本發明涉及風力渦輪機的軸承。尤其，其涉及風力渦輪機的軸承，其中，旋轉滾道被選擇地加強。此外，本發明涉及帶有這樣的軸承的風力渦輪機。

背景技術：

風力渦輪機的轉子通過主軸承與機艙相連接。在直驅風力渦輪機中，轉子通過主軸承與發電機直接連接。在齒輪風力渦輪機中，轉子通過主軸承和齒輪箱與發電機相連接。在任何情況下，相當大的力和載荷施加在主軸承上。這些載荷不僅包括轉矩而且還包括傾斜力。換句話說，能夠達到相當大的大小的徑向力和軸向力作用在主軸承上。因此，對于主軸承通常的挑戰是在暴露于這些載荷的許多年期間仍保持其形狀。實際上，主軸承的變形可能發生。這種變形主要影響主軸承的滾道。

同樣，風力渦輪機的變槳軸承(其將轉子葉片能樞轉地連接到風力渦輪機的轂)暴露于相當大的力和載荷下。這些載荷可能導致變槳軸承的滾道的變形-這是也被稱為變槳軸承的“橢圓化”的現象。

技術實現要素：

因此，本發明的目的是提供一種如何減小或者甚至完全避免風力渦輪機的軸承的這些變形的理念。

該目的通過獨立的權利要求解決。優化的修改和改善在從屬權利要求中描述。

根據本發明，提供一種風力渦輪機的軸承，其中，軸承包括環形固定滾道，該固定滾道被布置并準備以剛性地連接到風力渦輪機的第一部件，以及環形旋轉滾道，該旋轉滾道被布置并準備以剛性地連接到風力渦輪機的第二部件。全部兩個滾道都被布置成使得關于彼此其對稱軸線重合。每個滾道均包括指向風力渦輪機的第一部件的后部表面，和指向風力渦輪機的第二部件的前部表面。此外，旋轉滾道通過加強裝置被選擇地加強，所述加強裝置被附接在旋轉滾道的前部表面上和/或旋轉滾道的后部表面上。

發明者已意識到通常發生的滾道的變形一般不是在所有角位置以相同的程度均勻地發生。存在變形的優選角部分。通過知曉滾道的哪些部分特別易于變形，這些(并且僅僅這些)特別的角部分可被加強。

這具有的優點是，不是整個滾道必須被加強而是滾道的更容易受影響的部位被選擇性地加強。因此，這節省材料和費用并且仍然產生同樣的結果，即提供一種軸承的滾道，其不太可能在風力渦輪機的操作期間變形。

這與從現有技術中所知曉的是相對的。在現有技術中，風力渦輪機的軸承的滾道總是以在周向上且在角度上均勻的方式被設計并構造。換言之，整個滾道被設計為具有結構穩定性，該結構穩定性符合滾道的最容易受影響部分的要求。通過選擇性地加強或者硬化滾道中的某些部分，材料和費用能夠被相當大的減少。

風力渦輪機的任何軸承通常包括內環和外環。這兩個環表示軸承的滾道。因此，可以說軸承包括環形第一滾道和環形第二滾道，二者相對彼此被布置成使得它們能夠相對于彼此旋轉。因此，下面，兩個滾道中的一個被稱為固定滾道并且另一個滾道被稱為旋轉滾道。

本發明的理念能夠最有利地應用到風力渦輪機的主軸承或者變槳軸承。

關于風力渦輪機的主軸承，固定滾道被定義為相對于風力渦輪機的機艙固定的滾道，并且旋轉滾道指的是相對于風力渦輪機的機艙能旋轉的滾道。兩個滾道大致上旋轉對稱。因此，兩個滾道的特征是對稱的旋轉軸線。因為兩個滾道被布置為關于彼此同軸，因此這些對稱軸線重合。額外地，轉子的旋轉軸線以及旋轉滾道的旋轉軸線與這些對稱軸線重合。

此外，每個滾道均包括指向機艙的后部表面。因此，存在固定滾道的后部表面和旋轉滾道的后部表面。同樣，存在固定滾道的前部表面和旋轉滾道的前部表面。

關于變槳軸承的示例，固定滾道被布置并準備以連接至風力渦輪機的轂，同時旋轉滾道被布置并準備以連接至風力渦輪機的轉子葉片，尤其是轉子葉片的根部部分。

本發明的關鍵方面在于旋轉滾道的前部表面或者旋轉滾道的后部表面被選擇性地加強。這意味著滾道不是被整個加強或硬化而是它們被選擇性地加強。這意味著加強的角分布是不均勻的。

