阅读说明：本技术 密封的轴承模块 (Sealed bearing module ) 是由 迈克尔·鲍曼 马蒂亚斯·霍夫曼 于 2019-07-01 设计创作，主要内容包括：公开了一种潮汐涡轮机的密封的轴承模块(1),潮汐涡轮机包括转子和转子轴,转子包括设置在转子毂上的转子叶片,转子轴承载转子,所述轴承模块用于将驱动扭矩从转子毂传递到机舱中的传动装置或发电机,其中,机舱包括壳体(4),轴承模块(1)包括两个轴承圈(6、8),其中,轴承圈(6、8)中的至少一个轴承圈为包括第一轴承圈部分(6-1)和第二轴承圈部分(6-2)的分体式轴承圈,其中,其中轴承圈中的一个轴承圈(8)包括在轴向上延伸的孔(12),用于将轴承圈(8)直接附接到机舱的壳体(4),轴承圈中的另一轴承圈(6)连接到转子轴(2)和/或转子毂,其中,分体式轴承圈(6)通过预加载元件(26、60)被预加载。(A sealed bearing module (1) of a tidal turbine is disclosed, the tidal turbine comprising a rotor comprising rotor blades arranged on a rotor hub and a rotor shaft carrying the rotor, the bearing module being for transmitting a driving torque from the rotor hub to a transmission or generator in a nacelle, wherein the nacelle comprises a housing (4), the bearing module (1) comprising two bearing rings (6, 8), wherein at least one of the bearing rings (6, 8) is a split bearing ring comprising a first bearing ring portion (6-1) and a second bearing ring portion (6-2), wherein one of the bearing rings (8) comprises an axially extending bore (12) for attaching the bearing ring (8) directly to the housing (4) of the nacelle, the other of the bearing rings (6) being connected to the rotor shaft (2) and/or the rotor hub, wherein the split bearing ring (6) is preloaded by means of a preloading element (26, 60).)

密封的轴承模块

技术领域

本发明涉及一种根据专利权利要求1的前序部分所述的潮汐涡轮机(tidalturbines)的密封的轴承模块，该潮汐涡轮机包括转子和承载转子的机舱(nacelle)，该转子包括设置在转子毂上的转子叶片，该密封的轴承模块用于将驱动扭矩从转子毂传递到机舱中的传动装置(transmission)或发电机。

背景技术

在潮汐涡轮机中，旋转的转子毂必须由跟随的转子轴支撑。迄今为止，轴承组件作为单独的部件提供，并在现场安装和组装在潮汐涡轮机中。由于这种潮汐涡轮机本身具有较长的使用寿命，因此这种轴承组件在可靠性、使用寿命或减少维护强度方面的要求很高。为了满足这些要求，期望使用尽可能少的组件，从而因此减少组件的故障可能性。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种轴承组件，通过该轴承组件可以减少潮汐涡轮机中所需的组件数量。

该目的通过根据专利权利要求1所述的密封的轴承模块来实现。

所述密封的轴承模块可以用在潮汐涡轮机中，所述潮汐涡轮机包括转子和承载转子的转子轴，所述转子包括设置在转子毂上的转子叶片。在此，所述转子附接到机舱。特别地，这种轴承模块可以用于将驱动扭矩从转子毂传递到机舱中的传动装置(/变速器/变速箱)(transmission)或发电机。所述机舱包括壳体，发电机和发电机轴设置在所述壳体中。所述转子毂可以例如通过转子轴直接连接到传动装置的输入轴，或者所述转子毂可以表示所述转子轴。传动装置的输出轴进而连接到发电机或发电机轴。作为一种选择，所述转子毂可以直接连接到发电机，而不需要在它们之间连接传动装置。

为了将驱动扭矩从转子毂传递到传动装置或发电机，轴承模块包括内圈和外圈，并且这些轴承圈中的一个轴承圈被构造为分体式轴承圈(/分式轴承圈)(split bearingring)。

为了减少所需的组件数量，所提出的轴承模块仅包括一个轴承。此外，轴承模块作为一个完整的系统提供，并且可以在已经组装的状态下安装在潮汐涡轮机中。因此，很大程度地简化了安装。

