CN202012570U - 风力发电机主轴油膜轴承 - Google Patents
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Abstract
风力发电机主轴油膜轴承，涉及风力发电机主轴承。本实用新型解决现有技术轴承寿命短、可靠性差的问题。本实用新型特征在于：轴套的外柱面与衬套滑动配合，轴套的内孔柱面通过键与主轴连接，轴套台肩的平面与衬套的主止推面滑动配合，轴套的无台肩侧用螺栓与止推环联成一体；衬套的外表面与轴承座的内球面滑动配合，并用键连接；在衬套的内表面开设三排周向等分的静压油腔；衬套的主止推面上周向均布四个止推面静压油腔，并设有动压润滑楔面；衬套的轴向副支承，由衬套的右侧面与止推环构成，只设有动压润滑楔面。本实用新型适用于大装机容量的双馈式、直驱式及混合式的各类风电机组；也适用于类似要求的其他设备。
Description
技术领域
本实用新型涉及风力发电机，特别涉及一种风力发电机主轴轴承。
背景技术
风力发电作为一种清洁的可再生能源，日益受到世界各国的重视。
当前，风力发电机都采用变速恒频和变桨距技术，主要有3种：双馈式，直驱式及混合式。直至今天，所有风电机组的轴承都是滚动轴承。风电机组的轴承，特别是主轴主轴承，受力复杂、连续运转，要求长寿命(使用寿命20年)、高可靠性(无故障运行13万小时以上，可靠度95％以上)，且不许拆装，工况非常苛刻；20年的预期寿命，可望而不可及；已经成为风力发电机的瓶颈，决定了整机的能力。因而，提高当前风力发电机的滚动轴承性能，以至研发新原理、新结构的主轴主轴承，势在必行，且刻不容缓。
发明内容
本实用新型是针对现有技术存在的缺点，提供一种风力发电机主轴油膜轴承，解决现有主轴滚动轴承寿命短、可靠性差的问题。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种风力发电机主轴油膜轴承，由轴套、衬套、止推环及联结螺栓构成，其特征在于：所述轴套的外柱面与所述衬套滑动配合，所述轴套的内孔柱面通过键与主轴连接，所述轴套台肩的平面与所述衬套的主止推面构成滑动耦合面，所述轴套的无台肩侧，用螺栓与所述止推环联成一体；所述衬套的外表面为球形，与轴承座的内球面滑动配合，并用连接键限制它们间绕轴线的相对转动；在所述衬套的内表面开设三排周向等分的静压油腔，形成三个同等能力的工作面；所述衬套的主止推面上周向均布四个止推静压油腔，并设有动压润滑楔面；所述衬套的副轴向支承，由衬套的右侧面与止推环构成，只设有动压润滑楔面。
三排所述静压油腔为轴向对称窄油腔，工作时，主静压油腔由进油孔经进油通道输入由计算确定的压力和流量的静压润滑油，起主承载作用；另两个辅静压油腔，位于两侧上方，也输入一定压力和流量的润滑油，作动压供油。
四个所述止推静压油腔，由止推面进油孔输入选定压力和流量的润滑油，承受工作时的轴向载荷。
所述的衬套为整体式，两侧端面为滑动耦合面。
本实用新型的优点和有益效果：
由于轴套外柱面是径向支承的滑动耦合面，它与衬套内孔柱面构成一对滑动摩擦副；其内柱面与主轴以键连接，随轴一起转动；其台肩是轴向支承的滑动耦合面，与衬套的主止推面构成平面止推滑动摩擦副。由于衬套的内孔柱面开设油腔并输入具有压力的润滑油，在风机工作时，无论转速多低，甚至在停转时，都能在工作区域中形成一个完整的承载油膜，造成液体摩擦；衬套的外表面为球形，与轴承座的内球面滑动配合，连接键限制它们绕轴线的相对转动，但不影响自动调位功能。
为了充分利用轴承的动压承载能力，在衬套内制造出的静压油腔为轴向对称窄油腔，在承载区域内，工作时正对着外载合力，但避开流体最大动压力(分布)区；所保留的大片动压承载面积，将随着风轮转速的升高而发挥越来越大的承载作用。
在衬套内以静压油腔为中心，形成三个具有相同承载能力的工作面(因内表面完整、连续，其动压包容角大于有动压供油槽结构的120°)，将其中一个置于工作区域，起主承载作用，该静压油腔为主油腔，通入设定的静压润滑油；另外两个油腔(即成为辅油腔，通入具有一定压力的润滑油，)作动压供油，但当轴因风力跳动抬起而靠近时，其辅油腔静-动压效应增强，起背压作用，从而保证风机运转平稳。
为延长使用寿命、提高可靠性，本实用新型采用了冗余设计方法：即针对该方案中的易失效件是衬套，故使其三个工作面可根据需要进行转换，且可在不拆下轴承座的情况下实现在线转换，因此，该主轴主轴承使用寿命延长至普通同类轴承的三倍。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为图1的K-K剖面图(衬套剖面结构)；
图3为图1的M向视图(衬套主止推面结构)。
下面结合附图通过较佳实施例对本实用新型作详细说明。
具体实施方式
