[发明专利]用于风力涡轮机齿轮箱的行星齿轮单元

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于风力涡轮机齿轮箱的行星齿轮单元。本发明还涉及一种包括这种行星齿轮单元的齿轮箱和包括这种齿轮箱的风力涡轮机。

背景技术

随着风能产业变得越来越重要，现今，齿轮箱构思得到了彻底研究。用于风力涡轮机的齿轮箱的已知构思可以包括至少一个行星齿轮单元和用于将该行星齿轮单元与风力涡轮机的发电机连接的平行齿轮单元。

图1和图2概略性地示出了根据现有技术的一种类型的用于风力涡轮机的齿轮箱1。在该实例中，齿轮箱1包括一个行星齿轮单元2和两级平行齿轮单元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还包括环形齿轮6和太阳齿轮7。在图1和图2给出的实例中，两级平行齿轮单元3包括全部相互平行并且每一个均由轴承11以可旋转方式支撑的低速轴8、中间轴9和高速轴10。平行齿轮单元3还包括两个齿轮12、13。齿轮12、13分别与中间轴9上的小齿轮14和高速轴10上的小齿轮15啮合。

根据其它已知构思，用于风力涡轮机的齿轮箱1可以包括两个行星齿轮单元2和单级平行齿轮单元3。这在图3中示出。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中的每一个均包括对多个行星齿轮5、环形齿轮6和太阳齿轮7进行支撑的行星架4。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，而不包括中间轴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包括被承载在低速轴8和高速轴10上并且与高速轴10上的小齿轮17啮合的一个齿轮16。

在图1到图3的上述构思中，行星齿轮单元2中的行星架4利用滚柱轴承19以可旋转方式安装在壳体结构18中。

对于兆瓦级风力涡轮机，用于在齿轮箱的行星齿轮单元中使用的可用滚柱轴承可能会对行星齿轮单元的制造过程提出高成本的要求，这是因为：由于对兆瓦级风力涡轮机的需求的增长，行星齿轮单元部件的尺寸不断增加。另一方面在于：速度和负载可能超过滚动轴承方案的设计极限。在行星齿轮架轴承的情形中，这些设计极限可能源自例如打滑、磨损或混合摩擦等的失效模式。现在被用于对行星齿轮单元中的行星架进行支撑的滚动轴承变得越大，则它们的成本变得越高，因此用于制造行星齿轮单元的成本越高。

在超过滚动轴承极限的情形中，一种方案可以是：利用现有的滑动轴承来代替行星齿轮单元中的滚动轴承。不幸的是，在兆瓦级风力涡轮机的齿轮箱所需的尺寸和设计方面，没有任何可用的标准轴承。适用于这种应用的合适轴承需要大尺寸，以便能够承受在风力涡轮机的运行期间产生的高负载。直至现在，关于在风力涡轮机齿轮箱中使用的大轴承，通常是使用滑动轴承，该滑动轴承具有钢制芯部和由滑动轴承材料制成的表面。然而，这种大的滑动轴承非常昂贵，因此也增加了制造行星齿轮单元的成本。

发明内容

本发明的实施例的目的在于提供一种用于风力涡轮机中的齿轮箱的行星齿轮单元、包括这种行星齿轮单元的齿轮箱和包括这种齿轮箱的风力涡轮机。

上述目的通过根据本发明实施例的方法和装置来实现。

在第一方面，本发明提供一种用于风力涡轮机齿轮箱的行星齿轮单元。该行星齿轮单元包括壳体和行星架，该行星架设有多个行星轴，所述多个行星轴围绕行星架的轴线均匀分布，用于以可旋转方式支撑行星齿轮，所述行星齿轮安装在太阳齿轮和环形齿轮之间以相互作用，并且所述行星齿轮由滚动轴承支撑。该行星架通过滑动轴承以可旋转方式安装在所述壳体中。

必须理解，如本领域的技术人员所已知的，滑动轴承还可以称作摩擦轴承、滑移轴承、普通轴承或轴颈轴承。

用于对行星齿轮进行支撑的滚动轴承可以是如本领域技术人员所已知的、任何类型的滚动轴承，例如但不限于：锥形滚柱轴承、柱形滚柱轴承、球形滚柱轴承或CARB环形滚柱轴承。

根据本发明的实施例，所述滑动轴承由一种单一滑动轴承材料形成。这不同于目前当由于风力涡轮机的高负载和速度要求而需要大轴承时所使用的现有的常规滑动轴承，并且该现有的常规滑动轴承由利用钢形成并设有滑动轴承材料并且还包括精整材料的基础设计而形成。当前使用的滑动轴承的材料组合的一些实例有：钢/青铜、钢/铸造青铜合金、钢/烧结青铜合金、钢/铝锡合金、钢/铜锡合金、钢/轴承合金、钢/铅青铜/电镀层。本发明使用的滑动轴承材料可以是如下的任何已知材料：该材料适于形成滑动轴承，并且例如当前用于在现有的常规滑动轴承的钢制基础设计上提供青铜(但不限于青铜)。