回轉環(huán)軸承組件和風力渦輪的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及利用帶螺紋軸承表面的風力渦輪機偏航或變槳軸承及風力渦輪機。用于風力渦輪機的偏航或變槳軸承包括回轉環(huán)軸承組件，其具有外部座圈和內部座圈，兩者都具有內表面和外表面。外部座圈的內表面和內部座圈的外表面具有多個螺紋，該多個螺紋進行接合且限定帶螺紋軸承表面。
【專利說明】回轉環(huán)軸承組件和風力渦輪機
【技術領域】
[0001]本實用新型大體涉及用于風力渦輪機的偏航或變槳軸承，并且更具體而言涉及具有帶螺紋軸承表面的偏航或變槳軸承。
[0002]【背景技術】
[0003]大體上，風力渦輪機包括塔架、安裝在塔架上的機艙，以及聯(lián)接到機艙上的轉子。轉子典型地包括可旋轉轂和多個轉子葉片，轉子葉片聯(lián)接到轂上且從轂向外延伸。各個轉子葉片可圍繞轂間隔開，以有利于使轉子旋轉，以使得動能能夠從風中轉變成可用的機械能，并且后續(xù)轉變成電能。
[0004]為了恰當地相對于風方向使機艙和轉子葉片定向，風力渦輪機典型地包括一個或多個偏航和變槳軸承。偏航軸承容許機艙旋轉，并且安裝在塔架和機艙之間。變槳軸承容許轉子葉片旋轉，并且安裝在可旋轉轂和轉子葉片之間。典型地，偏航和變槳軸承為回轉環(huán)軸承，包括外部座圈和內部座圈，在座圈之間具有多個球軸承。在偏航軸承的情況下，可在墊片狀滾道之間存在平坦的磨損表面，用于支承載荷，同時允許機艙偏航。一個或多個驅動機構構造成驅動回轉環(huán)軸承。
[0005]隨著風力渦輪機繼續(xù)增大尺寸，由于增大的負荷的原因，這些回轉環(huán)軸承必須類似地增大尺寸。為了使回轉環(huán)軸承承受住這種負荷，它必須包括可充分地抵抗增大的負荷的各種構件。因而，例如，可在回轉環(huán)軸承中包括兩排、三排或更多排的軸承球。但是，這樣增加軸承球的數量和排數可能太昂貴了。
[0006]另外，增大回轉環(huán)軸承的尺寸可導致增大的負荷峰值。這是因為回轉環(huán)軸承經受的負荷作用在軸承的集中區(qū)域上。負荷峰值描述了諸如在軸承的各種球之間的負荷分配。高負荷峰值表示在最高負荷構件(諸如軸承球)上的負荷比所有構件上的平均負荷更高。因而當減小負荷峰值時，獲得更高效的負荷傳遞。因而，較大的風力渦輪機的回轉環(huán)軸承必須考慮這樣的增大的負荷峰值。
[0007]因此，具有改進的回轉環(huán)軸承的風力渦輪機將在本領域是合乎需要的。例如，不使用球或滑動軸承但提供了改進的負荷分配和成本節(jié)約的回轉環(huán)軸承將是有利的。
實用新型內容
[0008]本實用新型的各方面和優(yōu)點將部分地在以下描述中闡述，或根據描述，本實用新型的各方面和優(yōu)點可為顯而易見的，或可通過實踐本實用新型來學習本實用新型的各方面和優(yōu)點。
[0009]在一個實施例中，公開了一種用于風力渦輪機的回轉環(huán)軸承組件。回轉環(huán)軸承組件包括外部座圈和內部座圈。外部座圈的內表面和內部座圈的外表面包括多個螺紋，螺紋進行接合且從而形成帶螺紋軸承表面。這個構造提供增大的負荷容量，而不迫使配合構件變得更大和更貴。另外，一個軸承組件尺寸可處理寬范圍的葉片尺寸(對于變槳軸承實施例)，從而提供現(xiàn)場升級，而不需要新的軸承和配合構件。
[0010]在本實用新型的一個實施例中，外部座圈的內表面上的螺紋和內部座圈的外表面上的螺紋可具有相同螺距。在又一個實施例中，螺紋可為各種形狀，包括正方形、三角形、長方形、四邊形、梯形等。
[0011]在另一個實施例中，回轉環(huán)軸承可構造成可在塔架和機艙之間操作的偏航軸承的構件，或在風力渦輪機的可旋轉轂和轉子葉片之間的變槳軸承的構件。
