CN110799763B - 风能设备转动连接件和具有其的风能设备 - Google Patents

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Abstract

一种风能设备转动连接件(200)，所述风能设备转动连接件用于两个可围绕旋转轴线(R)相对于彼此转动的风能设备部件(102，110；103，105；106，114；108，106)，所述风能设备转动连接件具有组合式轴向‑径向支承件(1，21；1a，1b)，其中所述轴向‑径向支承件具有轴向支承组件(5，25)和单独的径向支承组件(7，27)。尤其提出，所述轴向支承组件(5，25)构成为滑动支承组件，所述滑动支承组件具有第一凸形拱曲的支承面(9，29)和相对应的第二凹形拱曲的支承面(11，31)。

Description

风能设备转动连接件和具有其的风能设备
技术领域
本发明涉及一种风能设备滑动转动连接件，所述风能设备滑动转动连接件用于两个可围绕旋转轴线相对于彼此转动的风能设备部件，所述风能设备滑动转动连接件具有组合式轴向-径向支承件，其中所述轴向-径向支承件具有轴向支承组件和单独的径向支承组件。
背景技术
上述类型的转动连接件是通常已知的。借助所述转动连接件，转子叶片例如支承在转子叶片毂上，从而能够确保转子叶片的变桨运动。此外，例如风能设备的转子叶片毂和/或发电机转子和/或风能设备的主轴借助于转动连接件进行支承，例如支承在风能设备的机器承载件上。此外，风能设备的机器承载件例如借助于称为方位角支承装置的转动连接件可转动运动地支承在风能设备的塔上。
所述转动连接件分别主要用于，吸收作用到可相互转动运动地支承的风能设备部件上的轴向力和径向力，以及在特定的应用情况下也用于吸收倾斜力矩。
在现有技术中，为了以高的运动速度可转动运动地支承设备部件，有时提出滑动支承装置，而在以长的使用寿命或较小的旋转速度进行、但是为此存在高负载的转动运动中，主要设有滚动支承装置。
在风能设备的设计中的一般性挑战越来越多地在于，在提供电能方面应实现尽可能高的效率的同时，要确保风能设备部件的疲劳强度。前者应根据可能性与风能设备的持续的重量优化和减少噪声排放相结合，这有时会带来目标冲突
德国专利商标局在关于本申请的优先权申请中检索到以下现有技术：DE 10 2012004 329 A1，DE 10 2015 217 510 A1，DE 10 2015 224 912 A1，EP 2 871 377 B1和WO2008/152083 A1。
发明内容
因此，本发明所基于的目的是，提出一种风能设备转动连接件，所述风能设备转动连接件尽可能克服上述缺点，并且在此尽可能解决存在的目标冲突。尤其，本发明所基于的目的是，提出一种具有替选的支承设计方案的风能设备转动连接件。此外，本发明所基于的目的尤其在于，提出一种风能设备转动连接件，上述风能设备转动连接件有助于减少噪声排放，并且优选在不降低耐磨性的情况下确保减小转动阻力。
本发明在开始所述类型的风能设备转动连接件中实现其所基于的目的，其方式为：轴向支承组件构成为滑动支承组件，所述滑动支承组件具有第一凸形拱曲的支承面和相对应的第二凹形拱曲的支承面。
本发明利用如下知识：这种轴向支承组件，也称为球面支承装置，能够吸收与结构尺寸相比非常高的轴向力，并且仍具有对于所作用的力的方向的高的角度公差。
由于轴向的支承组件构成为滑动支承组件，在任何情况下在这方面都消除了在现有技术中在滚动体中不可避免地产生的滚动噪声，这整体上有助于减少噪声排放。
因此有利地改进了本发明：轴向支承组件的两个支承面中的至少一个支承面部分地或完全地由纤维复合材料构成。特别优选的是，轴向支承组件的两个支承面之一部分地或完全地由纤维复合材料构成，并且轴向支承组件的两个支承面中的另一支承面部分地或完全地由金属材料构成。由金属材料和纤维复合材料构成的材料配对提供了极其有利的磨损特性，尤其是紧急运行特性。
