CN115485484A - 用于风能设备的转子轴承和风能设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于风能设备(100)的转子轴承，具有内环(2)和外环(3)，它们可彼此相对转动并且限定轴承内部空间(4)，在轴承内部空间中布置有至少一排可在轴承环之间滚动的滚动体(5)，并且具有用于导出从轴承内部空间(4)中流出的润滑油的排出口(6)，其中，轴承内部空间(4)朝向排出口(6)敞开地构造，使得润滑油可从轴承内部空间(4)无压力地经由排出口(6)导出，以及本发明还涉及一种具有这种转子轴承(1)的风能设备。

Description

用于风能设备的转子轴承和风能设备
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于风能设备的转子轴承以及一种根据权利要求12的前序部分所述的风能设备。
背景技术
风能设备的转子轴承用于将转动的转子轮毂的力和力矩导出到风能设备的塔中和基座中并且同时能够实现到朝向发电机的传动系中的转矩传递。在此，转子轴承可以构造为力矩轴承或多个分布式轴承，例如构造为合乎要求的圆锥滚子轴承或固定-浮动轴承。作为转子轴承，大多使用具有至少一个内环和一个外环的滚动轴承，所述滚动轴承通过如下方式实现转子相对于吊舱的旋转，即，使所述构件中的一个与外环并且使另一个与内环力配合地连接。内环和外环之间的油脂、油或其它润滑的滚动体使得能够进行旋转运动。
由于需要由转子轮毂传递的高的力和力矩，在上述支承装置中由结构决定地有利的是，外环与转动的转子轮毂连接并且固定的内环与机舱-吊舱-连接。这种支承装置通常实施为由油脂润滑的转子轴承，因为由油脂润滑的轴承不易泄漏以及需要较少的维护费用。对于油润滑，恰好在外部运行的转子轴承中，至今为止不能实现令人满意的密封。油润滑的优点一方面在于，油在循环润滑中可以被过滤，从而减少处于润滑剂中的颗粒的滚动，另一方面在于油的主动调温的可能性，从而可以更好地调节轴承的温度并且必要时可以省去其他另外的冷却/加热***。
由DE 10 2017 107 553 A1已知一种用于支承风能设备的转子的圆锥滚子轴承，其具有内环、外环和两排圆锥滚子，所述圆锥滚子以O形布置设置在内环和外环之间。在内环和外环之间的间隙至少在圆锥滚子轴承的一侧上通过密封装置密封，该密封装置包括抗扭地连接在内环上的主密封件以及抗扭地连接在外环上的密封套圈，其中，密封套圈形成用于主密封件的密封滚动面。此外，用以保持主密封件的夹紧环还带有防尘密封件，该防尘密封件保护主密封件免受外部污染。这种密封装置的缺点是，在轴承的油润滑中并且尤其在以静止的油柱加载的情况下，不能可靠地避免油穿过两个密封件流出。
为了改善密封性，在WO 2012/136632 A1中提出一种油润滑的滚动轴承，用于支承风力设备的转子，所述滚动轴承具有轴密封件和夹紧装置，所述轴密封件将容纳滚动体的轴承内部空间与轴承外侧分开，所述夹紧装置用于轴向固定轴密封件，所述轴密封件具有用于油的排出口。由此，在润滑油通过同样设置的防尘密封件向外流出之前，可以将穿过轴密封件的润滑油导出。然而不利的是，在轴承中必须耗费地调节轴承中的润滑油的填充高度，以便尤其避免轴承被过量供给润滑油导致运转性能变差和油泄漏量增大。
发明内容
因此，本发明的目的是，提供一种用于风能设备的转子轴承和一种具有转子轴承的风能设备，其中油润滑的轴承内部空间的密封得到改善并且同时简化了轴承内部空间的确定的润滑油量的持久的供应。
