CN105090463A - 齿轮传动装置和用于加热齿轮传动装置的润滑油的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及齿轮传动装置和用于加热齿轮传动装置的润滑油的方法。一种齿轮传动装置包括：轴(101、102)，用于连接到外部机械系统；至少一个齿轮级(103)，处于轴之间；润滑油室(104)，用于储存润滑油；油通道(105)，用于将润滑油从润滑油室输送到至少一个齿轮级；以及浸没式加热器(106)，用于加热在润滑油室中朝向油通道的入口流动的润滑油。齿轮传动装置还包括机械导流件(108)，该机械导流件(108)位于润滑油室中，且被构造成改变朝向油通道的入口流动的润滑油的流动，以便增大浸没式加热器的表面上的润滑油的流速。浸没式加热器的表面上的增大的流速使得能够使用较高加热功率密度而不损坏润滑油。

Description

齿轮传动装置和用于加热齿轮传动装置的润滑油的方法

技术领域

本发明涉及齿轮传动装置，该齿轮传动装置可例如是，但未必是，风力发电设备的齿轮传动装置。此外，本发明涉及用于加热齿轮传动装置的润滑油的方法。

背景技术

齿轮传动装置的润滑系统通常包括润滑泵，该润滑泵被布置成使润滑油循环通过齿轮传动装置的一个或更多个齿轮级和齿轮传动装置的轴承。因为润滑油的粘度在很大程度上取决于其温度，所以如果润滑油是冷的，且因而对于由润滑泵泵送来说其粘度过高，那么润滑泵可能过载乃至损坏。尤其在寒冷天气条件下，在齿轮传动装置的启动阶段期间必须加热润滑油，以便使润滑油能够被泵送，且能够适当地润滑齿轮传动装置的一个或更多个齿轮级和齿轮传动装置的轴承。

已知的技术方案是将外部加热器和泵连接到齿轮传动装置的油槽或油罐，其中泵被构造成使润滑油循环通过外部加热器。与该技术方案相关的不便之处在于，通常需要相对长的时间来加热油槽或油罐中的足量的润滑油，且此外，需要大量的能量。

专利公布US20090191060描述了一种齿轮传动装置，其包括用于使润滑油循环的润滑泵、用于将润滑油从油槽或油罐输送到润滑泵的吸入管、以及与吸入管的至少一部分热连接的加热元件。加热元件用于将吸入管内所含有的润滑油加热到避免损坏润滑泵的温度。与这种做法相关的不便之处在于，当油槽或油罐中的润滑油是冷的且因此油槽或油罐中的润滑油的粘度高时，难以通过吸入管从油槽或油罐吸入润滑油。

一种已知的技术解决方案为提供具有一个或更多个浸没式加热器的油槽或油罐，其中所述浸没式加热器用于加热油槽或油罐中的润滑油。与这种做法相关的不便之处在于，所述一个或更多个浸没式加热器的表面上的加热功率密度W/cm²必须受到限制，以便避免由于所述一个或更多个浸没式加热器的表面上的润滑油的局部过热而损坏润滑油。然而，限制加热功率密度会延长将足量的润滑油加热到避免损坏润滑泵的温度所需的时间。

发明内容

以下内容呈现简化概述以便基本上理解本发明的各种实施例的一些方面。该概述并不是本发明的详尽概括。该概述既不旨在确定本发明的关键或重要元素，也不旨在限定本发明的范围。以下概述仅按简化形式呈现本发明的一些构思，以作为本发明的示例性实施例的更详细描述的序言。

在本文献中，术语齿轮表示带齿的旋转的机械部件。两个或更多个配合的齿轮构成齿轮级。因此，在本文献中，术语齿轮表示具有第一轴和第二轴的机械系统，其中，一个或更多个齿轮级在第一轴与第二轴之间提供速度与转矩转变和/或在旋转轴线的方向上的改变。齿轮传动装置包括适当的齿轮，且可包括辅助扩充系统，例如，仪表、控制和润滑装置。

