CN105121900B - 行星齿轮箱 - Google Patents

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Abstract

公开一种用于可再生能源涡轮机的行星齿轮箱(101)。齿轮箱包括行星齿轮箱(101)和延伸通过所述行星齿轮箱的至少一根供给电缆(110)。例如，供给电缆(110)可以用于对涡轮机的转子供电和/或将数据供应到涡轮机的转子和/或从涡轮机的转子供应数据。供给电缆(110)通过齿轮箱的固定行星级(106c)进入齿轮箱(101)并且延伸通过中心轴(130)至滑环(120)组件的固定部分，以便在使用中提供到涡轮机的转子的连接。中心轴(130)可以例如仅部分延伸通过齿轮箱。供给电缆(110)可以例如在从齿轮箱的中心轴线径向偏移的位置处进入齿轮箱的输出侧。

Description

行星齿轮箱
技术领域
本发明涉及一种用于可再生能源涡轮机的行星齿轮箱和一种包括行星齿轮箱的可再生能源涡轮机。
背景技术
可再生能源涡轮机(在此称作“涡轮机”)用于由再生能源发电。例如，风力涡轮机、潮汐式涡轮机、水电涡轮机通常使用高速发电机，所述高速发电机例如可以以1500rpm的转速运行但是由在低转速和可变转速条件下被风力或者水力驱动的转子驱动。像这样，齿轮箱通常位于转子和发电机之间并且必须能够提供大的齿轮传动比同时处理很大负载。因此，现代涡轮机典型地使用行星(或者“周转”)齿轮箱。
通常需要向涡轮机转子提供供给设施用于控制或者数据捕捉。通常必须将用于这种供给设施的电缆设置到转子毂，所述转子毂连接到齿轮箱前部。像这样，电缆通常必须通过齿轮箱。在大多数用于涡轮机的传统行星齿轮箱布置方案中，典型地经由“平行”输出轴最终输出，所述平行输出轴从齿轮箱的主轴线偏移(所述主轴线与转子轴线共轴)。这种平行输出级的一个优势在于可以设置中空中心轴，所述中空中心轴从靠近转子的输入轴至靠近输出部分的齿轮箱后部完全延伸通过齿轮箱，通过所述中空中心轴可以提供对于转子的供给设施。典型地，滑环组件设置在齿轮箱后部，使得供给设施可以与中空旋转轴和转子一起旋转。在图1和图2中示意性地示出了这种布置方案(并且将在下文对其进行详细描述)。
然而，在一些涡轮机中，理想的是使用完全共轴的行星齿轮箱(即输出轴和输入轴共轴的齿轮箱)。例如，理想的是在连接到发电机或者混合发电机齿轮箱之前将齿轮箱的输出部分连接到中间级(诸如可变传动比齿轮箱)，使得平行输出可能是不理想的。此外，完全共轴的齿轮箱可以使设置有涡轮机的固定组件的舱的最大横截面面积能够减小(这对于转子的效率是有利的)。
相应地，本发明的实施例试图提供替代性的行星齿轮箱布置方案，所述行星齿轮箱布置方案就向转子提供供给设施而言提供更大的灵活性，并且例如可以取消对提供完全延伸通过齿轮箱的中心的中空轴的需要。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种用于可再生能源涡轮机的行星齿轮箱，包括：行星齿轮箱；和延伸通过所述行星齿轮箱的至少一根供给电缆；其中供给电缆通过齿轮箱的固定行星级进入齿轮箱并且延伸通过中心轴至滑环组件的固定部分，用于在使用中提供到涡轮机的转子的连接。
因此，通过使用齿轮箱的固定行星级，本发明的实施例中的电缆能够通过齿轮箱的接地(即非旋转)的部分进入齿轮箱并且可以仅在随后布线至中心轴。有利地，这可以在布置电缆布线和/或齿轮箱级方面为齿轮箱设计者提供更大的自由度。例如，可以去除对提供延伸通过齿轮箱的全部长度中空轴的需要。
本发明的某些实施例的特定优势可以在于齿轮箱的最末级的尺寸和设计，所述最末级通常为齿轮箱的承受最高应力并且寿命最短的级。根据特定涡轮机布置方案，不理想或者不可能的是在中间级和/或发电机中提供中空轴。因此，本发明的实施例可以有利地使得能够使用实心轴。
此外，在一些布置方案中，认为不理想的是使供给设施通过提供齿轮箱和(一个或多个)从动装置之间的传动连接以及额外转矩过载保护的旋转柔性联接件。因此，本发明的实施例可以有利地排除现有技术布置方案中的这个缺陷。