這些選擇性加強的軸承的結果在于確保軸承更少的損壞及失效，而同時又使用最少的額外材料。

原則上，固定滾道可被布置成相比于旋轉滾道在徑向上更靠外，或者旋轉滾道可被布置成相比于固定滾道在徑向上更靠外。

在本發明的尤其優選實施例中，旋轉滾道被定位成比固定滾道在徑向上更靠外。這也能夠由下述陳述表達：固定滾道具有比旋轉滾道更小的直徑。

可能是有利的是通過附接裝置(諸如螺栓、螺釘或粘合劑)將加強裝置附接到滾道。在現有軸承被改裝的情況下，這種解決方案是有利的。然而對于新制造的軸承，似乎有利的是將滾道制造為連同選擇性放置的加強裝置的一個單件。這具有提高的穩定性以及抵抗施加在軸承上的載荷的增加的耐久性的優勢。

在本發明的有利實施例中，旋轉滾道在前部表面上的角部分中被加強，在所述角部分處轉子葉片被附接到轂。

旋轉滾道的前部表面還可以被稱為上風側。因此這意味著旋轉滾道在上風側的這些角區域處被加強，轉子葉片存在于這些角區域處。這已被證明是有利的，因為在主軸承的上風側上，滾道上增加的載荷尤其會施加在轉子葉片存在的地方。因此，選擇性地加強這些角區域是有利的。

關于旋轉滾道的后部表面，其也被稱為旋轉滾道的下風側，已被證明尤其在兩個相鄰的轉子葉片之間的角區域由于增加的載荷易于變形。因此，選擇性地加強在滾道的下風側上相鄰的轉子葉片之間的區域是有利的。

另一個參數(其能夠通過選擇滾道的最佳加強被考慮)是其徑向相關性。因此在徑向上改變固定滾道和/或旋轉滾道的加強是尤其有利的。尤其，通過對比最大加強區域與最小加強區域，這種改變等于或大于百分之二十。

因此，滾道的選擇性加強可以通過在徑向上和/或在周向上改變加強來實現。

注意，加強能力的改變可例如通過添加到滾道的平面前部或后部表面的這些額外部分的變化的厚度來實現。替代地，變化的加強也可以通過改變材料選擇和保持添加部分的厚度恒定來實現。

尤其，加強可以隨著與旋轉滾道的旋轉軸線相距的距離的增加而增加。這適用于固定滾道和旋轉滾道二者的加強。

在本發明的另一個有利實施例中，旋轉滾道通過用于阻尼來自轂的載荷的分離件連接至轂，并且所述分離件根據其角位置被不同地加強。

在該實施例中，應理解的是存在于主軸承的旋轉滾道和轂之間的分離件被選擇性地加強。這種加強同樣考慮到分離件在風力渦輪機的典型操作期間暴露于不同載荷。通過選擇性地和刻意地加強分離件的通常最嚴重地受載的這些部分，實現提高主軸承的穩定性以及載荷耐力的有利方式。

最后，本發明還涉及包括這樣的主軸承的風力渦輪機。

附圖說明

本發明的實施例現僅通過示例參照附圖被描述，在附圖中：

圖1示出風力渦輪機；

圖2示出根據現有技術的軸承；

圖3示出本發明的軸承的第一實施例；

圖4示出本發明的軸承的第二實施例；

圖5示出本發明的軸承的第三實施例；以及

圖6示出本發明的軸承的第四實施例。

具體實施方式

在圖1中，示出風力渦輪機10。風力渦輪機10包括機艙12和塔架11。機艙12安裝在塔架11的頂部處。機艙12通過偏航軸承關于塔架11能旋轉地安裝。機艙12關于塔架11的旋轉軸線被稱為偏航軸線。

風力渦輪機10還包括具有三個轉子葉片16(其中兩個轉子葉片16在圖1中描繪)的轂13。轂13通過主軸承30關于機艙12能旋轉地安裝。轂13被安裝成能繞轉子旋轉軸線14旋轉。

風力渦輪機10此外還包括主軸，主軸連接轂13與發電機15的轉子。轂13直接連接至轉子，因此風力渦輪機10被稱為無齒輪直驅風力渦輪機。作為替代，轂13也可以通過齒輪箱連接至轉子。這種類型的風力渦輪機被稱為齒輪風力渦輪機。