根据本发明，提供一种新的齿轮传动装置，该齿轮传动装置可例如是，但未必是，风力发电设备的齿轮传动装置。根据本发明的齿轮传动装置包括：

-第一轴和第二轴，用于连接到外部机械系统，

-至少一个齿轮级，该至少一个齿轮级处于第一轴与第二轴之间，

-润滑油室，用于储存润滑油，

-油通道，用于将润滑油从润滑油室输送到至少一个齿轮级，

-浸没式加热器，用于加热在润滑油室中朝向油通道的入口流动的润滑油，浸没式加热器位于润滑油室中，以及

-机械导流件，位于润滑油室中且被构造成改变朝向油通道的入口流动的润滑油的流动，以便增大浸没式加热器的表面上的润滑油的流速。

浸没式加热器的表面上的增大的流速使得能够使用较高加热功率密度，而不会在润滑油中导致将损坏润滑油的这种热点。

齿轮传动装置可包括润滑泵，该润滑泵用于使润滑油循环通过齿轮传动装置的至少一个齿轮级和轴承。还可能的是，齿轮传动装置设有管道接口，所述管道接口用于连接到用于泵送润滑油的外部泵。

根据本发明的风力发电设备包括：

-转子，用于从风接收机械动力，

-发电机，用于将机械动力转换为电能，以及

-根据本发明的齿轮传动装置，用于将机械动力从转子传递到发电机。

根据本发明，还提供一种加热齿轮传动装置的润滑油的新方法。根据本发明的方法包括：

-利用位于润滑油室中的浸没式加热器来加热在润滑油室中朝向油通道的入口流动的润滑油，该油通道用于将润滑油从润滑油室输送到齿轮转动装置的待润滑的部件，以及

-利用位于润滑油室中且浸渍在润滑油中的机械导流件来改变朝向油通道的入口流动的润滑油的流动，以便增大浸没式加热器的表面上的润滑油的流速。

在所附的附属权利要求中描述了本发明的数个示例性且非限制性的实施例。

当结合附图阅读时，将从具体示例性实施例的以下描述最好地理解本发明的各种示例性且非限制性的实施例(关于构造与操作方法两者)以及本发明的额外目标和优点。

动词“包括”和“包含”在本文献中用作开放限制，所述开放限制既不排斥也不要求未叙述的特征的存在。除非另有明确陈述，否则所附权利要求中所叙述的特征可相互自由地组合。此外，应理解，“一”(即，单数形式)的使用在本文献全文中不排斥多个。

附图说明

在下文中，从实例的意义上且参看附图而更详细地解释本发明的示例性且非限制性的实施例及其优点，其中：

图1a和图1b图示根据本发明的示例性且非限制性的实施例的齿轮传动装置，

图2图示根据本发明的示例性且非限制性的实施例的齿轮传动装置的一部分，

图3a、图3b和图3c图示根据本发明的示例性且非限制性的实施例的齿轮传动装置的一部分，以及

图4示出根据本发明的实施例的用于加热齿轮传动装置的润滑油的方法的流程图。

具体实施方式

图1a示出根据本发明的示例性且非限制性的实施例的齿轮传动装置的示意图。齿轮传动装置包括用于连接到外部机械系统的第一轴101和第二轴102。外部机械系统可例如包括，但未必包括，可连接到轴101的风力涡轮机和可连接到轴102的发电机，即，齿轮传动装置可以例如是适用于风力发电应用的齿轮传动装置。齿轮传动装置包括处于轴101与102之间的至少一个齿轮级103。至少一个齿轮级可包括(例如)一个或更多个行星齿轮级、一个或更多个圆柱齿轮级和/或一个或更多个锥形齿轮级，或上述种类的齿轮级的组合。在图1a所图示的示例性情形下，齿轮传动装置包括油罐，该油罐构成用于储存齿轮传动装置的润滑油的润滑油室104。为了储存润滑油，代替油罐或除油罐之外，可存在油槽119，其中油槽119由围绕至少一个齿轮级103的壳体124构成。齿轮传动装置包括用于将润滑油从润滑油室104输送到齿轮传动装置的至少一个齿轮级103和轴承的油通道105。轴承中的一个在图1a中用附图标记118来表示。此外，齿轮传动装置包括用于将润滑油从壳体124输送回油罐的油通道。齿轮传动装置包括用于使润滑油循环通过齿轮传动装置的至少一个齿轮级103和轴承的润滑泵115。润滑泵可为(例如)齿轮型泵。齿轮传动装置可还包括用于将杂质从润滑油移除的一个或更多个过滤元件122。此外，齿轮传动装置可包括用于保护润滑系统以防过压的减压阀116。齿轮传动装置可还包括其它辅助扩充系统，例如，用于监视油罐中的油位的装置和/或用于监视机械振动的装置等。

