用于风力发电设备的机舱的制作方法

本发明涉及一种用于风力发电设备的机舱以及一种装备有该机舱的风力发电设备。

背景技术：

1、由ep2863076a1已知一种用于风力发电设备的机舱的转子支承装置。由ep2863076a1已知的转子支承装置仅具有低的能量效率。

技术实现思路

1、本发明的任务是，克服现有技术的缺点并且提供一种具有改进的能量效率的用于风力发电设备的机舱。

2、所述任务通过根据权利要求所述的机舱和风力发电设备来解决。

3、根据本发明，设置用于风力发电设备的机舱。所述机舱包括：

4、-机舱壳体；

5、-转子毂部；

6、-用于将转子毂部支承在机舱壳体上的转子支承装置，其中，所述转子支承装置具有至少一个内部的环形元件和至少一个外部的环形元件，其中，在所述内部的环形元件与所述外部的环形元件之间构造用油润滑的至少一个滑动支承元件。在所述机舱壳体中和/或在所述转子毂部中，构造有润滑油槽，以用于接纳用于所述滑动支承元件的润滑油，使得所述润滑油槽能够以润滑油填充直至润滑油水平，其中，转子支承装置的至少一个区段在润滑油槽中竖直地布置在润滑油水平的下方。

7、根据本发明的机舱带来令人惊讶的优点，即，通过根据本发明的结构能够实现机舱的能量效率的改进。机舱的改进的能量效率尤其能够通过下述方式实现，即，转子支承装置的部分浸入到润滑油槽中并且由此能够实现转子支承装置的液力润滑，在所述转子支承装置中不需要附加的油泵。尤其是，由此不需要复杂的总成，例如附加的油泵。在根据本发明的机舱中也不需要其它方面需要的油管路以用于运输借助于油泵输送的润滑油。由此，不仅能够改进能量效率，而且也能够降低机舱的复杂性。这尤其导致机舱的故障易发性的降低，或者说机舱的使用寿命的提高。

8、此外，适当的可以是，所述至少一个滑动支承元件被构造为液力滑动支承件，该液力滑动支承件可以在没有压力增大装置的情况下被润滑。

9、此外可以规定，在内部的环形元件和/或外部的环形元件中布置至少一个润滑油孔，所述至少一个润滑油孔直接通入润滑油槽中。这带来的优点是，润滑油可以直接从润滑油槽被供应给滑动支承元件。

10、此外可以规定，在机舱壳体和转子毂部之间和/或在机舱壳体和转子轴之间构造有密封元件。通过该措施能够避免或者尽可能避免润滑油从机舱的内部逸出。

11、有利的还有一种表现形式，根据该表现形式可以规定，润滑油槽整体地构造在机舱壳体中，其中，所述机舱壳体在所述润滑油槽的区域中能分开地构成。这带来的优点是，密封元件可以构造在润滑油槽外，并且因此仅须具有比润滑油槽延伸至密封元件时更小的密封效果。通过机舱壳体在润滑油槽的区域中的能分开的实施方案，转子支承装置能够被简化地维护或者转子支承装置的组装变得容易。

12、根据改进方案可能的是，机舱壳体具有壳体主部件和润滑油槽盖。润滑油槽盖能够与壳体主部件一起形成润滑油槽。在组装状态下，润滑油槽盖形成壳体的一部分。尤其可以规定，润滑油槽盖借助固定器件、尤其是借助螺栓与壳体主部件耦联。此外可以规定，在壳体主部件和润滑油槽盖之间布置有密封元件。

13、此外可以规定，润滑油底盆盖设计成沿径向分开，或者说设置沿径向方向可从转子轴上移除的多个润滑油槽盖。通过这种措施可以实现，可以移除润滑油槽盖，而不必在此将转子毂部从转子轴上拆下。尤其，由此能够改进机舱的易维护性。

14、此外适当的可以是，所述内部的环形元件与转子毂部耦联并且所述至少一个滑动支承元件固定在内部的环形元件上并且能够相对于外部的环形元件旋转，其中，在所述滑动支承元件与所述外部的环形元件之间构造有滑动面。在此尤其可以规定，转子支承装置被构造成，使得滑动面至少部分地浸入到润滑油槽中。转子支承装置的这种结构尤其带来令人惊讶的优点，即转子支承装置的润滑能够尤其有效地进行并且由此如此构造的机舱能够具有高的能量效率。

