专利名称：风轮机，用于维修风轮机的主轴承单元的方法及其使用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的风轮机、 一种用于 维修风轮机的主轴承单元的方法及其使用。
背景技术：
机艙。带有多个风轮机叶片的风轮机转子通过低速轴连接到机舱上，如图 1所示。
在转子和机艙之间的某处，风轮机通常设有主轴承单元，以保证转子 相对于机艙基本摩擦地旋转，同时将来自转子的载荷传递到机抢。
以前，这种主轴承单元常常具有围绕实心的或至少壁^艮厚的低速轴的 一个或多个较小的轴承，但随着风轮机在输出和尺寸二者上M得越来越 大，所以目前的趋势是更多朝向大直径主轴承单元例如围绕齿轮箱的主轴
承单元发展，如美国专利No. 6,232,673 Bl中所公开的。
为使这种主轴承单元有效，它必须刚度很大或者至少刚性地安装在轮
毂和/或初a舱的刚性非常大的部件上，并且轴承单元必须传递的载荷越多或
者主轴承单元的直径越大，获得满意的刚度所需的成本就越高。
本发明的一个目的是提供一种方法及一种包括主轴承单元的风轮机，
该主轴承单元对大型现代风轮机的运行有利。
发明内容
本发明提供一种风轮机，该风轮机包括机抢和转子。转子通过至少一个主轴承单元可旋转地安装在机抢上。该风轮机的特征在于，主轴承单元 包括至少一个外圏、至少一个中心圏和至少一个内圏，其中，中心圏能相 对于外圏和内圏旋转，或者，外圏和内圏能相对于中心圏旋转。
其中心圏能在外圏和内圏之间旋转的主轴承单元对风轮机的运行是有 利的，因为主轴承单元在全部两个径向方向上传递径向载荷更有效。
应该指出，术语"主轴承单元"可理解为把转子的大部分载荷传递到 风轮机的其余部分而同时使转子能相对于机舱旋转的一个或多个轴承。
"转子的载荷"可以是转子的重量、轴向风载荷、因转子平面上的风载荷 不同而产生的扭转等。
在本发明的一方面，所述至少一个外圏和所述至少一个内圏刚性连接。
例如，如果外圏刚性地连接到转子，而中心圏连接到机抢，则作用在 转子上的重力载荷将向下拉动外圏，以使之在主轴承单元的顶部处抵靠中 心圏。这种大的径向载荷通过中心圏传递到机枪，但它也会试图将内圏拉 离中心圏，因而增加了主轴承单元损坏的危险。如果内圈和外圉刚性地连 接，则外圏的内表面和内圏的外表面之间的距离总是保持基本恒定，从而 减少了故障或损坏的危险。
另外，如果外圏和内圏刚性地连接，则上述载荷#:外圏在顶部处和内 圏在底部处传递，并且外圏和内圏基本不会相互移位，因而能即使该载荷 强行使轴承圏变变成稍呈卵形/椭圆形，主轴承单元也仍然会自循轨迹
(self-tracking),因为中心圏基本上被外圏和内圏刚性地引导，并且主轴 承单元由此较少地依赖于它附裴或结合于其上的周围结构的刚度。
应该指出，术语"刚性地连接"应理解为所述至少一个外圏和所述至 少一个内圏相对于彼此基本非挠性地固定，即，所述圏都不能相对于另一 个在径向或轴向上旋转或移动。
在本发明的一方面，所述至少一个外圏和所述至少一个内圏附装到所 述转子的轮毂上。
因此能得到关于载荷从转子传递到机艙的有利设计。
在本发明的一方面，所述至少一个中心圏附装到所述转子的轮毂上。因此能得到关于载荷从转子到传递到机枪的有利设计。
在本发明的一方面，所述附装利用附装机构例如螺钉、螺栓或螺柱(柱 头螺栓)进行。
诸如螺钉、螺松或螺柱的附装机构使得轴承圏可被拆卸，因而能很容
易接近主轴承单元的内部部件。
在本发明的一方面，所述至少一个中心圏与转子的轮毂整体形成。 中心圏与转子的轮毂整体形成是有利的，因为这提供简单的主轴承单
元设计。
在本发明的一方面，所述主轴承单元和/或所述风轮机包括用于允许所 述外圏或外圏的至少一个部件轴向移位的机构。
通过使外圏或外圏的部件能轴向移位，就可接近外圏和中心圏之间的 内部部件。这是有利的，因为更容易修理内部部件的损坏或磨损。
内部部件可以例如包括一排或多排滚动元件、 一个或多个用于引导滚
动元件的保持器(架，罩，cage)和/或一个或多个座圏。
在本发明的一方面，所述主轴承单元和/或所述风轮机包括用于允许所
述内圏或内圏的至少一个部件轴向移位的才几构。
通过使内圏或内圏的部件能在轴向上移位，就可接近内圏和中心圏之
间的内部部件。这是有利的，因为更容易修理内部部件的损坏或磨损。 在本发明的 一方面，所述至少 一个外圏和/或所述至少 一个内圏和/或所
述至少一个外圏的部件和/或所述至少一个内圏的部件被分成两个或多个分段。
将轴承圏或其部件分成两个或多个分段是有利的，因为更容易拆卸。 在本发明的一方面，所述至少一个中心圏包括至少两个独立的(分开
的)但刚性连接的轴承圏。
主轴承单元可以例如包括带有内圏和外圏的外轴承以及带有内圏和外
圏的内轴承。如果例如外轴承直径比内轴承直径大，则外轴承的内圏和内
轴承的外圏可以刚性地接合，以形成根据本发明的主轴承单元的中心圉。
