DE3231016A1 - Planetary gear with circulation lubrication - Google Patents
Planetary gear with circulation lubricationInfo
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Abstract
Description
3231Ö163231Ö16
Essen, den 18.8.1982 PZ 3307 Va/bkEssen, August 18, 1982 PZ 3307 Va / bk
Thyssen Industrie AÖ Am Thyssenhaus 1 4300 Essen 1Thyssen Industrie AÖ Am Thyssenhaus 1 4300 Essen 1
Die Erfindung bezieht sich auf ein Umlaufrädergetriebe mit Umlaufschmierung und die An- und Abtriebswelle einschließender Mittelachse für einen Windkraftgenerator auf einem Maschinenturm.The invention relates to a planetary gear with circulating lubrication and the central axis including the input and output shafts for a wind power generator on a machine tower.
Für Windturbinen ist bereits ein Umlaufrädergetriebe vorgeschlagen worden, das im Maschinenhaus gefedert abgestützt ist und dessen Antriebswelle mit der die Flügel tragenden Turbinennabe über eine Kupplung verbunden ist. Die Abtriebswelle treibt den festgelagerten Generator über Kupplungen und eine Zwischenwelle an.A planetary gear transmission has already been proposed for wind turbines which is supported by springs in the nacelle and its drive shaft with the turbine hub carrying the blades via a coupling connected is. The output shaft drives the stationary generator via couplings and an intermediate shaft.
Die Regelung der Drehzah'i der Turbine erfolgt durch Verstellung der Flügel, die bei einer zu hohen Windgeschwindigkeit oder einer zu niedrigen Windgeschwindigkeit aus dem Wind gedreht werden. Die Turbine wird dadurch entweder ganz stillgesetzt, wobei sie gegebenenfalls noch durch eine mechanische Bremse festgehalten wird, oder s-ie läuft noch mit ganz geringer Drehzahl weiter. Diese Betriebszustände bringen eitle Reihe von Schwierigkeiten mit sich, die unter dem Aspekt gesehen weraen müssen, daß zur Schmierung des Getriebes Umlaufschmierung zur Verfügung steht und diese beim Aussetzen des Turbinenbetriebes stillgelegt werden soll, damit das gesamte Schmiersystem nicht in unwirtschaftlicher Welse in Betrieb bleibt und überwacht werden muß. Die Umlaufschmierung ist sonst erforderlich, um einen möglichst hohen Wirkungsgrad im TriebwerkThe speed of the turbine is regulated by adjusting the Wings that are turned out of the wind when the wind speed is too high or too low. The turbine is thereby either completely stopped, possibly still being held by a mechanical brake, or it is still running continue at a very low speed. These operating states bring with them a number of difficulties that were seen under the aspect must that circulating lubrication is available to lubricate the gearbox and this should be shut down when the turbine operation is interrupted so that the entire lubrication system does not become uneconomical remains in operation and must be monitored. The circulating lubrication is otherwise necessary to achieve the highest possible efficiency in the engine
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zu erzielen. Eine Tauchschmierung des Getriebes, das aus Gründen der übersetzung meist als mehrstufiges Planetengetriebe ausgebildet ist, würde zu hohen Planschverlusten und auch zu einer unzulässig hohen Erwärmung führen.to achieve. Splash lubrication of the gearbox, which for reasons of translation is usually designed as a multi-stage planetary gear, would lead to high churning losses and also to an impermissibly high Lead to warming.
