CN219317538U - 一种大功率三级行星半直驱风电齿轮箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种大功率三级行星半直驱风电齿轮箱，包括：轴向方向上依次设计三级行星传动结构，三级行星传动结构装配在四段机体即前机体，中机体I、中机体Ⅱ和后机体内；一级行星架通过法兰和主轴联接传递轮毂输入的扭矩，中机体I与弹性支撑联接，提供反向扭矩；一级行星架下风向锥轴承反向装配，外圈安装在一级行星架上，内圈安装在箱体上；二级太阳轮传递扭矩给三级行星架，三级太阳轮通过花键和输出轴联接，输出轴联接发电机转子，发电机和输出轴共用轴承；后机体通过法兰联接发电机定子，这样通过齿轮箱的增速发电机转子和定子的相对转动就实现了机械能到电能的转换，发电机转子和输出轴共用轴承，可以有效缩短传动链长度，降低成本。

Description

一种大功率三级行星半直驱风电齿轮箱

技术领域

本实用新型涉及风电领域应用的齿轮箱技术领域，具体而言，尤其涉及一种大功率三级行星半直驱风电齿轮箱。

背景技术

风电主齿轮箱作为风电机组的核心零部件，是风电机组传动链的最重要组成部分，其可靠性设计对风电机组至关重要，但随着近年来风力发电的快速发展，其成本竞争也越发激烈，三级行星传动齿轮箱的出现尤其是半直驱机型以其传动比大，结构紧凑重量轻，可靠性高等优势，正好满足了市场发展的需求。

三级行星传动风电齿轮箱为了增加功率密度一级行星传动一般采用5个以上的行星轮。行星轮数量增多对均在性能要求也越来越高，目前，其KY计算值一般都小于标准规定的要求，在不采用柔性销技术的情况下除了提高零部件的加工精度，如何提高行星轮均载非常重要。常用的方法主要是在太阳轮前端或者后端采用一段花键配合来增加太阳轮浮动的形式，由于太阳轮只能摆动，上下平行运动受限，所以，效果不是太理想。

另外，大功率风电齿轮箱行星级齿轮和轮轴承以及花键润滑冷却非常重要,目前，三级行星传动中常用的方法是通过二架上配油环进入二级行星架，再通过二级架内部钻孔进上一架上壁板然后再通过配油环二次分配给一级行星轮系，这种结构一方面行星架钻孔难度大加工成本高另一方面管路太长，压力损失较大。

三级行星传动半直驱风电齿轮箱作为一种全新的技术路线，有很多细节设计都需要验证和改进，包括风机在断电情况下齿轮、轴承的润滑、如何避免输出端由于内外压差造成的漏油等。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种结构更为精简，整体尺寸更小，切润滑性能更好的大功率三级行星半直驱风电齿轮箱。

通过对传动结构的改进以及内部结构的细节设计

本实用新型采用的技术手段如下：

一种大功率三级行星半直驱风电齿轮箱，包括：轴向方向上依次设计三级行星传动结构，三级行星传动结构依次装配在四段机体即前机体，中机体I、中机体Ⅱ和后机体内；

三级行星传动结构包括：一级行星架、一级行星架上风向轴承、一级行星架下风向轴承、二级行星架、二级行星架上风向轴承、二级行星架下风向轴承、三级行星架、输出轴承座、一级太阳轮、花键轴、配油环、二级太阳轮、三级太阳轮、输出轴、输出轴上风向轴承以及输出轴下风向轴承；

上述一级行星架通过法兰和主轴联接传递轮毂输入的扭矩，中机体I与弹性支撑联接，提供反向扭矩；

一级太阳轮设计成分体形式并通过花键轴46和二级行星架联接，一级行星架下风向锥轴承反向装配，外圈安装在一级行星架上，内圈安装在箱体上；

二级太阳轮传递扭矩给三级行星架，三级太阳轮通过花键和输出轴联接，输出轴联接发电机转子，发电机和输出轴共用轴承；

后机体通过法兰联接发电机定子，这样通过齿轮箱的增速发电机转子和定子的相对转动就实现了机械能到电能的转换。

进一步的，

上述前机体的挡油板从箱体上接油，润滑油进入前机体进的油管路对一级行星架上风向轴承进行润滑；中机体I和配油环在底部形成一个油池，润滑一级行星架下风向轴承；中机体Ⅱ上挡油板从箱体壁上接油，润滑油进入前中机体Ⅱ上进油管路对二级行星架下风向轴承进行润滑；中机体Ⅱ下挡油板从箱体壁上接油，润滑油进入前中机体Ⅱ下进油管路对三级行星架上风向轴承进行润滑；后机体上挡油板从箱体壁上接油，润滑油进入后机体上进油管路对三级行星架下风向轴承进行润滑；输出轴配油环和密封环在底部形成一个油池润滑输出轴上风向轴承和输出轴下风向轴承。

