CN112855898A - 一种风电齿轮箱转轴系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种风电齿轮箱转轴系统，包括转动轴和承受转动轴轴向载荷的轴向承载组件，所述转动轴的一端设有传递转动轴轴向载荷的传力腔体，所述轴向承载组件包括推力盘、推力瓦和推力盘固定件，其中，所述推力盘通过所述推力盘固定件固定安装于所述传力腔体内；所述推力瓦设于所述推力盘的两端面，且与所述传力腔体的内侧壁贴合。本发明具有可承受大轴向载荷，满足风电主机大功率需求等优点。

Description

一种风电齿轮箱转轴系统
技术领域
本发明涉及风电齿轮箱，尤其涉及一种风电齿轮箱转轴系统。
背景技术
目前，风电齿轮箱内各高低速轴主要使用滚动轴承支撑，其具有安装使用方便的优点。但滚动轴承本身体积大，滚动轴承的尺寸也需随着风电主机功率的提高而相应增大，其致使风电齿轮箱的整体体积庞大、重量重，其不符合风电增速齿轮箱应尽量减小重量的原则，且大尺寸的滚动轴承和庞大的风电齿轮箱导致风电齿轮箱的制造成本高、投入大。同时，由于是非完全润滑工作原理，大尺寸的滚动轴承在承受大载荷时存在滚珠滚道磨损的问题，其使用寿命短、更换频繁、成本高。
如图1所示，为解决上述技术问题，轴向承载组件采用滑动轴承替换滚动轴承，以承受风电齿轮箱内转动轴的轴向载荷。但现有的滑动轴承设于转动轴与轴承座之间，其布置空间有限，滑动轴承的尺寸设置局限性大，只能设置薄型推力片；同时，现有的滑动轴承通常通过转动轴转动被动带油的方式实现润滑。可见，现有的滑动轴承由于布置空间和润滑限制承载能力极其有限、且容易造成推力瓦损坏，通常仅能用于转动轴轴向定位和承受轻载，无法承载风电齿轮箱转动轴的大轴向载荷。在需实现风电主机大功率时，转动轴的直径需相应增大以实现功率传递，转动轴直径增大对轴向承载组件的轴向载荷承载能力要求提高，现有的轴向承载组件显然无法满足风电主机的大功率需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可承受大轴向载荷，满足风电主机大功率需求的风电齿轮箱。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种风电齿轮箱转轴系统，包括转动轴和承受转动轴轴向载荷的轴向承载组件，所述转动轴的一端设有传递转动轴轴向载荷的传力腔体，所述轴向承载组件包括推力盘、推力瓦和推力盘固定件，其中，所述推力盘通过所述推力盘固定件固定安装于所述传力腔体内；所述推力瓦设于所述推力盘的两端面，且与所述传力腔体的内侧壁贴合。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述推力盘与所述传力腔体之间围合形成有冷却润滑通道，所述冷却润滑通道包裹于所述推力盘的外周和两端面；所述推力盘上设有进油通道和回油通道，所述进油通道、冷却润滑通道和回油通道依次连通。
所述推力盘的外周面上设有环形输油槽，所述环形输油槽的两侧设有沿所述环形输油槽周向间隔布置的输油通孔，所述输油通孔连通所述冷却润滑通道，所述进油通道连通所述环形输油槽。
所述进油通道包括相互连通的水平进油段和竖向进油段，所述水平进油段的一端设有进油接口，所述竖向进油段的一端连通所述环形输油槽；所述回油通道为水平布置，所述回油通道的一端设有回油接口。
所述推力瓦与所述推力盘之间设有摆动调节部，当所述转动轴轴向推力不垂直于所述推力瓦的推力面时，所述推力瓦通过所述摆动调节部自适应摆动，以与所述传力腔体的内侧壁贴合。
所述摆动调节部为蝶形弹簧、圆弧调节部或线形调节部，所述蝶形弹簧支撑于所述推力瓦的底部，所述圆弧调节部和所述线形调节部设于所述推力瓦的底端；当所述摆动调节部为圆弧调节部时，所述推力盘上设有与所述圆弧调节部适配的曲面槽；当所述摆动调节部为线形调节部时，所述推力盘上设有放置所述线形调节部的线形凹槽，所述线形凹槽与所述线形调节部之间留有摆动间隙。
所述推力瓦为多个，多个所述推力瓦沿所述推力盘的周向间隔布置；或所述推力瓦为连续环形推力瓦。
当所述推力瓦为沿所述推力盘周向布置的多个推力瓦时，所述推力瓦为圆形推力瓦、扇形推力瓦或多边形推力瓦。