15、此外可以规定，在外部的环形元件中布置至少一个润滑油孔，所述至少一个润滑油孔在第一端部上通入滑动面中并且在第二端部上通入润滑油槽中。通过这种措施可以实现，润滑油可以直接通过润滑油孔供应到滑动面，这带来了令人惊讶的高支承效率。

16、此外可以规定，在外部的环形元件中构造有至少局部地环绕的流动通道，该流动通道尤其以楔形间隙的形式终止并且所述至少一个润滑油孔通入到该流动通道中。通过这种措施，可以在滑动面上容易地构造油膜，并且因此改善转子支承装置的润滑。所述至少部分环绕的流动通道可以在内部的环形元件上居中地构造在滑动支承元件所贴靠的那个面上。

17、根据特别的表现形式可能的是，在外部的环形元件的环周上分布地构造多个润滑油孔，其中，所述润滑油孔中的多个润滑油孔通入到所述流动通道中。通过这种措施可以保证，能够以足够的润滑油供应流动通道。

18、根据有利的改进方案可以规定，润滑油水平选择得如此之高，使得转子支承装置的滑动面在其最低的横截面处完全并且因此在其整个宽度上都处于润滑油水平下方。通过这种措施可以实现，在转子支承装置的滑动面的整个宽度上观察，以足够的润滑油供应转子支承装置的滑动面。

19、尤其有利的可以是，润滑油水平选择得如此高，使得密封元件处于润滑油水平上方。通过该措施，机舱中的润滑油逸出能够尽量被阻止，而在此不必设置超过平均水平的密封措施。

20、此外可以规定，滑动支承元件包括多个单独的滑动支承垫，所述多个单独的滑动支承垫在环周上分布地布置。尤其是这种滑动支承垫可以简单地安装或者滑动支承垫可以在维护情况下简单地被更换。尤其可以规定，各个滑动支承垫在组装状态下构造闭合的滑动面，从而在该滑动支承件中可以构造均匀的润滑油膜。

21、此外可以规定，各所述滑动支承垫分别借助至少一个固定器件、尤其是螺纹连接件固定在内部的环形元件或外部的环形元件上。尤其是滑动支承垫在滑动支承件中的这种固定中，可以改善转子支承装置的易维护性。

22、也有利的是一种表现形式，根据该表现方式可以规定，在机舱壳体中和/或在转子毂部中构造有润滑油槽以用于接纳用于滑动支承元件的润滑油，其中，所述润滑油槽被填充有润滑油直至润滑油水平，其中，所述转子支承装置的至少一个区段在润滑油槽中竖直地布置在润滑油水平的下方，从而转子支承装置的该区段浸入在润滑油槽中收集的润滑油中。

23、此外，根据本发明设置一种具有机舱的风力发电设备。所述机舱包括：

24、-机舱壳体；

25、-转子毂部，所述转子毂部具有布置在其上的转子叶片；

26、-转子支承装置，用于将转子毂部支承在机舱壳体上，其中，所述转子支承装置具有至少一个内部的环形元件和至少一个外部的环形元件，其中，在所述内部的环形元件与所述外部的环形元件之间构造有至少一个滑动支承元件。

27、在机舱壳体和/或转子毂部中构造有润滑油槽，以用于接纳用于所述滑动支承元件的润滑油，其中，所述润滑油槽被填充有润滑油直至润滑油水平，其中，所述转子支承装置的至少一个区段在润滑油槽中竖直地布置在润滑油水平的下方，从而转子支承装置的该区段浸入在润滑油槽中收集的润滑油中。

28、此外可以规定，所述滑动支承元件构造为多层滑动支承件。多层滑动支承件可以由至少一个支撑层和至少一个滑动层组成或具有至少一个滑动层，其中，滑动层至少在工作面的表面区域内具有至少75hv(0.001)、尤其是至少110hv(0.001)的维氏硬度。通过滑动层至少在表面区域中构造有一定的最小硬度，可以降低磨损，所述磨损作为滑动支承件的限制使用寿命的因素。与用于风力发电设备的传统滑动支承件系统不同，已经表明，对于多层滑动支承件的根据本发明的应用，有利的是，使用相应硬的表面材料，而在传统滑动支承件系统中得出的是，必须使用软的支承材料，以便在风力发电设备运行期间应对混合摩擦和弹性变形，这导致相应大的尺寸和流体动力学损失。

