风轮机的主轴承装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种用于水平轴风轮机的动力传动系统，其包括：主轴，该主轴设有适于与风轮机的转子连接的转子附接法兰；和主轴承壳体，其具有至少部分地包围主轴并且从第一端延伸到第二端的主体，从第二端到转子附接法兰的距离比从第一端到转子附接法兰的距离大，主体在第二端处提供部件附接法兰以用于壳体至另外的动力传动系统部件的连接，主轴承壳体经由第一轴承和第二轴承承载主轴，第二轴承与转子附接法兰之间的距离比从第一轴承与转子附接法兰之间的距离大，主轴承壳体具有用于第一轴承的第一座和用于第二轴承的第二座，主轴承壳体包括从主体至少部分地径向向内延伸的座法兰，第二座位于座法兰的远端上。
【专利说明】风轮机的主轴承装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水平轴风轮机的动力传动系统，包括:主轴，其具有适于与风轮机的转子连接的转子附接法兰，和主轴承壳体，其经由第一轴承和第二轴承承载主轴。本发明还涉及一种水平轴风轮机的主轴承壳体，其适于至少部分包围连接到风轮机转子的主轴，主轴承壳体提供大致圆形的部件附接法兰以用于主轴承壳体至另外的动力传动系统部件的连接，其中所述另外的动力传动系统部件和转子位于主轴承壳体的相反两端。
【背景技术】
[0002]水平轴风轮机通常包括顶部承载机舱的塔架，并包括安装在动力传动系统上的转子，该动力传动系统位于所述机舱中。动力传动系统常常包括主轴，齿轮箱和发电机。在许多风轮机中，主轴通过两个轴向偏移的轴承被主轴承壳体承载。主轴和齿轮箱输入轴之间的连接可以是任何适合的形式，例如可以是刚性连接，或者可以包括低速联轴器如W02012052022A1中例示的，其在轴的对准中允许一些灵活性。在一些情况下，主轴承壳体、齿轮箱和发电机都相对于机舱的承载结构具有其分别的直接支撑。在其它情况下，如以下例示的，齿轮箱和发电机作为悬臂从主轴承壳体伸出，并且在此情况下在主轴承壳体和齿轮箱固定体之间的接头将承受相当大的力。另外，某些类型的低速联轴器具有相当大的直径。这就使得任何在主轴承壳体和齿轮箱固定体之间的固定连接都需要大的直径。例如，主轴承壳体和齿轮箱将经由用于主轴和齿轮箱输入轴之间的低速联轴器的相当大的罩连接。然而，期望提供一种主轴，在其到齿轮箱的连接处具有相对较小的直径，并且因此在主轴和主轴承壳体之间具有小的轴承。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是在风轮机中提供高效和可靠的主轴轴承支承以及主轴承壳体和另外的动力传动系统部件(如齿轮箱)之间的有效连接(尤其是就负载而言)。
[0004]该目的通过一种用于水平轴风轮机的动力传动系统实现，用于该水平轴风轮机的动力传动系统包括:
[0005]-主轴，该主轴设有适于与所述风轮机的转子连接的转子附接法兰；和
[0006]-主轴承壳体，该主轴承壳体具有至少部分地包围所述主轴并且从第一端延伸到第二端的主体，从所述第二端到所述转子附接法兰的距离大于从所述第一端到转子附接法兰的距离，所述主体在所述第二端处提供部件附接法兰以用于所述壳体至另外的动力传动系统部件的连接，
[0007]-所述主轴承壳体经由第一轴承和第二轴承承载所述主轴，所述第二轴承与所述转子附接法兰之间的距离大于所述第一轴承与所述转子附接法兰之间的距离，
[0008]-所述主轴承壳体具有用于第一轴承的第一座和用于第二轴承的第二座，
[0009]-所述主轴承壳体包括从所述主体至少部分地径向向内延伸的座法兰，所述第二座位于所述座法兰的远端上。
[0010]优选地，主轴承壳体的主体沿着主轴的旋转轴线延伸。在一些实施例中，所述另外的动力传动系统部件是低速联轴器盖。在其它实施例中，主轴承壳体的部件附接法兰适于所述壳体至齿轮箱或发电机的固定部的直接连接。
[0011]座法兰从壳体主体至少部分地径向向内延伸提供相对于主轴的旋转轴线定位在第二座的径向外侧的部件附接法兰，即:座法兰的延伸具有在径向方向上的分量；其也可以具有平行于旋转轴线的分量，但是在任何情况下法兰都是从主体向内定位的，相对于旋转轴线成非零角度。
