CN101482178A

CN101482178A - 润滑系统中使用的密封装置

Info

Publication number: CN101482178A
Application number: CNA2009100029174A
Authority: CN
Inventors: 萨恩斯·德·乌加特·帕特里克; 巴拉尼亚诺·艾特克瑟巴里亚·哈维尔; 维姆·德肯德恩
Original assignee: Hansen Transmissions International NV; Gamesa Innovation and Technology SL
Current assignee: ZF Wind Power Antwerpen NV; Siemens Gamesa Renewable Energy Innovation and Technology SL
Priority date: 2008-01-10
Filing date: 2009-01-12
Publication date: 2009-07-15
Also published as: CA2647558A1; US20090179387A1; AU2009200021A1; EP2078888A1

Abstract

一种用于润滑系统的密封装置，其中润滑液从齿轮单元的静止部件传输到可旋转部件上的需要润滑的元件，该密封装置包括两个密封环，其中两个密封环均与可旋转部件和静止部件接触，腔室在密封环、静止部件和转动部件之间形成，其中在静止部件中和在可旋转部件中设置一个或多个润滑供给通道，在静止部件中的一个或多个润滑供给通道将源连接到腔室，且在可旋转部件中的一个或多个润滑供给通道将腔室连接到待润滑元件。该密封装置能够更好地经受要封闭的旋转部件和静止部件之间的相对大和强烈变化的变形，从而限制润滑液的泄漏并允许更好地控制供给润滑液所需要的压力。

Description

润滑系统中使用的密封装置

技术领域

本发明涉及在润滑系统中使用的密封装置，其中润滑液从齿轮单元的静止部件传输到所述齿轮单元的可旋转部件上的待润滑元件。

背景技术

本发明在所提及类型的应用中尤其重要，在该类型的应用中目前已知的密封装置不能充分发挥作用，所述类型的应用诸如具有非常大的尺寸的应用或其中很难到达可旋转部件上的待润滑元件的应用。

然而，本发明不限于这些应用。

一种典型应用是用于具有行星级的风轮机的齿轮箱的润滑系统，在该典型应用中可以使用根据本发明的密封装置，但并不将本发明限定于此实例，其中润滑油需要从齿轮箱的静止机架传输到待润滑行星轴承，行星轴承位于行星级的可旋转部件(即行星架)上。

基于规模上的经济性，对于具有非常大尺寸的多兆瓦特的风轮机的需求日益增加。

具有140m的直径的转子叶片也不例外。

随着尺寸增长，风轮机不同部件中的张力也由于重量或由于动载荷而增加。

因此，通常必须使用延展性更强的结构材料，该材料允许结构在高载荷下变形，以防止结构由于材料失效而崩裂。

然而，与使用延展性更强的材料相关的问题是，与使用了更刚性的结构相比，结构的不同部件，例如连接到风轮机的转子叶片的行星架以及静止机架经历更大且变化性更强的相对位移，这使得更难获得变形部件之间(即在引用的实例中的行星架和机架之间)的良好密封。

已知密封装置的缺点是它们不适合于其中所发生的变形具有相对大和强烈的变化的应用。

一些已知密封装置的另一缺点是，它们允许润滑液穿过密封装置而重大泄漏。

当通过具有已知尺寸的供给通道将具有已知温度或粘性的润滑液提供到待润滑元件时，能够计算出为了在待润滑元件处获得特定的润滑液流而在供给通道中需要的压力。

当目前已知的密封装置用在具有强烈变化的变形的应用中时，将产生穿过密封装置的相当量的泄漏，所以很难保持对供给通道中的压力的控制，并因此不能保证利用这些已知密封装置将润滑液输送到待润滑元件。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种密封装置，该密封装置能够更好地经受要封闭的旋转部件和静止部件之间的相对大和强烈变化的变形，从而限制润滑液的泄漏并允许更好地控制供给润滑液所需要的压力。

本发明的另一目的是提供一种实际的解决方案，该解决方案易于实施，不需要非常特殊的材料且不昂贵。

在相同情形中的另一典型实例是风轮机的齿轮单元的润滑系统，在该典型的实例中可以使用根据本发明的密封装置且不将本发明限制于此实例，齿轮单元具有一个或多个行星级，由此除了行星轮之外，输入轴和输出轴以及行星级的所有齿轮是共线的。