[0012]在另一個實施例中，回轉環(huán)軸承組件可還包括限定在內部和/或外部座圈中的至少一個或多個潤滑劑入口，以將潤滑劑引入到回轉環(huán)軸承的帶螺紋軸承表面中，這是出于多種原因，包括減小螺紋之間的摩擦和相關聯(lián)的磨損，從而保護回轉環(huán)軸承不被腐蝕，以及減小運行噪音?；剞D環(huán)軸承可還包括在外部座圈和內部座圈之間的交接部處的至少一個密封件?？稍诨剞D環(huán)軸承中采用密封件，這是出于多種原因，包括保護帶螺紋軸承表面以防普遍的碎屑穿透和/或防止?jié)櫥瑒┬孤?br> [0013]本實用新型的另外的方面包括一種風力渦輪機，其具有塔架、機艙和回轉環(huán)軸承組件，回轉環(huán)軸承組件可操作地構造在塔架和機艙之間作為偏航軸承的構件?；剞D環(huán)軸承組件可根據上面闡述的任何一個實施例來構造。
[0014]本實用新型的其它另外的方面包括一種風力渦輪機，其具有機艙、具有可旋轉轂和至少轉子葉片的轉子，以及回轉環(huán)軸承組件，回轉環(huán)軸承組件可操作地構造成在轉子葉片和轂之間的變槳軸承的構件?；剞D環(huán)軸承組件可根據上面闡述的任何一個實施例來構造。
[0015]參照以下描述和所附權利要求，本實用新型的這些和其它特征、方面和優(yōu)點將變得更好理解。結合在本說明書中且構成說明書的一部分的附圖示出本實用新型的實施例，并且與描述一起用來闡述本實用新型的原理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]在說明書中闡述了針對本領域普遍技術人員的本實用新型的完整和能夠實施的公開，包括其最佳模式，說明書參照了附圖，其中:
[0017]圖1示出根據本公開的風力渦輪機的一個實施例的透視圖；
[0018]圖2示出根據本公開的風力渦輪機的機艙和塔架的一個實施例的透視圖；
[0019]圖3示出根據本公開的風力渦輪機的回轉環(huán)軸承的一個實施例的俯視圖。
[0020]圖4示出根據本公開的風力渦輪機的回轉環(huán)軸承的一個實施例的橫截面?zhèn)纫晥D。
[0021]圖5示出根據本公開的、與回轉環(huán)軸承聯(lián)接的回轉環(huán)驅動機構的一個實施例的側視圖。
【具體實施方式】
[0022]現(xiàn)在將詳細參照本實用新型的實施例，在圖中示出了實施例的一個或多個實例。以闡明本實用新型而非限制本實用新型的方式來提供各個實例。事實上，對本領域技術人員將顯而易見的是，可在本實用新型中作出各種修改和改變，而不偏離本實用新型的范圍或精神。例如，示出或描述成一個實施例的一部分的特征可用于另一個實施例上，以產生又一個實施例。因而，意圖的是本實用新型覆蓋落在所附權利要求及其等效物的范圍內的這樣的修改和改變。
[0023]參照附圖，圖1示出風力渦輪機10的一個實施例的透視圖。如顯示的那樣，風力渦輪機10包括從支承表面14延伸的塔架12、安裝在塔架12上的機艙16，以及聯(lián)接到機艙16上的轉子18。轉子18包括可旋轉轂20和至少一個轉子葉片22，轉子葉片22聯(lián)接到轂20上和從轂20向外延伸。例如，在示出的實施例中，轉子18包括三個轉子葉片22。但是，在備選實施例中，轉子18可包括不止三個或少于三個轉子葉片22。各個轉子葉片22可圍繞轂20間隔開，以促進使轉子18旋轉，以使得動能能夠從風中轉變成可用的機械能，并且后續(xù)轉變成電能。例如，轂20可以可旋轉地聯(lián)接機艙16上，機艙16容納發(fā)電機(未顯示)，以容許產生電能。
[0024]圖2顯示風力渦輪機10的機艙16的一個實施例的簡化圖?；剞D環(huán)軸承組件100可操作地構造在塔架12和機艙16之間。另外，轉子18聯(lián)接到機艙16內的傳動系(未顯示)上。轉子18包括可旋轉轂20和至少一個轉子葉片22(圖1)。本實用新型的回轉環(huán)軸承組件100還可以可操作地構造在可旋轉轂20和相應的轉子葉片22之間(圖1)。例如，在示出的實施例中，轉子18包括兩個回轉環(huán)軸承組件100，轉子葉片22可固定在其中。
