CN1447880A - 风轮机的驱动组件 - Google Patents

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Abstract

一种用于风轮机的驱动组件，包括转子轮毂(14)；诸如涡轮机机舱的支撑结构(15)；行星齿轮传动装置(11)，它包括中心齿轮(27)、行星齿轮(25)和环形齿轮(24)以及行星托架(28)，所述环形齿轮不可转动地固定于所述支撑结构(15)；主轴承(23)，它相对于所述环形齿轮和支撑结构可转动地支撑转子轮毂(14)和行星托架(28)；并且所述驱动组件包括两个基本独立的作用力传递路径，用于传递和由风轮机转子轮毂施加的作用力起反作用的作用力，所述作用力传递路径的第一个从转子轮毂(14)经由所述主轴承(23)到支撑结构(15)起作用，主要用于传递悬垂载荷力和弯矩力，而所述作用力传递路径的第二个从转子轮毂(14)经过所述行星托架(28)起作用，主要用于传递旋转力。

Description

风轮机的驱动组件
本发明涉及一种用于风轮机的驱动组件和齿轮传动装置。
由于缺乏合适的场地和土建工程费用的原因，一直需要大型的风轮机，特别是近海场所。同时减小机器及其部件的尺寸和重量的要求也越来越重要。通常风轮机转子驱动齿轮传动装置的低速轴，它将转子的扭矩和速度转换为发电机所要求的扭矩和速度。
将风轮机中的部件集成起来是一种减小重量以及使得驱动组件更紧凑的方法，但是驱动组件的能够避免不同部件上的外部载荷和内部载荷之间的相互干涉的设计和运转是很重要的。集成的驱动组件的能够经济并可靠地获得有效的润滑的结构也是很重要的。
本发明旨在提供一种用于风轮机的改进的驱动组件和改进的齿轮传动装置，它能够进行部件的有利集成。
根据本发明的一个方面，用于风轮机的驱动组件包括转子轮毂；诸如涡轮机机舱的支撑结构；行星齿轮传动装置，它包括中心齿轮、行星齿轮和环形齿轮以及行星托架，所述环形齿轮不可转动地固定于所述支撑结构；相对于所述环形齿轮和支撑结构可转动地支撑转子轮毂和行星托架的主轴承；并且所述驱动组件包括两个基本独立的作用力传递路径，用于传递和由风轮机转子轮毂施加的作用力起反作用的作用力，所述作用力传递路径的第一个从转子轮毂经由所述主轴承到支撑结构起作用，主要用于传递悬垂载荷力和弯矩力，而所述作用力传递路径的第二个从转子轮毂经过所述行星托架起作用，主要用于传递旋转力。
根据本发明的另一个方面，用在风轮机中用于从转子轮毂向发电机传递力的齿轮传动装置包括行星齿轮传动装置，它包括中心齿轮、行星齿轮和环形齿轮以及行星托架，所述环形齿轮用于不可转动地固定于诸如涡轮机机舱的支撑结构；可转动地支撑行星托架并且用于相对于所述环形齿轮和支撑结构可转动地支撑转子轮毂的主轴承；并且所述齿轮传动装置包括两个基本独立的作用力传递路径，用于传递使用时和由风轮机转子轮毂施加的作用力起反作用的作用力，所述作用力传递路径的第一个经由所述主轴承到支撑结构起作用，主要用于传递悬垂载荷力和弯矩力，而所述作用力传递路径的第二个经由所述行星托架起作用，主要用于传递旋转力。
因此，本发明提出来自转子的悬垂载荷力和弯矩力由轴承负载，该轴承直接连接于齿轮装置的固定部分而不是传递扭矩的低速部分。
优选地，在平行于行星托架的旋转轴线的轴向方向上，所述主轴承位于和齿轮传动装置的至少中心齿轮的轴向位置基本轴向对准的位置。
优选地，中心齿轮、行星齿轮和环形齿轮位于横断面(垂直于所述旋转力的旋转轴线)内，该横断面还包含所述主轴承。
