齒輪箱結構及其模塊、軸、風力發(fā)電機及組裝方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及齒輪箱結構及其模塊、軸、風力發(fā)電機及組裝方法。更具體地，風力發(fā)電機齒輪箱結構包括：設置成繞縱向軸線旋轉的輸入軸；設置成支撐輸入軸的非旋轉支撐部件；位于沿著縱向軸線的一個位置處并設置成在輸入軸和非旋轉支撐部件之間提供支撐的一個或多個軸承，其中一個或多個軸承設置成限制輸入軸與非旋轉支撐部件之間的非旋轉運動，在風力發(fā)電機齒輪箱結構中在沿著縱向軸線的其它位置處在輸入軸與非旋轉支撐部件之間沒有其他軸承。
【專利說明】齒輪箱結構及其模塊、軸、風力發(fā)電機及組裝方法
[0001]本申請是申請日為2010年5月21日、申請?zhí)枮?01010184656.5、名稱為“齒輪箱結構及其模塊、軸、風力發(fā)電機及組裝方法”的發(fā)明專利申請的分案申請。
【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及齒輪箱結構及其模塊、軸，尤其是應用于風力發(fā)電機的齒輪箱結構及其模塊、軸。本發(fā)明還涉及包含該齒輪箱結構及其模塊、軸的風力發(fā)電機。本發(fā)明還涉及組裝方法。
【背景技術】
[0003]風力發(fā)電機是將風能轉化為電能的裝置，通常包括轉子系統(tǒng)、齒輪箱和發(fā)電機。在運行過程中，風吹動轉子系統(tǒng)旋轉，并對齒輪箱產(chǎn)生相對低頻的高扭矩輸入。齒輪箱將轉子的高扭矩輸入轉化為相對高頻的低扭矩輸出。發(fā)電機與齒輪箱的輸出端相連，將旋轉運動轉變?yōu)殡娔堋?br> [0004]擁有相對高輸出功率(如大于I兆瓦)的風力發(fā)電機通常體積都很大(例如，轉子系統(tǒng)的直徑可能超過100米)。為了對轉子的高扭矩輸入進行轉化，齒輪箱的體積也必須相對大，以容納所需的齒輪結構。然而，這樣的齒輪箱造價可能相對昂貴(例如由于使用大型軸承等)，重量沉重，因而制造也很困難。
[0005]因此有必要尋找其它的齒輪箱結構方案。

【發(fā)明內容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明設計的各種(但非全部)實施例，本發(fā)明提供一種風力發(fā)電機齒輪箱結構，該風力發(fā)電機齒輪箱結構包括設置成繞縱向軸線旋轉的輸入軸、設置成支撐輸入軸的非旋轉支撐部件、沿著縱向軸線位于單個區(qū)域中并設置成在輸入軸和非旋轉支撐部件之間提供支撐的一個或多個軸承。其中所述一個或多個軸承被設置成至少部分地限制輸入軸與非旋轉支撐部件之間的非旋轉運動，在該風力發(fā)電機齒輪箱結構中，在輸入軸與非旋轉支撐部件之間沿著縱向軸線的其它區(qū)域不再安裝其他軸承。
[0007]可設置一個或多個軸承以限制輸入軸與非旋轉支撐部件之間的相對徑向移動。
[0008]可設置一個或多個軸承以限制輸入軸與非旋轉部件之間的相對軸向移動。
[0009]可設置一個或多個軸承以限制輸入軸與非旋轉部件之間的相對傾斜移動。
[0010]非旋轉支撐部件可以至少有一部分位于輸入軸內。
[0011]一個或多個軸承可能含有雙排圓錐滾子軸承。
[0012]輸入軸可以被設置成限定風力發(fā)電機齒輪箱的外表面。
[0013]根據(jù)本發(fā)明設計的各種(但非全部)實施例，本發(fā)明提供一種風力發(fā)電機，包含有一個符合上述任意段落描述的風力發(fā)電機齒輪箱結構。
[0014]根據(jù)本發(fā)明設計的各種(但非全部)實施例，本發(fā)明提供了一種用于風力發(fā)電機齒輪箱的模塊，該模塊包括:能夠與風力發(fā)電機齒輪箱連接和拆卸的箱體；安裝在箱體內部的輸出軸，該輸出軸包括齒輪部分，該齒輪部分可與風力發(fā)電機齒輪箱的齒輪哨合。
[0015]上述模塊還可以包含一個或多個軸承，用以提供箱體與輸出軸之間的支撐。
[0016]上述的一個或多個軸承可以包括具有O型構造的背對背軸承結構。
[0017]上述模塊還可以包含多個用來將該模塊的箱體與風力發(fā)電機齒輪箱連接的緊固件。
[0018]根據(jù)本發(fā)明設計的各種(但非全部)實施例，本發(fā)明提供一種風力發(fā)電機齒輪箱，其包括了符合上述任意段落描述的模塊。
[0019]根據(jù)本發(fā)明設計的各種(但非全部)實施例，本發(fā)明提供了一種風力發(fā)電機，其包括了符合上述任意段落描述的模塊。
[0020]根據(jù)本發(fā)明設計的各種(但非全部)實施例，本發(fā)明提供了一種方法，該方法包括:組裝符合上述任意段落描述的模塊；并將該模塊連接到風力發(fā)電機齒輪箱上。
