风力涡轮机转子叶片变桨轴承

技术领域

本发明描述了一种风力涡轮机转子叶片变桨轴承，以及一种在风力涡轮机转子叶片变桨轴承上执行维护例程的方法。

背景技术

风力涡轮机的转子叶片可以借助于变桨系统安装到毂，该变桨系统允许转子叶片绕其纵向轴线转动。具有这种转子叶片的风力涡轮机可以从风中提取更多的能量。

存在各种构造变桨系统的方式。一个重要的方面是轴承的选择。变桨轴承上的负载可能是显著的，特别是具有朝向非常长（且因此重）的转子叶片的趋势。变桨系统可以实现为滚子轴承、普通轴承等。

由于各种原因，包括轴承垫的环形布置的普通轴承（或“滑动轴承”）适用于转子叶片变桨系统。轴承垫必须确保轴颈或旋转部件（通常是转子叶片）相对于套筒或固定部件（通常是毂）的自由运动，并且必须能够承受可能发生的高负载。

风力涡轮机通常安装在偏远或离岸位置，使得维护例程昂贵。此外，例如如果只能从外部或从毂内部的狭窄内部空间接近所述轴承，则变桨轴承的维护程序可能是危险且耗时的。因此，在设计这种轴承方面投入了大量努力以显著延长维护程序之间的间隔，例如通过将轴承设计为具有长的寿命。

这样做的一种方式是设计轴承，使得这些轴承仅随着时间缓慢地磨损。例如，轴承垫可以由坚固的聚合物制成，或者至少具有包括坚固的聚合物材料的外表面。设计为长寿命（即，维护例程之间的长间隔）的传统滑动轴承可以使用热塑性聚合物，诸如PEEK （聚醚醚酮）。延长轴承垫寿命的另一方式是包括增强材料，诸如嵌入的玻璃纤维或碳纤维。然而，这种轴承垫是昂贵的。具有三个转子叶片的风力涡轮机可能需要数百个这样的轴承垫，使得轴承将呈现显著的成本因素，其中每个转子叶片在其根部端处具有数米的直径。

即使轴承垫的特征在于长寿命，在风力涡轮机寿命期间的某一点，可能需要更换轴承垫。因此，变桨轴承必须允许以某种方式进入内部。已知的是，构造转子叶片变桨轴承，使得环形或盘形壳体部分可以被移除以暴露轴承垫。然而，任何这种壳体部分的直径-在长的转子叶片的根部处-相应地大。在风力涡轮机毂的有限空间内操纵这种沉重且笨重的部件可能是困难且危险的，使得维护例程耗时且昂贵。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种更经济的转子叶片变桨轴承设计。

该目的通过权利要求1的转子叶片变桨轴承和通过权利要求13的在风力涡轮机转子叶片变桨轴承上执行维护例程的方法来实现。

根据本发明，风力涡轮机转子叶片变桨轴承包括：托架，其具有围绕其周边的轴承垫座的环形布置；多个轴承垫，其中轴承垫布置在每个轴承垫座中；以及用于夹持所述托架的夹持组件，所述夹持组件包括被布置成抵靠轴承垫的环形布置的滑动部件，并且还包括被定尺寸成在打开时暴露轴承垫的通路窗。滑动部件被布置成当变桨系统被致动时相对于垫托架滑动，并且应当理解为包括抵靠轴承垫的环形布置的低摩擦接触表面。

取决于变桨轴承是如何实现的，垫托架可以呈盘或环的形式。轴承垫座应当理解为以环形方式围绕垫托架的周边布置，例如靠近垫托架的外周。本发明利用了当致动变桨系统时滑动部件被布置成相对于垫托架滑动的事实。通过在滑动部件中提供通路窗，可以接近轴承垫。由于轴承垫可以相对容易地接近，所以轴承的设计参数可以被调整以有利于更频繁的更换而不是有利于长的寿命。这意味着变桨轴承可以被制造为使用更经济的轴承垫。这种节省可能是显著的，特别是在用于具有约5m或更大的根部端直径的转子叶片的变桨系统的情况下，因为这种转子叶片变桨系统的轴承可能容易地需要在托架与滑动部件之间的40-60个轴承垫。

根据本发明，风力涡轮机包括多个转子叶片，每个转子叶片借助于这种变桨轴承安装到毂，并且风力涡轮机还包括用于使每个转子叶片绕其纵向轴线转动的变桨系统。变桨系统可以被假定为包括变桨驱动器，该变桨驱动器被实现为使滑动部件相对于托架转动，即，使转子叶片相对于毂转动。

根据本发明，在这种转子叶片变桨轴承上执行维护例程的方法包括以下步骤：打开滑动部件的通路窗；致动所述变桨系统以使所述滑动部件相对于所述托架转动，直到特定轴承垫出现在打开的通路窗中；检查和/或更换所述轴承垫；以及关闭所述通路窗。