该目的通过一种具有权利要求1的特征的用于风能设备的转子轴承和一种具有权利要求12的特征的风能设备来实现。
由此实现一种用于风能设备的转子轴承，其具有内环和外环，它们可相对彼此转动并且限定轴承内部空间，在该轴承内部空间中布置有至少一排可在轴承环之间滚动的滚动体，并且具有用于排出从轴承内部空间中流出的润滑油的排出口。根据本发明规定，轴承内部空间朝向排出口敞开地构造，从而使得润滑油能够无压力地从轴承内部空间经由排出口排出。轴承内部空间朝向排出口的敞开的构造确保了，即使在监控装置故障时也实际上排除了转子轴承的润滑油的过量供给。多余的润滑油无压力地通过溢流部和排出口从轴承内部空间排出。同时，通过开放的结构方式确保了转子轴承的通风。
轴承内部空间优选通过至少一个抗扭地连接在外环上的溢流部与排出口流体地相连，溢流部在转子轴承的安装位置确定了至少一个在轴承内部空间中构造的油池的填充高度。在转子轴承的安装位置中，溢流部的测地学的高度确定了至少一个构造在轴承内部空间中的油池的最大填充高度。由此，与所输送的润滑油量无关地并且在所有运行状态中—例如不平衡的状态—实现了转子轴承的可靠的运行以及高的密封性，而不需要用于油***的专门的测量或调节装置。
使用朝向排出口的溢流部具有附加的优点，即构成油池，而润滑油不会积聚在密封件上。在润滑剂供应失效的情况下，油池有利地赋予油润滑的转子轴承应急运行特性。因此，在根据本发明的转子轴承中的密封件仅由飞溅油而不是由静止的油柱来加载，由此改善了轴承的密封性。
优选在排出口上连接有油准备单元和油箱，润滑油可以从油箱通过泵重新输送到轴承内部空间中。油准备单元优选包括过滤器和/或用于主动调温轴承内部空间的调温装置。以这种方式可以过滤润滑油并且避免颗粒的滚动。此外，例如可以通过主动的油冷却来更好地调节轴承的温度，并且必要时可以省去其它的例如基于水或基于空气的冷却***。也可以考虑在环境温度低时用于起动风能设备的油加热装置。此外，例如通过监视温度和颗粒-也远程地-实现状态监测。
在优选的实施方式中，转子轴承构造为双排的圆锥滚子轴承或构造为轴向-径向-滚子轴承。在此，其中一个轴承环构造为所谓的凸鼻环，其由多件式构造的第二轴承环部分地包围，在轴承环之间嵌接多个滚动体列。这些轴承结构形式允许在很大程度上吸收径向和轴向的力以及倾斜力矩，如其在风能设备的转子轴承上出现的那样。
优选地，转子轴承的外环可以构造为凸鼻环，在该凸鼻环上构造有至少两个用于可在轴承环之间滚动的滚动体列的滚道，并且在该凸鼻环上在两侧分别抗扭地连接有一个集油环。集油环可以在边缘侧沿径向方向向内延伸超过滚道的径向外边缘以分别构造油池。集油环可以与外环一体地形成，或者可以作为一个或多个附加环固定到外环。集油环优选地加宽外环且提供用于润滑油的槽状容纳部。集油环为此优选具有基本上轴向延伸的部分和基本上径向延伸的边缘侧的部分。通过集油环在边缘侧上的、在径向上向内的延伸部，实现了润滑油直至进入滚道的区域中的积聚。滚动体在每个循环中至少部分地沉入到油池中并且在进一步的循环中将润滑油分配到轴承内部空间中。因此，根据本发明，油的油润滑和回流如此进行，使得即使在能量供给装置或泵失灵时也不会有从轴承中流出的泄漏，继续进行多余的油例如到油箱中的回流并且至少在有限的时间段内轴承的继续运行是可能的。
优选至少其中一个集油环形成至少一个溢流部。润滑油然后在集油环的内侧积聚在油池中并且在集油环的外侧上朝向排出口流出。
特别优选地，两个油池通过横穿外环的至少一个通道彼此连接。这种通道允许润滑油在两个油池之间交换。在具有静止的外环的轴承的安装情况下，一个横穿外环的通道已经足以在运行中实现对两个油池的填充高度的补偿。
