軸受封止部を備えた風力タービン

专利摘要:
オイル封止部の取替えのために風力タービンを解体する必要を回避することを目的とする。回転翼を持つハブを支持する軸受を備えた風力タービンであって、該軸受は該ハブに結合された回転軸受輪および静止軸受輪、該軸受輪の間の潤滑領域を備え、この潤滑領域は回転軸受輪と静止軸受輪の間の間隙を封止する第１封止リングによって両端で制限されて潤滑バリヤを形成する。この潤滑領域の一端または両端において、追加の封止リングが、封止されるべき間隙内に若しくは近傍において第１封止リングから離れて配置される。
公开号:JP2011514473A
申请号:JP2010548120
申请日:2009-02-27
公开日:2011-05-06
发明作者:ヨハネス；アントニウス ヴェルステッヒ，コーネリス；パウル コーテン，ガスタヴェ；ルイメス，ヘルマン
申请人:エクスイーエムシー ダーウィンド ビーブイ；
IPC主号:F03D11-00

专利说明:

[0001] 本発明は、軸受封止部（軸受シール）を備えた風力タービンに関し、特に、直接駆動型発電機を有する風力タービン、例えば１ＭＷ以上の直接駆動型風力タービンに関する。]
背景技術

[0002] 直接駆動型発電機を備える風力タービンにおいては、発電機の回転子はローター(回転翼)によって直接に駆動される。メイン軸受は、ハウジングリングとローターとの間に配置され、ローターにかかる重力的および空力的負荷を吸収するように設計されている。特に、伝達機構のない直接駆動型システムにおいては、直径は大きくかつ円周速度は速い。メイン軸受の取替えが高コストになる場合には、メイン軸受のサービス寿命が風力タービンのサービス寿命をかなり決める。風力タービンが、近付き難い位置に、例えば海上に据え付けられているという環境では、サービス寿命期間中のメイン軸受の取替えは避けねばならない。メイン軸受のサービス寿命は、メイン軸受の回転部分と静止部分との間のオイル封止部のサービス寿命に大きく依存する。これらのオイル封止部は、オイルがメイン軸受内に留まるような十分な潤滑手段を保障することが要求される。オイル封止部の組立および分解は装置の解体を必要とする。]
[0003] 軸受封止部を有する風力タービンは、例えば国際公開第ＷＯ２００４／０１５２８８号に開示されている。この軸受封止部は、軸受内輪と軸受外輪との間の間隙のどちらの側にも存在する単一の２要素封止部を備える。この封止部品の複雑な迷宮構造は、封止部の寿命時間を大幅に減少させうる。]
発明が解決しようとする課題

