用于齿轮箱的润滑系统和风轮机 【技术领域】
本发明涉及一种用于齿轮箱的润滑系统和风轮机。
背景技术
本发明涉及一种用于将润滑油供应到齿轮箱中行星轮轴承的系统，特别涉及一种风轮机齿轮箱。
具有行星齿轮箱的领域，其中，轴承相对于行星架被柔性支撑，用于大致改善行星齿轮之间分担的负荷以及在各个行星齿轮的宽度上的负荷分布。
实例例如在专利文献wo03/014566(Hansen)、US6994651(Timken)和DE102004023151(Jahnel‑Kestermann)中描述。
向行星轮轴承主动供送油对于行星齿轮箱是公知的技术，并且例如在汽车应用中已经使用多年。特别是对于风轮机齿轮箱，一对特定的方案已经在下列专利文献中公开：WO03/078870(Hansen)或者EP1431575(Winergy)。
特别对于这种柔性支撑的行星轮轴承，已知的润滑方案的缺点是将油向前带到轴承。一方面，油系统需要足够灵活从而跟随行星轴的运动，另一方面，油系统必须决不阻止行星轴在轴承中的自由平移运动。
本发明的目的是提供一种不具有上述缺点的润滑系统。
【发明内容】
本发明涉及一种用于特别是在风轮机中的齿轮箱的润滑系统，具有静止和旋转齿轮箱部件，所述系统包括：
润滑分布装置，位于所述静止和旋转齿轮箱部件中，例如润滑孔和开口，和
一个或多个旋转传递装置，建立所述静止和旋转齿轮箱部件中的润滑分布装置之间的传输通道，
其中所述一个或多个旋转传递装置包括至少两个连接装置。
从而建立润滑系统，其允许齿轮箱中的更大的灵活性和移动，同时不会中断润滑流。另外，从旋转传递装置到旋转齿轮箱部件上的各个润滑点的柔性连接被建立，允许润滑点相对于旋转结构沿着所有方向的平移。
在本发明的一个方面，所述至少两个连接装置包括两个环形的并且是柔性的U形轮廓件，所述旋转传递装置包括两组唇部装置。从而建立旋转传递，其在安装表面之间承受轴向偏移，例如通过内部唇部改变它相对于外部唇部的位置。
在本发明的一个方面，所述至少两个连接装置包括成组的唇部装置。这是有利的，因为唇部装置是简单有效并且便宜的方式，用于密封旋转连接装置和静止连接装置之间的接合部。
在本发明的一个方面，所述至少两个连接装置中的一个伸入到另一个中，从而建立柔性传递，例如沿着润滑剂流动方向，初始成组的唇部装置是内部唇部装置，其被迫使紧靠着后面的外部成组唇部。
通过伸入到彼此中来使得唇部装置重叠，是有利的，因为来自流动润滑剂的压力在重叠区域中将唇部装置迫使到一起，从而进一步密封旋转传递装置。
在本发明的一个方面，一个或两个唇部装置包括朝着唇部装置的接触区域的锥形形状。从而可以建立旋转传递装置在特定情况中的响应，例如设计自保护，通过使得外部唇部朝外弯曲限定值或者超过限定值，防止旋转传递装置中的过大润滑压力。
本发明的一个方面，至少一个唇部装置由诸如例如涂覆PEFE的塑料或者橡胶的弹性材料、诸如黄铜或者铜的柔软材料、诸如例如通过硫化形成在金属片载体上的橡胶唇部的复合材料制成。通过材料的选择，唇部装置有利地不易磨损。载体材料可保持某些弹簧特性，例如具有与锥形形状相同的作用。
在本发明的一个方面，润滑系统包括润滑流动路径，该润滑流动路径包括内齿圈中的孔、壳体中的孔，和/或作为静止齿轮箱部件的连接到壳体的部件中的孔、和作为旋转齿轮箱部件的行星架中的孔、旋转传递装置、柔性外部连接装置或者通向位于行星轴中或者附近的分布孔的内部通道。从而，旋转传递装置最接近轴承，该轴承将旋转和静止系统连接，意味着部件之间的相对移动小于其它位置，这使得传递装置更廉价、更可靠和更加不易磨损。