在转子轴承设计为外转子的情况下，优选地，多个横穿外环的通道为了连接两个油池而在外环的圆周之上分布地设置。在外环环绕运行时，通道相继地浸入到油池的区域中。每个通道在浸入持续时间内将两个油池相互连接，以便补偿其填充高度。在离开油池之后，通道又排空，优选朝其位于较低处的端部的方向排空。
转子轴承能够相对于水平线倾斜安装，以便在转子叶片转动时将转子叶片进一步从风能设备的塔上移开并且即使在高负载时也排除叶片和塔之间的接触。转子轴承轴线的这种倾斜可以有利地用于将油输送至发电机侧并且在那里排出。
在转子轴承设计为外转子的情况下，优选借助于在静止的内环中引入的孔或喷嘴进行油输送。
转子轴承两侧的油池的连接实现了转子轴承这样的结构形式，该结构形式只具有发电机侧的润滑油接口和两侧的排出接口。由此可以放弃大部分的从轮毂侧/转子侧的管道布线和泵。减少了可能的泄漏、泵失效和维修的风险。特别有利的是一种只具有发电机侧的润滑油接口和排出接口的解决方案，由此可以完全取消轮毂侧上的管道布线和泵。
在优选的实施方式中，转子轴承仅在一侧具有溢流部，并且轴承内部空间在转子轴承的另一侧上借助于至少一个密封件封闭。通过对这两个油池借助于至少一个通道的连接，可以实现对其填充高度的补偿。因此，单侧溢流部足以确定两个油池的共同的填充高度。因此，也可以在没有设置溢流部的一侧上避免在轴承内部空间的密封件上的静止的油柱。
优选地，密封件在转子轴承的安装位置中设置在相互连接的油池的通过溢流部确定的填充高度之上。密封件的运行通常由飞溅油充分地润滑。这样的无负载的密封件具有高的密封性，从而泄漏仅在非常小的范围内是可预期的。密封件优选地安装在轴承的转子侧上，因为用于油排放的接口优选地安装在发电机侧上。这种布置的另一优点由油流向发电机的优选方向提供，所述优选方向由传动系的倾斜决定。
但也可以考虑的是，溢流部之一与排出口通过至少一个横穿外环的通道连接。以这种方式尤其可以实现转子轴承，其中在两侧设置溢流部，但是仅在一侧设置排出口。通过例如转子侧的溢流部流出的润滑油能够因此通过外环中的通道引回到吊舱侧的排出口。
在一个优选的实施方式中，在内环上固定有环安装件，该环安装件沿径向包围构成溢流部的集油环并且包含排出口，其中，环安装件相对于集油环密封。该实施方式对于设计为外转子的转子轴承是优选的。这样，排出口通过环安装件位置固定地固定在静止的内环上。
优选地，内环相对于外环在轴承的两侧直接或间接地分别通过密封***密封，该密封***包括至少两个密封件，在所述密封件之间分别构造有用于收集泄漏油的排流室。通过在轴承的两侧上形成多级密封***，进一步减少了在运行中从轴承中流出的润滑油的量。
此外，可以规定的是，这些排流室在转子轴承的两侧通过横穿该外环的至少一个通道而彼此相连。以这种方式，可以在一侧将在轴承两侧流出的泄漏油导出。由此实现的两个排流室在运行中的连续排空降低了各第二密封件的负载。因此提高了轴承的密封性并延长了维护周期。
替代地或附加地，排流室可以在下圆周区域中配备油收集容器，该油收集容器收集落下的泄漏油。由于微小的剩余泄漏量，小的收集容器已经适合于在长的时间段上收集并且中间存储泄漏。集油容器可以要么在正常的维护工作中手动地或者例如通过液位调节的泵排空并且轴承以相应的油量再润滑。
此外，所述目的通过一种风能设备来实现，所述风能设备具有塔、固定在塔上的吊舱和可转动地支承在吊舱上的转子，其中转子经由之前描述的转子轴承支承在吊舱上。在此，转子优选与转子轴承的外环抗扭地连接，并且吊舱与转子轴承的内环抗扭地连接。根据一个优选实施例，转子轴承的旋转轴线与水平面形成2°至10°的角度，这促进润滑油通过横穿外环的通道的流动。