所述传力腔体由设于转动轴的安装凹槽，以及设于安装凹槽开口端的推力板围合而成；所述推力板安装于所述转动轴上，并随所述转动轴转动；所述推力板上设有供推力盘穿过连接推力盘固定件的避让孔。
所述推力盘包括推力瓦安装段和轴向传力段，所述推力瓦安装段设于所述传力腔体内，所述轴向传力段通过一安装法兰与所述推力盘固定件固定连接。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明开创性的在转动轴设置传力腔体，轴向承载组件设于传力腔体位置来承载转动轴的轴向载荷，其完全改变了传统轴向承载组件在风电齿轮箱转动轴的设置位置，通过利用转动轴的轴部空间大大提高轴向承载组件的布置空间，此时，轴向承载组件有足够空间设置多类型的轴向承载结构，使得轴承承载组件可有效承受转动轴增大后的大轴向载荷，满足风电主机大功率需求。且轴向承载组件在相同功率时承载能力远高于现有结构，其使得转动轴各部件的尺寸可相应减小，本发明在减小风电齿轮箱尺寸的同时可增大发电功率，大幅降低成本。
同时，轴向承载组件包括推力盘、推力瓦和推力盘固定件，推力盘通过推力盘固定件固定安装于传力腔体内，推力瓦设于推力盘的两端面贴合传力腔体的内侧壁。转动轴的轴向载荷依次通过传力腔体、与传力腔体贴合的推力瓦、推力盘传递至推力盘固定件，以实现转动轴轴向载荷的承载支撑。本发明完全改变了传统轴向承载组件的承载结构和方式，通过推力瓦与传力腔体接触贴合的方式大大增加了轴向载荷承载面，使得轴向承载能力大大提高，且轴向承载组件结构紧凑、占用空间小。
进一步地，本发明在推力盘与传力腔体之间围合形成有冷却润滑通道，推力盘上设有连通冷却润滑通道的进油通道和回油通道。即在上述轴向承载组件的结构基础上设置向轴向承载组件输油的主动输油部件，其完全改变了传统的被动带油润滑方式，通过进油通道进油量的控制即可实现推力瓦在不同轴向载荷下的有效冷却润滑，推力瓦的低温环境利于在提高轴向承载组件轴向承载能力的同时，避免推力瓦高温损坏的发生，保证了风电齿轮箱的安全、可靠工作。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1是现有风电齿轮箱的结构示意图。
图2是本发明提高发电功率的风电齿轮箱的结构示意图。
图3是图2的A部的放大示意图。
图4是本发明轴向承载组件的剖视图。
图5是本发明轴向承载组件的立体结构示意图(推力瓦为圆形推力瓦)。
图6是本发明轴向承载组件的立体结构示意图(推力瓦为扇形推力瓦)。
图7是本发明轴向承载组件的立体结构示意图(推力瓦为连续环形推力瓦)。
图8是本发明轴向承载组件的剖视图(推力瓦为连续环形推力瓦)。
图9是本发明摆动调节部的安装位置示意图。
图中各标号表示：
1、转动轴；2、轴向承载组件；21、推力盘；211、曲面槽；212、线形凹槽；213、推力瓦安装段；214、轴向传力段；22、推力瓦；221、连续环形推力瓦；222、圆形推力瓦；223、扇形推力瓦；23、推力盘固定件；3、传力腔体；31、安装凹槽；32、推力板；4、冷却润滑组件；41、冷却润滑通道；42、进油通道；421、水平进油段；422、竖向进油段；423、进油接口；43、回油通道；431、回油接口；44、环形输油槽；45、输油通孔；5、摆动调节部；51、线形调节部；52、圆弧调节部；6、摆动间隙；7、安装法兰；8、轴承座；9、径向轴承。
具体实施方式
下面将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。
图2示出了本发明的风电齿轮箱转轴系统的实施例，风电齿轮箱的工作原理是通过风机叶片转动依次带动外齿圈、行星轮轴组件、转动轴组件、输出轴组件转动的方式将动力传递给发电机产生电力，上述组件的转动轴1都需进行径向和轴向承载。本发明主要针对风电齿轮箱转动轴1位置的轴向承载能力进行改进，其应用于行星轮轴或风电齿轮箱内其他承受轴向载荷的转动轴1，如风电齿轮箱内的平行轴等。
本实施例中，风电齿轮箱转轴系统包括转动轴1和轴向承载组件2。转动轴1的端面设有传力腔体3；轴向承载组件2包括推力盘21、推力瓦22和推力盘固定件23，其中，推力盘固定件23固定设于转动轴1的设置传力腔体3的一端外侧；推力盘21与推力盘固定件23固定连接，推力盘21固定、不转动地安装于传力腔体3内；推力瓦22设于推力盘21的两端面，且推力瓦22与传力腔体3的内侧壁贴合，以传递转动轴1的轴向载荷至轴向承载组件2。
