用于渦輪機(jī)葉片的軸承結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于使渦輪機(jī)葉片能夠相對(duì)于渦輪機(jī)輪轂旋轉(zhuǎn)的變槳軸承的領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，通過使用直徑約等于葉片根部直徑的回轉(zhuǎn)軸承，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片連接到輪轂。風(fēng)力渦輪機(jī)正變得越來越大，并且葉片根部可以具有3米以上的直徑。具有當(dāng)量直徑的回轉(zhuǎn)軸承產(chǎn)生顯著量的摩擦。另外，回轉(zhuǎn)軸承經(jīng)歷高水平磨損，因?yàn)檩S承在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中經(jīng)歷的相對(duì)較小的來回旋轉(zhuǎn)，特別是在應(yīng)用單獨(dú)的變槳控制時(shí)，并且由于保持良好潤(rùn)滑膜的相關(guān)困難。因此，使用回轉(zhuǎn)軸承和其他類型的滾動(dòng)元件軸承作為風(fēng)力渦輪機(jī)中的變槳軸承具有許多缺點(diǎn)。
[0003]DE2855992中公開了一種變槳軸承組件的替代設(shè)計(jì)。該組件包括兩個(gè)軸向間隔開的軸承，它們分別經(jīng)由兩個(gè)相互重疊并相反定向的錐形結(jié)構(gòu)連接到葉片和輪轂。軸承布置在錐體頂點(diǎn)，每個(gè)錐體的頂點(diǎn)位于另一個(gè)的基平面中，并且具有的直徑比葉片根部直徑小得多。這對(duì)于減少摩擦是有利的。
[0004]此變槳軸承組件的相互重疊的錐形結(jié)構(gòu)使得在輪轂和葉片之間能夠具有限量的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。錐形結(jié)構(gòu)具有三個(gè)輪輻，這意味著如果輪輻無限薄的話，則120度的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)是可能的。然而，輪輻需要足夠地堅(jiān)固，以傳輸作用于渦輪機(jī)葉片上的高負(fù)荷。隨著輪輻變得更厚，相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度范圍減小。
[0005]因此，就提供一種包括具有足夠強(qiáng)度并且使得相對(duì)角度轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍能夠最佳的相互重疊的錐形結(jié)構(gòu)的軸承結(jié)構(gòu)來說尚存在改進(jìn)的余地。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明涉及一種用于相對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)輪轂旋轉(zhuǎn)地支承風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的軸承結(jié)構(gòu)，包括配置成用于連接到渦輪機(jī)葉片的動(dòng)態(tài)框架和配置成用于連接到渦輪機(jī)輪轂的靜態(tài)框架。所述動(dòng)態(tài)框架通過第一和第二軸向間隔開的軸承相對(duì)于所述靜態(tài)框架被旋轉(zhuǎn)地支承，由此所述動(dòng)態(tài)和靜態(tài)框架中的每個(gè)包括用于所述第一軸承的第一軸承座和用于所述第二軸承的第二軸承座。此外，所述動(dòng)態(tài)和靜態(tài)框架中的每個(gè)包括具有錐形基座和錐形頂點(diǎn)的第一錐形部以及在它們之間具有開口的兩個(gè)或更多個(gè)框架腿。所述動(dòng)態(tài)和靜態(tài)框架相互重疊，使得一個(gè)框架的框架腿穿過另一框架的框架腿之間的開口。根據(jù)本發(fā)明，所述靜態(tài)框架的以及所述動(dòng)態(tài)框架的第一錐形部定向在相同的方向上，由此每個(gè)第一錐形部的錐形頂點(diǎn)設(shè)置有軸承座。
[0007]由于將錐形部定向在相同的方向上，所以穿透區(qū)域一其中所述靜態(tài)和動(dòng)態(tài)框架的框架腿穿過彼此一可以布置在動(dòng)態(tài)框架的以及靜態(tài)框架的大直徑區(qū)域。因此，框架腿可以被實(shí)現(xiàn)有提供必要強(qiáng)度的厚度，而不會(huì)過度限制靜態(tài)和動(dòng)態(tài)框架之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)程度。在優(yōu)選的示例中，動(dòng)態(tài)和靜態(tài)框架中的每個(gè)具有以均勻間隔布置的三個(gè)框架腿，由此約100度的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)是可能的。