29、尤其可以规定，滑动支承元件的滑动面和密封件的密封面具有类似的结构。

30、优选地，滑动支承元件的滑动面和/或密封面包括选自如下组的材料，该组包括铝基合金、铋基合金、银基合金、润滑漆。尤其是这种耐磨的并且在摩擦学上特别有效的材料在具有高功率密度的风力发电设备中被证明是特别有利的。令人惊讶地，尤其是润滑漆可以很好地用作滑动层，尽管该润滑漆具有约25hv(0.001)至60hv(0.001)的维氏硬度，即明显比上述滑动层更软，其中，这里通过添加相应的硬颗粒可以实现硬度的提高。

31、此外存在的可能性是，在滑动支承元件的滑动面和/或密封面上布置有基于聚合物的磨合层，以便由此在密封元件磨合期间实现密封面与密封元件的更好的适配性。

32、作为润滑漆，例如可以使用聚四氟乙烯、含氟树脂(例如全氟烷氧基共聚物)、聚氟烷氧基-聚四氟乙烯共聚物、乙烯四氟乙烯、聚氯三氟乙烯、氟化乙烯-丙烯共聚物、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、交替共聚物、无规共聚物(例如全氟乙烯丙烯、聚酯酰亚胺、双马来酰亚胺)、聚酰亚胺树脂(例如碳硼亚胺、芳族聚酰亚胺树脂)、无氢聚酰亚胺树脂、聚三苯甲基苯乙酰亚胺、聚酰胺酰亚胺(尤其是芳族、聚芳醚酰亚胺，必要时用异氰酸酯改性)、聚醚酰亚胺(必要时用异氰酸酯改性)、树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚酰胺6、聚酰胺66、聚甲醛、硅树脂、聚芳基醚、聚芳基酮、聚芳基醚酮、聚芳基醚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酮、聚偏二氟乙烯、聚硫醚、亚芳基硫醚、聚三苯甲基苯乙酰亚胺、聚酯酰亚胺、聚芳基硫醚、聚乙烯基硫醚、聚苯硫醚、聚砜、聚醚砜、聚芳基砜、聚芳氧基、聚芳基硫醚、以及它们的共聚物。

33、此外可以规定，滑动支承元件在其滑动面上包括聚合物层，其中，所述聚合物层具有固体润滑剂颗粒和金属氧化物颗粒，并且所述聚合物层作为聚合物仅具有聚酰亚胺聚合物或聚酰胺酰亚胺聚合物或其混合物，其中，所述金属氧化物颗粒选自于包含钒酸铋、铬-锑-金红石及其混合物的组。令人惊讶地发现，当使用钒酸铋或铬-锑-金红石或其混合物作为金属氧化物颗粒时，具有作为主要的结构特征中的一个结构特征的酰亚胺基的聚合物表现出在磨损方面不可预见的改善以及破裂倾向的减小。据推测，这可以归因于，由于酰亚胺基的反应性，由于形成聚合物层的基质的聚合物的与氮原子相邻的两个氧原子以及由此导致的在聚合物链中的电荷移动，钒酸铋或铬-锑-金红石经由其阴离子或阳离子电荷载体所进行的结合被改善，由此聚合物基质增强到非预期的程度。因此不仅可以如由现有技术已知的那样构造磨合层，而且因此在滑动支承元件正常运行时在磨合后与相应的滑动副接触的滑动层本身也可以由聚合物层制造以用于滑动支承元件的特殊的高负荷应用。尤其是通过上述构造可以令人惊讶地实现良好的干式运行性能，这在液力滑动支承件中为了保持长的使用寿命是绝对必要的。

34、根据滑动支承元件的实施变型方案，优选地规定，金属氧化物颗粒以选自2重量％至13重量％的总份额包含在聚合物层中。在所执行的测试的过程中已经发现，虽然在该金属氧化物颗粒的比例小于2重量％时可以观察到聚合物层的摩擦学性能的改善，但是从2重量％的份额起可以明显改善聚合物层的耐久性，由此具有这些最小份额的金属氧化物颗粒的聚合物层具有更好的用作滑动支承件的滑动层的适用性。另一方面，在大于13重量％的份额下，聚合物层的承载能力下降至不利地影响聚合物层作为滑动层的使用的程度。

35、此外可以规定，钒酸铋包含钨和/或钼的氧化添加物。这两种金属也存在于典型的固体润滑剂中，例如mos2或ws2，所述固体润滑剂已知地用于滑动支承件中的这种聚合物层中。因此，不仅可以改善金属氧化物颗粒在聚合物基质中的结合，而且由此也可以改善关于所使用的固体润滑剂颗粒的材料相容性。此外，然而由此也可以改善聚合物层的润滑能力，只要在滑动支承元件的运行中在升高的温度下即使由这些添加物自身与润滑油的硫化物成分也可以可能再次形成固体润滑剂颗粒即可。