本发明开创性的在转动轴1设置传力腔体3，轴向承载组件2设于传力腔体3位置来承载转动轴1的轴向载荷，其完全改变了传统轴向承载组件2在风电齿轮箱转动轴1的设置位置，通过利用转动轴1的轴部空间大大提高轴向承载组件2的布置空间，此时，轴向承载组件2有足够空间设置多类型的轴向承载结构，使得轴承承载组件可有效承受转动轴1增大后的大轴向载荷，满足风电主机大功率需求。且轴向承载组件在相同功率时承载能力远高于现有结构，其使得转动轴各部件尺寸可相应减小，本发明在减小风电齿轮箱尺寸的同时可增大发电功率，大幅降低了风电齿轮箱的成本。
同时，转动轴1的轴向载荷依次通过传力腔体3、与传力腔体3贴合的推力瓦22、推力盘21传递至推力盘固定件23，以实现转动轴1轴向载荷的承载支撑，其完全改变了传统轴向承载组件2的承载结构和方式，通过推力瓦22与传力腔体3接触贴合的方式大大增加了轴向载荷承载面，使得轴向承载能力大大提高，且轴向承载组件2的结构紧凑、占用空间小。
如图2至图8所示，推力盘21与传力腔体3之间围合形成有冷却润滑通道41，冷却润滑通道41包裹于推力盘21的外周和两端面，以使推力盘21与传力腔体3围合区域均流通有冷却润滑油；同时，推力盘21上设有进油通道42和回油通道43，进油通道42、冷却润滑通道41和回油通道43依次连通。此时，冷却润滑油经进油通道42进入冷却润滑通道41，冷却润滑油给推力瓦22提供润滑冷却，润滑后产生的高温润滑油经回油通道43排出。
本发明在上述轴向承载组件2的结构基础上设置向轴向承载组件2主动输油的冷却润滑组件4，其完全改变了传统的被动带油润滑方式，通过进油通道42进油量的控制即可实现推力瓦22在不同轴向载荷下的有效冷却润滑(即大载荷时增大油量，小载荷时减小油量)，推力瓦22的低温环境利于在提高轴向承载组件2轴向承载能力的同时，避免推力瓦22高温损坏的发生，保证了风电齿轮箱的安全、可靠工作。
进一步地，如图5至图7所示，推力盘21的外周面上设有环形输油槽44，环形输油槽44的两侧设有输油通孔45。其中，环形输油槽44与进油通道42连通；输油通孔45沿环形输油槽44的周向间隔布置，且输油通孔45与冷却润滑通道41连通。其使得冷却润滑油可快速、均匀的流动至冷却润滑通道41内，保证推力瓦22的快速、有效冷却。
更进一步地，进油通道42包括相互连通的水平进油段421和竖向进油段422。其中，水平进油段421的一端设有进油接口423，以方便外接输油源；竖向进油段422的一端连通环形输油槽44，以将冷却润滑油可靠输送至冷却润滑通道41；回油通道43为水平布置，回油通道43的一端设有回油接口431，以方便外接排油部件。
如图8和图9所示，推力瓦22与推力盘21之间设有摆动调节部5。当转动轴1的轴向推力不垂直于推力瓦22的推力面时，推力瓦22通过摆动调节部5自适应摆动，以使转动轴1的轴向推力垂直推力瓦22的推力面，此时，推力瓦22与传力腔体3的内侧壁贴合，其有效保证了推力瓦22具有最大承载面积，使得轴向承载组件2在风电齿轮箱倾斜布置时可自适应调整，其在避免承载部件磨损失效的同时，可有效保证轴向承载组件2的轴向承载能力。
进一步地，摆动调节部5为蝶形弹簧、圆弧调节部52或线形调节部51。当摆动调节部5为蝶形弹簧时，蝶形弹簧支撑于推力瓦22的底部，推力瓦22在蝶形弹簧的作用力下自适应摆动。如图8所示，当摆动调节部5为圆弧调节部52时，圆弧调节部52设于推力瓦22的底端，推力盘21上设有与圆弧调节部52适配的曲面槽211，推力瓦22沿曲面槽211自适应摆动。如图9所示，当摆动调节部5为线形调节部51时，线形调节部51设于推力瓦22的底端，推力盘21上设有放置线形调节部51的线形凹槽212，线形凹槽212与线形调节部51之间留有摆动间隙6，其使得推力瓦22具有自适应摆动空间。
如图5和图6所示，推力瓦22为多个，多个推力瓦22沿推力盘21的周向间隔布置，以增大推力瓦22的承载面积，提高轴向承载组件2的轴向承载能力。同时，推力瓦22的设置形状只要能够保证推力瓦22的承载能力即可，如可设置为圆形推力瓦222、扇形推力瓦223或多边形推力瓦等等。在其他实施例中，如图7和图8所示，推力瓦22也可设置为连续环形推力瓦221。