[0021]模塊的組裝步驟可以在工廠里進行，模塊與風力發(fā)電機齒輪箱的連接則可以在風力發(fā)電機的機艙中進行。
[0022]所述方法還可以包括從風力發(fā)電機齒輪箱上拆卸該模塊。
[0023]模塊可以包含第一組輪齒，并且符合以上任何一段描述的另一個模塊包括齒數(shù)與第一組輪齒不同的第二組輪齒。并且所述方法還可以包括從風力發(fā)電機齒輪箱上拆卸所述模塊，并將另一個模塊安裝到風力發(fā)電機齒輪箱上。
[0024]根據(jù)本發(fā)明設計的各種(但非全部)實施例，本發(fā)明提供一種用于風力發(fā)電機齒輪箱的軸，該軸包括:用來接納一根或多根電纜的第一通道；和第二通道，其與第一通道不同，第二通道用來接收并分配加壓潤滑劑到風力發(fā)電機齒輪箱的一個或多個部件上。
[0025]第一通道可以包括第一導管，第二通道可以包括第二導管，第一導管位于第二導管內。
[0026]第一通道可以包括第一導管，第二通道可以包括第二導管，軸還包括外導管，其中第一導管和第二導管都位于外導管內。
[0027]軸可以設置成繞縱向軸線旋轉，還可以包括第一旋轉流體聯(lián)接器，以接受來自非旋轉的潤滑劑容器的加壓潤滑劑。
[0028]第二通道上通過第一旋轉流體聯(lián)接器可以連接有泵，泵被設置成向第二通道提供加壓潤滑劑。
[0029]軸可以被設置成繞縱向軸線旋轉，并還包括第二旋轉流體聯(lián)接器，第二旋轉流體聯(lián)接器與風力發(fā)電機齒輪箱的一個或多個部件相連，以便向風力發(fā)電機齒輪箱的一個或多個部件提供加壓潤滑劑。
[0030]根據(jù)本發(fā)明設計的各種(但非全部)實施例，本發(fā)明提供一種風力發(fā)電機齒輪箱，其包括符合上述任意段落描述的軸。
[0031]根據(jù)本發(fā)明設計的各種(但非全部)實施例，本發(fā)明提供一種風力發(fā)電機，其包括符合上述任意段落描述的軸。
[0032]根據(jù)本發(fā)明設計的各種(但非全部)實施例，本發(fā)明提供一種齒輪結構，該齒輪結構包括:第一齒輪，其設置成繞第一縱向軸線旋轉并包括第一組輪齒和具有第一表面的第一部分；以及第二齒輪，其設置成繞第二縱向軸線旋轉并包括第二組輪齒和具有第二表面的第二部分，其中第一表面和第二表面設置成彼此抵靠，且限制第一齒輪和第二齒輪的相對非旋轉運動。
[0033]第一表面和第二表面在彼此抵靠時可以限制第一齒輪和第二齒輪之間的相對徑向移動。
[0034]第一表面和第二表面在彼此抵靠時可以限制第一齒輪和第二齒輪之間的相對軸向移動。
[0035]第一部分可以包括第三表面，第二部分可以包括第四表面，第三表面和第四表面在彼此抵靠時可以限制第一齒輪和第二齒輪之間的相對軸向移動。
[0036]第一部分可以包括第三表面，第二部分可以包括第四表面，第三表面和第四表面在彼此抵靠時可以限制第一齒輪和第二齒輪之間的相對徑向移動。
[0037]第一部分可以定位在第一組輪齒附近，第二部分可以定位在第二組輪齒附近。
[0038]第一齒輪可以是行星齒系的齒圈，第二齒輪可以是行星齒系的行星輪。
[0039]第一齒輪可以是行星齒系的太陽輪，第二齒輪可以是行星齒系的行星輪。
[0040]根據(jù)本發(fā)明設計的各種(但非全部)實施例，本發(fā)明提供一種風力發(fā)電機齒輪箱，其包括符合上述任意段落描述的齒輪結構。
[0041]根據(jù)本發(fā)明設計的各種(但非全部)實施例，本發(fā)明提供一種風力發(fā)電機，其包括符合上述任意段落描述的齒輪結構。
[0042]根據(jù)本發(fā)明設計的各種(但非全部)實施例，本發(fā)明提供一種風力發(fā)電機結構，其包括:機艙；具有縱向軸線和設置成繞縱向軸線旋轉的第一外表面的齒輪箱；其中，風力發(fā)電機結構在齒輪箱的第一外表面和機艙之間不含有齒輪箱箱體。
[0043]齒輪箱可以包括限定齒輪箱的第一外表面的至少一部分的輸入軸。
[0044]齒輪箱還可以進一步包括設置成連接到機艙并限定齒輪箱的第二外表面的至少一部分的非旋轉支撐部件。
[0045]齒輪箱可以包括一個或多個軸承，用以在非旋轉支撐部件與輸入軸之間提供支撐。
[0046]根據(jù)本發(fā)明設計的各種(但非全部)實施例，本發(fā)明提供一種風力發(fā)電機，其包括符合上述任意段落描述的風力發(fā)電機結構。
