[发明专利]带有具有非均一刚度的支撑结构的叶片轴承及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于风轮机的叶片轴承以及制造这种轴承的方法。

背景技术

风轮机通常包括具有由风驱动的大叶片的转子。叶片将风的动能转换成旋转机械能。通常经传动系统将机械能传递至发电机，而后该发电机将此能量转换成电能。

大部分现代风轮机通过使叶片相对于风变桨而控制功率输出。因此，每个叶片借助允许叶片与轮毂之间的相对运动的叶片轴承安装至轮毂。叶片借助变桨系统关于其纵轴线旋转，该变桨系统包括一个或多个电动驱动器(例如电动马达)或液压驱动器(例如液压致动器)。

桨距控制为叶片轴承增加了诸多要求，因为叶片轴承要经受高水平活动。作为桨距控制代表的小周期运动会降低疲劳寿命。因此，已采取了多种方法增大叶片轴承的载荷能力。

最常规的方法之一是包括两列或更多列滚动元件(例如滚珠或辊子)。常使用双列滚珠轴承作为叶片轴承，近年来，随着风轮机的尺寸(及载荷)逐渐变大，三列滚珠轴承与三列辊子轴承日益受到关注。

然而，附加列滚动元件仍不能满足设计载荷的需求。叶片轴承仍会遭受影响其性能的变形。而且，附加的列会导致载荷分布的问题。处理这些挑战的一种选择是增大叶片轴承的尺寸及重量，但是这会导致成本显著增加。不仅叶片轴承本身会导致成本增加，而且对于必须增大尺寸以适应叶片轴承的叶片与轮毂来说也会导致成本增加。

另一种选择是借助附加的诸如板之类的支撑结构强化叶片轴承的轴承圈。这种板被安装在轴承圈(尤其是内圈)的一侧或两侧上。尽管在两侧上强化内圈可使径向变形量较小，但是也会限制沿轴向方向的挠曲。这会导致当外圈在轴向方向上挠曲(相对于轴承内圈有效倾侧)时滚动元件的大接触角及不良载荷分布。

发明内容

以下描述一种用于将风轮机的叶片安装至风轮机的轮毂的叶片轴承。该叶片轴承包括：彼此相邻地布置的内圈与外圈，内圈与外圈中的一者被构造成安装至叶片，另一者被构造成安装至轮毂。至少两列滚动元件定位在内圈与外圈之间。上列滚动元件与下列滚动元件位于相应的上平面与下平面中。叶片轴承还包括支撑结构，该支撑结构固定至内圈并在上平面与下平面之间沿大致径向方向延伸。至少在支撑结构与内圈交界的区域中存在下面描述的与这种布置有关的具体优势。然而，不需要将整个支撑结构都被限定在上列滚动元件与下列滚动元件之间来提供这种优势。

作为另一特征：支撑结构在圆周方向上具有非均一刚度特征(支撑结构在距其中心相同的径向距离处的不同部分具有不同刚度)。例如可借助一个或多个增厚部分提供非均一刚度。在这些部分对应叶片沉重负载的角区段时获得具体优势。

还提供了一种制造用于风轮机的叶片轴承的相应方法。该方法包括：形成内圈与外圈，在将内圈与外圈组装在一起之前将支撑结构固定至内圈，并且在固定支撑结构的步骤之后在内圈上机加工滚道面。滚道面被构造成支撑多列滚动元件。因此，在固定支撑结构并且机加工内圈之后的某一时刻，将这些列滚动元件布置在滚道面上。然后将内圈与外圈布置成彼此相邻，使得这些列滚动元件被保持在内圈与外圈之间。

作为本发明的另一方面，支撑结构由第一材料浇铸而成，内圈和外圈由第二材料形成。基于下面的描述会总体上更清楚与这一点及叶片轴承有关的优势。

附图说明

图1是风轮机的实施例的立体图。

图2是用于风轮机的叶片轴承的分解立体图。

图3是图2中所示的叶片轴承的立体图。

图3A是叶片轴承关于风轮机的其它部件的示意图。

图4是沿图3中的线4-4剖切的剖面图。

图5是沿图3中的线5-5剖切的剖面图。

图6是叶片轴承的另选实施方式的剖面图。

图7是叶片轴承的再一实施方式的剖面图。

具体实施方式

图1示出了风轮机2的一个实施例。风轮机2包括具有安装至轮毂6的叶片4的转子，该轮毂由塔架12上的机舱8支撑。尽管示出了离岸风轮机，但是应注意：以下描述可适用于风轮机的其它类型。事实上，以下描述着重于大部分风轮机普遍特有的部件，即用于使叶片4安装至轮毂6的叶片轴承。

图2与图3示出了根据本发明的叶片轴承20的一个实施例。叶片轴承包括彼此相邻布置的内圈22与外圈24。内圈22构造成经贯穿螺栓孔26的螺栓(未示出)安装至叶片。外圈24构造成经贯穿螺栓孔28的螺栓(未示出)安装至轮毂。在内圈22与外圈24之间安置至少两列滚动元件(例如滚珠或辊子；未示出)。