这种共线的构造目前是非常普通的，因为它们允许紧凑的设计，同时具有良好的传动比，因此实现了总重量的减小。

然而，这些构造的问题是一些部件非常难以到达。

例如，如果行星级的太阳齿轮通过花键连接而安装在轴上，则很难到达此花键连接，因为它位于齿轮的内部部件上，而轴是旋转的。

对于这些应用来说，已知密封装置的缺陷还是在于，密封装置之上存在相当多的泄漏，因此不能保证在供给通道中的压力，该压力为将润滑液输送到难以到达的元件所需的压力。

本发明的目的在于在润滑系统中使用的密封装置，例如用在风轮机中的齿轮单元中，该密封装置不显示上述和其它缺点中的一个或多个。

为了达到此目的，本发明涉及在润滑系统中使用的密封装置，其中润滑液从齿轮单元的静止部件传输到所述齿轮单元的可旋转部件上的待润滑元件，该密封装置包括两个相对于旋转轴线彼此轴向移位的密封环，其中两个密封环均与可旋转部件以及与静止部件相接触，腔室由密封环、静止部件和可旋转部件之间包围的空间所形成，其中在静止部件中和在可旋转部件中提供一个或多个润滑供给通道或孔，一方面，在静止部件中的一个或多个润滑供给通道将润滑液源连接到腔室，而另一方面，在可旋转部件中的一个或多个润滑供给通道将腔室连接到待润滑元件。

显然的是，根据本发明，为了形成多于一个的腔室，可以应用多于两个的密封环。

根据本发明的这种密封装置的优点是，只需要少量密封环来形成腔室，该密封环允许可旋转部件相对于静止部件而密封，因此所提出的解决方案是简单且廉价的。

密封环的另一优点是，可以在所形成的腔室中建立压力，以便具有将润滑液传递到待润滑元件所需的动力。因此，获得了对于供给压力的更好的控制。

依照根据本发明的密封装置的优选实施例，齿轮单元的所述静止部件或所述可旋转部件中的一个部件设置有柱形表面，密封环的内表面或外面安置在该柱形表面上。

优选地，所述静止部件或所述可旋转部件中的另一个部件额外地设置有彼此轴向移位的环形槽，密封环安置在该环形槽中。

这些实施例的优点是，柱形表面和/或环形槽设置有良好接触表面，从而在齿轮单元的环和相关部件之间将不会或几乎不会发生泄漏。

依照根据本发明的密封装置的又一优选实施例，所提到的柱形表面另外地稍微宽于其所支撑的环的厚度。

此实施例的优点是，在环相对于柱形表面相对轴向移位期间，没有失去接触且没有泄漏或几乎没有泄漏发生。

依照根据本发明的密封装置的另一优选实施例，密封环是扁盘形环，每个环与其相应的槽的径向指向的侧壁接触，其中优选的是，环具有稍微小于它们相应的槽的内径的外径。

根据本发明的密封装置的此实施例的优点是，在槽相对于环径向移位期间，保持与侧壁的接触且没有或几乎没有泄漏发生。

此实施例的另一优点是，当腔室中的压力增大时，静止部件和可旋转部件之间的密封变得更好。

事实上，密封环被腔室内的润滑液压力推压到齿轮单元的对应部件上。

附图说明

为了更好地示出本发明的特征，以下参考附图来描述根据本发明的密封装置的实施例的一些优选形式，将其作为没有任何限制性的实例，附图中：

图1示意性地示出了例如风轮机的具有行星齿轮级的齿轮单元的横截面，其中应用根据本发明的密封装置以润滑行星架上的行星轴承；

图2以更大的比例示出了图1中由F2指示的密封装置；

图3示意性地示出了在两根轴和轴中的内部轴承之间具有花键连接的齿轮单元的横截面，其中应用根据本发明的密封装置以润滑花键连接和内部轴承。

具体实施方式

在图1中示出的具有行星齿轮级的齿轮单元1中，输入轴2的相对慢的旋转被转换成输出轴3的相对快的旋转。

例如在风轮机中，输入轴2通常连接到风轮机的转子毂和转子叶片，而输出轴3连接到发电机。

在图1的情形中，输入轴2栓接到行星架4上，该行星架4通过轴承6可旋转地安装在静止机架结构5中，在此情形中，轴承6是集成在齿轮箱1中的主轴承6。

行星架4设置有多个行星轴7，每个行星轴7通过行星轴承9可旋转地支撑行星轮8。

行星轮8与栓接到静止机架结构5的环轮10以及安装到输出轴3上的太阳轮11相互作用，输出轴3通过轴承12可旋转地安装在机架结构5中。

为了润滑行星轴承9，齿轮单元1设置有润滑系统13。

此润滑系统13包括润滑液源14，润滑液从该润滑液源14经由静止机架5中的润滑供给通道15和行星架4中的润滑供给通道16而供给到行星轴承9。

为了能够将润滑液从静止部件(即机架结构5)运送到待润滑元件(即行星轴承9)，该待润滑元件进而位于齿轮单元的旋转部件(即行星架4)上，润滑系统还设置有在静止部件和旋转部件之间的密封装置17。此密封装置17是本发明的主体。