[0047]根據(jù)本發(fā)明設計的各種(但非全部)實施例，本發(fā)明提供一種風力發(fā)電機齒輪箱，其包括以下部件的一個或多個:符合以上任意段落描述的風力發(fā)電機齒輪箱結構；符合以上任意段落描述的模塊；符合以上任意段落描述的軸；以及符合以上任意段落描述的齒輪結構。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0048]為了更好的理解本發(fā)明的各種具體實施例，參考僅作為例子的附圖進行說明，其中:
[0049]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的風力發(fā)電機的示意圖。
[0050]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的風力發(fā)電機齒輪箱的示意圖。
[0051]圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的風力發(fā)電機齒輪箱的剖面示意圖。
[0052]圖4A是根據(jù)本發(fā)明的實施例的第一軸承結構的剖面示意圖。
[0053]圖4B是根據(jù)本發(fā)明的實施例的第二軸承結構的剖面示意圖。[0054]圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施例的齒輪結構的剖面示意圖。
[0055]圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施例的其它齒輪結構的剖面示意圖。
[0056]圖7是圖5和圖6中的齒輪結構的剖面示意圖。
[0057]圖8是根據(jù)本發(fā)明的實施例的軸的透視圖。
[0058]圖9是根據(jù)本發(fā)明的實施例的其它軸的透視圖。
[0059]圖10A、10B和IOC是根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于風力發(fā)電機齒輪箱的模塊的分解透視圖。
[0060]圖11是根據(jù)本發(fā)明的實施例的模塊的透視圖。
[0061]圖12是根據(jù)本發(fā)明的實施例的風力發(fā)電機齒輪箱和模塊的透視圖。
[0062]圖13A是根據(jù)本發(fā)明的實施例的模塊的側剖視圖。
[0063]圖13B是圖13A中的模塊的主剖視圖。
[0064]圖14是根據(jù)本發(fā)明的實施例的組裝、連接以及拆卸模塊的方法。
【具體實施方式】
[0065]在以下描述中，“連接”、“耦合”及其衍生詞表示運行中的聯(lián)接/接合。應當理解可以存在任意數(shù)目的中間部件(包括沒有中間部件)或其組合。
[0066]圖1為根據(jù)發(fā)明的各種實施例的風力發(fā)電機10的示意圖。風力發(fā)電機10包括:機艙12 (也可以被稱為風力發(fā)電機殼體)；支撐柱13 ;轉子14 ;轉子軸16 ;齒輪箱18 ;以及發(fā)電機20。風力發(fā)電機10被設置成將風能轉化為電能，例如輸出功率22可以為大約5兆瓦。風力發(fā)電機10可以安裝在海上或陸地。
[0067]機艙12中裝有齒輪箱18和發(fā)電機20，以保護它們不受環(huán)境侵害(例如可能由降雨、降雪等導致)。支撐柱13與機艙12連接并接地(或當安裝在海上時可與固定住的浮臺連接)。
[0068]轉子14由機艙12支撐，并設置成根據(jù)通過風力發(fā)電機10的空氣(風)的運動而轉動。齒輪箱18通過轉子軸16與轉子14連接，并與機艙12相連。齒輪箱18設置成將來自轉子14的相對較低角頻率、高扭矩的輸入轉化為相對較高角頻率、低扭矩的輸出。發(fā)電機20安裝在機艙12內，用來接收齒輪箱18的輸出，并將旋轉運動轉化為電能22。
[0069]圖2是根據(jù)發(fā)明的實施例的風力發(fā)電機齒輪箱18的剖視示意圖。齒輪箱18包括第一級齒系、第二級齒系和第三級齒系。齒輪箱18的第一級齒系包括輸入軸24(含有行星架26)、齒圈28、多個行星輪30、太陽輪32和軸承結構34。齒輪箱18的第二級齒系包括齒圈36、多個行星輪38、太陽輪40和含有行星架42的非旋轉支撐部件。齒輪箱18的第三級齒系包括第一輸出齒輪44、包括第二輸出齒輪48和輸出軸50的模塊46。圖2中的箭頭代表了通過齒輪箱18的扭矩/功率流的方向。
[0070]圖2還描述了柱坐標系52，其包括縱向軸線54(也可以被稱為軸向軸線)、徑向軸線56以及角度軸線58 (也可以被稱為方位角)。齒輪箱18限定通過齒輪箱18的中心且與柱坐標系52的縱軸54平行的縱向軸線60。
