CN107288825B - 具有传动系的风力发电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有传动系(1)的风力发电设备，该传动系包括一个转子轴(2)和一个行星齿轮传动装置(10)。在此，该转子轴(2)与该第一齿轮级(11)的行星齿轮架(14)固定且无游隙地连接。该转子轴(2)还在背向该第一齿轮级(11)的侧面(3)上以滚动轴承(5)支承在一个支撑结构(30)处。与该转子轴(2)连接的行星齿轮架(14)以作为固定轴承的双排滚动轴承(20)支承在一个齿轮壳体(16)内，该双排滚动轴承具有呈X形安排的倾斜位置，其中，该齿轮壳体(16)紧固在相对于该支撑结构(30)而言位置固定的至少一个支座(31)处。

Description

具有传动系的风力发电设备
技术领域
本发明涉及一种具有传动系的风力发电设备，该传动系包括一个转子轴和一个行星齿轮传动装置。
背景技术
在已知的风力发电设备中，围绕大体上水平的轴线可旋转的转子通过风进行旋转。在此，该转子与转子轴并且通过齿轮传动装置与发电机固定连接，以将该转子的转动能量转换成电能。
为了可旋转地支承该转子而已知的是，将该风力发电设备的传动系以三点支承来支承。在此，该转子轴通过一个靠近与该转子的连接区域安排的前部轴承支承并且在后部区域中连接到该齿轮传动装置，该齿轮传动装置紧固在该风力发电设备的机架处的两个侧向齿轮支座处。该转子轴在此类的三点支承中尤其在弯曲负载方面支撑在该齿轮传动装置的轴承上。
在文献DE 10 2006 027 543A1中描述了一种风力发电设备的转子的三点支承的不同变体。这些变体的共同之处在于，用于该转子轴的前部轴承构型为固定轴承，该固定轴承也可以接收轴向力，并且在该转子轴与该第一齿轮级之间必须设置离合器，以便使该齿轮传动装置免受例如由于作用在该转子上的风力而产生的该转子轴的变形，从而使该齿轮传动装置不受损坏。为此，可以根据DE 10 2006 027 543A1设置一个扭转盘，该扭转盘通过齿式离合器与该第一齿轮级共同作用，以便补偿轴向或弯曲变形。通过可松脱的轴-毂连接替代性地至少避免将轴向力传递到该齿轮传动装置上。然而，对应的连接是不利的，这是因为，由于待传递的扭矩，这些连接在生产上通常是高耗费的。
发明内容
因此本发明所基于的目的在于，创造一种风力发点设备，其中，不再出现或仅还在更小的范围内出现从现有技术已知的缺点。
这个目的通一种具有传动系的风力发电设备实现，该传动系包括一个转子轴和具有一个第一齿轮级的行星齿轮传动装置，其中，该转子轴与该第一齿轮级的行星齿轮架连接，
其中，
在该转子轴与该第一齿轮级的该行星齿轮架之间的连接是固定且无游隙的，该转子轴在背向该第一齿轮级的侧面上以滚动轴承支承在一个支撑结构处，并且与该转子轴连接的行星齿轮架以作为固定轴承的双排滚动轴承支承在一个齿轮壳体内，该双排滚动轴承具有呈X形安排的倾斜位置，其中，该齿轮壳体紧固在相对于该支撑结构而言位置固定的至少一个支座处，其中，将一个紧固元件设置在该至少一个支座处以紧固该齿轮壳体，其中，该紧固元件包括一个弹性悬挂架。
本发明具有有利的改进方案。
因此，本发明涉及一种具有传动系的风力发电设备，该传动系包括一个转子轴和具有一个第一齿轮级的行星齿轮传动装置，其中，该转子轴与该第一齿轮级的行星齿轮架固定且无游隙地连接，该转子轴在背向该第一齿轮级的侧面上以滚动轴承支承在一个支撑结构处，并且与该转子轴连接的行星齿轮架以双排滚动轴承支承在该行星齿轮传动装置的一个齿轮壳体内，该双排滚动轴承具有呈X形安排的倾斜位置，其中，该齿轮壳体紧固在相对于该支撑结构位置固定的至少一个支座处。