滑环组件可以典型地设置成靠近齿轮箱的输入轴(因此可以靠近涡轮机转子)。因此，与典型现有设计相反地，对于通过齿轮箱的电缆，其大部分可以是固定的(即非旋转的)。中心轴中的电缆可以是固定的。
电缆引导件可以设置成限定电缆的固定路径。
供给电缆的至少一部分可以布置成在齿轮箱内沿着大体径向的方向行进。供给电缆可以在从齿轮箱的中心轴线径向偏移的位置处进入齿轮箱的输出侧。相反地，将理解的是，通常认为电缆的延伸通过中心轴的部分与齿轮箱的中心轴线对齐。
典型地，电缆在从固定行星级至中心轴的至少部分蛇形路径中布线。例如，电缆可以遵循从行星级朝向中心轴的S形路径(技术人员例如将理解的是，电缆路径的任何方向变化均应设置有曲部，所述曲部具有基于电缆尺寸选择的最小曲率半径)。
供给电缆可以布线通过齿轮箱的固定行星级的任何使电缆能够固定的合适部分。例如，电缆可以布线通过齿轮箱的所述固定行星级的行星齿轮架。替代地，供给电缆可以布线通过齿轮箱的所述固定行星级的行星齿轮。例如，电缆可以延伸通过行星齿轮的轴。
行星齿轮箱可以包括多行星级的行星齿轮箱。典型地，例如，行星齿轮箱可以具有多个级。行星齿轮箱可以例如包含弹性销的使用。
齿轮箱可以是完全共轴的齿轮箱。本发明的实施例可以在与完全共轴的行星齿轮箱一起使用时尤为有利，这是因为可以设置实心输出轴而不对供给电缆造成影响。
中心轴例如可以仅部分延伸通过齿轮箱。例如，共轴输出轴可以是实心的。
将理解的是，根据应用本发明的特定齿轮箱和影响电缆定位的任何其它设计约束，可以为电缆进入选择任何合适的固定行星级。然而，典型地，固定行星级可以是齿轮箱的最末级。使用齿轮箱的最末级可以使电缆能够通过齿轮箱的全部范围。
所述至少一根供给电缆可以用于对转子(例如对涡轮机叶片)供电。例如，电缆可以用于对叶片节距控制系统供电。
所述至少一根供给电缆可以用于将数据供应到转子和/或从转子供应数据(例如，将数据供应到涡轮机叶片和/或从涡轮机叶片供应数据)。例如，电缆可以用于负载监测系统和/或速度监测系统。
所述至少一根供给电缆可以包括多根电缆。例如，所述至少一根电缆可以包括电缆束(即具有公共布线的单根电缆捆)。多根电缆可以包括数据电缆和供电电缆。
替代地或者额外地，齿轮箱可以设置有多种电缆布线(例如，每个通过不同的固定行星级或者通过单个齿轮箱级的不同的固定行星齿轮)。例如，数据电缆和供电电缆每个可以分别布线。
根据本发明的另一方面，提供一种可再生能源风力涡轮机，其包括如在任意一项前述权利要求中要求保护的行星齿轮箱、和驱动所述行星齿轮箱的转子，其中，至少一个滑环组件还包括位于转子上或者联接到转子的旋转部分。
根据本发明的另一方面，提供一种风力涡轮机，其包括根据本发明的实施例的行星齿轮箱、和驱动所述行星齿轮箱的转子，其中，至少一个滑环组件还包括位于转子上或者联接到转子的旋转部分。
根据本发明的另一方面，提供一种潮汐式涡轮机，其包括根据本发明的实施例的行星齿轮箱、和驱动所述行星齿轮箱的转子，其中，至少一个滑环组件还包括位于转子上或者联接到转子的旋转部分。
根据本发明的另一方面，提供一种水电涡轮机，其包括根据本发明的实施例的行星齿轮箱、和驱动所述行星齿轮箱的转子，其中，至少一个滑环组件还包括位于转子上或者联接到转子的旋转部分。
滑环组件可以布置在转子毂内。有利地，这在安装和维修期间提供了滑环组件的方便进出。
涡轮机典型地还包括由齿轮箱(直接或者间接)驱动的发电机。涡轮机还可以包括由行星齿轮箱驱动的可变传动比齿轮箱。
同时，上述发明可以扩展到对上述和在下文描述和附图中的特征的任何创造性组合。
附图说明
现在，仅通过示例的方式并且参照附图描述本发明的具体实施例，附图中：
图1是具有旋转滑环管的传统平行行星齿轮箱的示意性三维图；
图2是示出了供给电缆布线的传统平行行星齿轮箱的示意性横截面图；
图3是根据本发明的实施例的、示出了供给电缆布线的完全共轴的行星齿轮箱的示意性局部横截面图；和
