CN105422745A - 风力发电机齿轮箱中的行星轮减速级 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种风力发电机齿轮箱中的行星轮减速级，包括行星架轮系，其中，行星轮销轴为空心轴，其两端通过堵塞螺母封堵后形成储油腔，行星架侧板中设有与所述储油腔沟通的油道，行星架侧板的油道通过滑环和油环中的油道与箱体中的强制供油油道沟通；在行星轮销轴居中的断面上设有润滑油孔，润滑油孔两侧还设置对称的补偿润滑油孔，两个补偿润滑油孔均配有插入储油腔中的等长直管，进油口位于直管的端部；行星轮通过滑动轴承支撑在行星轮销轴上，滑动轴承滑动面上设有与行星轮销轴上润滑油孔对应的一道供油环槽，供油环槽两侧的滑动面与补偿润滑油孔对应段上设有轴向的储油凹槽，它们使抵达滑动轴承的润滑油在滑动面形成一层油膜。
Description
技术领域
本发明涉及一种风力发电机齿轮箱中的行星轮减速级。
背景技术
风力发电与传统的火力发电相比，具有发电无污染的优势，与水力发电相比，具有基建成本低、占地面积小，维护保养方便的优势，尤其是大型水力发电站，蓄水库还容易对下游造成一定的安全隐患。
在风力发电机中，齿轮箱是风力发电机的关键部件，目前风力发电机的齿轮箱中一般都含有行星轮减速级，在行星齿轮减速级中支撑行星轮的轴承多数为滚动轴承，目前极少使用滑动轴承。其原因在于经常出现的不稳定的运行条件在滑动轴承同时的极端负荷时暂时极低的滑动速度。由于滑动轴承在超载、空载、蠕动和振动等工况下具有更高的可靠性，其对不同工况的润滑条件差异较大，通常的滑动轴承主要在高转速至极高转速的应用条件下使用。目前已知的滑动轴承材料例如是具有合金组分和青铜合金的白金属。滑动轴承一般在工业应用中运行径向配有约15~25um的润滑间隙。对于白金属由轴承制造商给出约5MPa作为使用的中等动态压力。因此通常对于风力变速器中的轴承位置几乎只使用滚动轴承。而风力发电设备由于风力发电主齿轮箱的失效，导致了大量维修时间及成本浪费，而滚动轴承失效占据了相当大的比例。
CN202182159U号专利文献也涉及到将滑动轴承用于支承用于风力发电设备的变速器中的行星齿轮的技术方案，但是其对滑动轴承提供的润滑的方式却是两种不同的技术措施，在低速时，由于强制润滑油路的压力较低，不能达到滑动轴承的中等动态压力，只能利用浸油方式为行星轮轴的储油室补充润滑油，再由储油室为滑动轴承提供润滑，而此时滑动轴承负荷较低，也不需要大量的润滑油提供润滑；在高速时，强制润滑油路的压力较高，这样，润滑油再通过强制润滑油路由行星轮轴中的专用油道为较大负荷的滑动轴承提供润滑。CN202182159U号专利文献公开的这种润滑方式虽然也能根据不同工况为滑动轴承调节润滑方式，但是，其结构相对比较复杂。如何在满足滑动轴承不同工况的润滑条件的同时，简化结构已经成为人们关注的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于：针对目前在风力发电机齿轮箱中减速级支撑行星轮的轴承多为滚动轴承，即使涉及到滑动轴承，其润滑方式的结构比较复杂等一系列实际问题，提供一种润滑机构相对简洁的风力发电机齿轮箱中的行星轮减速级。