[0008]在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，所述靜態(tài)和動(dòng)態(tài)框架僅包括第一錐形部。所述動(dòng)態(tài)框架的和靜態(tài)框架的第二軸承座然后布置在相應(yīng)框架的錐形基座的中心部分。在一個(gè)示例中，所述動(dòng)態(tài)框架的第二軸承座布置在動(dòng)態(tài)框架的錐形基座的平面中。所述動(dòng)態(tài)框架腿然后在動(dòng)態(tài)框架的第二軸承座與錐形基座之間的純徑向方向上延伸。所述靜態(tài)框架腿將靜態(tài)框架的錐形基座與靜態(tài)框架的第二軸承座連接，且優(yōu)選地包括軸向延伸和徑向延伸。靜態(tài)框架腿的軸向延伸從錐形基座延伸，并且在沿徑向方向延伸到第二軸承座之前穿過動(dòng)態(tài)框架腿之間的開口。穿透區(qū)域因此可以布置在這兩個(gè)框架的大直徑區(qū)域。
[0009]在另一示例中，靜態(tài)框架的第二軸承座布置在靜態(tài)框架的錐形基座的平面中，并且具有沿純徑向延伸的靜態(tài)框架腿。動(dòng)態(tài)框架腿然后適當(dāng)?shù)匕ㄈ缟纤龅妮S向延伸和徑向延伸。
[0010]在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)框架中的一個(gè)或這兩者包括相反定向的第一和第二錐形部，并且具有大致菱形形狀。菱形形狀框架的優(yōu)點(diǎn)在于，通過框架腿的力線相對(duì)較短，使得要被使用的材料更少。這對(duì)于減少重量是有利的。
[0011]在一個(gè)示例中，這兩個(gè)框架包括由共同的錐形基座相連的第一和第二錐形部。靜態(tài)框架的和動(dòng)態(tài)框架的第一軸承座布置在相應(yīng)第一錐形部的錐形頂點(diǎn)，靜態(tài)框架的和動(dòng)態(tài)框架的第二軸承座布置在相應(yīng)第二錐形部的錐形頂點(diǎn)。合適地，所述動(dòng)態(tài)和靜態(tài)框架中的至少一個(gè)的框架腿形成該框架的錐形部的一部分。
[0012]靜態(tài)框架的和動(dòng)態(tài)框架的第一軸承座將被指定為用于軸承結(jié)構(gòu)的輪轂側(cè)軸承的軸承座。同樣地，靜態(tài)框架的和動(dòng)態(tài)框架的第二軸承座將被指定為用于軸承結(jié)構(gòu)的葉片側(cè)軸承的軸承座。
[0013]應(yīng)當(dāng)指出的是，靜態(tài)框架的輪轂側(cè)軸承座可以是用于接收輪轂側(cè)軸承內(nèi)圈的軸元件，或者可以是用于接收輪轂側(cè)軸承外圈的殼體元件。同樣地，靜態(tài)框架的葉片側(cè)軸承座可以是用于接收輪轂側(cè)軸承內(nèi)圈的軸元件，或者可以是用于接收葉片側(cè)軸承外圈的殼體元件。類似地，動(dòng)態(tài)框架的輪轂側(cè)軸承座可以是用于接收輪轂側(cè)軸承內(nèi)圈的軸元件，或者可以是用于接收輪轂側(cè)軸承外圈的殼體元件，動(dòng)態(tài)框架的葉片側(cè)軸承座可以是用于接收葉片側(cè)軸承內(nèi)圈的軸元件，或者可以是用于接收葉片側(cè)軸承外圈的殼體元件。
[0014]當(dāng)所述框架之一的輪轂側(cè)和葉片側(cè)軸承座由軸元件形成時(shí)，這些座可以設(shè)置在相同軸部的軸向間隔開的部分上?？商娲兀懻摰目蚣芸梢园▋蓚€(gè)短軸部。對(duì)于框架的輪轂側(cè)軸承座來說還可以配置成用于連接到例如輪轂側(cè)軸承的外圈，而同一框架的葉片側(cè)座配置成用于連接到葉片側(cè)軸承的內(nèi)圈。
[0015]優(yōu)選地，葉片側(cè)軸承和輪轂側(cè)軸承包括徑向球面滑動(dòng)軸承。這種類型的軸承具有的有利性能在于耐磨性，這在大多數(shù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是小的來回往復(fù)振蕩的變槳軸承應(yīng)用中非常重要。
[0016]軸承結(jié)構(gòu)的靜態(tài)框架被安裝到輪轂。在一些示例中，靜態(tài)框架包括用于連接到輪轂的柱形輪轂接口。該輪轂接口適當(dāng)?shù)匕ㄓ伸o態(tài)框架腿接合到靜態(tài)框架的錐形基座的柱形連接部。動(dòng)態(tài)框架腿可以形成部分的錐形部，其將動(dòng)態(tài)框架的錐形基座連接到輪轂側(cè)軸承的軸承座。
[0017]在其它示例中，靜態(tài)框架的錐形基座被安裝到輪轂。動(dòng)態(tài)框架然后還可以包括渦輪機(jī)葉片所連接到的柱形葉片接口。葉片接口適當(dāng)?shù)匕ㄓ蓜?dòng)態(tài)框架腿接合到動(dòng)態(tài)框架錐形基座的柱形連接部。靜態(tài)框架腿可以形成部分的錐形部，其將靜態(tài)框架的錐形基座連接到葉片側(cè)軸承的軸承座。