这是有利的，因为它提供简单的设计。
8在本发明的 一方面，所述主轴承单元包括至少 一排在所述至少 一个外 圏和所述至少一个中心圏之间的滚动元件以及至少一排在所述至少一个内 圏和所述至少 一个中心圏之间的滚动元件。
轴承圏之间的滚动元件是提供低摩擦转动接合的有利方式。 在本发明的一方面，所述排中的所述滚动元件通过一个或多个保持器 保持独立。
因此提供了本发明的有利实施例，因为防止了 一排中的滚动元件相互 摩擦，并使传递载荷的接触面保持均匀地围绕整个轴承圏分布。
在本发明的一方面，所述保持器的一个或多个4皮分成一个或多个分段。 为了能现场拆卸保持器，将保持器分成一个或多个分段是有利的。 应该指出，术语"分段，，应理解为在与主轴承单元的旋转轴线平行的 轴向平面中将保持器分成通过一个或多个切口分开一个或多个部分。
可将保持器分成一个分段是指在完整圆形保持器环中设置一个开口 。 在本发明的一方面，所述滚动元件的至少 一个外排是至少两个独立的 滚动元件排。
滚动元件的排数越多，传递载荷的接触面越多，能使轴承圏通过每个 接触点传递的载荷减少。但排数越多，生产成本就越高，因此，两排提供 效率和成本之间的有利关系。
在本发明的一方面，所述滚动元件的至少 一个内排是至少两个独立的 滚动元件排。
在本发明的一方面，所述至少两个独立的滚动元件排包括第 一排滚动 元件和第二排滚动元件，该第一排滚动元件包括第一尺寸的滚动元件，该 第二排滚动元件包括笫二尺寸的滚动元件，其中所述第 一尺寸与所述第二 尺寸不同。
在例如外圏和中心圏之间不同排中的滚动元件不一定均匀地加载，因 为 一排或多排可能适合于专门处理轴向载荷，而另 一些排可能适合于专门 处理径向载荷。这些载荷不一定相同，因此，使滚动元件的尺寸适合于它 们必需处理的载荷的尺寸是有利的。应该指出，术语"尺寸"可以理解为滚动元件具有不同的形状，或者 滚动元件的 一个或多个尺寸不同。
在本发明的一方面，所述至少两个独立的滚动元件排包括处于第一节
圆直径(pitch diameter)的第一排滚动元件以及处于第二节圆直径的第二 排滚动元件，其中所述第一节圆直径与所述第二节圆直径不同。 因此，得到本发明的有利的实施例。
在本发明的一方面，所述至少一个外圏和/或所述至少一个中心圏和/ 或所述至少一个内圈包括一个或多个独立的座圏。
座圏是轴承圏的这样的部件，该部件包括在轴承的正常运行期间滚动 元件在其上滚动的表面。轴承圏和滚动元件之间的这种接触表面受到很大 的应变，因为大的载荷必需通过较小的接触面传递，因此，将座圏制成独 立于轴承圏的其余部件以便在磨损、损坏等情况下能只更换座圏而不必更 换整个轴承圏是有利的。
另外，应该指出，术语"独立的"可以理解为座圏是可以从轴承圏中 拆卸的独立部件。座圏或座圏部件安装在轴承圏中，或者至少在某种程度 上被轴承圏固定，但它不与圏整体形成，因此可以例如用不同的材料制造。
在本发明的一方面，所述至少一个中心圏包括一个或多个独立的座圏。
因此得到本发明的有利的实施例。
在本发明的一方面，所述独立的座圏中的一个或多个被分成若干分段。 因此能使座圏的拆卸更方便。
本发明还提供一种用于维修根据前述权利要求之一的风轮机的主轴承 单元的方法。方法包括以下步骤
-停止转子相对于机舱的旋转，以及
-移动主轴承单元的内圏或内圏的一部件(部分)，而4吏主轴承单元的 外圏和中心圏保持传递载荷，或者
-移动主轴承单元的外圏或外團的一部件，而^^主轴承单元的内圏和中 心圏保持传递载荷。
因此提供一种方法，该方法对大型现代风轮机的运行是有利的，因为
10它可以用简单而价廉的方式维修主轴承单元，而不必例如除去整个转子。
应该指出，术语"保持传递载荷"可以理解为主轴承单元持续能通过
主轴承单元的一个或多个滚动元件排传递栽荷，即使在维^务主轴承单元整
体或一部分的过程中 一即使一个或多个轴承圏脱离 一也是如此。
在本发明的一方面，所述方法还包括使所述主轴承单元的所述内圏或
内圏的所述部件或者所述外圏或外圏的所述部件脱开的步骤。
在移动轴承圈或其部分之前脱开一个或多个轴承圏或轴承圏的一个或
多个部件是有利的，因为它提供维修所述圏或至少所述圏和中心圏之间的
内部部件的简单而方便的方法。
应该指出，术语"脱开"可以理解为任何类型的拆卸、拆分、拧松或 者其它使轴承圏或其部件从它先前与风轮机的结构的连接释放的方法，例 如移除或拧松使轴承圏或其部件与轮毂、机枪结构或齿轮箱部分相连的螺 栓或螺柱。
在本发明的一方面，所述方法还包括重新附装所述主轴承单元的内圏 或内圏的所述部件或者外圏或外圏的所述部件的步骤。
在已经移动轴承圉或其部件之后重新附装一个或多个轴承圏或轴承圏 的一个或多个部件是有利的，因为它提供维修轴承圏或至少在轴承圏和中 心圏之间内部部件的简单而方便的方法。
