CN101965455B - 风力发电设备的转子毂的轴承装置及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于风力发电设备(1)的转子(5)的轴承装置(10)，该轴承装置包括具有至少一个转子叶片(7)的转子毂(6)以及滚动轴承(8)，转子毂(6)通过滚动轴承(8)可相对于机座(4)旋转地支承在风力发电设备(1)的吊舱(3)中，其中，滚动轴承(8)具有外环(12)和内环，在外环和内环之间设置着滚动体。为简化轴承装置(10)的装配及拆卸，本发明提出将滚动轴承(8)共轴布置在转子毂(6)的轴向向外张开的圆柱形开口(11)中，其中，滚动轴承(8)的外环(12)与所述转子毂(6)抗扭地并且可拆开地连接在一起。

Description

风力发电设备的转子毂的轴承装置及其装配方法

技术领域

本发明涉及一种用于风力发电设备的转子的轴承装置，该轴承装置包括具有至少一个转子叶片的转子毂和滚动轴承，转子毂通过滚动轴承可相对于机座旋转地支承在风力发电设备的吊舱中，其中，滚动轴承具有外环和内环，在外环和内环之间布置有滚动体。另外，本发明涉及一种更换风力发电设备的这种轴承装置的方法。

背景技术

风力发电设备的转子通常支承在承载有转子轴的主轴承结构中。该转子轴被安装在传动机构的输入轴上，以便传递驱动能。转子轴的支承通常是通过与至少两个滚动轴承的固定-脱离支承实现的。然而这种结构形式需要大的结构空间，而且相对昂贵。

现已公知有这样的风力发电设备，其只用一个滚动轴承作为轴承装置，该滚动轴承可以传递所有的力和转矩。这种方案费用不高，而且需要的结构空间较小。为了在主轴承上进行维修工作或者为了更换风力发电设备的轴承，通常需要拆除转子。在虑及新设备要被安装到高度超过100m的塔柱上的实际情况下，这种拆卸涉及巨大的成本因素。

这样一种轴承装置已由例如DE 10102255A1而为人所知。该专利公开文件描述了一种具有固定于塔柱顶端的机座的风力发电设备，该机座一方面保持住发电机的静止部分，另一方面支承着发电机的旋转部分以及转子的承载着转子叶片的轮毂，其中，转子毂和发电机的旋转部分被固定在共同的空心轴上，该空心轴通过滚动轴承安置在轴套上，而该轴套则安装在机座上。在此提出，在轴套与空心轴之间仅设置一个同时也接收力矩的轴承作为滚动轴承。通过这种方式，显著地减小了轴套的轴向长度并因而减轻了其重量，并且对于空心轴的用于支承的部分也应有同样的效果。因此，轴承应接收所有的力矩，包括方向不定的、出现在横向于空心轴轴线延伸的轴周围的力矩，而不至于使发电机转子相对于发电机定子的相对位置的变化超过临界尺度。

EP 1426639Al公开了一种将双列圆锥滚子轴承作为风力发电设备的滚动轴承进行装配的方法，该圆锥滚子轴承的特征在于，第一内环的各个扇段与第二内环的各个扇段以它们相向的轴向端面彼此接近，从而在外环的所有扇段刚好接触到空心轴的穿孔面且第一与第二内环的所有扇段刚好接触到空心轴的罩面时，第一与第二内环的各扇段的轴向端面之间留有轴向间隙。鉴于装配的舒适性，装配分段的轴承基本上是有优势的，但是由于是分段的，所以在滚动轴承的滚动面中会产生难以避免的不均匀性。

最后，在DE 10351524A1中公开了一种用于为风力发电设备传递转子弯矩及转子转矩的装置，该装置具有在其上固定有至少一个转子叶片的转子毂以及承载转子的大型滚动轴承，特别是圆锥滚子轴承，该大型滚动轴承具有固定在壳体上的外环以及串联的行星齿轮传动机构。在该装置中，轮毂被设置为直接与径向轴承的内环和/或轴承加固环相连接。因此应当认为创造出了一种特别紧凑、轻便、费用不大的装置，其通过大型滚动轴承与传动机构来传递转子弯矩和转子转矩。