所述轴承模块的一个轴承圈包括在轴向上延伸的孔，用于将轴承圈直接附接到机舱的壳体。所述孔可以在周向上绕着所述轴承圈分布。优选地，所述孔均匀地分布。另一个轴承圈连接到转子轴和/或转子毂。可以通过具有两个轴承圈的配置提供非常紧凑的轴承模块，由此可以减小发电机轴的长度。这也使得其中设置有转子轴的机舱具有较紧凑且较低重量的设计，从而也降低了成本。

被构造为分体式轴承圈的轴承圈通过预载元件(/预紧元件)被预加载(/预紧)(ispreloaded by a preload element)。可以通过使用预载元件将分体式轴承圈保持在一起。

在此，所述轴承模块可以作为整体从转子侧***潮汐涡轮机中并安装在其中。通过这种方式，提供了可以容易地集成到潮汐涡轮机中的即插即用(plug-and-play)的解决方案。这减少了安装中可能出现的错误。此外，可以在制造期间执行必要的测试，例如针对密封紧密性的测试。

所述轴承可以是滚子轴承，特别是圆锥滚子轴承。优选地，圆锥滚子轴承为双列圆锥滚子轴承。可以通过保持架使轴承的滚子彼此分开。如果圆锥滚子轴承以背对背的配置进行构造，则分体式轴承圈为内圈。如果圆锥滚子轴承代替为以面对面的配置进行构造，则外圈被构造为分体式轴承圈。

分体式轴承圈的第一轴承圈部分和第二轴承圈部分可以包括通孔，所述预加载元件(特别是螺纹杆)能够穿过所述通孔，以使所述轴承圈部分(相对于)彼此预加载(/预紧)(preload)。所述螺纹杆在其两端上可以包括端部元件，以通过螺母的紧固扭矩实现无级预紧(stepless preload)。例如，端部元件可以是螺母或螺丝的头。所述螺纹杆的一端或一个端部元件可以被支撑在所述第一轴承圈部分上，另一端可以被支撑在所述第二轴承圈部分上。在这种情况下，所述转子毂可以直接连接到所述第一轴承圈部分和传动装置输入轴或发电机轴，所述传动装置输入轴或发电机轴直接连接到所述第二轴承圈部分。在此，通过分体式轴承圈实现驱动扭矩的传递。由此可以省略单独的转子轴。

作为一种选择，其上支撑有螺纹杆的中间元件可以设置在所述转子毂与所述第一轴承圈部分之间。在这种情况下，通过中间元件和分体式轴承圈实现驱动扭矩从转子毂传递到传动装置或发电机轴。

在一个可选的实施方式中，所述预加载元件可以为夹持环，其中，所述夹持环包括施力元件，以将力施加于所述第二轴承圈部分。在此，所述转子轴可以包括其上支撑有所述第一轴承圈部分的支撑元件。所述支撑元件可以与所述转子轴一体地构造，例如，所述支撑元件可以以突起的形式与所述转子轴一体地构造。例如，所述施力元件可以被构造为夹持环的肩部，夹持环的肩部抵接在所述第二轴承圈部分上并且与所述转子轴或发电机轴的纵向轴线平行地将力施加于所述第二轴承圈部分。

为了固定所述夹持环的位置，所述夹持环进一步可以被支撑在所述转子轴上。特别地，所述夹持环可以包括孔，以将所述夹持环连接到所述转子轴。

所述轴承模块还可以包括用于密封所述轴承模块的密封系统。一方面，所述密封系统用于密封轴承以抵抗海水，另一方面用于将润滑剂保持在轴承中。因此，优选地，由于海水可能会从转子侧渗透，因此所述密封系统可以设置在外圈/内圈与转子之间。

为了能够简单地更换密封系统，密封系统可拆卸地直接设置在外圈和内圈或转子轴上。以这种方式，即使在将轴承模块安装在潮汐涡轮机中之后，也可以移除和更换密封系统。在此，优选地，密封系统设置在外圈的朝向转子的一侧。

所述密封系统可以包括滑动表面。滑动表面可以与转子轴一体地构造或者被构造在设置在转子轴上的间隔环上。作为一种选择，所述滑动表面可以与上述中间元件一体地构造，或者被构造在设置在中间元件上的间隔环上。