应该指出，术语"重新附装"可以理解为任何类型重新紧固、重新连 接、重新装配或将轴承圏或其部件重新接合到风轮机结构上的其它方法， 例如通过附装机构如螺栓或螺柱将轴承圏或其部件重新附装到轮毂、机抢 结构或齿轮箱的部件上。
在本发明的一方面，所述传递载荷包括承载所述转子的整个重量。
因此得本发明的有利的实施例。
在本发明的一方面，所述方法是用于接近(操作)所述主轴承单元的 内部部件的方法。
在维修主轴承单元期间接近主轴承单元的内部部件是有利的，因为内 部部件经常是重加载，并因此是轴承单元中最易损坏的部分。在本发明的一方面，移动所述内圏或内圏的部件，以便能接近所述主 轴承单元的中心圏和所述内圏之间的内部部件。 因此得到本发明的有利的实施例。
在本发明的一方面，移动所述外圏或外圏的部件，以^更能接近所述主 轴承单元的中心圏与所述外圉之间的内部部件。 因此得到本发明的有利的实施例。
在本发明的一方面，沿轴向移动所述内圏或内圏的部件或者所述外圏 或外圏的部件，以便能接近所述主轴承单元的内部部件。
如果在轴向上移动轴承圏或其部件，则可将轴承圏或其部件形成为完 全未破坏的圏，这是有利的，因为圆环很抗拉动，并且轴向运动能一次移 动整个轴承圏或其部件。
在本发明的一方面，所述内部部件包括一排或多排滚动元件、 一个或 多个保持器及一个或多个座圏。
因此得到本发明的有利的实施例。
在本发明的一方面，所述方法还包括整平所述主轴承单元的一个或多 个部件的磨损。
通过整平主轴承单元的一个或多个部件的磨损来维修主轴承单元是有 利的，因为它提供了延长部件寿命的简单方法。
在本发明的一方面，所述一个或多个部件包括所述主轴承单元的位置 固定的轴承圏的区域，该位置固定的轴承圏与所述主轴承单元的滚动元件 直接接触。
通过整平轴承圏或插入轴承圏中的独立座圏的磨损，轴承圏或独立的 座圉的寿命可以延长和/或它们变得更价格低廉。
应该指出，术语"位置固定的"可以理解为轴承圏在风轮机的正常运 行期间不旋转，即，轴承圏刚性地连接到机舱上或结合在机枪中。
在本发明的一方面，所述位置固定的轴承圏是主轴承单元的在风轮机 正常运行期间相对于所述机抢固定的轴承圏。 因此得到本发明的有利的实施例。应该指出，术语"固定的"可以理解为轴承圏和机艙基本上不以任何 方式彼此相对地移动、旋转等。
在本发明的一方面，所述移动内圏或内圏的部件包括^f吏主轴承单元的 内圏或内圏的部件旋转远离先前的角位置。
如果主轴承单元的位置固定的圏总是或多半朝一个方向经受主要的载 荷，则这些轴承圏的某些区域将比圏的其它区域或该圏经受更多的磨损， 因此通过将这些圈旋转到新的角位置以整平轴承圏的磨损来维修主轴承单 元是有利的。
在本发明的一方面，所述移动外圏或外圏的部件包括使主轴承单元的 外圏或外圏的部件旋转远离先前的角位置。 因此得到本发明的有利的实施例。
本发明还提供根据权利要求21或35之一所述的方法的使用，其用于 改变根据权利要求1-20之一的风轮机上的主轴承单元，其中所述风轮机是 直接驱动式风轮机或者包括齿轮箱的风轮机。
因此得到本发明的有利的实施例。
下面将参照
本发明，在附图中
图1示出大型现代风轮机从前面看去的视图，
图2示出现有技术中已知的简化的机抢从侧面看去的剖视图，
图3示出本发明的主轴承单元的实施例的一部分侧视剖视图，其安装 在风轮机的传动系中，
图4示出与图3相同的实施例，其中外圏的第一部分在轴向上移位， 如从前面所看到的，
图5示出与图3相同的实施例，其中去除中心圏和外圏之间的内部部 件，如从侧面所看到的，
图6示出与图3相同的实施例，其中内圏的第一部分径向移位，如从 侧面所看到的，
13图7示出与图3相同的实施例，其中内圏的第二部分在轴向上位移， 如从侧面所看到的，
图8示出与图3相同的实施例，其中去除中心圏和内圏之间的内部部 件，如从侧面所看到的，
图9示出主轴承单元的实施例的剖视图，该主轴承单元包括四排滚动 元件，如从侧面所看到的，
图10示出主轴承单元的实施例的剖视图，该主轴承单元包括六排滚动 元件，如从侧面所看到的，
图11示出主轴承单元的实施例的剖视图，该主轴承单元包括四排滚动 元件和一中心部分，如从侧面所看到的，以及
图12示出主轴承单元的实施例的剖视图，该主轴承单元包括六排朝不 同方向作用的滚动元件，如从侧面所看到的。
具体实施例方式
图1示出风轮机1，该风轮机1包括塔架2和位于该塔架2的顶部上 的风轮^L抢3。风轮机转子4包括三个风轮机叶片5，所述叶片5安装在 轮毂6上，所述风轮机转子4通过低速轴连接到机舱3上，该低速轴从前 面伸出到机抢3的外面。
图2示出现有技术的风轮机1的机舱3从侧面看时的简化剖视图。机 舱3有多种变型和配置，但在大多数情况下机抢3中的传动系都几乎总是 包括下列部件中的一个或多个齿轮箱15 (通常是行星齿轮箱)，联接器 (未示出)、某种制动系统16和发电机17。现代风轮机1的机抢3还可 以包括变换器18 (也叫做逆变器)和附加外围设备，例如附加电力处理设 备、控制根、液压系统、冷却系统等。
