专利名称：用于风轮机的俯仰轴承，风轮机以及维护轴承的方法
技术领域：
本发明涉及用于风轮机的俯仰轴承，风轮机以及维护轴承的方法。
背景技术：
风轮机中的典型轴承已知是四点接触式球轴承，例如在叶片俯仰^ 中。这种轴承设计已知适合于处理叶片作用在轴承上的复杂负荷模式。
当叶片在重力场中旋转时，与风相关的负荷大于与重力相关的负荷。 这些重力负荷是周期性的，并且在转子旋转期间改变方向。这使得轴承的 某些区域中的负荷改变方向，轴承将朝向该方向从间隙的一侧向另 一侧弯 曲。这种运动对于滚珠是有利的，因为滚珠可滚动以吸收这种运动。
然而，随着现代风轮机的尺寸的增大，M轴承缺乏处理负荷的增长 的能力。
滚柱具有这种特性，因此滚柱轴承引起了人们的兴趣。由于轴承经历 大的方向和负荷变化，因此存在一些沿轴承的轴向方向的弯曲。如果轴承 还具有一些轴向间隙，则其增加到来自负荷的弯曲。该弯曲将引起径向滚 柱中的滑动并因而损坏轴承。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种解决方案，该解决方案更有效地适合于 现代风轮机中轴承的增加的负荷。
本发明提供了一种用于风轮机的俯仰轴承，该俯仰轴承包括第一和 第二轴向轴承滚动元件排一所述排彼此相距一定距离安放，以及一个或多 个径向轴承元件排，其中，所述一个或多个轴承元件排安放在一限定于所述第 一和第二径向排之间的区域外侧。
由此有利地避免了上述现有技术的缺点。
在本发明的一个方面中，所述一个或多个径向轴承元件排在第一和第 二轴向排上方，例如靠近俯仰轴承的叶片侧，安放在该轴承的上侧，或者 所述一个或多个径向轴承元件排在第一和第二轴向排下方，例如靠近俯仰
轴承的轮毂侧，安放在该轴承的下側。如果将径向排从两个轴向座圏(race ) 之间移动到轴承的上部，则轴承的该部分将更容易叶片侧从外部接近，或 者在轮毂侧从内部接近，由此更容易进行维护而不必移开叶片。
在本发明的一个方面中，所述一个或多个径向轴承元件排包括滑动表 面，该滑动表面在所述第一和第二轴向排中至少一个的滚柱端表面上滑动。 这种设计将使轴承更紧凑并且成本和重量更低。
本发明还涉及一种风轮机，该风轮机包括至少一个叶片以及至少一个 俯仰(pitch)机构，该俯仰机构具有一个或多个根据权利要求1至19之 一的轴承。
本发明还涉及一种用于维护风轮机中的根据权利要求l-19之一的俯仰 轴承的方法，所述方法包括下列步骤
从俯仰轴承的叶片侧或轮毂侧移除任何保持装置，
将轴承元件的径向排的轴承元件取出，该轴承元件包括滚动元件和/ 或滚道(raceway)，
检查、修复或更换轴承元件，以及
将轴承元件和保持装置定位在它们的工作位置。
如果将径向排从两个轴向座圏之间移动到轴承的上部，则轴承的该部
分将更容易在叶片侧从外部接近或者在轮毂侧从内部接近，由此更容易进 行维护而不必移开叶片。
下面将参照附图详细说明本发明，在附图中 图l示出大型现代风轮机，图2示出风轮机应用例如俯仰机构的公知轴承类型的剖视图，
图3a和3b示出根据本发明的轴承第一实施例的剖视图，
图4示出根据本发明的轴承第二实施例的上部部分，
图5示出根据本发明的轴承第三实施例的上部部分，
图6示出根据本发明的轴承第四实施例的上部部分，
图7示出根据本发明的轴承第五实施例的上部部分，
图8以第一和第二剖视图示出根据本发明的轴承实施例，
图9示出具有固定轴承元件排的轴承实施例，以及
图IO示出具有柔性轴承元件排的轴承实施例。
具体实施例方式
图1示出现代风轮机l。风轮机1包括布置在基底6上的塔架(塔筒) 2。塔架2的顶部"i殳有带有偏^^U构(yaw mechanism )的风轮机引擎枪(吊 舱)3。
风轮机转子包括至少一个转子叶片，例如如图所示的三个转子叶片5。 转子叶片5可通过使用俯仰机构而相对于轮毂4俯仰。
图2示出在风轮机应用中，例如在俯仰机构中的公知轴承类型(3RR 构型)。