36、根据另一个实施变型方案，对此可以规定，氧化钨和/或氧化钼在钒酸铋中的总份额选自5重量％至20重量％的范围。在小于5重量％的份额下，虽然可以实现聚合物层的摩擦学特性的一定改善，但是在一定程度上，使用具有这些添加物的钒酸铋在经济上是不合理的。在份额大于20重量％的情况下，没有观察到聚合物层的摩擦学特性的进一步改善。

37、氧化锑在铬-锑-金红石中的份额优选地选自5重量％至14重量％的范围。氧化锑用于增强聚合物基质的用途在现有技术中是已知的。作为用于金红石的添加物，锑离子在金红石结构内引起电荷畸变，由此能够改善金属氧化物颗粒结合到聚合物基质中。在氧化锑在铬-锑-金红石中的份额在所述范围外时，要么仅观察到聚合物层相比于具有纯tio2的聚合物层的摩擦学特性有轻微改善(在较小的份额下)，要么聚合物层变得太硬(在较高的份额下)。

38、此外可以规定，氧化铬在铬-锑-金红石中的份额选自1重量％至8重量％的范围。同样由现有技术已知使用氧化铬来增强聚合物基质。然而，作为金红石的氧化添加物，令人惊讶地观察到这种效果的显着改善，该效果超出了单独添加氧化铬所预期的范围。据推测，这种效果的提高同样归因于铬的氧化添加物更好地结合到聚合物基质中，由此聚合物基质的强化更直接作用于聚合物链。同样如上关于钼和钨所述，虽然在1重量％以下观察到铬的氧化添加物的效果，但是按照有利于添加不含铬的氧化添加物的纯金红石的程度。如果这些添加物的份额超过8重量％，聚合物基质将变得太硬，这就会使滑动支承元件的整个摩擦学变差。

39、优选地，超过铬-锑-金红石中铬和锑的总份额的50原子％的sb5+离子和cr2+离子占据ti3+的晶格位置，并且因此部分地代替它。已知理想的金红石结构仅具有八面体配位的钛原子。这种理想化的结构的特征在于ti4+离子和o2离子。然而，在金红石的实际结构中，ti3+和ti5+例如由于表面缺陷而出现。在此，多于50原子％的ti3+位置被铬和锑占据的优点是，在这种晶格位置上显然可以实现铬-锑-金红石到聚合物结构的改善的结合。

40、此外可以规定，在铬-锑-金红石中的锑和铬以彼此间的比例存在，该比例选自1.5∶1至3：1的范围。该作用的确切机制还没有被完全清楚地阐明。然而，在试验中，该混合比已显示为特别有利的。

41、根据滑动支承元件的另一实施变型方案可以规定，至少60％的金属氧化物颗粒的份额(基于聚合物层中的金属氧化物颗粒的总份额)具有最多500nm的最大粒度。尽管可以使用金属氧化物颗粒来增强具有本发明技术领域中常规粒度的聚合物基质，但是已经发现，使用最大粒度为500nm的金属氧化物颗粒具有以下优点，即这些金属氧化物颗粒在其周围环境中影响聚合物链的取向，并且由此影响聚合物本身的结构。因此，金属氧化物颗粒除了它们用于增强聚合物基质的直接作用外，还具有对聚合物结构的间接作用。由此可以有针对性地改变聚合物的强度。

42、可以进一步规定，金属氧化物颗粒和/或固体润滑剂颗粒的至少一部分具有表面改性。通过这种表面改性，颗粒与聚合物基质的彼此作用并且因此它们在聚合物层内的作用可以受到影响并且可以在宽的范围内被设定。

43、优选地，表面改性在此选自包括硅烷化、硅氧烷化、环氧化、胺化、等离子体活化、电子束活化的组。尤其是，通过这些反应在颗粒表面上产生的官能团或配体具有的优点是，由此可以更简单地在没有起始材料的附聚物形成的情况下将颗粒混合以制造聚合物层，由此能够改善颗粒在混合物中和因此在聚合物层中的至少近似均匀的分布。通过颗粒的这种至少近似均匀的分布，可以使颗粒在聚合物层中的效果均匀化。此外，颗粒与聚合物基质的结合也因此得到改善。