进一步的，

所述的一架下轴承内圈固定在中机体I上，外圈通过过盈配合固定在一级行星架上，轴承外圈和内圈组件可以脱开，这样一级太阳轮就可以通过一级架完成装配，轴承外圈最小尺寸只要大于一级太阳轮外径就可以，这样轴承尺寸就可以减小降低采购成本；二级行星架上风向轴承通过隔环进行轴向游隙调整，使轴向尺寸更加紧凑。

进一步的，

上述花键轴两端采用特殊花键齿形设计，一端连接一级阳轮，另一端连接二级行星架，并通过挡板和螺栓固定太阳轮，二级行星架上端面，挡板和螺栓形成轴向定位。采用这种结构可以有效的增加一级太阳轮的浮动量，降低一级多行星轮机构的不均载系数，提高齿轮传动的可靠性。花键轴可以采用渗碳淬火磨齿工艺，减小花键磨损的可能性。

进一步的，

上述配油环通过螺栓把合在中机体I上，润滑油通过进油路，一架下壁板横向油路，一级行星架下壁板油路，一级行星轮轴油路，一架上壁板油路形成一条压力管路。通过一架下轴承喷油孔，一级行星轴承喷油孔，一架上壁板太阳轮喷油孔，一架上壁板花键轴喷油孔，花键轴接油板，花键轴回油油路对轴承花键进行润滑冷却。和其他同类型的润滑方案相比较，结构简单，可靠性高。本技术发明中，所述的配油环可采用钢质材料代替现有技术常用的铜或铜合金材料。

进一步的，

润滑油从轴承座进油环槽进入，通过输出轴下轴承喷油孔，输出轴上轴承喷油孔进行轴承强制润滑；通过密封环，迷宫甩油环，迷宫透盖，毛毡形成的密封结构保证输出端的密封；通过迷宫透盖，骨架油封，迷宫甩油环形成的密封结构对穿线管输出端进行密封。通过上述机械密封结构同时采用毛毡和油封接触密封件保证了在齿轮箱内侧和发电机外侧压差不平衡的情况下也能实现可靠的密封。

采用上述技术方案的本实用新型，较现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1)发电机转子和输出轴共用轴承，可以有效缩短传动链长度，降低成本，通过创新的密封结构设计保证了在齿轮箱侧和发电机侧压差不平衡的情况下也能实现可靠的密封。

2)通过独特接油结构设计通过以上结构保证电动泵不工作的情况下，轴承还有润滑油存在。

3)一级架下风向轴承内圈固定在中机体I上，外圈固定在行星架上，这种布置结构一方面可以缩短轴向安装尺寸另一方面轴承采用内外圈可脱开的的形式，很容易满足太阳轮的安装尺寸要求。

4)一级太阳轮通过内花键和花键轴联接并将载荷传递到二级行星架，通过两段花键联接增加带阳轮的浮动量，提高了一级行星部件的均载性能。

5)和其他同类型的润滑结构方案相比较，结构简单，可靠性高。配油环可采用钢质材料代替铜或铜合金材料，降低了风电齿轮箱的生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型三级行星轮布置剖视图。

图2为本实用新型的一级行星均载及润滑结构示意图。

图3为本实用新型的输出轴润滑及密封结构示意图。

图中：

1.一级行星架、2.一架上壁板油路、3.一级行星轮轴油路、4.一级太阳轮、5.一级行星轮、6.一级齿圈、7.一级行星架下壁板油路、8.一级行星架下风向轴承、9.进油油路、10.配油环、11.中机体I、12.隔环、13.二级行星架上风向轴承、14.二级行星架I、15.二级齿圈、16.二级行星轮、17.二级太阳轮、18.中机体Ⅱ上挡油板、19.中机体Ⅱ上进油孔、20.中机体Ⅱ、21.三级齿圈、22.三级行星轮、23.三级行星架、24.后机体上挡油板、25.后机体上进油孔、26.轴承座、27.轴承座进油环槽、28.输出轴下轴承喷油孔、29.密封环、30.迷宫甩油环、31.迷宫透盖、32.毛毡、33.输出轴、34.穿线管迷宫透盖、35.骨架油封、36.迷宫甩油环、37.穿线管、38.三级太阳轮、39.输出轴上轴承喷油孔、40.输出轴配油环、41.三级花键挡板、42.中机体Ⅱ下挡油板、43.中机体Ⅱ下进油孔、44.一级花键轴下挡板、45.花键轴回油油路、46.花键轴47.一架下轴承喷油孔、48.一架下壁板横向油路、49.一级行星轴承喷油孔、50.花键轴上挡板、51.花键轴接油板、52.一架上壁板太阳轮喷油孔、53.一架上壁板花键轴喷油孔、54.前机体挡油板、55.前机体进油管路、56.一级行星架上风向轴承、57.弹性支撑、58.输出轴下风向轴承、59.输出轴上风向轴承、60.三级行星架架下风向轴承、61.三级行星架上风向轴承、62.二级行星架下风向轴承。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。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讨论。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

