CN104081048A - 风力发电设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力发电设备，包括：转子和发电机，在所述转子与所述发电机之间设置有行星齿轮装置(1)，该行星齿轮装置与转子和发电机作用连接，其中，行星齿轮装置(1)具有至少一个行星齿轮(4)、至少一个行星销(7)和一个行星架(8)，行星齿轮(4)设置在行星销(7)上。在行星销(7)与行星架(8)之间设置有至少一个滑动轴承(15，16)，并且行星齿轮(4)与行星销(7)不可相对旋转地连接。

Description

风力发电设备

技术领域

本发明涉及一种风力发电设备，其包括：转子和发电机，在所述转子与所述发电机之间设置有一个行星齿轮装置，该行星齿轮装置与转子和发电机作用连接，其中，该行星齿轮装置具有至少一个行星齿轮、至少一个行星销和一个行星架，并且行星齿轮设置在行星销上。

背景技术

如由DE10260132A1已知的那样，用于产生电流的风力发电设备的行星齿轮装置用于将风力发电设备的转子的较低的转速转换为发电机转子的较高的转速。通常在如这同样在DE10260132A1中介绍的那样，这样的行星齿轮装置中使用滚动轴承作为用于行星齿轮用的支承元件。但是现有技术也将滑动轴承作为支承元件加以介绍，例如EP1544504A2或AT509624A1。

特别是在多兆瓦功率范围内的风力发电设备传动机构(Windgetriebe)的行星架的高弹性形变，与环绕的作用点共同作用导致滚动轴承的所谓的轴承外圈移动。甚至利用行星齿轮的内径很高程度地覆盖轴承外圈也不能避免这个相对运动并且经常通过放弃使用轴承外圈和将行星孔(Planetenbohrung)构造为滚动体滚工作面加以解决。

在使用滑动轴承的实施形式中，这样的解决方案实际上是不可能的，至少是不实用的。这个问题的解决方法即意味着行星孔的直接涂层。实际上这在用于使行星齿轮硬化的必要的热处理方面失败了，因此所有众所周知的金属的和合成的轴承材料排除在外。另外，由于行星齿轮的大的壁厚，在利用金属材料的旋转法(Rotationsverfahren)中行星孔的浇铸是成问题的。特别是直接涂层还形成物流问题，这是因为风力发电设备传动机构的行星齿轮通常每个行星齿轮具有数百千克。

在AT509624A1中描述到：多层滑动轴承的径向可移动性是可能的，因此也可以构造有边缘梁(Kantentraeger)。这通过一个硬质的滑动层和在必要时磨合层得以补偿或者支撑。

发明内容

本发明的目的是，改进风力发电设备的装备有滑动轴承的行星齿轮装置内的滑动支承。

这个目的在文首述及的风力发电设备中通过如下方式得以实现：在行星销与行星架之间设置有至少一个滑动轴承，并且行星齿轮与行星销不可相对旋转地连接。

由于滑动轴承设置在行星销与行星架之间，所以行星齿轮不需要支承在行星销上。因此实现了：滑动轴承位于可环绕变形的行星齿轮的影响范围以外，通过这种方式避免了行星齿轮在滑动轴承上的“行走效应”。这即使在滑动轴承的高负荷的情况下也确保滑动轴承在行星架中的可靠的位置。通过这种方式可以避免滑动轴承的旋转和/或轴向移动。另外，如果使用两个沿轴向方向彼此间隔开的滑动轴承，那么由于较大的轴承间隔由过载区域内的倾翻力矩导致的巨大的棱边负荷通过滑动轴承的这种设置结构而能够得到明显降低。

根据一种实施变型规定：行星销与行星齿轮构造成一个整体。因此可以使行星齿轮装置承受更高的负载，这是因为通过避开行星齿轮与行星销之间的分开的连接排除了可能的断裂部位。

但是另一方面还可能的是：行星销构造成多件式的并且具有中心部件以及第一和第二侧面部件，并且所述中心部件由行星齿轮构成。这种实施变型与前述单件式的实施变型相比具有的优点是：行星齿轮的制造更加简单并且两个侧面部件具有较小的重量，这样对它们的处理能够更加简单，例如在其上涂敷涂层。