本发明的目的是这样实现的：包括行星架、行星轮、行星轮轴、内齿圈和太阳轮，所述的行星架中至少设置均匀分布的三个支撑行星轮的行星轮销轴，它们固定安装在行星架中，其特征在于，行星轮销轴为空心轴，空心轴两端通过堵塞螺母封堵后形成储油腔，行星架侧板中设有与行星轮销轴的储油腔沟通的油道，行星架侧板的油道通过滑环和油环中的油道与箱体中的强制供油油道沟通；在行星轮销轴居中的断面上设有润滑油孔，润滑油孔两侧还设置对称的补偿润滑油孔，两个补偿润滑油孔均配有插入储油腔中的等长直管，进油口位于直管的端部；所述的行星轮通过滑动轴承支撑在行星轮销轴上，滑动轴承滑动面上设有与行星轮销轴上润滑油孔对应的一道供油环槽，供油环槽两侧的滑动面与补偿润滑油孔对应段上设有轴向的储油凹槽，它们使抵达滑动轴承的润滑油在滑动面形成一层油膜。
在本发明的方案中，所述的滑动轴承过盈配合嵌入行星轮中心孔，滑动轴承的内壁为滑动面。
在本发明的方案中，所述的滑动轴承过盈配合固定在行星轮销轴上，滑动轴承的外壁为滑动面，其供油环槽中设有与行星轮销轴中润滑油孔贯通的通透孔，供油环槽两侧的储油凹槽中设有与行星轮销轴中补偿润滑油孔贯通的通透孔。
在本发明的方案中，两个补偿润滑油孔中插入储油腔中的等长直管的长度不大于行星轮销轴内储油腔的半径。
在本发明的方案中，行星轮两侧与行星架侧和行星架侧板侧之间分别设有止推滑动轴承，储油腔内的润滑油通过行星轮销轴与行星架侧和行星架侧板侧的支撑点相互沟通的径向润滑孔和轴向润滑孔抵达止推滑动轴承滑动面，止推滑动轴承与轴向润滑孔对应段设有储油凹槽，它使抵达止推滑动轴承的润滑油在滑动面形成一层油膜。
在本发明的方案中，所述的两个止推滑动轴承固定安装于行星轮的两个端面上，位于与行星架侧或行星架侧板侧相对面的止推滑动轴承表面为滑动面。
在这种结构中，为了防止滑动面间隙过大，至少一个止推滑动轴承固定安装时需要配置调整轴向间隙的垫板。
在本发明的方案中，所述的两个止推滑动轴承通过埋头螺栓固定安装于行星轮侧和行星架侧板侧的内侧端面上，止推滑动轴承与行星轮两侧壁的相对面为滑动面，止推滑动轴承的储油凹槽中设有与行星架侧或行星架侧板侧中轴向润滑孔贯通的通透孔。在这种结构中，为了防止滑动面间隙过大，至少一个止推滑动轴承固定安装时需要配置调整轴向间隙的垫板，垫板中设有与对应轴向润滑孔贯通的通透孔。
本发明的优点在于：由于风场的风力瞬间变化莫测，会对行星轮系的各支撑部位产生瞬间冲击，将滑动轴承应用于风力发电设备行星齿轮变速器，与滚动轴承行星齿轮变速器相比，变速器在超载、空载、蠕动和振动等工况下具有更高的可靠性。由于行星轮销轴为空心轴，空心轴两端通过堵塞螺母封堵后形成储油腔，在行星架侧板中设有行星轮销轴中储油腔与变速器箱体中强制供油油道沟通的油道，两油道的交汇处还设有油环和滑环，这种结构紧凑，动静油道的对接技术也比较成熟，根据本方案的说明，实施比较容易。由于在行星轮销轴居中的断面上设有润滑油孔，润滑油孔两侧还设置对称的补偿润滑油孔，润滑油孔可以满足低转速工况下对滑动轴承的润滑，润滑油孔两侧对称的补偿润滑油孔可以满足满载甚至瞬间超载的工况下对滑动轴承的润滑。