该轴承包括3排滚动元件。第一和第二轴向轴承滚动元件排9、 10在 内圏8和外圏7上安放在两个不同的水平滚道组之间。这两个排可尤其处 理并传递轴向负荷。第三排ll是径向轴承滚动元件排，该排具有一组在内 圏8和外圏7之间的垂直滚道，并可尤其处理和传递轴承的径向负荷。
第一和第二密封装置12、 13是钢或橡胶部件，所述密封装置具有多种 重要用途并且对轴承发挥作用至关重要。该密封装置使轴承滚动元件与外 部世界隔离，阻止灰尘和湿气进入并且防止润滑剂外泄。密封装置集成在 轴承中，并且在轴承的上下入口处安装在内、外圏8、 7之间。
图3a示出根据本发明的轴承的第一实施例的横截面视图。
轴承14包括外圏7和内圏8，它们包括滚道组。两个水平滚道组保持两个轴向滚动元件一例如滚柱一排9、 10。这两 个排9、 10通过内圏8的保持一些水平滚道的水平延伸部分隔开。类似地， 外圈包括上、下延伸部分，所述延伸部分保持用于所述两个轴向排的附加 水平滚道。
在轴承14的叶片侧，在所述两个轴向排9、 IO上方安放有径向轴承元 件排17、 18。该径向排包括某种滚动元件17以及处在内外圏7、 8的相对 侧的对应滚道18。该滚道示出为伸入内、外圏中，并且由此在正常使用中 滚道被垂直保持就位。轴承滚动元件也在正常使用中将滚道水平保持就位。
不同的滚动元件排优选安放在滚动笼(rolling cage)或任何类似组件 中，以使滚动元件保持就位。此外，滚动元件可以是全柔性轴承(full compliance bearing )的一部分，即并排放置并且中间没有空隙的滚动元件。
径向轴承元件排17、 18被密封装置12从外部保护，该密封装置在轴 承叶片侧的表面处封闭内、外圏7、 8之间的开口。
当移除密封装置12时，将可在叶片侧从外面接近径向轴承元件排17、18。
滚道可为轴承圏的一体部分或者是^^t的嵌入件。优选针对松散的嵌 入件，每个滚道都是一断开的环或多个环段，例如2个180度的环段，4 个90度的环段等。由此，可在轴承滚动元件或密封装置已经移除以后, 滚道或滚道段。
径向排的这种位置变化带来下列选项
可在不使主轴承(2个轴向座圏)与轮毂或叶片断开连接的情况下 检查、维护或更换轴承
磨损的段或因故障造成的碎片可以与初级轴科目隔绝(通过示出在 径向轴承元件排下方的密封件19 )
轴承的轮毂侧刚性很大，其中轴承的柔性随着与轮毂的距离而增加。 由此径向轴承可,皮更安全地预加载荷，因为外圏的高度提供了 一些弯曲可 能性
.可在后面的径向轴承或全部两个轴承中构造弹簧，以确保更好地控
8制预张力或防止轴承受到源自几何偏差一例如超出圆度公差一的过多内力 ■滚动元件也可以是滚珠或弧形滚柱，因为径向轴承在轴承顶部受到 的主轴承的约束比内侧小
可采用平面村套轴承(平面滑动轴承，plain bush bearing)
本发明的这些可能性以及实施例将在下面参照附图做进一步说明。 应当强调，内T形和外C形也可倒换为内C形和外T形。 叶片界面是轴承的面对风轮机叶片的 一侧。 轮毂界面是轴承的面对风轮机轮毂的一侧。
图3b示出图3a中的第一实施例的横截面，其中径向排移动到第一和 笫二轴向排9、 IO下方的位置。
径向轴承元件排17、 18被密封装置13从外侧防护，该密封装置在轮 毂叶片侧的表面处封闭内、外圏7、 8之间的开口。
当移除密封装置13时，径向轴承元件排17、 18可从轮毂的内侧接近。
此外，径向轴承元件排17、 18通过至少一个滚道18预加应力或预加 载荷，该滚道通过柔性支承装置28例如弹簧装置一如螺旋弹簧,iUi^。该 柔性支承装置28在径向排处产生相对于轮毂侧的刚性很大的位置的柔性。
图4示出根据本发明的轴承第二实施例的上部部分，其中径向排利用 弧形滚柱建立。
图5示出根据本发明的轴承第三实施例的上部部分。
径向排利用滚珠轴承建立，该滚珠轴承具有成形为引导滚珠的滚道。 可首选M与滚道之间的低一致性，以允许在径向滚珠轴承中的轴向移动。 低一致性可通过椭圆形滚道获得，或通过使滚道的相关部分具有比M直 径大的直径获得。
弹簧保持装置29安放在外圏的凹口中，以便在正常使用中将滚珠轴承 保持就位。该凹口位于密封装置12与滚珠轴承之间。