首先解释一些结合本发明使用的术语。
行星齿轮传动装置是一种绕转式齿轮传动装置，该绕转式齿轮传动装置在每个齿轮级中包括一个内齿空心轮、一个外齿中心轮和一个行星齿轮架作为齿轮部件，该行星齿轮架具有安排在其上的至少一个绕转式齿轮，该绕转式齿轮接合到该空心轮的齿部和该中心轮的齿部中。一般来说，行星齿轮传动装置的齿轮级的这些齿轮部件中的一个齿轮部件(通常空心轮)被固定，而另外两个齿轮部件能够以通过该齿轮传动装置的这些单独齿轮的尺寸而预定的传动比来围绕一条共同的轴线旋转。一个行星齿轮传动装置可以具有多个齿轮级。然而，行星齿轮传动装置也可以仅包括一个齿轮级，其中，于是该第一齿轮级同时是唯一的齿轮级。
如果滚动轴承不能接收轴向力，则该滚动轴承是浮动轴承。相反地，如果滚动轴承可以接收在两个方向上的轴向力，则该滚动轴承是固定轴承。如果将固定轴承和浮动轴承用于支承例如一个轴，则称之为固定-浮动支承(FLL)。
在根据本发明的风力发电设备中，通过以一个具有呈X形安排的倾斜位置的双排滚动轴承将该第一齿轮级的行星齿轮架支承在该齿轮壳体中，确保了即使在负载情况下该行星齿轮架的旋转轴线的位置相对于该齿轮壳体实际上也不改变。即，由于在该两排的滚动轴承中呈X形安排的倾斜位置，可以实现在齿轮壳体与行星齿轮架之间的精确的轴向引导，也就是说，在该轴承的合适的实施方式中，齿轮壳体与行星齿轮架在轴向方向上实际上不再能够相对于彼此移动。还可以接收该轴承的倾斜力矩。
通过借助于具有呈X形安排的倾斜位置的双排滚动轴承确保了该行星齿轮架的旋转轴线相对于该齿轮壳体的固定位置，对应的内容也适用于该第一齿轮级的紧固或支承在该齿轮壳体处的其他部件，尤其该内齿空心轮和该外齿中心轮。在此，该空心轮例如可以与该壳体固定地连接，而该外齿中心轮通过合适的轴承相对于该齿轮壳体可旋转地支承。
只有通过这些预先规定的轴承构型和轴承安排才可以可靠地将该转子轴与该第一齿轮级的行星齿轮架固定且无游隙地连接。换言之，所述连接即以如下方式构型，使得在该连接的常见负载情况下在转子轴与齿轮部件之间实际上不出现相对运动。因此，虽然由于通过作用于该转子上的风的负载(尤其弯曲负载)该转子轴的变形可以导致该第一齿轮级的行星齿轮架的轴线位置的改变，然而由于具有呈X形安排的倾斜位置的双排滚动轴承，该齿轮壳体的位置也对应地改变，使得这种位置改变对在该齿轮壳体中安排的齿轮部件的相对位置和其共同作用不产生影响。因此在本发明中可以完全免除如在现有技术中为了使该齿轮传动装置避免该转子轴的变形而设置的离合器。
已知的是，在具有呈X形安排的倾斜位置的双排滚动轴承中的扭矩接收能力相对于具有O形安排的可比较的轴承更小。然而，由于在风力发电设备的传动系的所述位置处的轴承的通常较大的直径，X形安排的与之相关的缺点在原理上是总体可控制的。然而也可以提出，该第一齿轮级的行星齿轮架在该双排滚动轴承的背向该转子轴的侧面上以构型为浮动轴承的支撑轴承而支承在该齿轮壳体内。通过此类额外的支承可以在该齿轮壳体中实现该行星齿轮架的固定-浮动支承。由此，进一步提高以下安全性：即使在负载情况下也不改变该行星齿轮架的旋转轴线相对于该齿轮壳体的位置。
包括该转子轴和该行星齿轮传动装置的该传动系在原理上支承在两个点处：一方面通过安排在该转子轴处的滚动轴承而支承在该支撑结构处，另一方面通过该行星齿轮传动装置的齿轮壳体的紧固而支承在相对于该支撑结构而言位置固定的至少一个支座处，其中，最终的可旋转性通过在该齿轮壳体中具有呈X形安排的倾斜位置的双排滚动轴承来实现。该至少一个支座也可以直接安排在该支撑结构本身处。
