CN104204515A - 传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种传动装置，该传动装置安装在涡轮机和发电机之间的壳体中，该发电机在风力涡轮机的塔的顶部，该传动装置包括齿轮箱以及在该齿轮箱中的主齿轮和小齿轮，该主齿轮安装在主齿轮轴上，该小齿轮与主齿轮的一组齿轮齿啮合。小齿轮安装在小齿轮轴上，小齿轮轴与安装在齿轮箱上的液压泵连接，液压马达驱动发电机。根据本发明，主齿轮轴和转子轴一起形成公共轴，主齿轮轴轴承安装在该公共轴和齿轮箱之间，且至少两个拉杆防止齿轮箱旋转，并使得齿轮箱自由地沿线性方向运动。

Description

传动装置

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的传动装置。这种装置由WO2011011682已知。该文献介绍了一种风力涡轮机驱动系统，该风力涡轮机驱动系统具有：输入齿轮组，该输入齿轮组可与通过风能来旋转的驱动轴连接；以及多个液压回路，这些液压回路置于输入齿轮组和发电机之间。该文献在功能上介绍了输入齿轮组是齿轮箱的一部分。

已知的齿轮箱支承用于齿轮的轴承，且壳体支承该齿轮箱。在尺寸增加(例如叶片的长度增加)的情况下，转子轴承和主齿轮的尺寸也增加，且叶片的转速减小。由于增加的尺寸，用于通过布置在一定距离处的两个轴承来支承转子轴的普通方案不再合适，因为它们导致轴承底座的方案复杂，以便防止由于在多个部件中和在壳体的多个位置处的温度差而引起尺寸的不合适变化。

为了避免在已知设计中的复杂方案，利用单个轴承来支承转子轴。不过，在已知设计中，由于较高负载，将在齿轮箱中产生合适尺寸的尺寸偏差和/或变形，这导致齿轮箱结构的不希望出现的危险。

为了降低或避免这种危险，齿轮箱将根据权利要求1形成。这样，除了重力之外，在齿轮箱上的力都限制为在主齿轮轴和转子轴之间的力矩。通过使用主齿轮轴轴承来固定齿轮箱相对于主齿轮位置的位置将避免壳体或转子主轴承的变形、震荡或任意其它意外运动影响主齿轮与小齿轮的齿啮合，且避免在齿轮上的附加负载。在主齿轮和小齿轮之间的力保留在齿轮箱中，在小齿轮上的力矩转换成液压压力，从而不留下其它力矩或力。拉杆将主齿轮上的力矩导回至壳体中，而不会在齿轮箱上形成任何线性力。这避免了齿轮箱中的任何变形，该变形可能影响齿轮的功能。

根据一个实施例，传动装置将根据权利要求2形成。这样，主齿轮能够传递高得多的力矩，同时在第一组齿轮齿上的齿力等于在第二组齿轮齿上的齿力，但是沿相反方向，因此，只保留形成的力矩，没有作用在支承主齿轮的轴承上形成的负载。齿力使得主齿轮保持在小齿轮之间，这些力通过在齿轮箱中的小齿轮轴承而相互抵消，且小齿轮轴承布置成相互接近，因此变形可忽略。这提高了在主齿轮和小齿轮之间的相互作用的精确性。

根据一个实施例，传动装置将根据权利要求3形成。这样，小齿轮的数目增加，在小齿轮和主齿轮之间的力均匀地分布在主齿轮的周边，因此在主齿轮轴承上没有留下的负载。小齿轮环绕主齿轮等间距地施加小齿轮力，因此，这些力不会导致在齿轮箱上的弯曲力，并避免主齿轮和齿轮箱的弯曲或变形。

根据一个实施例，传动装置将根据权利要求4形成。这样，在齿轮箱的中心有开口，以使得维护人员能够接近和离开转子，因此泵可以处于中心，从而减小空间需求。

根据一个实施例，传动装置将根据权利要求5形成。这样，油密封件各自在外周中包围表面，因此环绕表面的弹簧元件保证密封件的合适作用。

根据一个实施例，传动装置将根据权利要求6形成。这样，大直径的主齿轮具有在形成齿轮本体的衬套的内部和外部上的齿轮齿。主齿轮能够相对于小齿轮沿旋转轴线的方向在齿轮箱中运动。在主齿轮的内部和外部上的齿数可以不同，以使得泵可以有不同的转速。因为泵处于齿轮箱的较大周边处，因此能够增加泵和小齿轮的数目，例如增加至6或8个。

