CN101469766A - 具有负重板的行星级的行星架 - Google Patents

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Abstract

具有负重板的行星级的行星架，行星轮能安装在该负重板的两侧，其特征在于：将行星架与其负重板制作为一个整体件。该行星架不需要任何的螺栓、焊接或任意装置来将负重板连接到实际的行星架。负重板与实际行星架之间的连接比在已知的具有分离的负重板的行星架的模型中更坚硬。由于无需将负重板组装在行星架上，从而其中使用行星架的行星齿轮级的生产更快速且相关成本更低。

Description

具有负重板的行星级的行星架
技术领域
本发明涉及一种行星级的行星架，该行星架具有负重板，行星轮能安装在该负重板的两侧。
更具体但不专门地，本发明涉及一种用于风轮机的上述类型的行星架。
背景技术
公知的是在风轮机的技术中，具有一种构造越来越大的风轮机的趋势。
由此，作出了许多尝试来减小风轮机的重量，因为重量越小，结构上的力和张力就越小，因此运行成本明显降低。
在最新形式的风轮机中，很多努力放在集成所有的风轮机部件中，从而获得更紧凑的设计。
例如，在以前的设计中，风轮机的转子轮毂通过轴承完全独立地支撑在机架中。在这种情形下，转子轮毂被连接到完全独立的齿轮箱的输入轴，在该齿轮箱中，转子轮毂的缓慢旋转转换成齿轮箱的输出轴处的快速旋转，该输出轴通常连接到发电机。
由于转子叶片的重量和尺寸，在转子叶片的旋转期间，转子轮毂经常不完全保持在中心，从而转子轮毂经受一些小的偏移。
如果转子轮毂和齿轮箱的输入轴彼此刚性连接，则这些偏移将导致对齿轮箱的损坏。
这就是以前设计中的连接通常是相对柔软类型的原因。
在目前已知的更集成的设计中，转子轮毂直接连接到齿轮箱的输入轴，并且齿轮箱的轴承实际上支承转子轮毂或者在相反的情形中，转子轮毂的轴承支撑齿轮箱的输入轴。
然而，因为在这些设计中转子轮毂和齿轮箱的输入轴必须彼此刚性地连接，所以这些已知设计的缺点在于转子轮毂上的力以及所伴随的变形对齿轮箱具有直接影响。
解决这些变形的已知方案是在行星架上使用负重板。
这种负重板设有轴，由此在负重板的两侧上，行星轮能通过一对轴承安装在每个轴上。
公知的是在不明显地影响齿轮啮合的情况下，这种在行星架上具有负重板的行星齿轮级允许行星架上的例如由于上述变形的少许不对准。
然而，这种具有负重板的行星架的构造在技术上是相当程度的挑战。
特别地，保持支撑行星轮的轴的负重板与行星架的连接是重要的并且很难实现。
经常此连接通过将负重板栓接在行星架上来实现。
这些已知的具有栓接负重板的行星架的缺点在于负重板在行星架上的组装是复杂、耗时的并且需要许多高强度材料，这使该方案相当昂贵。
此外，负重板与行星架之间的螺栓连接在长时期的性能是未知的。
总是具有在一定量的时间之后螺栓变松的风险，从而需要对连接进行定期维护或检查。
这些微小移动能导致对部件的损坏。例如在特定情形中，它能导致部件的典型氧化。
发明内容
本发明的目的在于一种具有负重板的行星架，例如一种在风轮机中使用的行星架，该行星架不表现上述和其它缺点中的一个或多个。
为此目的，本发明涉及一种行星级的行星架，该行星架具有负重板，行星轮能安装在负重板的两侧，由此将行星架与其负重板制造为一个整体件。
根据本发明的这种行星架的优点在于不需要任何的螺栓、焊接或任意装置来将负重板连接到实际的行星架，因为行星架和负重板形成一个工件。
根据本发明的这种行星架的另一优点在于负重板与实际行星架之间的连接比在已知的具有分离的负重板的行星架的模型中更坚硬。
因此，利用根据本发明的行星架，避免了上述与在负重板和行星架之间使用例如螺栓连接相关的风险。