为了能够确保无应力地支承该传动系，在该转子轴处安排在背向该第一齿轮级的侧面上的该滚动轴承可以形成为固定轴承。在此情况下，该行星齿轮传动装置或其壳体的紧固于是必须构型为允许至少在轴向方向上的运动。
替代于此可行的是，该齿轮壳体相对于该至少一个支座，并且由此也相对于该支撑结构，在轴向方向上大体上不可移动地紧固。如果对应地紧固该齿轮壳体，则由于根据本发明提供的具有呈X形安排的倾斜位置的双排滚动轴承的特性，存在用于该传动系的固定轴承。在此情况下，在该转子轴处在背向该第一齿轮级的侧面上安排的滚动轴承形成为浮动轴承。
该双排滚动轴承的外环优选地是分段的。即，在此情况下，该外环由两个环组成，这些环同中心地安排而构成该外环。在此，在这两个环之间的分离接缝优选地如下地构型，使得能够通过减小接缝宽度(优选地减小到零)或通过对应地张紧该外环的这两个部分来实现轴承预应力，通过该轴承预应力然后尤其可以防止该内环和外环的相对轴向运动。
优选的是，通过将该外环紧固在一个紧固元件处，该外环的这两个部分彼此张紧，以将该齿轮壳体紧固在该至少一个支座处。为此，该外环的一个部分可以具有无螺纹的穿通孔并且该外环的另一个部分具有带有内螺纹的孔。如果该外环以至少一个螺栓紧固在紧固元件处，则这些螺栓分别通过该紧固元件和该外环的第一部分的这些无螺纹的穿通孔之一伸出，以便分别接合到在该外环的另一个部分处的内螺纹中。如果现在拧紧这些螺栓，则除了将该外环紧固在该紧固元件处外，还可以实现对该外环的这两个部分的期望的张紧。
也可行的是，通过这些螺栓来固定具有穿通孔的其他元件，以紧固该外环或张紧该外环的这些部分。这样，用于该第一齿轮级的固定的齿轮部件的例如扭矩支撑件可以通过这些螺栓中的至少一个紧固在该紧固元件处。该齿轮传动装置的该壳体也可以这样直接紧固在该紧固元件和/或该外环处。
该双排滚动轴承的该内环可以通过一个收缩盘紧固在该第一齿轮级的该行星齿轮架处。然而优选的是，该内环通过将该转子轴紧固在该行星齿轮架处而张紧。这例如在如下情况中是可行的：通过螺栓连接部产生转子轴与行星齿轮架的固定且无游隙的连接。在拧紧该螺栓连接部时，一般来说产生该转子轴与该行星齿轮架的相对运动，使用这种相对运动以张紧该双排滚动轴承的内环。尤其当张紧该双排滚动轴承的内环时，确保了该双排滚动轴承也可以接收轴向力。
为了将该齿轮壳体紧固在该至少一个支座处，可以设置一个紧固元件，该紧固元件优选地包括一个弹性的补偿区域。通过对应的弹性的补偿区域，该齿轮壳体可以与该齿轮壳体本身所紧固到的结构以如下方式解耦，使得齿轮壳体与该至少一个支座之间更小的相对运动是可能的。由此，尤其可以减小从该齿轮传动装置到该风力发电设备的其余结构的振动传递。该弹性的补偿区域可以直接整合到该紧固元件中。然而也可以通过弹性的悬架轴套实现该弹性的补偿区域。
可以优选的是，该弹性的补偿区域的弹性以如下方式依赖于方向地构型，使得在与该转子轴的轴向方向平行的方向上实现比在与该转子轴的径向方向平行的方向上更高的刚性。这在以下情况下是尤其有利的：该齿轮壳体应相对于该至少一个支座在轴向方向上大体上不可移动地紧固，以便构成用于该传动系的固定轴承。
优选的是，该双排滚动轴承是双排的圆锥滚子轴承。在该转子轴的背向该第一齿轮级的侧面上的该滚动轴承和/或该支撑轴承优选地是圆柱滚子轴承。
该双排滚动轴承的内直径优选为至少1000mm，进一步优选为至少1100mm，进一步优选为至少1900mm。
附图说明
现在参照附图借助于优选的实施方式示例性地说明本发明。附图示出：
图1：示出了一种根据本发明的风力发电设备的第一实施例的传动系的示意性局部视图。
具体实施方式
图1中示意性地示出了具有与本发明相关的部件的根据本发明的风力发电设备的传动系1。