为了避免或者减少行星齿轮的轴向可运动性可以规定：在至少一个滑动轴承与行星齿轮之间设置有挡盘。由此可能的是：行星齿轮贴靠在滑动轴承的侧面上，从而在使用两个相对彼此设置有轴向间距的滑动轴承的情况下行星齿轮可以定位在滑动轴承之间并且由此沿轴向方向具有较小的可运动性。

如已经述及的那样存在的可能性是：至少一个滑动轴承构造成直接在行星销或行星架上的滑动涂层。特别是在此优选行星销的涂层，这是因为与行星架相比，对这个行星销的处理会更加简单。利用这种实施变型能够进一步提高前述效果，这是因为没有单独的滑动轴承，因此也不必构造连接区域。

但是另一方面也有的可能性是：行星架构造成多件式的并且具有外部部件以及内部部件，该内部部件与行星销邻接地设置，并且至少一个滑动轴承由行星架的内部部件构成。利用行星架在多个构件上的这样的分配实现了：可以放弃附加的滑动轴承，这是因为行星架本身可以承担滑动支承的任务。另外，由此实现了减轻重量。在此另外的优点是：行星架的内部部件在必要时可以更换或重新涂层。因此也可以在动液压地滑动支承的情况下将涂层构造得比较薄，通过这种方式同样可以减轻重量。通过减轻重量的总和可实现行星齿轮支承机构的较小的机械负荷，因此尽管是动液压的运行方式，滑动轴承也可以具有较长的使用寿命。

根据一种实施变型规定：至少一个内部部件与外部部件连接。由此避免滑动支承装置相对行星架的外部部件的相对运动，通过这种方式能够更好地避免由于倾翻力矩导致的峰值负荷并且由此避免对滑动支承装置造成的可能的毁坏。

在此可以规定：至少一个内部部件与外部部件的连接通过连接元件构成，该连接元件具有其轴向方向的最大尺寸。由此可实现滑动轴承的局部峰值负荷的进一步降低，这是因为由此由倾翻力矩作用到轴承上的力仅仅沿着轴向方向通过连接元件传递。

根据另一种实施变型可以规定：作为对前述连接方法的补充或备选，内部部件与外部部件形状锁合地连接。由此可实现更好的力传递。另外，通过形状锁合连接元件事先给定正确的定位，由此形状锁合连接元件还可以用于辅助将内部部件安装在外部部件上。如在滑动轴承技术中本身众所周知的那样，这特别是对于分离的轴承套，即例如滑动轴承半轴瓦或滑动轴承弓形段来说具有优点，如果它们以由不同的材料构成的两个半轴瓦或弓形段的形式存在的话。在这种情况下，为负载较高的下部的半体使用与负载较小的、上部的轴承半体中不同的、特别是较硬的材料。

在优选的实施变型中，滑动轴承构造成滑动轴套，其理由是因为与半轴瓦或弓形段相比需要较少的连接部位，所以滑动支承装置在行星架中的连接可以构造得更加简单。

附图说明

为了更好地理解本发明，参照下列的附图来进一步阐述本发明。

分别在示意性简化的附图中：

图1示出行星齿轮装置形式的传动机构的侧面剖视图；

图2示出行星齿轮的一部分的剖视图；

图3示出一种实施变型的行星齿轮的一部分的剖视图；

图4示出另一种实施变型的行星齿轮的一部分的剖视图。

具体实施方式

作为引言首先要说明的是：在不同描述的实施方式中，为相同的部件设置相同的附图标记或者相同的构件名称，其中在说明书全文中所包含的公开内容都可以按照意义转用到设有相同附图标记或者相同构件名称的相同的部件上。再者，在说明书中所选择的位置说明，诸如上、下、侧边等等，与直接描述以及示出的附图相关，并且当位置发生变化时，可以按照意义转用到新的位置。

图1示出的是用于风力发电设备的、形式为简单的行星齿轮装置1的传动机构的侧面剖视图。

众所周知，风力发电设备包括塔体，在该塔体的上端部设置有吊舱，在该吊舱中支承有带转子叶片的转子。该转子经由行星齿轮装置1而与同样位于吊舱内的发电机作用连接，其中经由行星齿轮装置1，转子的低转速转换为发电机转子的较高的转速。由于风力发电设备的这种结构属于现有技术，在此请参阅有关文献。