仅具有一个转子主轴承的所有方案均存在这样一个缺点，即在需要时，更换轴承必须付出极大的机械及人工成本，其原因主要在于，必须将滚动轴承向后，也就是朝着风力发电设备的吊舱的内部方向抽出。这需要打开吊舱、拆除外罩、拆卸挡道的成套设备与机械组件等，在超出地面达100m的高度上，这些都是危险、并需要用到许多工具的作业，因为这种维护工作可能必须要投入很多的吊车及起重机台。

发明内容

基于公知现有技术中诸方案的上述缺点，本发明的基本目的因而在于提出一种排除了上述缺点的轴承装置及其装配方法。特别是提供一种方便装配与拆卸的风力发电设备的轴承装置。另外应详细说明更换该种轴承装置的方法。

本发明基于这样的认识，即通过将轴承装置的滚动轴承从前侧，也就是从远离发电机的那一侧插入到转子毂的扩大了直径的开口中并且与该转子毂连接在一起，从而实现上面提出的目的。

本发明因此涉及一种用于风力发电设备的转子的轴承装置，该轴承装置包括具有至少一个转子叶片的转子毂以及滚动轴承，该转子毂通过滚动轴承可相对于机座旋转地支承在风力发电设备的吊舱中，其中，滚动轴承具有外环和内环，在外环和内环之间布置有滚动体。另外，设计将滚动轴承共轴布置在转子毂的轴向向外张开的圆柱形开口中，其中，滚动轴承的外环与转子毂抗扭地并且可拆开地连接在一起。

通过这种构造，有效简化轴承装置的滚动轴承的装配及拆卸的目的被有利地实现。现在，如果出于维护或更换的目的需要将轴承与风力发电设备分离，那么只需从转子毂上把滚动轴承向前移开。由于所有重要的构件都能够从外侧，也即是从远离发电机的前侧进入，因而彻底省却了在吊舱之内或者在吊舱的结构部件上进行的复杂的工作。另外，无论在哪一方面，均未损害风力发电设备的滚动轴承与转子的功能性。

进一步地可以提出，使转子毂在其圆柱形开口的轴向的内部端部上具有径向向内突出且带有轴向外部端面的挡边，并且使外环的轴向内部端面抵靠在挡边的轴向外部端面上并使该内部端面与外部端面能够力配合地相连接。

在另外一些实用的改进方案中可以提出：多个穿孔轴向通过穿过挡边，这些穿孔与轴向穿过外环的多个穿孔相对齐，其中，通过这些穿孔能够穿设螺栓，以便滚动轴承的外环与转子毂力配合地连接到一起。

本发明的另一设计方案提出：转子毂的外壳通到径向向外指向且具有多个与机座中的穿孔相对齐的轴向穿孔的边缘中，其中，机座轴向和径向外侧地布置在风力发电设备的吊舱上。这一设计方案还可通过如下方式进行补充：通过转子毂的边缘的穿孔以及机座的穿孔可穿设螺栓，利用这些螺栓能够将转子毂与机座力配合地相连接。

在本发明的一个特别实用的改进方案中提出，滚动轴承被设计成是具有旋转枢轴轴承(Momentenlager)的构造形式的轴承。

提供一种更换风力发电设备的轴承装置的方法的目的是以包括下列方法步骤的方法实现的：

-将转子毂固定在径向和轴向外部地布置于吊舱的机座上，

-拆开转子毂与轴承外环之间的连接，

-从转子毂的圆柱形开口中抽出滚动轴承，并且

-以相反的顺序置入另一滚动轴承。

通过这种方式，提供了一种用于安装及拆卸风力发电设备的主轴承的极其简便、极其有利的方法，与迄今公知的方法相比，该方法明显简化。因为通过使所有重要部件都能够从外部或者说从前部进入风力发电设备，所以更换风力发电设备的主轴承能够比现在明显更快地、成本更低廉地实施。