齿轮传动装置包括浸没式加热器106，该浸没式加热器106用于加热在润滑油室104中朝向油通道105的入口107流动的润滑油。齿轮传动装置还包括机械导流件108，该机械导流件108位于润滑油室中，且被构造成改变朝向油通道的入口流动的润滑油的流动，以便增大浸没式加热器106的表面上的润滑油的流速。图1b示出浸没式加热器106和机械导流件108的放大视图。在图1a和图1b中，以截面图来呈现机械导流件108。浸没式加热器106上的增大的流速使得能够使用较高加热功率密度W/cm²，而不会在润滑油中导致将损坏润滑油的这种局部热点。在图1a和图1b所图示的示例性情形中，机械导流件包括管状部件112，使得浸没式加热器106位于管状部件内。管状部件的第一末端区113敞开，以便允许润滑油进入管状部件，且油通道105连接到管状部件的第二末端区114，即，油通道的入口107处于管状部件的第二末端区114处。机械导流件108包括流引导部件，该流引导部件用于导引润滑油以蜿蜒方式流动以便增大浸没式加热器106的表面上的润滑油的流速。在图1a和图1b中，流引导部件中的两个用附图标记109来表示。润滑油的蜿蜒流动用带有箭头的虚线来描绘。值得注意的是，用于增大浸没式加热器的表面上的流速的机械导流件不是必须包括围绕浸没式加热器的管状部件。还有可能，机械导流件包括由适当支撑框架机械支撑的导流鳍。

根据本发明的示例性且非限制性的实施例的齿轮传动装置包括温度传感器123，该温度传感器123被构造成测量进入油通道105的润滑油的温度。还有可能，在机械导流件108中存在许多温度传感器，以便估计在浸没式加热器106附近大部分油的最大油温。有利地，基于一个或更多个所测量的温度来控制浸没式加热器106的功率。在图1a中，框116表示用于控制浸没式加热器106的功率的控制器。此外，所测量的一个或更多个温度可用于控制被构造成驱动润滑泵115的电动机126。举例来说，润滑泵115的旋转速度可被限制为低于某限制速度，该限制速度取决于一个或更多个所测量的温度。有利地在较低温度下的限制速度比在较高温度下的限制速度低，以便在润滑油是冷的且因而其粘度较高时，保护润滑泵115不受损坏。还有可能，在壳体124内存在用于测量润滑油的一个或更多个温度的一个或更多个温度传感器。这一个或更多个所测量的温度可用于控制用于冷却润滑油的油冷却器元件120的吹风机121。

图2示出根据本发明的示例性且非限制性的实施例的齿轮传动装置的机械导流件208的截面图。在该示例性情形中，机械导流件208包括管状部件212，而管状部件212包含浸没式加热器206。油通道205的入口处于管状部件的末端区214处。管状部件212的壁包括孔隙，所述孔隙用于提供横截面流动面积的局部最小值，以便增大浸没式加热器206的表面上的润滑油的流速。管状部件212可在其侧壁上包括一个或更多个孔隙(如，孔隙210)，或在其端壁上包括一个或更多个孔隙(如，孔隙226)，或在侧壁与端壁两者上包括孔隙。

图3a示出根据本发明的示例性且非限制性的实施例的齿轮传动装置的机械导流件308的截面图。机械导流件308包括管状部件312，以使得浸没式加热器306位于管状部件内。管状部件的第一末端区313敞开以便允许润滑油进入管状部件，且油通道305的入口307处于管状部件的第二末端区314处，该入口307用于从管状部件移除润滑油。机械导流件308包括处于管状部件内且大体上垂直于管状部件的纵向的流引导部件。流引导部件被构造成在管状部件内导引润滑油以蜿蜒方式流动，以便增大浸没式加热器306的表面上的润滑油的流速。在图3a中，流引导部件中的两个用附图标记309来表示。润滑油的蜿蜒流动用带有箭头的虚线来描绘。管状部件312在第二末端区314处包括孔隙，所述孔隙用于允许围绕管状部件的润滑油进入管状部件，以便减小管状部件的第二末端区314与管状部件的第一末端区313之间的油温差。在图3a中，孔隙中的一个用附图标记311来表示。当润滑油从第一末端区313朝向第二末端区314流动时，润滑油由浸没式加热器306变暖。因此，在许多情形中，有利的是，经由第二末端区314处的孔隙来混合在管状部件中变暖的润滑油与进入管状部件的较冷润滑油，以便限制润滑油的最大温度。