本发明方法的优点是，可以以相对小的努力接近轴承垫。例如，被维护的转子叶片可以被带入六点钟位置（向下指向）。维护技术人员可以进入毂并打开该变桨轴承的滑动部件中的通路窗。然后，维护技术人员可以启动变桨控制序列，该变桨控制序列导致变桨轴承被致动，直到轴承垫出现在开口中。例如，维护技术人员可以重复该顺序以便可视地检查每个轴承垫。替代地，如果已经怀疑轴承垫损坏或磨损，则控制序列可以用于接近损坏或磨损的轴承垫以便更换。

本发明的特别有利的实施例和特征由从属权利要求给出，如在以下描述中所揭示的。不同权利要求类别的特征可以适当地组合以给出本文未描述的其他实施例。

术语“普通轴承”、“轴颈轴承”和“滑动轴承”在下文中可以互换使用。在下文中，在不以任何方式限制本发明的情况下，可以假设轴承垫简单地由尼龙制成，而没有任何增强材料。这种轴承垫非常经济，并且可以显著降低风力涡轮机的总成本，该风力涡轮机需要数百个轴承垫来用于其转子叶片变桨轴承。这种尼龙轴承垫的相对短的寿命不是缺点，因为本发明的变桨轴承允许容易地接近以进行维护和更换。

取决于变桨系统的设计，变桨轴承的滑动部件可以是环形的或盘形的。类似地，取决于变桨系统的设计，垫托架可以是环形的或盘形的。

在本发明的特别优选的实施例中，托架包括第一面（例如，朝向毂定向）和平行的第二面（例如，朝向转子叶片定向），以及在每个面中的轴承垫座的环形布置。变桨轴承具有布置成抵靠第一托架面的轴承垫的第一滑动部件和布置成抵靠第二托架面的轴承垫的第二滑动部件。在该优选实施例中，变桨轴承具有布置在第一托架面的轴承垫座中的第一组轴承垫和布置在第二托架面的轴承垫座中的第二组轴承垫。滑动部件和托架可以理解为彼此平行。滑动环和托架的布置优选地安装在转子叶片根部和毂之间的交界处。

为了给变桨轴承提供期望的结构强度，间隔环优选地布置在第一滑动环和第二滑动环之间，并且滑动环和间隔件优选地实现为单个单元或实体。间隔环可以与滑动环形成为一体。替代地，间隔环可以被螺栓连接和/或焊接到两个滑动环之间的适当位置。

在滑动部件中可以提供任何数量的通路窗。然而，在本发明的优选实施例中，在滑动环中提供单个通路窗。该实施例实现起来最经济。该通路窗可以被定尺寸成暴露一个或多个整个轴承垫。例如，通路窗可以被定尺寸成暴露两个相邻的轴承垫。替代地，滑动环可以具有两个直径上相对的通路窗，使得两个直径上相对的轴承垫可以同时暴露。然而，可能优选的是，将滑动环中的任何开口的尺寸限制到最小，以便不损害滑动环的结构强度。因此，在本发明的优选实施例中，滑动环仅具有被定尺寸成暴露单个轴承垫的一个通路窗。

在本发明的优选实施例中，通路窗根据用于轴承中的轴承垫的形状而成形。优选地，通路窗的轮廓略大于轴承垫的轮廓，以便于移除和插入步骤。轴承垫可以是弧形的，使得一组这样的轴承垫共同形成环。在这种情况下，滑动环的通路窗也可以是弧形的。同样地，轴承垫可以具有简单的矩形形状。在这种情况下，滑动环的通路窗也具有简单的矩形形状。

可以以任何适当的方式实现通路窗。在本发明的特别优选的实施例中，通路窗包括如上所述的适当成形的开口和盖，该盖成形为当通路窗闭合或关闭时基本上精确地装配在开口中。盖可以沿着一个边缘以窗或门的方式铰接，或者可以以人孔盖或舱口的方式完全可拆卸，并且可以用例如一个或多个销、磁体、钩或闩锁固定。术语“通路窗”、“通路门”和“通路舱口”在本文中可以互换使用。

通路窗开口可以具有锥形和/或阶梯状侧壁，具有围绕通路窗本身的相应成形的边缘。这样，确保了通路窗与滑动部件的内表面齐平，并且不能延伸到轴承的内部空间中。

在转子叶片变桨系统中，转子叶片绕其纵向轴线转动。这通常通过使用具有小齿轮的变桨驱动单元来实现，该小齿轮布置成与环形齿环接合。变桨驱动单元可以安装在系统的静止部分上或者安装在系统的旋转部件上。例如，变桨驱动单元可以安装到毂，并且环形齿环可以围绕转子叶片根部端安装。替代地，变桨驱动单元可以安装在转子叶片的根部端中，并且环形齿环可以围绕毂的圆形开口安装。如本领域技术人员将已知的，这种系统的各种修改是可能的。

