微动磨损层30的存在防止在第一接口部21和座部18之间发生磨损。

如在图5中所示，第一接口部21与微动磨损层30一起提供标准接口部，其为支撑结构20的不同实施例所共享，这意味着独立于设置在支撑结构20中且能拆卸地连接到相应的轴承垫15的第二接口部22，支撑结构20的不同实施例能够联接到座部18。第二接口部22在支撑结构20中设置成与第一接口部21径向相对。

参考图3，示出第一接口部21的第一实施例。这种接口部包括在相应的轴承垫15和轴承壳体11之间的倾斜接头41。更具体地，在相应的轴承垫15和包括第一接口部21的平行六面体块之间设置倾斜接头41。

倾斜接头41允许相应的轴承垫15围绕相对于纵向轴线Y平行定向的倾斜轴线的倾斜。

参考图4，示出第一接口部21的第二实施例。这种接口部包括在相应的轴承垫15和轴承壳体11之间的球状接头（也称为球窝接头）42。更具体地，在相应的轴承垫15和包括第一接口部21的平行六面体块之间设置球状接头42。

球状接头42具有径向对称的轴线Z，即，相对于流体轴承10的纵向轴线Y正交定向的轴线。

倾斜接头41和球状接头42是常规部件，其不是本发明的特定部分，且因此不再更详细地描述。本发明，通过提供为支撑结构20的不同实施例所共享且具有抗微动磨损性能的标准接口部，允许更换在同一流体轴承10中的支撑结构20，尤其是通过用具有球状接头42的支撑结构20更换具有倾斜接头41的支撑结构20，或者反之亦然。

参考图6，示出包括倾斜接头41的支撑结构20的替代实施例。尤其，示出对于具有呈单个平行六面体块的形式的第一接口部21的支撑结构20（图5）的替代方式。在图6的实施例中，支撑结构20包括硬化***件25，其用于在相应的轴承垫15和轴承壳体11之间传递轴承负载。硬化***件25由柱形条构成，柱形条具有相对于流体轴承10的纵向轴线Y径向设置的轴线Z。硬化***件25***置在相应的轴承垫15和轴承壳体11之间，且包括基底表面31，在其上设置抗微动磨损层30。来自相应的轴承垫15的径向负载被直接从轴承垫15通过硬化***件25直接传递到轴承壳体11。在这种实施例中，支撑结构20还包括插置在相应的硬化***件25和轴承壳体11之间的接口块26，且包括在其上设置相应的抗微动磨损层30的侧表面32、33、34、35。

可选地在硬化***件25和接口块26之间设置弹性体层40，用于确保在硬化***件25上总是存在负载，同样在沿径向负载方向改变的情形中。

根据本发明的其他实施例，可以使用任何其他类型的弹性元件，用于确保在硬化***件25上总是存在负载。

应当注意到，术语“包括”不排除其他元件或者步骤，且冠词“一个”或者“一种”的使用不排除复数个。而且，可以组合关于不同实施例描述的元件。还应当注意到，在权利要求中的附图标记不应当被解释为限制权利要求的范围。

Claims

1.一种用于风力涡轮机的流体轴承（10），其包括：

轴承壳体（11），

多个轴承垫（15），其在所述轴承壳体（11）内侧且围绕所述流体轴承（10）的纵向轴线（Y）周向分布，

多个支撑结构（20），每个支撑结构（20）均具有能拆卸地连接到在所述轴承壳体（11）中设置的相应的座部（18）的至少第一接口部（21）和能拆卸地连接到所述多个轴承垫（15）中的相应的轴承垫（15）的至少第二接口部（22），

其中，所述支撑结构（20）允许所述相应的轴承垫（15）相对于所述轴承壳体（11）的倾斜，

其中，抗微动磨损层（30）设置在所述支撑结构（20）的侧表面（32, 33, 34, 35）上，所述侧表面（32, 33, 34, 35）与所述流体轴承（10）的周向方向正交。

2.根据权利要求1所述的流体轴承（10），其中，至少抗微动磨损层（30）***置在所述第一接口部（21）和所述相应的座部（18）之间。

3.根据权利要求1或2所述的流体轴承（10），其中，抗微动磨损层（30）设置在所述支撑结构（20）的基底表面（31）上，所述基底表面（31）与所述流体轴承（10）的径向方向基本上正交。

4.根据权利要求3所述的流体轴承（10），其中，多个抗微动磨损层（30）设置在所述支撑结构（20）的基底表面（31）和侧表面（32, 33, 34, 35）上。

5.根据权利要求1或2所述的流体轴承（10），其中，所述支撑结构（20）包括在所述相应的轴承垫（15）和所述轴承壳体（11）之间的倾斜接头（41）。

6.根据权利要求5所述的流体轴承（10），其中，所述倾斜接头具有相对于所述流体轴承（10）的所述纵向轴线（Y）平行定向的倾斜轴线。

7.根据权利要求1或2所述的流体轴承（10），其中，所述支撑结构（20）包括在所述相应的轴承垫（15）和所述轴承壳体（11）之间的球状接头（42）。

8.根据权利要求7所述的流体轴承（10），其中，所述球状接头具有对称轴线（Z），其相对于所述流体轴承（10）的所述纵向轴线（Y）正交定向。

9.根据权利要求1或2所述的流体轴承（10），其中，所述支撑结构（20）包括硬化***件（25），其用于在所述相应的轴承垫（15）和所述轴承壳体（11）之间传递轴承负载。

10.根据权利要求9所述的流体轴承（10），其中，所述支撑结构（20）包括至少部分地插置在所述相应的轴承垫（15）和所述轴承壳体（11）之间的硬化***件（25）和至少部分地插置在相应的硬化***件（25）和所述轴承壳体（11）之间的接口块（26）。

11.根据权利要求10所述的流体轴承（10），其中，至少抗微动磨损层（30）设置在所述硬化***件（25）上。

12.根据权利要求10所述的流体轴承（10），其中，至少抗微动磨损层（30）设置在所述接口块（26）上。

13.根据前述权利要求10至12中的任一项所述的流体轴承（10），其中，弹性元件（40）设置在所述硬化***件（25）和所述接口块（26）之间。

14.根据权利要求1或2所述的流体轴承（10），其中，抗微动磨损层（30）包括复合材料。

15.根据权利要求14所述的流体轴承（10），其中，至少抗微动磨损层（30）包括PTFE。