CN109114201B - 一种迷宫密封结构及齿轮箱结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种迷宫密封结构及齿轮箱结构，属于风电技术领域。齿轮箱结构包括齿轮箱和迷宫密封结构，迷宫密封结构包括安装座和输出轴。安装座具有容置腔和回油口，容置腔内分隔出至少三个依次连通的迷宫腔。本发明提供的齿轮箱结构采用了迷宫密封结构，通过将容置腔分隔为多个独立的迷宫腔，各个独立的迷宫腔之间通过节流间隙连通，形成了多级迷宫构造，在实现齿轮箱输出轴的非接触式密封的同时，实现了输出轴与安装座之间的防尘、防水功能。

Description

一种迷宫密封结构及齿轮箱结构

技术领域

本发明涉及风电技术领域，具体而言，涉及一种迷宫密封结构及齿轮箱结构。

背景技术

当前人类主要使用风机实现风能到电能的转换，多数风机中都含有增速齿轮箱，其可将风轮转速提升到适合发电机发电的转速，其设计寿命要求为20年，且要求免维护，接触式密封很难满足使用要求。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种迷宫密封结构，可以在齿轮箱结构的全寿命周期内免维护，有效降低运维成本，产品的可靠性更强。

本发明实施例的目的还在于提供一种齿轮箱结构，可以免维护，有效降低运维成本，产品的可靠性更强。

本发明是这样实现的：

本发明实施例提供了一种迷宫密封结构，所述迷宫密封结构包括安装座和输出轴，所述安装座用于与齿轮箱连接，所述安装座具有容置腔和用于连通所述容置腔和齿轮箱的回油口，所述输出轴贯穿所述容置腔且通过轴承可转动的支撑于所述安装座，所述容置腔内分隔出至少三个依次连通的迷宫腔，部分所述迷宫腔通过所述回油口与所述齿轮箱直接连通。

作为上述实施例的可选方案，所述容置腔内分隔出通过节流间隙依次连通的回油腔、减压腔和防尘腔，所述回油腔位于所述轴承和所述减压腔之间，所述回油腔、所述减压腔均与所述回油口直接连通，所述防尘腔与所述回油口间接连通。

作为上述实施例的可选方案，所述回油腔和所述减压腔之间通过第一节流间隙连通，所述防尘腔与所述减压腔之间通过第二节流间隙连通，所述安装座与所述输出轴之间形成第三节流间隙，所述防尘腔与外界之间通过所述第三节流间隙连通。

作为上述实施例的可选方案，所述迷宫密封结构还包括迷宫外环和迷宫内环，所述迷宫外环和所述迷宫内环均位于所述容置腔内，所述迷宫外环与所述安装座固定连接，所述迷宫内环固定套设于所述输出轴，所述迷宫外环和所述迷宫内环均为环状且所述迷宫内环穿设于所述迷宫外环，所述迷宫外环和所述迷宫内环之间形成所述第一节流间隙，所述迷宫内环与所述安装座之间形成所述第二节流间隙，所述安装座的远离所述齿轮箱的一端与所述输出轴之间形成所述第三节流间隙，所述迷宫外环、所述迷宫内环、所述输出轴和所述轴承之间围成所述回油腔，所述迷宫内环、所述迷宫外环和所述安装座之间围成所述减压腔，所述迷宫内环、所述安装座和所述输出轴之间围成所述防尘腔。

作为上述实施例的可选方案，所述迷宫内环和所述安装座之间通过第一配合部和第二配合部配合形成所述第二节流间隙，所述第一配合部设置有至少两个第一环形凹槽，所述第一环形凹槽沿所述迷宫内环的轴线设置，相邻的两个第一环形凹槽之间通过第一环形挡块隔开，所述第二配合部设置有至少两个第二环形挡块，所述第二环形挡块沿所述输出轴的轴线设置，相邻的两个所述第二环形挡块之间围成第二环形凹槽，所述第一环形挡块插入所述第二环形凹槽内，所述第二环形挡块插入所述第一环形凹槽内，以使所述第二节流间隙呈阶梯状交错分布。