44、根据滑动支承元件的实施变型方案，聚合物层优选地仅由聚酰胺酰亚胺、固体润滑剂颗粒和金属氧化物颗粒组成，由此能够简化聚合物层的制造。此外，可以减少添加到聚合物前体中的聚合物层的成分彼此之间可能出现的彼此作用，由此可以改善成分的朝向待支承的滑动副方向的有效性。

45、关于聚合物基质的增强，进一步证明有利的是，固体润滑剂颗粒的份额与金属氧化物颗粒的份额选自5：1至12：1的范围。

46、在聚合物层的优选的实施变型方案中，该聚合物层构造为滑动层，从而支承元件因而不需要另外的金属滑动层并且因此该支承元件可以更简单地构造。

47、此外，适当的可以是，密封元件构造为轴向密封件，所述轴向密封件布置在机舱壳体的端侧和转子毂部的端侧之间。

48、在备选方案中可以规定，密封元件构造为径向密封件，所述径向密封件布置在机舱壳体和转子毂部之间和/或布置在机舱壳体和转子轴之间。

49、此外可以规定，密封元件被构造为滑动环密封件。尤其，借助于滑动环密封件能够实现用于密封机舱的良好的密封效果。

50、也有利的是一种表现形式，根据该表现形式可以规定，密封元件包括至少两个节段，所述至少两个节段能沿径向方向套到转子轴上。这带来的优点是，密封元件可以简单地更换，而不必拆卸转子轴。转子轴维护的这种简化尤其可以通过以下方式实现，即，密封元件不是完全闭合，而是具有分段的结构，并且因此可以被打开，以便能够将该密封元件径向地套到轴上。

51、根据改进方案可能的是，密封元件可以构造为迷宫式密封件。尤其是迷宫式密封件在当前的使用情况下可以具有长的使用寿命，并且尤其是当密封元件不浸入到润滑油槽中时也具有足够的密封效果。

52、此外适当的可以是，迷宫式密封件具有回流部，该回流部引导到润滑油槽中。通过该措施，能够尽可能地避免从机舱中不期望的润滑剂逸出。回流部例如可以以孔的形式实现，该孔从密封迷宫的凹部沿朝润滑油槽的方向引导。然而，回流部也可以通过如下方式形成，即，迷宫上的靠近润滑油槽的内壁比迷宫上的远离润滑油槽的外壁更低。

53、此外可以规定，密封元件接纳在机舱壳体中并且转子毂部能相对于密封元件扭转。尤其是这样构造的密封件或密封件的这样构造的安装情况导致密封元件的尽可能小的磨损。由此，能够提高密封元件的耐久性。

54、此外可以规定，密封元件接触密封面，该密封面可以相对于密封元件运动，其中，所述密封面具有润滑漆涂层。尤其是在密封元件的这种结构中可以提高风力发电设备的耐久性。

55、根据特别的表现形式可能的是，在转子毂部上或在转子轴上布置滑动套筒，该滑动套筒与密封元件共同作用。尤其在使用滑动套筒时，可以提高密封元件的耐久性。

56、根据有利的改进方案可以规定，在转子轴上构造有以切槽或突起形式的油滴落元件。通过这些措施可以实现，可以改善密封元件的密封效果。

57、尤其有利的可以是，构造两个轴向彼此间隔开的密封元件。因此，沿旋转轴线的轴向方向观察，润滑油槽能够沿两个方向密封，以便在一侧上防止润滑油从机舱中逸出并且在第二侧上将润滑油在机舱壳体中结合在润滑油槽的区域中。

58、此外可以规定，在机舱壳体和转子毂部之间和/或在机舱壳体和转子轴之间构造有密封元件。

59、压力增大装置在本文的意义中是这样的装置，该装置被构造成通过外部能量供应来增大润滑油的压力。这种压力增大装置例如是液压泵。

60、在本文的意义中，机舱除了机舱壳体外也包括转子毂部和用于支承转子毂部的转子支承装置。

61、所述内部的环形元件或者所述外部的环形元件可以分别构造为独立的构件，所述独立的构件能够与转子毂部或转子轴或者与机舱壳体耦联。备选于此地也可以考虑，所述内部的环形元件构造为转子毂部或转子轴的集成的组成部分。备选于此地也可以考虑，所述外部的环形元件构造为转子毂部或转子轴的集成的组成部分。备选于此地也可以考虑，所述内部的环形元件构造为机舱壳体的集成的组成部分。备选于此地也可以考虑，所述外部的环形元件构造为机舱壳体的集成的组成部分。