CN118309618B - 一种风电机组传动系统油润滑及密封系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电机组传动系统油润滑及密封系统，涉及风电机组技术领域。风电机组传动系统油润滑及密封系统中，密封端盖固定于轴承座的前端，主轴转动连接于轴承座，主轴转动插接于密封端盖，密封端盖与主轴密封配合；密封端盖与主轴之间具有围绕于主轴设置的环形的迷宫密封结构，密封端盖上位于迷宫密封结构的前端具有回油孔，回油孔的一端经迷宫密封结构连通轴承座内部，另一端连通油箱。迷宫密封结构可有效进行密封，如果轴承座中的润滑油通过迷宫密封结构，也可以经回油孔排回油箱中，避免油液泄露到机组外，可取消片式弹簧径向密封，由于迷宫密封结构可直接加工于主轴和密封端盖，可降低主轴和密封端盖之间的密封件的维修更换频率。

Description

一种风电机组传动系统油润滑及密封系统

技术领域

本发明涉及风电机组技术领域，特别涉及一种风电机组传动系统油润滑及密封系统。

背景技术

随着经济与科技的发展，风力发电机组作为清洁能源的主要来源之一，备受关注。风力发电机组中，主轴轴承油润滑及密封系统是保证风力发电机组能够持续稳定进行的重要结构，其主要功能是防止润滑介质(例如：润滑油、润滑脂)泄漏，以确保主轴轴承运行在良好的润滑系统中。

其中，风电机组的主轴需要采用喷淋方式注油进行润滑，但是，传统的密封系统中采用的片式弹簧在主轴和密封端盖之间进行径向密封，成本高、易磨损、需更换，且片式弹簧径向密封对接触面硬度要求较高，需要配专门的金属环，进一步增加成本。

因此，如何降低主轴和密封端盖之间的密封件的维修更换频率，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种风电机组传动系统油润滑及密封系统，可以降低主轴和密封端盖之间的密封件的维修更换频率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种风电机组传动系统油润滑及密封系统，包括：主轴、轴承座和密封端盖；所述密封端盖固定于所述轴承座的前端，所述主轴转动连接于所述轴承座，所述主轴转动插接于所述密封端盖，所述密封端盖与所述主轴密封配合；所述密封端盖与所述主轴之间具有围绕于所述主轴设置的环形的迷宫密封结构，所述密封端盖上位于所述迷宫密封结构的前端具有回油孔，所述回油孔的一端经所述迷宫密封结构连通所述轴承座内部，另一端连通油箱。

优选地，所述密封端盖的内孔套设于所述主轴上，所述内孔上位于所述迷宫密封结构的前方设置围绕所述主轴的环形的油腔，所述主轴上固定设置挡油环，所述挡油环沿径向伸入所述油腔中，所述回油孔经所述油腔连通所述迷宫密封结构。

优选地，所述回油孔位于所述主轴的下方，所述回油孔、所述第一回油管与所述油箱构成U型管结构，且所述迷宫密封结构中对接于所述回油孔的侧壁上方的部分高于所述油箱的液位。

优选地，所述轴承座的后端连接齿轮箱，所述油箱为设于所述齿轮箱中的底部的齿轮箱油箱。

优选地，所述主轴通过前轴承、后轴承转动连接所述轴承座，所述前轴承、所述后轴承沿前后方向依次排列；所述轴承座内位于所述前轴承与所述后轴承之间的内底壁上设置前挡油板，所述轴承座中位于所述密封端盖、所述前挡油板之间的空间形成前储油池。

优选地，所述轴承座的内壁上沿径向向内凸出形成后安装凸环，所述后安装凸环上设置后轴承，所述主轴连接于所述后轴承，所述轴承座位于所述后轴承的后侧设置后挡油板，且所述后挡油板的底部固定于所述后安装凸环的后侧面，所述轴承座中位于所述后轴承外圈的前端、所述后挡油板之间的空间形成后储油池。

优选地，所述密封端盖采用工程塑料材质制成。

优选地，所述密封端盖包括多个沿周向依次拼接的端盖板件，且各所述端盖板件依次对接后围成内孔，所述主轴插接于所述内孔。

优选地，相邻两个所述端盖板件的接触面插接配合并设置密封胶。

优选地，所述密封端盖的后侧面设置安装槽，所述安装槽中设置密封圈，以密封于所述轴承座的前侧面和所述密封端盖的后侧面之间，且所述轴承座的前侧面与所述密封端盖的后侧面之间设置密封胶。