由于两个补偿润滑油孔均配有插入储油腔中的等长直管，等长直管的长度不大于行星轮销轴内储油腔的半径，进油口位于直管的端部，进油口高于润滑油液面时，才能提供为滑动轴承提供润滑油，而在变速器低速运转时，储油腔内很难得到强制润滑的补充，润滑油液面会下降，当液面低于直管插入储油腔中的长度，进油口将高于润滑油液面，补偿润滑油孔将无法为滑动轴承提供润滑油。由于滑动轴承滑动面上设有与行星轮销轴上润滑油孔对应的一道供油环槽，供油环槽两侧的滑动面与补偿润滑油孔对应段上设有轴向的储油凹槽，它们可以使抵达滑动轴承的润滑油在滑动面形成一层油膜。
本发明的优点还在于：由于行星轮两侧与行星架侧和行星架侧板侧之间分别设有止推滑动轴承，可以有效控制行星轮的轴向攒动，使变速器运行更加平稳。由于储油腔内的润滑油通过行星轮销轴与行星架侧和行星架侧板侧的支撑点相互沟通的径向润滑孔和轴向润滑孔抵达止推滑动轴承滑动面，止推滑动轴承与轴向润滑孔对应段设有储油凹槽，它使抵达止推滑动轴承的润滑油可以在滑动面形成一层油膜。由于在行星轮两端止推滑动轴承中的，至少一个止推滑动轴承固定安装时需要配置调整轴向间隙的垫板。为了防止滑动面间隙过大，减少工作噪音。本发明结构紧凑，故障率低，且维护方便，使用寿命长。
附图说明
图1：是本发明涉及的风力发电机齿轮箱中行星轮系结构示意图。
图2：是本发明行星轮涉及的各滑动轴承的润滑油路示意图。
图3：是本发明中涉及的偿润滑油孔临界油位线示意图。
图中1、行星轮，2、滑动轴承，3、行星架，4、行星轮销轴，5、堵塞螺母，6、止推滑动轴承，7、内齿圈，10、定位块/压板，11、滑环，12、油环，13、太阳轮，14、下一级变速轴，15、前级变速轴，100、行星架侧板，101、油道，102、油道，103、储油腔，105、径向润滑孔，106、轴向润滑孔，107、储油凹槽，109、偿润滑油孔，110、储油凹槽，111、润滑油孔，112、供油环槽，113、径向润滑孔，115、轴向润滑孔，117、储油凹槽。
具体实施方式
附图非限制性地公开了本发明实施例的具体结构，下面结合附图对本发明作进一步地描述。
由图1和图2可见，用于风力发电机的行星齿轮变速器，包括行星架3、行星轮1、行星轮轴4、内齿圈7和太阳轮13，在行星轮系中，行星架3中至少设置均匀分布的三个支撑行星轮1的行星轮销轴4，它们固定安装在行星架3中，行星轮3同时与内齿圈7和太阳轮13啮合，前级变速轴15与本级行星架3对接，本级太阳轮与下一级变速轴14对接。
在本技术方案中，行星轮销轴4为空心轴，空心轴两端通过堵塞螺母5封堵后形成储油腔103，在行星架侧板100中设有与行星轮销轴4中储油腔103沟通的油道101，行星架侧板100的油道101通过滑环11和油环12中的油道102与箱体中的强制供油油道沟通；在行星轮销轴4居中的断面上设有润滑油孔111，润滑油孔111两侧还设置对称的补偿润滑油孔109，两个补偿润滑油孔109均配有插入储油腔103中的等长直管，进油口位于直管的端部；所述的行星轮1通过滑动轴承2支撑在行星轮销轴4上，滑动轴承2滑动面上设有与行星轮销轴4上润滑油孔111对应的一道供油环槽112，供油环槽112两侧的滑动面与补偿润滑油孔109对应段上设有轴向的储油凹槽110，它们使抵达滑动轴承2的润滑油在滑动面形成一层油膜。
