CN118128703A - 回转支撑组合体及其转向机构 - Google Patents

Abstract

一种回转支撑组合体(100)，包含支撑体(1)、由支撑体支撑的回转体(2)、在支撑体和回转体之间起回转支撑作用的回转轴承(4)、以及转向机构(40)。所述转向机构(40)包含驱动齿轮(13)和被驱动齿轮(21)。其中，驱动齿轮(13)以相对可旋转的方式被固定连接在回转体(2)或第二轴承圈(4b)上，用于在动力单元(11、12)的驱动下输出转向扭矩；被驱动齿轮(21)以相对不可旋转的方式被固定连接在支撑体(1)或第一轴承圈(4a)上，用于与驱动齿轮(13)啮合，在受到驱动齿轮(13)输出的转向扭矩驱动时，通过提供反作用扭矩促使回转体(2)相对于支撑体(1)转向。所述转向机构(40)中至少驱动齿轮(21)的轴系统是水平设置的。

Description

回转支撑组合体及其转向机构

技术领域

本发明涉及一种回转支撑组合体及其中使用的转向机构。

背景技术

风力发电机在整体上可被视为一种回转支撑组合体。在图1所示的典型示例中，风力发电机100在整体上包含作为支撑体在竖直方向上起支撑作用的塔筒1、作为回转体由塔筒1在竖直方向上支撑的机舱2、以及在塔筒1与机舱2之间起回转支撑作用的回转轴承4。在典型情况下，回转轴承4的一个轴承圈(在图2示例中为轴承内圈)4a通过螺栓与塔筒1固定连接，另一个轴承圈(在图2示例中为轴承外圈)4b通过螺栓与机舱2固定连接。出于简洁目的，图2仅显示穿过轴承内圈4a和外圈4b的纵向栓孔，未显示对应的螺栓。当桨叶的迎风面需要调整时，机舱2需要相对于塔筒1转过适当的角度，这一任务由转向机构(俗称“偏航机构”)40来实现。

尤其在大中型风力发电机中，偏航机构一般包含电机、减速机构、偏航驱动齿轮(以下简称“驱动齿轮”)和偏航被驱动齿轮(以下简称“被驱动齿轮”)。在常见的紧凑模式下，电机、减速机构和驱动齿轮一起被固定连接在回转轴承与机舱相连的一个轴承圈上，被驱动齿轮则被固定连接甚或一体形成(统称“固定连接”)在回转轴承与塔筒相连的另外一个轴承圈上。在偏航机构工作时，电机的输出转矩经过减速机构的传递和放大，通过驱动齿轮作用在被驱动齿轮上，被驱动齿轮则通过反作用扭矩促使机舱相对于塔筒转向。

在传统的偏航机构中，电机、减速机构和驱动齿轮的轴系统均垂直于地面设置，导致这些装置中的润滑剂(通常是润滑脂)容易在重力的作用下流失。润滑剂的流失不仅会造成齿轮的锈蚀和磨损，而且容易导致轴系统(尤其是其中的轴承)的润滑状态比水平布置的情况下要恶化许多。因此，纵向布置的轴系统不仅降低了偏航机构的可靠性和预期寿命，而且润滑剂的过量使用还会造成严重的环境污染。

现实呼唤一种具有改进结构的能够满足轴系统对润滑特殊需要的转向机构以及采用这种转向机构的回转支承组合体。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种在回转支撑组合体中使用的转向机构。所述回转支撑组合体包含大致在竖直方向上起支撑作用的支撑体、由支撑体大致在竖直方向上支撑的回转体、以及在支撑体和回转体之间起回转支撑作用的回转轴承。所述回转轴承的第一轴承圈与支撑体固定连接，第二轴承圈与回转体固定连接。所述转向机构包含驱动齿轮和被驱动齿轮。所述驱动齿轮以相对可旋转的方式被固定连接在回转体或者第二轴承圈上，用于在动力单元的驱动下输出转向扭矩。所述被驱动齿轮以相对不可旋转的方式被固定连接在支撑体或者第一轴承圈上，用于与驱动齿轮啮合，在受到驱动齿轮输出的转向扭矩驱动时，通过提供反作用扭矩促使回转体相对于支撑体转向。所述转向机构中至少驱动齿轮的轴系统是大致水平设置的。

相比于传统设计，轴系统从垂直于地面的纵向布置被修改为平行于地面的水平布置能够从根本上避免润滑剂在重力作用下的流失问题，从而大幅提高转向机构的运行可靠性和预期寿命。