[0071 ] 輸入軸24連接到轉子軸16 (如圖1所示)，并沿基本上平行于角度軸線58的方向繞縱向軸線60旋轉。輸入軸24支撐著非旋轉支撐部件和軸承結構34。該特征還將通過參考圖3、圖4A和4B作詳細描述。[0072]第一級齒系的多個行星輪30位于第一級齒系的齒圈28內并與之B齒合。第一級齒系的行星架26與第一級齒系的多個行星輪30連接，并使第一級齒系的多個行星輪30在齒圈28內沿基本上平行于角度軸線58的方向繞縱向軸線60旋轉。第一級齒系的太陽輪32位于第一級齒系的多個行星輪30內并與之嚙合。第一級齒系的多個行星輪30的旋轉使太陽輪32沿基本上平行于角度軸線58的方向繞縱向軸線60旋轉。
[0073]第二級齒系齒圈36與第一級齒系行星架26連接并沿基本上平行于角度軸線58的方向繞縱向軸線60旋轉。第二級齒系的多個行星輪38位于第二級齒系齒圈36內并與第二級齒系行星架42連接。第二級齒系行星架42是非旋轉部件，與風力發(fā)電機10的機艙12扭轉連接。因此，第二級齒系的多個行星輪38不繞縱向軸線60旋轉。但第二級齒系的多個行星輪38的每個行星輪都限定縱向軸線，并圍繞自身縱向軸線旋轉。第二級齒系太陽輪40位于第二級齒系的多個行星輪38內與之嚙合，并沿基本上平行于角度軸線58的方向繞縱向軸線60旋轉。第二級齒系太陽輪40與第一級齒系齒圈28連接，并驅動第一級齒系齒圈28繞縱向軸線60旋轉。
[0074]第三級齒系的第一輸出齒輪44與第一級齒系的太陽輪32連接并由第一級齒系的太陽輪32驅動。第三級齒系的第一輸出齒輪44沿基本上平行于角度軸線58的方向繞縱向軸線60轉動。第三級齒系的第一輸出齒輪44與第三級齒的系第二輸出齒輪48嚙合，并驅動第二輸出齒輪48沿基本上平行于角度軸58的方向繞第二輸出齒輪48的縱向軸線旋轉。第二輸出齒輪48與輸出軸50連接，并驅動輸出軸50沿基本上平行于角度軸線58的方向繞輸出軸50的縱向軸線旋轉。輸出軸50為發(fā)電機20提供輸入。
[0075]在運行過程中，風造成轉子14與轉子軸16繞縱向軸線60轉動。轉子軸16的轉動帶動輸入軸24 (包括第一級齒系的行星架26)轉動，輸入軸24接收到轉子軸16傳遞的幾乎全部扭矩/功率。扭矩在第一級齒系的行星架26中被分為第一路和第二路。
[0076]在第一路中，扭矩由第一級齒系的行星架26傳遞至第一級齒系的行星輪30，而后傳遞至第一級齒系的太陽輪32。在第二路中，扭矩由第一級齒系的行星架26通過第二級齒系的齒圈36傳遞至第二級齒系的行星輪38。接著扭矩由第二級齒系的行星輪38傳遞至第二級齒系的太陽輪40，隨后再將扭矩傳遞至第一級齒系的齒圈28。第一級齒系的齒圈28將扭矩通過第一級齒系的行星輪30傳遞至第一級齒系的太陽輪32。
[0077]從之前段落中應該理解，扭矩在第一級齒系的行星架26中分流，流經(jīng)第一路和第二路的扭矩在第一級齒系的太陽輪32中合并。第一級齒系的太陽輪32接著通過第三級齒系的齒輪44和第三級齒系的第二輸出齒輪48將扭矩傳遞至輸出軸50。
[0078]圖3是風力發(fā)電機齒輪箱18以及柱坐標系52的進一步的剖面示意圖。在圖3中，提供了非旋轉支撐部件和輸入軸24的更多細節(jié)，非旋轉支撐部件以附圖標記62標記。
[0079]非旋轉支撐部件62的本體基本為圓柱形，并包括第一部分64和第二部分66。第一部分64從非旋轉支撐部件62的本體沿徑向延伸，并與機艙12扭轉連接(如通過柔性安裝系統(tǒng))。第二部分66的直徑小于輸入軸24，且至少一部分位于輸入軸24內。
[0080]非旋轉支撐部件62和輸入軸24之間可設置密封結構以防止?jié)櫥瑒?如潤滑油)從非旋轉支撐部件62和輸入軸24之間泄漏。
[0081]軸承結構34位于第二部分66與輸入軸24之間沿著縱向軸線60的單一區(qū)域。軸承結構34可包含位于該單一區(qū)域的一個或多個軸承，并可能采用O型構造。從圖3中可以看出，風力發(fā)電機齒輪箱18在非旋轉支撐部件62與輸入軸24之間沿縱向軸線60的其它位置或其它區(qū)域沒有其它軸承或軸承結構。
[0082]軸承結構34被設置成對輸入軸24和非旋轉支撐部件62之間的非旋轉運動至少進行部分限制。軸承結構34可被設置成限制輸入軸24和非旋轉支撐部件62之間的相對徑向移動(如箭頭68所示)、和/或相對軸向移動(如箭頭70所示)、和/或相對傾斜移動(如箭頭72所示的包括徑向和軸向分量的移動)。
[0083]軸承結構34可能包括任何可以如上所述限制輸入軸24和非旋轉支撐部件62之間的相對移動的適用軸承。例如軸承結構34可包括雙排圓錐滾子軸承。
[0084]圖4A是根據(jù)本發(fā)明實施例的第一軸承結構341的剖面示意圖。第一軸承結構341是包含第一排74和第二排76的雙排圓錐滾子軸承。第一排74和第二排76是定向安裝的，使得它們在沿著正徑向方向56延伸時匯聚到一點。應當理解第一排74和第二排76的方向包括徑向分量和軸向分量。