本发明提供的风电机组传动系统油润滑及密封系统，包括：主轴、轴承座和密封端盖；密封端盖固定于轴承座的前端，主轴转动连接于轴承座，主轴转动插接于密封端盖，密封端盖与主轴密封配合；密封端盖与主轴之间具有围绕于主轴设置的环形的迷宫密封结构，密封端盖上位于迷宫密封结构的前端具有回油孔，回油孔的一端经迷宫密封结构连通轴承座内部，另一端连通油箱。

迷宫密封结构可有效进行密封，而在特殊情况下，如果发生轴承座中的润滑油通过迷宫密封结构的情况，这些润滑油可以经回油孔排回油箱中，避免油液泄露到机组外，可取消片式弹簧径向密封，由于迷宫密封结构可直接加工在主轴和密封端盖上，可以降低主轴和密封端盖之间的密封件的维修更换频率，另外，增设回油孔，也可以配合迷宫密封结构确保防泄油能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供风电机组传动系统油润滑及密封系统具体实施例一在机组正常运行状态（后倾7°）时的内部结构图；

图2为本发明所提供风电机组传动系统油润滑及密封系统具体实施例一在机组极端短时间运行的最大10°（相比于图1前倾10°）前倾点头工况时的内部结构图；

图3为图1的W处放大图；

图4为图1的Q处放大图；

图5为本发明所提供风电机组传动系统油润滑及密封系统具体实施例一中密封端盖的结构图；

图6为本发明所提供风电机组传动系统油润滑及密封系统具体实施例一中密封端盖的局部结构图；

图7为本发明所提供风电机组传动系统油润滑及密封系统具体实施例一中上半片的结构图；

图8为本发明所提供风电机组传动系统油润滑及密封系统具体实施例一中下半片的结构图。

附图标记：

防尘密封圈1；

主轴2，轴承挡肩21，固定凸台211，迷宫凸起212，固定凹槽213；

挡油环3；

密封端盖4，上半片41，下半片42，油腔43，回油孔44，迷宫密封结构45，安装槽46，内孔47；

轴承座5，前挡油板51，后挡油板52，前储油池53，后储油池54，后安装凸环55；

前轴承6；

密封圈7；

后轴承8；

第一回油管9；

润滑泵10；

齿轮箱11，油箱111；

后喷管12；

前喷管13；

第二回油管14；

前储油池液位A，后储油池液位B，油箱液位C。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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。

本发明的核心是提供一种风电机组传动系统油润滑及密封系统，可以降低主轴和密封端盖之间的密封件的维修更换频率。

本发明所提供风电机组传动系统油润滑及密封系统的具体实施例一，请参考图1至图8，包括：主轴2、轴承座5和密封端盖4。

密封端盖4固定于轴承座5的前端，主轴2转动连接于轴承座5，主轴2转动插接于密封端盖4，密封端盖4与主轴2密封配合。

密封端盖4与主轴2之间具有围绕于主轴2设置的环形的迷宫密封结构45。迷宫密封结构45是主轴2和密封端盖4之间通过设置相配合的齿或槽，而在齿和槽之间形成的迷宫式的间隙，例如，主轴2沿轴向依次设置多个齿，密封端盖4的内孔上设置多个与各个齿分别对应的槽，不同齿的高度、不同槽的深度不相同，以形成迷宫式的间隙，迷宫密封结构45可借助节流效应而起密封作用。密封端盖4上位于迷宫密封结构45的前端具有回油孔44，回油孔44的一端经迷宫密封结构45连通轴承座5内部，另一端连通油箱111。

机组正常运行状态下，如图1所示，机组通常处于后倾7°的状态，迷宫密封结构45可有效进行密封。而在特殊情况下，例如图2所示，机组最大点头工况下（从后倾7°的状态开始向前倾10°），机组处于前倾3°的状态，此时，因主轴2径向尺寸的要求等因素，可能导致轴承座5中的油液会高于主轴2上位于其下方的迷宫密封结构45，如果发生轴承座5中的润滑油通过迷宫密封结构45，这些润滑油可以经回油孔44排回油箱111中，避免油液泄露到机组外。另外，该风电机组传动系统油润滑及密封系统具体可以为漂浮式风电机组传动系统油润滑及密封系统。