此外，本发明提供一种回转支撑组合体体，通过采用上述转向机构，能够确保整个组合体的长期可靠运行。

以下结合附图详细描述本发明的各种实施方式和有益的技术效果。

附图说明

图1显示作为回转支撑组合体的风力发电机的总体结构示意图；

图2显示图1中转向机构的局部放大截面图；

图3显示轴承供油支路穿过轴承密封结构对轴承加注润滑油的结构示意图；以及

图4显示转向机构的整体俯视图。

具体实施方式

在以下描述中，相同或类似的附图标记始终被用于表示相同或类似的部件。此外，表示方向的用语，例如“轴向”、“径向”和“圆周方向”，除非另有限定或说明，均指被描述部件的轴向、径向和圆周方向。

图2和4分别是从平视和俯视的角度显示风力发电机100的转向机构40的结构示意图。转向机构40在整体上包含驱动机构10和被驱动机构20。其中，驱动机构10既可以固定连接在机舱2上，如图1所示，也可以固定连接在回转轴承4的一个轴承圈，例如，轴承外圈4b上(图中未显示)。在图2所示的实施方式中，驱动机构10在径向上从外向内(即图中的左侧到右侧)依次包含作为转矩发生装置的电机11、用于放大电机转矩的减速机构12、以及用于将电机转矩传递至被驱动机构20的驱动齿轮13。

在有些应用中，电机11和减速机构12两者可以集成为一体，形成结构紧凑的一体化动力单元。然而，即使在电机11和减速机构12各自独立存在的情况下，两者在整体上也可以被视为动力的来源，因此从这个意义上讲仍然可以被称为“动力单元”。理论上讲，任何其他形式的动力来源，例如，压力流体装置，只要能够提供用于驱动机舱2相对于塔筒1转向的转向扭矩(steering torque)，均可以被称为“动力单元”。

在图2所示的实施方式中，动力单元和驱动齿轮的各自轴系统都是水平布置的。具体而言，电机11用于输出转矩的轴系统(未标识)、减速机构12用于接收和放大电机转矩的轴系统(未标识)、以及驱动齿轮13用于接收和输出电机转矩的轴系统(未标识)，都是大致平行于地面水平设置的。当然，如果仅为改善驱动齿轮13的润滑状态，那么驱动齿轮13的轴系统可被设计为水平布置，而动力单元11、12的轴系统则可以保持传统的纵向布局不变。水平布置的轴系统能够避免润滑剂在重力作用下分布不均以致彻底流失的问题，能够从根本上确保润滑剂功效的长久存在，从而减少润滑维护的频次和润滑剂的浪费。

为配合驱动齿轮13轴系统的水平布置，如图2所示，被驱动齿轮21可以被设计为齿面朝上，齿高方向大致与回转轴承4的轴向(即竖直方向)一致，从而适于与驱动齿轮13啮合。当然，这不妨碍被驱动齿轮21采用其他形式的齿轮结构，例如，交叉齿轮或者涡

杆传动齿轮(未显示)。理论上讲，任何形式的被驱动齿轮21，只要能够与驱动齿轮135啮合，通过提供反作用扭矩促使机舱2相对于塔筒1转向，就都能够实现转向机构40的目的。

在图1所示的实施方式中，驱动齿轮13随动力单元一起被固定连接在机舱2上。在其他情况下，驱动齿轮13也可以被单独固定连接在机舱2上，或者随动力单元一起被固定连

接在第二轴承圈4b上(未显示)。就驱动齿轮13而言，这里所述的“固定连接”应被理0解为驱动齿轮13能够以相对可旋转的方式在机舱2或第二轴承圈4b上获得固定位置的转

轴支撑。广而言之，无论驱动齿轮13以何种方式被固定连接在机舱2或者第二轴承圈4b上，只要能够将动力单元的输出转矩可靠传递至被驱动机构20，用于驱动机舱2相对于塔筒1转向，就都可以实现转向机构40的功能。由于动力单元的输出转矩最终被用于促使机舱2相对于塔筒1转向，因此在本发明中亦被称为“转向扭矩”。

5如图2所示，被驱动机构20由被驱动齿轮21核心构成。被驱动齿轮21可以以直接或

者间接的方式被固定连接在塔筒1或者回转轴承4的另外一个轴承圈，例如，轴承内圈4a(该方案未显示)上。就被驱动齿轮21而言，这里所述的“固定连接”应被理解为被驱动齿轮21能够以相对不可旋转的方式在机舱2或第二轴承圈4b上获得基于一体化结构的固定支撑。在图2所示的实施方式中，被驱动齿轮21的下方设置有集油池22。集油池22被0构建成适于容纳润滑油，允许润滑油的液面至少没过被驱动齿轮21的齿根，从而至少为

驱动齿轮13和/或被驱动齿轮21提供油浴润滑或脂浴润滑，确保上述齿轮始终处于良好的润滑状态。作为润滑油的一处收集装置，集油池22为转向机构40和/或回转轴承4采用循环油润滑提供了结构基础，这一点将在后文继续描述。