其他优选特征是，主轴承包括内圈支撑面，其直径大于环形齿轮的齿面直径，并且在环形齿轮齿面的内部的所有径向位置，第二作用力传递路径基本上独立于第一作用力传递路径。
进一步优选地，所述作用力传递路径的第二个包括一个径向延伸的扭矩传递部件，它扭转较硬但是在平行于旋转力绕其作用的轴线的轴向方向上相对柔顺，从而因弯力而产生的轮毂运动至少部分地由扭矩传递部件的偏转调和。从而扭矩传递部件将齿轮传动装置隔绝于由转子轮毂产生的相对于齿轮传动装置的主旋转轴的弯曲偏转的可能的损坏作用。
因此，在本发明的又一个方面，本发明提供一种驱动组件，其中风轮机的主转子轴承和齿轮传动装置具有整体式结构。风轮机转子轮毂优选地连接于主轴承的外圈。轴承内圈优选地由行星齿轮平台的环形齿轮支撑，并且可以直接安装在行星齿轮平台的环形齿轮上，或者安装在将环形齿轮连接于支撑结构的法兰上。在另一种结构中，环形齿轮可以为主轴承的可转动轴承部件提供支撑面。
环形齿轮可以为主轴承提供轴向和径向定位。环形齿轮可以具有阶梯截面的径向外表面以确定用于轴向定位主轴承的内轴承圈的凸肩。内轴承圈可以轴向地固定在所述凸肩和所述支撑结构之间。
环形齿轮可以配置有一个加强环，并且所述加强环可以轴向和或径向延伸超出环形齿轮的齿面。所述加强环可以提供主轴承的轴向定位。
主轴承可以包括双圆锥轴承，并且所述双圆锥轴承可以包括一个单体外轴承圈。转子轮毂可以相对于所述单体外轴承圈刚性地固定。双圆锥轴承可以包括布置为O形结构的滚柱，其中一组滚柱在远离该轴承对中的其他组的滚柱的方向上直径增大。
在本发明的再一个方面，提供一种包括转子、发电机和根据本发明所述类型的驱动组件的风轮机。
齿轮传动装置，例如其外壳，可以布置为支撑发电机。
下面将参照附图以示例的方式说明本发明的实施例，附图中：
图1是含有本发明的驱动组件的风轮机的正视图；
图2是本发明所述的齿轮传动装置的部分截面图；
图3详细示出图2的部分；
图4、5和6示出图2和3的结构的变型；
图7详细示出图6的部分；以及
图8和9出图2和3的结构的其他变型。
风轮机10(参见图1)包括齿轮传动装置11，它用于从转子叶片12和转子轮毂14向发电机13传递扭矩，齿轮传动装置包括行星齿轮部件。齿轮传动装置和发电机容放在机舱15内并由它支撑。
现在参照附图2和3详细说明齿轮传动装置11。齿轮传动装置11包括行星齿轮部件，该行星齿轮部件具有四个行星齿轮25、一个中心齿轮27、一个行星托架28、以及一个环形齿轮24，其中环形齿轮24相对于机舱结构15不可转动地安装。
中心齿轮连接于输出轴(未示出)，该输出轴可以连接于另一个齿轮部件也可以直接连接于发电机13的转子。
环形齿轮24的径向外表面29为主轴承23的内圈30提供定位和支撑。
主轴承的外圈31将转子轮毂14连接于之并且将行星托架28的外部22置于转子轮毂和圈31之间。
行星托架28包括四个轴承座螺柱26，沿圆周方向均匀隔开以定位可转动地支撑四个行星齿轮25的轴承32。行星托架28具有一个环形区域33，它在轴承螺柱26和外部22的径向位置之间径向地延伸并且设计为在围绕Y轴的圆周方向上较硬，用于在外部22和轴承螺柱26之间传递扭矩，但是在围绕X轴和Z轴的方向上相对具有弹性。
在上述的结构中，在转子叶片12的作用下作用在转子轮毂14上的扭矩经由行星托架28传递到行星齿轮25，该行星托架28在外部22处可转动地安装在轴承23的外圈31上。由该结构中的转子轮毂施加的Y向弯矩和轴向力直接传递到轴承23。行星托架28的环形区域33的弹性有助于使行星齿轮充分隔绝于这些作用力。
