一种风力涡轮机的弹性可倾轴瓦滑动轴承

技术领域

本发明涉及风力涡轮机技术领域，特别涉及一种风力涡轮机的弹性可倾轴瓦滑动轴承。

背景技术

现有技术的风力涡轮机中，如图1所示，叶片和轮毂组装在一起构成叶轮11，叶轮11与主轴12、齿轮箱14、发电机17构成风力涡轮机的传动链，叶轮11旋转带动主轴12，主轴12带动齿轮箱14的输出轴转动，通过齿轮箱14的输出轴带动发电机17的转子转动。叶轮11、主轴12、齿轮箱14固定设置在风力发电机组的主机架13上，发电机17固定放置在后机架16上。主机架13通过竖直设置的塔筒(图中未示出)固定连接地面。风力涡轮机将运动空气的能量转化成电能。运动空气加速叶轮，叶轮的旋转传递到发电机，通过发电机将叶轮的旋转能量转换成电能。

风力涡轮机的主轴是风力涡轮机传动链的关键部分，如图2所示，其具有类似于“喇叭”的形状。主轴第一端端面设置有法兰10，主轴第一端设有轴肩，法兰与轴肩之间圆弧过渡。主轴通过主轴承固定连接主机架。主轴第二端用于安装齿轮箱涨紧套15。主轴与主轴承、齿轮箱涨紧套之间通常采用过盈配合的方式固定连接。

目前风力涡轮机的主轴承一般采用滚动轴承，如单个的双列圆锥滚子轴承或两个单列圆锥滚子轴承。个别公司也在开始研究滑动轴承在直接驱动涡轮机上应用。通过检索发现如下一些有关风力涡轮机滑动主轴承的相关专利文献：

专利号：200980160389.3，发明名称为：风力涡轮机主轴承。这种滑动主轴承结构按载荷传递分解的方式布局了滑动主轴承传动链，应用于双馈风力涡轮机上。

专利号：CN103765005A，发明名称为：直接驱动式风力涡轮机。这种滑动主轴承结构参考了三列圆柱滚子轴承的形式。

专利号CN103782028A，发明名称：直接驱动风力涡轮机。这种滑动主轴承结构参考了单个的双列圆锥滚子轴承或两个单列圆锥滚子传动链形式。

专利号：US9995283B2，发明名称：SLIDING BEARING ARRANGENT FOR A WINDTURBINE。这种滑动主轴承结构按载荷传递分解的方式布局了滑动主轴承传动链，应用于直接驱动方式的风力涡轮机上。然而，目前风力涡轮机滚动主轴承普遍存在承载能力低，抗震性不好，工作不够平稳可靠，不容易制造，生产周期长，生产成本高，不可以维护，轴承使用寿命短的问题。

也有些风力涡轮机的主轴承采用了滑动轴承，但是该滑动轴承的轴瓦不能做到可倾。存在滑动轴承不能调心，轴瓦与风力涡轮机的主轴接触面小，承载能力低，抗震性不够好等问题。当风载方向改变，风力涡轮机主轴受瞬间载荷冲击时，现有的滑动轴承还存在存在轴系振幅大的问题。

因此非常有必要设计一种新的用于风力涡轮机的主轴承来解决这个问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种风力涡轮机的弹性可倾轴瓦滑动轴承，该滑动轴承固定连接风力涡轮机的主机架，并能够套设在风力涡轮机主轴第一端外部，或者套设在主轴轴肩外部。通过球形圆弧面滑动连接第一轴瓦支撑座和第二轴瓦支撑座，并通过弹性装置为轴瓦提供弹性压紧力，实现轴瓦可倾斜并保持贴合主轴/轴肩。在风力涡轮机的风载方向突然变化时，通过本发明的滑动轴承，能够为风力涡轮机的主轴/轴肩持续提供推力载荷，提高了轴承的抗震能力，使风力涡轮机的工作更加平稳可靠，并延长了轴瓦的使用寿命。