附图说明

下面参照附图详细解释根据本发明构造的轴承装置的一个优选实施例。其中：

图1以部分示图的形式示出了具有根据本发明的轴承装置的风力发电设备的剖面图；

图2以部分示图的形式示出了根据本发明的轴承装置在安装完毕后的纵剖图，

图3是图2所示的轴承装置在部分拆开状态下的纵剖图。

具体实施方式

在图1中以局部剖面图的形式示意性地示出了风力发电设备。该风力发电设备1拥有以能够360°旋转的方式支承在塔柱2上的吊舱3。在吊舱3的内部，机座4以邻近转子的方式径向和轴向外部地布置在转子上，吊舱3中还放置有重要的、未进一步示出的功能部件，例如发电机、齿轮传动机构等。发电机由转子5通过传动机构驱动而产生电流，电流通过同样未进一步示出的输电线输送到电网中。

转子5主要包括转子毂6，在转子毂6的径向圆周上固定着多个转子叶片7，这些叶片通过吹过的风使得转子5旋转。滚动轴承8共轴地插入转子毂6中，以作为转子5的主轴承，该滚动轴承将转子毂6与构造成空心轴9的抗扭的轴可旋转地连接在一起。滚动轴承8与转子毂6的这种连接构成了根据本发明的轴承装置10，在图2和图3中具体示出了该轴承装置。

在图2中，以纵剖图的形式示出了处于安装完毕的状态下的轴承装置10，所谓安装完毕的状态是指转子毂6能够自由旋转的状态。转子6具有能够从轴向外部进入的圆柱形开口11，滚动轴承8被插入到该圆柱形开口中。滚动轴承8具有外环12、未进一步示出的内环以及布置在外环与内环之间且同样未进一步示出的滚动体，例如锥形滚子。内环被抗扭地布置在空心轴9中。

转子毂6在圆柱形开口11的轴向内部端部上具有呈现为径向向内突出的环绕挡边13的形式的止挡件，挡边13具有轴向外部端面14，通过该轴向外部端面穿设有多个轴向穿孔15。转子毂6的外壳16通到径向向外指向的边缘17，该边缘在保持极小的径向间隙28的情况下与机座4轴向地间隔开并且具有多个轴向穿孔18。穿孔18定位在与机座4中的轴向穿孔19相同的径向高度上。因此，在风力发电设备1的运行状态下，在转子毂6的边缘17的轴向内部端面与机座4的轴向外部端面之间会留有轴向间隔。

滚动轴承8的尺寸被设计为：外环12的直径比转子毂6的内壳22的直径更小。外环12的轴向内部的端面22抵靠在挡边13的轴向外部端面14上，也就是使轴向地穿过外环12的穿孔24与挡边13的轴向穿孔15对齐。通过这些穿孔15、24可穿设螺栓25，螺栓25将外环12力配合地保持在转子毂6上。

在图3中，以纵剖图的形式示出了处于部分拆开状态下的轴承装置10。为能拆卸与装配轴承装置，首先把转子毂6固定在机座4上。为此，在转子毂6的边缘17的穿孔18与机座4的穿孔19中插入并拧紧螺栓26，转子毂6因此被轴向地朝着机座4移动，直至转子毂6的边缘的轴向内部端面20抵靠到机座4的端面21上。根据另一变例，也可以在图2所示的间隙28中塞进中间件，以便随后将螺栓26插入并旋紧在穿孔18、19中。这样，在旋紧螺栓26时就不必轴向移动转子毂6。一旦螺栓26被拧紧，转子毂6即被机座4保持住，从而能够接着将滚动支承8轴向向外或者说向前地从转子毂6中沿着箭头A的方向抽出。

对此，首先要拧开并去除将外环12与转子毂6的挡边13固定在一起的螺栓25(在图3中未示出)。接着，利用适合的、通过虚线表明的牵引装置将滚动轴承8沿着箭头A的方向从转子毂6中向前侧移开。随后，将新的滚动轴承8再次从前侧插入转子毂6的圆柱形开口11中，并将其与转子毂以之前所述的方式连接在一起，至此，拆开机座4与转子毂6之间的螺栓26并在转子毂6与机座4之间再次建立合适的间距。