[0012]本发明允许改进在动力传动系统中操纵的力，其中所述另外的动力传动系统部件作为悬臂从主轴承壳体伸出。其原因是可使所述另外的动力传动系统部件与主轴承壳体之间的连接相对较大以减少由悬臂布置引起的弯矩所引发的力而不会有损于主轴轴承装置，主轴轴承装置可以由主轴大小限定，保持相对较小。
[0013]因此，缩减的力允许缩减材料。而且，由于主轴承壳体和所述另外的动力传动系统部件之间的连接可以独立于主轴轴承装置设计，在至所述另外的动力传动系统部件的连接处具有较大直径的情况下，可在主轴承壳体中为悬臂布置引起的应力提供相对直的负载路径。
[0014]同时，本发明是有利的，其中低速联轴器具有相对大的直径，需要大的联轴器盖。部件附接法兰可以为了与该盖连接而做大，而主轴轴承可以保持相当小以适应主轴。
[0015]优选地，所述座法兰被成形为截锥，其中所述远端是该截锥的较窄端，并且其中从所述远端到所述转子附接法兰的距离大于从所述截锥的较宽端到所述转子附接法兰的距离。座法兰的截锥形状将提供座法兰与第二轴承所关联的力路径的对齐，尤其是在第二轴承是以如下方式(如下述的附图中的例子)成角度的锥形滚子轴承的情况下。每个轴承滚子均具有第一滚子端和第二滚子端，所述转子附接法兰与所述第一滚子端之间的距离小于所述转子附接法兰与所述第二滚子端之间的距离，并且所述主轴的旋转轴线与所述第一滚子端之间的距离小于所述主轴的旋转轴线与所述第二滚子端之间的距离。
[0016]本发明还提供一种用于水平轴风轮机的主轴承壳体，该主轴承壳体适于至少部分包围与所述风轮机的转子连接的主轴，该主轴承壳体提供大致圆形的部件附接法兰以用于所述主轴承壳体至另外的动力传动系统部件的连接，其中所述另外的动力传动系统部件与所述转子位于所述主轴承壳体的相反两端，所述主轴承壳体具有用于在该主轴承壳体与所述主轴之间的第一轴承的第一轴承座以及用于在所述主轴承壳体与所述主轴之间的第二轴承的第二轴承座，从所述部件附接法兰到所述第一轴承座的距离大于从所述部件附接法兰到所述第二轴承座的距离，所述部件附接法兰的直径大于所述第一轴承座的直径，并且所述第二轴承座的直径等于或小于所述第一轴承座的直径。
[0017]借此，如上所述，考虑到作为悬臂从主轴承壳体伸出的所述另外的动力传动系统部件，大的部件附接法兰提供良好的力操纵能力，同时可提供相对小的第二轴承从而适于最优的主轴设计。
[0018]在此部件附接法兰的直径被理解为用于传递部件附接法兰与所述另外的动力传动系统部件之间的负载的区域的直径。例如，在部件附接法兰和所述另外的动力传动系统部件之间具有螺栓连接，具有单排螺栓，这些螺栓基本上平行于主轴的旋转轴线取向的情况下，部件附接法兰的直径是由沿着部件附接法兰分布的一系列螺栓的中心线形成的假想圆的直径。轴承座的直径被理解为各自的径向面向内且支承相应轴承的座表面的直径。
[0019]优选地，所述部件附接法兰的直径与所述第二轴承座的直径之差是所述第一轴承座的直径与所述第二轴承座的直径之差的至少两倍，优选为至少三倍。优选地，所述部件附接法兰的直径比所述第二轴承座的直径至少大30%，优选为至少大40%，更优选为至少大50%。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]本发明的以下实施例将参照附图来描述，其中
[0021]图1示出了水平轴风轮机的部分侧视图；
[0022]图2示出了风轮机的动力传动系统的一部分的截面图，该截面与风轮机转子的旋转轴线一致；
[0023]图3示出了图2中的动力传动系统部分的立体图；
[0024]图4示出了部分在图3中示出的动力传动系统的立体图；
[0025]图5示出了根据本发明的另选实施例的风轮机动力传动系统的一部分的截面图，该截面与风轮机转子的旋转轴线一致；以及
[0026]图6示出了根据本发明的另选实施例的风轮机动力传动系统的一部分的截面图，该截面与风轮机转子的旋转轴线一致。
【具体实施方式】
