[发明专利]弹性体摇摆铰链

说明书

相关申请案的参考

本申请要求2011年5月10日申请的美国临时申请案第61/484,343号的优先权，其完整内容以引用的方式并入本文中。

发明领域

本发明大致涉及海上风力涡轮机和相关摇摆铰链。

发明背景

风力发电指的是将风能转化为更有用形式的能量，诸如电。风能是化石燃料的有利替代，因为风能丰富、可再生、广泛分布、清洁且不产生温室气体排放。风能目前大约占全球电力使用的1.5%且全球大约有80个国家将风能发电商业化（World Wind Energy Report2008:Report,World Wind Energy Association,2009年2月；和Worldwatch Institute:Wind Power Increase in 2008 Exceeds 10-year Average Growth Rate，2009年5月）。此外，全球风力发电容量在2000年至2006年间增加超过四倍，大致每三年翻一番。

海上风力涡轮机利用远洋水域特有的强劲风能来提供电力。虽然是能量生产所必要的，但是这些相同强劲的风导致不对称负载，其作用在涡轮机的转子叶片上，即所谓的弯矩。这些高负载随后被转移至涡轮机轴且最终被转移至涡轮机的齿轮箱，其导致齿轮箱破裂和涡轮机的不可用。减轻与弯矩相关的高结构负载的努力包括以有限枢转能力（所谓的摇摆铰链）将转子叶片附接至挠性结构。

常规摇摆铰链基于使用衬套或滚珠轴承的机械装置。由于这些装置的刚性性质，常规摇摆铰链缺乏足够能力以吸收强烈的动态负载。此外，持续暴露于高负载，加上铰链有限的角度调整能力导致金属轴承因凹陷而劣化。此外，将转动叶片轴复原回到垂直于轴线的点的需要要求基于轴承本身外的金属或弹性体弹簧的复杂复原装置。

其它常规摇摆铰链基于单个金属弹性体轴承。在这些装置中，无法控制或调整预负载。而是，通过将负载永久地转移至轮毂和轴而获得预负载，其在系统寿命内导致不必要且可能危险的应力。与基于机械装置的常规摇摆铰链相同，这些铰链还提供次优的可靠性。

因此，需要适用于双叶片风力涡轮机的摇摆铰链，其具有改进的可靠性、更好的耐用性和提高的应对高结构负载的能力。

发明概要

本发明大致涉及涵盖两个双弹性体摇摆轴承的摇摆铰链总成。已发现涵盖两个双弹性体摇摆轴承的摇摆铰链总成与基于衬套或滚珠轴承的现有摇摆铰链相比，提供改进的可靠性和提高的应对负载峰值的能力。与基于金属轴承的现有摇摆铰链不同，在所涵盖的摇摆铰链中使用弹性体元件赋予吸收由强风产生的强烈动态负载及应对将导致典型铰链总成劣化的小摇摆角度的能力。

本发明涵盖采用双弹性体摇摆轴承，其包括由金属垫片分隔的可预负载弹性体元件，其提供优于常规总成的特定好处。弹性体层不承受与常规机械铰链相关的相同类型的磨损且此外提供提高的负载峰值的阻尼，其减小置于转子和轴上的应力。在本发明的特定方面中，包括安全元件（诸如径向滑动轴承）限制转移至弹性体层的应力且在弹性体层破裂的情况下充当备用措施。

本发明所涵盖的双摇摆轴承被设计来在其并入轮毂前透过预负载预受应力，且进一步被设计使得预负载可在总成的寿命内调整。此外，设想的摇摆轴承由多个金属弹性体元件组成。每个金属弹性体元件可个别地预负载且此外可个别地从轴承上移除而不影响其它元件。除弹性体元件外，设想的总成的许多其它组件可个别地移除而不影响其它组件。本发明所涵盖的这些可个别移除组件便于摇摆轴承的维护和修理。本发明还涵盖甚至在并入涡轮机轮毂时，仍作为独立单元的摇摆轴承。由于本发明所涵盖的摇摆轴承可充当独立单元，所以弹性体元件的预负载被限制至摇摆系统并且不转移至任意相关轮毂中。