[0085]圖4B是根據(jù)本發(fā)明的實施例的第二個軸承結構342的剖面示意圖。第二軸承結構342也是包含第一排78和第二排80的雙排圓錐滾子軸承。第一排78和第二排80是定向安裝的，使得它們在沿著正徑向方向56延伸時匯聚到一點。應當理解第一排78和第二排80的方向包括徑向分量和軸向分量。
[0086]第一軸承結構341和第二軸承結構342所提供的優(yōu)點是，由于排74、76、78和80的定向，它們可以同時限制徑向和軸向的移動。因此第一軸承結構341和第二軸承結構342都可以在輸入軸24和非旋轉支撐部件62之間提供支撐，并限制它們之間在徑向68、軸向70和傾斜方向72的相對移動。
[0087]本發(fā)明的實施例擁有若干優(yōu)點。一個優(yōu)點是由于在輸入軸24和非旋轉支撐部件62之間可以采用這樣的單軸承結構，所以齒輪箱18的重量可以減小。另外，由于軸承是比較昂貴的部件，上述結構可以降低齒輪箱的成本。
[0088]根據(jù)圖3所示，風力發(fā)電機齒輪箱18在輸入軸24和機艙12之間(該位置總體上由附圖標記82標示)沒有包括齒輪箱箱體。由于輸入軸24通過軸承結構34對非旋轉支撐部件62提供支撐，因此齒輪箱18在輸入軸24和非旋轉支撐部件62之間不再需要任何額外支撐結構。這可以有效地減小齒輪箱18的重量和直徑，也可以降低齒輪箱18的成本(因為制造齒輪箱18所用的材料如金屬等的量減小)。
[0089]圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施例的齒輪結構84的剖面示意圖。圖5還示出了柱坐標系52。齒輪結構84還在圖2中以虛線框的形式表示。
[0090]齒輪結構84包括多個第一級齒系行星輪30 (包括行星輪軸86)中的一個和第一級齒系齒圈28。齒圈28包括第一組輪齒88和與第一組輪齒88相鄰的第一部分90。行星輪30包括第二組輪齒92和與第二組輪齒92相鄰的第二部分94。應當理解，一個或多個第一級齒系行星輪30可能包括第二部分94，為使例子清晰簡潔，上述實施例僅提到了一個行星輪30。
[0091]齒圈28的第一部分90包括基本上平行于縱向軸線54的第一表面96。行星輪30的第二部分94包括基本上平行于縱向軸線54的第二表面98。在運行過程中，齒圖28和行星輪30設置成彼此抵靠，并限制齒圈28和行星輪30之間的相對徑向移動。第一表面和第二表面之間可以有間隙存在，僅在某些特定的輸入載荷情況下彼此可能發(fā)生抵靠。該結構所提供的優(yōu)點是，第一表面96和第二表面98的抵靠可以防止第一組輪齒88和第二組輪齒92移動到可能會互相損傷的位置。
[0092]齒圈28的第一部分90包括基本上平行于徑向軸線56的第三表面100。行星輪30的第二部分94包括也基本上平行于徑向軸線56的第四表面102。在運行過程中，齒圈28和行星輪30設置成彼此抵靠，并限制齒圈28和行星輪30之間的相對軸向移動。第三表面100和第四表面102之間可以有間隙存在，僅在某些輸入載荷下彼此可能有抵靠。該結構的優(yōu)點是，第三表面100和第四表面102的抵靠可防止齒圈28和行星輪30之間相對彼此的軸向移動(如當齒輪箱18傾斜時)。
[0093]圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的另一個齒輪結構104的剖面示意圖。圖6同時也給出了柱坐標系52。齒輪結構104還在圖2中以虛線框表示。
[0094]齒輪結構104包括第二級齒系的太陽輪40 (包括可旋轉的太陽輪軸106)和多個第二級齒系的行星輪38 (包括不可旋轉的行星輪軸108)中的一個。太陽輪40包括第一組輪齒110和與第一組輪齒110相鄰的第一部分112。行星輪38包括第二組輪齒114和與第二組輪齒114相鄰的第二部分116。應當認為，一個或多個第二級齒系的行星輪38可能包括第二部分116，為使例子清晰簡潔，上述實施例僅提到了一個行星輪38。
[0095]太陽輪40的第一部分112包括與縱向軸線54基本上平行的第一表面118。行星輪38的第二部分116包括與縱向軸線54基本上平行的第二表面120。在運行過程中，太陽輪40和行星輪38設置成彼此抵靠，以限制太陽輪40和行星輪38之間的相對徑向移動。第一表面和第二表面之間可以有間隙存在，僅在某些輸入載荷條件下彼此抵靠。該結構所提供的優(yōu)點是，第一表面118與第二表面120的抵靠可以防止第一組輪齒110和第二組輪齒114移動到互相損害的位置。