行星齿轮装置1具有太阳轮2，该太阳轮与通向发电机转子的轴3不可相对旋转地连接。太阳轮2被多个、例如两个、优选三个或四个行星齿轮4环绕。不仅太阳轮2而且行星齿轮4都具有正齿(Stirnverzahnung)5、6，这些正齿彼此啮合，这些正齿5、6在图1中用交叉表明。行星齿轮4支承在由行星销7构成的轴、所谓的行星轴上。这些行星销7作为单独的构件插入行星架8的孔中。在行星齿轮4上设置有内齿轮9，该内齿轮在内部表面上同样至少部分地具有齿10，该齿与行星齿轮4的正齿6啮合。内齿轮9与风力发电设备的转子的转子轴11不可相对旋转地连接。正齿5、6或者齿10可以构造成直齿或斜齿。

由于这样的行星齿轮装置1按照原理同样已经由现有技术已知、例如由前面引用的属于现有技术的文献已知，因此在此省略进一步的说明。然而需要指出的是：在本发明的范围内不只可以是行星齿轮装置1的单级结构，而且还可以是多级、例如两极或三级结构，为此在至少一个行星齿轮4中可以整合有另外的正齿轮级。

需要指出的是：在下文中在行星齿轮4方面使用单数。但是不言而喻，本发明可应用在这样的行星齿轮装置1的所有的行星齿轮4上并且在优选的实施形式中所有的行星齿轮按照本发明构造。

图2示出的是行星齿轮装置1的一部分呢。示出的是行星齿轮4、行星销7以及行星架8的对于本发明来说重要的部分。

行星销7与行星齿轮4不可相对旋转地连接，例如借助压配合或通过焊接等，并且两侧支承在行星架8中。为此在行星销7的第一端部区域12中和第二端部区域13中在行星销7与行星架8之间分别设置有至少一个滑动轴承15、16，所述第二端部区域沿着行星销7的纵向中心轴线14沿轴向方向与所述第一端部区域12相对置。

优选滑动轴承15、16构造成多层滑动轴承。多层滑动轴承原则上可以构造成滑动轴承半轴瓦或者滑动轴承弓形板(Gleitlagerssegmente)的形式。在此，滑动轴承半轴瓦覆盖至少接近180°的角区域，而滑动轴承弓形板则覆盖与此不同的角区域、例如120°或90°，就是说因而设置有多于两个的滑动轴承弓形板。然而优选多层滑动轴承构造成滑动轴套，就是说行星滑动轴套，该行星滑动轴套与行星销7不可相对旋转地连接，例如通过压配合或通过其它适合的方法。滑动轴承半轴瓦或者滑动轴承弓形板与此相反可以容纳在构造在行星销7上的相应的轴承座中，如这本身在滑动轴承中已知的那样。

多层滑动轴承包括至少一层支撑层17和至少一层滑动层18，该滑动层涂覆在支撑层17上(在图2中仅仅在左侧的滑动轴承15上示出)。在此，滑动层18构成用于行星架8的工作面。

除了多层滑动轴承的这种两层的结构之外，还存在的可能性是：在滑动层18与支撑层17之间设置中间层，例如轴承合金层和/或至少一层联结层和/或一层防扩散层。

用于轴承合金层的实例：

铝基的轴承合金，特别是：

AlSn6CuNi、AlSn20Cu、AlSi4Cd、AlCd3CuNi、AlSi11Cu、AlSn6Cu、AlSn40、AlSn25CuMn、AlSi11CuMgNi；

铜基的轴承合金，特别是：

CuSn10、CuAl10Fe5Ni5、CuZn31Si1、CuPb24Sn2、CuSn8Bi10；

锡基的轴承合金，特别是：

SnSb8Cu4、SnSb12Cu6Pb。

还可以使用与所列轴承合金不同的镍合金基、银合金基、铁合金基或铬合金基的轴承合金。

联结层或防扩散层例如可以由铝层、锡层、铜层、镍层、银层或它们的合金、特别是二元合金构成。

优选支撑层17本身由硬质的和均质的、优选选自包括Cu-Zn-合金，例如CuZn31Si、CuSnZn的一个组的轴承母材、由AlZn合金或CuAl合金、钢材构成，其中这些合金可以具有总份额最大为10重量％的其它元素如Si、Mg、Mn、Ni、Zr、Ti、Fe、Cr、Mo。