包括机枪部件15、 16、 17、 18的整个机抢3的重量被一加强结构19 承载。所述部件15、 16、 17、 18通常安放在和/或连接到该共同的负荷承 载结构19上。在这个简化的实施例中，负荷承载结构19仅沿机艙3的底 部以例如底座框架的形式延伸， 一部分或所有部件15、 16、 17、 18连接在该底座框架上。在另一实施例中，负荷承载结构19可以包括一钟形齿樹锥 形齿轮，gear bell)，该钟形齿轮通过主轴承单元14可以将转子4的栽荷 传送到塔架2，或者负荷承载结构19可以包括多个互连的部件，例如网格。
机枪还包括主轴承单元14，以用于保证转子4可以相对于机舱3和机 舱3的固定的传动系部件15、 16、 17、 18基本自由地旋转。在传动系的这 个实施例中，主齿轮装置14集成在齿轮箱15中，其中转子4通过轮毂6 直接连接到齿轮箱15上。由于主轴承14结合在齿轮箱15中，所以齿轮箱 结构必需能通过机抢加强结构19将转子4的整个载荷传递到塔架2。
在本发明的这个实施例中，传动系相对于一与贯穿塔架2的中心轴线 垂直的平面一即水平面一建立8。的正常工作角度NA。传动系形成角度， 以使转子4能相应地形成角度，从而例如保证叶片5不碰撞塔架2、补偿 在转子4的顶部和底部处的风速差等。
图3示出从侧面看去的本发明的主轴承单元14的实施例的一部分剖 面，该主轴承单元安装在风轮才几1的传动系12中。
在本发明的这个实施例中，主轴承单元14的内圏9和外圏7通过附装 机构25刚性地连接到风轮机轮毂6上，所述附装机构在本例中是螺栓。
在另一实施例中，内圏9和外圏7可以连接其它部件，例如机舱的加 强结构19、风轮机齿轮箱15、齿轮箱的一部分如行星架26、环形圏(未 示出)，或者连接到转子4上或机枪3上的任何其它部件上，或者内圏9 和外圏7 二者或其中之一可以整个地或部分地与轮毂6、机舱的加强结构 19、齿轮箱15或者转子4或机抢3的任何其它部件整体形成，或者内圏9 和外圏7可以形成为单个部件，例如U形部件，其中U形的两个"支腿" 是主轴承单元14的内圏9和外圏7，该内圏9和外圏7通过交叉部分整体 接合。
在这个实施例中，内圏9和外圏7连接到同一部件上，但在其它实施 例中，圏7、 9可以连接到不同部件上，其中所述不同部件则刚性地连接。
重要的是，内圏9和外圏7刚性地连接，以便保证内圏9和外圏7之 间的内部距离D总是在轴承圏7、 8、 9的周围保证基本恒定而均匀，以防滚动元件13例如通过在座圏12的边缘上或者可能^^损坏或减少主轴承单 元14或其部件的寿命的其它部件上运行而离开它们在圏之间的正确位置。 因此，即使主轴承单元14应当偏斜以便例如使主轴承单元14的旋转部分 上的特定点描绘除标准圆之外的某种轨迹如椭圆，也能保证主轴承单元14 的工作。由于内圏9和外圏7总是使中心圏18保持就位，而与主轴承单元 14必需传送的栽荷方向(径向上向内或向外，轴向上向前或向后或其组合) 无关，所以保证了主轴承单元14的工作。因此主轴承单元14可自循轨迹， 因为中心圏8始终在内圏9和外圏7之间基本精确地被导向，并且基本与 轴承是否略呈卵形或其它形状无关。
在本发明的这个实施例中，风轮机l不具有低速轴，因为转子4直接 连接到行星齿轮箱的行星架26上，从而在转子4和机抢3之间沿着轮毂凸 缘27的外边缘建立连接，使主轴承单元14具有较大的直径，例如在l米 和5米之间并优选在1.8米和3.5米之间的直径。因此，图3-8示出主轴承 单元14在机枪3的上侧距转子的旋转轴线例如1.2米的距离处的一侧的剖 视图，从而使本发明的主轴承单元14的这个实施例的直径约为2.4米的直 径。
在本发明的另一个实施例中，主轴承单元14可以例如通过包围较小直 径的主轴等而以另 一直径祐J故置。
在这个实施例中，主轴承单元14仅包括一个中心圈、 一个外圏7(尽 管该外圏7一皮分成一个以上的并置的圏部件22、 28)和一个内圏9 (尽管 该内圏9被分成一个以上的圏部件23、 24),但在另一实施例中，主轴承 单元14的每种圏7、 8、 9都可包括一个以上。
在本发明的这个实施例中，中心圏8形成为一个单独的环，但在另一 实施例中，中心圏8也可以形成为多个同心的环，例如两个独立的环，所 示环基本上安装在同一风轮机部件上，例如轮毂6或机枪3的部件上如齿 轮箱15的部件上。各中心圏8仅必需刚性地连接，以保证主轴承单元14 能有效地朝两个径向方向上传递载荷。
在本发明的这个实施例中，中心圏8与机艙3的加强结构19整体形成，但在另 一实施例中，中心圏8可以刚性连接或至少基本上刚性连接到机抢 3的加强结构19上或机枪3的其它基本位置固定或旋转的部分上，或者， 如果内圏9或外圏7连接到机枪3上，则中心圏8可以例如通过轮毂凸缘 27连接到转子4上。