如图1所示，本实用新型提供了一种大功率三级行星半直驱风电齿轮箱，包括：轴向方向上依次设计三级行星传动结构，三级行星传动结构依次装配在四段机体即前机体，中机体I、中机体Ⅱ和后机体内；

三级行星传动结构包括：一级行星架1、一级行星架上风向轴承、一级行星架下风向轴承、二级行星架14、二级行星架上风向轴承13、二级行星架下风向轴承62、三级行星架23、轴承座26、一级太阳轮4、花键轴46、配油环10、二级太阳轮17、三级太阳轮38、输出轴33、输出轴上风向轴承59以及输出轴下风向轴承58；

上述一级行星架1通过法兰和主轴联接传递轮毂输入的扭矩，中机体I11与弹性支撑57联接，提供反向扭矩；

一级太阳轮4设计成分体形式并通过花键轴46和二级行星架14联接，一级行星架下风向锥轴承反向装配，外圈安装在一级行星架1上，内圈安装在箱体上；

二级太阳轮17传递扭矩给三级行星架23，三级太阳轮38通过花键和输出轴联接，输出轴联接发电机转子，发电机和输出轴共用轴承；

后机体通过法兰联接发电机定子，这样通过齿轮箱的增速发电机转子和定子的相对转动就实现了机械能到电能的转换。

进一步的，

上述前机体的挡油板54从箱体上接油，润滑油进入前机体进的油管路55对一级行星架上风向轴承62进行润滑；中机体I11和配油环10在底部形成一个油池，润滑一级行星架下风向轴承8；中机体Ⅱ上挡油板18从箱体壁上接油，润滑油进入前中机体Ⅱ20上进油管路19对二级行星架下风向轴承62进行润滑；中机体Ⅱ下挡油板42从箱体壁上接油，润滑油进入前中机体Ⅱ下进油管路43对三架上风向轴承61进行润滑；后机体上挡油板24从箱体壁上接油，润滑油进入后机体上进油管路25对三架下风向轴承60进行润滑；输出轴配油环40和密封环29在底部形成一个油池润滑输出轴上风向轴承59和输出轴下风向轴承58。

进一步的，如图2所示，

所述的一架下轴承8内圈固定在中机体I11上，外圈通过过盈配合固定在一级行星架1上，轴承8外圈和内圈组件可以脱开，这样一级太阳轮4就可以通过一级架完成装配，轴承8外圈最小尺寸只要大于一级太阳轮4外径就可以，这样轴承8尺寸就可以减小降低采购成本；二级行星架上风向轴承13通过隔环12进行轴向游隙调整，使轴向尺寸更加紧凑。

进一步的，如图2所示，

上述花键轴46两端采用特殊花键齿形设计，一端连接一级阳轮4，另一端连接二级行星架14，并通过挡板50和螺栓固定太阳轮4，二级行星架14上端面，挡板44和螺栓形成轴向定位。采用这种结构可以有效的增加一级太阳轮4的浮动量，降低一级多行星轮机构的不均载系数，提高齿轮传动的可靠性。花键轴46可以采用渗碳淬火磨齿工艺，减小花键磨损的可能性。

进一步的，如图2所示，

上述配油环10通过螺栓把合在中机体I11上，润滑油通过进油路9，一架下壁板横向油路48，一级行星架下壁板油路7，一级行星轮轴油路3，一架上壁板油路2形成一条压力管路。通过一架下轴承喷油孔47，一级行星轴承喷油孔49，一架上壁板太阳轮喷油孔52，一架上壁板花键轴喷油孔53，花键轴接油板51，花键轴回油油路45对轴承花键进行润滑冷却。和其他同类型的润滑方案相比较，结构简单，可靠性高。本技术发明中，所述的配油环10可采用钢质材料代替现有技术常用的铜或铜合金材料。