滑动层18优选由选自包括Al基、AlZn基、AlSi基、AlSnSi基、CuAl基、CuSn基、CuZn基、CuSnZn基、CuZnSn基、CuBi基、Bi基、Ag基、AlBi基的合金、润滑涂层(Gleitlacke)的一个组的材料构成。

用于滑动层18的优选合金的实例为AlSn20Cu、AlZn4Si3、AlZnSi4.5。

作为润滑涂层可以使用现有技术中对于这个应用来说众所周知的树脂或者树脂配方(Harzformulierung)。

优选干燥状态中的润滑涂层由40重量％至45重量％的MoS2、20重量％至25重量％的石墨和30重量％至40重量％的聚酰胺亚胺(Polyamidimid)组成，其中在必要时在润滑涂层中还可以含有份额为总和最大在20重量％的硬质颗粒，诸如氧化物、氮化物或碳化物，这些硬质颗粒代替固体润滑剂的份额。

另外还存在的可能性是：在滑动层18上设置有聚合物基(polymerbasiert)磨合层，诸如所列润滑涂层之一。另一方面存在的可能性是：在滑动层18上还附加地涂敷有硬质层，例如所谓的DLC涂层。例如SiC或C。

本发明的一种优选的实施形式使用无铅的Cu合金、特别是CuZn31Si作为支撑层17，以及AlSn20Cu作为滑动层18。

另外，在优选的实施形式中，滑动层18按照物理气相沉积(PVD)法、特别是按照喷镀法沉积在支撑层17上或中间层上。

在优选的实施方式中，在行星轮4与左侧的滑动轴承15之间以及在行星轮4与右侧的滑动轴承16之间分别设置有挡盘19、20。在这种情况下，这些挡盘19、20可以部分地设置在行星齿轮4的各一个凹部21、22中，这些凹部在行星齿轮4上在与行星销7的连接区域中通过行星齿轮4的较小的轴向宽度构成。挡盘19、20分别直接贴靠在滑动轴承15或16之一和行星齿轮4上。

尽管图2示出两个滑动轴承15、16，但是在本发明的范围内也存在的可能性是：在行星齿轮装置1中为每个行星齿轮4设置多于两个的这样的滑动轴承15、16，例如通过在行星齿轮4的至少一侧上设置两个沿着轴向方向并列的滑动轴承15或16。换言之，就是说每个行星齿轮4可以设置至少两个滑动轴承15、16。

图3示出的是左侧滑动轴承15的区域中的行星齿轮装置1的一种实施变型的细部，这种实施变型同样可以应用到右侧滑动轴承16(图2)上。

行星架8由外部部件23和至少一个内部部件24构成或者包括外部部件以及至少一个内部部件。

在这种情况下，行星架8的外部部件23是沿着行星架8的径向方向设置在外侧的、就是说至少部分地设置在至少一个内部部件24的上侧的那个构件。因此行星架8的内部部件24理解为沿着径向方向至少部分地设置在外部部件23的内侧、就是说下侧的那个构件。行星架8通过至少一个内部部件24贴靠在行星销7上。与此相反，外部部件23不与行星销7接触。

内部部件24构造成与外部部件23分离，就是说不与这个外部部件构造成一个整体。

内部部件24构成按照图2的滑动轴承15。在此，支撑层17由内部部件23本身构成，使得内部部件24只须至少具有滑动层18。但是作为对滑动层18的补充，为了构成多层滑动轴承也可以设置其它前述的层、特别是轴承合金层。

内部部件24优选与外部部件23连接。特别是为此使用至少一个连接元件25，该连接元件具有它的行星销7的径向方向的最大尺寸。所述至少一个连接元件20例如可以是铆钉。在优选的实施变型中连接元件20由螺栓构成。