在本发明的这个实施例中，三圏设计也可以用来整平位置固定的轴承 圏7、 8、 9的磨损和/或位置固定的轴承圏7、 8、 9的座圏12的磨损。在 这种布置中的固定的座團12 (安装到机枪3上的那些)将受到由于转子4 自身的重量而产生的主要的载荷方向，而倾斜运动由叶片5自身的重量产 生。这将在位置固定的轴承圏的某些区域中造成较高的疲劳和磨损的速率。 例如，如果选择将内圏9和外圏7安装到位置固定的机艙结构19上，并将 中心圏8安装到旋转部分(轮毂6)上，则在这些位置固定的圈7、 9的限 定区域中将出现疲劳和磨损增大的区域。现在，可以这样操纵主轴承单元 14，以使内圏9或外圏7都可以至少在静态状况下单独支承转子4。这意 味着可以将主轴承单元14设计成，使得能移去外圏7的附装机构25，使 外圏7旋转例如180。，重新装上外圏7，然后移去内圏9的附装机构25， 使该内圏9旋转例如180°,并通过附装机构25重新装上内圏9。这意味着， 较高加载的轴承圏7、 8、 9在共用它们的使用寿命的一部分之后将继续在 此前未加载的区域上运行。基本上，可以把每个触点设计成仅用于系统设 计寿命的一部分。
在本发明的这个实施例中，轴承圏7、 8、 9在起初安装时全都基本上 完全是圆形，但在本发明的另一实施例中，所述圏7、 8、 9可以成形为例 如卵形，以便预先补偿例如静态自重。转子4的自重可引起垂直方向上的 静态偏移，并因此可能引起齿轮箱15或发电机17不对准它的支架(机艙 3或至少机抢结构9)。这种偏移由于各部件4的质量以及主轴承单元14 的刚度而是明确的，因此可以预先补偿。基本上，可以在"太高"部件上 操纵轴承轴颈，因此当安装转子4时，它们首先采取其理论理想位置。人 们或许不仅预先补偿静态自重，而且还例如预先补偿可能与质量显著不同 的机构工作栽荷，因此仅是与机构的偏差对齿轮箱或发电机的对准有影响。在本发明的这个实施例中，有一潜在的危险是在某些点处某些滚动元
件13在未加栽的状况下运转。但滚动元件轴承14，尤其是滚子轴承14根 本不希望无加载运转，甚至是在局部围绕圆周的情况下。有栽荷或无载荷 运行使滚动元件13运转比其理论速度慢，并因此在接触区中滑动。 一旦滚 动元件13ii^载荷区，它首先必需加速，而这可能造成打滑或擦抹一这最 终可能破坏主轴承单元14。因此，在本发明的另一实施例中，可有利地改 变轴承圏7、 8、 9或至少轴承部件22、 23、 24、 28的刚度，以便得到限定 的滚动元件13预载荷，该预栽荷刚好足以在所有工况下都保持最小的滚子 载荷。
图4示出与图3所示相同的实施例的侧视图，其中外圏22的第一部分 在轴向上位移。
主轴承单元14的目前设计提供了与风轮机1的运行有关的更多优点， 因为该设计能使整个主轴承单元14或至少主轴承单元14的易磨损部件和/ 或内部部件12、 13、 20可被接近、检查和/或更换，而不必通过附加复杂 设备移除或固定转子4。
在本发明的这个实施例中，外圏的第一部分22可被轴向移动，以便能 接近外圏7和中心圏8之间的内部部件12、 13、 20。
因为外圏的第一部分22是重加载，所以当径向和/或轴向载荷通过主 轴承单元14传递时，外圏的第一部分22在这个实施例中形成为整体闭合 的环，该环完全包围外圏7和中心圏8之间的内部部件12、 13、 20，但因 为内圏9和外圏7总是围绕主轴承单元14局部刚性连接，所以外圏的第一 部分22也可以形成为多个单独的分段。
在本发明的这个实施例中，外圏7还包括外圏的第二部分28，该第二 部分28在这个实施例中在检查和/或更换内部部件12、 13、 20期间是位置 固定的，但在另一实施例中，外圏的第二部分28可以例如分成多个分段， 然后可在检查和/或更换内部部件12、 13、 20期间被移开，以保证更好的 工作状况等，或者外圏的第二部分28可以形成为轮毂6等的一体部分。
图5示出与图3所示相同的实施例的侧视图，其中将中心圏8和外圏
187之间的内部部件移开。
当已经移开外圏的第一部分22时，可自由接近外圏7中的座圏12、 滚动元件13、保持器20和外圏8中的座圏12。
主轴承单元14包括一个或多个保持器20，以使—基本上保持各个滚动 元件13相对于其它滚动元件13的位置，从而在滚动元件之间总是围绕主 轴承单元14保持基本上恒定而均匀的距离。
在这个实施例中，保持器20形成为钢箍带，该钢箍带设有多个与滚动 元件13对应的孔。保持器20还形成一个分段，其中钢箍带可以在一个地 方开口 ，以便移开保持器20而不必移开滚动元件13。
在另一实施例中，保持器20可以分成多个分段，或者保持器20可以 成形为两个单独的保持器20,该两个单独的保持器20在滚动元件13的两 侧运转，并且在全部或一部分滚动元件13之间连接。
尽管外圏7和中心圈8之间的内部部件12、 13、 20被移开或仅接近， 但中心圏8和内圏9之间的滚动元件13仍保持完全工作，从而能使中心圏 8和内圏9之间的成排的滚动元件13可以承载转子4的整个重量及载荷， 并将其转递到机舱3以及继续传递。