[0025]風力渦輪機10可還包括對各個回轉環(huán)軸承組件100構造的一個或多個回轉環(huán)驅動機構32。如圖2中顯示，驅動機構32與聯(lián)接在塔架12和機艙16之間作為可控偏航軸承的構件的回轉環(huán)軸承組件100接合。還要理解，可對聯(lián)接在可旋轉轂20和相應的葉片16之間作為可控變槳軸承的構件的回轉環(huán)軸承組件100構造回轉環(huán)驅動機構。可采用適當的驅動機構的任何方式。例如，各個回轉環(huán)驅動機構32可包括聯(lián)接到回轉環(huán)齒輪66上的回轉環(huán)馬達64 (圖5)，齒輪66構造成接合回轉環(huán)軸承組件100的一個座圈。下面在圖5的描述中公開關于回轉環(huán)驅動機構32的示例性實施例的更多細節(jié)。
[0026]在風力渦輪機10的運行期間，回轉環(huán)軸承組件100容許旋轉到各種位置。例如，回轉環(huán)軸承組件100可容許機艙16圍繞塔架12旋轉和/或控制和改變轉子葉片22的槳距。這種旋轉允許風力渦輪機10最大程度地增大捕捉效率，以及在風速改變時,使轉子速度保持在運行極限內。本公開因而提供改進的回轉環(huán)軸承組件100，其提供這種旋轉，而沒有與增大球軸承和相關聯(lián)的球軸承環(huán)的尺寸和數量的成本。
[0027]參照圖3，公開了用于本實用新型的風力渦輪機的回轉環(huán)軸承組件100的一個實施例?；剞D環(huán)軸承組件100包括外部座圈101和內部座圈102。外部座圈101沿周向接合內部座圈102。在示例性實施例中，回轉環(huán)軸承組件100的內部座圈102可相對于外部座圈101旋轉。但是，備選地，外部座圈101可相對于內部座圈102旋轉，或座圈101、102兩者都可旋轉。外部座圈101可為分段式構件，其組裝在內部座圈周圍。其它適當的回轉環(huán)組裝技術在本實用新型的范圍和精神內。
[0028]應當理解，在某些實施例中，外部座圈可為另一個構件的組成部分，并且不必是單獨的環(huán)構件。例如，軸承組件的負荷容量可很高而產生的應力可很低，使得外部座圈可直接加工到轂20中。
[0029]另外，回轉環(huán)軸承組件100可包括在內部座圈102和外部座圈101的交接部處的密封件103。單獨的密封件103可設置在回轉環(huán)軸承組件100的兩個軸向面處。關于密封件103的更多細節(jié)在下面公開在圖4的描述中。圖3還公開在外部座圈101和內部座圈102上的多個安裝孔104，其用于將相應的構件安裝到風力渦輪機結構(諸如機艙框架、塔架、轂或葉片)上。
[0030]參照圖4，公開了本實用新型的回轉環(huán)軸承組件100的一個實施例的橫截面?zhèn)纫晥D。軸承組件100包括外部座圈101和內部座圈102。內部座圈102通過帶螺紋軸承表面107接合外部座圈101，帶螺紋軸承表面107限定在構件之間。具體而言，外部座圈101包括周向內表面IOlA和周向外表面101B。內表面IOlA包括多個螺紋110。內部座圈102具有周向內表面102A和周向外表面102B。內部座圈102的外表面102B包括多個螺紋111。螺紋110和螺紋111進行接合或互連而形成帶螺紋軸承表面107。
[0031]在一個實施例中，螺紋110、111可加工到相應的座圈表面中，或可提供為固定到座圈表面上的單獨的元件。應當理解，本實用新型不限于螺紋110、111的任何特定數量或構造。更多數量的螺紋提供增大的負荷表面，并且因而對于負荷分配目的可為合乎需要的。但是這個優(yōu)點必須超過與和更大數量的螺紋相關聯(lián)的加工成本、工具磨損和其它結構復雜性。
[0032]還應當理解“螺紋”包含任何適當的峰-谷接合結構。在一個實施例中，外部座圈101的內表面IOlA上的螺紋110和內部座圈102的外表面102B上的螺紋111具有相同螺距。另外，螺紋110/111可為各種形狀。例如，在示出的實施例中，螺紋具有梯形形狀。但是，應當理解螺紋可具有任何適當形狀，包括正方形、三角形、長方形、四邊形、鋸齒或類似形狀。