發電機15被容納在機艙12內。發電機15包括轉子和定子。發電機15被設置并準備用于將來自轉子的旋轉能量轉化為電能。

此外，圖1示出變槳軸承40，其能樞轉地連接轉子葉片16與轂13。

圖2是根據現有技術的風力渦輪機的軸承20的透視圖。為了簡化且更好的概覽，僅示出兩個滾道，即內部固定滾道21和外部旋轉滾道22。滾道21、22二者均被成形為環形形狀且關于共同的對稱軸線25同軸地布置。在固定滾道21和旋轉滾道22之間的間隙內，可能存在滾動元件，諸如球或柱體(未示出)。

可以看到在圖2中示出的現有技術軸承中，對應地，固定滾道21和旋轉滾道22的前部表面212、222被設計為平面表面。因此，滾道21、22的載荷支撐能力在所有的角位置處均相等。然而，在滾道21、22上所發生和施加的實際載荷就角方面不是均等分布的。因此，如本發明中所提出的選擇性的加強是有利的。

圖3示出可如何在實際中實現該選擇性加強的第一實施例。固定滾道21和旋轉滾道22被示出。在旋轉滾道22處，加強裝置23被施加在旋轉滾道22的前部表面222上。圖3中示出的軸承20針對具有三個轉子葉片的風力渦輪機。因此，圖3中的示例軸承表示風力渦輪機的主軸承。

注意，貫穿本申請，旋轉滾道的加強元件被稱為“加強裝置23”，同時固定滾道的加強元件被稱為“加強裝置24”或者“其他加強裝置24”。

通過在預計安裝轉子葉片的精確地這些角位置處加強旋轉滾道22，有利地承接從主軸承從上風側在存在轉子葉片的部分處施加的增加的載荷。因此，旋轉滾道22的厚度在距離上或者以六十度的間隔改變。這同樣適用于旋轉滾道22的后部表面223。還設有加強裝置23。然而，由于在后部表面處或者在下風側上，增加的載荷通常發生在葉片之間的區域中，所以這些區域被選擇性地加強。

在前部表面和后部表面上在有規律的放置位置處設置加強裝置的相同模式被應用到固定內部滾道21。其他加強裝置34被偏置六十度。

圖4至圖6示出本發明的三個實施例，其中，加強在徑向方面是變化的。內部固定滾道21和外部旋轉滾道22被示出。對應地，滾道21、22二者顯示前部表面212、222。同樣，對應地，滾道21、22二者顯示后部表面213、223。

在圖4的實施例中，固定滾道21的前部表面212通過三角形或者楔形元件(即，加強裝置24)被加強。對于該加強裝置24，厚度隨著到對稱軸線或者旋轉滾道的旋轉軸線(未示出)的距離的減小而減小。對于旋轉滾道22，還未實現在前部表面321和后部表面322處的加強裝置24的徑向變化。

在圖5中，圖示本發明的有利實施例的另一個替代方式。加強旋轉滾道的設計與圖4的實施例類似。然而，附接到固定滾道21的前部表面212的加強裝置24已被設計為階梯狀加強裝置34。類似于圖4的實施例，然而，加強裝置24的厚度對于更加遠離旋轉滾道的旋轉軸線的部分大于更靠近旋轉滾道的旋轉軸線的部分。

最后，圖6示出根據本發明的軸承的又另一個實施例。再次，旋轉滾道22的加強裝置23的徑向分布或變化是恒定的。然而，附接到固定滾道21的前部表面212的加強裝置24在固定滾道21的上部端部(即，在徑向上更靠外的端部)處相對薄，并且對于固定滾道的底部部分(即，在徑向上更靠內的部分)更厚(“L狀”)。因此，如在圖6中所示的設計是如何選擇性地選擇加強裝置的設計以便最佳地承接施加在軸承上的當前載荷分布的其他示例。

附圖中的圖示是示意形式。應注意的是，在不同的圖中，相似或者相同的元件設有相同的附圖標記。

盡管已經參照優選實施例詳細描述了本發明，但應理解的是本發明不限于所公開的示例，并且在不脫離本發明的范圍的情況下可由本領域技術人員對上述公開示例作出許多額外的修改和變型。

應注意的是貫穿本申請“一”或“一個”的使用不排除復數個，并且“包括”不排除其它步驟或者元件。還可組合與不同實施例相關聯所描述的元件。還應注意的是權利要求中的附圖標記不應該被解釋為限制權利要求的范圍。