当然，在拆卸或移除任何圏7、 8、 9之前，都必须^使转子4停止旋转， 以保证维修人员的安全、保证机械的安全并减少修理期间必需通过主轴承 单元14传递的载荷。
图6示出与图3所示相同的实施例的侧视图，其中内圏的第一部分23 径向移位。
由于主轴承单元14的设计，所以在本发明的这个实施例中，内圏的第 一部分23不能在已经移除内圏的第二部分24之前移开。
在本发明的这个实施例中，内圏的第一部分23形成为完全闭合的环， 并因此需要沿轴向移动，而在本发明的另一实施例中，内圏的第一部分23 可以分成多个分段，这些分段可以在径向上移动。
因为内圏的第二部分24在这个实施例中被轴向固定在轮毂凸缘27和 内圏的第一部分23之间，所以该内圏的第二部分24在本发明的这个实施例中被分成多个分段，这些分段可以如图6中的箭头所示径向移开。
图7示出与图3所示相同的实施例的侧^L图，其中内圏的第二部分24 被沿轴向移位。
已经移动内圏的第二部分24以后，内圏的第一部分23可以在轴向上 位移，以便能接近内圏9和中心圏8之间的内部部件12、 13、 20。
图8示出与图3所示相同的实施例的侧视图，其中将中心圏8和内圏 9之间的内部部件移开。
当内圏的第一部分23已经移开时，能自由接近内圏7中的座圏12、 滚动元件13、保持器20以及中心圏8中的座圏12。
在本发明的这个实施例中，所有四个座圏12都分成若干分段以便于移 开，并能够仅移开座圏12的损坏部分。
在本发明的另一实施例中，仅将中心圏8中的座圏12分成若干分段， 而内圏9和外圉7中的座圏12则在轴向上滚动元件13的最高点的正上方 分成两个完全独立的环，这两个环例如通过螺栓连接以形成完整的座圏 12。如果保持器20可以在座圏12已围绕滚动元件13定位之后安装，则内 圏9和外圏7中的座圏12也可以形成为完整的圆环。
在本发明的另一实施例中，圏7、 8、 9不设置独立的座圏12，或者至 少仅中间圏8设有独立的座圏12，因为座圏12可以与圏7、 8、 9整体形 成，这会导致整个圏7、 8、 9或至少这些圏的与滚动元件13接触的整个部 分在座圏12损坏或磨损后必需更换。
像在图5下所说明的那样，中心圏8和外圉7之间的滚动元件13保持 传递载荷，而内圏9和中间圏8之间的内部部件12、 13、 20移开或者刚能 接近，从而能使中心圏8和外圏7之间的成排的滚动元件13可承载转子4 的整个重量及载荷，并将其传递到机抢3以及继续传递。
在图3-8所示的主轴承单元14的实施例中，主轴承单元14的滚动元 件13是滚珠，在内圏9和中心圏8之间仅有滚动元件13的一排10,以及 在外圏7和中心圏8之间仅有滚动元件13的一排10。但具有本发明的主 轴承单元14的风^^机1当然可以用多个不同的方法设计，且在图9-12中示出了用于风轮机1的主轴承单元14的几个具体实施例。
图9示出主轴承单元14的一个实施例的横截面，该主轴承单元14包 括外圏7和中心圏8之间的滚动元件13的两个排10以及中心圏8和内圏 9之间的滚动元件13的两个排10。
图9所示的主轴承单元14的设计基本类似于图3-8中所示的主轴承单 元14的设计，不同之处在于，主轴承单元14包括位于外圏7和中心圏8 之间的滚动元件13的两个排10以及位于中心圏8和内圈9之间的滚动元 件13的两个排10。
在本发明的这个实施例中，主轴承单元14的所有圏7、 8、 9都包括独 立的座圈12。当座圏12与圏7、 8、 9的其余部件分开时，该座圏通常用 比轴承圏7、 8、 9的其余部件更石更和更耐用的材料制成，并且为了能将座 圏12安装在圏7、 8、 9中，该座圏12可分成如前所述的多个分段。
图10示出主轴承单元14的一个实施例的横截面，该主轴承单元14 包括外圏7和中心圏8之间的滚动元件13的三个排10以及中心圏8和内 圏9之间的滚动元件13的三个排10。
滚动元件13的排数越多，则接触面越多并且每个滚动元件13必须传 递的载荷越少。但排数越多，主轴承单元14就越复杂并且成本越高。
图11示出主轴承单元14的一个实施例的横截面，该主轴承单元14 包括外圏7和中心圏8之间的滚动元件13的两个排10以及中心圏8和内 圏9之间的滚动元件13的两个排10。
在这个实施例中，中心圏8还设有中心部分21，而内圏9和外圏7是 U形，从而这种轴承能传递很高的轴向栽荷，同时仍然保持基本上自循轨 迹的优点。
图12示出主轴承单元14的一个实施例的横截面，该主轴承单元14 包括外圏7和中心圏8之间的滚动元件13的三个排10和中心圏8和内圏 9之间的滚动元件的三个排10。
在这个实施例中，外圏7和内圏9设有一中心部分21，从而使这种轴 承能传递很高的轴向载荷。
21在这个实施例中，滚动元件13都是滚柱，但在另一实施例中，滚动元 件13可以都是滚针、滚珠等或它们的任何组合。