在一个优选的实施形式中，轴向的支承组件、径向的支承组件或这两个支承组件(轴向的支承组件和径向的支承组件)环状地构成。这显著增大关于装入转动连接件方面的灵活性，因为在旋转的中心处能够提供穿通部，或者安装在例如主轴上的可能性等。
在第一优选的替选方案中，径向的支承组件构成为滚动支承装置。
在第二优选的替选方案中，径向的支承组件同样构成为滑动支承装置，尤其选自下述支承件类型：柱形的滑动支承件，多面滑动支承件、尤其是椭圆形间隙支承件(Zitronenspiellager)，或分段式滑动支承件，优选具有倾斜区段的分段式滑动支承件。将椭圆形间隙支承件理解为具有外环的多面滑动支承件，其代替圆形横截面具有由两个或更多个弧形楔面组成的横截面，使得沿着滑动间隙环周产生具有不同的间隙宽度的区域。
在根据本发明的转动连接件的另一优选的设计方案中，组合式轴向-径向支承件是第一支承件，而转动连接件附加地具有第二支承件。
特别优选的是，第二支承件同样是具有轴向的和单独的纯径向的支承组件的组合式轴向-径向支承件，其中所述轴向支承组件构成为滑动支承组件，所述滑动支承组件具有第一凸形拱曲的支承面和相对应的第二凹形拱曲的支承面。
优选的是，在第二支承件中，轴向支承组件的两个支承面中的至少一个支承面部分地或完全地由纤维复合材料构成。更优选的是，在第二支承件中，轴向支承组件的两个支承面中的一个支承面部分地或完全地由纤维复合材料构成，而轴向支承组件的两个支承面中的另一个支承面部分地或完全地由金属材料构成。
更优选地，在第二支承件中，所述轴向支承组件环状地构成。更优选的是，在第二支承件中，径向支承组件环状地构成。更优选的是，在第二支承件中，径向支承组件构成为滚动支承装置。替选的是，优选在第二支承件中，径向支承组件构成为滑动支承装置，尤其选自下述支承件类型之一：柱形滑动支承件，椭圆形间隙支承件，分段式滑动支承件、优选具有倾斜区段的分段式滑动支承件。
在转动连接件的另一优选的实施形式中，第一和第二组合式轴向-径向支承件彼此直接邻接地并且与轴向支承组件彼此相邻地设置。替选的是，第一和第二组合式轴向-径向支承件优选彼此直接邻接地设置并且与径向支承组件彼此相邻地设置。
在另一优选的替选方案中，第一和第二组合式轴向-径向支承件彼此间隔开地设置。通过尤其是径向支承组件相互间的间隔显著增大了对转动连接件的倾斜力矩的吸收能力。两个组合式轴向-径向支承件的直接邻接的布置能够有利地用作为力矩支承装置。
特别优选地，如下改进具有直接彼此邻接地设置的组合式轴向-径向支承件的实施形式：转动连接件还具有第三支承件，所述第三支承件与第一和第二轴向-径向支承件的布置间隔开地设置，其中所述第三支承件优选是环状支承件。特别优选的是，第三支承件环状地构成，并且尤其构成为滑动支承装置。优选的是，所述滑动支承装置选自下述支承件类型之一：圆柱形滑动支承件，椭圆形间隙支承件，分段式滑动支承件，优选为具有倾斜区段的分段式滑动支承件。
该设计方案能够根据在风能设备上的固定-浮动支承的模型来使用。
在另一方面中，本发明涉及一种具有下述设备部件的风能设备：
多个转子叶片；转子叶片毂，转子叶片优选可转动运动地安装在转子叶片毂上；发电机，所述发电机具有发电机转子和发电机定子，其中所述发电机转子和转子叶片毂借助于主轴相互耦联，并且优选借助于传动装置的主轴相互耦联；机器承载件，发电机，尤其是发电机定子安装在所述机器承载件上；和塔，机器承载件设置在所述塔上。
本发明在上述类型的风能设备中实现了开始提出的目的，其方式为：根据上述优选的实施形式之一，借助于转动连接件可转动运动地支承一个、多个或全部的设备部件。特别优选的是，在风能设备中，所述转子叶片可转动运动地支承在转子叶片毂上。替选地或附加地，所述转子叶片毂和/或发电机转子和/或主轴支承在发电机定子上。替选地或附加地，所述转子叶片毂和/或发电机和/或主轴可转动运动地支承在机器承载件上。
替选地或附加地，所述机器承载件可转动运动地支承在塔上。关于风能设备及其转动连接件的优选的实施形式的优点，参考根据第一方面的上述优选的实施形式。
