風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)涉及風(fēng)輪機(jī)，具體而言涉及包括用于支撐轉(zhuǎn)子軸的滾動(dòng)軸承的風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸設(shè)備(arrangement)。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)輪機(jī)是眾所周知的并且日益廣泛地被用于發(fā)電。風(fēng)輪機(jī)的特點(diǎn)在于，例如，具有基本上水平的轉(zhuǎn)子軸，該轉(zhuǎn)子軸設(shè)置在高塔頂部的罩框(nacelle framing)中。該基本上水平的轉(zhuǎn)子軸支撐風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片。通過(guò)轉(zhuǎn)子軸的旋轉(zhuǎn)，風(fēng)能經(jīng)由轉(zhuǎn)子葉片轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，該轉(zhuǎn)子軸進(jìn)而連接到發(fā)電機(jī)以產(chǎn)生電能。一些情況下還在轉(zhuǎn)子軸和發(fā)電機(jī)之間安裝齒輪箱。也有設(shè)置垂直的轉(zhuǎn)子軸的風(fēng)輪機(jī)示例。
[0003]風(fēng)輪機(jī)尺寸的增加通常導(dǎo)致對(duì)風(fēng)輪機(jī)中機(jī)械部件的更高要求。風(fēng)輪機(jī)中最重要和要求最苛刻的機(jī)械部件之一是支撐轉(zhuǎn)子軸的軸承。轉(zhuǎn)子軸的支撐軸承必須適應(yīng)(accommodate)非常大的力，包括軸向力、徑向力及其結(jié)合，還必須適應(yīng)大的彎曲力矩和扭矩。
[0004]為此，大量不同類(lèi)型的軸承和設(shè)備用于支撐轉(zhuǎn)子軸。所用軸承設(shè)備的一個(gè)示例是使兩個(gè)錐形滾子軸承彼此遠(yuǎn)離地設(shè)置以支撐轉(zhuǎn)子軸。這些軸承設(shè)計(jì)為能適應(yīng)大的徑向力和軸向力(在一個(gè)方向上)。通過(guò)將兩個(gè)這種軸承遠(yuǎn)離地安裝在轉(zhuǎn)子軸上(0型或X型布置方式)，能適應(yīng)兩個(gè)方向上的徑向力和軸向力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]考慮到如上情況，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種軸承設(shè)備，其1)至少改善現(xiàn)有技術(shù)中的某些缺陷，2)提供能適應(yīng)強(qiáng)力的可靠解決方案，并且3)至少對(duì)已知的風(fēng)輪機(jī)軸承設(shè)備提供有益且良好的替換性方案。
[0006]這些和其它目標(biāo)通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求中提供的主題事項(xiàng)得到滿(mǎn)足。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例呈現(xiàn)在從屬權(quán)利要求中。該目標(biāo)已經(jīng)通過(guò)風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸設(shè)備得以實(shí)現(xiàn)，包括:轉(zhuǎn)子軸，用于支撐風(fēng)輪機(jī)葉片；非轉(zhuǎn)動(dòng)第一殼體結(jié)構(gòu)，用于支撐轉(zhuǎn)子軸，該第一殼體結(jié)構(gòu)設(shè)置為安裝到風(fēng)輪機(jī)罩框上；以及第一滾動(dòng)軸承，設(shè)置為在徑向方向上以及在至少第一軸向方向上相對(duì)于第一殼體結(jié)構(gòu)在第一支撐點(diǎn)支撐轉(zhuǎn)子軸，該第一滾動(dòng)軸承是單排自對(duì)準(zhǔn)軸承，包括第一內(nèi)環(huán)、第一外環(huán)和一組滾動(dòng)元件，該組滾動(dòng)元件由插置在第一內(nèi)環(huán)和第一外環(huán)之間的滾子形成。