[发明专利]具有锥形滚子轴承的轴台系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请涉及并主张2005年3月9日申请的美国临时专利申请系列号No.60/659,805的优先权，其全部内容在此引入作为参考。

技术领域

本发明涉及一种用于支撑风轮机组件的主轴的轴承系统，更特别地涉及一种整合有固定于轴台系统内的球形外径锥形滚子轴承组件的轴承系统，该轴台系统能够承载风轮机应用中使用的被支撑主轴的径向和轴向载荷以及静态和动态角度失准。

背景技术

在风能工业内，经常使用用于风轮机主轴的轴承系统，其用于处理旋转轴和支撑轴承轴线之间的大径向载荷以及大的角度失准。这些主轴轴承系统典型地包括球形滚子轴承(SRB)，所述球形滚子轴承具有分开的旋转密封件托架以及将旋转密封件托架和球形滚子轴承内圈抵住主轴肩部固定的定位轴承防松螺母装置。球形滚子轴承的外圈的圆筒形外径固定到具有轴向夹端盖板的轴台壳体的圆筒形内径内。球形滚子轴承系统的内部构造具有承载大径向载荷和适应大的动态和静态角度失准、以及中等大小的轴向载荷而不会在轴台壳体和支撑台板结构内产生倾覆力矩反作用力的能力。另外，这些轴承系统不需要轴承设置设定程序，使得它们在实践中容易安装。

但是，球形滚子轴承系统具有固有问题。特别地，球形滚子轴承必须以大的径向内余隙(RIC)操作。在风轮机主轴应用中，在操作过程中施加到球形滚子轴承上的动态可变风载由于大的径向内余隙而在球形滚子轴承系统内产生大的轴向和径向偏斜。由于转子侧滚子列上的载荷分配不均和风振所诱发的滚道表面的剥皮和/或摩擦腐蚀压痕--这引发了过早滚道剥落--这些偏斜以不可预期的方式显著地减小了球形滚子轴承的寿命。由于轴在轴向上的过度偏斜--这接着导致过度的推力载荷--这些偏斜进一步减小了下游的齿轮箱输入轴支撑件的轴承寿命。

球形滚子轴承系统的大径向内余隙和外圈相对于内圈的固有的角自由度进一步需要相关的轴向和径向迷宫式密封件对接点间隙足够大，以防止旋转密封件托架的迷宫环和静止迷宫式端盖之间的迷宫间隙内的金属与金属的接触。这种大的对接点间隙减小了迷宫式密封件防止润滑剂损失和阻止污染物进入的有效性。相似地，旋转轴密封件，典型地为聚合物V形环面密封件，除正常的轴旋转运动外，还必须能够适应大的动态的角向、径向和轴向运动。

为接近齿轮箱端滚子列，球形滚子轴承系统典型地需要松开和向后滑动轴承防松螺母并压配合旋转密封件托架的迷宫环，这使得对轴台轴承的齿轮箱端部的轴承滚道和滚子表面进行运行时的检测比较困难。此外，因为转子端的静止迷宫式密封件端盖由旋转密封件托架迷宫环挡住，而旋转密封件托架迷宫环不能移除，除非从球形滚子轴承系统取出主轴，而这在运转的风轮机的应用环境内是很难或不可能的任务，所以无法接近转子端的滚子列。

因此，需要一种风轮机主轴支撑轴承系统，其能够承载风轮机操作环境内经受的预期应用载荷，并且不需要与支撑滚子元件相关的大径向内余隙并因此具有可预测的操作寿命，并且不需要大的轴向和径向迷宫式密封件对接点间隙以防止旋转密封件托架的迷宫环和静止迷宫端盖之间的迷宫式间隙内的金属与金属的接触。

另外，需要一种风轮机主轴支撑轴承系统，其不需要松开和向后滑动轴承防松螺母并压配合旋转密封件托架迷宫环，以使得齿轮箱端的轴承滚道和滚子表面能够进行运行时的检测，并且其提供一种接近转子端滚子列的手段。

发明内容

简言之，本发明提供了一种用于风轮机主轴支撑应用中的球形外径锥形滚子轴承系统。该锥形滚子轴承系统构造有通用化结构和预加载轴承设置以便利安装和设置到支撑轴台壳体内。球形外径表面(球)形成于设置在轴台壳体组件内的具有匹配内径表面(承窝)的锥形滚子轴承组件的外圈上，以便利组装和球-承窝预加载荷调整。

在本发明的球形外径锥形滚子轴承系统的实施方式中，旋转密封件托架和静密封件托架在锥形滚子轴承组件的相对侧面上形成迷宫式密封件，并承载弹性体的面密封件以防止污染物进入迷宫式密封件和球-承窝界面。密封件托架与轴台壳体相隔离以减小所经受的角向、径向和轴向运动。由于施加到球形分离杯座的抗摩擦、抗磨损衬垫，该组件具有容忍静态角度失准以及动态操作失准的能力。除失准补偿外，该衬垫减小了通过轴台并进入支撑框架的倾覆力矩反作用力，这由轴承系统的TDO风格的安装构造进一步提供便利。

在本发明的球形外径锥形滚子轴承系统的实施方式中，设置于轴台壳体组件内的匹配内径表面(承窝)由抗摩衬垫插件形成，所述抗摩衬垫插件具有构造成座置于轴台壳体的圆筒形内径内的圆筒形外径。抗摩衬垫的球形内径的尺寸确定为可容纳位于球-承窝构造内的锥形滚子轴承系统外圈的球形外径。