为改善密封效果，如图3和图4所示，密封端盖4的内孔47套设于主轴2上，密封端盖4的内孔47上位于迷宫密封结构45的前方设置围绕主轴2的环形的油腔43。主轴2上固定设置挡油环3。挡油环3沿径向伸入油腔43中，回油孔44经油腔43连通迷宫密封结构45。也就是说，如果有油液从迷宫密封结构45向前泄出，会受到挡油环3的阻挡，使得轴向流出迷宫密封结构45被径向向油腔43引导，更加顺利地进入回油孔44，进一步提高防泄漏的可靠性。

其中，为实现挡油环3的安装，主轴2上设置固定凹槽213，挡油环3在径向上的内端伸入固定凹槽213中，外端相对于主轴2的外周面凸出，具体地，在轴向上，迷宫密封结构45靠近挡油环3的一端端口平行于轴向的投影位于挡油环3上，以提高挡油效果。具体地，挡油环3在径向上的外端与密封端盖4之间仍具有间隙。另外，挡油环3的数量可以安装需要进行设置，例如沿轴向依次设置两个，也可以设置其他数量。此外，挡油环3的高度和密封端盖4的油腔43深度可根据需要进行设置，加高加深可提高密封效果，挡油环3是柔性材料制作而成，为柔性挡油环，从而可以避免风电机组安装、运行过程中迷宫系统部件造成的碰伤，并且，由于挡油环3是柔性的，因此易安装、便于维护。

另外，如图3所示，主轴2上还固定设置防尘密封圈1，以遮挡于密封端盖4前端与主轴2之间的间隙处。

具体地，为便于装配，如图1所示，主轴2上局部凸起形成轴承挡肩21，密封相关的部件安装在该轴承挡肩21上。其中，轴承挡肩21上加工用于固定防尘密封圈712的固定凸台211，具体地，防尘密封圈1在轴向上的两端分别抵于固定凸台211和密封端盖4的前侧面，并且，在固定凸台211的后侧加工固定挡油环3的两个固定凹槽213，轴承挡肩21上位于固定凹槽213后侧加工两个迷宫凸起212，迷宫凸起212与密封端盖4的内孔47形成4~6mm间隙（具体可以指轴向或径向相对的表面之间的间隙）的迷宫通道，两个迷宫凸起212的径向高度不同。

为方便快速回油，如图1所示，回油孔44位于主轴2的下方，回油孔44、第一回油管9与油箱111构成U型管结构，且迷宫密封结构45中对接于回油孔44的侧壁上方的部分高于油箱111的液位，则直接借助液压，即可保证回油孔44中的油液不会向迷宫密封结构45回流，且从迷宫密封结构45流向回油孔44的油液可在液压作用下流向油箱111中。当然，在其他实施例中，也可以在第一回油管9上增设泵，以通过外力驱动油液流向油箱111。另外，第一回油管9上还可以设置单向阀，以有效避免油液从油箱111向回油孔44回流。

其中，为保证油箱111中的液位与迷宫密封结构45的高度关系，可以控制向油箱111中注入的油量，也可以在油箱111中增设液位计以及报警器，油量超过液位计时报警器报警，从而有效控制液位。

为方便油箱111的设置，如图1所示，轴承座5的后端连接齿轮箱11，具体可以密封轴承座5的后端。油箱111为设于齿轮箱11中的底部的齿轮箱油箱，则无需另外增设单独的油箱111。为适应油箱111与迷宫密封结构45的高度要求，油箱111尽量下沉式设计。另外，主轴2可连接于齿轮箱11中的齿轮结构。同时，齿轮箱油箱与轴承座5也可以连通设置。

如图1和图2所示，主轴2通过前轴承6、后轴承8转动连接轴承座5，前轴承6、后轴承8沿前后方向依次排列，以保证主轴2转动的顺畅性。

为保证对前轴承6的充分润滑，如图1和图2所示，轴承座5内位于前轴承6与后轴承8之间的内底壁上设置前挡油板51，轴承座5中位于密封端盖4、前挡油板51之间的空间形成前储油池53，可以有效储油，以保证对前轴承6的充分润滑。其中，前挡油板51和轴承座5可一体铸造。

为保证对后轴承8的充分润滑，如图1和图2所示，轴承座5的内壁上沿径向向内凸出形成后安装凸环55，后安装凸环55上设置后轴承8。轴承座5位于后轴承8的后侧设置后挡油板52，且后挡油板52的底部固定于后安装凸环55的后侧面，轴承座5中位于后轴承8外圈的前端、后挡油板52之间的空间形成后储油池54。另外，后挡油板52的后侧也可以挡住油箱111中的油液。其中，后挡油板52通过螺栓紧固在轴承座5上，以适应后轴承8中部向后凸出的结构特征。