[0096]太陽輪40的第一部分112包括與徑向軸線56基本上平行的第三表面122。行星輪38的第二部分116包括與徑向軸線56基本上平行的第四表面124。在運行過程中，太陽輪40和行星輪38設置成彼此抵靠，以限制太陽輪40和行星輪38之間的相對軸向移動。第三表面和第四表面之間可以有間隙存在，僅在某些輸入載荷條件下可能抵靠。該結構所提供的優(yōu)點是，第三表面122和第四表面124的抵靠可以防止太陽輪40和行星輪38之間相對彼此的軸向移動(如當齒輪箱18傾斜時)。
[0097]圖7給出了齒輪結構84和齒輪結構104聯(lián)接在一起的剖面示意圖。
[0098]齒輪結構84和104所提供的優(yōu)點是，它們可以使齒輪在第一、第二、第三和第四表面互相支撐。因此齒輪結構84和齒輪結構104可以不需要支撐用軸承來支撐齒輪。這可以減小齒輪結構84和齒輪結構104的重量和成本，還可以縮短齒輪箱18的組裝時間。
[0099]圖8是根據(jù)本發(fā)明實施例的風力發(fā)電機齒輪箱18的軸126的透視圖。軸126包括第一通道128和第二通道130，還可以包含一個或多個旋轉流體聯(lián)接器的組合，如第一旋轉流體聯(lián)接器132和第二旋轉流體聯(lián)接器134。軸126具有縱向軸線140，并設置成繞該縱向軸線140旋轉。軸126可以安裝在風力發(fā)電機齒輪箱18內，使得縱向軸線140基本上平行于齒輪箱18的縱向軸線60定向。在一些實施例中，軸126可以安裝在風力發(fā)電機齒輪箱18中，使得縱向軸線140與風力發(fā)電機齒輪箱18的縱向軸線60重合(即軸126安裝在齒輪箱18的徑向中心)。軸126可以延伸齒輪箱18的很大長度，如在齒輪44和輸入軸24之間延伸。第二通道130或第一旋轉流體聯(lián)接器132設置成通過泵138來接納來自潤滑劑容器136的潤滑劑(如潤滑油)。如果有第二旋轉流體聯(lián)接器134的話，該第二旋轉流體聯(lián)接器134設置成用來向風力發(fā)電機齒輪箱18的部件提供潤滑劑。
[0100]第一通道128包括大致圓柱形的第一導管(如風力發(fā)電機齒輪箱導管)。安裝入齒輪箱18時，電纜(圖中未標出)可能從第一導管內部穿過。第二通道130包括也是大致圓柱形的第二導管。第一通道128與第二通道130同軸并位于第二通道130內。在其它實施例中，第一通道128可能位于第二通道130內但不與之同軸。
[0101]第一旋轉流體聯(lián)接器132設置成提供密封接口，允許潤滑劑由非旋轉的源頭、或以不同于第二通道130的角速度旋轉的源頭傳遞至旋轉的第二通道130中。如果有第二旋轉流體聯(lián)接器134的話，第二旋轉流體聯(lián)接器134設置成提供密封接口，允許潤滑劑由旋轉的第二通道130傳遞至齒輪箱18的非旋轉部件或齒輪箱18中的以不同于第二通道130的角速度旋轉的部件。
[0102]當齒輪箱18運行時，潤滑劑(如潤滑油)由潤滑劑容器136中通過泵138泵送入第一旋轉流體聯(lián)接器132中。潤滑劑在第一旋轉流體聯(lián)接器132處傳遞至第二通道130，并在第一通道128外部與第二通道130內部所限定的腔內流動。潤滑劑由第二通道130的下游端處(通過第二旋轉流體聯(lián)接器134，如果存在的話)傳遞，并(例如通過管道等)傳遞至風力發(fā)電機齒輪箱18的部件(如行星架26)。
[0103]軸126所提供的優(yōu)點是，由于軸126可在齒輪箱18的軸向長度的大部分上延伸，潤滑劑可以被分配到齒輪箱18的幾乎所有部件。另外，第一和第二旋轉流體聯(lián)接器132、134可以將潤滑劑傳遞到靜態(tài)部件和旋轉軸126之間以及軸126和以與旋轉軸126不同的角速度旋轉的部件之間。
[0104]圖9是根據(jù)本發(fā)明實施例的軸142的另一個實施例。圖9中描述的軸142與圖8中描述的軸126類似，特征也類似，使用相同的附圖標記。軸142與軸126的不同之處在于軸142包括外導管144，第一通道128和第二通道130都位于外導管144中。在該實施例中，第一通道128與外導管144同軸而第二通道130與外導管144不同軸。
[0105]圖10AU0B和IOC是根據(jù)本發(fā)明實施例的用于風力發(fā)電機齒輪箱18的模塊46的分解透視圖。如上述參照圖2的說明中所述，模塊46在風力發(fā)電機齒輪箱18上可裝卸，為可能與發(fā)電機或其他輔助傳動設備連接的風力發(fā)電機齒輪箱提供輸出。
[0106]參考圖10A，具體地說，模塊46包括箱體148，箱體148限定第一孔150、多個第二孔152和兩個第三孔154。箱體148還包括密封結構(如O形圈密封件)，密封結構至少部分圍繞第一孔150延伸。