作为上述实施例的可选方案，所述迷宫内环包括一体成型且同轴设置的圆柱段和圆台段，所述圆台段的直径大于所述圆柱段的直径，所述圆柱段穿设于所述迷宫外环，所述圆台段与所述迷宫外环之间间隔设置，所述圆台段的直径从靠近所述迷宫外环的一端到另一端逐渐增大。

作为上述实施例的可选方案，所述迷宫外环包括第一部分和第二部分，所述第一部分的厚度大于所述第二部分的厚度，所述第一部分位于所述第二部分的外侧且抵住所述轴承，所述第二部分与所述迷宫内环围成所述第二节流间隙，所述第二部分的靠近所述输出轴的内端设置有钩形槽，所述钩形槽位于所述第二部分的靠近所述轴承的一侧且围绕所述迷宫外环的轴线成环形设置。

作为上述实施例的可选方案，所述安装座的远离齿轮箱的一端内表面设置有防尘凹槽，所述防尘凹槽位于所述第三节流间隙内，所述防尘凹槽绕所述输出轴的轴线呈环形结构，所述防尘凹槽朝向远离所述输出轴周面的方向凹陷。

作为上述实施例的可选方案，所述防尘凹槽的数量为三个，三个所述防尘凹槽沿所述输出轴的轴线分布，所述防尘凹槽的截面为圆弧形。

作为上述实施例的可选方案，所述安装座包括轴承座和端盖，所述端盖可拆卸的连接于所述轴承座，所述轴承座和所述端盖共同围成所述容置腔，所述输出轴分别贯穿所述轴承座和所述端盖，所述轴承座与所述输出轴之间设置有至少两个所述轴承，相邻的两个所述轴承通过分隔环分隔，所述迷宫外环与所述轴承座的内表面配合且所述迷宫外环与所述端盖之间通过定位销定位。

作为上述实施例的可选方案，所述输出轴为阶梯轴，所述阶梯轴的其中一端设置有螺纹段，所述螺纹段上套设有锁紧螺母，所述锁紧螺母抵接于所述轴承的内圈且使所述轴承固定于所述输出轴。

本发明实施例还提供了一种齿轮箱结构，所述齿轮箱结构包括齿轮箱和上述的迷宫密封结构，所述齿轮箱具有安装口，所述安装座安装于所述安装口且将所述安装口封闭，所述回油口位于所述迷宫密封结构的底部且与所述齿轮箱内部连通。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

本发明实施例提供的齿轮箱结构采用了迷宫密封结构，通过将容置腔分隔为多个独立的迷宫腔，各个独立的迷宫腔之间通过相互连通，形成了多级迷宫构造，在实现齿轮箱输出轴的非接触式密封的同时，实现了输出轴与安装座之间的防尘、防水功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的齿轮箱结构的结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为图1的局部放大示意图；

图4为图1的局部放大示意图；

图5为图1的局部放大示意图；

图6为迷宫内环的结构示意图；

图7为迷宫外环的结构示意图。

图标：10-齿轮箱结构；11-齿轮箱；12-迷宫密封结构；110-安装口；111-回油通道；120-安装座；121-输出轴；122-迷宫外环；123-迷宫内环；125-回油口；126-流道；127-轴承；130-回油腔；131-减压腔；132-防尘腔；134-第一节流间隙；135-第二节流间隙；136-第三节流间隙；138-第一配合部；139-第二配合部；140-第一环形凹槽；141-第一环形挡块；142-第二环形挡块；143-第二环形凹槽；146-圆柱段；147-圆台段；148-第一部分；149-第二部分；150-钩形槽；153-防尘凹槽；154-轴承座；155-端盖；157-锁紧螺母。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参照图1所示，本发明实施例提供了一种齿轮箱结构10，该齿轮箱结构10主要用于风机发电。