应当注意，这里，术语轴被认为等同于任何类型的轴、销或者其它装置，适于用作对于旋转部件的或多或少固定的安装。
在本发明的一个方面，润滑系统包括至少两个润滑流动路径，所述润滑流动路径包括内齿圈中的至少一个孔、壳体中的至少一个孔、和/或作为静止齿轮箱部件的连接到壳体的部件中的至少一个孔、和作为旋转齿轮箱部件的行星架中的至少一个孔、至少两个旋转传递装置、至少一个柔性外部连接装置或者通向位于行星轴中或者附近的分布孔的至少一个内部通道。
用于润滑的独立或者冗余分布系统从而可以建立。另外，润滑系统可具有两个通道用于重负荷情况或者紧急情况例如一个通道中发生阻塞。
在本发明一个方面，包括在柔性外部连接装置和行星轴之间的管道和衬套的旋转连接被建立，从而允许行星轴旋转自由度，同时不会影响润滑路径。
在本发明一个方面，所述柔性外部连接是软管，以允许在齿轮箱中的平移运动。
软管是简单和廉价的方式，以建立部件之间的灵活的流体连接，该部件在风轮机齿轮箱中相对于彼此略微移动。
在本发明的一个方面，所述一个或多个旋转传递装置沿着轴向、沿着径向、或者沿着轴向和径向定位。
将旋转传递装置沿着轴向、径向或者二者定位是有利的，因为从而部件可以制成较不复杂，并且这使得可以产生更简单的装配过程，从而降低成本。
在本发明一个方面，所述一个或多个旋转传递装置定位在静止和旋转齿轮箱部件之间的区域中，从而通过所述至少两个连接装置从所述静止和旋转齿轮箱部件向外延伸，建立所述静止和旋转齿轮箱部件中润滑分布装置之间的传递通道。
将旋转传递装置设置在静止和旋转齿轮箱部件之间的区域中是有利的，因为从而避免了将传递装置集成在一个或两个部件中，从而降低成本。
本发明还涉及一种风轮机，包括：驱动系，包括齿轮箱；和如权利要求1‑12中任一项所述用于所述齿轮箱的润滑系统。
风轮机齿轮箱不同于大部分其它类型齿轮箱之处在于下面的事实：它们必须能够应付两个机舱结构的巨大的屈曲和偏离，齿轮箱安装在机舱中，并且在齿轮箱加强结构本身中。这是由于现在风轮机的巨大尺寸，与低重量、低成本和高输出要求的结合。因此特别有利的是使用本发明的润滑系统用于在风轮机齿轮箱的相互旋转部件之间传递润滑剂。
在本发明一个方面，所述齿轮箱是行星齿轮箱例如行星轮、太阳或者星形齿轮箱，或者任何类型的复合齿轮箱和/或具有一个或多个齿轮行的齿轮箱。
行星齿轮箱相对重量轻、成本低并且相对于它们能够传递的负荷来说较小，但是由于行星齿轮箱的基本设计，这种齿轮箱类型更容易屈曲和偏离，因此有利的是在行星齿轮箱中使用本发明的润滑系统。
【附图说明】
下面参考附图描述本发明，附图中：
图1示出了大型现代的风轮机，
图2示出了本发明的齿轮箱和润滑系统的第一实施例，
图3示出了本发明的齿轮箱和润滑系统的另外实施例，
图4a‑4d示出了根据本发明润滑系统中的旋转传递装置的实施例，
图5示出了根据本发明的润滑系统的实施例，具有位于行星架中的润滑孔，
图6示出了根据本发明的润滑系统的实施例，具有两个旋转传递装置，
图7示出了根据本发明润滑系统中竖直和径向旋转传递装置的实施例，和
图8示出了柔性外部连接和行星轴之间旋转连接的实例。
【具体实施方式】
图1示出了安装在基座8上的现代风轮机1。风轮机包括：塔2，包括多个塔部分，例如塔环；和风轮机机舱(nacelle)3，位于塔2的顶部上。风轮机转子6，包括三个风轮机叶片5，通过变矩机构(pitch mechanism)7连接到毂(hub)4。每个变矩机构7包括叶片轴承，其允许叶片5相对于风变矩。毂4通过轴连接到机舱3，该轴延伸到机舱前部外。轴通过齿轮箱机构连接到发电机，其中连接装置可包括一个或多个轴承，例如转子和发电机轴承。