[0004] 本発明は、オイル封止部を取替えるために風力タービンを解体する必要があるのを避けることを目的とする。]
課題を解決するための手段

[0005] 本発明の目的は、回転翼（ローターブレード）を持つハブを支持する軸受を備えた風力タービンであって、該軸受は該ハブに結合された回転軸受輪および静止軸受輪、該軸受輪の間の潤滑領域を備え、該潤滑領域は該回転軸受輪と静止部分との間の間隙を封止する第１封止リングによって両端で制限されて潤滑バリヤを形成する風力タービンにおいて、該潤滑領域の１端または両端において、追加の封止リングが、封止されるべき該間隙内若しくは近傍において該第１封止リングから離れて配置されていることを特徴とする、上記風力タービンによって達せられる。]
[0006] この追加の封止リングは、風力タービンの回転軸の周りにおよびローターブレードとハウジングとの間の部品の周りに予め存在するので、第１封止リングが追加の封止リングで取替えられる必要がある場合に、ローターは解体される必要がない。]
[0007] 追加の封止リングは、第１封止リングと取替えるために使用されうる。代替的に、追加の封止リングは第１封止リングを支援するために使用されうる。この目的のために、第１封止リングと追加の封止リングとは最初から組合せて使用されうる。]
[0008] 好ましくは、回転軸受輪と静止部分との間の間隙の両端は、第１封止リングおよび追加の封止リングを備える。]
[0009] 使用中は、潤滑媒体、例えば潤滑オイルの薄い膜が、作動中の封止リングをこの封止リングによって係合せられた封止面から分離する。]
[0010] 任意的に、第３の封止リングまたはそれ以上の封止リングが、支援封止部として及び／又は置換え封止部として使用されうる。]
[0011] 別の実施態様においては、静止軸受輪は非係合区間を備えない。これは、もし追加の封止リングが両軸受輪の間隔を空ける支持輪に搭載される場合、軸受内輪は、縮小された（または拡大された）直径を有する溝（または部分）を備えておらず、追加の封止リングと係合しないことを意味する。言い換えると、軸受内輪は、支持輪を第２の封止位置へ移動させた後に追加の封止リングと協働するだけの第２の封止領域を備えていない。]
[0012] 潤滑領域は、軸受内輪および外輪の間隔を空ける軸受玉を含みうる。]
[0013] 典型的には軸受内輪は静止しており、一方軸受外輪は、歯車装置のないローターによって直接駆動されて回転する。]
[0014] オイル封止部のサービス寿命を可能な限り延ばすために、封止面は鍛鋼で作られ、研磨された表面を持っていることが好ましい。これにより封止リングの磨耗は実質的に減少させられうる。]
[0015] 封止部および外側封止部は、延長されたサービス寿命を得るために、例えば可撓性材料、例えばゴムから作られ、または好ましくはテフロン(登録商標)若しくは同様の材料を含有する。]
[0016] 特別な実施態様においては、軸受内輪および外輪のそれぞれの側面部分と封止的に係合する２つの封止リングを保持するための２つの同心溝を備える支持部材が使用される。このようにして、支持部材のみが封止リングの一つを取り替えるために外される必要がある。]
[0017] 別の可能な実施態様においては、第１封止リングおよび追加の封止リングは、同心凹部を備えた支持部材に向き合う静止バリヤ輪内に搭載され、該支持部材は、第１の封止位置（ここでは追加の封止リングは該凹部に向き合い、一方、第１封止リングは支持輪と封止的に係合する）から、第２の位置（ここでは置換リングが支持輪と封止的に係合する）へ移動させられうる。このようにして、第１封止リングは、支持部材をその第２位置へ単に動かすことにより簡単で費用効果の高いやり方で、追加の封止リングによって置き換えられうる。]
[0018] 別の代替的な実施態様においては、輪部材は該２つの軸受輪の間隔を空けるのに使用されることができ、各軸受輪について封止リングは該輪部材で間隙を封止し、該輪部材は、該輪部材を静止軸受輪へ係止するのに適した第１固定手段および輪部材を回転軸受輪へ係止するのに適した第２固定手段を備えている。第１固定手段が輪部材を静止部材輪へ係止するとき、輪部材と回転軸受輪とを橋渡しする封止リングは動的な封止を形成する。磨耗による故障の後、第１固定手段は不活動にされ、第２固定手段は輪部材を回転軸受輪へ係止するのに使われうる。この状況において、輪部材は回転軸受輪と一緒に回転させられ、輪部材と静止軸受輪との間の封止は動的な封止になる。]
図面の簡単な説明

[0019] 風力タービンの側面図を示す。
図１の風力タービンの軸受の詳細な断面図を示す。
本発明に係る第２の実施態様の詳細図である。
第３の実施態様の詳細図である。
第４の実施態様の詳細図である。
第５の実施態様の詳細図である。
第６の実施態様の詳細図である。
第７の実施態様の詳細図である。] 図１
実施例

