[发明专利]液压预应力弹性体弹簧元件及其在风涡轮机轴承中的使用

说明书

技术领域

本发明涉及弹簧元件以及包含这些弹簧元件的轴承，轴承和 弹簧元件的弹簧刚度可被可变形弹性体主体或弹性体层通过预加应力 单独调节。弹性体层的变形以及由此产生的弹簧元件变形是通过适当设 计的液压装置来实现的。通过特定的液压预应力密封元件，使用弹性体 元件的特定结构特征和压力膜，实现了根据本发明的弹簧元件和轴承元 件的密封性。根据本发明的弹性体轴承配置(包括它们的弹簧元件)尤 其适用于大型风涡轮机的转子结构和齿轮箱结构中的两点或多点轴承 配置，其中弹性体轴承配置用于吸收和衰减传动链的振动，特别地，这 种振动会导致位移力、弯曲力和变形力，尤其是发生在涡轮机的极端加 载情况下。

背景技术

弹性弹簧元件为公知的，并用于许多工程领域，主要是用于 衰减振动和力。在此，弹簧元件具有确定的刚度，该刚度由存在的弹性 体层的类型、尺寸和数量预先确定，并且在合适的情况下可被设计成在 安装弹簧元件之后是在一定限制内可变的。

在大型风涡轮机输出超过两兆瓦的情况下，强劲的力相当频 繁地作用于特别是转子叶片、转子轴和传动链轴承配置上，而也作用于 舱体本身上，并且这些力使常用于齿轮箱和发生器的两点、三点或四点 轴承承受巨大负载，这就意味着，能够导致涡轮机对应的，特别也为竖 直的位移、变形、扭曲和倾斜运动，这可能使材料或独立的构件受损。

风涡轮机的传动链通常被弹性地紧固到机器载体。进行这种 紧固时要考虑承载结构噪音隔离，并且还要使系统能够移位。公知的轴 承通常装配有被动式弹性元件，这些被动式弹性元件由于它们的布置形 式以及不同的预设刚度，因而能够吸收这类约束力和所产生的振动中的 至少一些。

在非常高的、尤其是沿竖直方向(该竖直方向正交于带通常 配置的弹性体弹簧元件具有高弹簧刚度的方向)特别突然且快速地产生 的负载的情况下，这些元件的弹性或刚度不足，从而使上述发生于涡轮 机中的变形、位移和扭曲导致涡轮机、特别是齿轮箱受损(这将在下文 中更详细地描述)，其中，这些元件在它们的可调节刚度方面通常针对 平均负载和通常所施加的力进行设计。

在现有技术中，各种不同系统被应用于支撑风涡轮机的传动 链。其中一个系统为带有刚性转子轴的力矩轴承配置(图1和2)。在该 系统中，转子轴以万向刚性方式连接到机器载体，即，传递所有横摆力 矩和俯仰力矩的两个滚子轴承02(活动轴承和固定轴承)被安置于转子 轴上。这一系统的优点在于，在转子01处出现的所有负载在短路径上 直接传送到塔。进一步的优点在于，一旦卸下所述转子，转子轴03和 齿轮箱04仍能保持在涡轮机中。同时，齿轮箱也可以在不拆卸转子轴 的情况下被拆卸。如文中所述，通过两个滚子轴承或通过执行相同机械 功能的一个大型力矩轴承，就能够提供所述支撑。根据现有技术，力矩 被支撑于齿轮箱的两侧上。这种系统的缺点在于四个轴承点造成了不确 定的支撑。这种不确定的支撑会引起约束力，这种情况可能由以下原因 造成：制造和组装公差、未对准、在转子轴处和齿轮箱法兰处的倾斜、 在由转子进行不对称作用力传递的情况下所有承载元件相对于彼此存 在非最少的弯曲。除了驱动扭矩外，其他力矩也会产生于转子处。这些 力矩的起因例如有：不均匀的风扰抑制，或者转子叶片运动经过塔。根 据现有技术，尽可能软的弹性体构件用于齿轮箱力矩支撑，从而使位移 力尽可能小。然而，这也导致在负载传递时齿轮箱的大的旋转运动，从 而导致齿轮箱输出轴相对于发电机轴移位(这是不利的)，因此，弹性 体构件的这种柔性仅在很有限的程度上可用，或者因此需要在齿轮箱和 发生器之间进行复杂的连接。

EP 1 566 543 A1所述的系统使得能够从涡轮机的四点轴承配 置上去除上文阐释的约束力。这种应用描述了刚度可调节的用于风涡轮 机的弹性体轴承配置，其中，弹性体元件沿所述竖直方向的刚度可通过 液压或机械装置改变。这些弹簧元件主要由连接板和端板构成，在连接 板和端板之间设置有至少一个弹性体层，连接板具有带连接部分的开 口，通过该开口，开放压可通过液压流体或活动活塞元件形式的位移元 件施加在弹性体层上，结果就实现了弹簧元件的预应力的增大，并因此 实现了竖直方向上刚度的增大。