为了达到上述目的，本发明提供一种风力涡轮机的弹性可倾轴瓦滑动轴承，风力涡轮机主轴的第一端朝向风力涡轮机的轮毂，所述滑动轴承包含：

轴承座，其固定连接主机架；所述轴承座套设在风力涡轮机主轴第一端外部且与所述主轴同心；

若干个可倾瓦弹性结构，沿主轴的周向方向，连接设置在轴承座与主轴之间；

所述可倾瓦弹性结构包含：轴瓦、弹性装置和可倾轴瓦支撑座；

所述轴瓦设置在轴承座与主轴之间，轴瓦第一侧滑动连接主轴第一端外侧壁，且轴瓦第一侧外型面匹配主轴第一端外型面；

所述可倾轴瓦支撑座连接设置在轴承座与轴瓦之间；所述弹性装置预压缩的设置在可倾轴瓦支撑座与轴瓦之间，对轴瓦施加主轴径向方向的弹性压紧力；通过可倾轴瓦支撑座与弹性装置配合，实现轴瓦可倾斜并贴合主轴。

优选的，所述可倾轴瓦支撑座包含：滑动连接的第一轴瓦支撑座和第二轴瓦支撑座；

所述第一轴瓦支撑座设置在所述第二轴瓦支撑座与轴瓦之间；

第二轴瓦支撑座设置在轴承座与第一轴瓦支撑座之间并固定连接轴承座；第二轴瓦支撑座与第一轴瓦支撑座之间通过球形圆弧面滑动连接；第二轴瓦支撑座与轴瓦之间设有间隙；

所述弹性装置设置在第一轴瓦支撑座与轴瓦之间。

优选的，第一轴瓦支撑座第一侧设有与所述弹性装置匹配的第一盲孔，所述弹性装置嵌入设置在所述第一盲孔内；第一轴瓦支撑座第一侧朝向轴瓦。

优选的，与轴瓦第一侧相对的轴瓦第二侧设有与第一轴瓦支撑座第一侧匹配的第二盲孔，第一轴瓦支撑座第一侧嵌入设置在所述第二盲孔内。

优选的，沿主轴的周向方向，在轴承座的内侧设有若干个与第二轴瓦支撑座第二侧匹配的第一安装槽，第二轴瓦支撑座第二侧固定的嵌入设置在所述第一安装槽内，一个第一安装槽对应一个第二轴瓦支撑座；第二轴瓦支撑座第二侧朝向轴承座。

本发明还提供一种风力涡轮机的弹性可倾轴瓦滑动轴承，风力涡轮机主轴第一端外壁设有与所述主轴同心的环形轴肩，轴肩两侧分别朝向风力涡轮机的轮毂/齿轮箱，所述滑动轴承包含：

轴承座，其固定连接主机架；所述轴承座套设在所述轴肩的外部且与所述主轴同心；轴承座两侧分别朝向风力涡轮机的轮毂/齿轮箱；

若干个可倾瓦弹性结构，沿主轴的周向方向连接设置在所述轴承座与轴肩之间；所述若干个可倾瓦弹性结构分布在轴肩两侧；

所述可倾瓦弹性结构包含：轴瓦、弹性装置和可倾轴瓦支撑座；

所述轴瓦设置在轴承座与轴肩之间，轴瓦第一侧滑动连接轴肩，且轴瓦第一侧外型面匹配轴肩外型面；

所述可倾轴瓦支撑座连接设置在轴承座与轴瓦之间；所述弹性装置预压缩的设置在可倾轴瓦支撑座与轴瓦之间，对轴瓦施加主轴轴向方向的弹性压紧力；通过可倾轴瓦支撑座与弹性装置配合，实现轴瓦可倾斜并贴合轴肩。