弹簧保持装置29也可安放在内圏的凹口内或者内圏和外图二者的凹 口内。
密封装置12示出为具有包括滚道的滚珠轴承的宽度。由此可在已经移除弹簧保持装置29之后将滚珠轴承作为一个整体取出。 图6示出根据本发明的轴承第四实施例的上部部分。 径向排利用平面村套轴承建立。该衬套可由塑料或金属例如PTFE、
POM、 PA和钢制成。此外，该村套可由金属和塑料材料的組合物制成。 图7示出根据本发明的轴承第五实施例的上部部分。 径向轴承元件排17、 18可通过至少一个滚道18预加应力或预加载荷，
该滚道被柔性支承装置28例如一个或多个弹簧装置一例如螺旋弹簧压制。 图8示出根据本发明的轴承的一个实施例。该轴承由第一和第二独立
部分制成，所述部分通过叶片和轮毂螺栓彼此压靠。
径向轴承排示出为轴承的独立部分22，该部分包括作为滚动元件的柱
形滚柱、弧形滚柱或滚珠，或者位于内外圏之间的平面衬套轴承。轴承的
下部部分23包括位于另一内外圏之间的第一和第二轴向排。
图9示出根据本发明的轴承的一个实施例，其具有固定的轴承元件排，
该轴承元件排的形式为从内外團延伸的肋。
特别地在叶片应用中，可使用引导轴向滚柱排的肋来提供轴承内的支
承功能以及径向位置。
为了有助于肋定位设计的良好功能，该设计可包括下列特征
i) 更严格的滚柱长度公差
ii) 修改的滚柱端部形式
iii) 肋的较小后倾角
这种设计将使得轴承能被制造得更紧凑并且成本更低、重量更小。 图IO示出具有柔性轴承元件排的轴承实施例。
该图示出安放在内外圏上的作为独立滑动轴承装置26、27的一个或多 个径向排。径向排24-27可优选由金属例如钢、黄铜或者塑料例如POM或 PA制成。
应当强调，上述实施例的各方面可任意组合以用于本发明的轴承设计。 此外，可在所附的权利要求的范围内对轴承进行各种设计。附图标记列表
在附图中，参考标号指示如下
1 风轮机
2 风轮机塔架
3 风轮机引擎抢
4 风轮机转子轮毂
5 风轮机转子叶片
6 风轮机基底
7 轴承外圏
8 轴承内圏
9 用于轴向负荷的第一轴向轴承滚动元件排
10 用于轴向负荷的第二轴向轴承滚动元件排
11 用于径向负荷的轴承滚动元件排
12 第一密封装置
13 第二密封装置
14 用于风轮才几应用的轴承
15 用于叶片螺栓的第一通孔
16 用于轮毂螺栓的第二通孔
17 用于径向负荷的径向轴承滚动元件排
18 用于径向轴承滚动元件排的滚道
19 径向和轴向轴承滚动元件排之间的防护装置
20 轴承的第一外圏部分
21 轴承的第二外圏部分
22 上轴承部分
23 下轴承部分
24 固定轴承元件的第一排
25 固定轴承元件的笫二排
26 独立轴承滑动元件的第一排27 独立轴承滑动元件的第二排
28 柔性支承装置，例如弹簧
29 弹簧保持环
权利要求
1.一种用于风轮机(1)的俯仰轴承(14)，包括第一和第二轴向轴承滚动元件排(9，10)，所述排彼此相距一定距离安放，以及一个或多个径向轴承元件排(17，18，24-27)，其中，所述一个或多个轴承元件排安放在一区域外侧，该区域限定在所述第一和第二轴向排之间。
2. 根据权利要求1的俯仰轴承(14)，其特征在于，所述轴承包括两 个在轴向轴承构型中的座圏，以及一个或多个在作为叶片俯仰机构一部分 的径向构型中的座圏。
3. 根据权利要求1或2的俯仰轴承(14),其特征在于，所述一个或 多个径向轴承元件排(17， 18)在第一和第二轴向排(9， IO)上方，例如 靠近俯仰轴承的叶片侧，安放在该轴承(14)的上侧，或者所述一个或多 个径向轴承元件排(17， 18)在第一和第二轴向排(9, IO)下方，例如靠 近俯仰轴承的轮毂侧，安放在该轴承(14)的下侧。
4. 根据前述权利要求之一的俯仰轴承(14),其特征在于，所述一个 或多个径向轴承元件排(17， 18)包括这样的径向轴承，该径向轴承在两 个滚道(18)之间具有柱形滚柱、弧形滚柱、滚珠、平面衬套轴承或任何 类似的滚动元件。