本发明的特征是，密封装置17包括两个相对于旋转轴线AA′彼此轴向移位的密封环18，其中两个密封环18分别与可旋转部件(即行星架4)以及与静止部件(即机架结构5)接触。

因此，腔室19由密封环18、静止机架结构5和可旋转行星架4之间包围的空间所形成。

在静止部件中的润滑供给通道15将润滑液源14连接到腔室19，并且，在行星架中的润滑供给通道16将腔室19连接到行星轴承9。

密封装置17的用途是不言而喻的。当从润滑液源14通过静止润滑供给通道15泵送润滑液时，润滑液进入腔室19。

密封装置17的优点是，当在腔室19中的压力增大时，改进了环18与静止机架结构5和旋转行星架4之间的接触，从而没有泄漏或者只有非常有限量的泄漏。以此方式，腔室19和供给通道15和16中的压力能够被保持且可被更好地控制，这是本发明的目的之一。

依照根据本发明的密封装置17的优选实施例，如在图1和图2中的情形，可旋转行星架4设置有柱形表面20，密封环18的内表面21安置在该柱形表面20上。

但是，在另一实施例中，这种柱形表面20也能够设置在静止机架5上，从而在这种情况下，例如，环18的外表面22置于柱形表面20上。

柱形表面20提供良好的接触表面，从而再次限制泄漏。

进一步，在示出的实例中，所述柱形表面20具有长度L，该长度L稍微大于柱形表面20所支撑的密封环18的厚度B或稍微大于柱形表面20所支撑的环18的组件的总厚度D。

因为环18和柱形表面20的相对轴向移位是可能的且没有接触松弛，从而将没有或几乎没有泄漏发生，所以此特征对于发生大且强烈变化的轴向变形的应用来说非常引人注意。

在图1和图2的情形中，静止机架结构5额外地设有彼此轴向移位的环形槽23，密封环18安置在环形槽23中。

此外，根据本发明的优选实施例，密封环18是扁盘形环，每个环8与其相应的槽23的径向指向的侧壁24接触。

例如，根据本发明的密封环18能够具有活塞环的形状。

如在图1和图2中的情形，根据本发明优选地，环18具有稍微小于它们对应的槽23的内径D′的外径D，从而在槽23相对于环18径向移位期间，与侧壁24的接触被保持且没有引起泄漏或几乎没有泄漏。

在一种应用中，其中在齿轮单元1的静止部件和旋转部件之间的径向方向上发生大且强烈变化的变形，这种密封装置17能够防止润滑液的泄漏，这是本发明的目的之一。

进一步，密封环18优选由耐磨材料制成。

用于密封环18的这种材料的良好候选物为聚酰胺塑料。

图3示出了另一典型应用，其中能够应用根据本发明的密封装置17，即，其中很难到达齿轮单元25的旋转部件上的待润滑元件的应用。

特别地，在图3的情形中，示出了通过花键连接28连接的两根可旋转的轴26和27。

通过轴承29将轴支撑在静止机架30中。

进一步，内部轴承31处于轴的内部。

明显的是，很难到达花键连接28以及内部轴承31，因为它们是可旋转轴26和27的内部部件。然而，此花键连接28和内部轴承31需要被润滑。

如在前述实例中，齿轮单元25因此配备有包括润滑液源(在图3中未示出)的润滑系统32，润滑液从润滑液源分别经由在静止机架30中的润滑供给通道33、34以及在可旋转轴27中的润滑供给通道35、36被提供到花键连接28和内部轴承31。

为了相对于静止机架30而密封可旋转轴26和27，如在图1和图2的实例中一样，润滑系统再次设有根据本发明的密封装置37。

然而，在图3的情形中，密封装置37这次配备有三个密封环38、39和40而不是两个密封环18。

或者，当从另一观点来看图3的密封装置37，能够把它看作由两个与图1和图2的密封装置17相当的密封装置17组成，其中密封环39为两个密封环17共用。

从此观点看到，因为需要更少的材料，所以根据本发明的密封装置37的此实施例更廉价。

图3的密封装置37的使用进一步与图1和图2的密封装置17的使用完全相似。

唯一不同的是，在图3情形中，形成两个腔室41和42：一方面，在密封环38和39、静止机架结构30和可旋转轴27之间形成腔室41，另一方面，在密封环39和40、静止机架结构30和可旋转轴27之间形成腔室42。