图4示出一种变型40，其中行星托架42设置有三个集成的并在圆周方向均匀隔开的螺柱42，它们支撑行星转向板43。行星转向板43为三个在圆周方向均匀隔开的轴44提供支撑，其中每个轴44布置为自调整在板43上的角度位置。每个轴44在板43的相对两侧为一对轴承45、46提供支撑，围绕该轴承45、46可转动地安装有一对行星齿轮47、48，用于和环形齿轮49啮合。
在如图5所示的另一种变型50中，行星托架56具有壳体类型的设计。在这种结构中三个行星轴承轴51的每一个在一个轴端52处由行星托架的径向向外延伸而被主轴承54的外圈支撑的部分53支撑，而另一个轴端55由一个辅助驱动板57支撑，该辅助驱动板57由三个位于沿圆周方向介于轴51之间的位置上的在圆周方向均匀隔开的支撑件58支持。板57设置有一个中心孔59，输出轴60从中心齿轮61延伸至该中心孔59。
图6示出如图2和3所示的结构的另一种变型。在这种结构中行星托架基本类似于参照图5所述的行星托架。但是，不同之处在于环形齿轮63的外周边的一部分由加强支撑环64包围。加强环可以和外圈63整体成型，例如铸造轧制，或者永久固定于其上，例如通过在其上过盈配合。在隔开于机舱结构15的位置处轴向设置的支撑环的存在为主轴承66的内圈的轴向定位提供了邻接面65。主轴承66可以是双圆锥轴承，如图7中详细所示。主轴承包括具有包含两个锥形环67的拼合式结构的内圈。该轴承还包括双圆锥结构的一个单体外轴承圈68。
图8示出如图2和3所示的结构的另一种变型。在这种结构80中，主转子轴承81的内圈和上述结构不同之处在于，它不是直接安装在环形齿轮82上或者直接由环形齿轮82支撑。相反，轴承81的内圈由固定在机舱结构15上的法兰组件83支撑。在图9的结构90中，轴承内圈基本上在位置91处直接连接于机舱结构15。
尽管图8和9的结构示出主轴承的内圈相对于机舱结构15不可转动地固定，但是可以理解主轴承的外圈可以固定于机舱结构并且转子轮毂和行星托架可以由轴承的内圈可转动地支撑。
在上述结构中，中心齿轮、行星齿轮和环形齿轮都在平行于行星托架的旋转轴线的轴向方向上基本相互对准。本发明的所述实施例的另一个共有特征是主轴承包括内圈支撑面，其直径大于环形齿轮的齿面直径。转子轮毂基本上直接连接于主轴承使得位于环形齿轮齿面内的所有径向位置的扭矩传递路径基本上独立于力传递路径，其中弯矩和其他不会导致围绕旋转轴线Y旋转的力由该力传递路径传递到机舱支撑结构。
本发明的用在风轮机中的驱动组件和齿轮传动装置的优点在于由风轮机转子叶片产生的悬垂载荷对行星驱动部件和行星齿轮平台的齿轮啮合具有很小的影响。这样相对于目前已知的结构而言提高了齿轮传动装置的额定功率或者降低了对于给定额定功率的尺寸。而且可以理解行星齿轮的齿轮啮合所产生的作用力对主轴承中轴承滚柱上的载荷分布影响不大，这样增大了主轴承的负载容量或者可以降低对于给定负载容量的轴承的尺寸。

Claims (26)

1.一种用于风轮机的驱动组件，包括转子轮毂；诸如涡轮机机舱的支撑结构；行星齿轮传动装置，它包括中心齿轮、行星齿轮和环形齿轮以及行星托架，所述环形齿轮不可转动地固定于所述支撑结构；主轴承，它相对于所述环形齿轮和支撑结构可转动地支撑转子轮毂和行星托架；并且所述驱动组件包括两个基本独立的作用力传递路径，用于传递和由风轮机转子轮毂施加的作用力起反作用的作用力，所述作用力传递路径的第一个从转子轮毂经由所述主轴承到支撑结构起作用，主要用于传递悬垂载荷力和弯矩力，而所述作用力传递路径的第二个从转子轮毂经过所述行星托架起作用，主要用于传递旋转力。
2.如权利要求1所述的驱动组件，其特征在于，在平行于行星托架的旋转轴线的轴向方向上，环形齿轮基本轴向对准主轴承。