根据一个实施例，传动装置将根据权利要求7形成。这样，主齿轮和小齿轮必须沿主齿轮和小齿轮的旋转轴线的方向精确定位。然后，齿轮以有效方式传递较高负载，泵能够在齿轮箱中，从而降低壳体的尺寸。

根据一个实施例，传动装置将根据权利要求8形成。这样，主齿轮自身定位在小齿轮之间，且小齿轮能够沿小齿轮轴线的轴向方向运动，而并不干扰设置。泵能够在齿轮箱内，从而减小壳体的尺寸。

根据一个实施例，传动装置将根据权利要求9形成。这样，小齿轮的齿轮齿更长地与主齿轮啮合，因此传递的负载能够更高，齿轮运行更平稳。

根据一个实施例，传动装置将根据权利要求10形成。这样，泵很容易接近，壳体的尺寸限制为转子轴承的最大尺寸。

根据一个实施例，传动装置将根据权利要求11形成。这样，泵获得更高转速，且泵能够有更小的冲程容积，因此也更小，同时获得相同容量。

根据一个实施例，传动装置将根据权利要求12形成。这样，从泵流向液压马达的油流量的不规则性被阻尼，且不会干扰发电机的旋转。

根据一个实施例，传动装置将根据权利要求13形成。这样，至少一个小齿轮沿相反方向在主齿轮上施加负载，从而引起在全部小齿轮和主齿轮之间的负载。这在转子停顿和可能往回震荡的情况下防止齿面碰撞，这些碰撞将导致齿面损伤。齿保持在预拉力下，因此避免由于齿面的重复碰撞而引起的损伤。

下面将利用附图借助于一些实施例来阐明本发明。

附图中：

图1表示了风力涡轮机的侧视图；

图2表示了在风力涡轮机的叶片和发电机之间的传动装置的第一实施例的示意图；

图3表示了在风力涡轮机的叶片和发电机之间的传动装置的第二实施例的示意图；

图4表示了在风力涡轮机的叶片和发电机之间的传动装置的第三实施例的示意图；

图5表示了在叶片和发电机之间的传动装置的液压图的示意图；以及

图6表示了具有齿轮箱的壳体的实施例的示意剖视图。

图1表示了安装在塔1上的引擎机舱3。轮毂6安装在引擎机舱3中，且轮毂6能够绕叶片轴4旋转。叶片5附接在轮毂6上。引擎机舱3能够绕摇摆轴2旋转，以使得叶片轴4能够指向主要的风方向。对于由风来发电，装置的尺寸表现为对于经济效益最重要，具有较长叶片的大型风力涡轮机更适合高效发电。由于当通过空气而运动时对叶片5的尖端的最大速度的自然限制，涡轮的转速随着叶片长度增加而降低。对于具有30至80米长度的叶片的风力涡轮机，轮毂6的转速限制在10至25转每分钟。

发电机16布置在引擎机舱3中(见图2和3)，用于发电。发电机16适用于将由叶片5产生的动力转变成电，并以1500转每分钟的最大转速旋转，因此发电机16的尺寸有限。在一些情况下，发电机16适用于3000转每分钟的最大转速。这意味着在发电机16和轮毂6之间的传动装置有在60和150之间的传动比。

图2示意表示了在发电机16和轮毂6之间的传动装置的实施例。用于调节叶片5的倾斜角的叶片调节装置7处于该轮毂中。轮毂6与支承在轴承8中的第一轴9连接。轴承8安装在齿轮箱17中。柱形齿轮10安装在第一轴9上。支承在轴承11中的5个小齿轮12处于齿轮箱17内。小齿轮12与齿轮10啮合，该齿轮10的齿数为小齿轮12的5至10倍之间。在所示实施例中，轮毂6和齿轮10有公共轴9。在其它实施例中，轮毂6和齿轮10有分开的轴，该分开的轴对齐，且它们可以通过联轴器来连接。

泵13与各小齿轮12连接，管线14使得泵13与液压马达15连接。液压马达15驱动发电机16。液压马达15的冲程容积比泵13的冲程容积更小，该泵13的冲程容积能够是2.5dm³，而液压马达的冲程容积例如为1dm³。这样，在5个泵13和液压马达15的转速之间的传动比为12.5。

图3表示了可与根据图2的实施例相当的实施例，其中，小齿轮12的轴垂直于冠齿轮18的轴。小齿轮12的轴指向齿轮箱19的中心，以使得泵布置在齿轮箱19的周边的内部。在所示实施例中，冠齿轮18有轴20，冠齿轮18具有在一侧的轴承。在还一实施例中，冠齿轮18的轴承的直径与冠齿轮18的齿和轮毂6的直径相当，且齿轮箱19为环形，因此泵13布置在该环的内侧。