另外，每個(gè)滾子是非對(duì)稱(chēng)滾子且具有彎曲滾道接觸表面，該彎曲滾道接觸表面設(shè)置為與第一內(nèi)環(huán)的彎曲內(nèi)滾道接觸且與第一外環(huán)的彎曲外滾道接觸，并且其中每個(gè)滾子與內(nèi)滾道和/或外滾道之間的接觸角相對(duì)于轉(zhuǎn)子軸的徑向方向傾斜。此外，該設(shè)備包括:非轉(zhuǎn)動(dòng)第二殼體結(jié)構(gòu)，用于支撐轉(zhuǎn)子軸，該第二殼體結(jié)構(gòu)設(shè)置為安裝到風(fēng)輪機(jī)罩框上；以及第二滾動(dòng)軸承，設(shè)置為相對(duì)于第二殼體結(jié)構(gòu)在第二支撐點(diǎn)支撐轉(zhuǎn)子軸。
[0007]本發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，通過(guò)將如前述的第一滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)軸承結(jié)合到風(fēng)輪機(jī)軸承設(shè)備上，可實(shí)現(xiàn)更加緊湊和可靠的軸承設(shè)備。各滾道的傾斜角導(dǎo)致軸承可適應(yīng)轉(zhuǎn)子軸的軸向和徑向兩個(gè)方向上的高負(fù)荷。另外，由于各滾道和各滾子的彎曲外形引起的自對(duì)準(zhǔn)性能，將顯著地減小各滾道和各滾子端部之間區(qū)域上的邊緣應(yīng)力。尤其是，第一自對(duì)準(zhǔn)滾動(dòng)軸承的配置將導(dǎo)致第一外環(huán)和第一內(nèi)環(huán)可能因例如軸的撓度而產(chǎn)生相對(duì)錯(cuò)位。
[0008]滾子的非對(duì)稱(chēng)性在滾子的軸向方向上可見(jiàn)，更具體而言，非對(duì)稱(chēng)性沿著每個(gè)滾子的旋轉(zhuǎn)軸線可見(jiàn)。
[0009]在本發(fā)明的實(shí)施例中，第二滾動(dòng)軸承是單排自對(duì)準(zhǔn)軸承，設(shè)置為在徑向方向上以及在第二相對(duì)軸向方向上支撐，并且包括第二內(nèi)環(huán)、第二外環(huán)和第二組滾動(dòng)元件，該第二組滾動(dòng)元件由插置在第二內(nèi)環(huán)和第二外環(huán)之間的滾子形成，并且其中每個(gè)滾子與內(nèi)滾道和/或外滾道之間的接觸角相對(duì)于轉(zhuǎn)子軸的徑向方向傾斜。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，每個(gè)滾子是非對(duì)稱(chēng)滾子且具有彎曲滾道接觸表面，該彎曲滾道接觸表面設(shè)置為與第二內(nèi)環(huán)的彎曲內(nèi)滾道接觸且與第二外環(huán)的彎曲外滾道接觸。通過(guò)使第二滾動(dòng)軸承與第一滾動(dòng)軸承具有類(lèi)似的設(shè)計(jì)，甚至可實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步改進(jìn)的軸承設(shè)備，從而增加緊湊型并且提高可靠性。對(duì)于這樣的配置，還能利用高軸承預(yù)負(fù)荷，這將提高風(fēng)輪機(jī)的系統(tǒng)剛度，從而進(jìn)一步延長(zhǎng)風(fēng)輪機(jī)設(shè)備的使用壽命。此外，對(duì)于第二軸承位置，將實(shí)現(xiàn)自對(duì)準(zhǔn)性能。因此，軸承設(shè)備中的每個(gè)軸承將可能錯(cuò)位(例如，由軸的撓度引起)，這顯著地減小了在軸承滾道與滾子端部之間的區(qū)域上產(chǎn)生例如邊緣應(yīng)力的風(fēng)險(xiǎn)。由此衍生的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是即使在風(fēng)輪機(jī)的應(yīng)用中存在非常高的負(fù)荷時(shí)也能實(shí)現(xiàn)更緊湊的軸承設(shè)備。