该传动系1包括一个转子轴2，该风力发电设备的转子可以紧固在该转子轴的一个末端3处。一个行星齿轮传动装置10安排在该转子轴的另一个末端4处。仅示出了该行星齿轮传动装置10的第一齿轮级11。
该第一齿轮级11包括一个内齿空心轮12、一个外齿中心轮13以及一个具有安排在其上的绕转式齿轮15的行星齿轮架14作为齿轮部件，这些绕转式齿轮接合到该内齿空心轮12的齿部和该外齿中心轮13的齿部中。该内齿空心轮12与该齿轮壳体16固定连接，而该外齿中心轮13通过为了清楚起见而未示出的滚动轴承相对于该齿轮壳体16可旋转地支承。下面还要对该行星齿轮架14通过该双排滚动轴承20和该支撑轴承25在该齿轮壳体16中的支承进行详细说明。
该转子轴2在用于连接该转子而设置的末端3的区域中通过一个滚动轴承5支承在(在图1中仅简示的)该支撑结构30处。该转子轴2在该转子轴的末端4处通过该螺栓连接部6与该第一齿轮级11的该行星齿轮架14固定且无游隙地连接。为此，该转子轴2具有用于螺栓的穿通开口，这些穿通开口接合到在该行星齿轮架14处的具有内螺纹的盲孔。
通过该螺栓连接部6和该间隔轴套7，该双排滚动轴承20的内环21进一步通过张紧而紧固在该第一齿轮级11的该行星齿轮架14处。该双排滚动轴承20构型为具有呈X形安排的倾斜位置的双排圆锥滚子轴承。该双排滚动轴承20的该外环22分段为两个环23、23'。在此，一个环23具有无螺纹的穿通孔，而在另一个环中23'中设置有具有内螺纹的孔。在这两个环23、23'之间的该分离接缝24以如下方式构型，使得通过用螺栓9将该外环22紧固在紧固元件8处而如下地将这两个环23、23'彼此张紧，使得实现可以防止该内环21相对于该外环22的轴向相对运动的轴承预应力。同时，通过这些螺栓9将该齿轮壳体16与该紧固元件8以及与该双排滚动轴承20，即，该双排滚动轴承的外环22，固定连接。
该行星齿轮架14还在该双排滚动轴承20的背向该转子轴2的侧面上以构型为浮动轴承的支撑轴承25支承在该齿轮壳体16内。因为该双排滚动轴承20与该齿轮壳体16连接并且于是相对于该齿轮壳体16构成固定轴承，所以通过该支撑轴承25在该齿轮壳体16内实现该行星齿轮架14的固定-浮动支承。
通过该紧固元件8将该行星齿轮传动装置10和尤其该行星齿轮传动装置的齿轮壳体16紧固在支座31处，这些支座直接安排在该支撑结构30处。该紧固元件8还具有环形构型的弹性补偿区域18，该传动系1用该补偿区域与该支撑结构30以如下方式弹性地解耦，使得减小从该行星齿轮传动装置10到该支撑结构30的振动传递。
在根据图1的传动系1的一个变体中，该滚动轴承5是一个滚动轴承、尤其摆式滚动轴承，该轴承可以接收轴向力，由此该轴承是固定轴承。为了避免该传动系1中的应力，在此情况下以如下方式弹性地构型该弹性补偿区域18，使得该弹性补偿区域允许该行星齿轮传动装置10在该转子轴2的轴向方向上的足够的运动。
在根据图1的传动系1的一个替代性变体中，该滚动轴承5构型为浮动轴承，即，不能接收轴向方向上的力。在此情况下，该弹性补偿区域18在轴向方向上具有如下的刚性，使得减小该行星齿轮传动装置10和由此该双排滚动轴承20相对于该支撑结构30的轴向相对运动，从而使得该双排滚动轴承20可以被视为固定轴承。在此，该弹性补偿区域18在径向方向上的弹性可以显著高于在轴向方向上的弹性，以便最小化振动的传递。

Claims (15)

1.具有传动系(1)的风力发电设备，该传动系包括一个转子轴(2)和具有一个第一齿轮级(11)的行星齿轮传动装置(10)，其中，该转子轴(2)与该第一齿轮级(11)的行星齿轮架(14)连接，