齿轮箱结构10的具体结构为：齿轮箱结构10主要由齿轮箱11和迷宫密封结构12组成。

齿轮箱11内用于安装齿轮增速器等，齿轮箱11具有安装口110，安装口110用于安装迷宫密封结构12。

在安装口110处设置有回油通道111，回油通道111位于安装口110的下方，主要用于回油。

需要说明的是，图1中仅仅示出了齿轮箱11的一小部分结构，并非全部，仅仅为了体现迷宫密封结构12的位置及连接关系。齿轮箱11的其余部分结构，可以参照现有技术，在此不再赘述。

迷宫密封结构12的具体结构如下：

迷宫密封结构12包括安装座120、输出轴121、迷宫外环122和迷宫内环123。

安装座120用于与齿轮箱11连接，安装座120安装于安装口110且将安装口110封闭。

请参照图2所示，安装座120具有容置腔和用于连通容置腔和齿轮箱11的回油口125(回油口125在图1和图2中未标出，请参见图3所示)，回油口125位于迷宫密封结构12的底部且与齿轮箱11内部连通。

输出轴121贯穿容置腔且通过轴承127可转动的支撑于安装座120。

输出轴121为阶梯轴，阶梯轴的其中一端设置有螺纹段，螺纹段上套设有锁紧螺母157，锁紧螺母157抵接于轴承127的内圈且使轴承127固定于输出轴121。

容置腔内分隔出至少三个依次连通的迷宫腔，部分迷宫腔通过回油口125与齿轮箱11直接连通。

请参照图3所示，为了回油方便，在容置腔的内表面设置有流道126，流道126与回油口125连通，流道126位于容置腔的底部。

在本实施例中，安装座120包括轴承座154和端盖155。

端盖155可拆卸的连接于轴承座154，轴承座154和端盖155共同围成容置腔，回油口125位于轴承座154的底部，流道126位于轴承座154和端盖155的底部。

请参照图4所示，端盖155内表面设置有防尘凹槽153，端盖155与输出轴121之间形成第三节流间隙136，防尘凹槽153位于第三节流间隙136内，防尘凹槽153绕输出轴121的轴线呈环形结构，防尘凹槽153朝向远离输出轴121周面的方向凹陷。

在本实施例中，防尘凹槽153的数量为三个，三个防尘凹槽153沿输出轴121的轴线分布，防尘凹槽153的截面为圆弧形。

输出轴121分别贯穿轴承座154和端盖155，轴承座154与输出轴121之间设置有至少两个轴承127，相邻的两个轴承127通过分隔环分隔，迷宫外环122与轴承座154的内表面配合且迷宫外环122与端盖155之间通过定位销定位。

容置腔内分隔出至少三个依次连通的迷宫腔，部分迷宫腔与齿轮箱11直接连通，与齿轮箱11直接连通的迷宫腔，不与外界直接连通。

迷宫腔的数量不限，可以根据需要进行设置，一般来讲，迷宫腔的数量越多，密封效果越好，但结构也更加复杂，三个迷宫腔可以使密封效果与结构的复杂度取得一个平衡。

请继续参照图3所示，在本实施例中，迷宫腔的具体分布为：容置腔内分隔出三个迷宫腔，三个迷宫腔分别为回油腔130、减压腔131和防尘腔132，回油腔130位于轴承127和减压腔131之间，回油腔130、减压腔131均与回油口125直接连通，防尘腔132与回油口125间接连通。

在本实施例中，回油腔130和减压腔131之间通过第一节流间隙134连通，防尘腔132与减压腔131之间通过第二节流间隙135连通，防尘腔132与外界之间通过第三节流间隙136连通。

容置腔内的独立腔室可以由安装座120直接形成，例如浇注生产安装座120时一体成型，也可以采用下列方案：容置腔内的独立腔室是通过迷宫外环122和迷宫内环123分隔的，具体如下：