所述滑动表面可以由不锈钢制成，特别地，由铬钢制成。为了密封轴承模块，可以在间隔环与转子轴或中间元件之间设置密封件。例如，该密封件可以通过设置在转子轴或中间元件与间隔环之间的O型环来实现。

优选地，所述密封系统包括多个密封单元。在此，每个密封单元包括密封承载环和包括密封唇的密封元件。所述密封元件设置在所述滑动表面上，其中，相应的密封唇在所述滑动表面上密封地滑动，并且每个密封唇由密封承载环承载。各个密封承载环相对于滑动表面在轴向方向上设置为彼此相邻。在此，两个密封承载环可以利用附接部件而始终彼此附接，例如，使用螺纹连接而始终彼此附接。在此，附接部件可以以轴向定向的方式(inaxial orientation)在周向上相对于彼此偏移。

密封唇可以由橡胶或聚氨酯材料制成。优选地，所使用的材料包括固有润滑(inaxial orientation)并且适用于海水。在密封唇由聚氨酯材料(塑料)制成的情况下，固有润滑通过在制造过程中嵌入塑料中的固体润滑剂(solid lubricant)(碳)来实现。

密封承载环可以包括不锈钢、结构钢或铸铁。此外，密封载体环的表面可以由腐蚀保护层保护。例如，腐蚀保护层可以包括锌并且可以作为漆或镀锌层(电镀层)涂覆。通过使用非固有腐蚀保护的钢，可以使用牺牲阳极以避免或至少延缓腐蚀。

密封系统可以包括朝向外圈的密封单元，该密封单元直接设置在外圈上。与其他密封单元相比，该密封单元可以在径向方向上构造为较大并且在尺寸上与外圈相对应。

根据一个实施方式，密封系统包括密封单元，该密封单元用作密封系统的轴向相对侧的密封盖。所述密封盖相对于转子封闭密封系统。其他密封单元在密封盖与密封单元之间设置在外圈上。

由于密封单元在轴向上彼此相邻设置的这种配置，密封单元可以以简单的方式更换。为此目的，仅需要移除密封盖，并且随后可以更换第一密封单元。如果要更换多于密封单元，则可以更换第一密封单元和在更换第一密封单元之后更换另外的密封单元。

如果密封承载环或密封唇具有不同的宽度，则通过更换多个密封单元，使它们可以以不同的顺序重新安装，使得在重新安装之后，密封承载环或密封唇位于与之前不同的路径上。以这种方式，滑动表面的磨损可以均匀分布。由于密封唇抵着滑动表面的压力，而可能导致发生滑动表面的磨损。

根据预期的水压和维护间隔，设置多个密封单元。外密封单元用于密封轴承以防止进入海水。在此，首先，最外面的密封单元进行密封，即密封盖进行密封。当最外面的密封单元或其密封唇磨损时，也就是说当它不再能够阻挡(keep out)海水时，随后的密封唇用作密封件以防止进入海水。以这种方式，使用除了密封唇之外还包括另外的备用密封唇的密封系统。此外，密封单元或密封唇可以设置在轴承圈上，以将润滑剂保持在轴承中。

根据另一方面，提供一种潮汐涡轮机，所述潮汐涡轮机包括转子和承载转子的转子轴，所述转子包括设置在转子毂上的转子叶片，其中，能够通过如上所述的密封的轴承模块将驱动扭矩从所述转子毂传递到传动装置或发电机。

说明书、附图和权利要求书中详细说明其他优点和有利的实施方式。在此，特别地，说明书和附图中特定的特征的组合仅为示例性的，使得这些特征也可以单独存在或以其他方式组合。

附图说明

在下文中，将使用附图中描绘的示例性实施方式更详细地描述本发明。在此，示例性实施方式和在示例性实施方式中示出的组合仅为示例性的，并不旨在限定本发明的范围。该范围仅由当前的权利要求书限定。

