CN113423962A - 风力涡轮机的转子轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种风力涡轮机的转子轴承，具体地涉及一种具有改进的、简化的、向内环引入轴向力的转子轴承。为此，规定滚动轴承(3)的内环(4)具有相对于所述滚动轴承(3)的外环(5)的轴向长度(L2)更大的轴向长度(L4)，该内环(4)的节段对应于外环的轴向长度(L2)，并且具有长度(L3)且与截面(10.1、10.2)邻接，其中，所述截面(10.1、10.2)的轴向长度(L4.1、4.2)尺寸不同。

Description

风力涡轮机的转子轴承
技术领域
本专利涉及一种风力涡轮机的转子轴承，具体地涉及一种具有改进的向内环引入轴向力的转子轴承。
背景技术
从专利文献DE 1020090417474 A1中已知一种传统的用于风力涡轮机的转子轴承。在该专利文献中，用作滚动轴承的是双列球面滚子轴承，其具有内环、外环、和在所述两个运行环之间滚动的滚动体。内环的轴向长度对应于外环的轴向长度。为了支撑风力涡轮机的转子轴，转子轴穿过内环的镗孔，而滚动轴承的外环被容纳在壳体中。后者详见专利文献DE 10310639 A1。该文献还揭示了被设置用于将内环轴向固定到转子轴的圆周节段上的两个肩部，其轴向地限定圆周节段。周向节段的这种轴向限定由在靠近转子的一侧上的轴肩来实施，单独的间隔环被设置在轴肩与内环之间，以便以最小的可能角度将轴向力从转子轴引入内环。如专利文献DE 102009059655 A1中所述，圆周节段在远离转子的一侧上的轴向限定可以通过轴螺母来实施。
即使在专利文献DE 1020090417474 A1中，两个滚子列的滚动体具有对称的压力角，与靠近转子的滚子列相比，如专利文献DE 102015204970 A1所示，远离转子的滚子列可以具有更大的压力角，以更好地吸收轴向力。
另外，轴承环不必设计成封闭环，但是，如专利文献DE 102017110742 A1所示，为了滚动轴承更好的互换性，轴承环可以各自由两个半环形成，在形成内环之后，借助于夹紧环来将这两个半环保持在一起，例如，通过将形成夹紧环的夹紧环节段围绕所形成的内环放置，并借助于通过夹紧环节段拧紧的螺钉将它们连接起来。
然而，如果轴承环径向裂开，则在高负载下，裂开的并且借助于夹紧环紧固的轴承环具有稍低的轴向稳定性，这对这种滚动轴承的使用寿命有不利影响。
因此，本发明是基于公开一种转子轴承的目的，该转子轴承具有简化的设计并且其特征在于改善的稳定性。
发明内容
此目的通过权利要求1的特征来实现。在从属权利要求2至10中列出了本专利的有利实施例和进一步改进。
如果内环具有第一轴向节段和两个第二节段，该第一轴向节段具有对应于外环的轴向长度L3的长度L2，该两个第二节段具有不同的轴向长度L4；L4.1、L4.2且与第一节段轴向邻接，因为内环完全填充了介于转子轴的两个肩部之间的圆周节段，所以轴向力从转子轴以更平且因此有利的角度直接引入内环，而不需要增加作用力的附加间隔环。因为内环相对于外环具有更大的轴向长度，并且作为介于圆周节段的两个肩部之间的至少轴向一体部件延伸，所以这种一体设计总体上改善了内环在转子轴上的配合。当轴向长度更大的节段邻接内环的面向转子的一侧时，尤其如此。
如果滚动轴承是双列球面滚子轴承，则轴向动力传递可以进一步得到改善，其中，更靠近转子的滚子列的滚动体与另一滚子列的滚动体相比具有更小的压力角。
如果滚动轴承被设计为径向***的滚动轴承，则可以简化更换滚动轴承的过程。
当设置至少两个夹紧环节段时，在内环与转子轴之间提供了良好的连接，该夹紧环节段在连接状态下得到夹紧环，并且为了这个目的，内环通过围绕内环的第二节段的夹紧环保持在转子轴上。
