[发明专利]直接驱动式风力涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及直接驱动式风力涡轮机，以及在这种风力涡轮机中使用的主轴承。

背景技术

风力涡轮机将运动空气的能量转化成电能。运动空气加速风力涡轮机的转子。转子的旋转传递到发电机。发电机将旋转能量转换成电能。

在最近的几年，创立了直接驱动式风力涡轮机的概念。在直接驱动式风力涡轮机中，转子的旋转能量直接传递到发电机，而不使用齿轮箱。

在直接驱动式风力涡轮机中，风力涡轮机的转子直接连接到发电机的转子。从风力涡轮机的转子引导到发电机转子的机械连接部分的链称为风力涡轮机的驱动系。

为允许旋转运动并且提供旋转部分的所需稳定性，驱动系安装有至少一个轴承。该轴承允许驱动系旋转。同时其通过支持在驱动系中存在的径向和轴向的载荷以及弯曲力矩，而提供所需的稳定性。

WO 2011/003482 A2描述了实现成承载风力涡轮机的轴的风力涡轮机主轴承。该轴承包括具有多个承载垫的流体轴承。

该文件描述了具有圆柱形承载表面和一系列止推垫的轴承。

该滑动轴承必须提供大的表面以承受在驱动系中存在的力。结果，用于圆柱形承载表面的垫非常大、沉重并且难以调换。

发明内容

本发明的目的是提供具有改进的滑动轴承的风力涡轮机。

该目的由独立权利要求的特征达到。本发明的优选实施例在从属权利要求中描述。

风力涡轮机的转子与所述风力涡轮机的旋转驱动系直接连接；旋转驱动系与所述风力涡轮机的发电机的转子直接连接。

旋转驱动系经由至少一个轴承与所述风力涡轮机的固定部分连接，这允许所述驱动系相对于所述固定部分旋转。所述至少一个轴承是滑动轴承；所述轴承包括至少一个圆柱形滑动表面，所述至少一个圆柱形滑动表面构造为支持在所述驱动系中存在的径向载荷。

所述轴承包括至少两个径向承载表面，其构造为支持在所述驱动系中存在的轴向载荷和弯曲力矩。所述径向承载表面的表面面积定尺寸成与在所述驱动系中预期的弯曲力矩的预定最大总载荷成比例。

风力涡轮机的驱动系包括将能量从源传递到发电机的那些部分。这包括具有至少一个转子叶片的轮毂，以及发电机的转子。在风力涡轮机的一些建设性解决方案中，驱动系另外包括轴。

风力涡轮机的固定部分包括：发电机的定子；在发电机和支持结构之间的连接，所述支持结构配备用以支撑风力涡轮机机舱的集合体；以及到风力涡轮机下部的连接。

滑动轴承是不具有滚动元件（如球或滚筒）的轴承。滑动轴承也称为滑行（sliding）轴承、摩擦轴承或浮动轴承。

在轮毂处转子叶片上作用的风力和在发电机中的磁力引入在风力涡轮机驱动系中的载荷。

在风力涡轮机驱动系中存在的载荷包括径向载荷、轴向载荷以及弯曲力矩。最大总径向和轴向载荷以及最大总弯曲力矩对于风力涡轮机的某些构造是预定的。这些最大总载荷必须由这样的轴承支持，所述轴承将驱动系连接到风力涡轮机的固定部分。

圆柱形滑动表面支持在驱动系中存在的径向载荷。因此圆柱形滑动表面支持在系统中存在的径向载荷。因此圆柱形滑动表面可计算并且构造成支持在驱动系中存在的最大总径向载荷。

径向滑动表面支持在驱动系中存在的轴向载荷。在第一方向上作用的驱动系中存在的轴向载荷可由第一径向滑动表面支持。与第一方向相对，在第二方向上作用的驱动系中存在的轴向载荷可由第二径向滑动表面支持。

因此设置成支持直径轴向载荷的两个径向滑动表面可支持在驱动系中存在的最大总轴向载荷。

设置成支持直径轴向载荷的两个径向滑动表面还支持在驱动系中存在的弯曲力矩。为支持在风力涡轮机驱动系中预期的最大总弯曲力矩，径向滑动表面的表面根据预期的最大总弯曲力矩而计算。

滑动表面支持某载荷的能力是滑动表面的表面面积的函数。当更大的载荷应该被支持时，滑动表面的表面面积必须被定尺寸成更大。表面面积的大小与必须被支持的载荷成正（direct）比例。

因此，径向承载表面的表面面积可根据预期在系统中存在的最大总弯曲力矩而计算。

因此，仅一个轴承需要支持在风力涡轮机驱动系中存在的载荷。

因此，可优化轴承的轴向和径向滑动表面的表面面积。因此，滑动表面和使用的材料量被最小化。因此，轴承制造更便宜并且不太重。

在优选配置中，径向承载表面的表面面积与径向承载表面的内半径成间接（indirect）比例。

轴承的直径越大，则必须支持的弯曲力矩的载荷越小。必须被支持的载荷越小，则需要支持载荷的滑动表面的表面面积越小。