这样，就创造了轴承装置10，其能够以最简单的方式从风力发电设备中移除或者安装入风力发电设备中，从而有效降低了用于更换风力发电设备的主轴承的机械成本，这是因为：主轴承是向前并向外抽出的，而迄今为止，主轴承都只是向后，也就是向着吊舱的内部移除，由于在吊舱内部布置有其他的传动及发电设备，使得这种向后移除必然导致极大的复杂度。用于根据本发明构造的轴承装置的滚动轴承8优选为圆锥滚子轴承。

附图标记列表

1        风力发电设备

2        塔柱

3        吊舱

4        机座

5        转子

6        转子毂

7        转子叶片

8        滚动轴承

9        空心轴

10       轴承装置

11       圆柱形开口

12       外环

13       挡边

14       端面

15       轴向穿孔

16       转子毂6的外壳

17       边缘

18       轴向穿孔

19       轴向穿孔

20       边缘17的端面

21       机座4的端面

22       转子毂6的内壳

23       外环12的轴向内部端面

24       穿孔

25       螺栓

26       螺栓

27       牵引装置

28       间隙

A        箭头；抽出方向

Claims (6)

1.一种用于风力发电设备(1)的转子(5)的轴承装置(10)，包括具有至少一个转子叶片(7)的转子毂(6)以及滚动轴承(8)，所述转子毂(6)通过所述滚动轴承(8)可相对于机座(4)旋转地支承在所述风力发电设备(1)的吊舱(3)中，其中，所述滚动轴承(8)具有外环(12)和内环，在所述外环(12)和内环之间布置有滚动体，其中，所述滚动轴承(8)共轴布置在所述转子毂(6)的轴向向外张开的圆柱形开口(11)中，其中，所述滚动轴承的外环(12)与所述转子毂(6)抗扭地并且可拆开地连接在一起，其特征在于，所述转子毂(6)在所述圆柱形开口(11)的轴向内部端部上具有径向向内突出的、并且带有轴向的外部端面(14)的挡边，并且所述外环(12)的轴向内部端面(23)抵靠在所述挡边(13)的轴向外部端面(14)上并能与之力配合地连接。

2.根据权利要求1所述的轴承装置，其特征在于，多个穿孔(15)轴向地穿过所述挡边(13)，这些所述穿孔(15)与轴向穿过所述外环(12)的那些穿孔(24)对齐，其中，多个螺栓(25)能过穿过这些所述穿孔(15，24)，以用于将所述外环(12)与所述转子毂(6)力配合地连接到一起。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的轴承装置，其特征在于，所述转子毂(6)的外壳(16)通进径向向外指向的边缘(17)中，所述边缘(17)具有与所述机座(4)中穿孔(19)对齐的多个轴向穿孔(18)，其中，所述机座(4)轴向和径向外部地布置在所述风力发电设备(1)的吊舱(3)上。

4.根据权利要求3所述的轴承装置，其特征在于，多个螺栓(26)可穿过所述边缘(17)的穿孔(18)和所述机座(4)的穿孔(19)，以用于将所述转子毂(6)与所述机座(4)力配合地连接到一起。

5.根据权利要求1至2中任一项所述的轴承装置，其特征在于，所述滚动轴承(8)是具有旋转枢轴轴承的构造形式的轴承。

6.一种方法，用于根据一种按照前述权利要求中任一项所述的装置替换风力发电设备(1)的轴承装置，包括如下步骤：

-将所述转子毂(6)固定在径向和轴向外部地布置在吊舱(3)上的机座(4)上，

-拆开所述转子毂(6)与轴承外环(12)之间的连接，

-从所述转子毂(6)的圆柱形开口(11)中抽出所述滚动轴承(8)，

-以相反的顺序置入另一滚动轴承(8)。

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