如果夹紧环提供至少径向外圆周表面，该表面形成与密封配对件相互作用的至少一个密封表面，则简化了密封过程。密封表面可以与接触式密封件和相隔一小段距离的非接触式相对表面两者有效连接。
当两个组装好的夹紧环节段的端部表面之间剩余的相互距离A用塑料或金属填充，使得一个夹紧环节段的圆周表面无缝地并入另一个夹紧环节段的圆周表面时，就形成了不间断的密封表面。当夹紧环的从镗孔中心开始沿着转子轴的旋转轴的轴向范围在尺寸上不同时，提供了节省安装空间和材料的夹紧环，因此与镗孔相关的密封表面仅被设置在夹紧环的需要密封表面的一侧上。
如果在夹紧环与内环的第二节段之间设置密封件，则密封效果可以进一步得到改善。
附图说明
在附图中：
图1示出了由径向裂开的非对称球面滚子轴承支撑的转子轴，
图2a,b示出了形成夹紧环的两个夹紧环节段之间的过渡区域，
图3示出了根据图1的实施例的变体，
图4示出了根据图1的实施例的另一变体，
图5示出了根据图1的实施例的另一变体，以及
图6示出了两个径向裂开的外环之间的过渡区域。
具体实施方式
现将参考附图更详细地说明本发明。
在图1中，示出了风力涡轮机的转子轴1。图1中所显示的驱动转子轴1的转子2连接到该转子轴1的一端。在该示例性实施例中，该转子轴1由双列球面滚子轴承形式的滚动轴承3来支撑，该滚动轴承3具有内环4、外环5、被布置在轴承环4、5之间的两列中的滚动体6、和在圆周方向上将滚动体6隔开的保持架元件12(未详细描述)。不同滚子列的滚动体6在两个轴承环4、5之间以不同的压力角α、β滚动，滚子列的滚动体6与另一滚子列的滚动体6相比，面离转子2，处于更大的压力角β。
为了便于更换滚动轴承3，内环4和外环5都是径向裂开的，其中，两个轴承环4、5中的每一个的两个半壳4.1、4.2；5.1、5.2(在图1中仅部分可见)相互补充以形成轴承环4.5。所示出的阴影部分显示的是内环4的两个半壳4.1、4.2和外环5的两个半壳5.1、5.2在组装状态下在9点钟方向和3点钟方向彼此相邻。
滚动轴承3通过其内环4连接到转子轴1。在这种情况下，这以这样的方式来实施，即内环4或形成内环4的半壳4.1、4.2围绕转子轴1放置。为了防止所形成的内环4的沿着转子轴1的轴向位移，转子侧上的轴肩7与所形成的内环4的第一端面8.1接触。在转子轴1面向且远离转子2并被设置用于容纳内环4的圆周截面上，轴向固定内环4所需的肩部由轴螺母9形成，所述轴螺母9在滚动轴承3安装好之后被拧紧，并因此置于所形成的内环4的第二端面8.2上。
为了增加转子轴1上的滚动轴承3的轴向刚度，并且同时将轴向力以平角从轴肩7引入内环4，所形成的内环4不仅具有轴向长度L3，该长度对应于所形成的外环5的轴向长度L2，而且被设计成相对于该内环4布置到其上的外环5在两个轴向方向上延伸长度为L4；4.1、4.2的截面10.1、10.2，其中，截面10.1以更大的轴向长度L4.1在转子2的方向上延伸。因此，在轴肩7与轴螺母8之间容纳内环4的转子轴1的圆周节段1.1具有长度L1，即L3加上L4.1加上L4.2，因此可以完全被内环4填充。
为了也将由两个半壳4.1、4.2形成的内环4径向固定在转子轴1上，设置了夹紧环11。这些夹紧环11的每一个都由两个半壳形的夹紧环节段11.1、11.2形成，这夹紧环节段11.1、11.2相互补充以形成环，在图1中的所选择的图示中仅可见其中的一个夹紧环节段11.1。由于形成夹紧环11的相应夹紧环节段11.1(11.2)在6点钟方向和12点钟方向彼此邻接，所以也在图1中示出了夹紧环节段11.1的圆周端部表面12。