[0033]在一個實施例中，螺紋110、111限定為單獨的同心部件，使得座圈101、102的相對的旋轉不使相應的座圈101、102產生軸向位移。但是，其它實施例可包括連續(xù)的螺旋螺紋構造。對于這個構造，并且基于螺紋螺距和構件的振蕩運動，座圈將僅沿軸向相對于彼此移動幾暈米。
[0034]如之前所提到的那樣，回轉環(huán)軸承組件100可包括至少一個密封件103。在圖4的示出的實施例中，回轉環(huán)軸承組件100包括在軸承組件100的各個軸向面處的密封件103A、103B?？稍诨剞D環(huán)軸承組件100中采用密封件103，這是出于多種原因，包括保護帶螺紋軸承表面107以防普遍的碎屑穿透和防止?jié)櫥瑒┬孤Ａ硗?，密封?03可構造在各種位置上，包括，在外部座圈101和內部座圈102的頂表面101C/102C之間和/或在外部座圈101和內部座圈102的底表面101D/102D之間。密封件103可由具有適當的密封特性和承受住旋轉和平移磨損的能力的任何適當的材料制成，包括丁腈橡膠、氫化丁腈橡膠、氟橡膠、聚亞安酯或類似材料。
[0035]在另一個實施例中，回轉環(huán)軸承組件100可包括至少一個潤滑劑入口 106。例如，在圖4的示出的實施例中，兩個潤滑劑入口 106構造在外部座圈101中。潤滑劑入口 106還可構造在內部座圈102 (如虛線所顯示的那樣)中，或以它們的任何組合的方式構造。潤滑劑入口 106可為L-形(如顯示的那樣)或將潤滑劑從回轉環(huán)軸承組件100的表面引導到帶螺紋軸承表面107的任何形狀。還可使用離心凹槽來將潤滑劑運送到座圈的帶螺紋表面。
[0036]參照圖5，公開了與回轉環(huán)軸承組件100聯(lián)接的回轉環(huán)驅動機構32的一個實施例。一個或多個回轉環(huán)驅動機構32可在本實用新型中用來驅動回轉環(huán)軸承100?；剞D環(huán)驅動機構32可連接到回轉環(huán)軸承組件100上，并且可構造成驅動軸承?；剞D環(huán)驅動機構32可具有本領域已知的允許這樣的機構32如本文描述的那樣起作用的任何適當的構造，并且可包括本領域已知的允許這樣的機構32如本文描述的那樣起作用的任何適當的構件。例如，如圖5中顯示的那樣，各個回轉環(huán)驅動機構32可包括回轉環(huán)馬達64?；剞D環(huán)馬達64可聯(lián)接到回轉環(huán)齒輪66 (例如，小齒輪)上，回轉環(huán)齒輪66構造成接合回轉環(huán)軸承組件100，諸如外部座圈101 (如顯示的那樣)或內部座圈102。例如，回轉環(huán)馬達64可直接(例如通過輸出軸(未顯示))聯(lián)接到回轉環(huán)齒輪66上，或通過聯(lián)接在回轉環(huán)馬達64和回轉環(huán)齒輪66之間的適當的齒輪組件間接地聯(lián)接到回轉環(huán)齒輪66上。因而，回轉環(huán)馬達64產生的扭矩可傳遞通過回轉環(huán)齒輪66，并且施加到回轉環(huán)軸承組件100，以容許機艙16圍繞塔架12旋轉和/或轉子葉片22相對于轂20旋轉。顯示的回轉環(huán)齒輪66和外部座圈101或內部座圈102可包括匹配齒、螺紋或花鍵，并且它們的配合可提供論述的這種接合和連接。
[0037]本書面描述使用實例來公開本實用新型，包括最佳模式，并且還使本領域任何技術人員能夠實踐本實用新型，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何結合的方法。本實用新型的可取得專利的范圍由權利要求限定，并且可包括本領域技術人員想到的其它實例。如果這樣的其它實例包括不異于權利要求的字面語言的結構元素，或者如果這樣的其它實例包括與權利要求的字面語言無實質性差異的等效結構元素，則它們意圖處于權利要求的范圍之內。
【權利要求】
1.一種用于風力渦輪機偏航或變槳軸承的回轉環(huán)軸承組件，包括: 外部座圈，其具有周向內表面，所述外部座圈的周向內表面包括多個螺紋； 內部座圈，其具有周向內表面和周向外表面，所述內部座圈的周向外表面包括多個螺紋；以及 其中，所述外部座圈的周向內表面上的螺紋和所述內部座圈的周向外表面上的螺紋互連而形成帶螺紋軸承表面。