因此，在静止机架30中的润滑供给通道33将润滑液源连接到腔室41，并且在可旋转轴27中的润滑供给通道35将腔室41连接到花键连接28。

经由静止机架30中的润滑供给通道34以及腔室42，并进一步经由润滑供给通道36进入可旋转轴27而润滑内部轴承31。

明显的是，图3的实施例给予一种解决方案，该解决方案用于其中齿轮单元的旋转部件上的元件必须被润滑的应用，该元件很难到达。

当然不能排除密封装置17或37的其它实施例，其中使用甚至更多的密封环18或者齿轮单元的其它元件必须被润滑。

本发明绝不限于上述和附图中示出的实施例，而是可以以不同的形状和尺寸实现这种密封装置17或37，而没有偏离本发明的范围。

Claims

1.一种在润滑系统(13、32)中使用的密封装置，其中润滑液从齿轮单元(1、25)的静止部件(5、30)被输送到所述齿轮单元(1、25)的可旋转部件(4、26、27)上的待润滑元件(9、28、31)，其特征在于，所述密封装置(17、37)包括相对于旋转轴线(AA′)彼此轴向移位的两个密封环(18、38—40)，其中两个密封环(18、38—40)均与所述可旋转部件(4、26、27)以及与所述静止部件(5、30)接触，腔室(19、41、42)由在所述密封环(18、38—40)、所述静止部件和所述可旋转部件(4、26、27)之间包围的空间形成，其中在所述静止部件(5、30)中和在所述可旋转部件(4、26、27)中设置一个或多个润滑供给通道(15、16、33—36)或孔，一方面，在所述静止部件(5、30)中的所述一个或多个润滑供给通道或孔将润滑液源(14)连接到所述腔室(19、41、42)，并且另一方面，在所述可旋转部件(4、26、27)中的所述一个或多个润滑供给通道或孔将所述腔室(19、41、42)连接到待润滑元件(9、28、31)。

2.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述静止部件(5、30)或所述可旋转部件(4、26、27)中的一个部件设置有柱形表面(20)，所述密封环(18、38—40)的内表面(21)或外表面(22)安置在该柱形表面(20)上。

3.根据权利要求2所述的密封装置，其特征在于，所述柱形表面(20)的长度(L)稍微大于所述柱形表面(20)所支撑的所述密封环(18、38—40)的厚度(B)，从而在所述密封环(18、38—40)和所述柱形表面(20)的相对轴向移位期间，不失去接触且没有或几乎没有泄漏发生。

4.根据权利要求2或3所述的密封装置，其特征在于，所述静止部件(5、30)或所述可旋转部件(4、26、27)中的另一部件设有彼此轴向移位的环形槽(23)，所述密封环(18、38—40)安置在所述环形槽(23)中。

5.根据权利要求4所述的密封装置，其特征在于，所述密封环(18、38—40)是扁盘形环，每个密封环(18、38—40)与所述密封环(18、38—40)的相应的槽(23)的径向指向的侧壁(24)接触。

6.根据权利要求5所述的密封装置，其特征在于，所述密封环(18、38—40)的外径(D)稍微小于所述密封环(18、38—40)的相应的槽(23)的内径(D′)，从而在所述槽(23)相对于所述密封环(18、38—40)的径向移位期间，保持与所述侧壁(24)的接触且没有或几乎没有引起泄漏。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的密封装置，其特征在于，所述密封环(18、38—40)具有活塞环的形状。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的密封装置，其特征在于，所述密封环(18、38—40)由耐磨材料制成。

9.根据权利要求8所述的密封装置，其特征在于，所述密封环(18、38—40)由聚酰胺塑料制成。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的密封装置，其特征在于，所述密封装置(17、37)应用在包含行星级的齿轮单元(1)中。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的密封装置，其特征在于，所述齿轮单元(1、25)具有基本上共线的输入轴(2、26)和输出轴(3、27)，从而所述输入轴(2、26)和所述输出轴(3、27)具有相同的旋转轴线(AA′)。

12.根据权利要求10或11所述的密封装置，其特征在于，所述可旋转部件是行星架(4)。

13.根据权利要求12所述的密封装置，其特征在于，在所述可旋转部件(4)上的所述待润滑元件是行星轮(8)的轴承(9)。

14.根据前述权利要求中的任一项所述的密封装置，其特征在于，所述可旋转部件(4、26、27)上的所述待润滑元件(9、28、31)是花键连接(28)。

15.根据前述权利要求中的任一项所述的密封装置，其特征在于，所述齿轮单元(1、25)连接到风轮机的转子。