Betrachtet man die Situation zunächst bei zu hohen Windgeschwindigkeit ten, dann muß man erkennen, daß Windstoße aus verschiedenen Richtungen kommen und deshalb zeitweilig doch eine Angriffsfläche an den anfangs aus dem Wind gedrehten Flügeln finden. Wenn nun die Anlage festgebremst ist, dann wird das aus Maschinensatz und Maschinenturm bestehende System zu Schwingungen erregt, deren Beherrschung zusätzliche Baumaßnah-C men erfordert. Ist die Bremse nicht angezogen oder fehlt überhaupt eine Bremse, dann können nachteilige Schwingungen dadurch entstehen, daß infolge der stillgelegten Umlaufschmierung Getriebeschäden, wie überhöhter und ungleichmäßiger Zahnverschleiß, auftreten.If you look at the situation first when the wind speed is too high Then you have to recognize that gusts of wind come from different directions come and therefore temporarily a target at the beginning find wings twisted out of the wind. If the system is now braked, then the system consisting of the machine set and machine tower becomes excited to vibrations, the control of which requires additional construction measures. Is the brake not applied or is it missing at all? a brake, then disadvantageous vibrations can arise that as a result of the shutdown of the circulating lubrication gear damage, such as excessive and uneven tooth wear occur.
Der letztere Fall kann auch dann eintreten, wenn die Anlage bei einer zu niedrigen Windgeschwindigkeit abgeschaltet oder ganz allgemein aus stromtechnischen Gründen außer Betrieb gesetzt wird. Letzteres kommt vor, wenn das Netz, auf das Strom abgegeben wird, nicht ausgelastet ist. Jetzt benötigt man keine Generatorleistung.The latter case can also occur if the system is at a If the wind speed is too low, it is switched off or generally put out of operation for electrical reasons. The latter is coming before when the network to which the electricity is supplied is not fully utilized. Now you don't need any generator power.
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß dadurch Schwingungen ^- des Maschinenturmes bei jedem Betriebszustand weitgehend vorgebeugt wird. Dementsprechend soll das Getriebe ein verhältnismäßig leichtes Gewicht aufweisen, d.h. eine sehr komoakte Bauweise mit kurzer axialerof the type mentioned in such a way that this creates vibrations ^ - of the machine tower largely prevented in every operating state will. Accordingly, the transmission should have a relatively light weight, i.e. a very compact design with a short axial
Bei der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß die Beherrschung der Folgen von mechanischen Schwingungen eines Systems, das sich aus einer Masse und einer darunter vorgesehenen lotrechten Unterstützung besteht und von außen erregt wird, bei gleichbleibender Höhe der Unterstützung umso problemloser ist, je kleiner die Masse ist und je mehr die Selbsterreger des Systems in ihrer Wirkung unterdrückt werden.In solving this problem, the invention is based on knowledge from that the mastery of the consequences of mechanical vibrations of a system that is made up of a mass and one provided below vertical support exists and is excited from the outside, with the same level of support, the less problem it is, the smaller it is the mass is and the more the self-exciters of the system are suppressed in their effect.
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Die Erfindung besteht darin, daß das Getriebe an seinen gegenüberlie- » j genden Stirnenden um die Mittelachse drehbar gelagert und durch eine f Drehmomentstutze gefedert abgestützt ist, den Generator unmittelbar |The invention consists in that the transmission at its opposite »j The generator directly |
angeflanscht und die Nabe der Windkraftmaschine auf seiner Antriebswelle fliegend trägt sowie ferner im Ablaufrohr des Schmiersystems ein Absperrventil mit einem dasselbe lotrecht überbrückenden Bypass enthält, dessen höchste Stelle die tiefstliegenden Bereiche der umlaufenden Getriebeteile überragt.flanged and the hub of the wind power machine on its drive shaft on the fly as well as in the drain pipe of the lubrication system a shut-off valve with a vertically bridging bypass contains the highest point of the lowest lying areas of the circumferential Gear parts protruded.
