[发明专利]用于风力涡轮动力传动系统的球形轴颈轴承

说明书

一种用于风力涡轮的动力传动系统的流体动力轴颈轴承组件，其包括轴和设在轴的外表面上的半球形凸表面，凸表面围绕轴沿周向延伸并且具有沿着轴的纵向轴线定向的凸截面轮廓。轴承壳体围绕半球形凸表面沿周向布置，轴承壳体在其底部部分中具有用于轴承流体的储存器。轴承壳体中的静态半球形凹轴承表面与轴上的半球形凸表面一起限定轴承界面，其中在轴旋转穿过储存器时，流体的层设在轴承界面中。

技术领域

本公开大体上涉及风力涡轮，并且更具体而言，涉及特别适合于用作风力涡轮动力传动系统中的主轴承的球形轴颈轴承。

背景技术

大体上，风力涡轮包括塔架、安装在塔架上的机舱，以及联接于机舱内的动力传动系统构件的转子。转子大体上包括可旋转毂和多个转子叶片，该多个转子叶片联接于毂并且从该毂向外延伸。每个转子叶片可绕着毂间隔，以便促进使转子旋转，以使得动能能够转换成可用的机械能，该可用的机械能可接着传输至设置在机舱内的发电机，用于电能的产生。典型地，齿轮箱用于响应于转子的旋转来驱动发电机。例如，齿轮箱可构造成将由转子提供的低速、高扭矩输入转换为可驱动发电机的高速、低扭矩输出。

动力传动系统大体上包括多个轴承，该多个轴承与转子轴(本文中还称为低速轴)、销轴和/或发生器的高速轴一起布置。主轴承支承可旋转毂，并且主轴承上的负载为相当大的(部分地由叶片、毂以及主轴的重量确定)，并且可引起主轴中的偏转。在风力涡轮的大小和容量增加时，主轴承上的负载和需求也增加。

滚动元件轴承长期以来用作风力涡轮中的主轴承。特别是随着负载的增加，这些轴承关于制造变得更加复杂且成本高，易于过度磨损，并且需要相对高程度的耗时且昂贵的维护。关于传统滚柱轴承系统的重要问题是，负载由滚柱与滚道之间的线接触支承。将大型风力涡轮负载集中在线接触上引起高接触压力，这导致对轴承构件的磨损和表面损坏。

常规流体动力(“流体”)轴颈轴承为众所周知的，并且具有圆柱形构造，其中歪斜垫(和相关的歪斜机构)围绕轴设置。通过将负载基本上完全支承在轴与垫之间的液体(通常为油)的薄层上，轴承在构思上操作。单独的轴向推力垫还用于补偿放置在轴上的变化的轴向负载。该常规轴颈轴承大体上用于高速/低负载应用中，并且并未大体上用于风力涡轮主轴承的低速/高负载环境。

美国专利公开No.2012/0099993提议将流体轴承用于风力涡轮的主轴承，其中轴承垫布置在外主轴承壳体中，该外主轴承壳体还容纳用于润滑轴承的流体。轴承垫通过枢轴承(诸如球窝布置)连接于轴承壳体，并且该类型的轴承通常被称为“歪斜垫轴颈轴承”。然而，该轴承关于制造和维护为相当复杂且昂贵的。

尽管在美国‘993公开的申请中提出建议，但是申请人不意识到圆柱形歪斜垫轴颈轴承作为现代风力涡轮中的主轴承的成功实施。相信的是，此类轴承的复杂性和成本在商业上为令人不敢问津的。

行业将因此受益于适合于在低速/高负载应用中用作风力涡轮中的主轴承的轴颈轴承的发展，该轴颈轴承在商业上为可行的并且不遭受常规圆柱形歪斜垫轴颈轴承的缺点。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可从描述为明显的，或者可通过本发明的实践学习。

在一个方面中，本公开涉及一种用于风力涡轮的动力传动系统的流体动力轴承组件。轴承组件包括轴和设在轴的外表面上的半球形凸表面。凸表面围绕轴连续地或不连续地延伸，并且具有沿着轴的纵向轴线定向的凸截面轮廓。轴承壳体围绕半球形凸表面沿周向布置，轴承壳体在其底部部分中具有用于轴承流体(诸如油)的储存器。静态半球形凹轴承表面设在轴承壳体中，与轴上的半球形凸表面一起限定轴承界面。在轴旋转穿过储存器时，流体的层设在轴承界面中。

在特定实施例中，设在轴的外表面上的半球形凸表面围绕轴为连续的。例如，表面可提供连续的环形轴颈，其配合到轴的外表面上，半球形表面形成在轴颈上。轴颈可压配合到轴上，以便与轴的外表面形成过盈配合。