[0107]參考圖10B，模塊46還包括:輸出軸156，輸出軸156包括齒輪部分158 (對應圖2中的輸出軸50和第三級齒系的第二輸出齒輪48);第一軸承160 ;和第二軸承162。第一軸承160在齒輪部分158 —側安裝在輸出軸156上，第二軸承162在齒輪部分158的另一側安裝在輸出軸156上。第一軸承160和第二軸承162可安裝在兩個第三孔154中，并因此可以在箱體148中支撐輸出軸156。
[0108]參考圖10B，第一軸承160和/或第二軸承162可以有各種軸承類型的實施例。每一個軸承都可能由帶有單排或多排滾子元件的軸承構成或由帶有單排或多排滾子元件的兩個相鄰軸承構成。第一軸承160和第二軸承162不限于滾子軸承(例如也可以使用其他的液體動壓類軸承)。[0109]參考圖10C，模塊46還包括密封件(如迷宮式密封件164)、鎖定墊圈166、鎖定螺母168和箱體端蓋170 (包括迷宮式密封件)。密封件164可以與箱體端蓋170上的迷宮式密封件連接，并且鎖定墊圈166和鎖定螺母168位于其間。組裝后的箱體端蓋170可以位于一個第三孔154內，并對第二軸承162提供軸向和/或徑向支撐。
[0110]圖11描述了圖10AU0B和IOC中的模塊46完整組裝的透視圖。從圖11中可以看出齒輪部分158位于箱體148中，因此與第一孔150相鄰。另外，還可以看出輸出軸156的一部分172突出于箱體端蓋170外，可以與風力發(fā)電機的發(fā)電機或其他輔助驅動設備相連。
[0111]圖12是根據(jù)本發(fā)明實施例的風力發(fā)電機的齒輪箱18和模塊46的透視圖。模塊46可以在非旋轉支撐部件62 (如齒輪箱18的箱體)上由操作人員進行連接和拆卸。如圖12所示，將模塊46連接在齒輪箱18上，將使得第三級齒系的第二輸出齒輪158與第三級齒系的第一輸出齒輪44哨合。
[0112]為了將模塊46與齒輪箱18連接在一起，操作人員可以將緊固件(如螺栓)插入多個第二孔152(以及非旋轉支撐部件62上對應的孔)內，對緊固件使用手動或電動工具將模塊46和齒輪箱18固定到一起。操作人員也可以對緊固件使用手動或電動工具將模塊46從齒輪箱18上拆下。
[0113]應當認為模塊46還可以通過其它方式連接到齒輪箱18上或從齒輪箱18上拆卸下來。例如模塊46和齒輪箱18可以包括可通過一個或多個銷釘進行固定的溝槽結構。
[0114]圖13A和13B分別是根據(jù)本發(fā)明實施例的另一個模塊174的側剖視圖和主剖視圖。模塊174與圖10-12中的模塊46類似，特性也類似，使用相同的附圖標記。模塊174與模塊46的不同之處在于第一軸承176和第二軸承178為背對背的圓錐滾子軸承結構。
[0115]圖14是根據(jù)本發(fā)明實施例的組裝、連接以及拆卸模塊46、174的方法。在框180中，方法包括在工廠中組裝模塊46、174，并對軸承160、162、176和178預加載。應當理解，模塊46、174在工廠中進行組裝可以相對于模塊46和174即將安裝的風力發(fā)電機的位置遠程地(即距離幾百甚至幾千千米)進行。
[0116]在框182中，方法包括將模塊46、174連接到齒輪箱18上。一個或多個操作人員可以通過多個第二孔152插入緊固件，并對緊固件使用手動或/和電動工具將模塊46、174固定到齒輪箱18上。
[0117]在框184中，方法包括將模塊46、174從齒輪箱18上拆下。單個或多個操作人員可以對插入第二孔152的緊固件使用手動和/或電動工具，將緊固件移開，從而從齒輪箱18上將模塊46、174拆開。若確定模塊46、174已被損壞(如軸承160、162或176、178中的一個或全部已磨損)或需要更改齒輪箱18的傳動比時，則需要將模塊46、174拆下。
[0118]在框186中，方法包括聯(lián)接/連接根據(jù)本發(fā)明實施例的另一個預裝的模塊到齒輪箱18。該另一個模塊的輸出軸與框184中被替換的模塊可以有不同的偏置位置(即不同的徑向位置)。該另一個模塊可以有齒輪部分158,該齒輪部分與在框184中被替換的模塊中的齒輪部分有相同的齒數(shù)。在本例中，該另一個模塊可以直接替換被移走(被損壞)的模塊。在本發(fā)明的另一種實施例中，該另一個模塊可以有齒輪部分158,該齒輪部分與在框184中被替換的模塊中的齒輪部分有不同的齒數(shù)。在這些實施例中，輸出模塊可以被替換的優(yōu)點是可以改變風力發(fā)電機齒輪箱18的傳動比。[0119]模塊46、174可以提供若干優(yōu)點。優(yōu)點之一是模塊46、174可以相對簡單的由單個或多個操作人員使用手動和/或電動工具在風力發(fā)電機齒輪箱18上裝卸。另外，由于模塊46,174可在工廠中進行完整組裝和設置，因此，安裝模塊46、174的操作人員在風力發(fā)電機10的機艙12中安裝46、174時無須進行任何困難的和/或費時的設置。因此，若模塊損壞，替換該模塊可以是一項相對快速的任務，也可以縮短風力發(fā)電機停機的時間。