Ein derartiges Getriebe trägt dazu bei, das Gesamtgewicht der Maschinenanlage erheblich zu senken, da Verbindungselemente zwischen den einzelnen Teilen der Anlage nicht mehr erforderlich sind. Damit ist gleich die Masse auf dem Maschinenturm geringer, so daß die Auswirkungen der Schwingungen besser beherrscht werden können. Hierzu gehört die durch die federnde Drehmomentstütze bewirkte weiche Aufnahme der Windstöße sowohl in axialer als auch in radialer Richtung, da die stets frei drehbaren Flügel der Windkraftmaschine bei abgeschaltetem Betrieb ausweichen, wenn ein Windstoß nicht aus der herrschenden Windrichtung kommt, und die durch die Windstöße bedingte Drehmomentschwellung in radialer Richtung des Getriebes elastisch abgefangen wird. Dabei kann eine schwingungserregende Laufunruhe des Getriebes besei^ tigt werden, weil durch den das Absperrventil überbrückenden Bypass, die Voraussetzung geschaffen wurde, bei niedriger Drehzahl die Umlaufschmierung des Schmiersystems durch eine wartungs- und energiefreie Tauchschmierung abzulösen. Eine vollständige Stillsetzung mittels einer Bremseinrichtung, die die nachteiligen Schwingungen erst richtig entstehen läßt, ist somit nicht erforderlich. Die Anlage kann sich dank der Tauchschmierung im Getriebe langsam drehen, ohne daß das Getriebe Schaden nimmt.Such a transmission contributes to the total weight of the machinery to reduce considerably, since connecting elements between the individual parts of the system are no longer required. So is equal to the mass on the machine tower is lower, so that the effects of the vibrations can be better controlled. Which also includes the soft absorption of the gusts of wind caused by the resilient torque arm in both the axial and radial directions, since the Always avoid the freely rotating blades of the wind power machine when the operation is switched off, if a gust of wind does not come from the prevailing wind direction comes, and the torque swell caused by the gusts of wind is elastically absorbed in the radial direction of the transmission. This can cause the transmission to run unevenly, causing vibrations because the bypass bridging the shut-off valve, the prerequisite was created, the circulating lubrication at low speed to replace the lubrication system with maintenance-free and energy-free splash lubrication. A complete shutdown using a braking device, which allows the disadvantageous vibrations to arise in the first place, is therefore not required. The plant can Thanks to the splash lubrication in the gearbox, turn it slowly without damaging the gearbox.
Für die selbsttätige Umstellung der Umlaufschmierung auf Tauchschmierung ist zweckmäßig eine Steuervorrichtung vorgesehen, die bei der elektrischen Abschaltung des Generators das Schließen des Absperrventils veranlaßt und in Zeitabstand darauf die Umlaufschmierung außer Betrieb setzt. Diese Umstellung erfolgt stets, wenn die Anlage abgeschaltet wird, sei es aus Gründen der Wetterverhältnisse oder der Kooperation od.dgl. mehrerer Anlagen.For the automatic changeover from circulating lubrication to splash lubrication a control device is expediently provided, which closes the shut-off valve when the generator is switched off electrically and the circulating lubrication is put out of operation after a time interval. This changeover always takes place when the system is switched off will, be it for reasons of weather conditions or cooperation or the like. multiple systems.
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• · B Λ • · B Λ
• · I · · I I I I I• · I · · I I I I I
Bei ungünstigen Wetterverhältnissen nimmt vorteilhaft die Steuerung^- vorrichtung die elektrische Abschaltung des Generators bei einer be-5 stimmten maximalen und auch minimalen Drehzahl der Abtriebswelle vor. Damit wirken neben der Netzbelastung auch die Windgeschwindigkeiten als Stellgrößen auf die Steuerungsvorrichtung ein.In unfavorable weather conditions, it is advantageous to use the control ^ - device the electrical shutdown of the generator in a be-5 agreed the maximum and minimum speed of the output shaft. In addition to the load on the grid, the wind speeds also have an effect as manipulated variables on the control device.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schemä-10 tisch dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.In the following, the invention is illustrated by means of a schematic in the drawing illustrated embodiment example.