迷宫外环122和迷宫内环123均位于容置腔内，迷宫外环122与安装座120固定连接，迷宫内环123固定套设于输出轴121，迷宫外环122和迷宫内环123均为环状且迷宫内环123穿设于迷宫外环122。

迷宫外环122和迷宫内环123之间形成第一节流间隙134，迷宫内环123与安装座120之间形成第二节流间隙135，安装座120的远离齿轮箱11的一端与输出轴121之间形成第三节流间隙136，迷宫外环122、迷宫内环123、输出轴121和轴承127之间围成回油腔130，迷宫内环123、迷宫外环122和安装座120之间围成减压腔131，迷宫内环123、安装座120和输出轴121之间围成防尘腔132。

此外，请参照图5所示，迷宫内环123和安装座120之间通过第一配合部138和第二配合部139配合形成第二节流间隙135，在本实施例中，第一配合部138位于迷宫内上，第二配合部139位于端盖155上，当然，反过来也是允许的。

第一配合部138设置有至少两个第一环形凹槽140，第一环形凹槽140沿迷宫内环123的轴线设置，相邻的两个第一环形凹槽140之间通过第一环形挡块141隔开。

第二配合部139设置有至少两个第二环形挡块142，第二环形挡块142沿输出轴121的轴线设置，相邻的两个第二环形挡块142之间围成第二环形凹槽143。

第一环形挡块141插入第二环形凹槽143内，第二环形挡块142插入第一环形凹槽140内，以使第二节流间隙135呈阶梯状交错分布。

请参照图6所示，迷宫内环123包括一体成型且同轴设置的圆柱段146和圆台段147，圆台段147的直径大于圆柱段146的直径，圆柱段146穿设于迷宫外环122，圆台段147与迷宫外环122之间间隔设置。

圆台段147的直径从靠近迷宫外环122的一端到另一端逐渐增大，通过这种设计，输出轴121高速旋转时，迷宫内环123产生很大的离心作用，在离心力的作用下，润滑油及油气混合物会被甩到减压腔131左侧的内壁上，回收更加完全。

请参照图7所示，迷宫外环122包括第一部分148和第二部分149，第一部分148的厚度大于第二部分149的厚度，第一部分148位于第二部分149的外侧且抵住轴承127，第二部分149与迷宫内环123围成第二节流间隙135，第二部分149的靠近输出轴121的内端设置有钩形槽150，钩形槽150位于第二部分149的靠近轴承127的一侧且围绕迷宫外环122的轴线成环形设置。

本发明实施例提供的齿轮箱结构10采用了迷宫密封结构12，通过将容置腔分隔为多个独立的腔体，各个独立的腔体之间通过节流间隙连通，形成了多级迷宫构造，在实现齿轮箱11输出轴121的非接触式密封的同时，实现了输出轴121与安装座120之间的防尘、防水功能。