在根据本发明的示例性且非限制性的实施例的齿轮传动装置中，机械导流件308包括用于改变上述孔隙的面积的控制机构。当不需要加热润滑油时，浸没式加热器306未被通电，且机械导流件308的流阻有利地减到最小以便节省用于使润滑油循环所需的能量。上述控制机构可包括(例如)用于调整孔隙的流阻的板。在图3a所图示的示例性情形中，管状部件312包括两个嵌套元件312a和312b，以使得外部元件312b的内表面抵靠内部元件312a的外表面，且外部元件312b能够相对于内部元件312a旋转。当外部元件和内部元件的孔隙至少部分互相对准时，上述管状部件312的孔隙由外部元件和内部元件的孔隙构成。这借助于图3b和图3c来图示。在图3a、图3b和图3c中，内部元件312a的孔隙中的一个用附图标记311a来表示，且外部元件312b的孔隙中的对应一个用附图标记311b来表示。图3b示出沿着图3a所示的线A-A而截取的截面图。在图3a和图3b所示的示例性情形下，外部元件312b的孔隙与内部元件312a的孔隙完全对准。图3c示出与图3b所示的截面图对应的截面图，但在图3c所示的示例性情形下，外部元件312b已相对于内部元件312a旋转，以使得外部元件312b的孔隙甚至不与内部元件312a的孔隙部分对准，且因此孔隙闭合。因此，可通过相对于内部元件312a旋转外部元件312b来改变管状部件312的孔隙的面积。

如果图2所示的机械导流件208的管状部件212具有圆形横截面，那么图3a到图3c所图示的这类用于改变孔隙的面积的装置还可与机械导流件208结合来使用。

图4示出根据本发明的示例性且非限制性的实施例的用于加热齿轮传动装置的润滑油的方法的流程图。所述方法包括以下动作：

-动作401：利用位于润滑油室中的浸没式加热器来加热在润滑油室中朝向油通道的入口流动的润滑油，该油通道用于将润滑油从润滑油室输送到齿轮转动装置的待润滑的部件，以及

-动作402：利用位于润滑油室中且浸渍在润滑油中的机械导流件来改变朝向油通道的入口流动的润滑油的流动，以便增大浸没式加热器的表面上的润滑油的流速。

在根据本发明的示例性且非限制性的实施例的方法中，机械导流件包括流引导部件，所述流引导部件用于导引润滑油以蜿蜒方式流动，以便增大浸没式加热器的表面上的润滑油的流速。

在根据本发明的示例性且非限制性的实施例的方法中，机械导流件包括孔隙，所述孔隙用于提供横截面流动面积的局部最小值，以便增大浸没式加热器的表面上的润滑油的流速。

在根据本发明的示例性且非限制性的实施例的方法中，机械导流件包括用于改变孔隙的面积的控制机构，且孔隙的面积在润滑油的温度已达到预定限值之后被改变。

在根据本发明的示例性且非限制性的实施例的方法中，机械导流件包括管状部件，使得浸没式加热器位于管状部件内。至少管状部件的第一末端区允许润滑油进入管状部件，且油通道连接到管状部件的第二末端区。

在根据本发明的示例性且非限制性的实施例的方法中，机械导流件包括处于管状部件内且大体上垂直于管状部件的纵向的流引导部件。流引导部件在管状部件内导引润滑油以蜿蜒方式流动，以便增大浸没式加热器的表面上的润滑油的流速。

在根据本发明的示例性且非限制性的实施例的方法中，管状部件在第二末端区处包括孔隙，所述孔隙用于允许围绕管状部件的润滑油进入管状部件，以便减小管状部件的第二末端区与管状部件的第一末端区之间的油温差。

在根据本发明的示例性且非限制性的实施例的方法中，管状部件包括两个嵌套元件，使得外部元件的内表面抵靠内部元件的外表面，且外部元件能够相对于内部元件旋转。外部元件和内部元件包括孔隙，当外部元件和内部元件的孔隙至少部分互相对准时构成管状部件的孔隙。可通过相对于内部元件旋转外部元件来改变管状部件的孔隙的面积。

在根据本发明的示例性且非限制性的实施例的方法中，上述润滑油室是由围绕至少一个齿轮级的壳体构成的油槽。

在根据本发明的另一示例性且非限制性的实施例的方法中，上述润滑油室是通过管道连接到至少一个齿轮级的油罐。

以上给出的描述中所提供的具体实例不应解释为限制性的。因此，本发明不仅限于以上所述的实施例。

Claims (15)

