PL188417B1

PL188417B1 - Zespół przekładni planetarnej dla elektrowni wiatrowej

Info

Publication number: PL188417B1
Application number: PL99333809A
Authority: PL
Inventors: Juha Kekki; Ari Ryymin; Voitto Villgren
Original assignee: Valmet Voimansiirto Oy
Priority date: 1998-06-18
Filing date: 1999-06-17
Publication date: 2005-01-31
Also published as: ES2166665A1; FI981414L; FI108959B; HU223039B1; FI981414A0; CZ293270B6; HU9902042D0; PL333809A1; SK285686B6; SK78399A3; DE19926301A1; HUP9902042A3; BE1012509A5; CZ218799A3; DE19926301B4; US6176804B1; HUP9902042A2; ES2166665B1

Abstract

1. Zespól przekladni planetarnej dla elektrowni wiatrowej, zawierajacej wal napedowy napedzany przez lopaty smigla elektrowni wiatrowej, który to wal jest polaczony z rama przekladni planetarnej kól obiegowych, a która to rama w postaci jarzma jest obracana wraz z walem, przy czym kola obiegowe zazebiaja sie poprzez ich uzebienia z uzebieniem znajdujacym sie na pierscieniu przekladni umieszczo- nym na zewnatrz w pozycji stacjonarnej oraz z uzebieniem na obracanym kole cen- tralnym umieszczonym centralnie, zna- mienny tym, ze zarówno uzebienia (14') na kolach obiegowych (14a1, 14a2..) oraz uzebienie (15') na pierscieniu przeklad- ni (15) oraz uzebienie (16') na kole cen- tralnym (16) sa uzebieniami spiralnymi. FIG. 5 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest zespół przekładni planetarnej dla elektrowni wiatrowej.

Ze stanu techniki znane są konstrukcje przekładni, w których zespół przekładni elektrowni wiatrowej zawiera wał napędowy obracany przez łopatę/łopaty śmigła elektrowni wiatrowej, ramę przekładni planetarnej, która obraca się wraz z wałem napędowym w połączeniu ze wspomnianym wałem. Koło obiegowe zazębia się z pierścieniem przekładni, który jest umieszczony w pozycji skrajnej, stałej oraz z kołem centralnym, które jest umieszczone centralnie i które jest obracane przez koło obiegowe. Koło centralne ponadto obraca wałem wyjściowym poprzez przekładnię pośrednią lub bezpośrednio, który to wał wyjściowy jest połączony z generatorem energii elektrycznej elektrowni wiatrowej wytwarzając energię elektryczną. W rozwiązaniach znanych ze stanu techniki, zęby przekładni planetarnej były tak zwanymi zębami prostymi. W takim przypadku, na wał koła centralnego nie przekazywane były żadne siły osiowe, które to siły osiowe mogłyby powstać gdyby zęby przekładni miały kształt spiralny.

Przy próbie rozwiązania problemów wynikających z wytwarzanego hałasu i wibracji, według prezentowanego wynalazku utworzono całkiem nowy typ przekładni planetarnej dla elektrowni wiatrowej, który zawiera w układzie przekładni tak zwane zęby spiralne według wynalazku, w którym to przypadku zęby biegną ukośnie przez całą powierzchnię płaszcza koła zębatego. Podobne zęby śrubowe zostały utworzone na kole centralnym obracanym przez koła obiegowe oraz na pierścieniu zewnętrznym znajdującym się w stałym położeniu. Według wynalazku koło centralne jest podłużnym wałem będącym konstrukcją umożliwiającą swobodne ruchy posuwiste i obrotowe. Na końcu wału koła centralnego, na ramie połączenia znajduje się kołnierz, który ogranicza ruchy osiowe, które powstają podczas pracy, jak również ruch osiowy wału. Tak więc wał koła centralnego jest podłużnym wałem, który zawiera centralny otwór biegnący przez całą długość wału, zęby koła centralnego znajdujące się na jednym z jego krańców oraz kołnierz znajdujący się na krańcu przeciwnym, który odbiera siły osiowe, a który jest wyposażony w jeden ząb przekładni łączącej znajdujący się na zewnętrznej powierzchni kołnierza połączonego z wałem. Kołnierz pomocniczy współpracuje z kołnierzem znajdującym się na kole centralnym i jest umieszczony na obudowie skrzynki przekładniowej. Wspomniany kołnierz, oraz walec tulejowy połączone są za pomocą śrub, a koło centralne umieszczone jest wewnątrz wału tulejowego. Koło centralne jest połączone z wałem tulejowym za pomocą pośredniego łącznika zębatego. Łącznik zębaty jednakże pozwala na wystąpienie niewielkiego ruchu osiowego pomiędzy wałem koła centralnego a wałem tulejowym. Za pomocą łącznika zębatego, obroty napędzające koło centralne są przenoszone na wał tulejowy oraz na koło zębate połączone z wałem tulejowym i dalej. Wał tulejowy jest następnie połączony z kołem zębatym, z którego napęd jest przekazywany albo bezpośrednio, albo pośrednio przez pośrednie koło/koła zębate na wał wyjściowy i dalej do generatora energii elektrycznej. Za pomocą tulei połączonych z krańcem wału koła centralnego odbierane są siły skierowane w przeciwnym kierunku, powstałe z tak zwanych uderzeń wstecznych. Tuleja, która jest wyposażona w kołnierz połączona jest z wałem koła centralnego za pomocą śrub.