3.如权利要求1或2所述的驱动组件，其特征在于，主轴承包括内圈支撑面，其直径大于环形齿轮的齿面直径。
4.如上述权利要求中任一项所述的驱动组件，其特征在于，中心齿轮、行星齿轮和环形齿轮位于包含所述主轴承的横断面内。
5.如上述权利要求中任一项所述的驱动组件，其特征在于，在环形齿轮齿面的内部的所有径向位置，第二作用力传递路径基本上独立于第一作用力传递路径。
6.如上述权利要求中任一项所述的驱动组件，其特征在于，所述作用力传递路径的第二个包括一个径向延伸的扭矩传递部件，它扭转较硬但是在平行于旋转力绕其作用的轴线的轴向方向上相对柔顺。
7.如上述权利要求中任一项所述的驱动组件，其特征在于，主轴承的外圈连接于或者用于连接风轮机转子轮毂。
8.如上述权利要求中任一项所述的驱动组件，其特征在于，主轴承和齿轮传动装置具有整体式结构。
9.如权利要求8所述的驱动组件，其特征在于，环形齿轮为主轴承的可转动轴承部件提供支撑面。
10.如权利要求1到8中任一项所述的驱动组件，其特征在于，主轴承的内圈由环形齿轮支撑。
11.如权利要求10所述的驱动组件，其特征在于，环形齿轮为主轴承提供轴向和径向定位。
12.如权利要求11所述的驱动组件，其特征在于，环形齿轮具有阶梯截面的径向外表面以确定用于轴向定位主轴承的内轴承圈的凸肩。
13.如权利要求11所述的驱动组件，其特征在于，内轴承圈轴向地固定在所述凸肩和所述支撑结构之间。
14.如上述权利要求中任一项所述的驱动组件，其特征在于，环形齿轮配置有一个加强环。
15.如权利要求14所述的驱动组件，其特征在于，所述加强环轴向和/或径向延伸超出环形齿轮的齿面。
16.如权利要求14或15当从属于权利要求12或13时所述的驱动组件，其特征在于，加强环提供主轴承的轴向定位。
17.如权利要求1到9中任一项所述的驱动组件，其特征在于，主轴承安装在将环形齿轮连接于支撑结构的法兰上。
18.如上述权利要求中任一项所述的驱动组件，其特征在于，主轴承包括一个双圆锥轴承。
19.如权利要求18所述的驱动组件，其特征在于，双圆锥轴承包括一个单体外轴承圈。
20.如权利要求19所述的驱动组件，其特征在于，转子轮毂相对于所述单体外轴承圈刚性地固定。
21.如权利要求18到20中任一项所述的驱动组件，其特征在于，双圆锥轴承包括布置为O形结构的滚柱，其中一组滚柱在远离该轴承对中的其他组的滚柱的方向上直径增大。
22.如上述权利要求中任一项所述的驱动组件，其特征在于，齿轮传动装置可以用于支撑发电机。
23.如权利要求1所述的并且实质上如上所述的用于风轮机的驱动组件。
24.一种风轮机，包括转子、发电机和如上述权利要求中任一项所述的驱动组件。
25.一种用在风轮机中用于从转子轮毂向发电机传递力的齿轮传动装置，所述齿轮传动装置包括行星齿轮传动装置，它包括中心齿轮、行星齿轮和环形齿轮以及行星托架，所述环形齿轮用于不可转动地固定于诸如涡轮机机舱的支撑结构；主轴承，它可转动地支撑行星托架并且用于相对于所述环形齿轮和支撑结构可转动地支撑转子轮毂；并且所述齿轮传动装置包括两个基本独立的作用力传递路径，用于传递使用时和由风轮机转子轮毂施加的作用力起反作用的作用力，所述作用力传递路径的第一个经由所述主轴承到支撑结构起作用，主要用于传递悬垂载荷力和弯矩力，而所述作用力传递路径的第二个经由所述行星托架起作用，主要用于传递旋转力。
26.如权利要求25所述的并且实质上如上所述的齿轮传动装置。
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