图2和3示出了根据本发明的齿轮箱9和润滑系统的第一和另外的实施例。齿轮箱9优选是风轮机1中的行星齿轮箱。
润滑油通过行星轴(planet shaft)22供给行星轮轴承(planet bearing)20。
这需要(a)将油从静止框架23输送到旋转系统11，和(b)将油进一步引导到柔性支撑的行星轴22上。
(a)为了将油从静止传递到旋转系统，孔14沿着轴向穿过内齿圈(annulus gear)10设置。这个孔从静止壳体23被供应油。旋转传递装置15将油从穿过静止内齿圈10的这个孔14朝着旋转行星架(planet carrier)11供应。这个位置最靠近轴承28，其连接旋转和静止系统，意味着部件之间的相对移动小于其它位置，这使得传递装置更加方便、更可靠和更不易磨损。
应当强调，润滑油的传递也可以是从壳体23的一部分或以固定方式安装到壳体23的任何部件到旋转系统，即不使用通过内齿圈10的路径。
(b)一旦在旋转系统中传递，油可以通过旋转的行星架11中的通道(图5中所示的实施例)被引导到行星轴22，或者通过柔性外部连接装置17从行星架11被引导到行星轴22。这个柔性连接装置17例如可以是简单的软管17，其将能够跟随着行星轴22，不会限制移动。
摆动(wobbling)是齿轮箱系统中局部轴向和/或径向不均匀的移动，并且根据本发明的润滑系统的灵活性尤其与下列各项相关：
1.一个齿轮箱部件的旋转，例如行星架11
2.平移，例如柔性行星轴22
3.行星轴22相对于行星架11的旋转，
4.轴向移动
5.径向移动
图4a和4b示出了根据本发明的润滑系统中旋转传递装置15的优选实施例。
旋转传递装置15可由两个柔性U形轮廓件(profiles)24a、24b设置，它们彼此接合，并且尤其在重叠距离L上接合。通过孔14注入的油压将使得内部轮廓件24a的唇部将膨胀，直到它们接触外部轮廓件24b。同时，在它们的安装表面之间径向偏移的情况中，外部轮廓件24b的柔性将允许两个唇部彼此跟随。恰好通过内部唇部24a改变它相对于外部唇部24b的位置(即距离L的改变)，该系统也可承受(tolerate)安装表面之间的轴向偏移。
唇部24a和24b之间的接触部中的磨损可以通过材料的适当选择来控制(或者表面处理，例如利用PTFE等涂覆)，并且还可以通过下面的事实降低：这个接触部总是浸没在油中。
取决于暴露于油压的外部唇部24b的表面积以及这个唇部的弹性，系统可以设计成自保护，防止过大压力。过高的压力会使得外部唇部24b向外弯曲，直到一些油漏出，并且压力会释放，直到实现平衡。这种功能可用于作为油粘度的函数控制朝着轴承20的流动，油粘度再次是油温的函数。
内部唇部24a是否安装在静止部件或者活动部件上都不是优先选择的，系统可以以两种方式工作。
图4b示出了旋转传递装置15的内部和外部唇部装置24a、24b的放大视图。外部唇部示为具有朝着唇部的接触区域的带锥度的形状，内部唇部具有均匀形状，但是任何类型的相关形状可用于唇部。
图4c示出了旋转传递装置15的内部和外部唇部24a、24b的实施例的另一个放大视图，通过在内部唇部24a中引入多个外部突起和/或在外部唇部24b中引入多个向内突起，具有唇部的不同轮廓。
图4d示出了内部唇部24a的另外的实施例，具有组合方案。如图所示，唇部中片层金属载体被施加以橡胶覆层，例如在硫化过程中，从而建立柔性唇部装置。应当强调，该方案可以用在内部和外部唇部24a、24b中。