由于轴承座5内的底部设置前挡油板51和后挡油板52，相应地，密封端盖4上可设置前喷管13，轴承座5上位于前轴承6和后轴承8之间可设置后喷管12。润滑系统运行时，前喷管13喷灌喷油顺着前轴承6流下，在前挡油板51前侧形成油池，使得前轴承6的12多个滚子浸在油池中，在前轴承6滚动时可以充分润滑前轴承6；前喷管13喷灌喷油顺着后轴承8流下，在后挡油板52后侧形成油池，使得后轴承8的12多个滚子浸在油池中，在后轴承8滚动时可以充分润滑后轴承8。

另外，轴承座5上位于前轴承6和后轴承8之间的底部设置第二回油管14，其连通轴承座5和油箱111，具体可以连通于轴承座5的内底壁上始终高于油箱液位C的位置。当有油液从后储油池54进入前轴承6和后轴承8之间时，可通过第二回油管14回油到油箱111中。此外，润滑泵10分别通过前喷管13和后喷管12连接轴承座5，以向轴承座5中提供润滑油。

为降低设备重量，密封端盖4采用工程塑料材质制成，且可以采用模具铸塑成形。

为方便现场对轴承进行检查时易拆除，密封端盖4包括多个沿周向依次拼接的端盖板件，且各端盖板件依次对接后围成内孔47，具体可以可拆卸连接。主轴2插接于内孔47。相邻两个端盖板件的接触面插接配合并设置密封胶。

具体地，如图5至图8所示，端盖板件为两个，分别为下半片42和固定于下半片42上方的上半片41。下半片42和上半片41均为半环形。另外，上半片415与下半片429连接面上分别设置凸起和凹槽，安装时，上半片415与下半片429的接触面和凹槽内涂抹密封胶，然后两个端盖板件通过多颗螺栓夹紧连接。此外，上半片415上开多个喷油管安装孔，可用于安装前喷管13。下半片429底部开回油孔44，油从该回油孔44流向油箱111。另外，密封端盖螺栓孔、喷油管安装孔、回油孔44均预埋金属套，以便螺栓打标准扭矩。

为提高密封端盖4和轴承座5之间的密封性，如图4所示，密封端盖4的后侧面设置安装槽46，安装槽46中设置密封圈7，具体为O型圈，以密封于轴承座5的前侧面和密封端盖4的后侧面之间，且轴承座5的前侧面与密封端盖4的后侧面之间设置密封胶。装配过程中，当密封端盖4与轴承座5结合面安装时，装配O型圈并涂抹密封胶，以确保两者之间的密封性。

本实施例中的风电机组传动系统油润滑及密封系统，工作原理包括：图1给出机组正常运行状态后倾7°时的前储油池液位A，后储油池液位B，油箱液位C，机组正常运行时，前储油池液位A低于密封端盖4的下半片42的迷宫密封结构45，密封端盖4与主轴2之间的迷宫密封结构45可以有效阻挡喷淋油的溅入，少量溅入的油也可通过密封端盖4下方的回油孔44回收到齿轮箱11的油箱111中。图2给出机组极端短时间运行的最大10°前倾点头工况时的前储油池液位A，后储油池液位B，油箱液位C，当机组短暂处于前倾10°的最大点头工况时，前储油池液位A高于密封端盖4的下半片42的迷宫密封结构45，由于油箱液位C设计低于密封端盖4的下半片42的迷宫密封结构45，油从迷宫密封结构45进入密封端盖4的下半片42并通过回油孔44回流到油箱111中。

本实施例中的风电机组传动系统油润滑及密封系统，有益效果包括：密封端盖4与轴承座5之间采用多级迷宫密封，能够有效提高密封系统的密封效果，可以取消径向密封圈7，相应省去为径向密封圈7专门安装的金属环，降低设计成本；密封端盖4采用工程塑料以及上下分体结构，结构简单，易于铸造成形，质量轻，成本低，厂内和现场易安装拆除，方便轴承检修；轴承座5的底部前侧设置前挡油板51，润滑及密封系统运行时，前喷管13喷油顺前轴承6流下，在前挡油板51前侧形成前储油池53，后喷管12喷油顺后轴承8流下，在后挡油板52前侧形成后储油池54，使得前轴承6和后轴承8的12多个滚子分别浸在前储油池53和后储油池54中，可以充分润滑前轴承6和后轴承8；齿轮箱1116油位设计时降低，在机组最大10°前倾运行工况时，前轴承6润滑油从密封端盖4的迷宫密封结构流出时可以通过第一回油管9快速流回油箱111，防止润滑油泄露。