在这个实施例中，主轴承单元14包括具有第一尺寸的滚动元件13的 四个独立的排10以及具有第二尺寸的滚动元件13的两个附加排10，其中 四个排10中滚动元件13大于两个排10中的滚动元件13。
在另 一实施例中，主轴承单元14中的所有滚动元件13可具有基本一 致的尺寸，或者不同尺寸的滚动元件13的各个排可以不同地组合。
在这个实施例中，内圏9和中心圏8之间的滚动元件13的排10放置 在两个不同的节圆直径上，同样地，内團9和中心圏8之间滚动元件13 的排10放置在两个不同的节圆直径上。
上面已经参照风轮机1、主轴承单元14等的设计和实施例的具体例子 说明了本发明。然而，应该理解，本发明不限于所述具体例子，而是可以 在如权利要求书所述的发明范围内进行各种各样的设计和改变。标号明细表
1、风轮机；
3、机艙；
5、叶片；
7、外圉；
9、内圏；
11、安装孔；
13、滚动元件；
15、齿轮箱；
17、发电机；
19、加强结构；
21、中心部分；
23、内圏的第一部分;
25、附装机构；
27、轮毂凸缘；
D、内部3巨离。
2、塔架；
4、转子；
6、轮毂；
8、中心圏；
10、滚动元件排；
12、座圏；
14、主轴承单元；
16、制动系统；
18、变换器；
20、保持器；
22、外圏的第一部分;
24、内圏的第二部分;
26、行星架；
28、外圏的第二部分;
2权利要求
1.一种风轮机(1)，包括机舱(3)，以及转子(4)，所述转子(4)通过至少一个主轴承单元(14)旋转地安装在所述机舱(3)上，其特征在于，所述主轴承单元(14)包括至少一个外圈(7)、至少一个中心圈(8)和至少一个内圈(9)，其中，所述中心圈(8)能相对于所述外圈(7)和所述内圈(9)旋转，或者所述外圈(7)和所述内圈(9)能相对于所述中心圈(8)旋转。
2. 按照权利要求1的风轮机(1)，其特征在于，所述至少一个外圏 (7)和所述至少一个内圏(9)刚性连接。
3. 按照权利要求1或2的风轮机(1),其特征在于，所述至少一个 外圏(7 )和所述至少一个内圏(9 )附装到所述转子(4 )的轮毂(6 )上。
4. 按照权利要求1或2的风轮机(1)，其特征在于，所述至少一个 中心圏(8)附装到所述转子(4)的轮毂(6)上。
5. 按照权利要求3或4的风轮机(1),其特征在于，所述附装通过 附装机构(25)例如螺钉、螺栓或螺柱(21)进行。
6. 按照前述权利要求之一的风轮机(1),其特征在于，所述至少一 个中心圈(8)与所述转子(4)的轮毂(6)形成一体。
7. 按照前i^利要求之一的风轮机(1),其特征在于，所述主轴承 单元(14)和/或所述风轮机(1)包括用于允许所述外圏(7)或至少该外 圏(7)的部件(22、 28)轴向移位的机构。
8. 按照前述权利要求之一的风轮机(1)，其特征在于，所述主轴承 单元(14 )和/或所述风轮机包括用于允许所述内圈(9 )或至少该内圏(9 ) 的部件(22、 28)轴向位移的机构。
9. 按照前述^=又利要求之一的风轮机(1)，其特征在于，所述至少一 个外圏(7)和/或所述至少一个内圏(9)和/或所述至少一个外圏(7)的 部件(22、 28)和/或所述至少一个内圏(9)的部件(23、 24)被分成两 个或多个分段。
10. 按照前述权利要求之一的风轮机(1),其特征在于，所述至少一 个中心圏(8)包括至少两个独立但刚性地连接的轴承圏。
11. 按照前述权利要求之一的风轮机(1)，其特征在于，所述主轴承 单元(14)包括位于所述至少一个外圏(7)和所述至少一个中心圏(8) 之间的滚动元件(13 )的至少一个排(10 )以及位于所述至少一个内圏(9 ) 和所述至少一个中心圏(8)之间的滚动元件(13)的至少一个排(10)。
12. 按照权利要求11的风轮机(1)，其特征在于，所述成排(IO) 的滚动元件(13)通过一个或多个保持器(20)保持独立。
13. 按照权利要求12的风轮机(1),其特征在于，所述保持器(20 ) 中的一个或多个4皮分成一个或多个分段。
14. 按照权利要求11-13之一的风轮机(1)，其特征在于，所述滚动 元件(13)的至少一个外排(10)是滚动元件(13)的至少两个独立的排。
15. 按照权利要求11-14之一的风轮机(1)，其特征在于，所述滚动 元件(13)的至少一个内排(10)是滚动元件(13)的至少两个独立的排。
16. 按照权利要求14或15的风轮机(1)，其特征在于，所述滚动元 件(13)的至少两个独立的排(10)包括滚动元件(13)的第一排(10) 和滚动元件(13 )的第二排(10 ),该第一排包含第一尺寸的滚动元件(13 )， 该第二排包含第二尺寸的滚动元件(13)，其中所述第一尺寸与所述第二 尺寸不同。
17. 按照权利要求14或15的风轮机(1)，其特征在于，所述滚动元 件(13 )的至少两个独立的排(10 )包括处于第一节圆直径的滚动元件(13 ) 的第一排(10)和处于笫二节圆直径的滚动元件(13)的第二排(10)， 其中所述第 一节圆直径与所述第二节圆直径不同。