螺栓可以是简单的螺栓。但是也可以使用带有自锁螺纹的螺栓或者带有多头螺纹的螺栓。

为了使内部部件24更好地连接到外部部件23上，外部部件23可以具有沿着径向方向向内指向行星销8的接桥26，所述至少一个内部部件24贴靠在该接桥上。优选这个接桥26如下构造，即，它部分地沿着径向方向置于内部部件24上。为此根据另一实施变型可以规定：内部部件24具有沿着径向方向外指的接桥27，利用该接桥，所述至少一个内部部件24贴靠在外部部件23上、特别是外部部件23的接桥26上。如从图3中可看到的那样，内部部件24的贴合面28与外部部件24的贴靠在这个贴合面上的贴合面29在这种情况下至少几乎垂直地或者垂直地定向。

为了改善连接可以规定：内部部件24的贴合面28和/或外部部件23的贴合面29至少局部地被粗糙化和/或至少局部地设置增加摩擦的层。作为增加摩擦的层例如可以使用粘合剂层或树脂层，例如酚醛树脂或丙烯酸树脂，在该层中添入硬质颗粒，诸如氧化物、氮化物或过渡金属的碳化物或金刚砂等，这些硬质颗粒优选从层表面中凸出，这样它们在内部部件24与外部部件23连接时压入到相应另外的贴合面28或29内。

作为备选或补充，行星架8的两个构件也可以通过个形状锁合连接元件连接，该形状锁合连接元件设置在内部部件24上、特别是在该内部部件24的接桥27上，并且该形状锁合连接元件优选从内部部件24的贴合面28上凸出。为此外部部件23、特别是该外部部件23的接桥26具有相应的凹窝，所述形状锁合连接元件插入到该凹窝中。在此，凹窝的横截面在它的尺寸方面与形状锁合连接元件的横截面相匹配，就是说，两个横截面几乎大小相同，其中凹窝的横截面略微大于形状锁合连接元件的横截面(分别沿相同的方向观察)。

原则上所述形状锁合连接元件可以具有每种任意的形状，其中也可以是具有至少一个侧凹部的形状。例如形状锁合连接元件可以构造成轴头状的或接桥状的。还可能的是：形状锁合连接元件构造成以它的纵向延伸沿着内部部件24的周面的方向延伸。另外，横截面面积可以构造成在俯视图中看的话逐渐变细或者拓宽。

当然不是只可以设置一个形状锁合连接元件25，而是可以在内部部件24的贴合面28和/或外部部件23的贴合面29上分布地构造有多个不连续的形状锁合连接元件。

另外存在的可能性是：内部部件24通过与外部部件23的断裂分离(Bruchtrennung)而制成，在这种情况中断裂部位同样能够起到形状锁合连接元件的作用。

需要指出的是：图3示出的接桥26、27仅仅具有示例性的特征。例如并不是强制性地要求外部部件23的接桥26如图3所示的那样沿轴向方向在构成槽状凹部的情况下构造在外部部件上。更确切地说，这个接桥还可以作为无凹部30的镶嵌件(Absetzung)构造成在外部部件上。

图4示出的是行星齿轮装置1的另一种和可能情况下本身独立的实施方式的细部，其中相同的部件也使用如之前的图1至3中的相同的附图标记或者构件名称。为了避免不必要的重复，参照或者引用之前的图1至3中的详细说明。

图4示出的是行星齿轮4和行星销7。而未示出行星架8。对此例如请参照图2。

在行星齿轮装置1的这种实施变型中，行星销8与行星齿轮4构造成一个整体。在所示出的实施变型中行星销8构造成多件式的并且具有中心部件31以及第一和第二侧面部件32、33，并且所述中心部件31由行星齿轮4构成。

在这种实施变型中，两个侧面部件32、33构成多层滑动轴承，即滑动轴承15和16，其中支撑层又不是由单独的层构成而是由相应的构件本身、即左侧的侧面部件32或者右侧的侧面部件33构成。滑动轴承15、16的多层性可以如前述的那样构成。两个侧面部件32、33至少具有滑动层18。