Wał tulejowy jest umieszczony w stałej osiowo/promieniowo pozycji i jest zamontowany w ramie zespołu przekładni za pomocą łożysk. Wał tulejowy jest połączony z kołem zębatym, z którego napęd jest przekazywany albo bezpośrednio, albo pośrednio przez pośrednie koło/koła zębate do jednego lub kilku wałów wyjściowych, z których napęd jest przekazywany do generatora energii elektrycznej.

Według wynalazku, na krańcu wału koła centralnego znajduje się pierwszy ząb łącznika zębatego. Wał koła centralnego jest połączony za pomocą pierwszego zęba z zębem pomocniczym wału tulejowego, to jest z drugim zębem łącznika zębatego. Zęby łącznika zębatego są zębami prostymi wypukłymi tylko na długości zęba, w takim przypadku dopuszczone jest wystąpienie określonego wygięcia kątowego wału koła centralnego. Dopuszczone jest także powstanie względnego ruchu pomiędzy kołnierzem krańcowym wału koła centralnego a kołnierzem pomocniczym, znajdującym się na ramie skrzynki przekładni. Kołnierz krańcowy wału koła centralnego oraz kołnierz pomocniczy, obracają się z tą samą prędkością. Pomiędzy nimi jednak możliwy jest ruch w kierunku osiowym i w takim przypadku oba kołnierze mogą wejść ze sobą w kontakt.

188 417

Dzięki zastosowaniu takiej konstrukcji, wszystkie siły osiowe powstałe na śrubowych zębach koła centralnego, kolach obiegowych na pierścieniu zębatym oraz osiowe ruchy wału koła zębatego mogą zostać odebrane na krańcu wału kola centralnego, przez co ruch osiowy układu jest ograniczony. Przez wprowadzenie spiralnego uzębienia koła centralnego uzyskano napęd elektrowni wiatrowej, który jest w dużym stopniu wolny od wibracji i pracuje bardzo cicho.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekładnię według wynalazku w widoku z jednego z jej krańców; fig. 2 przedstawia przekładnię w widoku z kierunku oznaczonego kj na fig. 1; fig. 3 przedstawia przekładnię w widoku z kierunku oznaczonego k2 na fig. 1; fig. 4 przedstawia przekładnię w widoku z przeciwnego krańca; fig. 5 jest przekrojem poprzecznym wziętym wzdłuż linii I-I z fig. 1; fig. 6Ajest powiększonym widokiem obszaru X z fig. 5; fig. 6B jest przekrojem poprzecznym wziętym wzdłuż linii II-II z fig. 1; fig. 7 jest przekrojem poprzecznym wziętym wzdłuż linii III-III z fig. 1; fig. 8 jest przekrojem wziętym wzdłuż linii IV-IV na fig. 1; fig. 9A ilustruje koło centralne, które jest wyposażone w zęby spiralne; fig. 9B przedstawia zęby widziane z góry w kierunku wskazywanym przez strzałkę k2 na fig. 9A; fig. 10A przedstawia zaokrąglony kształt zęba prostego 17a w łączniku zębatym 17 pomiędzy wałami 16 i 18; fig. 10B jest przekrojem poprzecznym przedstawiającym łącznik zębaty 17.

Figura 1 przedstawia układ przekładni planetarnej 10 według prezentowanego wynalazku wykorzystywany w elektrowni wiatrowej w widoku z jednego z krańców. Ponadto na fig. 1 zaznaczono linie I-I, II-II, III-III oraz IV-IV oznaczające płaszczyzny, w których wykonano przekroje poprzeczne.

