[发明专利]用于风轮机用齿轮箱的平行齿轮单元

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于风轮机用齿轮箱并且更加具体地多兆瓦风轮机用齿轮箱的平行齿轮单元。本发明还提供一种包括这种平行齿轮单元的齿轮箱和一种包括具有这种平行齿轮单元的齿轮箱的多兆瓦风轮机。

背景技术

随着风能商业变得越来越重要，现今齿轮箱原理得到彻底地研究。风轮机用齿轮箱的已知原理可以包括至少一个行星齿轮单元和用于将行星齿轮单元连接到风轮机的发电机的平行齿轮单元。

图1和图2概略地示意根据现有技术的一种类型的风轮机用齿轮箱1。在该实例中，齿轮箱1包括一个行星齿轮单元2和双级平行齿轮单元3。行星齿轮单元2包括支撑多个行星齿轮5的行星架4。行星齿轮单元2还包括环齿轮6和太阳齿轮7。在图1和图2给出的实例中，双级平行齿轮单元3包括低速轴8、中间轴9和高速轴10，这些轴全部相互平行并且每一个均被轴承11以可旋转方式支撑。平行齿轮单元3还包括两个齿轮12、13。齿轮12、13分别地与中间轴9上的小齿轮14和高速轴10上的小齿轮15啮合。

根据其它已知原理，风轮机用齿轮箱1可以包括两个行星齿轮单元2和一单级平行齿轮单元3。这是在图3中示意的。在图3给出的实例中，齿轮箱1包括第一行星齿轮单元2a、第二行星齿轮单元2b和单级平行齿轮单元3。行星齿轮单元2a、2b中的每一个均包括支撑多个行星齿轮5的行星架4、环齿轮6和太阳齿轮7。本实例的平行齿轮单元3与图1和图2所示实例的不同之处在于，它仅仅包括低速轴8和高速轴10，而没有中间轴9。低速轴8和高速轴10由轴承11以可旋转方式支撑。在该实例中，平行齿轮单元3包括一个齿轮16，该齿轮16在低速轴8和高速轴10上承载并且该齿轮16与高速轴10上的小齿轮17啮合。

在风轮机的运行期间，在齿轮箱1中产生作用于轴和行星齿轮上的负载和源自齿接触处的作用力。承受齿轮箱中的这种负载和作用力当前地是通过使用滚动轴承实现的。这种轴承被设于例如齿轮箱1的平行齿轮单元3的高速轴处并且必须承受源自齿轮装置的负载。

因为在设计风轮机齿轮箱时并且特别地在设计多兆瓦风轮机齿轮箱时，噪音行为是重要的参数，所以在平行齿轮单元3中的齿轮通常设有带有大的螺旋角的螺旋齿。然而，因为这种大的螺旋角，产生了径向和高的轴向作用力，该作用力将由设于轴上的轴承承受。

例如平行齿轮单元中的高速轴的轴承布置能够被设计成定位的轴承布置或者被设计成定位轴承布置和非定位轴承布置的组合。然而，存在至少一个轴承，该至少一个轴承承受轴向负载或者轴向负载和径向负载的组合。

在运行期间，风轮机并且特别地多兆瓦风轮机对齿轮箱1形成高的动力且在齿轮箱1中形成速度变化。因此，在齿轮箱1运行期间的负载和速度能够不同于设计的负载和速度，即不同于在齿轮箱1设计期间的预测的负载和速度，并且甚至能够发生反向负载。

然而，对于多兆瓦风轮机，可在市场上获得的滚柱轴承11可能不再能够承受来自轴向作用力和径向作用力的合成负载。特别地，在滚柱轴承11上，轴向作用力能够是危险性的。这种动态行为能够导致轴承损坏并且因此导致轴承失效。

等效动态轴承负载由下式确定，：

P≈x·F_r+y·F_a                (1)

其中F_r是实际径向轴承负载、F_a是实际轴向轴承负载，x是用于轴承的径向负载系数并且y是用于轴承的轴向负载系数。系数x和y依赖于所用轴承的类型。在例如锥形滚柱轴承的情形中，x可以是0.4并且y可以在1.3和1.6之间，这说明了轴向负载对于总体负载的贡献比径向负载的贡献高得多。

随着多兆瓦风轮机的传输功率的增加和带有大的螺旋角的齿轮装置的使用，需要轴承具有高的承载能力从而能够承受实际负载。然而，其缺点在于，随着承载能力变得更高，轴承的尺寸增加并且轴承的非常重要的极限速度或者最大速度降低。

很多风轮机具有以1500rpm至2000rpm运行的发电机，该2000rpm是它们的最大速度并且因此是齿轮箱轴的额定速度。在具有来自径向负载和轴向负载的组合作用力时，合成负载能够高于径向负载。在这些情形中，不能够找到适当的滚柱轴承来承受在要求速度下的负载。

发明内容

本发明的实施例的目的在于提供一种用于多兆瓦风轮机中的齿轮箱的平行齿轮单元、一种包括这种平行齿轮单元的齿轮箱和一种包括具有这种平行齿轮单元的齿轮箱的多兆瓦风轮机。

利用根据本发明实施例的方法和设备实现了以上目的。