图5示出了根据本发明的润滑系统的实施例，其中行星架中的孔16持续到行星轴承20附近的位置。软管17将孔16与轴承支撑件或者座圈(raceway)29中的孔18连接。软管17可由行星(齿轮)21中的不同孔代替，或者通过穿过行星(齿轮)21的孔移动到行星(齿轮)21的另一侧。
图6示出了根据本发明的润滑系统的实施例，具有两个旋转传递装置15a、15b。两个旋转传递装置15a、15b中的每一个分别连接到静止内齿圈10和/或行星架11中的单独的孔14a、16a；14b、16b。行星架11中的所述两个孔16a、16b连接到共同的软管17。
包括两个旋转传递装置15a、15b(或更多)的润滑系统可用作独立的或者冗余(redundant)的分布系统，用于润滑，例如如果润滑部件在一个系统中失效，那么另一个系统可以继续润滑。
另外，润滑系统可具有两个通道，包括两个旋转传递装置15a、15b(或更多)，但是没有另外的冗余，例如一个通道用于正常的润滑情况，而一个或多个用于加重的负荷情况或者紧急情况例如正常情况通道中发生阻塞。
附图示出了润滑系统，相对于齿轮箱9的中心线CL定位在主轴承28内。然而应当强调，润滑系统也可定位在主轴承28的外侧上。
图7示出了润滑系统中竖直或径向对齐的旋转传递装置15的实施例，其中唇部装置24a、24b分别朝向上方和下方，从而建立重叠距离L。
图8示出了柔性外部连接装置17和行星轴22之间旋转连接装置27的实例。
对于齿轮箱设计，其中行星轴22具有自由度以恒定或者偶然相对于行星架11旋转，例如在两级(compound)行星装置中，并且可以要求从柔性软管17到行星轴22的旋转连接27。
这种传递装置的一个简单的实施可以是衬套26，由具有低摩擦的柔软材料(例如PTFE或者铜)制成，配合到行星轴22中。软管17然后可连接到管道25的一端，其不可旋转，但是另外自由连接到行星架11，而管道25的另一端通过衬套26突出到行星轴22中。衬套26和管道25之间的落座不需要是油密封的。间隙必须仅足够紧密从而产生流动阻力，其大于穿过行星轴承20的通道。
所示的外部轴承20应当理解是行星21的符号指示，另外在齿轮箱内旋转。
技术方案特别是关于轴承20的，具有多个轴承行(bearing row)，其中油通过内环中或者轴承之间的通道分布。
上述本发明已经参考行星齿轮箱9的具体实例而描述，例如行星齿轮箱，具有静止的内齿圈10。然而应当理解，本发明不限于特定的实例，而是可以以多个变形设计和变化，落在权利要求限定的本发明范围内，例如行星齿轮箱9，具有静止的太阳轮12或者行星齿轮21(太阳或者星形齿轮箱)。
另外，行星齿轮9可包括一个以上的级，其中各级之间的不同连接部分包括孔14、16、18或者柔性连接17，例如软管，从而建立润滑系统中所需的分布通道。
附图标记列表：
附图中，下列附图标记表示：
1.风轮机
2.风轮机塔
3.风轮机机舱
4.风轮机毂
5.风轮机叶片
6.风轮机转子，具有至少一个叶片
7.叶片变桨机构
8.风轮机基座
9.齿轮箱例如行星齿轮箱
10.内齿圈或者齿环
11.行星架
12.太阳齿轮
13.输出轴或者高速轴
14.内齿圈中的孔
15.旋转传递装置
16.行星架中的孔
17.柔性外部连接装置，例如软管
18.行星轴中的孔
19.行星架中的开口，例如软管
20.行星轮轴承
21.行星齿轮
22.行星轴
23.齿轮箱的静止壳体
24a，24b.旋转传递装置中的唇部组
25.管道
26.衬套
27.柔性外部连接装置和行星轴之间的旋转连接装置
28.轴承例如主轴承
29.轴承支撑件或者座圈
L.重叠距离
CL.齿轮箱的中心线