进一步的，如图3所示，

润滑油从轴承座进油环槽27进入，通过输出轴下轴承喷油孔28，输出轴上轴承喷油孔39进行轴承强制润滑；通过密封环29，迷宫甩油环30，迷宫透盖31，毛毡32形成的密封结构保证输出端的密封；通过迷宫透盖34，骨架油封35，迷宫甩油环36形成的密封结构对穿线管输出端进行密封。通过上述机械密封结构同时采用毛毡和油封接触密封件保证了在齿轮箱内侧和发电机外侧压差不平衡的情况下也能实现可靠的密封。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种大功率三级行星半直驱风电齿轮箱，其特征在于，包括：轴向方向上依次设计三级行星传动结构，三级行星传动结构依次装配在四段机体即前机体，中机体I、中机体Ⅱ和后机体内；

三级行星传动结构包括：一级行星架、一级行星架上风向轴承、一级行星架下风向轴承、二级行星架、二级行星架上风向轴承、二级行星架下风向轴承、三级行星架、输出轴承座、一级太阳轮、花键轴、配油环、二级太阳轮、三级太阳轮、输出轴、输出轴上风向轴承以及输出轴下风向轴承；

上述一级行星架通过法兰和主轴联接传递轮毂输入的扭矩，中机体I与弹性支撑联接，提供反向扭矩；

一级太阳轮设计成分体形式并通过花键轴(46)和二级行星架联接，一级行星架下风向锥轴承反向装配，外圈安装在一级行星架上，内圈安装在箱体上；

二级太阳轮传递扭矩给三级行星架，三级太阳轮通过花键和输出轴联接，输出轴联接发电机转子，发电机和输出轴共用轴承；

后机体通过法兰联接发电机定子，这样通过齿轮箱的增速发电机转子和定子的相对转动就实现了机械能到电能的转换。

2.根据权利要求1所述的一种大功率三级行星半直驱风电齿轮箱，其特征在于，

上述前机体的挡油板(54)从箱体上接油，润滑油进入前机体进的油管路(55)对一级行星架上风向轴承(56)进行润滑；中机体I(11)和配油环(10)在底部形成一个油池，润滑一级行星架下风向轴承(8)；中机体Ⅱ上挡油板(18)从箱体壁上接油，润滑油进入前中机体Ⅱ上进油管路(19)对二级行星架下风向轴承(62)进行润滑；中机体Ⅱ下挡油板(42)从箱体壁上接油，润滑油进入前中机体Ⅱ下进油管路(43)对三级行星架上风向轴承(61)进行润滑；后机体上挡油板(24)从箱体壁上接油，润滑油进入后机体上进油管路(25)对三级行星架下风向轴承(60)进行润滑；输出轴配油环(40)和密封环(29)在底部形成一个油池润滑输出轴上风向轴承和输出轴下风向轴承。

3.根据权利要求1或2所述的一种大功率三级行星半直驱风电齿轮箱，其特征在于，

所述的一级行星架下风向轴承(8)内圈固定在中机体I(11)上，外圈通过过盈配合固定在一级行星架(1)上，一级行星架下风向轴承(8)外圈和内圈组件可以脱开，这样一级太阳轮(4)就可以通过一级架完成装配，一级行星架下风向轴承(8)外圈最小尺寸只要大于一级太阳轮(4)外径，这样一级行星架下风向轴承(8)尺寸就可以减小；二级行星架上风向轴承(13)通过隔环(12)进行轴向游隙调整。

4.根据权利要求3所述的一种大功率三级行星半直驱风电齿轮箱，其特征在于，

上述花键轴(46)两端采用特殊花键齿形设计，一端连接一级阳轮(4)，另一端连接二级行星架(14)，并通过花键轴上挡板(50)和螺栓固定太阳轮(4)，二级行星架(14)上端面，一级花键轴下挡板(44)和螺栓形成轴向定位。

5.根据权利要求4所述的一种大功率三级行星半直驱风电齿轮箱，其特征在于，

上述配油环(10)通过螺栓把合在中机体I(11)上，润滑油通过进油路(9)，一架下壁板横向油路(48)，一级行星架下壁板油路(7)，一级行星轮轴油路(3)，一架上壁板油路(2)形成一条压力管路；通过一架下轴承喷油孔(47)，一级行星轴承喷油孔(49)，一架上壁板太阳轮喷油孔(52)，一架上壁板花键轴喷油孔(53)，花键轴接油板(51)，花键轴回油油路(45)对轴承花键进行润滑冷却。

6.根据权利要求5所述的一种大功率三级行星半直驱风电齿轮箱，其特征在于，润滑油从轴承座进油环槽(27)进入，通过输出轴下轴承喷油孔(28)，输出轴上轴承喷油孔(39)进行轴承强制润滑；通过密封环(29)，迷宫甩油环Ⅰ(30)，迷宫透盖Ⅰ(31)，毛毡(32)形成的密封结构保证输出端的密封；通过迷宫透盖Ⅱ(34)，骨架油封(35)，迷宫甩油环Ⅱ(36)形成的密封结构对穿线管输出端进行密封。

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