Es zeigenShow it
Fig. 1 eine Anlage für die Ausnutzung der Windkrafi für Stromerzeugung
in Seitenansicht,
Fig. 2 den ein Umlaufrädergetriebe enthaltenden Maschinensatz derFig. 1 shows a system for the use of wind power for power generation in side view,
Fig. 2 the machine set containing an epicyclic gear
Anlage in Draufsicht,
Fig. 3 einen Schnitt nach dem Linienverlauf III-III der Fig. 2,Plant in plan view,
3 shows a section along the line III-III of FIG. 2,
in der Abbildung um 90° im Gegenuhrzeigersinn gedreht wurde, Fig. 4 einen Schaltplan für eine Steuerungsvorrichtung, die die Umlaufschmierung des Getriebes auf Tauchschmierung umstellt und Fig. 5 ein Blockschema für die Anordnung einer weiteren Steuerungsvorrichtung. has been rotated 90 ° counterclockwise in the illustration, 4 shows a circuit diagram for a control device that controls the circulating lubrication of the transmission switches to splash lubrication and FIG. 5 shows a block diagram for the arrangement of a further control device.
Zur Stromerzeugung ist gemäß Fig. 1 ein Maschinensatz 3 vorgesehen, der in einem Maschinehaus 1 auf dem Ende eines hohen Maschinenturmes 2 angeordnet ist und eine Windkraftmaschine oder auch Windturbine 4 enthält. Die Windturbine 4 besteht aus einer Nabe 5 und Flügeln 6.A machine set 3 is provided for power generation according to FIG. 1, which is arranged in a machine house 1 on the end of a high machine tower 2 and a wind power machine or wind turbine 4 contains. The wind turbine 4 consists of a hub 5 and blades 6.
Die Nabe 5 der Windturbine 4 ist, wie die Fig. 2 und 3 zeigen, auf die Antriebswelle 7 eines Umlaufrädergetriebes 8 fliegend aufgesetzt. Die Antriebswelle 7 ragt bis etwa in die Mitte des Getriebes 8 hinein und ist dort mittels eines Wälzlagers 9 gelagert, das in einem Steg 10 des Getriebegehäuses sitzt. Hinter der Nabe 5 ist die Abtriebswelle 7 im Getriebegehäuse ähnlich gelagert. Das Getriebe 8 1st einschließlieh die Abtriebswelle 11 (Fig.4) rotationssymmetrisch aufgebaut, so daß die Antriebswelle 7 und die Abtriebswelle 11 eine Mittelachse 12 des Getriebes 8 bilden. Um diese Mittelachse 12 ist das Getriebe 8 an seinen Stirnenden 18 und 18a drehbar in selbstschmiedenden LagernThe hub 5 of the wind turbine 4 is, as FIGS. 2 and 3 show, on the drive shaft 7 of an epicyclic gearing 8 is overhung. The drive shaft 7 protrudes approximately into the middle of the transmission 8 and is mounted there by means of a roller bearing 9 which is seated in a web 10 of the transmission housing. Behind the hub 5 is the output shaft 7 stored similarly in the gear housing. The transmission 8 is inclusive the output shaft 11 (FIG. 4) is constructed to be rotationally symmetrical, so that the drive shaft 7 and the output shaft 11 have a central axis 12 of the transmission 8 form. About this central axis 12, the gear 8 is rotatable at its front ends 18 and 18a in self-forging bearings
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• ι · · · at• ι · · · at
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13 und 14 gelagert und durch Drehmomontstützen 15 unter Zwischenschaltung von Federn 16 abgestützt. Zur axialen Halterung ist das Getriebe 8 am hinteren Lager 14 mit Stützflächen 17 versehen.13 and 14 stored and by torque supports 15 with the interposition supported by springs 16. The gear 8 is provided with support surfaces 17 on the rear bearing 14 for axial retention.
An dem rückwärtigen Stirnende 18a ist ein Windkraftgenerator 19 un-* mittelbar angeflanscht. Die Ankerwelle 40 des Generators 19 ist mit der Abtriebswelle 11 drehstarr verbunden. Diese zwei Wellen können auch aus einem Stück bestehen.At the rear end 18a a wind power generator 19 is un- * indirectly flanged. The armature shaft 40 of the generator 19 is with the output shaft 11 rotatably connected. These two shafts can also consist of one piece.