根据本发明的行星架的又一优点在于无需将负重板组装在行星架上，从而其中使用行星架的行星齿轮级的生产更快速且相关成本更低。
按照根据本发明的行星架的优选实施例，行星架被铸造。
根据此实施例的行星架的优点在于：一旦制成用于铸造的模具，能快速地并且在不在车间中进一步加工的情况下生产很大量的这种与其负重板制作为整体件的行星架。
铸造的另一优点在于它是相对廉价的处理。
附图说明
为了更好地显示本发明的特征，在下文中，作为没有任何限制特性的示例，参照附图来描述根据本发明的行星架的实施例的一些优选形式，其中：
图1示意性示出了配备有齿轮单元的风轮机，该齿轮单元包括根据本发明的具有行星架的行星级；
图2在横截面中并以较大的比例示出了由图1中的F2指示的齿轮单元的部分；
图3示出了根据本发明的并由图2中的F3指示的行星架的透视图；以及
图4是示出根据本发明在行星架的处理步骤期间温度随时间的进展的典型曲线。
具体实施方式
图1中所示的典型风轮机1由静支撑结构2构成，短舱3可旋转地安装在该静支撑结构2上，这允许调节风轮机1对于风向的位置。
具有转子轮毂5和转子叶片6的转子4设置在在短舱3中，由此转子轮毂5通过齿轮单元8连接到发电机组7。
如图2中更详细示出的，在此实施例中，齿轮单元8设有行星齿轮级9。
此行星齿轮级9的输入轴10连接到转子轮毂5，在此情形中，输入轴10通过行星齿轮级9的行星架11示出，而输出轴12直接或间接地通过齿轮单元8的其它部件连接到发电机组7(图中未示出)。
行星齿轮级9安装在连接到短舱3(未示出)的机架结构13中。
环形轮14例如通过螺栓或任意的连接装置刚性地连接到机架结构13。
行星架11相对于机架结构13或短舱3以可旋转的方式支撑。
通常，这通过支撑转子轮毂5的主轴承或一组轴承来实现，此轮毂5连接到行星架11。
此外，行星架11设有根据本领域的技术状态已经公知的特定特征件，即负重板15。此负重板15又为多个行星轴16提供支撑。
因此，行星轴16从负重板15的两侧17和18延伸，从而一对行星轮19和20能安装在每个行星轴16上，每对的行星轮20和21位于负重板15的相对侧，分别在侧17和侧18。
每个行星轮19和20通过行星轮轴承21支撑在行星轴16上。
此外，输出轴12设有太阳轮22，该太阳轮22通过与行星轮19和20相互作用来保持输出轴12集中在行星级9的中心。
通常，输出轴12连接到第二行星级或第二平行级(未示出)，由此第二行星级设有轴承，所述轴承相对于机架13以可旋转的方式支撑输出轴12。
公知的是在如同图2的情形中，通过行星轮21和22一方面与静环形轮14以及另一方面与太阳轮22之间的相互作用，将行星架11在输入轴10处相对缓慢的旋转转换成太阳轮22在输出轴12处相对快速的旋转。
在风轮机1的情形中，这意味着由风引起的转子4的缓慢旋转被转换成输出轴12处的旋转，该旋转足够快从而能使发电机7恰当地发挥作用。
还公知的是利用图2的构造，通过将负重板15连接到行星架11并且在转向架15的两侧17和18上设置行星轮18和19，能吸收由转子4的重量和/或转子4上的动载荷引起的齿轮单元8中的一定量的变形。
然而，如在引言中所提及的，在已知的具有负重板的行星架中，实际的行星架11与负重板15之间的连接经常通过将部件栓接在一起来实现，使得组装是耗时且昂贵的。
此外，不知道此螺栓连接在长时期的表现将会如何，由此总是存在某些螺栓将松开的风险。
另一风险在于在负载下总是存在于栓接部件之间的微小的相对移动将导致部件的氧化。
然而，根据本发明，将行星架11与其负重板15制作为一个整体件。
明显的是利用根据本发明的这种具有集成负重板15的行星架11比利用已知类型的具有负重板的行星架获得更加刚硬的结构，由此避免上述的负重板与行星架之间的连接松开以及由彼此微小的相对移动导致的这些部件氧化的风险。