其他有利的实施方式可以从下面的说明和从属权利要求中获知。
附图说明
下面借助于在附图中示出的实施例详细阐述本发明。
图1示意性地示出根据本发明的风能设备，其具有通过根据本发明的转子轴承支承的转子，
图2以剖视图示意性地示出了根据本发明的转子轴承的第一实施例，其具有油溢流部和外环中的多个连接转子轴承的两侧油池的通道，
图3示意性地示出了根据图2的转子轴承的细节图，
图4示意性地示出了根据本发明的转子轴承的第二实施例的细节图，其中，密封***的两侧的油池以及两侧的排流室均借助横穿外环的通道相互连接。
具体实施方式
在不同的附图中，相同的部件始终设有相同的附图标记，并且因此通常也分别仅命名或提及一次。
在图1中示出根据本发明的风能设备100。风能设备100包括塔110、固定在塔110处的吊舱120和可转动地支承在吊舱120处的转子130。转子130经由根据本发明的转子轴承1(参见图2至4)支承在吊舱120上。在此，转子130优选与外环3抗扭地连接，并且吊舱120与内环2抗扭地连接。转子130包括转子毂120和多个固定在转子毂120上的转子叶片140。作用在转子叶片140上的风力和重力因此可以通过转子轮毂120导入转子轴承1的外环3中并且通过滚动体列5传递到内环2和吊舱120上。
在图2中示出用于风能设备的根据本发明的转子轴承1的第一实施例。转子轴承1包括内环2和外环3，它们能够相对于彼此旋转并且限定轴承内部空间4。在轴承内部空间4中，在此示例性地布置有两排可在轴承环2、3之间滚动的滚动体5。此外，转子轴承包括用于排出从轴承内部空间4中流出的润滑油的排出口6。轴承内部空间4构造成朝向排出口6敞开，从而润滑油能够无压力地经由排出口6从轴承内部空间4中排出。轴承内部空间4与排出口6经由抗扭地连接到外环3的溢流部7流体连接。在转子轴承1的所示出的安装位置中，溢流部7确定在轴承内部空间4中构成的油池8的填充高度H。
在所示的实施例中，两排圆锥滚子设置为滚动体排5，它们以O形布置设置在内环2和外环3之间。内环2由两个相互密封的分环2.1和2.2组装而成。可想到的替代轴承设计例如是具有滚子的X形布置的圆锥滚子轴承、对称或非对称的圆锥滚子轴承或轴向-径向滚子轴承，例如三排的滚子回转连接件。
转子轴承1在图2中示出在安装位置中。在安装位置中，旋转轴线A与水平面围成在2°至10°范围中的角度。由此可以促进润滑油通过横穿外环的通道的流动。相对于风能设备100而言，转子轴承1的较低的侧(在图2中在左侧示出)优选设置在吊舱120的侧上，并且较高的侧(在图2中在右侧示出)设置在转子130的侧上。
在所示的实施例中，外环3构成为凸鼻环9，在该凸鼻环上构成有两个滚道10，用于可在轴承环2、3之间滚动的滚动体排5。在外环3上在两侧分别抗相对转动地联接有一个集油环11，该集油环为了分别形成一个油池8而在边缘侧越过滚道10的径向外边缘12向内沿径向方向R延伸。在此，在图2中左侧示出的集油环11形成溢流部7。
如在图3所示的根据图2的实施例的细节图中可以更清楚地看到，两个油池8通过多个横穿外环的通道13连接。在图2中可以看到，它们在外环3的圆周上分布地设置。在外环3的半个回转之后，在图2中在上方示出的通道13浸入油池8中并且在图2中在下方示出的通道13是空置的。通过在集油环11中设置集油槽20，可以以与经硬化的滚道10的足够间距引入通道13。通道13优选地构造为通孔。
优选地，在圆周上的通道13的数量和分布选择为，使得与轴承环2、3彼此间的角位置无关地，至少一个通道提供两个油池8的连接。在设计为内转子的转子轴承中，相应地，通道13已经足以使油池8在运行中为了补偿填充高度而持久地相互连接。