Das Getriebe 8 ist mit einer durch eine Pumpe 20 (Fig. 4) betriebenen Umlaufschmierung versehen, deren Ablaufrohr und Zuflußrohr mit 21 bzw. 22 bezeichent sind. In das Ablaufrohr 21 ist ein Absperrventil 23 eingeschaltet, das mit einem selbsttätigen Schließorgan 24 (Fig.4) ausgestattet ist und von einem Bypass 25 (Oberlaufrohr) von solcher Steighöhe überbrückt wird, daß bei geschlossenem Absperrventil 23 im Getriebegehäuse ein ölbad 26 für eine Tauchschmierung entsteht. Dadurch geraten zumindest die tiefstllegenden Bereiche 27 vfon Getriebeteilen 28 (z.B. Planetenrad) unter Schmiermittel. Das Absperrventil 23 wird auf den Befehl einer Steuerungsvorrichtung 29 (Fig.4) geschlossen, wenn der Windkraftgenerator 19 bei einer bestimmten Mindestwindgeschwindigkeit oder bei überschreiten der Maximalwindgeschwindigkeit oder auch sor.stwie, z.B. von Hand, elektrisch abgeschaltet und die Windturbine 4 außer Betrieb genommen wird. Nach einem gewissen Zeitabstand, d.h. wenn der ölspiegel im Getriebe 8 eine zu einer Tauchschmierung ausreichende Höhe erreicht hat, kann die Pumpe 20 stillgesetzt werden. Da die Tauchschmierung bei der geringen Lerrlaufdrehzahl des Getriebes 8 in jedem Falle ausreichend schmiert, ist auch ihre überwachung nicht erforderlich und die mit Fremdstrom arbeitende Steuerungsvorrichtung 29 kann abgeschaltet werden, d.h. die gesamte Windkraftanlage kann stromlos gemacht werden.The transmission 8 is operated by a pump 20 (Fig. 4) Circulating lubrication is provided, the drain pipe and inlet pipe of which are labeled 21 and 22, respectively. A shut-off valve 23 is switched on in the drain pipe 21, which is equipped with an automatic closing element 24 (FIG. 4) and a bypass 25 (overflow pipe) of such a rise height it is bridged that, when the shut-off valve 23 is closed, an oil bath 26 for immersion lubrication is created in the transmission housing. Through this At least the deepest areas 27 of the transmission parts come into play 28 (e.g. planet gear) under lubricant. The shut-off valve 23 is on the command of a control device 29 (Fig. 4) closed, when the wind power generator 19 at a certain minimum wind speed or when the maximum wind speed is exceeded or also like, e.g. by hand, electrically switched off and the wind turbine 4 is taken out of service. After a certain time interval, i.e. when the oil level in the gearbox 8 leads to splash lubrication has reached a sufficient height, the pump 20 can be stopped. Because the splash lubrication at the low idle speed of the gearbox 8 if it is sufficiently lubricated in any case, monitoring it is also not possible required and the control device working with external power 29 can be switched off, i.e. the entire wind turbine can be de-energized.
Die Steuerung kann wie folgt funktionieren. 35The control can work as follows. 35
Einschalten des Generators 19 über Schalter 44 mit gleichzeitigem Einschalten der Schmieröl pumpe 20 über Schalter 45. Nach Betätigung des Schalters 44 wird automatisch das Bypassventil 23 über Schalter 46 betätigt und geöffnet. Erst nach Aufbau des Schmieröldruckes im - 6 -Switching on the generator 19 via switch 44 with simultaneous switching on the lubricating oil pump 20 via switch 45. After the switch 44 has been actuated, the bypass valve 23 is automatically activated via switch 46 operated and opened. Only after the lubricating oil pressure has built up in the - 6 -
Planetengetriebe 8 wird über Druckschalter 47 und Schalter 48 der Generator 19 zugeschaltet. Beim Abschalten des Generators 19 wird wiedöh automatisch das Bypassventil 23 geschlossen und die Schmieröl pumpe 20* über Zeitschalter 49 verzögert abgeschaltet.Planetary gear 8 is switched on via pressure switch 47 and switch 48 of the generator 19. When switching off the generator 19 is wiedöh the bypass valve 23 is automatically closed and the lubricating oil pump 20 * switched off with a delay via time switch 49.