优选的，所述可倾轴瓦支撑座包含：滑动连接的第一轴瓦支撑座和第二轴瓦支撑座；

所述第一轴瓦支撑座设置在所述第二轴瓦支撑座与轴瓦之间；

第二轴瓦支撑座设置在轴承座与第一轴瓦支撑座之间并固定连接轴承座；第二轴瓦支撑座与第一轴瓦支撑座之间通过球形圆弧面滑动连接；第二轴瓦支撑座与轴瓦之间设有间隙；

所述弹性装置设置在第一轴瓦支撑座与轴瓦之间。

优选的，第一轴瓦支撑座第一侧设有与所述弹性装置匹配的第一盲孔，所述弹性装置嵌入设置在所述第一盲孔内；第一轴瓦支撑座第一侧朝向轴瓦。

优选的，与轴瓦第一侧相对的轴瓦第二侧设有与第一轴瓦支撑座第一侧匹配的第二盲孔，第一轴瓦支撑座第一侧嵌入设置在所述第二盲孔内。

优选的，沿主轴的周向方向，轴承座两侧内壁设有若干个与第二轴瓦支撑座第二侧匹配的第一安装槽，第二轴瓦支撑座第二侧固定的嵌入设置在所述第一安装槽内，一个第一安装槽对应一个第二轴瓦支撑座；第二轴瓦支撑座第二侧朝向轴承座。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)本发明的风力涡轮机的可倾轴瓦能够在风载方向改变时，通过球形圆弧面滑动连接第一轴瓦支撑座和第二轴瓦支撑座实现轴瓦可倾，并通过弹性装置为轴瓦提供弹性压紧力，实现轴瓦能够为风力涡轮机的主轴/轴肩持续提供主轴径向方向/主轴轴向方向推力；因而本发明的滑动轴承具有轴系振幅小，轴承抗震能力强的显著效果；

2)本发明中，轴瓦第一侧的外型面匹配主轴第一端外型面/轴肩外型面，增大了轴瓦与主轴/轴肩的接触面积、提高了滑动轴承的承载能力；

3)通过本发明的滑动轴承使风力涡轮机的工作更加平稳可靠，并延长了轴瓦的使用寿命，保证了风力涡轮机平稳工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为现有技术中，风力涡轮机的传动链示意图；

图2为现有技术中，风力涡轮机的主轴示意图；

图3为实施例一中，本发明的弹性可倾轴瓦滑动轴承、主轴沿主轴轴向方向的剖视图；

图4为实施例一中，本发明的弹性可倾轴瓦滑动轴承、主轴沿主轴径向方向的剖视图；

图5为图3的局部放大示意图；

图6为实施例一中，本发明的可倾瓦弹性结构剖示图；

图7为实施例二中，本发明的弹性可倾轴瓦滑动轴承与轴肩连接示意图；

图8为实施例二中，本发明的可倾瓦弹性结构剖示图；

图中：10、法兰；11、叶轮；12、主轴；13、主机架；14、齿轮箱；15、齿轮箱涨紧套；16、后机架；17、发电机；18、轴肩；

20、可倾瓦弹性结构；21、轴瓦；22、第一轴瓦支撑座；23、第二轴瓦支撑座；24、弹性装置；25、球形圆弧面；26、轴瓦第一侧与主轴接触面；28、轴承座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

风力涡轮机主轴12的第一端朝向风力涡轮机的轮毂。

本发明提供一种风力涡轮机的弹性可倾轴瓦滑动轴承，该滑动轴承套设在风力涡轮机的主轴第一端外部，并与所述主轴12同中心轴。如图3、图4所示，本发明的弹性可倾轴瓦滑动轴承包含：轴承座28和若干个可倾瓦弹性结构20。

所述轴承座28固定连接主机架，其套设在主轴第一端外部且与主轴12同心；

如图3、图4所示，所述若干个可倾瓦弹性结构20，沿主轴12的周向方向，连接设置在轴承座28与主轴12之间。

所述可倾瓦弹性结构20包含：轴瓦21、弹性装置24和可倾轴瓦支撑座；

如图3至图5所示，所述轴瓦21设置在轴承座28与主轴12之间，轴瓦第一侧滑动连接主轴第一端外侧壁，且轴瓦第一侧外型面匹配主轴第一端外型面；轴瓦第一侧与主轴接触面26如图6所示，其为一个弧面。