通道13优选基本上平行于转子轴承1的旋转轴线A延伸。可替代地，通道也可以具有在转子轴承的周向上的方向分量。通过通道的根据转子轴承的优选循环方向选择的方向分量可以增强泵作用，因为通道在从油池中浮出之后优选地在其较低的端部的方向上排空。
如尤其在图3中可见，在第一实施例中，转子轴承1仅在一侧具有溢流部7，并且轴承内部空间4在转子轴承1的另一侧上借助于密封件14封闭。为此，可以在两个集油环11之间设置高度差，该高度差由转子轴承的安装位置和/或通过两个集油环11的结构设计得出。密封件14用于在所有例如也不平衡的瞬态运行状态中或也仅短时间出现的运行状态中确保单侧的无压力的油排出。这导致了不对称的轮毂侧和发电机侧密封***设计，通过该设计，确保了除了密封件14的小的排放/泄漏量之外，能够可靠地在发电机侧排出所输送的油量。密封件14在转子轴承1的所示出的安装位置中设置在相互连接的油池8的通过溢流部7确定的填充高度H上方。
在密封件14后面布置有通过至少一个另外的密封件向外封闭的排流室17，该排流室具有另外的排出口19。在排出口19上例如可以连接收集容器，该收集容器收集流出的泄漏油。在外转子中，该排流室17优选地是由环安装件形成的，该环安装件被紧固在该内环2上、在径向方向R上围绕该集油环11并且相对于该集油环是密封的。
转子轴承1在溢流部7的一侧还具有固定在内环2上的环安装件15，该环安装件沿径向R包围构成溢流部7的集油环11并且包含排出口6。环安装件15也相对于集油环11在构造有排流室17的情况下密封。
使用环安装件作为密封件支承环在密封件在设备上的安装和更换方面是有利的。
如在图2和图3中所示，优选内环2相对于外环3在轴承1的两侧直接或间接地分别通过密封***16密封，该密封***包括至少两个密封件，在所述至少两个密封件之间分别构造有用于收集泄漏油的排流室17。
图4示出了根据本发明的转子轴承1的第二个实施例。与第一实施例不同的是，密封***16的排流室17在转子轴承1的两侧经由至少一个横穿外环3的通道18相互连接。通道18可以附加于连接油池8的通道13并且与其分开地设置。通道13在图4中以虚线示出，因为其设置在转子轴承1的另一剖面中。类似于连接油池8的通道13，在外转子中多个分布地布置在外环的圆周上的通道18也是有利的。
从排流室17排出的泄漏油可以在必要时被清洁地回引到润滑油循环***中。可替代地，可以集中收集并处理泄漏油。
此外，关于第一实施例的实施方案相应地适用。
根据一个未示出的实施例，溢流部之一也可以与排出口通过至少一个横穿外环的通道连接。
此外，关于前两个实施例的实施方案相应地适用。
附图标记说明
1转子轴承
2内环
2.1，2.2分环
3外环
4轴承内部空间
5滚动体列
6排出口
7溢流部
8油池
9凸鼻环
10滚道
11集油环
12滚道的径向外边缘
13通道
14密封件
15环安装件
16密封***
17排流室
18通道
19排流室的排出口
20集油槽
100风能设备
110塔
120吊舱
130转子
140转子叶片
150转子毂
R径向方向
H填充高度
A轴承轴线

Claims (15)

1.一种用于风能设备(100)的转子轴承，具有内环(2)和外环(3)，所述内环和外环能够相对于彼此转动并且限定轴承内部空间(4)，在所述轴承内部空间中设置有至少一排能够在轴承环之间滚动的滚动体(5)，并且所述转子轴承具有用于导出从轴承内部空间(4)中流出的润滑油的排出口(6)，其特征在于，轴承内部空间(4)朝向排出口(6)敞开地构造，使得润滑油能够无压力地经由排出口(6)从轴承内部空间(4)中排出。