5. 根据前述权利要求之一的俯仰轴承(14 )，其特征在于，至少密封 装置(12)安放在所述一个或多个径向轴承元件排(17， 18)上方。
6. 根据权利要求5的俯仰轴承(14)，其特征在于，所述密封装置(12 ) 以及任何相伴随的装置将所述一个或多个径向轴承元件排(17， 18)保持 就位。
7. 根据权利要求5的俯仰轴承(14 )，其特征在于，在所述密封装置 (12)和所述一个或多个径向轴承元件排(17， 18)之间在所述外圏和/或内團的凹口内安放有弹簧保持装置(29),该弹簧保持装置将所述一个或多个径向排保持就位。
8. 根据权利要求4-7之一的俯仰轴承(14 )，其特征在于，每个滚道 (18)都是断续的环或多个环段，例如2个180度的环段，4个卯度的环段等。
9. 根据权利要求4-8之一的俯仰轴承(14 )，其特征在于，所述一个 或多个径向轴承元件排(17， 18)通过所述滚道(18)中的至少一个预加 应力或预加载荷，该滚道通过柔性支承装置(28)例如一个或多个弹簧装 置放入。
10. 根据前述权利要求之一的俯仰轴承(14),其特征在于，所述一 个或多个轴承元件排安放在上部部分(22)中，所述轴向排安放在轴承的 下部部分(23)中。
11. 根据权利要求1的俯仰轴承(14 )，其特征在于，所述第一和第 二轴向轴承滚动元件排(9， 10)包括多个滚柱，并优选在滚动笼中或任何 类似组件中以使滚柱保持就位。
12. 根据权利要求11的俯仰轴承(14 ),其特征在于，所述一个或多 个径向轴承元件排(24-27)包括滑动面，该滑动面在所述第一和第二轴向 排(9, 10)中至少一个的滚柱端表面上滑动。
13. 根据权利要求11的俯仰轴承(14 )，其特征在于，所述一个或多 个径向排(24-27)包括在所述各轴向排(9， 10)上滑动的滑动面。
14. 根据权利要求11-13之一的俯仰轴承(14)，其特征在于，所述 一个或多个径向排(24-27)在端表面的一个或多个部分上滑动。
15. 根据权利要求14的俯仰轴承(14 ),其特征在于，所述一个或多 个径向排(24-27)在端表面的上部和下部上滑动，例如在外圈的上部以及 在内圏的下部上，反之亦然。
16. 根据权利要求11-15之一的俯仰轴承(14)，其特征在于，所述 一个或多个径向排(24-27)是内、外圏的固定突起(24， 25)。
17. 根据权利要求16的俯仰轴承(14)，其特征在于，所述固定突起 (24, 25)是肋。
18. 根据权利要求11-15之一的俯仰轴承(14)，其特征在于，所述 一个或多个径向排(24-27)是安放在内、外圏上的独立滑动轴承装置(26， 27)。
19. 根据权利要求11-18之一的俯仰轴承(14)，其特征在于，所述 一个或多个径向排(17， 18, 24-25)由金属例如钢、黄铜，或者塑料例如 POM或PA制成。
20. 风轮机，包括至少一个叶片，例如两个或三个叶片，以及至少一个俯仰机构，该俯仰机构具有一个或多个根据权利要求1-19之 一的俯仰轴承。
21. 用于在风轮机中维护根据权利要求l-19之一的俯仰轴承的方法， 所述方法包括下列步骤从俯仰轴承的叶片侧或轮毂侧移除任何保持装置， 将轴承元件的径向排的轴承元件取出，该轴承元件包括滚动元件和/ 或滚道，检查、修复或更换轴承元件，以及 将轴承元件和保持装置定位在它们的工作位置。
全文摘要
一种用于风轮机(1)的俯仰轴承(14)，它包括第一和第二轴向轴承滚动元件排(9，10)，所述排彼此相距一定距离安放，还包括一个或多个径向轴承元件排(17，18，24-27)，其中所述一个或多个轴承元件排安放在限定于所述第一和第二轴向排之间的区域外侧。本发明还涉及一种风轮机以及用于维护轴承的方法。
文档编号F03D11/00GK101410616SQ200780011280
公开日2009年4月15日 申请日期2007年3月30日 优先权日2006年4月2日
发明者A·贝奇, G·马登 申请人:维斯塔斯风力系统有限公司