Die Steuerungsvorrichtung 29 besteht gemäß Fig. 5 aus einem der Abtriebswelle 11 zugeordneten Drehzahlmesser 30 und einem dessen Ergebt nis auswertenden Impulsgeber 31, die miteinander durch eine Leitung 32 verbunden sind. Zu dem Impulsgeber 31 führen noch Leitungen 41 und 42„ Während die Leitung 41 für Stellgrößen aus der Kooperation mehrerer Wirndturbinenanlagen und aus der Belastung des gemeinsamen Stromnetzbs vorgesehen ist, dient die Leitung 42 der Handabschaltung.According to FIG. 5, the control device 29 consists of one of the output shafts 11 associated tachometer 30 and one of its results nis evaluating pulse generator 31, which are connected to one another by a line 32. Lines 41 and 41 also lead to the pulse generator 31 42 “While the line 41 for manipulated variables from the cooperation of several Wirndturbinenanlagen and from the load of the common power grid is provided, the line 42 is used for manual shutdown.
Beim Erreichen der vorerwähnten Windgeschwindigkeiten oder beim Vorliegen entsprechender Stellgrößen in der Leitung 41 ofoer 42 läuft ein Befehl in den Pfad 33, der bewirkt, daß über Schütz 34 der Wirdkraftgenerator 19 abgeschaltet und der Antrieb 24 des Absperrventils 23 an den Strom gelegt wird, so daß das letztere schließt. Zugleich wird ein Zeitglied 36 in Funktion gesetzt. Dieses Zeitglied 36 hält den Stromkreis des Motors 37 der Pumpe 20 anfangs noch geschlossen, unterbricht ihn aber, wenn das Schmiermittel in dem Bypass 25 überläuft und damit das erforderliche Niveau im ölbad 26 erreicht ist. Während des Füllens des Ölbades 26 wird das Schmiermittel aus einem nichtgezeichneten ölbehälter entnommen, und zwar über eine Leitung 38 und mittels eines weiteren selbsttätigen Absperrventils 39, das durch seinen Antrieb 35 über ein Schütz 43 gleichzeitig mit dem Absperrventil 23 - allerdings auf öffnen - betätigt wird.When reaching the aforementioned wind speeds or when present Corresponding manipulated variables in the line 41 or 42, a command runs in the path 33, which causes the actual force generator via contactor 34 19 switched off and the drive 24 of the shut-off valve 23 is connected to the current, so that the latter closes. At the same time will a timer 36 is set in function. This timer 36 initially keeps the circuit of the motor 37 of the pump 20 closed, interrupts but it does when the lubricant overflows in the bypass 25 and thus the required level in the oil bath 26 is reached. While the filling of the oil bath 26, the lubricant is removed from an oil container, not shown, via a line 38 and by means of a further automatic shut-off valve 39, which by its drive 35 via a contactor 43 simultaneously with the shut-off valve 23 - but to open - is operated.
Die Abschaltfunktion des Zeitgliedes 36 kann auch durch Erreichen des erforderlichen Niveaus im ölbad 26 gesteuert werden.The shutdown function of the timer 36 can also be achieved by reaching the required levels in the oil bath 26 are controlled.
Mit dem Abschalten des Motors 37 der Pumpe 20 kann auch die zentrale Unterbrechung der Stromversorgung für die Organe einhergehen, die die Umstellung der Schmierung bewirkten.When the motor 37 of the pump 20 is switched off, the central The interruption of the power supply to the organs that caused the change in lubrication.
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