在一个实施例中，托架安装在转子叶片的根部端上。取决于变桨驱动单元和齿环是如何实现的，托架可以是封闭叶片的根部端的板，或者其可以是具有中心开口的环形物，以允许进入叶片内部。

附图说明

本发明的其它目的和特征将从结合附图考虑的以下详细描述中变得显而易见。然而，应当理解的是，附图仅仅是为了说明的目的而设计的，而不是作为对本发明的限制的定义。

图1示出了本发明的转子叶片变桨轴承的实施例的平面图；

图2示出了贯穿图1的实施例的截面；

图3示出了本发明的转子叶片变桨轴承的另一实施例的平面图；

图4示出了贯穿图3的实施例的截面；

图5-图7示出了本发明方法的实施例中的示例性阶段。

在附图中，相同的附图标记始终表示相同的对象。附图中的对象不一定按比例绘制。

具体实施方式

图1示出了本发明的转子叶片变桨轴承1的实施例的平面图。这里，观察者从转子叶片2内部的有利位置在毂的方向上观察。图2示出了截面II-II。第一滑动环11A安装到转子叶片2的根部端20，并且间隔件或定距环11D放置在第一滑动环11A和第二滑动环11B之间。根部端20、滑动环11A，11B和间隔件11D连接起来，并作为单个整体。

盘形垫托架10A安装到毂3。变桨驱动器17安装到托架10，并且在第一滑动环11A的内边缘处与环形齿环接合，以使转子叶片2绕其纵向轴线L转动。

图1示出了设置在垫托架10中的凹部或座10S中的轴承垫P的环形布置，并且图2示出了托架10的两个面101、102上的座10S。这些图还示出了第一滑动环11A中的通路窗11W和第二滑动环11B中的通路窗11W。这里，每个轴承垫P是弧形的，而通路窗11W是基本矩形的以便于制造。虽然为了清楚起见，图中仅示出了少量轴承垫，但是应当理解的是，具有数米直径的变桨轴承可以利用许多轴承垫，例如40-60个或更多个。这些轴承垫可以非常靠近地布置在一起，与这里所示的宽间隔不同。

为了图2中的说明的目的，通路窗11W、11W被示出为直径上相对，但是这不是必须的。相反，如果两个通路窗11W定位成同时暴露整个轴承垫P，则是有利的。

图2示出了通路窗开口具有锥形或倾斜的侧面，以及沿着通路窗11W的侧面的相应倾斜边缘，使得通路窗11W不能突出到轴承1的内部。

图3示出了本发明的转子叶片变桨轴承1的另一实施例的平面图，并且图4示出了截面IV-IV。这里，观察者也从转子叶片2内部的有利位置沿毂3的方向观察。在该实施例中，环形垫托架10安装到转子叶片2的根部端20，在该实施例中，滑动部件11A、11B安装到毂3，在它们之间也具有间隔件或定距环11D。在此，内滑动部件11B是盘形的并且封闭毂3。外滑动部件11A是环形的，并且围绕转子叶片2的根部端20延伸。变桨驱动器17安装至内部滑动部件11A，并且在环形垫托架10的内边缘与齿环接合，在这种情况下，同样，轴承垫P的环形布置被设置在垫托架10的任一侧101、102上的凹部或座10S中，并且每个滑动部件11A、11B具有通路窗11W，以暴露整个轴承垫P。

图5-图7示出了示例性维护例程中的阶段。在图5中，变桨系统已经被致动以相对于托架10移动滑动部件11A、11B，以将垫P与通路窗11W对准。在图6中，通路窗11W已经打开，并且垫P从其在托架10中的座10S中移除。在图7中，替换垫P通过通路窗11W插入，并且通路窗可以再次关闭。当然，在关闭通路窗11W之前，变桨系统可以被致动以将下一个垫P与通路窗11W对准，并且可以根据需要经常重复这些步骤以检查和/或替换期望数量的垫P。

尽管已经以优选实施例及其变型的形式公开了本发明，但是应当理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行许多附加的修改和变型。例如，除了上述实施例之外，变桨轴承可以以任何合适的方式实现：垫托架可以安装到转子叶片根部端或毂；夹持组件可以围绕盘形垫托架的外周或围绕环形垫托架的内周延伸；变桨驱动单元可以安装在转子叶片的内部或外部；等等。

为了清楚起见，要理解的是，在本申请中通篇使用的“一”或“一个”不排除多个，并且“包括”不排除其他步骤或元件。