1.一种齿轮传动装置，包括：

-第一轴(101)和第二轴(102)，用于连接到外部机械系统，

-至少一个齿轮级(103)，所述至少一个齿轮级(103)处于所述第一轴与所述第二轴之间，

-润滑油室(104)，用于储存润滑油，

-油通道(105)，用于将所述润滑油从所述润滑油室输送到所述至少一个齿轮级，以及

-浸没式加热器(106)，用于加热在所述润滑油室中朝向所述油通道的入口(107)流动的润滑油，所述浸没式加热器位于所述润滑油室中，

其特征在于，所述齿轮传动装置还包括机械导流件(108、208、308)，所述机械导流件(108、208、308)位于所述润滑油室中，且被构造成改变朝向所述油通道的所述入口流动的所述润滑油的流动，以便增大所述浸没式加热器的表面上的润滑油的流速。

2.根据权利要求1所述的齿轮传动装置，其中所述机械导流件包括流引导部件(109、309)，所述流引导部件(109、309)用于导引所述润滑油以蜿蜒方式流动，以便增大所述浸没式加热器的所述表面上的润滑油的流速。

3.根据权利要求1或2所述的齿轮传动装置，其中所述机械导流件包括孔隙(210、226)，所述孔隙(210、226)用于提供横截面流动面积的局部最小值，以便增大所述浸没式加热器的所述表面上的润滑油的流速。

4.根据权利要求3所述的齿轮传动装置，其中所述机械导流件包括用于改变所述孔隙的面积的控制机构。

5.根据权利要求1所述的齿轮传动装置，其中所述机械导流件包括管状部件(112、312)，使得所述浸没式加热器位于所述管状部件内，至少所述管状部件的第一末端区能够允许所述润滑油进入所述管状部件，且所述油通道连接到所述管状部件的第二末端区。

6.根据权利要求5所述的齿轮传动装置，其中所述机械导流件包括流引导部件(309)，所述流引导部件(309)处于所述管状部件内且大体上与所述管状部件的纵向垂直，所述流引导部件能够在所述管状部件内导引所述润滑油以蜿蜒方式流动，以便增大所述浸没式加热器的所述表面上的润滑油的流速。

7.根据权利要求5或6所述的齿轮传动装置，其中所述管状部件在所述第二末端区处包括孔隙(311a、311b)，所述孔隙(311a、311b)用于允许围绕所述管状部件的所述润滑油进入所述管状部件，以便减小所述管状部件的所述第二末端区(314)与所述管状部件的所述第一末端区(313)之间的油温差。

8.根据权利要求7所述的齿轮传动装置，其中所述管状部件包括两个嵌套元件(312a、312b)，使得所述元件中的外部元件的内表面抵靠所述元件中的内部元件的外表面，且所述元件中的所述外部元件能够相对于所述元件中的所述内部元件旋转，所述元件中的所述外部元件和所述内部元件包括孔隙(311b、311a)，在所述元件中的所述外部元件和所述内部元件的孔隙(311b、311a)至少部分互相对准时构成所述管状部件的孔隙，且所述管状部件的所述孔隙的面积能够通过相对于所述元件中的所述内部元件旋转所述元件中的所述外部元件来改变。

9.根据权利要求1或2所述的齿轮传动装置，其中所述润滑油室是由围绕所述至少一个齿轮级的壳体构成的油槽。

10.根据权利要求1或2所述的齿轮传动装置，其中所述润滑油室是由管道连接到所述至少一个齿轮级的油罐。

11.一种用于加热齿轮传动装置的润滑油的方法，所述方法包括：

-利用位于润滑油室中的浸没式加热器来加热(401)在所述润滑油室中朝向油通道的入口流动的润滑油，所述油通道用于将所述润滑油从所述润滑油室输送到所述齿轮转动装置的待润滑的部件，

其特征在于，所述方法还包括利用位于所述润滑油室中且浸渍在所述润滑油中的机械导流件来改变(402)朝向所述油通道的所述入口流动的所述润滑油的流动，以便增大所述浸没式加热器的表面上的所述润滑油的流速。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述机械导流件包括流引导部件，所述流引导部件导引所述润滑油以蜿蜒方式流动，以便增大所述浸没式加热器的所述表面上的所述润滑油的流速。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中所述机械导流件包括孔隙，所述孔隙用于提供横截面流动面积的局部最小值，以便增大所述浸没式加热器的所述表面上的所述润滑油的流速。

14.根据权利要求11或12所述的方法，其中所述机械导流件包括管状部件，使得所述浸没式加热器位于所述管状部件内，至少所述管状部件的第一末端区允许所述润滑油进入所述管状部件，且所述油通道连接到所述管状部件的第二末端区。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述管状部件在所述第二末端区处包括孔隙，所述孔隙允许围绕所述管状部件的所述润滑油进入所述管状部件，以便减小所述管状部件的所述第二末端区与所述管状部件的所述第一末端区之间的油温差。