为了轴向固定形成在内环4上的夹紧环11，夹紧环11或夹紧环节段11.1(11.2)具有径向向内指的突起部13，该突起部13在组装之后接合在设置在内环4上的截面10.1、10.2的区域中的环形凹槽14中。为了改善内环4与夹紧环11之间的紧密度，在夹紧环11与内环4之间设置了O形环形式的密封件20.2。
镗孔15被引导穿过相应的夹紧环节段11.1(11.2)，夹紧环节段11.1(11.2)在连接状态下形成夹紧环11，如示出的用于半壳11.1的该夹紧环11垂直于纸面延伸。埋头螺钉16穿过这些镗孔15拧入，以便连接两个夹紧环节段11.1(11.2)而形成夹紧环11。
如果相应的夹紧环节段11.1、11.2被组装以在内环4上形成夹紧环11，则形成了外部环形圆周表面17，在该示例性实施例中，该环形圆周表面17作为密封表面18与用作密封配对件的接触式密封件20.1的密封唇19密封接触。为了防止密封唇19由于与镗孔15发生接触而磨损，密封表面18开始于夹紧环11的轴向外端21处，并且结束于直径为D的镗孔15穿过夹紧环11的位置处。相对于镗孔15，这意味着圆周表面17的用作密封表面18的部分具有比镗孔15的另一侧上的圆周表面更大的轴向范围。为了更好地图示出这些关系，密封表面18在图1中被画得更粗，其开始于夹紧环11的轴向端21处，并且结束于直径为D的镗孔15处。
在图2a中，详细地示出了形成夹紧环11的两个夹紧环节段11.1、11.2。两个夹紧环节段11.1、11.2借助于螺钉16连接，该螺钉16通过设置在夹紧环节段11.1、11.2中的镗孔15而拧紧。如果两个夹紧环节段11.1、11.2最终通过拧紧内环4上的螺钉16来组装，则在两个夹紧环节段11.1、11.2的端部表面12之间剩余了一小段距离A，以便产生所需的夹持效果。在该示例性实施例中，该距离A用基于环氧树脂的塑料材料填充，使得夹紧环节段11.1的圆周表面17无缝地并入另一夹紧环节段11.2的圆周表面17，同时保持由夹紧环节段11.1、11.2指定的曲率半径R1。
图2b示出了根据图2a的两个夹紧环节段11.1、11.2之间的过渡区域的平面图。该图示还示出了圆周表面17相对于镗孔15在轴向上膨胀至不同程度，并且具有较大轴向范围的区域用作密封表面18。
根据图3的实施例与根据图1的实施例的不同之处仅在于，所示的密封件不是接触式密封件20.1，而是非接触式密封件20.3。该非接触式密封件20.3基本上由安装好的夹紧环11和连接到壳体25的部件24形成。因此，外圆周表面17和夹紧环11的轴向外端表面21都形成公共的、成角度延伸的密封表面18.1，该密封表面18.1与相应的密封表面18.2相互作用，该密封表面18.2与密封表面18.1保持一小段距离，并且由部件24提供。为了进一步改善该非接触式密封件20.3的密封效果，夹紧环11在其端部表面12的区域中还具有环形凸出部26，该环形凸出部26轴向向外定向并且接合部件24中的对应凹部27。
图4示出了根据图1的转子轴承的变体。在该变体中，相应的轴承环4、5作为未***的轴承环4、5连接到转子轴1。因此，在该变体中，不需要夹紧环11。为了借助于接触密式封件20.1产生该变体的密封，密封唇19在由内环4在截面10.1、10.2的区域中提供的密封表面18上延伸。当然，在与图3相关的说明的简单改进中，根据图4的变体也可以设置有非接触式密封件20.3。
图5中示出的变体示出了作为滚动轴承3的双列球面滚子轴承，其中滚动体6在两个滚子列中以相同的压力角α、β滚动。
图6示出了两个半壳5.1、5.2之间的过渡区域28，从而形成了根据图1的实施例的滚动轴承3的外环5。沿滚动轴承3的旋转轴DA的方向延伸的该视图示出了外环5(5.1、5.2)上的滚道29，滚动体6在该滚道上滚动。除了两个半壳5.1、5.2之间的过渡区域28之外，外环5或半壳5.1、5.2中的滚道29是圆形的，由半径R2表示。滚道29仅在P1与P2两点之间的过渡区域28中作为割线延伸。