Figura 2 przedstawia przekładnię w widoku z kierunku k z fig. 1.

Figura 3 przedstawia przekładnię w widoku z kierunku wskazywanego przez strzałkę k2 na fig. 1.

Figura 4 przedstawia przekładnię w widoku z przeciwnego krańca.

Figura 5 jest zasadniczym przekrojem poprzecznym zespołu przekładni planetarnej 10 wykonanej według wynalazku wziętym wzdłuż linii I-I z fig. 1. Zespół przekładni planetarnej 10 zawiera ramę R. Zespół łopaty lub łopat śmigła elektrowni wiatrowej jest przystosowany do obracania przy wykorzystaniu energii wiatru jarzma przekładni obiegowej 13 oraz wału 11 połączonego z jarzmem, do wału przymocowany jest wirnik. Wał 11 oraz połączone z nim jarzmo są osadzone w ramie R zespołu przekładni planetarnej przy wykorzystaniu łożysk C1 i Dn,. Wał napędowy 11 jest elementem konstrukcyjnie przypominającym tuleję i jest trwale połączony jarzmem 13 obracającym się wraz z wałem tulejowym 11. Wał 11 zawiera wewnętrzną przestrzeń F oraz na końcu wewnętrznej przestrzeni otwór wylotowy E przechodzący przez kraniec wału tulejowego 11. Poprzez otwór E przechodzi rura osłonowa, poprzez tę rurę przechodzi pręt sterujący mający za zadanie regulację kąta natarcia łopat wirnika. Wał wirnika jest umieszczony wewnątrz wału tulejowego 11 jarzma 13. Na wale 11 jarzma 13 umieszczony jest pierścień zaciskowy, za pomocą którego wały są „zablokowane” w pozycji w której się stykają. Wał napędowy 11 jest w sposób stały połączony z obracaną ramą 13 zespołu przekładni planetarnej, to jest z jarzmem.

Każde z kół obiegowych 14_a1,14a2·.. jest wyposażone w ciągłe uzębienie spiralne 14' ciągnące się na całej powierzchni płaszcza koła zębatego. Każde z kół obiegowych 14ai,14a2 . . . jest zamontowane na swoim własnym wale 140 za pomocą łożysk G1, G2, wały 140 są stale połączone z ramą przekładni planetarnej, to jest z jarzmem. Same koła obiegowe 14a1,14a2. · . są zawieszone przy wykorzystaniu łożysk G1, G2, tak więc obracają się na wałach 140. Zewnętrzną częścią konstrukcji jest pierścień przekładni 15, który zawiera uzębienie spiralne 15', które pracuje w połączeniu z uzębieniem śrubowym 14' na każdym z kół obiegowych. Pierścień przekładni 15 jest częścią stacjonarną konstrukcji, która jest trwale połączona z ramąR. Na fig. 5 nachylenie spirali uzębień 16', 14' jest oznaczone przez kąt a.

Według wynalazku, koło centralne 16 obracane jest przez koła obiegowe 14_ai, 14a2. Koło centralne 16 zawiera uzębienie spiralne 16' ciągnące się na całym jego obwodzie, które to uzębienie współpracuje z uzębieniami spiralnymi 14' na kołach obiegowych 14ai, 14a2. Koło centralne 16 zostało utworzone tak, iż wał 160, to jest wał koła centralnego, jest częścią konstrukcji umożliwiającej ruch posuwisty jak i obrotowy. Na jednym z krańców wał 160 zawiera

188 417 uzębienie 16' koła centralnego, na przeciwnym krańcu wał zawiera kołnierz krańcowy 160a oraz łącznik zębaty 17. Łącznik zębaty 17 jest wyposażony w zęby proste 17a połączone z kołnierzem 160a wału 160, a także z zębami prostymi 17b umieszczonymi w przestrzeni wewnętrznej M oraz na wewnętrznej powierzchni 18' oddzielnego wału tulejowego 18. Wał tulejowy 18 został zamontowany względem ramy R za pomocą łożysk Da i D₂. Wał tulejowy 18 jest wyposażony w koło zębate 19, które zostało tak wykonane w celu obracania wałem 20 przy wykorzystaniu uzębienia pośredniego 21 umieszczonego na wspomnianym wale 20. Uzębienie 21 uzyskuje się przez bezpośrednią obróbkę skrawaniem wału 20. Wał 20 został osadzony w ramie R, przy wykorzystaniu łożysk D3 i D4. Wał 20 jest ponadto wyposażony w koło zębate 22, które zostało wykonane aby obracać pierwszym wałem wyjściowym 23 przy wykorzystaniu uzębienia pośredniego 24 umieszczonego na wale 23. Uzębienie 24 zostało wykonane bezpośrednio na wale 22. Wał 23 został osadzony w ramie R przy pomocy łożysk D5, Dć.