作为一种优选实施方式，如图2所示，被驱动齿轮21可以与集油池22在后者的底部5形成为一体化的齿轮盘。所述齿轮盘的齿面朝上，适用于与驱动齿轮13啮合。采用上述一体化结构，被驱动齿轮21可以作为集油池22的一部分随后者被固定连接在塔筒1上。当然，这不妨碍被驱动齿轮21可以以任何其他适宜的方式被固定连接在塔筒1或者轴承圈4b上。被可靠固定在塔筒1或者轴承圈4b上的被驱动齿轮21适于与驱动齿轮13啮合，在受到驱动齿轮11输出的转向扭矩驱动时，通过提供反作用扭矩促使与驱动齿轮13相连的机舱2相对于与被驱动齿轮21相连的塔筒1转动。

在图2所示的实施方式中，被驱动齿轮21随集油池22一起被串联固定(即夹持)在塔筒1与过渡塔筒3之间。作为另外一种选择，被驱动齿轮21也可以与集油池22一起形成为过渡塔筒3的一部分，随后者一起被串联固定在轴承4与塔筒1之间。从本质上讲，过渡塔筒3是一段串接体，通过螺栓串联在塔筒1与轴承4之间。出于简洁目的，图2仅显示穿过轴承内圈4a、过渡塔筒3和塔筒1的栓孔，未显示相应的螺栓。采用过渡塔筒3不仅可以避免焊接、栓固等操作直接在塔筒1上进行的各种不便，而且还为被驱动齿轮21与驱动齿轮13的啮合提供足够刚性的结构支撑，特别有助于转向扭矩在机舱2与塔筒1之间的无损传递。

在图1和2所示的实施方式中，集油池22与机舱2之间还可以形成有密封罩14，以致集油池22、机舱2和密封罩14一起至少将驱动齿轮13、被驱动齿轮21和回转轴承4围拢在一个封闭空间30内。从形式上讲，封闭空间30可以形成为机舱2内部空间的一部分，也可以形成为机舱2以外的一个独立空间。无论在哪一种情况下，密封罩14都与穿过其中的驱动齿轮21的转轴(即轴系统)形成轴密封，还与集油池22的挡边之间形成防止润滑油外溢的接触式密封(上述两种密封在图中均未被显示)。在一种优选实施方式下，密封罩14还可以将动力单元11、12也围拢在封闭空间30内。通过部分或全部将转向机构40围拢在封闭空间30内，密封罩14可以在不同程度上保护转向机构40不受外界污染物的侵袭。从这个意义上讲，封闭空间30为转向系统40和/或回转轴承4采用更为清洁高效的循环油润滑系统提供了环境保障。

在图2所示的实施方式中，这样的循环油润滑系统可以包含齿轮供油支路15和轴承供油支路17。其中，齿轮供油支路15可以被设置在驱动齿轮13和/或被驱动齿轮21的上方，通过喷孔16对齿轮13、21中的至少一个实施淋浴润滑。在图3所示的实施方式中，轴承供油支路17可被设置为从上方穿过回转轴承4的密封结构4c，在密封结构4c内部形成环形盲管18。所述盲管18上设置有多处喷孔19，用于对轴承4加注润滑油。容易理解，这样的循环油润滑系统可通过动力供油、动力回油或者重力回油等方式为驱动齿轮13、被驱动齿轮21和/或回转轴承4提供循环油润滑。在动力单元被纳入封闭空间30的情况下，所述循环油润滑系统也可以对包含动力单元在内的整个转向机构实施循环油润滑。

为改善封闭空间30的密封效果和气体氛围，还可以向封闭空间30内供给干净的压缩空气，使其中的设备器件，例如，驱动齿轮13和被驱动齿轮21，始终处于干净空气的微正压保护之下。所述微正压保护是指令封闭环境的气压略高于大气压10～30帕，以防止外界污染物和湿气的入侵。尤其是在海上风力发电领域，压缩空气经过除盐、降露点和过滤处理以后，能够在更大程度上实现对封闭空间内转向机构和回转轴承的长期可靠保护。

以上以风力发电机为例描述了其偏航(即转向)机构的各种实施方式。有必要指出，类似的转向机构在其他领域，例如，起重机、挖掘机、铲车、堆取料机、旋转式饮料灌装机、钢包回转台、工业机器人等设备中，也有广泛的应用。