优选的是，用于将转子叶片毂和/或发电机和/或主轴支承在发电机定子或机器承载件上的转动连接件构成为液力的滑动转动连接件。因此，尤其也能够低磨损地或者甚至基本上没有磨损地实现更高的转速。
在另一优选的实施形式中，其中转动连接件构成为用于将转子叶片支承在转子叶片毂上和/或用于将机器承载件支承在风能设备的塔上，所述转动连接件优选构成为干式运行的滑动转动连接件。这种类型的支承装置的转速较低，并且使用寿命相对长，使得不需要热润滑或不期望任何优点。但是，在此，特别是上述由纤维复合材料和金属材料构成的优选的材料配对的紧急运行特性变得重要。
附图说明
下面参考附图根据优选的实施例详细描述本发明。在此示出：
图1示出风能设备的示意性空间视图；
图2a示出根据第一优选的实施例的图1中的风能设备的吊舱的示意性剖视图；
图2b示出根据第二优选的实施例的图1中的风能设备的吊舱的示意性剖视图；
图3a、b对于根据图2a或2b的风能设备示出根据本发明的转动连接件的两个优选的设计方案的示意性剖视图；
图4a-f对于根据图2a或2b的风能设备示出根据图3a、b的转动连接件的不同的优选的示意性支承件布置。
具体实施方式
图1示出具有塔102和吊舱104的风能设备100。在吊舱104上设置有转子106，所述转子具有三个转子叶片108和整流罩110。转子106在运行中通过风置于转动运动中，从而驱动吊舱104中的发电机101(图2)。
吊舱104在图2中以剖视图示出。吊舱104可转动地安装在塔102上，并且借助于方位角驱动器112以通常已知的方式驱动连接。在吊舱104中，同样以通常已知的方式设置有机器承载件110，所述机器承载件带有耳轴114。
所述发电机101具有发电机定子105，所述发电机定子借助于耳轴114固定在吊舱104中的机器承载件110上。没有被本发明排除的其它设计方案例如提出：将发电机定子105直接连接到机器承载件110或吊舱104的相应的构件上。
根据图2a的发电机101具有设计为外部旋转件的发电机转子103。转子叶片108借助根据本发明的转动连接件200可相对于毂106转动运动地支承。
毂106和发电机转子103借助于转动连接件200可相对于耳轴114转动运动地支承。
机器承载件110——和与其一起的吊舱104——借助于转动连接件200可相对于塔102转动运动地支承。
优选地，根据图3a、b或4a-f构成在图2中示出的转动连接件200中的一个、多个或全部转动连接件，这将在下文详细描述。
在图2a中示出具有外转子发电机的风能设备100的同时，图2b示出具有传动发电机的替选的实施形式。所述发电机101优选具有作为发电机转子的内部旋转件，该内部旋转件抗扭地与主轴111连接。优选地，在发电机101和主轴111之间将传动装置113接入在中间。传动装置113优选借助于扭矩支撑件115与机器承载件110或风能设备100的吊舱104的其它结构构件连接。毂106此外抗扭地固定在主轴111上，并且转子叶片108固定在毂上，只要在原理上与在图2a中相同。
主轴借助于转动连接件200支承在吊舱104上。
此外，吊舱104借助于方位角支承件可转动地固定在塔102上，所述方位角支承件同样被称为转动连接件200。
关于图2b中的实施例，还参考了下述附图3a、b和4a-f，所述附图示出转动连接件200的不同的配置方案。
在图3a中示出根据第一优选的设计方案的转动连接件200。转动连接件200具有组合式轴向-径向支承件1。所述支承件1具有基体3，所述基体用作为承载件。轴向支承组件5和径向支承组件7构成在承载件3上。轴向支承组件5具有第一凸形成形的支承面9和第二相对应的凹形成形的支承面11。
转动连接件在径向外部以及关于旋转轴线R轴向相邻地具有用于径向支承组件7的内环13和外环17。优选的是，多个滑动支承件区段15构成在内环13上或外环17(未示出)上，并且特别优选的是，滑动支承件区段15借助于倾斜机构19可枢转地设置在内环13上(或替选地设置在外环17上，未示出)。
有利地，根据图3a的组合式轴向-径向支承件1设立为用于，吸收沿旋转轴线R的方向作用的轴向力FA以及垂直于其作用的径向力FR。