图1示出了根据第一实施方式的用于潮汐涡轮机的密封的轴承模块的截面图；

图2示出了根据第二实施方式的用于潮汐涡轮机的密封的轴承模块的截面图；

图3示出了根据第三实施方式的用于潮汐涡轮机的密封的轴承模块的截面图。

在下文中，相同或功能相同的元件由相同的附图标记表示。

附图标记列表

1 轴承模块

2 转子轴

4 壳体

6 内圈

8 外圈

10 滚动元件

12 通孔

14 螺丝

16 螺母

18 盖

20 螺丝

22 螺母

24 凹部

26 夹持环

28 通孔

30 螺丝

32 螺母

34 施力元件

36 支撑元件

37 螺丝

38 密封系统

40 密封承载环

42 密封元件

43 密封元件

44 附接部件

46 密封盖

48 附接部件

50 滑动表面

52 间隔环

54 O型环

56 通孔

57 中间元件

58 通孔

60 螺栓

62 螺母

64 螺母

具体实施方式

图1示出了密封的轴承模块1。轴承模块1用于将驱动扭矩(drive torque)从潮汐涡轮机(tidal turbine)的转子的转子毂(未示出)传递到潮汐涡轮机的机舱(nacelle)中的传动装置(transmission)或发电机(未示出)。在此，在附图中示出了通过将转子毂的旋转传递到随后的传动装置或发电机的转子轴2来实现将驱动扭矩从左(转子侧)到右(发电机侧)的传递。在此，特别地，轴承模块1可以被容纳在机舱的壳体4中。在此，壳体4保护轴承并且提供抵抗轴承变形的机械刚度。

轴承模块1包括内圈6和外圈8，滚动元件10(10-1、10-2)设置在内圈6与外圈8之间。在示出的实施方式中，轴承模块1为背对背配置(back-to-back arrangement)的双列圆锥滚子轴承(double row tapered roller bearing)，其中内圈被构造为包括第一圈部分(/第一轴承圈部分)6-1和第二圈部分(/第二轴承圈部分)6-2的分体式圈(split ring)。作为未示出的替代实施方式，双列圆锥滚子轴承也可以以包括分体式外圈的面对面配置(face-to-face arrangement)来构造。

外圈8包括通孔12，附接部件可***通孔12中以将外圈8连接到壳体4。在图1中示出的实施方式中，设置螺纹杆14作为在通孔12中的附接部件，螺纹杆14的一端拧入壳体4中。螺母16拧在相对端上，通过该螺母16使附接部件支撑在外圈8上。当然，外圈8也可以通过拧入壳体4的螺丝而连接到壳体4。

为了在外圈8的区域中封闭壳体4，设置通过附接部件连接到壳体4并且覆盖外圈8的盖18。如图1所示，附接部件可以是从盖18拧入到壳体4中的螺丝20。附接部件通过可以埋(/埋设/埋入)(countersunk)在盖18的凹部24中的螺母或螺丝头22而被支撑在盖18上。

设置预加载元件以对分体式内圈6进行固定和预加载。在图1中示出的实施方式中，预加载元件被构造为夹持环(clamping ring)26。夹持环26包括通孔28以将夹持环26附接到轴2。螺丝30***到夹持环26的通孔28中，螺丝30的一端拧入转子轴2中。螺丝30的另一端通过螺母或螺丝头32支撑在夹持环26上。

为了对内圈6进行预加载，夹持环26包括施力元件34，施力元件34在夹持环26上向内圈突出并且如此可以沿平行于轴2的纵向轴线的方向将力施加于第二轴承圈部分6-2。相比之下，第一轴承圈部分6-1支撑在支撑元件36上。该支撑元件36可以被构造为轴2的突起，并且通常可以被称为轴肩。

转子轴2通过螺丝37连接到转子毂。以这种方式，驱动扭矩可以直接从转子毂传递到转子轴2并且如此传递到随后的传动装置或发电机。

为了密封轴承模块1，轴承模块1包括密封系统38。密封系统38包括多个密封单元。每个密封单元包括密封承载环40和设置在密封承载环40中的密封唇42。其中一个密封单元通过密封承载环40-1直接连接到壳体4的盖18。为此目的，附接部件44(例如，螺丝)从密封单元侧、通过密封承载环40-1而拧入盖18中。如此，该密封单元用于将密封系统38附接到壳体4。以这种方式，可以根据需要而容易地将整个密封系统38从壳体4移除和更换。

