專利名稱：風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸油膜軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)，特別涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸軸承。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電作為一種清潔的可再生能源，日益受到世界各國的重視。當(dāng)前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)都采用變速恒頻和變槳距技術(shù)，主要有3種雙饋式，直驅(qū)式及混合式。直至今天，所有風(fēng)電機(jī)組的軸承都是滾動軸承。風(fēng)電機(jī)組的軸承，特別是主軸主軸承，受力復(fù)雜、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，要求長壽命(使用壽命20年)、高可靠性(無故障運(yùn)行13萬小時以上，可靠度95 %以上)，且不許拆裝，工況非?？量?；20年的預(yù)期壽命，可望而不可及；已經(jīng)成為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的瓶頸，決定了整機(jī)的能力。因而，提高當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電機(jī)的滾動軸承性能，以至研發(fā)新原理、新結(jié)構(gòu)的主軸主軸承，勢在必行，且刻不容緩。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸油膜軸承，解決現(xiàn)有主軸滾動軸承壽命短、可靠性差的問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸油膜軸承，由軸套、襯套、止推環(huán)及聯(lián)結(jié)螺栓構(gòu)成，其特征在于所述軸套的外柱面與所述襯套滑動配合，所述軸套的內(nèi)孔柱面通過鍵與主軸連接，所述軸套臺肩的平面與所述襯套的主止推面構(gòu)成滑動耦合面，所述軸套的無臺肩側(cè)，用螺栓與所述止推環(huán)聯(lián)成一體；所述襯套的外表面為球形，與軸承座的內(nèi)球面滑動配合，并用連接鍵限制它們間繞軸線的相對轉(zhuǎn)動；在所述襯套的內(nèi)表面開設(shè)三排周向等分的靜壓油腔，形成三個同等能力的工作面；所述襯套的主止推面上周向均布四個止推靜壓油腔，并設(shè)有動壓潤滑楔面；所述襯套的副軸向支承，由襯套的右側(cè)面與止推環(huán)構(gòu)成，只設(shè)有動壓潤滑楔面。三排所述靜壓油腔為軸向?qū)ΨQ窄油腔，工作時，主靜壓油腔由進(jìn)油孔經(jīng)進(jìn)油通道輸入由計算確定的壓力和流量的靜壓潤滑油，起主承載作用；另兩個輔靜壓油腔，位于兩側(cè)上方，也輸入一定壓力和流量的潤滑油，作動壓供油。四個所述止推靜壓油腔，由止推面進(jìn)油孔輸入選定壓力和流量的潤滑油，承受工作時的軸向載荷。所述的襯套為整體式，兩側(cè)端面為滑動耦合面。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和有益效果由于軸套外柱面是徑向支承的滑動耦合面，它與襯套內(nèi)孔柱面構(gòu)成一對滑動摩擦副；其內(nèi)柱面與主軸以鍵連接，隨軸一起轉(zhuǎn)動；其臺肩是軸向支承的滑動耦合面，與襯套的主止推面構(gòu)成平面止推滑動摩擦副。由于襯套的內(nèi)孔柱面開設(shè)油腔并輸入具有壓力的潤滑油，在風(fēng)機(jī)工作時，無論轉(zhuǎn)速多低，甚至在停轉(zhuǎn)時，都能在工作區(qū)域中形成一個完整的承載油膜，造成液體摩擦；襯套的外表面為球形，與軸承座的內(nèi)球面滑動配合，連接鍵限制它們繞軸線的相對轉(zhuǎn)動，但不影響自動調(diào)位功能。[0012]為了充分利用軸承的動壓承載能力，在襯套內(nèi)制造出的靜壓油腔為軸向?qū)ΨQ窄油腔，在承載區(qū)域內(nèi)，工作時正對著外載合力，但避開流體最大動壓力(分布)區(qū)；所保留的大片動壓承載面積，將隨著風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的升高而發(fā)揮越來越大的承載作用。