那就是说在行星齿轮装置1的两种实施变型中，滑动涂层通过将至少滑动层8直接沉积在相应的构件上而制成。例如可以由气相来实施沉积，特别是通过喷镀或电镀等。

两个侧面部件32、33与中心部件31连接，特别是可拆卸地连接，例如通过螺栓34或者通过其它适当的方法。

在一种此外的实施变型中存在的可能性是：行星销7构造成一个整体并且此外与行星齿轮4构造成一个整体，这样它们构成行星齿轮装置4的仅一个唯一的构件。

在所有的实施变型中可以在滑动层18或者滑动涂层中或者在至少滑动涂层的一个层中设置有用于引导润滑剂的通道状的凹部。

在行星齿轮的优选的实施方式中，滑动轴承15、16(也在行星齿轮装置1的构件的直接涂层的情况下)能够在无静液压辅助的情况下纯动液压地运行。由此绝对不需要用于润滑油输送和用于维持静液压压力的油泵或类似装置。在这种纯动液压的方案中油被输送到无负载的轴承侧并且通过行星齿轮4的旋转运动被吸入到轴承中。

各实施例示出行星齿轮装置1的可能的实施变型，在此需要指出的是：各个实施变型还可以彼此之间进行各种不同的组合并且本技术领域技术人员能够基于本发明技术手段的教导来实现这些变型可能性。

最后按规定需要指出的是：为了更好地理解行星齿轮装置1的结构，局部不按照比例地和/或放大地和/或缩小地示出这个行星齿轮装置或其组成部分。

附图标记列表

1         行星齿轮装置

2         太阳轮

3         轴

4         行星齿轮

5         正齿

6         正齿

7         行星销

8         行星架

9         内齿轮

10        齿

11        转子轴

12        端部区域

13        端部区域

14        纵向中心轴线

15        滑动轴承

16        滑动轴承

17        支撑层

18        滑动层

19        挡盘

20        挡盘

21        凹部

22        凹部

23        外部部件

24        内部部件

25        连接元件

26        接桥

27        接桥

28        贴合面

29        贴合面

30        凹部

31        中心部件

32        侧面部件

33        侧面部件

34        螺栓

Claims (10)

1.风力发电设备，包括：转子和发电机，在所述转子与所述发电机之间设置有行星齿轮装置(1)，该行星齿轮装置与转子和发电机作用连接，其中，行星齿轮装置(1)具有至少一个行星齿轮(4)、至少一个行星销(7)和一个行星架(8)，行星齿轮(4)设置在行星销(7)上，其特征在于：在行星销(7)与行星架(8)之间设置有至少一个滑动轴承(15，16)，并且行星齿轮(4)与行星销(7)不可相对旋转地连接。

2.如权利要求1所述的风力发电设备，其特征在于：行星销(7)与行星齿轮(4)构造成一个整体。

3.如权利要求1所述的风力发电设备，其特征在于：行星销(7)构造成多件式的并且具有中心部件(31)以及第一和第二侧面部件(32，33)，并且所述中心部件(31)由行星齿轮(4)构成。

4.如权利要求1至3之任一项所述的风力发电设备，其特征在于：在所述至少一个滑动轴承(15，16)与所述行星齿轮(4)之间设置有挡盘(19，20)。

5.如权利要求1至4之任一项所述的风力发电设备，其特征在于：所述至少一个滑动轴承(15，16)构造成直接在行星销(7)或行星架(8)上的滑动涂层。

6.如权利要求1至4之任一项所述的风力发电设备，其特征在于：行星架(8)构造成多件式的并且具有内部部件(24)以及外部部件(23)，内部部件(24)与行星销(7)邻接地设置，并且所述至少一个滑动轴承(15，16)由行星架(8)的内部部件(24)构成。

7.如权利要求6所述的风力发电设备，其特征在于：内部部件(24)与外部部件(23)连接。

8.如权利要求7所述的风力发电设备，其特征在于：内部部件(24)与外部部件(23)的连接通过连接元件(25)形成，该连接元件具有它的行星齿轮(4)的轴向方向的最大尺寸。

9.如权利要求7或8之任一项所述的风力发电设备，其特征在于：内部部件(24)与外部部件(23)形状锁合地连接。

10.如权利要求1至4和6至9之任一项所述的风力发电设备，其特征在于：所述至少一个滑动轴承(15，16)构造成滑动轴套。