2.根據權利要求1所述的回轉環(huán)軸承組件，其特征在于，所述外部座圈的周向內表面上的螺紋和所述內部座圈的周向外表面上的螺紋具有相同螺距。
3.根據權利要求1所述的回轉環(huán)軸承組件，其特征在于，所述回轉環(huán)軸承組件聯(lián)接在風力渦輪機的塔架和機艙之間。
4.根據權利要求1所述的回轉環(huán)軸承組件，其特征在于，所述回轉環(huán)軸承組件聯(lián)接在風力渦輪機的可旋轉轂和轉子葉片之間。
5.根據權利要求1所述的回轉環(huán)軸承組件，其特征在于，進一步包括在所述外部座圈和所述內部座圈之間的交接部處的至少一個密封件。
6.根據權利要求1所述的回轉環(huán)軸承組件，其特征在于，進一步包括在所述內部座圈或外部座圈中的至少一個潤滑劑入口，其構造成將潤滑劑輸送到所述帶螺紋軸承表面。
7.根據權利要求1所述的回轉環(huán)軸承組件，其特征在于，所述外部座圈的周向內表面上的螺紋和所述內部座圈的周向外表面上的螺紋為正方形、三角形、長方形、四邊形或梯形形狀中的一個。
8.一種風力渦輪機,包括: 塔架； 機艙，所述機艙包括主框架；以及 回轉環(huán)軸承組件，其在所述塔架的頂部上可操作地構造在所述塔架和所述主框架之間，所述回轉環(huán)軸承組件包括: 外部座圈，其具有帶有多個螺紋的周向內表面； 內部座圈，其具有包括多個螺紋的周向外表面；以及 其中，所述外部座圈的周向內表面上的螺紋和所述內部座圈的周向外表面上的螺紋進行接合且形成帶螺紋軸承表面。
9.根據權利要求8所述的風力渦輪機，其特征在于，所述外部座圈的周向內表面上的螺紋和所述內部座圈的周向外表面上的螺紋具有相同螺距。
10.根據權利要求8所述的風力渦輪機，其特征在于，進一步包括在所述外部座圈和所述內部座圈之間的交接部處的至少一個密封件。
11.根據權利要求8所述的風力渦輪機，其特征在于，進一步包括在所述內部座圈或外部座圈中的至少一個潤滑劑入口，其構造成將潤滑劑輸送到所述帶螺紋軸承表面。
12.根據權利要求8所述的風力渦輪機，其特征在于，所述外部座圈的周向內表面上的螺紋和所述內部座圈的周向外表面上的螺紋為正方形、三角形、長方形、四邊形或梯形形狀中的一個。
13.根據權利要求8所述的風力渦輪機，其特征在于，進一步包括回轉環(huán)驅動機構，其構造成驅動所述回轉環(huán)軸承組件。
14.一種風力渦輪機,包括: 機艙； 轉子，所述轉子包括可旋轉轂和至少一個轉子葉片；以及 回轉環(huán)軸承組件，其可操作地構造在所述可旋轉轂和所述轉子葉片之間，所述回轉環(huán)軸承組件包括: 外部座圈，其具有包括多個螺紋的周向內表面； 內部座圈，其具有包括多個螺紋的周向外表面；以及 其中，所述外部座圈的內表面上的螺紋和所述內部座圈的外表面上的螺紋進行接合而形成帶螺紋軸承表面。
15.根據權利要求14所述的風力渦輪機，其特征在于，所述外部座圈的周向內表面上的螺紋和所述內部座圈的周向外表面上的螺紋具有相同螺距。
16.根據權利要求14所述的風力渦輪機，其特征在于，進一步包括在所述外部座圈和所述內部座圈的交接 部處的至少一個密封件。
17.根據權利要求14所述的風力渦輪機，其特征在于，進一步包括在所述外部座圈或所述內部座圈中的至少一個潤滑劑入口，其構造成將潤滑劑輸送到所述帶螺紋軸承表面。
18.根據權利要求14所述的風力渦輪機，其特征在于，所述螺紋為正方形、三角形、長方形、四邊形或梯形形狀中的一個。
19.根據權利要求14所述的風力渦輪機，其特征在于，進一步包括回轉環(huán)驅動機構，其構造成驅動所述回轉環(huán)軸承組件。
【文檔編號】F16C33/74GK203702869SQ201320478863
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年8月7日 優(yōu)先權日:2012年8月7日
【發(fā)明者】A.D.米納德奧 申請人:通用電氣公司