在襯套內(nèi)以靜壓油腔為中心，形成三個具有相同承載能力的工作面(因內(nèi)表面完整、連續(xù)，其動壓包容角大于有動壓供油槽結(jié)構(gòu)的120° )，將其中一個置于工作區(qū)域，起主承載作用，該靜壓油腔為主油腔，通入設(shè)定的靜壓潤滑油；另外兩個油腔(即成為輔油腔， 通入具有一定壓力的潤滑油，)作動壓供油，但當(dāng)軸因風(fēng)力跳動抬起而靠近時，其輔油腔靜-動壓效應(yīng)增強(qiáng)，起背壓作用，從而保證風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。為延長使用壽命、提高可靠性，本實(shí)用新型采用了冗余設(shè)計方法即針對該方案中的易失效件是襯套，故使其三個工作面可根據(jù)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換，且可在不拆下軸承座的情況下實(shí)現(xiàn)在線轉(zhuǎn)換，因此，該主軸主軸承使用壽命延長至普通同類軸承的三倍。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的K-K剖面圖(襯套剖面結(jié)構(gòu))；圖3為圖1的M向視圖(襯套主止推面結(jié)構(gòu))。
以下結(jié)合附圖通過較佳實(shí)施例對本實(shí)用新型作詳細(xì)說明。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸油膜軸承，由軸套3、襯套4、止推環(huán)7及聯(lián)結(jié)螺栓構(gòu)成；所述軸套3的外柱面與所述襯套4滑動配合，所述軸套3的內(nèi)孔柱面通過鍵2與主軸1連接，所述軸套3臺肩3-1的平面與所述襯套4的主止推面H構(gòu)成滑動耦合面，所述軸套3的無臺肩側(cè)，用螺栓與所述止推環(huán)7聯(lián)成一體；所述襯套4的外表面為球形，與軸承座 5的內(nèi)球面滑動配合，并用連接鍵6限制它們間繞軸線的相對轉(zhuǎn)動。所述的襯套4為整體式，兩側(cè)端面為滑動耦合面。如圖1、2所示，在所述襯套4的內(nèi)表面開設(shè)三排周向等分的靜壓油腔4-1，形成三個同等能力的工作面，所述靜壓油腔4-1為軸向?qū)ΨQ窄油腔，面積盡量小，且離開流體動壓力的峰值區(qū)域，以最大限度地保留動壓承載能力，當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高到某一數(shù)值(即設(shè)計的 “臨界轉(zhuǎn)速”)時，動壓也具有獨(dú)立承擔(dān)外載的能力；無特定要求時，靜壓、動壓聯(lián)合工作，實(shí)行協(xié)力式工作；也可實(shí)行接力式工作。工作時(即圖1所示位置)，向主靜壓油腔4-1-1由進(jìn)油孔4-1-1-1經(jīng)進(jìn)油通道 4-1-1-2輸入由計算確定的壓力和流量的靜壓潤滑油(Pl，Ql)，起主承載作用，完全可以憑借靜壓效應(yīng)單獨(dú)承擔(dān)外載；另兩個輔靜壓油腔4-1-2，位于兩側(cè)上方，由進(jìn)油孔4-1-2-1經(jīng)進(jìn)油通道4-1-2-2也輸入一定壓力和流量的潤滑油(p2，q2)，作動壓供油；當(dāng)風(fēng)載變化而致主軸抬起并靠近輔油腔時，輔油腔的壓力因出流阻力加大而自行升高，其動壓效應(yīng)也因油膜變薄而增強(qiáng)，共同阻止主軸的抬起，即對主軸的運(yùn)轉(zhuǎn)起穩(wěn)定作用。如圖1、3所示，工作時的軸向力，由軸套的臺肩3-1與襯套的主止推面H這對平面滑動支承來承擔(dān)。所述襯套4的主止推面H上，周向均布四個止推靜壓油腔4-2，由止推面進(jìn)油孔4-2-1輸入選定壓力和流量的潤滑油(p3，q3)，并設(shè)有動壓潤滑楔面，這樣，就具備了流體靜壓、動壓聯(lián)合效應(yīng)的形成機(jī)理，承受工作時的軸向載荷。而襯套4的副軸向支承，由襯套的右側(cè)面與止推環(huán)7構(gòu)成，所述襯套4的右側(cè)面上只設(shè)有動壓潤滑楔面，在特殊情況下起止推作用，任何時候都不會發(fā)生表面直接摩擦。在承載部件內(nèi)，設(shè)置一套簡便的輔助機(jī)構(gòu)，即可以在軸承座內(nèi)實(shí)行襯套三個工作面(即油腔中心及周向兩側(cè)各約60°襯套內(nèi)表面)位置的自由轉(zhuǎn)換；即當(dāng)決定更換一個主油腔(亦是主工作面)時，利用轉(zhuǎn)換裝置在短時停機(jī)內(nèi)將襯套轉(zhuǎn)動120°，即將一個輔油腔轉(zhuǎn)入工作區(qū)，輸入靜壓潤滑油即便成了主油腔；從而，實(shí)現(xiàn)了工作區(qū)域的在線轉(zhuǎn)換；這樣， 軸承的使用壽命將因此而再延長兩倍(達(dá)到同類普通軸承的三倍)。本實(shí)用新型的襯套滑動面，采用多層金屬集優(yōu)式結(jié)構(gòu)，整體剛性好、工作表面性能，包括抗磨性能、減磨性能、抗固體顆粒污染性能以及抗腐蝕性能等都很好，適應(yīng)風(fēng)電機(jī)主軸軸承的工作與環(huán)境要求。