[0027]在图1中水平轴风轮机I包括在其顶部承载有机舱3的塔架，机舱3适于围绕垂直轴线相对于塔架摆动。该风轮机也包括转子4，该转子4具有承载有3个叶片42的轮毂41 ;可选择地，轮毂41上可以有少于或多于三个的叶片。轮毂被安装在容纳于机舱3中的动力传动系统上。该动力传动系统包括主轴5、齿轮箱6和发电机7。
[0028]图2示出了包括主轴5的动力传动系统部件。转子4和主轴5的旋转轴线在图2中以虚线A标出。主轴5在其第一端(图2的左侧)设有转子附接法兰5C，其固定连接至轮毂41 (图1)。在第二端(图2的右侧)，主轴5连接到低速联轴器61，低速联轴器61则连接到齿轮箱6的输入轴62。主轴5经由主轴承装置52、53由主轴承壳体51承载。如图3中可见，主轴承壳体51固定安装在机舱结构的床架31上。如图2中可见，主轴承装置包括沿着主轴5的旋转轴线A分布的第一轴承52和第二轴承53。第一和第二轴承在此实施例中是滚子轴承，但是它们中的任何一个都可以另选地为任何形式的轴承，如球轴承。
[0029]第一轴承52比第二轴承53更靠近轮毂定位。第一轴承52或者更具体地说第一轴承52的外圈装配在由主轴承壳体51提供的第一座511中。第二轴承53靠近低速联轴器61定位。第二轴承53的外圈装配在也由主轴承壳体提供的第二座512中。第一轴承52和第二轴承53的内圈装配在由主轴5提供的各自的座5A、5B中。
[0030]主轴承壳体51包括主体514，其包围主轴5并且基本平行于旋转轴线A从第一端5141延伸到第二端5142。第一端比第二端更靠近转子。在第二端5142处，主体514提供部件附接法兰513，用于主轴承壳体51到低速联轴器盖611 (也参见图3)的固定连接。部件附接法兰具有大致圆形的截面。部件附接法兰513相对于旋转轴线A在径向上位于第二座513外侧。换句话说，部件附接法兰513比第二座512远离旋转轴线A定位。
[0031]如图4所示，齿轮箱6和发电机7不直接支承在机舱结构上。相反，它们经由低速联轴器盖611作为悬臂从主轴承壳体51伸出。这意味着主轴承壳体51和低速联轴器盖611将受来自悬臂部件6、7的重量的相当大的力。如图3中所见，主轴承壳体主体514在从部件附接法兰513朝向转子附接法兰5C延伸的部分516处被成形为截锥。这将在主轴承壳体主体中为悬臂部件引起的应力提供相对直的负载路径。
[0032]为了提供给第二座512较短的径向距离，主轴承壳体具有座法兰515。座法兰515从主体514的内表面径向向内延伸。座法兰515在其内侧远端设有第二座。座法兰515相对于垂直于旋转轴线A取向的假想面呈非零角度，并且因此具有截锥形状，其具有第二座512的端部为截锥的较窄端5151并且定位成与截锥的较宽端5152相比更加远离转子4，在较宽端5152处座法兰515与主体514接合。座法兰515和主体514之间的接合处定位在距第二端5142和部件附接法兰513 —定距离处。
[0033]低速联轴器61可以是任何一种形式，例如在通过援引结合于此的W02012052022A1中描述的方案。在此例中，低速联轴器具有两个柔性盘612，在其各自的内缘分别固定连接到主轴5和齿轮箱输入轴62。在各自的外缘处，柔性盘612经由缸体613固定接合。因此低速联轴器将提供一些柔性，以允许可能出现在动力传动系统中的错位和其它非期望的现象。
[0034]由于低速联轴器61的设计，将具有相对较大的直径，并且因此低速联轴器盖611也一样。如所述，主轴承壳体主体514在从部件附接法兰513朝向转子延伸的部分516处被成形为截锥(图3)，并且此为悬臂布置引起的应力提供相对直的负载路径。另外，座法兰515允许主轴承壳体主体514提供大直径部件附接法兰513，同时对第二轴承53提供刚性支承。实际上，主体514在第二端5142处的直径比在第一端5141处的直径大。部件附接法兰513的大直径就负载而言是有利的，这是因为由悬臂布置引起的弯矩将由部件附接法兰513中的力抵消，该力比具有小部件附接法兰时的力要少。