其特征在于
在该转子轴(2)与该第一齿轮级(11)的该行星齿轮架之间的连接是固定且无游隙的，该转子轴(2)在背向该第一齿轮级(11)的侧面(3)上以滚动轴承(5)支承在一个支撑结构(30)处，并且与该转子轴(2)连接的行星齿轮架(14)以作为固定轴承的双排滚动轴承(20)支承在一个齿轮壳体(16)内，该双排滚动轴承具有呈X形安排的倾斜位置，其中，该齿轮壳体(16)紧固在相对于该支撑结构(30)而言位置固定的至少一个支座(31)处，其中，将一个紧固元件(8)设置在该至少一个支座(31)处以紧固该齿轮壳体(16)，其中，该紧固元件(8)包括一个弹性悬挂架。
2.根据权利要求1所述的风力发电设备，
其特征在于
该第一齿轮级(11)的行星齿轮架(14)在该双排滚动轴承(20)的背向该转子轴(2)的侧面上以构型为浮动轴承的支撑轴承(25)支承在该齿轮壳体(16)内以构成该行星齿轮架(14)的固定-浮动支承。
3.根据权利要求1或2所述的风力发电设备，
其特征在于
在该转子轴(2)处在背向该第一齿轮级(11)的侧面(3)上安排的滚动轴承(5)形成为固定轴承并且该齿轮壳体(16)在该支座(31)处的紧固被构型为允许在该转子轴(2)的轴向方向上的运动。
4.根据权利要求1或2所述的风力发电设备，
其特征在于
该齿轮壳体(16)相对于该至少一个支座(31)在轴向方向上大体上不可移动地紧固并且在该转子轴(2)处在背向该第一齿轮级(11)的侧面(3)上安排的滚动轴承(5)形成为浮动轴承。
5.根据权利要求1或2所述的风力发电设备，
其特征在于
该双排滚动轴承(20)的外环(22)是分段的。
6.根据权利要求5所述的风力发电设备，
其特征在于
在该外环(22)的两个部分(23，23')之间的分离接缝(24)以如下方式构型：使得能够通过减小接缝宽度或对应地张紧该外环(22)的这两个部分(23，23')来实现轴承预应力。
7.根据权利要求5所述的风力发电设备，
其特征在于
该外环(22)的一个部分(23)具有无螺纹的穿通孔并且该外环(22)的另一个部分(23')具有带有内螺纹的孔。
8.根据权利要求7所述的风力发电设备，
其特征在于
该外环(22)的这两个部分(23，23')通过将该外环(22)紧固在一个紧固元件(8)处而彼此张紧，以将该齿轮壳体(16)紧固在该至少一个支座(31)处。
9.根据权利要求1或2所述的风力发电设备，
其特征在于
该双排滚动轴承(20)的内环(21)通过将该转子轴(2)紧固在该第一齿轮级(11)的齿轮部件处而张紧。
10.根据权利要求1所述的风力发电设备，
其特征在于
该弹性悬挂架的弹性以如下方式依赖于方向地构型：使得在与该转子轴(2)的轴向方向平行的方向上实现比在与该转子轴(2)的径向方向平行的方向上更高的刚性。
11.根据权利要求1或2所述的风力发电设备，
其特征在于
该双排滚动轴承(20)是双排的圆锥滚子轴承。
12.根据权利要求2所述的风力发电设备，
其特征在于
在该转子轴(2)的背向该第一齿轮级(11)的侧面(3)上的该滚动轴承(5)和/或该支撑轴承(25)是圆柱滚子轴承。
13.根据权利要求1或2所述的风力发电设备，
其特征在于
该双排滚动轴承(20)的内直径为至少1000mm。
14.根据权利要求1或2所述的风力发电设备，
其特征在于
该双排滚动轴承(20)的内直径为至少1100mm。
15.根据权利要求1或2所述的风力发电设备，
其特征在于
该双排滚动轴承(20)的内直径为至少1900mm。
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