充分考慮主軸的工作要求(載荷大，轉(zhuǎn)速低，長壽命，免裝拆)和環(huán)境條件(風(fēng)沙，腐蝕，溫度、濕度及變化)，及其必須是在-40° 10(TC環(huán)境下長期工作，其潤滑油應(yīng)是具有優(yōu)異的抗磨性、耐極壓性、氧化穩(wěn)定性、抗腐蝕性、抗乳化性、高閃點(diǎn)、低傾點(diǎn)、極高粘度指數(shù)(VI > 220)及優(yōu)良的低溫流動性等合成油；其粘度(cSt，40°C )可選范圍為ISO VG (100)，220，320，460 ；密封材料應(yīng)使用丁腈橡膠，氟硅橡膠或乙烯基-甲基聚硅橡膠。如果，軸承共用增速器齒輪箱內(nèi)的齒輪油時，必須另設(shè)專用的供油系統(tǒng)，實(shí)行單獨(dú)供油。本實(shí)用新型適用于大裝機(jī)容量(兆瓦級)的雙饋式、直驅(qū)式及混合式的各類風(fēng)電機(jī)組；也適用于類似要求的其他設(shè)備。
權(quán)利要求1.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸油膜軸承，由軸套(3)、襯套G)、止推環(huán)(7)及聯(lián)結(jié)螺栓構(gòu)成， 其特征在于所述軸套C3)的外柱面與所述襯套(4)滑動配合，所述軸套C3)的內(nèi)孔柱面通過鍵( 與主軸(1)連接，所述軸套( 臺肩(3-1)的平面與所述襯套(4)的主止推面(H) 構(gòu)成滑動耦合面，所述軸套(3)的無臺肩側(cè)，用螺栓與所述止推環(huán)(7)聯(lián)成一體；所述襯套 (4)的外表面為球形，與軸承座(5)的內(nèi)球面滑動配合，并用連接鍵(6)限制它們間繞軸線的相對轉(zhuǎn)動；在所述襯套(4)的內(nèi)表面開設(shè)三排周向等分的靜壓油腔G-1)，形成三個同等能力的工作面；所述襯套的主止推面上，周向均布四個止推靜壓油腔G-2)，并設(shè)有動壓潤滑楔面；所述襯套⑷的副軸向支承，由襯套的右側(cè)面與止推環(huán)⑵構(gòu)成，只設(shè)有動壓潤滑楔面。
2.按照權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸油膜軸承，其特征在于三排所述靜壓油腔 (4-1)為軸向?qū)ΨQ窄油腔，工作時，主靜壓油腔G-1-1)由進(jìn)油孔G-1-1-1)經(jīng)進(jìn)油通道 (4-1-1-2)輸入由計算確定的壓力和流量的靜壓潤滑油(Pl，Ql)，起主承載作用；另兩個輔靜壓油腔G-1-2)，位于兩側(cè)上方，也輸入一定壓力和流量的潤滑油(p2，q2)，作動壓供油。
3.按照權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸油膜軸承，其特征在于四個所述止推靜壓油腔(4-2)，由止推面進(jìn)油孔(4-2-1)輸入選定壓力和流量的潤滑油(P3，q3)，承受工作時的軸向載荷。
4.按照權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸油膜軸承，其特征在于所述的襯套(4)為整體式，兩側(cè)端面為滑動耦合面。
專利摘要風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸油膜軸承，涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸承。本實(shí)用新型解決現(xiàn)有技術(shù)軸承壽命短、可靠性差的問題。本實(shí)用新型特征在于軸套的外柱面與襯套滑動配合，軸套的內(nèi)孔柱面通過鍵與主軸連接，軸套臺肩的平面與襯套的主止推面滑動配合，軸套的無臺肩側(cè)用螺栓與止推環(huán)聯(lián)成一體；襯套的外表面與軸承座的內(nèi)球面滑動配合，并用鍵連接；在襯套的內(nèi)表面開設(shè)三排周向等分的靜壓油腔；襯套的主止推面上周向均布四個止推面靜壓油腔，并設(shè)有動壓潤滑楔面；襯套的軸向副支承，由襯套的右側(cè)面與止推環(huán)構(gòu)成，只設(shè)有動壓潤滑楔面。本實(shí)用新型適用于大裝機(jī)容量的雙饋式、直驅(qū)式及混合式的各類風(fēng)電機(jī)組；也適用于類似要求的其他設(shè)備。
文檔編號F03D11/00GK202012570SQ20112006457
公開日2011年10月19日 申請日期2011年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月11日
發(fā)明者吳國華, 肖永剛, 郭愈, 郭李婷, 郭李艷, 郭溪泉 申請人:郭溪泉