如图3至图6所示，所述可倾轴瓦支撑座连接设置在轴承座28与轴瓦21之间，其包含：第一轴瓦支撑座22和第二轴瓦支撑座23。

所述第一轴瓦支撑座22设置在所述第二轴瓦支撑座23与轴瓦21之间。其中，第一轴瓦支撑座第一侧朝向轴瓦21，第一轴瓦支撑座第二侧朝向第二轴瓦支撑座23。

如图5所示，与轴瓦第一侧相对的轴瓦第二侧设有与第一轴瓦支撑座第一侧匹配的第二盲孔，第一轴瓦支撑座第一侧嵌入设置在所述第二盲孔内。第一轴瓦支撑座第一侧还设有与所述弹性装置24匹配的第一盲孔，所述弹性装置24预压缩的嵌入设置在所述第一盲孔内，并位于第一轴瓦支撑座22与轴瓦21之间。通过弹性装置24对轴瓦21施加主轴径向方向的弹性压紧力。在本发明的实施例中，弹性装置24为弹簧或碟簧。

所述第二轴瓦支撑座23设置在轴承座28与第一轴瓦支撑座22之间，且第二轴瓦支撑座23与轴瓦21之间设有间隙，弹性装置24的预压缩量大于所述间隙。其中，第二轴瓦支撑座第一侧朝向第一轴瓦支撑座22，第二轴瓦支撑座第二侧朝向轴承座28。

如图3、图5所示，沿主轴12的周向方向，在轴承座28的内侧还设有若干个与第二轴瓦支撑座第二侧匹配的第一安装槽，第二轴瓦支撑座第二侧固定的嵌入设置在所述第一安装槽内，一个第一安装槽对应一个第二轴瓦支撑座23。在本发明的实施例中，通过螺栓自外部依序穿设轴承座28、第二轴瓦支撑座23实现固定连接轴承座28和第二轴瓦支撑座23。

第二轴瓦支撑座第一侧与第一轴瓦支撑座第二侧之间通过球形圆弧面25滑动连接，实现轴瓦21可倾斜并贴合主轴12。如图3、图5、图6所示，第一轴瓦支撑座第二侧具有一个球形圆弧凸面，第二轴瓦支撑座第一侧具有一个与所述球形圆弧凸面匹配的球形圆弧面凹面，通过所述球形圆弧凸面、球形圆弧凹面实现第二轴瓦支撑座第一侧与第一轴瓦支撑座第二侧之间的滑动连接。可以通过直接加工第一轴瓦支撑座22、第二轴瓦支撑座23的接触面为高光洁度面，也可以通过钎焊、镀层、熔化的形式，把耐磨材料(如聚醚醚酮非金属材料或铜合金)施加到所述球形圆弧凸面、球形圆弧凹面上，使第一轴瓦支撑座22与第二轴瓦支撑座23的接触面耐磨，并减少第一轴瓦支撑座22、第二轴瓦支撑座23之间的摩擦。

当风力涡轮机风载方向发生改变，叶轮11传递给主轴12的载荷的大小与方向均可能发生改变。当风载方向改变时，通过第一轴瓦支撑座22与第二轴瓦支撑座23之间的球形圆弧面25，实现轴瓦21能实时调整方向并保持贴合主轴外壁、增大轴瓦21与主轴12的接触面，提高轴瓦21承载能力及使用寿命。当风载方向、大小改变时，造成部分轴瓦21不受载或受载变小，因此与该轴瓦21对应的碟簧会产生一个弹性形变恢复力。在该弹性形变恢复力的作用下，将轴瓦21推向主轴12，轴瓦21保持与主轴12贴合，并时刻给主轴12一个沿主轴径向方向的推力。因此即使在风力涡轮机载荷突然变化时，本发明的滑动轴承具有优良的抗震能力，能使风力涡轮机工作更平稳可靠的工作。