2.根据权利要求1所述的转子轴承，其特征在于，所述轴承内部空间(4)通过至少一个抗扭地连接在所述外环(3)上的溢流部(7)与所述排出口(6)流体连接，所述溢流部在所述转子轴承(1)的安装位置中确定至少一个构造在所述轴承内部空间(4)中的油池(8)的填充高度(H)。
3.根据权利要求1或2所述的转子轴承，其特征在于，所述外环(3)构造为凸鼻环(9)，在所述凸鼻环上构造有至少两个用于能够在轴承环(2、3)之间滚动的滚动体列(5)的滚道(10)，并且在所述凸鼻环上在两侧分别抗扭地连接有集油环(11)，所述集油环为了构成各一个油池(8)在边缘侧超过滚道(10)的径向外边缘(12)沿径向方向(R)向内延伸。
4.根据权利要求2和3所述的转子轴承，其特征在于，所述集油环(11)中的至少一个形成所述至少一个溢流部(7)。
5.根据权利要求3或4所述的转子轴承，其特征在于，所述两个油池(8)通过至少一个横穿所述外环(3)的通道(13)相互连接。
6.根据权利要求3或4所述的转子轴承，其特征在于，所述转子轴承(1)设计为外转子，并且多个横穿所述外环(3)的通道(13)设置为在所述外环(3)的圆周上分布，以连接所述两个油池(8)。
7.根据权利要求2和权利要求5或6中任一项所述的转子轴承，其特征在于，所述转子轴承(1)仅在一侧上具有溢流部(7)，并且在所述转子轴承(1)的另一侧上的轴承内部空间(4)借助于至少一个密封件(14)封闭。
8.根据权利要求7所述的转子轴承，其特征在于，所述密封件(14)在转子轴承(1)的安装位置中设置在相互连接的油池(8)的通过溢流部(7)确定的填充高度(H)上方。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的转子轴承，其特征在于，溢流部中的一个通过至少一个横穿外环的通道与排出口连接。
10.根据权利要求4至9中任一项所述的转子轴承，其特征在于，在所述内环(2)上固定有环安装件(15)，所述环安装件沿径向方向(R)包围构成所述溢流部(7)的集油环(11)并且包含排出口(6)，并且所述环安装件(15)相对于所述集油环(11)密封。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的转子轴承，其特征在于，所述内环(2)相对于所述外环(3)在所述轴承(1)的两侧直接或间接地通过各一个密封***(16)密封，所述密封***包括至少两个密封件，在所述至少两个密封件之间分别构成用于收集泄漏油的排流室(17)。
12.根据权利要求11所述的转子轴承，其特征在于，所述排流室(17)在转子轴承(1)的两侧经由至少一个横穿外环(3)的通道(18)相互连接。
13.一种具有塔(110)、固定在所述塔(110)上的吊舱(120)和能转动地支承在所述吊舱(120)上的转子(130)的风能设备，其特征在于，所述转子(130)经由根据权利要求1至12中任一项所述的转子轴承(1)支承在所述吊舱(120)上。
14.根据权利要求13所述的风能设备，其中所述转子(130)与所述外环(3)抗扭地连接，并且所述吊舱(120)与所述内环(2)抗扭地连接。
15.根据权利要求13或14所述的风能设备，其特征在于，所述转子轴承(1)的旋转轴线(A)与水平面围成在2°至10°范围内的角度。
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