[0018]當(dāng)靜態(tài)框架的錐形基座連接到渦輪機(jī)輪轂時(shí)，用于輪轂側(cè)軸承的軸承座可以布置在輪轂的中心區(qū)域中，靠近渦輪機(jī)主軸的軸線。這樣的布置在緊湊性方面是有利的。在本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展中，兩個(gè)或更多個(gè)軸承結(jié)構(gòu)圍繞渦輪機(jī)的主軸線沿徑向布置，且該布置還包括中心軸部。中心軸部可以連接到渦輪機(jī)主軸并且互連每個(gè)軸承結(jié)構(gòu)的靜態(tài)框架的輪轂側(cè)軸承座。優(yōu)選地，每個(gè)靜態(tài)框架的錐形基座連接到彼此，并且在中心軸部的前側(cè)以及在后側(cè)連接到中心軸部。靜態(tài)框架在輪轂心臟的互連提高了該結(jié)構(gòu)作為整體的強(qiáng)度以及負(fù)載傳輸能力。
[0019]根據(jù)詳細(xì)說明書和附圖，這些及其它優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。
【附圖說明】
[0020]下面參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，其中:
[0021]圖la和圖lBb分別示出了根據(jù)本發(fā)明的軸承結(jié)構(gòu)的第一示例的透視圖和剖視圖；
[0022]圖2示出了安裝到渦輪機(jī)輪轂的根據(jù)本發(fā)明的軸承結(jié)構(gòu)的第二示例的透視圖；
[0023]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的三個(gè)軸承結(jié)構(gòu)的布置的剖視圖；
[0024]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的三個(gè)軸承結(jié)構(gòu)的另一布置的剖視圖；
[0025]圖5示出了風(fēng)力禍輪機(jī)的示例。
【具體實(shí)施方式】
[0026]圖5是風(fēng)力渦輪機(jī)5的前視圖，其包括連接到輪轂20的三個(gè)葉片10。輪轂經(jīng)由主軸(未示出)連接到發(fā)電機(jī)，其布置在安裝在塔架40上的機(jī)艙30中。為了盡量增大由葉片所捕獲的能量的量同時(shí)盡量減少葉片上的載荷，風(fēng)力渦輪機(jī)配備有單獨(dú)的變槳控制系統(tǒng)。每個(gè)葉片10可相對(duì)于輪轂20繞著葉片槳距軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，并且由軸承結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)地支承。
[0027]為了盡量減少摩擦，根據(jù)本發(fā)明的軸承結(jié)構(gòu)包括軸向間隔開的第一和第二軸承，其具有的直徑比渦輪機(jī)葉片的葉片根部直徑小得多。軸承結(jié)構(gòu)還包括將第一和第二軸承彼此連接的相互重疊的框架。因此，框架必須足夠堅(jiān)固，以將葉片上的高施加載荷傳輸?shù)捷嗇灐?br>[0028]圖la和圖lb示出了根據(jù)本發(fā)明的軸承結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施例的透視圖和剖視圖。軸承結(jié)構(gòu)100包括動(dòng)態(tài)框架110和靜態(tài)框架130，它們通過第一和第二軸承150、160相對(duì)彼此旋轉(zhuǎn)地支承。
[0029]在該軸承結(jié)構(gòu)的使用中，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片安裝到動(dòng)態(tài)框架110，靜態(tài)框架130安裝到風(fēng)力渦輪機(jī)輪轂，其與渦輪機(jī)主軸連接。動(dòng)態(tài)框架110包括渦輪機(jī)葉片被安裝至的柱形部，并且還包括錐形部。該錐形部具有大直徑的錐形基座113和小直徑的錐形頂點(diǎn)115，它們通過框架桿117相連。動(dòng)態(tài)框架110的錐形部在柱形部?jī)?nèi)沿著葉片槳距軸線延伸。
[0030]靜態(tài)框架還包括具有由框架桿137連接的大直徑錐形基座133和小直徑錐形頂點(diǎn)135的錐形部。這兩個(gè)框架的錐形部定向在相同的方向上，使得動(dòng)態(tài)框架的錐形頂點(diǎn)115位于靜態(tài)框架的錐形頂點(diǎn)135。
[0031]為了使渦輪機(jī)葉片的槳距角能夠繞著葉片槳距軸線進(jìn)行調(diào)整，動(dòng)態(tài)