图4表示了可与图2或3的实施例相当的第三实施例。在图4的实施例中，冠齿轮18在由轴承8支承的环形空心轴20上，轴承8也用作用于轮毂6的空心轴的轴承。齿轮箱19的形状类似于空心环。小齿轮12的旋转轴线与轴20的旋转轴线成角度，且在所示实施例中，泵13布置在齿轮箱19的内侧。

图5表示了简化液压图，表示在泵13和液压泵15之间的连接。一个泵设计为泵/马达22。高压管线21连接液压马达15、泵13和高压蓄能器30的高压侧。低压管线27连接液压马达15、泵13和低压蓄能器29的低压侧。通过阀23和25，泵/马达22的第一进口能够与低压管线27或高压管线21连接。通过阀24和26，泵/马达22的第二进口能够与低压管线27或高压管线21连接。阀28关闭流过液压马达15的油。

控制系统(未示出)控制阀23、24、25、26和28。在正常使用过程中，阀23、24、25和26设置成使得泵/马达22驱动为标准泵。在风很平静的情况下，阀28阻止液压马达15旋转，同时保持在高压蓄能器30和低压蓄能器29之间的压力差。阀23、24、25和26设置成使得泵/马达22驱动为马达，并引起在小齿轮12和齿轮10或冠齿轮18之间的齿力。这样，将防止在齿轮之间的齿游隙，这也意味着没有齿轮侧面的碰撞。这提高了齿轮侧面的耐久性。

实施例表示了具有用于叶片的水平旋转轴线的风力涡轮机。还已知具有竖直旋转轴线的风力涡轮机。如图中所示的实施例能够适用于将叶片的低转速转变成发电机的高转速。

实施例表示了在叶片的旋转轴线和发电机的轴之间的传动有固定值。应当清楚，使得一个或多个泵与在泵和液压马达之间的油流动隔离将导致传动比变化，以使得它更好地适合出现的情况。在发电机16和电网连接件32之间的变换器31将发电机16中产生的AC电流的频率转变成电网连接件32的合适频率。

图6表示了引擎机舱3的实施例的示意剖视图，其中齿轮箱17有在其径向相对侧的两组泵13。在图6中，齿轮箱17的上半部分表示了穿过两个小齿轮12的旋转轴的第一截面。在图6中，齿轮箱17的下半部分表示了与第一截面垂直的第二截面，为了表示泵13。

塔1的顶部有顶部凸缘33。支承壳体35的摇摆轴承34处于该顶部凸缘33上，因此该壳体35能够绕摇摆轴线2旋转。壳体35是引擎机舱3的结构部件，它支承转子轴承36，该转子轴承36有近似水平的转子旋转轴线54。壳体36有增强凸缘50和其它增强件，这些增强件保证转子轴承36在负载情况下足够抗变形。

转子轴承36有密封件(未示出)，以便保证轴承的合适润滑，且盖(未示出)环绕转子轴承36的外周，该盖保证保护转子轴承36和它的密封件防止周围环境。壳体盖51附接在壳体35上，以便产生一空间，发电机16布置在该空间中；该空间有底板和梁、冷却和/或油储罐、油冷却器和用于安装功能的其它设备。它还容纳控制系统52，以便控制各个部件。

转子轴承36支承轮毂轴38和主齿轮轴41，连接板37将转子轴承36固定在主齿轮轴41上。第一冠齿轮42和第二冠齿轮45通过螺栓连接在主齿轮轴41上。轮毂轴38、连接板37、主齿轮轴41、第一冠齿轮42和第二冠齿轮45一起形成由转子轴承36支承的公共轴。在其它实施例中，为了容易装配或其它原因，形成公共轴的部件细分成进一步的部件，或者进行不同细分，或者部件以不同方式组合。

主齿轮轴承43支承齿轮箱壳体46和公共轴，在该实施例中，具体地说，第一冠齿轮42支承主齿轮轴承43。主齿轮轴承43可以合适地允许冠齿轮42、43的轴向运动，这样，这些齿轮自身能够沿轴向方向定位。拉杆55紧固在齿轮箱壳体46上，安装在托架57(该托架57固定抵靠壳体35的内部)上的弹簧56防止拉杆5绕旋转轴线54旋转，并与该拉杆5一起防止齿轮箱壳体46旋转。

密封件44在齿轮箱壳体46和第二冠齿轮之间，密封件40在齿轮箱壳体46和主齿轮轴41之间。密封件40和44安装成使得密封表面在内径上，且密封件40和44能够是防止润滑油流出齿轮箱17的油密封件。