图3b示出根据图3a的组合式轴向-径向支承件1的替选的设计方案。在图3b中示出的组合式轴向-径向支承件21具有环状构成的承载件23。带有径向支承组件27的轴向支承组件25构成在承载件23上，其中所述轴向支承组件25同样环状地构成。轴向支承组件25具有第一凸形拱曲的支承面29和相应的第二凹形拱曲的支承面31。轴向-径向支承件21在径向外部以及轴向与这些支承面相邻地具有径向支承组件27的内环33和外环37。此外，设有多个滑动支承件区段35，所述滑动支承件区段类似于根据图3a的视图构成为具有在内环33上的枢转机构39的倾斜区段(但是替选地也能够构成在外环37上)。
轴向力F’A基本上以与根据图3a的视图相同的方式被轴向支承组件25吸收，而沿径向方向作用的力FR被径向支承组件27吸收。
在图4a、b、c、d、e和f中示出根据图3a的轴向-径向支承件1的优选布置。要理解的是，替选于轴向-径向支承件，轴向-径向支承件21也能够以相同的方式设置。根据图3a和图3b的布置分别示出第一组合式轴向-径向支承件1a和第二组合式轴向-径向支承件1b，它们分别直接彼此邻接地设置。根据图3a中的视图，这两个组合式轴向-径向支承件1a、b相对于彼此定向，使得径向支承组件7彼此背离地设置。在根据图3b的视图中，两个组合式轴向-径向支承件1a、b定向为，使得径向支承组件7定向为相对于彼此朝向的。根据图4a、b的布置特别适合用于扭矩支承。
如果两个组合式轴向-径向支承件1a、b彼此间隔开，那么基于例如图4a和4b的布置进一步提高对于倾斜力矩的吸收能力。
图4c、d示例性地示出这种设计方案。在此，第一组合式轴向-径向支承件1a与第二组合式轴向-径向支承件1b间隔开预定的间距D。如也在图4a、b中那样，在此分别示出下述设计方案，在所述设计方案中径向支承组件7彼此朝向(图4c)或相互背离(图4d)。根据图4c、d的支承件布置特别适合作为支撑支承装置。
在图4e、f中，在上文已经描述的支承件设计的延续中提出两个建议，其除了两个组合式轴向-径向支承装置1a、b以外还具有第三支承件1c。类似于图4a、b，这两个组合式轴向-径向支承装置1a、b直接彼此邻接地设置，而第三支承件1c以与它们间隔开预定的间距D的方式设置。这种支承件类型优选适合用于固定-浮动支承。
在所示出的变型方案中，第三支承件1c构成为径向滑动支承件，其中多个滑动支承件区段43设置在内环41上，特别优选作为倾斜区段，所述倾斜区段借助枢转机构45固定在内环41上。

Claims (21)

1.一种风能设备转动连接件(200)，所述风能设备转动连接件用于两个能围绕旋转轴线相对于彼此转动的风能设备部件(102，110；103，105；106，114；108，106)，所述风能设备转动连接件具有组合式轴向-径向支承件(1，21；1a，1b)，其中
所述轴向-径向支承件具有轴向支承组件(5，25)和单独的径向支承组件(7，27)，
其特征在于，所述轴向支承组件(5，25)构成为滑动支承组件，所述滑动支承组件具有第一凸形拱曲的支承面(9，29)和相对应的第二凹形拱曲的支承面(11，31)。
2.根据权利要求1所述的转动连接件(200)，其中所述轴向支承组件(5，25)的两个支承面中的至少一个支承面(9，11；29，39)部分地或完全地由纤维复合材料构成。
3.根据权利要求1所述的转动连接件(200)，其中所述轴向支承组件(5，25)的两个支承面中的一个支承面(9，11；29，31)部分地或完全地由纤维复合材料构成，并且所述轴向支承组件(5，25)的两个支承面中的另一支承面(11，9；31，29)部分地或完全地由金属材料构成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的转动连接件(200)，其中所述轴向支承组件(5，25)环状地构成。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的转动连接件(200)，其中所述径向支承组件(7，27)环状地构成。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的转动连接件(200)，其中所述径向支承组件(2，22)构成为滚动支承装置。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的转动连接件(200)，其中所述径向支承组件(7，27)构成为滑动支承装置。