此外，明显的是在根据本发明的行星架11和负重板15的情形中，不再需要组装，从而节省了时间和金钱。
图3以透视图示出了图2的行星架11，其中能清楚地看到根据本发明，行星架11和负重板15形成为一个整体件。
行星轴16能安装在负重板15中的孔23中。
负重板15和行星架11通过作为整体件的组成部分的横梁26连接。
根据本发明的优选实施例，将行星架11与其负重板15铸造为一个整体件。
本发明的此实施例的优点在于生产非常简单。实际上，一旦制造了模具，就能非常快速、容易和较廉价地制造很多工件。
按照根据本发明的行星架11的又一更优选的实施例，行星架11及其负重板15由球墨铸铁也称为球状石墨铸铁制成。
典型的铸铁相当脆。这是由铸铁中碳的高含量导致的。当铸件固化时，此碳的一些沉淀为石墨片，该石墨片增加了裂缝的形成。
在球墨铸铁中，添加所谓的“球化剂”，如镁或铈。这些“球化剂”导致碳沉淀为石墨球而不是石墨片，从而阻碍了裂缝的形成并且金属更有韧性。
使用球墨铸铁的优点在于获得更坚固的整体件，该整体件具有良好的韧性和耐磨性以及与其强度相比的相当有限的重量。
为了更进一步增强行星架11和集成的负重板15的性能，根据本发明，还优选使用奥贝球铁，也称为ADI。
奥贝球铁通过铸造为正常的球墨铸铁而获得，由此它随后经受等温淬火过程，该等温淬火过程显著地改进了它的机械性能，如抗拉强度、屈服强度、疲劳强度、冲击阻力、硬度等。
图4显示了在铸造后的等温淬火过程期间所发生情形的典型曲线。
因此，铸造金属首先快速达到大约900到950℃的温度。在此温度下，获得铁和碳的稳定固溶体，即所谓的γ相铁或奥氏体。
然后在几小时之后将金属突然冷却(淬火)到220与450℃之间的温度，此时开始等温过程，在该等温过程期间，消除材料内的残余应力并允许少许重结晶，从而在损失最小强度的情况下提高韧性。
按照根据本发明的行星架的最优选实施例，行星架11由具有最小1000MPa抗拉强度的奥贝球铁制成，根据Ferrocast ADI标准也称为F-ADI 1000或者根据欧洲标准DIN EN 1564称为EN-GJS-1000-5。
明显的是通过将行星架11和负重板15铸造为一个整体件并随后经过等温淬火过程以便得到具有1000MPa抗拉强度的奥贝球铁，根据本发明的这种行星架11在行星架11与负重板之间具有非常刚硬的连接，该连接仍是足够柔韧的以便防止它在相当大的冲击下发生故障。
本发明决不限于上文所述和附图中所示的实施例，而是在不偏离本发明的范围的情况下，这种行星架11可以不同的形状、材料和尺寸实现。

Claims (6)

1.一种行星级(9)的行星架(11)，所述行星架(11)具有负重板(15)，行星轮(19、20)能安装在所述负重板的两侧(17、18)，其特征在于：将所述行星架(11)与其负重板(15)制作为一个整体件。
2.根据权利要求1所述的行星架(11)，其特征在于：所述行星架是铸造的。
3.根据权利要求2所述的行星架(11)，其特征在于：所述行星架由球墨铸铁也称为球状石墨铸铁制成。
4.根据权利要求3所述的行星架(11)，其特征在于：所述行星架由奥贝球铁也称为ADI制成。
5.根据权利要求4所述的行星架(11)，其特征在于：所述行星架由具有最小1000Mpa的抗拉强度的奥贝球铁制成，所述奥贝球铁根据Ferrocast ADI标准也称为F-ADI1000，或者根据欧洲标准DIN EN 15 64称为EN-GJS-1000-5。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的行星架(11)，其特征在于：所述行星架应用于风轮机(1)的齿轮单元(8)中。
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