此外，上述结构还可以有效避免一般迷宫的透气效应。

迷宫密封结构12结构简洁，对零件加工精度要求低，装配简单，有效提升产品的可靠度。

迷宫密封结构12的安装顺序如下：

将两个轴承127间隔安装在输出轴121上，并通过锁紧螺母157压紧。

将轴承127和输出轴121整体装入轴承座154内。

安装合适尺寸的迷宫外环122，迷宫外环122与轴承座154之间可以采用过盈配合、过渡配合、间隙配合等。

将迷宫内环123固定于输出轴121上，可以采用过盈配合的联接方式。

将端盖155安装在轴承座154上。

迷宫密封结构12的工作原理如下：

迷宫内环123左侧的圆柱面与迷宫外环122的内圆柱面形成了第一节流间隙134，轴承127右侧端面与迷宫外环122的左侧端面间形成回油腔130。

润滑轴承127的润滑油流入此腔体后大部分会沿着迷宫外环122底部的流道126到轴承座154的回油槽及回油孔，再经由箱体上的回油通道111返回到齿轮箱11。

在回油腔130内压力过大时，有部分润滑油或油气混合物通过第一节流间隙134进入下一个减压腔131。

同时为防止迷宫内环123壁上的润滑油直接流入第一节流间隙134，在靠近迷宫外环122内径处增加一钩形槽150，引导润滑油沿钩形槽150到回油腔130的底部。

而后，通过第一节流间隙134的润滑油及油气混合物进入减压腔131后，润滑油会流入到减压腔131底部的回油孔。

输出轴121上的迷宫内环123会随输出轴121高速旋转，产生很大的离心作用，在离心力的作用下，润滑油及油气混合物会被甩入到减压腔131的内壁上。

迷宫内环123与端盖155相互交错形成了阶梯交错状的第二节流间隙135，油气混合物必然经过此阶梯型的第二节流间隙135，流速压力在此降低，气液分离，液体回流到油池。

最后，在输出轴121和端盖155之间设计了第三节流间隙136，且开有三个半圆型的防尘凹槽153，可以有效阻止灰尘及凝露进入齿轮箱11，同时在第三节流间隙136和第二节流间隙135之间设计了一个防尘腔132，能搜集在极端情况越过第三节流间隙136的污染物。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种迷宫密封结构，其特征在于，所述迷宫密封结构包括安装座(120)和输出轴(121)，所述安装座(120)用于与齿轮箱(11)连接，所述安装座(120)具有容置腔和用于连通所述容置腔和齿轮箱(11)的回油口(125)，所述输出轴(121)贯穿所述容置腔且通过轴承(127)可转动的支撑于所述安装座(120)，所述容置腔内分隔出至少三个依次连通的迷宫腔，部分所述迷宫腔通过所述回油口(125)与所述齿轮箱(11)直接连通；

所述迷宫密封结构还包括迷宫外环(122)和迷宫内环(123)，所述迷宫外环(122)和所述迷宫内环(123)均位于所述容置腔内，所述迷宫外环(122)与所述安装座(120)固定连接，所述迷宫内环(123)固定套设于所述输出轴(121)，所述迷宫外环(122)和所述迷宫内环(123)均为环状且所述迷宫内环(123)穿设于所述迷宫外环(122)，所述迷宫外环(122)和所述迷宫内环(123)之间形成第一节流间隙(134)，所述迷宫内环(123)与所述安装座(120)之间形成第二节流间隙(135)，所述安装座(120)的远离所述齿轮箱(11)的一端与所述输出轴(121)之间形成第三节流间隙(136)，所述迷宫外环(122)、所述迷宫内环(123)、所述输出轴(121)和所述轴承(127)之间围成回油腔(130)，所述迷宫内环(123)、所述迷宫外环(122)和所述安装座(120)之间围成减压腔(131)，所述迷宫内环(123)、所述安装座(120)和所述输出轴(121)之间围成防尘腔(132)，所述回油腔(130)和所述减压腔(131)之间通过第一节流间隙(134)连通，所述防尘腔(132)与所述减压腔(131)之间通过第二节流间隙(135)连通，所述防尘腔(132)与外界之间通过所述第三节流间隙(136)连通。

2.根据权利要求1所述的迷宫密封结构，其特征在于，所述容置腔内分隔出通过节流间隙依次连通的回油腔(130)、减压腔(131)和防尘腔(132)，所述回油腔(130)位于所述轴承(127)和所述减压腔(131)之间，所述回油腔(130)、所述减压腔(131)均与所述回油口(125)直接连通，所述防尘腔(132)与所述回油口(125)间接连通。