如图2所示，传力腔体3由安装凹槽31和推力板32围合而成。其中，安装凹槽31设于转动轴1的一端；推力板32安装于转动轴1上，并与安装凹槽31对应设置。推力板32上设有避让孔，以供推力盘21穿过连接推力盘固定件23。推力板32的设置在保证可靠传递轴向载荷的同时，方便轴向承载组件2的拆卸安装。
本实施例中，推力盘21包括推力瓦安装段213和轴向传力段214。其中，推力瓦安装段213设于传力腔体3内，轴向传力段214通过一安装法兰7与推力盘固定件23固定连接。转动轴1的轴向载荷依次通过推力瓦安装段213、轴向传力段214传递至推力盘固定件23，以实现转动轴1轴向载荷的承载支撑。本实施例中，推力瓦安装段213和轴向传力段214为一体成型件，在其他实施例中，推力瓦安装段213和轴向传力段214也可为装配连接。
如图1和图2所示，风电齿轮箱转轴系统还包括径向轴承9和轴承座8，转动轴1通过径向轴承9支撑于轴承座8上，以实现转动轴1的径向承载。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种风电齿轮箱转轴系统，包括转动轴和承受转动轴轴向载荷的轴向承载组件，其特征在于，所述转动轴的端面设有传递转动轴轴向载荷的传力腔体，所述轴向承载组件包括推力盘、推力瓦和推力盘固定件，其中，所述推力盘通过所述推力盘固定件固定安装于所述传力腔体内；所述推力瓦设于所述推力盘的两端面，且与所述传力腔体的内侧壁贴合。
2.根据权利要求1所述的风电齿轮箱转轴系统，其特征在于，所述推力盘与所述传力腔体之间围合形成有冷却润滑通道，所述冷却润滑通道包裹于所述推力盘的外周和两端面；所述推力盘上设有进油通道和回油通道，所述进油通道、冷却润滑通道和回油通道依次连通。
3.根据权利要求2所述的风电齿轮箱转轴系统，其特征在于，所述推力盘的外周面上设有环形输油槽，所述环形输油槽的两侧设有沿所述环形输油槽周向间隔布置的输油通孔，所述输油通孔连通所述冷却润滑通道，所述进油通道连通所述环形输油槽。
4.根据权利要求3所述的风电齿轮箱转轴系统，其特征在于，所述进油通道包括相互连通的水平进油段和竖向进油段，所述水平进油段的一端设有进油接口，所述竖向进油段的一端连通所述环形输油槽；所述回油通道为水平布置，所述回油通道的一端设有回油接口。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的风电齿轮箱转轴系统，其特征在于，所述推力瓦与所述推力盘之间设有摆动调节部，当所述转动轴轴向推力不垂直于所述推力瓦的推力面时，所述推力瓦通过所述摆动调节部自适应摆动，以与所述传力腔体的内侧壁贴合。
6.根据权利要求5所述的风电齿轮箱转轴系统，其特征在于，所述摆动调节部为蝶形弹簧、圆弧调节部或线形调节部，所述蝶形弹簧支撑于所述推力瓦的底部，所述圆弧调节部和所述线形调节部设于所述推力瓦的底端；当所述摆动调节部为圆弧调节部时，所述推力盘上设有与所述圆弧调节部适配的曲面槽；当所述摆动调节部为线形调节部时，所述推力盘上设有放置所述线形调节部的线形凹槽，所述线形凹槽与所述线形调节部之间留有摆动间隙。
7.根据权利要求5所述的风电齿轮箱转轴系统，其特征在于，所述推力瓦为多个，多个所述推力瓦沿所述推力盘的周向间隔布置；或所述推力瓦为连续环形推力瓦。
8.根据权利要求7所述的风电齿轮箱转轴系统，其特征在于，当所述推力瓦为沿所述推力盘周向布置的多个推力瓦时，所述推力瓦为圆形推力瓦、扇形推力瓦或多边形推力瓦。
9.根据权利要求1至4中任意一项所述的风电齿轮箱转轴系统，其特征在于，所述传力腔体由设于转动轴的安装凹槽，以及设于安装凹槽开口端的推力板围合而成；所述推力板安装于所述转动轴上，并随所述转动轴转动；所述推力板上设有供推力盘穿过连接推力盘固定件的避让孔。
10.根据权利要求1至4中任意一项所述的风电齿轮箱转轴系统，其特征在于，所述推力盘包括推力瓦安装段和轴向传力段，所述推力瓦安装段设于所述传力腔体内，所述轴向传力段通过一安装法兰与所述推力盘固定件固定连接。
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