需要说明的是，当元件被称为“固定”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上。

术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的风电机组传动系统油润滑及密封系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种风电机组传动系统油润滑及密封系统，其特征在于，具有前倾点头工况，包括：主轴（2）、轴承座（5）和密封端盖（4）；所述密封端盖（4）固定于所述轴承座（5）的前端，所述主轴（2）转动连接于所述轴承座（5），所述主轴（2）转动插接于所述密封端盖（4），所述密封端盖（4）与所述主轴（2）密封配合；所述密封端盖（4）与所述主轴（2）之间具有围绕于所述主轴（2）设置的环形的迷宫密封结构（45），所述密封端盖（4）上位于所述迷宫密封结构（45）的前端具有回油孔（44）；

所述密封端盖（4）的内孔（47）套设于所述主轴（2）上，所述内孔（47）上位于所述迷宫密封结构（45）的前方设置围绕所述主轴（2）的环形的油腔（43），所述主轴（2）上固定设置挡油环（3），所述挡油环（3）沿径向伸入所述油腔（43）中，在轴向上，所述迷宫密封结构（45）靠近所述挡油环（3）的一端端口平行于轴向的投影位于挡油环（3）上，所述回油孔（44）的一端经所述油腔（43）连通所述迷宫密封结构（45），进而经所述迷宫密封结构（45）连通所述轴承座（5）内部，另一端连通油箱（111）；

所述密封端盖（4）包括多个沿周向依次拼接的端盖板件，且各所述端盖板件依次对接后围成内孔（47），所述主轴（2）插接于所述内孔（47）。

2.根据权利要求1所述的风电机组传动系统油润滑及密封系统，其特征在于，所述回油孔（44）位于所述主轴（2）的下方，所述回油孔（44）、第一回油管（9）与所述油箱（111）构成U型管结构，且所述迷宫密封结构（45）中对接于所述回油孔（44）的侧壁上方的部分高于所述油箱（111）的液位。

3.根据权利要求1所述的风电机组传动系统油润滑及密封系统，其特征在于，所述轴承座（5）的后端连接齿轮箱（11），所述油箱（111）为设于所述齿轮箱（11）中的底部的齿轮箱油箱。

4.根据权利要求1所述的风电机组传动系统油润滑及密封系统，其特征在于，所述主轴（2）通过前轴承（6）、后轴承（8）转动连接所述轴承座（5），所述前轴承（6）、所述后轴承（8）沿前后方向依次排列；所述轴承座（5）内位于所述前轴承（6）与所述后轴承（8）之间的内底壁上设置前挡油板（51），所述轴承座（5）中位于所述密封端盖（4）、所述前挡油板（51）之间的空间形成前储油池（53）。

5.根据权利要求1所述的风电机组传动系统油润滑及密封系统，其特征在于，所述轴承座（5）的内壁上沿径向向内凸出形成后安装凸环（55），所述后安装凸环（55）上设置后轴承（8），所述主轴（2）连接于所述后轴承（8），所述轴承座（5）位于所述后轴承（8）的后侧设置后挡油板（52），且所述后挡油板（52）的底部固定于所述后安装凸环（55）的后侧面，所述轴承座（5）中位于所述后轴承（8）外圈的前端、所述后挡油板（52）之间的空间形成后储油池（54）。

6.根据权利要求1至5任一项所述的风电机组传动系统油润滑及密封系统，其特征在于，所述密封端盖（4）采用工程塑料材质制成。

7.根据权利要求1至5任一项所述的风电机组传动系统油润滑及密封系统，其特征在于，相邻两个所述端盖板件的接触面插接配合并设置密封胶。

8.根据权利要求1至5任一项所述的风电机组传动系统油润滑及密封系统，其特征在于，所述密封端盖（4）的后侧面设置安装槽（46），所述安装槽（46）中设置密封圈（7），以密封于所述轴承座（5）的前侧面和所述密封端盖（4）的后侧面之间，且所述轴承座（5）的前侧面与所述密封端盖（4）的后侧面之间设置密封胶。