图4是根据本发明的另一实施例的、示出了供给电缆布线的完全共轴的行星齿轮箱的示意性三维局部横截面。
具体实施方式
图1和图2示出了用于由可再生能源发电的涡轮机(特别是用于风力涡轮机和潮汐式涡轮机)的传统平行行星齿轮箱。齿轮箱1设置有输入轴2，所述输入轴在使用中由涡轮机的转子(未示出)驱动。设置平行轴线输出轴4，所述平行轴线输出轴布置成驱动诸如发电机40的从动单元。如图2最佳所示，齿轮箱包括一系列行星级6a、6b和平行输出齿轮6c(所述平行输出齿轮驱动输出轴4)，以便实现所需齿轮传动比。本领域中已知这种行星齿轮箱(诸如来自本申请人的可商购的齿轮箱设计)，并且技术人员将理解的是特定齿轮箱布置方案取决于特定涡轮机布置方案。
涡轮机的转子通常需要用于供电和/或传送信号的电连接，使得供给电缆10设置通过齿轮箱。例如，供给电缆可以设置成用于转子监测和/或控制(例如用于节距控制系统)。因此，设置中空轴30，所述中空轴从输入轴至齿轮箱的输出端处的出口32延伸通过齿轮箱1的全部轴向长度。中空轴30与齿轮箱1的输入轴一起旋转。设置滑环单元20，以便允许供给电缆10从固定区段10a过渡到轴30内的旋转区段10b。滑环单元20设置成与中空轴30的输出端相邻(并且位于齿轮箱1外)。因此，在滑环20的齿轮箱1侧处的供给电缆10b能够与输入轴2一起旋转(因此与转子一起旋转)，在滑环单元20的发电机侧处的供给电缆10a是固定的。
图3示出了根据本发明的实施例的行星齿轮箱101的局部示意性横截面。像本领域技术人员理解的那样，该视图仅示出齿轮箱的示意性布局并且仅示出齿轮箱的一半(所述齿轮箱围绕其轴线大体对称)。齿轮箱101包括具有三个行星齿轮级106a、106b和106c的(尽管根据需要可以提供更多或更少的级)、完全共轴的行星齿轮箱(即输出轴104与输入轴102共轴的齿轮箱)。齿轮箱的至少一个级具有固定或者接地的行星级，在所示实施例中，第一级106a和最末级106c均具有固定行星齿轮。以示例的方式，最末级106c包括旋转太阳齿轮112，所述旋转太阳齿轮通过至少一个固定行星齿轮107(典型地通过多个行星齿轮用于负荷分配)连接到输出轴104，所述至少一个固定行星齿轮与环形齿轮108接合，用于将输入提供至最末级。
像在已知齿轮箱(诸如上述示例)中那样，对附接到输入电缆110a的转子提供至少一根供给电缆110b(典型地提供多根供给电缆)。供给电缆通常必须从后向位置至转子延伸通过齿轮箱101，其中供给电缆经由转子毂进入转子。
根据图3的实施例，供给电缆(或者多根电缆)110a在后向位置109处(例如在与输出轴104相邻的表面处)通过固定行星齿轮107进入齿轮箱101。因此，在进入齿轮箱101的位置处供给电缆110a是固定的(即非旋转的)。然后，电缆布线至齿轮箱101内的中空轴130。中空轴130在齿轮箱101内从输入轴102延伸至后向位置(但是没有像现有技术那样完全通过齿轮箱)。供给电缆沿着沿平行于主齿轮箱轴线(所述主齿轮箱轴线是输入轴102的轴线，并且在完全共轴的齿轮箱的情况下是输出轴102的轴线)并且与其径向间隔开的轴线的方向行进进入齿轮箱。像这样，固定的布线要求电缆110经过两次方向变化的弯折部，以便到达齿轮箱的中心轴线。换言之，电缆沿着基本轴向的方向进入齿轮箱的后(即输出)侧，随后至少部分地沿着径向方向行进以便到达齿轮箱的中心轴，电缆可以沿着轴向方向行进通过所述中心轴。技术人员将理解的是，尽管在图3的示意图中供给电缆110的方向变化示出为呈直角，实践中，电缆110会具有圆角(通过遵循布线的(一根或多根)电缆的类型和尺寸确定圆角的最小曲率)。
与现有技术布置方案相反地，中空轴130在齿轮箱的输出端不具有出口；反而，输出轴104是与输入轴102共轴的实心轴。这避免了对输出轴104(所述输出轴典型地是受到较高应力的组件)的尺寸的任何限制。在中空轴130的前向端处，固定供给电缆110a连接到滑环单元的非旋转部分120a。滑环单元的旋转部分120b连接到供给电缆的用于连接到转子的旋转部分110b。典型地，滑环单元120定位成靠近转子(例如，在转子毂内以方便进出)。像这样，供给电缆的固定部分110a延伸通过齿轮箱101的几乎全部长度，其中仅将供给电缆的最前向区段110b布置成与输入轴102和转子一起旋转。