具体而言，在上述所有领域中，不同类型的设备在整体上均可以被视为一个回转支撑组合体100，包含：大致在竖直方向上起支撑作用的支撑体(对应前文所述的塔筒)1、由支撑体1大致在竖直方向上支撑的回转体(对应前文所述的机舱)2、在支撑体1和回转体2之间的起回支撑作用的回转轴承4、以及用于驱动回转体2相对于支撑体1转向的转向机构40。其中，回转轴承4的第一轴承圈(例如，对应前文所述的轴承内圈)4a与支撑体1固定连接，回转轴承4的第二轴承圈(例如，对应前文所述的轴承外圈)4b与回转体2固定连接。

转向机构40包含驱动齿轮13和被驱动齿轮21。其中，驱动齿轮13以相对可旋转的方式被固定连接在回转体2或者第二轴承圈4b上，用于在动力单元11、12的驱动下输出转向扭矩；被驱动齿轮21以相对不可旋转的方式被固定连接在支撑体1或者第一轴承圈4a上，用于与驱动齿轮13啮合，在受到驱动齿轮13传递的转向扭矩驱动时，通过提供反作用扭矩促使回转体2相对于支撑体1转向。本发明的一项重要特征是，转向机构中至少驱动齿轮的轴系统是大致平行于地面水平设置的。

本领域的技术人员应当理解，上述回转支撑组合体及其转向机构不受具体实施方式的限制，更具一般性的技术方案将以随附权利要求书中的限定为准。对本发明的任何变更和改进，只要符合随附权利要求书的限定，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种在回转支撑组合体(100)中使用的转向机构(40)，所述回转支撑组合体(100)包含：

大致在竖直方向上起支撑作用的支撑体(1)；

由支撑体(1)大致在竖直方向上支撑的回转体(2)；以及

在支撑体(1)和回转体(2)之间起回转支撑作用的回转轴承(4)，其第一轴承圈(4a)与支撑体(1)固定连接，第二轴承圈(4b)与回转体(2)固定连接；

所述转向机构(40)包含：

驱动齿轮(13)，以相对可旋转的方式被固定连接在回转体(2)或者第二轴承圈(4b)上，用于在动力单元(11、12)的驱动下输出转向扭矩；和

被驱动齿轮(21)，以相对不可旋转的方式被固定连接在支撑体(1)或者第一轴承圈(4a)上，用于与驱动齿轮(13)啮合，在受到驱动齿轮(13)输出的转向扭矩驱动时，通过提供反作用扭矩促使回转体(2)相对于支撑体(1)转向；

其特征在于：

所述转向机构(40)中至少驱动齿轮(21)的轴系统是大致水平设置的。

2.根据权利要求1所述的转向机构(40)，其特征在于：所述动力单元(11、12)的轴系统也是大致水平设置的。

3.根据权利要求1或2所述的转向机构(40)，其特征在于：所述回转支撑组合体(100)包含集油池(22)，所述集油池(22)被设置为与支撑体(1)或者第一轴承圈(4a)固定连接，位于转向机构(40)的下方，用于收集和存储润滑油。

4.根据权利要求3所述的转向机构(40)，其特征在于：所述被驱动齿轮(21)与集油池(22)在后者的底部形成为一体，通过集油池(22)被固定连接在支撑体(1)或者第一轴承圈(4a)上。

5.根据权利要求4所述的转向机构(40)，其特征在于：所述被驱动齿轮(21)与集油池(22)一起通过串接体(3)被固定连接在支撑体(1)或第一轴承圈(4a)上。

6.根据权利要求5所述的转向机构(40)，其特征在于：所述被驱动齿轮(21)与集油池(22)一起形成为串接体(3)的一部分，所述串接体(3)被串联固定在支撑体(1)与第一轴承圈(4a)之间。

7.根据权利要求3所述的转向机构(40)，其特征在于：所述集油池(22)与回转体(2)之间形成有密封罩(14)，所述集油池(22)、回转体(2)和密封罩(14)一起至少将驱动齿轮(13)、被驱动齿轮(21)和回转轴承(4)围拢在封闭空间(30)内。

8.根据权利要求7所述的转向机构(40)，其特征在于：所述密封罩(14)还将动力单元(11、12)也围拢在封闭空间(30)内。

9.根据权利要求7所述的转向机构(40)，其特征在于：所述回转支撑组合体(100)进一步设置有压缩空气供给系统，用于对封闭空间(30)内提供空气微正压保护。

10.一种回转支撑组合体(100)，包含：

大致在竖直方向上起支撑作用的支撑体(1)；

由支撑体(1)大致在竖直方向上支撑的回转体(2)；

在支撑体(1)和回转体(2)之间起回转支撑作用的回转轴承(4)，其第一轴承圈(4a)与支撑体(1)固定连接，第二轴承圈(4b)与回转体(2)固定连接；以及

权利要求1～9中任意一项所述的转向机构(40)。