8.根据权利要求7所述的转动连接件(200)，其中所述径向支承组件(7，27)选自下述支承件类型：
-柱形的滑动支承件，
-椭圆形间隙支承件，和
-分段式滑动支承件。
9.根据权利要求8所述的转动连接件(200)，其中所述分段式滑动支承件具有倾斜区段。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的转动连接件(200)，其中所述组合式轴向-径向支承件(1，21)是第一支承件(1a)，而转动连接件附加地具有第二支承件(1b)。
11.根据权利要求10所述的转动连接件(200)，其中所述第二支承件(1b)同样是具有轴向的支承组件(5，25)和单独的径向的支承组件(7，27)的组合式轴向-径向支承件(1，21)，其中所述轴向支承组件构成为滑动支承组件，所述滑动支承组件具有第一凸形拱曲的支承面(9，19)和相对应的第二凹形拱曲的支承面(11，31)。
12.根据权利要求11所述的转动连接件(200)，其中第一和第二轴向-径向支承件(1a，1b)彼此直接邻接地并且与所述轴向支承组件(5，25)彼此相邻地设置。
13.根据权利要求11所述的转动连接件(200)，其中第一和第二轴向-径向支承件(1a，1b)彼此直接邻接地设置并且与径向支承组件(7，27)彼此相邻地设置。
14.根据权利要求10所述的转动连接件(200)，其中第一和第二轴向-径向支承件(1a，1b)彼此间隔开地设置。
15.根据权利要求12所述的转动连接件(200)，其中所述转动连接件具有第三支承件(1c)，所述第三支承件与第一和第二轴向-径向支承件间隔开地设置。
16.根据权利要求15所述的转动连接件(200)，其中所述第三支承件(1c)是径向支承件。
17.一种风能设备(100)，所述风能设备具有下述设备部件：
多个转子叶片(108)；
转子叶片毂(106)，所述转子叶片(108)可转动运动地安装在所述转子叶片毂上；
发电机(101)，所述发电机具有发电机转子(103)和发电机定子(105)，其中所述发电机转子(103)和所述转子叶片毂(106)直接地或借助于主轴相互耦联；
机器承载件(110)，所述发电机(101)安装在所述机器承载件上；
和塔(102)，所述机器承载件(110)设置在所述塔上，
其特征在于，借助于根据权利要求1至16中任一项所述的转动连接件(200)可转动运动地支承一个、多个或全部的设备部件。
18.根据权利要求17所述的风能设备(100)，其中所述发电机转子(103)和所述转子叶片毂(106)借助于主轴和传动装置相互耦联。
19.根据权利要求17所述的风能设备(100)，其中发电机定子(105)安装在所述机器承载件上。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的风能设备(100)，其中用于将所述转子叶片毂(106)和/或所述发电机转子(103)和/或所述主轴支承在所述发电机定子(105)或所述机器承载件(110)上的所述转动连接件(200)构成为液力的滑动转动连接件。
21.根据权利要求17至19中任一项所述的风能设备(100)，其中用于将所述转子叶片(108)支承在所述转子叶片毂(106)上的所述转动连接件(200)，和/或用于将所述机器承载件(110)支承在所述塔(102)上的所述转动连接件(200)构成为干式运行的滑动转动连接件。
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