即使滚动轴承3在示例性实施例中总是示出为球面滚子轴承，也不限于这种类型轴承。转子轴1也不必是风力涡轮机的转子轴。例如，代替转子轴，其他机器轴也可以借助于所示的滚动轴承来支撑，例如用在很难移除整个机器轴来替换滚动轴承3的情况下。
附图标记列表
1转子轴2转子3滚动轴承4内环5外环6滚动体7轴肩8端面9轴螺母10节段11夹紧环12端部表面13突起部14环形凹槽15镗孔16螺钉17圆周表面18密封表面19密封唇20密封件21轴向端22--23--24部件25壳体26环形凸出部27凹部28过渡区域29滚道。

Claims (10)

1.一种风力涡轮机的转子轴承，具有：
滚动轴承3，其具有外环5、内环4和滚动体6，所述滚动体6介于所述外环5与所述内环4之间，转子轴1，其提供了在两个径向肩部7、9之间的长度为L1的轴向圆周截面1.1，所述两个径向肩部7、9彼此以一定周向距离布置，其长度L1容纳所述滚动轴承3的所述内环4，以及连接所述转子轴1的转子2，
所述转子轴承的特征在于，
所述内环4具有第一轴向截面和两个第二截面10.1、10.2，所述第一轴向截面具有长度L2且对应于所述外环5的轴向长度L3，所述两个第二截面10.1、10.2具有不同的轴向长度L4.1、L4.2且与所述第一截面轴向邻接。
2.根据权利要求1所述的转子轴承，
其特征在于，
所述内环4的所述截面10.1是所述两个截面中轴向较长的截面，在连接到所述转子轴1的状态下，其指向连接到所述转子轴1的所述转子2的方向。
3.根据权利要求1或2所述的转子轴承，
其特征在于，
所述滚动轴承3是双列球面滚子轴承，其中，与所述另一滚子列的滚子体6的压力角β相比，更靠近所述转子2的所述滚子列的滚动体6具有更小的压力角α。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的转子轴承，
其特征在于，
所述滚动轴承是径向分离的滚动轴承。
5.根据权利要求4所述的转子轴承，
其特征在于，
具有至少两个夹紧环段11.1、11.2，从而使夹紧环11处于连接状态，以及
使得所述内环4通过围绕所述第二截面10.1、10.2的夹紧环11一起保持在所述转子轴1上。
6.根据权利要求5所述的转子轴承，
其特征在于，
夹紧环11至少提供了径向外圆周表面17，所述径向外圆周表面17形成与密封配对件19、20；18.1配合的至少一个密封表面18。
7.根据权利要求6所述的转子轴承，
其特征在于，
相应的夹紧环节段11.1、11.2借助于螺钉16连接，直径为D的镗孔15穿透过两个相邻的夹紧环节段11.1、11.2，以及相应的密封表面18的轴向范围从相应的夹紧环节段11.1、11.2的轴向外端21处开始，并在相应的镗孔15穿透该夹紧环节段11.1、11.2处结束。
8.根据权利要求7所述的转子轴承，
其特征在于，
从所述镗孔15的中心开始，沿所述转子轴1的所述夹紧环11的旋转轴的轴向范围尺寸不同。
9.根据权利要求5至8中任意一项所述的转子轴承，
其特征在于，
在组装好的状态下，所述夹紧环节段11.1、11.2的圆周端12在圆周方向上保持小的相互距离A，以及
该距离A填充有塑料或金属，以在两个安装好的夹紧环节段11.1、11.2之间形成平滑的无缝过渡。
10.根据权利要求5至9中任意一项所述的转子轴承，
其特征在于，
所述密封件20.2设在所述夹紧环11与所述内环4的第二截面10.1、10.2之间。
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