图6表示了与第一冠齿轮42啮合的小齿轮12以及与第二冠齿轮45啮合的小齿轮12。小齿轮轴49使得小齿轮12与泵13连接。泵13有泵壳体，该泵壳体与齿轮箱壳体46连接，且泵壳体支承小齿轮轴轴承49。油管线47连接泵13和液压马达15。液压马达15与发电机16相连，该发电机通过支承件53而安装在引擎机舱3中的框架上。

图6的实施例表示了两个冠齿轮42、45以及四个泵13，这四个泵13安装在齿轮箱17的中心部分中，因此泵13的旋转轴线垂直于转子驱动冠齿轮42、43的旋转轴线。如前所述，代替冠齿轮，锥形齿轮或者具有内部齿和外部齿的柱形轮能够使用，且在转子驱动轮和小齿轮之间的角度能够有在0和90度之间的任何值。在转子驱动轮只有一组齿轮齿的情况下，主齿轮轴承43适合吸收轴向力。

在所示附图中，普通的部件(例如储罐、冷却系统、高压释放阀、用于在低压蓄能器中产生低压的预负载系统、警告和安全系统以及对于液压系统的其它保护装置)未示出，尽管它们在需要时也可使用。还没有表示用于轴承和齿轮的润滑系统，但是根据需要暗示了它们。

Claims (13)

1.一种传动装置，安装在涡轮机和发电机之间的壳体中，该发电机在风力涡轮机的塔的顶部，该传动装置包括齿轮箱以及在该齿轮箱中的主齿轮和小齿轮，该主齿轮安装在主齿轮轴上，该小齿轮与主齿轮的一组齿轮齿啮合，涡轮机包括涡轮机转子，该涡轮机转子有用于风力涡轮机的转子叶片，转子轴支承在转子轴承中，该转子轴承安装在壳体中，小齿轮安装在小齿轮轴上，小齿轮轴轴承将小齿轮轴支承在齿轮箱中，小齿轮轴与安装在齿轮箱上的液压泵连接，液压马达驱动发电机，且高压管线和低压管线连接液压马达和液压泵，其特征在于：主齿轮轴和转子轴一起形成公共轴，主齿轮轴轴承安装在该公共轴和齿轮箱之间，且绕齿轮箱的周边等距间隔开的至少两个拉杆使得齿轮箱与壳体连接，拉杆防止齿轮箱旋转，并使得齿轮箱自由地沿线性方向运动。

2.根据权利要求1所述的传动装置，其中：主齿轮有在与主齿轮轴连接的齿轮本体的相对侧的两组齿轮齿，各组齿轮齿与具有相同尺寸的小齿轮配合；两个小齿轮可以在齿轮本体的相对侧彼此相对。

3.根据权利要求1或2所述的传动装置，其中：该组或各组齿轮齿与两个或更多小齿轮啮合，这些小齿轮环绕该组齿轮齿的周边等距间隔开。

4.根据权利要求1、2或3所述的传动装置，其中：主齿轮、主齿轮轴和齿轮箱为环形。

5.根据权利要求4所述的传动装置，其中：第一密封件安装在齿轮箱中，第二密封件安装在主齿轮轴上。

6.根据权利要求2-5中任意一项所述的传动装置，其中：主齿轮是柱形齿轮，具有在外周处的一组齿轮齿和在内周处的一组齿轮齿，且主齿轮和小齿轮的旋转轴线平行。

7.根据权利要求2-5中任意一项所述的传动装置，其中：主齿轮有在齿轮本体两侧处的锥形齿，小齿轮为锥形齿轮，小齿轮的旋转轴线与主齿轮的旋转轴线成一定角度或者垂直。

8.根据权利要求2-5中任意一项所述的传动装置，其中：主齿轮的各组齿轮齿形成在齿轮本体的一侧的冠齿轮，小齿轮为柱形齿轮，且小齿轮的旋转轴线与主齿轮的旋转轴线垂直，或者能够成一定角度。

9.根据前述任意一项权利要求所述的传动装置，其中：小齿轮具有螺旋形齿。

10.根据前述任意一项权利要求所述的传动装置，其中：泵由环形齿轮箱包围。

11.根据前述任意一项权利要求所述的传动装置，其中：主齿轮的一组齿的齿数是小齿轮的齿数的至少5倍，可以是至少10倍。

12.根据前述任意一项权利要求所述的传动装置，其中：高压蓄能器与高压管线连接，低压蓄能器可以与低压管线连接。

13.根据权利要求12所述的传动装置，其中：阀能够变换至少一个泵的口与高压管线和低压管线的连接，以使得与该泵连接的小齿轮在主齿轮上施加反力。