因此，該軸承設(shè)備尤其適合于較大的風(fēng)輪機(jī)。非常大的風(fēng)輪機(jī)的示例是生成多達(dá)5兆瓦(MW)甚或更高的電功率的風(fēng)輪機(jī)。第一和第二滾動(dòng)軸承可設(shè)置成面對(duì)面或背對(duì)背，也就是已知的X和0型布置。由于這種布置，兩個(gè)軸承在轉(zhuǎn)子軸的兩個(gè)軸向方向上都經(jīng)受非常高的負(fù)荷。由于在風(fēng)的方向上軸向負(fù)荷最大這一事實(shí)，在該方向上適應(yīng)軸向力的軸承可設(shè)計(jì)得較大且因此適應(yīng)比在相對(duì)軸向方向上的其它軸承所支撐的軸向力更大的軸向力。因此，不必采用兩個(gè)類(lèi)似尺寸和/或重量的滾動(dòng)軸承且由此該解決方案甚至可更加緊湊。
[0010]在一個(gè)實(shí)施例中，第一或第二外環(huán)的彎曲外滾道的半徑分別從第一或第二滾動(dòng)軸承的軸承軸線的中心點(diǎn)延伸。該軸承配置提供了良好的自對(duì)準(zhǔn)性能，即:軸承的外環(huán)和內(nèi)環(huán)可相對(duì)錯(cuò)位(misalign)?？紤]到這一點(diǎn)，經(jīng)改善的自對(duì)準(zhǔn)性能將導(dǎo)致軸承不需要設(shè)計(jì)和/或適于適應(yīng)滾子端部和軸承環(huán)之間接觸區(qū)域上的例如較大的邊緣應(yīng)力。結(jié)果，與不具有該改進(jìn)的自對(duì)準(zhǔn)性能的軸承相比，該軸承可較小。減小了尺寸和重量的軸承對(duì)風(fēng)輪機(jī)是有利的。另外，這對(duì)較大的風(fēng)輪機(jī)尤其有利，例如，能以5MW或更大的功率發(fā)電的風(fēng)輪機(jī)。
[0011]在一個(gè)實(shí)施例中，第一或第二內(nèi)環(huán)中的至少一個(gè)具有凸緣，該凸緣分別鄰近于第一或第二內(nèi)環(huán)或外環(huán)的彎曲滾道設(shè)置。該凸緣能引導(dǎo)軸承中的滾子和/或保持軸承中的滾子。因此，該凸緣設(shè)計(jì)為能與第一和/或第二滾動(dòng)軸承中的該組滾子的滾子端部相接觸。接觸區(qū)域可優(yōu)選制為減小增加應(yīng)力的風(fēng)險(xiǎn)。這例如可通過(guò)使凸緣和滾道之間的區(qū)域不具有鋒利邊緣而實(shí)現(xiàn)。另外，滾子端部可設(shè)計(jì)為使得在滾子的軸向端部和彎曲的滾子輪廓之間不具有任何鋒利邊緣。由凸緣引起的滾子引導(dǎo)性將減小滾子偏斜(Skew)的風(fēng)險(xiǎn)和存在。該凸緣尤其將確保滾子在進(jìn)入負(fù)荷區(qū)域時(shí)不發(fā)生偏斜，即:確保滾子以“直線”進(jìn)入負(fù)荷區(qū)域且滾子還在其處于軸承的負(fù)荷區(qū)域時(shí)不發(fā)生偏斜。滾子偏斜是指滾子從軸承環(huán)的滾道之間的正常且優(yōu)選的滾動(dòng)路徑傾斜。凸緣的保持功能是其在軸承組裝期間和/或在將軸承安裝到轉(zhuǎn)子軸上的過(guò)程中的額外優(yōu)點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，第一或第二軸承的內(nèi)環(huán)具有第二凸緣，該第二凸緣設(shè)置在第一凸緣的相對(duì)側(cè)上且鄰近于滾道。這可進(jìn)一步改善滾動(dòng)軸承中的滾子組的保持功能。因此，至少一個(gè)凸緣可為引導(dǎo)凸緣或滾子保持凸緣中的任一或其組合。
[0012]在一個(gè)實(shí)施例中，第一和第二滾動(dòng)軸承彼此徑向遠(yuǎn)離地設(shè)置在轉(zhuǎn)子軸上。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一和第二滾動(dòng)軸承彼此徑向鄰近地設(shè)置在轉(zhuǎn)子軸上。在又一個(gè)實(shí)施例中，第一和第二滾動(dòng)軸承的第一和第二內(nèi)環(huán)集成在一起。因此，第一和第二滾動(dòng)軸承是單個(gè)軸承單元。這可產(chǎn)