图4示出了本发明的另一实施例的三维局部横截面。本实施例大体与图3的实施例类似，相同的附图标记用于相应的特征。出于清晰的目的，本实施例仅示出单个齿轮箱级106c，但是技术人员将理解的是，可以像在前述实施例中那样设置多个级。根据本发明，本实施例中电缆的固定部分110a通过齿轮箱的固定行星级106c进入齿轮箱101，并且延伸通过中心轴至滑环120的固定部分120a。然而，将注意的是，与图3的实施例相反地，电缆是通过固定行星级的行星架114(所述行星架支撑行星齿轮107并且使其“接地”)进入而非通过固定行星齿轮107进入。在所示实施例中，行星架114与齿轮箱101的外主体形成为一体(尽管在所有齿轮箱布置方案中可以不都是如此)。
尽管已经参照一个或者多个优选实施例在上文描述了本发明，但是将理解的是，可以作出多种变化或者修改而不背离本发明的如所附权利要求限定的范围。例如，技术人员将理解的是，根据应用齿轮箱的特定齿轮箱布置方案选择特定电缆布线。像这样，尽管上述实施例提供了平行于主齿轮箱轴线进入齿轮箱的供给电缆，但是在其它实施例中，以倾斜的角度进入电缆可以是理想的(这可以减少或者基本移除电缆布线中的弯折部)。

Claims (16)

1.一种用于可再生能源涡轮机的行星齿轮箱，其包括：
行星齿轮箱；和
至少一根供给电缆，所述至少一根供给电缆延伸通过所述行星齿轮箱；
其中，供给电缆通过所述行星齿轮箱的固定行星级进入所述行星齿轮箱并且延伸通过中心轴至滑环组件的固定部分，用于在使用中提供到可再生能源涡轮机的转子的连接，
其中，所述供给电缆的至少一部分沿着径向方向延伸通过所述行星齿轮箱，
所述供给电缆在从所述行星齿轮箱的中心轴线径向偏移的位置处进入所述行星齿轮箱的输出侧。
2.根据权利要求1所述的行星齿轮箱，其中，所述滑环组件靠近所述行星齿轮箱的输入部分。
3.根据权利要求1或者2所述的行星齿轮箱，其还包括供给电缆引导件，所述供给电缆引导件在供给电缆进入位置和所述中心轴之间限定所述供给电缆的固定路径。
4.根据权利要求1或者2所述的行星齿轮箱，其中，所述供给电缆布线通过所述行星齿轮箱的所述固定行星级的行星齿轮架。
5.根据权利要求1或者2所述的行星齿轮箱，其中，所述供给电缆布线通过所述行星齿轮箱的所述固定行星级的行星齿轮。
6.根据权利要求1或者2所述的行星齿轮箱，其中，所述行星齿轮箱包括形成多行星齿轮箱的一系列行星级。
7.根据权利要求1或者2所述的行星齿轮箱，其中，所述行星齿轮箱是输出轴与输入轴共轴的行星齿轮箱。
8.根据权利要求1或者2所述的行星齿轮箱，其中，所述固定行星级是所述行星齿轮箱的最末级。
9.根据权利要求1或者2所述的行星齿轮箱，其中，所述中心轴仅部分延伸通过所述行星齿轮箱。
10.根据权利要求1或者2所述的行星齿轮箱，其中，所述至少一根供给电缆用于对所述转子供电。
11.根据权利要求1或者2所述的行星齿轮箱，其中，所述至少一根供给电缆用于将数据供应到所述转子或者从所述转子供应数据。
12.根据权利要求1或者2所述的行星齿轮箱，其中，所述至少一根供给电缆用于涡轮机的节距控制。
13.根据权利要求1或者2所述的行星齿轮箱，其中，所述供给电缆包括电缆束。
14.一种可再生能源涡轮机，其包括如在任意一项前述权利要求1-13中所述的行星齿轮箱、和驱动所述行星齿轮箱的转子，其中，至少一个滑环组件还包括位于所述转子上或者联接到所述转子的旋转部分。
15.根据权利要求14所述的可再生能源涡轮机，其中，所述至少一个滑环组件布置在转子的毂内。
16.根据权利要求14或者15所述的可再生能源涡轮机，其还包括连接到所述行星齿轮箱的输出部分的可变传动比齿轮箱。
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