如图1所示，一种风力发电机主轴油膜轴承，由轴套3、衬套4、止推环7及联结螺栓构成；所述轴套3的外柱面与所述衬套4滑动配合，所述轴套3的内孔柱面通过键2与主轴1连接，所述轴套3台肩3-1的平面与所述衬套4的主止推面H构成滑动耦合面，所述轴套3的无台肩侧，用螺栓与所述止推环7联成一体；所述衬套4的外表面为球形，与轴承座5的内球面滑动配合，并用连接键6限制它们间绕轴线的相对转动。
所述的衬套4为整体式，两侧端面为滑动耦合面。
如图1、2所示，在所述衬套4的内表面开设三排周向等分的静压油腔4-1，形成三个同等能力的工作面，所述静压油腔4-1为轴向对称窄油腔，面积尽量小，且离开流体动压力的峰值区域，以最大限度地保留动压承载能力，当风机转速升高到某一数值(即设计的“临界转速”)时，动压也具有独立承担外载的能力；无特定要求时，静压、动压联合工作，实行协力式工作；也可实行接力式工作。
工作时(即图1所示位置)，向主静压油腔4-1-1由进油孔4-1-1-1经进油通道4-1-1-2输入由计算确定的压力和流量的静压润滑油(p1，q1)，起主承载作用，完全可以凭借静压效应单独承担外载；另两个辅静压油腔4-1-2，位于两侧上方，由进油孔4-1-2-1经进油通道4-1-2-2也输入一定压力和流量的润滑油(p2，q2)，作动压供油；当风载变化而致主轴抬起并靠近辅油腔时，辅油腔的压力因出流阻力加大而自行升高，其动压效应也因油膜变薄而增强，共同阻止主轴的抬起，即对主轴的运转起稳定作用。
如图1、3所示，工作时的轴向力，由轴套的台肩3-1与衬套的主止推面H这对平面滑动支承来承担。所述衬套4的主止推面H上，周向均布四个止推静压油腔4-2，由止推面进油孔4-2-1输入选定压力和流量的润滑油(p3，q3)，并设有动压润滑楔面，这样，就具备了流体静压、动压联合效应的形成机理，承受工作时的轴向载荷。而衬套4的副轴向支承，由衬套的右侧面与止推环7构成，所述衬套4的右侧面上只设有动压润滑楔面，在特殊情况下起止推作用，任何时候都不会发生表面直接摩擦。
在承载部件内，设置一套简便的辅助机构，即可以在轴承座内实行衬套三个工作面(即油腔中心及周向两侧各约60°衬套内表面)位置的自由转换；即当决定更换一个主油腔(亦是主工作面)时，利用转换装置在短时停机内将衬套转动120°，即将一个辅油腔转入工作区，输入静压润滑油即便成了主油腔；从而，实现了工作区域的在线转换；这样，轴承的使用寿命将因此而再延长两倍(达到同类普通轴承的三倍)。
本实用新型的衬套滑动面，采用多层金属集优式结构，整体刚性好、工作表面性能，包括抗磨性能、减磨性能、抗固体颗粒污染性能以及抗腐蚀性能等都很好，适应风电机主轴轴承的工作与环境要求。
充分考虑主轴的工作要求(载荷大，转速低，长寿命，免装拆)和环境条件(风沙，腐蚀，温度、湿度及变化)，及其必须是在-40°～100℃环境下长期工作，其润滑油应是具有优异的抗磨性、耐极压性、氧化稳定性、抗腐蚀性、抗乳化性、高闪点、低倾点、极高粘度指数(VI＞220)及优良的低温流动性等合成油；其粘度(cSt，40℃)可选范围为ISO VG(100)，220，320，460；密封材料应使用丁腈橡胶，氟硅橡胶或乙烯基-甲基聚硅橡胶。如果，轴承共用增速器齿轮箱内的齿轮油时，必须另设专用的供油***，实行单独供油。
本实用新型适用于大装机容量(兆瓦级)的双馈式、直驱式及混合式的各类风电机组；也适用于类似要求的其他设备。
Claims (4)
1.一种风力发电机主轴油膜轴承，由轴套(3)、衬套(4)、止推环(7)及联结螺栓构成，其特征在于：所述轴套(3)的外柱面与所述衬套(4)滑动配合，所述轴套(3)的内孔柱面通过键(2)与主轴(1)连接，所述轴套(3)台肩(3-1)的平面与所述衬套(4)的主止推面(H)构成滑动耦合面，所述轴套(3)的无台肩侧，用螺栓与所述止推环(7)联成一体；所述衬套(4)的外表面为球形，与轴承座(5)的内球面滑动配合，并用连接键(6)限制它们间绕轴线的相对转动；在所述衬套(4)的内表面开设三排周向等分的静压油腔(4-1)，形成三个同等能力的工作面；所述衬套(4)的主止推面上，周向均布四个止推静压油腔(4-2)，并设有动压润滑楔面；所述衬套(4)的副轴向支承，由衬套的右侧面与止推环(7)构成，只设有动压润滑楔面。
2.按照权利要求1所述的风力发电机主轴油膜轴承，其特征在于：三排所述静压油腔(4-1)为轴向对称窄油腔，工作时，主静压油腔(4-1-1)由进油孔(4-1-1-1)经进油通道(4-1-1-2)输入由计算确定的压力和流量的静压润滑油(p1，q1)，起主承载作用；另两个辅静压油腔(4-1-2)，位于两侧上方，也输入一定压力和流量的润滑油(p2，q2)，作动压供油。
3.按照权利要求1所述的风力发电机主轴油膜轴承，其特征在于：四个所述止推静压油腔(4-2)，由止推面进油孔(4-2-1)输入选定压力和流量的润滑油(p3，q3)，承受工作时的轴向载荷。
4.按照权利要求1所述的风力发电机主轴油膜轴承，其特征在于：所述的衬套(4)为整体式，两侧端面为滑动耦合面。
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