[0020] 以下、本発明は、図面を参照しつつ本発明の様々な実施態様を記載することによって説明される。]
[0021] 図１は、タワー（１）上に設置されかつハウジング（２）を有する風力タービンを示す。このハウジング（２）は垂直軸の周りを回転しうる。ハウジングリング（４）は、一方の側でハウジング（２）に、そして他方の側でメイン軸受（９）に取り付けられている。ローター（Ｒ）は、ブレード（１０）を持つハブ（１１）を備え、メイン軸受（９）に取り付けられており、中心線（３）の周りを回転しうる。ハブ（１１）は、前側をキャップ（１２）で覆われている。永久磁石（５）を備える発電機ローター（６）は、発電機フランジ（８）を介してメイン軸受（９）に取り付けられ、ローター（Ｒ）と共に回転する。発電機ステーター（７）は、ハウジングリング（４）上に搭載される。永久磁石（５）は、発電機ステーター（７）の巻線に沿って動き、電力を発生する。ハウジング（２）は、ローター（Ｒ）が風の方向に向きうるように垂直軸の周りを回転できる。] 図１
[0022] 風力タービンは直接駆動型発電機を備える設計がなされ、上記発電機ローター（６）はローター（Ｒ）によって直接に駆動される。メイン軸受は、ハウジングリング（４）とローター（Ｒ）との間に置かれ、ローター（Ｒ）にかかる重力的および空力的負荷に耐えうるように設計される。]
[0023] 図２はメイン軸受（９）を示し、該メイン軸受（９）は玉（１８）を具備する玉（１０）軸受であり、オイル封止装置は玉（１８）の両側で静止軸受内輪（１７）と回転軸受外輪（１６）との間に搭載される。軸受内輪（１７）はハウジングリング（４）のフランジ（２６）に搭載される。発電機フランジ（８）およびハブ（１１）は軸受外輪（１６）に搭載される。支持輪（１４）はボルト（１３）によって軸受外輪（１６）に結合される。支持輪（１４）の円筒形部分（２７）は、軸受内輪（１７）と軸受外輪（１６）との間に位置される。静的封止部（１９）は、円筒形部分（２７）の外周に搭載され、軸受外輪（１６）と支持輪（１４）との間の開口部を封止する。支持輪（１４）の内周上には内側封止部（２０）および外側封止部（２１）が搭載され、内側封止部（２０）は玉（１８）のような潤滑されるべき部分に最も近く、外側封止部（２１）は周辺環境に最も近い。支持輪（１４）の近くの軸受内輪（１７）の外周は、外側封止面（２８）および潤滑されるべき部分に最も近い内側封止面（２９）を有している。] 図２
[0024] 図２の実施態様においては、封止リングは支持輪（１４）に搭載される。代替的に、封止リング（２０、２１）の１つまたは両方が、支持輪（１４）の表面と封止的に係合するように静止軸受輪内に搭載されうる。] 図２
[0025] 図３は本発明に係る風力タービンの別の実施態様を示し、該実施態様は図２の実施態様に大部分で類似している（同一部分には同一の符号が与えられる）。図３において、内側封止部（２０Ａ）は、封止リング（２０Ａ）を格納する深い凹部内で、磨耗を防ぐために軸受内輪（１７）の向かい合う面から離れて、配置される。外側封止リング（２１Ａ）の故障後にのみ、追加の外側封止リング（２０Ａ）がその凹部から移動させられ、内側封止リング（２０Ａ）を置き換えるために使われる。別の代替的実施態様においては、追加の外側封止部（２０Ａ）を格納しておく凹部は、どこか他に、例えば軸受内輪（１７）に面していない表面に配置されうる。代替的には、内側封止リング（２１Ａ）が、外側封止リング（２０Ａ）の故障後に使われるべき置換リングとして、深い凹部に格納されうる。] 図２ 図３
[0026] 図４は１つの実施態様を示し、この実施態様は、図２の実施態様のように、同時に活動的な２つの封止リング（２０、２１）と、軸受内輪（１７）から離れた凹部に格納された予備で追加の２つの封止リング（２０Ｂ、２１Ｂ）とを有する。代替的な実施態様においては、１つ又は複数の追加の封止リングが、潤滑媒体と接触する潤滑領域内の凹部に格納されうる。] 図２ 図４
[0027] 図５はある実施態様を概略的に示し、そこでは封止リング（２０Ｃ）は、軸受内輪（１７Ｃ）と軸受外輪（１６Ｃ）との間の間隙を直接封止する。追加の置換用封止部（２１Ｃ）は、軸受内輪（１７Ｃ）の側面上の凹部に格納される。] 図５
[0028] 図６は、支持部材（１４Ｄ）を有する1つの実施態様を示し、該支持部材（１４Ｄ）は、軸受内輪および外輪（１７Ｄ、１６Ｄ）のそれぞれの側面部分と封止的に係合する２つの封止リング（１９Ｄ、２１Ｄ）を保持するための２つの同心溝を備えている。追加の封止リング（２０Ｄ）は支持部材（１４Ｄ）の別の凹部に格納される。代替的な実施態様においては、余分の一つまたは複数の封止リングが、潤滑媒体と接触する封止リング（１９Ｄ、２０Ｄ）間の潤滑領域内の１つの凹部に格納されうる。] 図６
[0029] 図７においては、（発電機フランジ（８）とハブ（１１）との間に）支持輪（１４Ｅ）と軸受外輪（１６）との間にスペーサ（１５）がある。支持輪（１４Ｅ）は、封止リング（２１Ｅ）が支持部材（１４Ｅ）に対して封止するところの第１の位置にある。追加の封止リング（２０Ｅ）は、支持輪（１４Ｅ）と追加の封止リング（２０Ｅ）との間で接触がないよう、支持輪（１４Ｅ）の向かい合う面内の溝（２２）に向く。追加の封止リング（２０Ｅ）は、現在作動中の封止部（２１Ｅ）の背後にあるので、汚染または光から影響を受けず、かつ追加の封止リング（２０Ｅ）に対する摩耗がない。このようにして、追加の封止部（２０Ｅ）は使用の準備の状態にあり、そして第１の位置にある限り、環境の影響から保護される。ある期間の後、封止リング（２１Ｅ）のサービス寿命の終りが、封止リング（２１Ｅ）と封止面（２８）との間からのオイル漏れの観測によって検出される。封止リング（２１Ｅ）がサービス寿命の終りにあることを決定した後、スペーサー（１５）が移動され、支持輪（１４Ｅ）が内側に押され、軸受外輪（１６）にボルト（１３）によって固定される（発電機フランジ（８）またはハブ（１１）を介して）。支持輪（１４Ｅ）は、今やその第２の位置にある。この第２の位置において、封止リング（２０Ｅ）は支持輪（１４Ｅ）の内側面を封止する。] 図７
[0030] 図８において、輪部材（１４Ｆ）は該２つの軸受輪（１６Ｆ、１７Ｆ）を分離する。各軸受輪について、封止リング（２０Ｆ、２１Ｆ）は、輪部材（１４Ｆ）との間隙を封止する。輪部材は、輪部材（１４Ｆ）を静止軸受輪（１７Ｆ）に対して固定する第1の固定部材（１３Ｆ）および輪部材（１４Ｆ）を回転軸受輪（１６Ｆ）に対して固定する第２の固定部材（１３Ｇ）備える。第1の固定部材（１３Ｆ）が、輪部材（１４Ｆ）を静止軸受輪（１７Ｆ）に対して固定するとき、輪部材（１４Ｆ）と回転軸受輪（１６Ｆ）とをブリッジする封止リング（２０Ｆ）が、動的な封止を形成する。摩耗に起因する故障の後、第1の固定手段（１３Ｆ）は不活動的にされえ、第２の固定手段（１３Ｇ）が輪部材を回転軸受輪（１６Ｆ）へ固定するために使用されうる。この状況では、輪部材（１４Ｆ）は回転軸受輪（１６Ｆ）と一緒に回転せられ、輪部材（１４Ｆ）と静止軸受輪（１７Ｆ）との間の封止が動的な封止になる。] 図８
[0031] 図面に示した実施態様において、メイン軸受は２列玉軸受として示されている。本発明が、他の型の玉軸受およびローラー軸受またはそれ以外の任意の軸受に対して適用可能であることは、当業者にとって明らかである。]