[0035]进一步，座法兰515的截锥形状提供法兰与第二轴承53所关联的力路径的对准，尤其是在后者是锥形滚子轴承，如图中所示成角度的情况下。如图4中可见，每个轴承滚子均具有第一滚子端531和第二滚子端532，转子附接法兰5C与第一滚子端531之间的距离比转子附接法兰5C与第二滚子端532之间的距离小，并且从主轴5的旋转轴线A与第一滚子端531之间的距离比旋转轴线A与第二滚子端532之间的距离小。
[0036]部件附接法兰513的直径大于第一轴承座511的直径，第二轴承座512的直径小于第一轴承座511的直径。部件附接法兰513和低速联轴器盖611之间具有螺栓连接，单排螺栓5131基本上平行于旋转轴线A取向。在此，部件附接法兰513的直径理解为由沿着部件附接法兰513分布的一系列螺栓5131的中心线形成的假想圆的直径。轴承座511、512的直径被理解为各自的径向面向内且支承相应轴承52、53的座表面的直径。
[0037]图5示出了部件附接法兰513定位成与座法兰515的外围相邻的实施例，即，部件附接法兰513定位成与座法兰515和主轴承壳体主体514之间的连接相邻。
[0038]本发明也可应用于动力传动系统中没有任何齿轮箱的涡轮中，即所谓的直驱式涡轮。因此，本发明可以具体地应用在如图6中所示的情况，其中发电机7作为悬臂从主轴承壳体51伸出，并且主轴5连接到发电机7的转子71，例如直接地(如图6)或者经由在所述W02012052022A1中描述的低速联轴器。
【权利要求】
1.一种用于水平轴风轮机的动力传动系统，该动力传动系统包括: -主轴，该主轴设有适于与所述风轮机的转子连接的转子附接法兰；和 -主轴承壳体，该主轴承壳体具有至少部分地包围所述主轴并且从第一端延伸到第二端的主体，从所述第二端到所述转子附接法兰的距离大于从所述第一端到所述转子附接法兰的距离，所述主体在所述第二端处提供部件附接法兰以用于所述壳体至另外的动力传动系统部件的连接， -所述主轴承壳体经由第一轴承和第二轴承承载所述主轴，所述第二轴承与所述转子附接法兰之间的距离大于所述第一轴承与所述转子附接法兰之间的距离， -所述主轴承壳体具有用于所述第一轴承的第一轴承座和用于所述第二轴承的第二轴承座， -所述主轴承壳体包括从所述主体至少部分地径向向内延伸的座法兰，所述第二轴承座位于所述座法兰的远端上。
2.根据权利要求1所述的动力传动系统，其中，所述座法兰被成形为截锥，其中所述远端是该截锥的较窄端，并且其中从所述远端到所述转子附接法兰的距离大于从所述截锥的较宽端到所述转子附接法兰的距离。
3.根据前述任一项权利要求所述的动力传动系统，其中，所述第二轴承是滚子轴承，其中每个轴承滚子均具有第一滚子端和第二滚子端，所述转子附接法兰与所述第一滚子端之间的距离小于所述转子附接法兰与所述第二滚子端之间的距离，并且所述主轴的旋转轴线与所述第一滚子端之间的距离小于所述主轴的旋转轴线与所述第二滚子端之间的距离。
4.一种用于水平轴风轮机的主轴承壳体，该主轴承壳体适于至少部分包围与所述风轮机的转子连接的主轴，该主轴承壳体提供大致圆形的部件附接法兰以用于所述主轴承壳体至另外的动力传动系统部件的连接，其中所述另外的动力传动系统部件与所述转子位于所述主轴承壳体的相反两端，所述主轴承壳体具有在该主轴承壳体与所述主轴之间的用于第一轴承的第一轴承座以及在所述主轴承壳体与所述主轴之间的用于第二轴承的第二轴承座，从所述部件附接法兰到所述第一轴承座的距离大于从所述部件附接法兰到所述第二轴承座的距离，所述部件附接法兰的直径大于所述第一轴承座的直径，并且所述第二轴承座的直径等于或小于所述第一轴承座的直径。
5.根据权利要求4所述的主轴承壳体，其中，所述部件附接法兰的直径与所述第二轴承座的直径之差是所述第一轴承座的直径与所述第二轴承座的直径之差的至少两倍，优选为至少三倍。
6.根据权利要求4或5所述的主轴承壳体，其中，所述部件附接法兰的直径比所述第二轴承座的直径至少大30%，优选为至少大40%，更优选为至少大50%。
【文档编号】F03D11/02GK104364521SQ201380030041
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2013年6月6日 优先权日:2012年6月10日
【发明者】M·L·比特什 申请人:维斯塔斯风力系统有限公司