[0120]如上所述，該發(fā)明的實施例的優(yōu)點是，可以通過單個或多個操作人員，通過用具有不同的第二齒數(shù)的另一個模塊替換具有第一齒數(shù)的模塊來較為簡便地更改齒輪箱18的傳動比。另外，該發(fā)明的實施例還可以由單個或多個操作人員相對簡單地改變輸出軸的偏置距。
[0121]圖13A和13B中描述的模塊174所提供的優(yōu)點是，軸承結構176、178具有相對較低的溫度敏感性。這在輸出軸以相對較快的角速度旋轉時格外有利。
[0122]盡管本發(fā)明的實施例已在前述段落中通過各種實例進行描述，應當認為，在不偏離所要求的發(fā)明范圍的前提下可能對實例進行修改。
[0123]上述描述中設計的特征有可能以不同于前面明確描述的組合的組合方式出現(xiàn)。例如，風力發(fā)電機齒輪箱18可以包括任意一個或多個(任何組合)如下結構:圖3中描述的齒輪箱結構，圖5-7中描述的齒輪結構，圖8、9中描述的軸結構，以及圖10-13中描述的模塊。
[0124]盡管功能是參照某些特征來描述的，但是這些功能有可能通過其它提到或未提到的特征來執(zhí)行。
[0125]盡管特征是針對某些實施例來描述的，這些特征有可能在其它提到或未提到的實施例中體現(xiàn)。
[0126]上述的說明中已盡量強調了本發(fā)明最為重要的特征，但應當理解 申請人:要求對以上涉及到的和/或附圖中顯示的任何可獲得專利的特征或特征組合進行保護，無論其在文中是否對其進行了強調。
【權利要求】
1.一種用于風力發(fā)電機齒輪箱的模塊，所述模塊包括: 能夠與風力發(fā)電機齒輪箱連接和拆卸的箱體； 位于所述箱體中的第一孔； 安裝在所述箱體內的輸出軸，所述輸出軸包括齒輪部分，所述齒輪部分定位在所述箱體內，從而與所述第一孔在徑向上相鄰，所述齒輪部分能夠與所述風力發(fā)電機齒輪箱的齒輪在徑向上嚙合。
2.根據(jù)權利要求1所述的模塊，還包含一個或多個軸承，所述一個或多個軸承被設置成在所述箱體和所述輸出軸之間提供支撐。
3.根據(jù)權利要求2所述的模塊，其特征是:所述一個或多個軸承包括O型的背對背軸承結構。
4.根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的模塊，還包括用來將所述模塊的所述箱體與所述風力發(fā)電機齒輪箱連接的多個緊固件。
5.—種包括根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的模塊的風力發(fā)電機齒輪箱。
6.—種包括根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的模塊的風力發(fā)電機。
7.一種方法，包括: 組裝根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的模塊；和 將所述模塊連接至風力發(fā)電機齒輪箱。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征是:所述組裝模塊的步驟在工廠中進行，所述模塊在風力發(fā)電機機艙中與風力發(fā)電機齒輪箱連接。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的方法，還包括從所述風力發(fā)電機齒輪箱上拆卸所述模塊。
10.根據(jù)權利要求7或8所述的方法，其特征是:所述模塊的齒輪部分包含第一組輪齒，并且根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的另一個模塊的齒輪部分包括第二組輪齒，所述第二組輪齒的輪齒數(shù)與所述第一組輪齒的輪齒數(shù)不同，所述方法還包括從所述風力發(fā)電機齒輪箱上拆卸所述模塊，并且將所述另一個模塊連接到所述風力發(fā)電機齒輪箱。
【文檔編號】F03D11/02GK103899500SQ201410098929
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2010年5月21日 優(yōu)先權日:2009年12月18日
【發(fā)明者】潘紹元, C·J·布洛克利, D·J·斯科特, P·J·吉布斯, M·C·巴恩斯 申請人:諾邁士科技有限公司