权利要求:

請求項1
回転翼を持つハブを支持する軸受を備える風力タービンであって、該軸受は該ハブに結合された回転軸受輪および静止軸受輪、該軸受輪の間の潤滑領域を備え、該潤滑領域は該回転軸受輪と静止部分との間の間隙を封止する第１封止リングによって両端で制限されて潤滑バリヤを形成する風力タービンにおいて、該潤滑領域の１端または両端において、追加の封止リングが、封止されるべき該間隙内若しくは近傍において該第１封止リングから離れて配置されていることを特徴とする、上記風力タービン。
請求項2
該追加の封止リングは封止面と封止的に係合することを特徴とする、請求項１に記載の風力タービン。
請求項3
該追加の封止リングは、該第１封止リングの故障後に使用可能な封止面と係合することなく格納されていることを特徴とする、請求項１に記載の風力タービン。
請求項4
該軸受内輪および外輪のそれぞれの側面部分（１９Ｄ、２０Ｄ）と封止的に係合する２つの封止リングを保持するために、２つの同心溝を備える支持部材が使用されることを特徴とする、請求項１に記載の風力タービン。
請求項5
該第１封止リングおよび該追加の封止リングは、同心凹部を備えた支持部材に向き合う該バリヤ輪の１つに搭載され、該支持部材は、該追加の封止リングが該凹部に向き合う一方該第１封止リングが該支持輪と封止的に係合するところの第１の封止位置から、該置換リングが該支持輪と封止的に係合する第２の位置へと移動させられうることを特徴とする、請求項１に記載の風力タービン。
請求項6
輪部材は該２つの軸受輪を分離すること、および各軸受輪について、封止リングは該輪部材との該間隙を封止すること、かつ該輪部材は、静止軸受輪および回転軸受輪のそれぞれと交互に接続可能であることを特徴とする、請求項１に記載の風力タービン。
請求項7
該静止軸受輪は非係合区間を具備しないことを特徴とする、請求項１に記載の風力タービン。
請求項8
該風力タービンは直接駆動型であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の風力タービン。