密封盖46用于向外密封。包括它们的密封承载环40-2、40-3、40-4等的多个密封单元设置在该密封盖46与包括密封承载环40-1的密封单元之间。这些密封承载环40中的每个包括具有密封唇的密封元件42。密封承载环40通过附接部件48彼此连接。在此，两个密封承载环40始终彼此连接。在此，附接部件48在轴向方向上沿周向彼此偏移(offset)。

在操作中，密封元件42的密封唇抵靠滑动(滑移)(slip)表面50滑动。滑动表面50可以与轴2一体地构造，或者如图1所示，滑动表面50可以被构造在设置于轴52上的间隔环52上。为了密封轴承模块1，可以在间隔环52与轴2之间设置密封件。例如，可以通过O型环54(54-1、54-2)实现这样的密封。

如果密封唇中的一个磨损，则可以以简单的方式更换相关的密封元件42。为此目的，首先移除密封盖46。然后，将包括其密封承载环40和密封元件42的后续密封单元可以作为单元进行移除和更换。

密封元件42用作用于将海水保持在轴承之外的串联回路(/串联结构)(seriescircuit)。在此，密封元件42-4必须承受最高的压力并因此首先磨损。如果密封元件42-4不再承受海水的压力，则后续的密封元件42-3负担这种功能。在此，密封元件42-4还用作用于较大杂质的过滤器。在密封系统38中，可以设置传感器(未示出)，例如湿度传感器或压力传感器，传感器可以在海水到达密封元件42-3、42-2或42-1时发出信号。一旦发出这样的信号，就可以启动密封元件42的更换。此外，密封元件43-1、43-2可以设置在轴承圈6、8上，该密封元件43-1、43-2用于将润滑剂保持在轴承中。

图2示出了根据第二实施方式的轴承模块1，其中，图1和图2的实施方式的不同之处仅在于外圈8附接到壳体4。

如图1所示，外圈8包括通孔12，附接部件可***通孔12中以将外圈8连接到壳体4。相比于图1中示出的实施方式，在图2中设置螺纹杆或螺丝14作为附接部件，该螺纹杆或螺丝14穿过通孔且一端拧入壳体4中，并且其相对端穿过盖18并通过螺母或螺丝头16支撑在密封承载环40-1上。

因此，可以省略如图1中由螺丝20以及螺母或螺丝头22实现的第二附接部件。可选地，也可以省略图1中的附接部件44。

特别地，如图2所示，轴承模块1可以作为完整的模块安装在壳体4上。各个部件(特别是密封系统38或密封件承载环40-1、盖18和外圈8)可以预先拧在一起并且表示已被预加载和密封的结构单元。如此，该结构单元表示准备用于安装在潮汐涡轮机中的轴承模块1。

图3示出了根据第三实施方式的轴承模块1，其中，图2和图3的实施方式的不同之处在于内圈6的预加载元件的类型和内圈6的配置。

在该实施方式中，内圈6包括通孔56。与通过转子轴2将转子毂连接到发电机不同，在此设置可选的包括通孔58的中间元件57。中间元件57的通孔58与内圈6的通孔56对齐。在此，用于对内圈6的圈部分6-1和6-2进行预加载的预载元件由穿过通孔56、58的螺纹杆或螺栓(/螺纹杆)60实现。

螺纹杆60的一端通过螺母62支撑在第二圈部分6-2上。图1和图2的施力元件34由螺母62实现。螺纹杆60的相对端通过螺母64支撑在中间元件57上。因此，螺纹杆60由两个螺母62、64进行预加载，螺母62、64中的一个可以被构造为螺栓头。在此，内圈6支撑在中间元件57的止动表面上，该止动表面形成支撑元件36。

因此，在这个实施方式中可以省略使用如图1和图2中设置的夹持环26。此外，通过中间元件57和内圈6实现驱动扭矩从转子毂传递到发电机。因此，可以省略单独的转子轴2。连接元件60还可以延伸，并因此使转子毂完全连接到随后的传动装置或发电机。

总之，通过所提出的密封轴承模块提供了紧凑的轴承组件。特别地，可以减小转子轴的长度并因此减小机舱的尺寸或重量。此外，轴承模块可以在其目的地进行安装之前已经经过必要的测试，例如针对密封紧密性的测试，从而简化了安装之后的安装或维护复杂性。