3.根据权利要求1所述的迷宫密封结构，其特征在于，所述迷宫内环(123)和所述安装座(120)之间通过第一配合部(138)和第二配合部(139)配合形成所述第二节流间隙(135)，所述第一配合部(138)设置有至少两个第一环形凹槽(140)，所述第一环形凹槽(140)沿所述迷宫内环(123)的轴线设置，相邻的两个第一环形凹槽(140)之间通过第一环形挡块(141)隔开，所述第二配合部(139)设置有至少两个第二环形挡块(142)，所述第二环形挡块(142)沿所述输出轴(121)的轴线设置，相邻的两个所述第二环形挡块(142)之间围成第二环形凹槽(143)，所述第一环形挡块(141)插入所述第二环形凹槽(143)内，所述第二环形挡块(142)插入所述第一环形凹槽(140)内，以使所述第二节流间隙(135)呈阶梯状交错分布。

4.根据权利要求3所述的迷宫密封结构，其特征在于，所述迷宫内环(123)包括一体成型且同轴设置的圆柱段(146)和圆台段(147)，所述圆台段(147)的直径大于所述圆柱段(146)的直径，所述圆柱段(146)穿设于所述迷宫外环(122)，所述圆台段(147)与所述迷宫外环(122)之间间隔设置，所述圆台段(147)的直径从靠近所述迷宫外环(122)的一端到另一端逐渐增大。

5.根据权利要求1所述的迷宫密封结构，其特征在于，所述迷宫外环(122)包括第一部分(148)和第二部分(149)，所述第一部分(148)的厚度大于所述第二部分(149)的厚度，所述第一部分(148)位于所述第二部分(149)的外侧且抵住所述轴承(127)，所述第二部分(149)与所述迷宫内环(123)围成所述第二节流间隙(135)，所述第二部分(149)的靠近所述输出轴(121)的内端设置有钩形槽(150)，所述钩形槽(150)位于所述第二部分(149)的靠近所述轴承(127)的一侧且围绕所述迷宫外环(122)的轴线成环形设置。

6.根据权利要求1所述的迷宫密封结构，其特征在于，所述安装座(120)的远离齿轮箱(11)的一端内表面设置有防尘凹槽(153)，所述防尘凹槽(153)位于所述第三节流间隙(136)内，所述防尘凹槽(153)绕所述输出轴(121)的轴线呈环形结构，所述防尘凹槽(153)朝向远离所述输出轴(121)周面的方向凹陷。

7.根据权利要求6所述的迷宫密封结构，其特征在于，所述防尘凹槽(153)的数量为三个，三个所述防尘凹槽(153)沿所述输出轴(121)的轴线分布，所述防尘凹槽(153)的截面为圆弧形。

8.根据权利要求1所述的迷宫密封结构，其特征在于，所述安装座(120)包括轴承座(154)和端盖(155)，所述端盖(155)可拆卸的连接于所述轴承座(154)，所述轴承座(154)和所述端盖(155)共同围成所述容置腔，所述输出轴(121)分别贯穿所述轴承座(154)和所述端盖(155)，所述轴承座(154)与所述输出轴(121)之间设置有至少两个所述轴承(127)，相邻的两个所述轴承(127)通过分隔环分隔，所述迷宫外环(122)与所述轴承座(154)的内表面配合且所述迷宫外环(122)与所述端盖(155)之间通过定位销定位。

9.根据权利要求1所述的迷宫密封结构，其特征在于，所述输出轴(121)为阶梯轴，所述阶梯轴的其中一端设置有螺纹段，所述螺纹段上套设有锁紧螺母(157)，所述锁紧螺母(157)抵接于所述轴承(127)的内圈且使所述轴承(127)固定于所述输出轴(121)。

10.一种齿轮箱结构，其特征在于，所述齿轮箱结构包括齿轮箱(11)和权利要求1-9任意一项所述的迷宫密封结构(12)，所述齿轮箱(11)具有安装口(110)，所述安装座(120)安装于所述安装口(110)且将所述安装口(110)封闭，所述回油口(125)位于所述迷宫密封结构(12)的底部且与所述齿轮箱(11)内部连通。