行星轮1两侧与行星架3和行星架侧板100之间分别设有止推滑动轴承6，行星轮销轴4与行星架3支撑点上抵达止推滑动轴承6滑动面的润滑孔包括星轮销轴4中的径向润滑孔113和行星架3中的轴向润滑孔115，行星轮销轴4与行星架侧板的支撑点上抵达止推滑动轴承6滑动面的润滑孔包括星轮销轴4中的径向润滑孔105和行星架3中的轴向润滑孔107，止推滑动轴承6与径向润滑孔对应段设有储油凹槽107及117，它使抵达止推滑动轴承6的润滑油在滑动面形成一层油膜。
在本实施例中，所述的滑动轴承2过盈配合固定在行星轮销轴4上，滑动轴承4的外壁为滑动面，其供油环槽112中设有与行星轮销轴4中润滑油孔111贯通的通透孔，供油环槽112两侧的储油凹槽110中设有与行星轮销轴4中补偿润滑油孔109贯通的通透孔。两个补偿润滑油孔109中插入储油腔103中的等长直管的长度不大于行星轮销轴4内储油腔103的半径。
在本实施例中，所述的行星轮销轴4通过定位块/压板10与行星架侧板100定位。
在本实施例中，所述的两个止推滑动轴承6固定安装于行星轮1的两个端面上，位于与行星架3侧或行星架侧板100侧相对面的止推滑动轴承6表面为滑动面。在这种结构中，为了防止滑动面间隙过大，还可以在至少一个止推滑动轴承6固定安装时配置调整轴向间隙的垫板。
具体实施时，所述的滑动轴承2也可以过盈配合嵌入行星轮1中心孔，滑动轴承2的的内壁为滑动面。
具体实施时，两个止推滑动轴承6还可以通过埋头螺栓固定安装于行星轮1和行星架侧板侧100的内侧端面上，止推滑动轴承6与行星轮1两侧壁的相对面为滑动面，止推滑动轴承的储油凹槽中设有与行星架或行星架侧板中润滑孔贯通的通透孔。在这种结构中，为了防止滑动面间隙过大，至少一个止推滑动轴承固定安装时需要配置调整轴向间隙的垫板，垫板中设有与对应润滑孔贯通的通透孔。
由图3可见，由于两个补偿润滑油孔109中插入储油腔103中的等长直管的长度不大于行星轮销轴4内储油腔103的半径，且进油口位于直管的端部，在行星架3运转的过程中，如果行星轮销轴4内储油腔103中的润滑油液面低于直管的进油口，润滑油就不可能进入补偿润滑油孔109，此时滑动轴承2将无法通过所述的补偿润滑油孔109获得润滑油。因此，在直管的实际插入量小于行星轮销轴4内储油腔103的半径时，储油腔103中的润滑油液面与直管的实际插入量对应的液位高度就是满足补偿润滑油孔109的最低临界油位线。
实际工作中，在齿轮箱正常工作条件下，油泵电机正常工作，齿轮箱供油充足，强制润滑油道会通过油道102和101为行星轮轴销4中的储油腔103补充润滑油，并通过润滑油孔111为滑动轴承2提供润滑，通过径向油孔105和轴向油孔106为止推滑动轴承6提供润滑，同时，两个补偿润滑油孔109也同步为滑动轴承2提供润滑。
在齿轮箱空转条件下，或者风机断电工况下，油泵电机不能持续供油时，此时通过齿轮箱配备的机械泵只能为行星轮销轴4内储油腔103提供少量的润滑油补给，导致储油腔103中的润滑油液面会逐步下降，当液面低于最低临界油位线时高于补偿润滑油孔109将会停止为滑动轴承2提供润滑。由于润滑油孔111和径向油孔105和轴向油孔106的孔径都较小，补偿润滑油孔109停止提供润滑后，储油腔103中的润滑油消耗速度变慢，其消耗量完全可以与齿轮箱配备的机械泵提供的润滑油补给量达到平衡，从而维持齿轮箱在空转或风机断电的空负荷工况下正常运转。