实施例二

风力涡轮机主轴第一端外壁设有与所述主轴12同心的环形轴肩18，轴肩两侧分别朝向风力涡轮机的轮毂/齿轮箱。

本发明还提供一种风力涡轮机的弹性可倾轴瓦滑动轴承，其套设在所述轴肩外部，如图7，图8所示，包含：轴承座28和若干个可倾瓦弹性结构20。

如图7所示(图7中仅示出了主轴中心轴上半部分的轴承座28与轴肩18)，所述轴承座28固定连接主机架，其套设在所述轴肩18的外部且与所述主轴12同心；轴承座两侧分别朝向风力涡轮机的轮毂/齿轮箱。

如图7所示，所述若干个可倾瓦弹性结构20沿主轴12的周向方向连接设置在所述轴承座28与轴肩18之间。且若干个可倾瓦弹性结构20分别分布在轴肩两侧。

如图8所示，所述可倾瓦弹性结构20包含：轴瓦21、弹性装置24和可倾轴瓦支撑座；

所述轴瓦21设置在轴承座28与轴肩18之间，轴瓦第一侧滑动连接轴肩18，且轴瓦第一侧外型面匹配轴肩外型面。

如图7所示，所述可倾轴瓦支撑座连接设置在轴承座28与轴瓦21之间，其包含：第一轴瓦支撑座22和第二轴瓦支撑座23。

所述第一轴瓦支撑座22设置在所述第二轴瓦支撑座23与轴瓦21之间；其中，第一轴瓦支撑座第一侧朝向轴瓦21，第一轴瓦支撑座第二侧朝向第二轴瓦支撑座23。

如图7、图8所示，与轴瓦第一侧相对的轴瓦第二侧设有与第一轴瓦支撑座第一侧匹配的第二盲孔，第一轴瓦支撑座第一侧嵌入设置在所述第二盲孔内。

第一轴瓦支撑座第一侧还设有与所述弹性装置24匹配的第一盲孔，所述弹性装置24预压缩的嵌入设置在所述第一盲孔内，并位于第一轴瓦支撑座22与轴瓦21之间。通过弹性装置24对轴瓦21施加主轴轴向方向的弹性压紧力。

第二轴瓦支撑座23设置在轴承座28与第一轴瓦支撑座22之间并固定连接轴承座28。第二轴瓦支撑座23与轴瓦21之间设有间隙，弹性装置24的预压缩量大于该间隙。其中，第二轴瓦支撑座第一侧朝向第一轴瓦支撑座22，第二轴瓦支撑座第二侧朝向轴承座28。

如图7、图8所示，第二轴瓦支撑座第一侧与第一轴瓦支撑座第二侧之间通过球形圆弧面25滑动连接。

如图7所示，沿主轴12的周向方向，轴承座两侧内壁设有若干个与第二轴瓦支撑座第二侧匹配的第一安装槽，第二轴瓦支撑座第二侧固定的嵌入设置在所述第一安装槽内，一个第一安装槽对应一个第二轴瓦支撑座23。

当风力涡轮机风载方向发生改变，叶轮11传递给主轴12的载荷的大小与方向均可能发生改变。当风载方向改变时，通过第一轴瓦支撑座22与第二轴瓦支撑座23之间的球形圆弧面25，实现轴瓦21能实时调整方向并保持贴合轴肩18、增大轴瓦21与轴肩18的接触面，提高轴瓦21承载能力及使用寿命。当风载方向、大小改变时，造成部分轴瓦21不受载或受载变小，因此与该轴瓦21对应的碟簧会产生一个弹性形变恢复力。在该弹性形变恢复力的作用下，将轴瓦21推向轴肩18，轴瓦21保持与轴肩18贴合，并时刻给轴肩18一个沿主轴轴向方向的推力。因此即使在风力涡轮机载荷突然变化时，本发明的滑动轴承具有优良的抗震能力，能使风力涡轮机工作更平稳可靠的工作。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。