18. 按照前述权利要求之一的风轮机(1)，其特征在于，所述至少一个外圏(7)和/或所述至少一个中心圏(8)和/或所述至少一个内圏(9) 包括一个或多个独立的座圏(12)。
19. 按照前述权利要求之一的风轮机(1),其特征在于，所述至少一 个中心圏(8)包括一个或多个独立的座圏(12)。
20. 按照权利要求18或19的风轮机(1),其特征在于，所述独立的 座圏(12)中的一个或多个被分成若干分段。
21. —种用于维修按照前述权利要求之一的风轮机(1)的主轴承单元 (14)的方法，该方法包括以下步骤-使转子(4)相对于机艙(3)的旋转停止，以及-移动所述主轴承单元(14)的内圏(9)或内圏(9)的部件，同时使 所述主轴承单元(14)的外圏(7)和中心圏(8)保持传递载荷，或者-移动所述主轴承单元(14)的外圏(7)或外圏(7)的部件，同时使 所述主轴承单元(14)的内圏(9)和中心圏(18)保持传递载荷。
22. 按照权利要求21的方法，其特征在于，所述方法还包括使所述主 轴承单元(14)的所述内圏(9)或内圏(9)的所述部件或者所述外圏(7) 或外圏(7)的所述部件脱开的步骤。
23. 按照权利要求21或22的方法，其特征在于，所述方法还包括重 新附装所述主轴承单元(14)的所述内圏(9)或内圏(9)的所述部件或 者所述外圏(7)或外圏(7)的所述部件的步骤。
24. 按照权利要求21-23之一的方法，其特征在于，所述传递载荷包 括承载所述转子(4)的整个重量。
25. 按照权利要求21-24之一的方法，其特征在于，所述方法是接近 所述主轴承单元(14)的内部部件的方法。
26. 按照权利要求21-25之一的方法，其特征在于，移动所述内圏(9) 或内圏(9)的所述部件，以便能够接近所述主轴承单元(14)的所述中心 圏(8)和所述内圏(9)之间的内部部件。
27. 按照权利要求21-26之一的方法，其特征在于，移动所述外圈(7) 或外圏(7)的所述部件，以便能够接近所述主轴承单元(14 )的所述中心圏(8)和所述外圏(7)之间的内部部件。
28. 按照权利要求21-27之一的方法，其特征在于，沿轴向移动所述 内圏(9)或内圏(9)的所述部件或者所述外圏(7)或外圏(7)的所述 部件，以便能接近所述主轴承单元(14)的内部部件。
29. 按照权利要求25-28之一的方法，其特征在于，所述内部部件包 括滚动元件(13)的一个或多个排(10)、 一个或多个保持器(20)和一 个或多个座圏(12)。
30. 按照权利要求21-29之一的方法，其特征在于，所述方法也是平 整所述主轴承单元(14)的一个或多个部件的磨损的方法。
31. 按照权利要求30的方法，其特征在于，所述一个或多个部件包括 所述主轴承单元(14)的位置固定的轴承圏的区域，该位置固定的轴承圏 与所述主轴承单元(14)的滚动元件(13)直接接触。
32. 按照权利要求31的方法，其特征在于，所述位置固定的轴承圏是 所述主轴承单元(14 )的一个或多个在所述风轮机(1)的正常运行期间相 对于所述才几抢(3)固定的轴承圏(7、 8、 9)。
33. 按照权利要求21-32之一的方法，其特征在于，所述移动内圏(9) 或内圏(9)的部件的步骤包括使所述主轴承单元(14)的所述内圏(9) 或内圏(9)的所述部件转动离开先前的角位置。
34. 按照权利要求21-33之一的方法，其特征在于，所述移动外圏(7) 或外圏(7)的部件的步骤包括使所述主轴承单元(14)的所述外圏(7) 或外圏(7)的所述部件转动离开先前的角位置。
35. 按照权利要求23-34之一的方法，其特征在于，将所述主轴承单 元(14)的所述轴承圏(7、 9)或轴承圏(7、 9)的所述部件重新附装到 新的角位置。
36. 按照权利要求21或35之一的方法的使用，其用于改变按照权利 要求1-20之一的风轮机(1)上的主轴承单元(14),其中，所述风轮机(1)是直接驱动式风轮机(1)或者包括齿轮箱(15 )的风轮机(1)。
全文摘要
本发明涉及一种风轮机(1)，该风轮机(1)包括机舱(3)和转子(4)。该转子(4)通过至少一个主轴承单元(14)旋转地安装在机舱(3)上。主轴承单元(14)包括至少一个外圈(7)、至少一个中心圈(8)和至少一个内圈(9)，其中，中心圈(8)能相对于外圈(70)和内圈(9)旋转，或者，外圈(7)和内圈(9)能相对于中心圈(8)旋转。本发明还涉及用于维修风轮机(1)的主轴承单元(14)的方法及其使用。
文档编号F03D1/00GK101595299SQ200780050740
公开日2009年12月2日 申请日期2007年1月31日 优先权日2007年1月31日
发明者A·贝奇 申请人:维斯塔斯风力系统有限公司