由于齿轮箱的润滑供油系统都配置有过滤系统，过滤后的清洁的润滑油可避免油池污染对各滑动轴承滑动面造成的损坏。
Claims (9)
1.一种风力发电机齿轮箱中的行星轮减速级，包括行星架、行星轮、行星轮轴、内齿圈和太阳轮，所述的行星架中至少设置均匀分布的三个支撑行星轮的行星轮销轴，它们固定安装在行星架中，其特征在于，行星轮销轴为空心轴，空心轴两端通过堵塞螺母封堵后形成储油腔，行星架侧板中设有与行星轮销轴的储油腔沟通的油道，行星架侧板的油道通过滑环和油环中的油道与箱体中的强制供油油道沟通；在行星轮销轴居中的断面上设有润滑油孔，润滑油孔两侧还设置对称的补偿润滑油孔，两个补偿润滑油孔均配有插入储油腔中的等长直管，进油口位于直管的端部；所述的行星轮通过滑动轴承支撑在行星轮销轴上，滑动轴承滑动面上设有与行星轮销轴上润滑油孔对应的一道供油环槽，供油环槽两侧的滑动面与补偿润滑油孔对应段上设有轴向的储油凹槽，它们使抵达滑动轴承的润滑油在滑动面形成一层油膜。
2.根据权利要求1所述的风力发电机齿轮箱中的行星轮减速级，其特征在于，所述的滑动轴承过盈配合嵌入行星轮中心孔，滑动轴承的内壁为滑动面。
3.根据权利要求1所述的风力发电机齿轮箱中的行星轮减速级，其特征在于，所述的滑动轴承过盈配合固定在行星轮销轴上，滑动轴承的外壁为滑动面，其供油环槽中设有与行星轮销轴中润滑油孔贯通的通透孔，供油环槽两侧的储油凹槽中设有与行星轮销轴中补偿润滑油孔贯通的通透孔。
4.根据权利要求1-3之一所述的风力发电机齿轮箱中的行星轮减速级，其特征在于，两个补偿润滑油孔中插入储油腔中的等长直管的长度不大于行星轮销轴内储油腔的半径。
5.根据权利要求4所述的风力发电机齿轮箱中的行星轮减速级，其特征在于，行星轮两侧与行星架侧和行星架侧板侧之间分别设有止推滑动轴承，储油腔内的润滑油通过行星轮销轴与行星架侧和行星架侧板侧的支撑点相互沟通的径向润滑孔和轴向润滑孔抵达止推滑动轴承滑动面，止推滑动轴承与轴向润滑孔对应段设有储油凹槽，它使抵达止推滑动轴承的润滑油在滑动面形成一层油膜。
6.根据权利要求5所述的风力发电机齿轮箱中的行星轮减速级，其特征在于，所述的两个止推滑动轴承固定安装于行星轮的两个端面上，位于与行星架侧或行星架侧板侧相对面的止推滑动轴承表面为滑动面。
7.根据权利要求6所述的风力发电机齿轮箱中的行星轮减速级，其特征在于，至少一个止推滑动轴承固定安装时需要配置调整轴向间隙的垫板。
8.根据权利要求5所述的风力发电机齿轮箱中的行星轮减速级，其特征在于，所述的两个止推滑动轴承通过埋头螺栓固定安装于行星轮侧和行星架侧板侧的内侧端面上，止推滑动轴承与行星轮两侧壁的相对面为滑动面，止推滑动轴承的储油凹槽中设有与行星架侧或行星架侧板侧中轴向润滑孔贯通的通透孔。
9.根据权利要求8所述的风力发电机齿轮箱中的行星轮减速级，其特征在于，至少一个止推滑动轴承固定安装时需要配置调整轴向间隙的垫板，垫板中设有与对应轴向润滑孔贯通的通透孔。
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