Ponadto wał 23 jest wyposażony w koło zębate 25, które zostało wykonane aby napędzać drugi wał wyjściowy 26 przy wykorzystaniu pośredniego koła zębatego 27 osadzonego na wale 26. Drugi wał wyjściowy został osadzony w ramie R za pomocą łożysk D7, Dg.

Rura osłonowa 30 została umieszczona wewnątrz podłużnego otworu 31 wykonanego w wale kola centralnego 160, rura osłonowa 30 jest osadzona w ramie R za pomocą łożyska H1 osadzonego na kołnierzu pomocniczym, rura osłonowa obraca się wraz z wałem koła centralnego 11 układu przekładni planetarnej oraz wraz z wałem tulejowym 18. Tak więc z przodu rura osłonowa 30 jest połączona z jarzmem (poprzez pierścienie pośrednie), a z drugiej strony rura osłonowa 30 jest osadzona na kołnierzu pomocniczym 40, który jest połączony z wałem tulejowym 18. Tak więc rura osłonowa 30 obraca się z tą samą prędkością co jarzmo i z prędkością inną niż wały 11 i 18.

Figura 6 A jest powiększeniem obszaru X z fig. 5. Tak jak to pokazano na figurze układ obejmuje pomocniczy kołnierz krańcowy 40, który jest przymocowany do wału tulejowego 18 za pomocą śrub 41.

Ponadto wał koła centralnego 160 został połączony w sposób ruchomy w stosunku do kołnierza pomocniczego 40. Tuleja 50 przechodzi w sposób ruchomy przez otwór przelotowy 43 w kołnierzu pomocniczym 40. Poprzez otwór centralny 55 w tulei 50, śruby 42 przechodzą przez wał koła centralnego 160, tak więc tuleja 50 jest trwale połączona z wałem koła centralnego 160.

Odległość L1 pomiędzy powierzchnią wewnętrzną 51' kołnierza krańcowego 51 tulei 50 a powierzchnią zewnętrzną fi kołnierza 16a wału koła centralnego 160 jest większa niż grubość L₂ kołnierza pomocniczego 40. Tak więc wał 160 może poruszać się w zakresie określonym przez szczelinę do kołnierza 40. Powierzchnie pomocnicze fi i f₂ na krańcu wału koła centralnego 160 oraz na kołnierzu pomocniczym 40 są azotowane, przez co ich podatność na ścieranie została zmniejszona gdy pracują jako powierzchnie podtrzymujące.

W sytuacji nazwanej uderzeniem powrotnym, gdy łopaty elektrowni wiatrowej obracają się w kierunku przeciwnym, wspomniany kołnierz krańcowy 51 działa jako część, która odbiera uderzenie powrotne. W takim przypadku, kołnierz krańcowy 51 tulei 50 połączony z wałem koła centralnego 160 działa jako kołnierz pomocniczy.

Figura 6B ilustruje połączenie pokrywy łożyska 60 za pomocą śrub do ramy przekładni R. Ilustracja jest przekrojem poprzecznym wziętym wzdłuż linii 11-11 z fig. 1.

Figura 7 jest przekrojem poprzecznym wziętym wzdłuż linii 111-111 z fig. 1. Z wału tulejowego 18 napęd przekazywany jest na koła zębate 21 wału 20, a następnie z koła zębatego 22 na pierwszy wał wyjściowy 23.

Figura 8 jest przekrojem poprzecznym wziętym wzdłuż linii IV-IV z fig. 1. Tak jak to pokazano na figurze, napęd do generatora energii elektrycznej może zostać także przeniesiony z drugiego wału wyjściowego 26. Tak więc napęd zostać przeniesiony przez koło zębate 25 pierwszego wału wyjściowego 23 na drugi wał wyjściowy 26 poprzez jego koło zębate 27. Z wału wyjściowego 23, napęd może zostać przeniesiony dalej do generatora energii elektrycznej. Pierwszy i drugi wał wyjściowy 23 i 26 są jednakże wykorzystywane niezależnie tak,

188 417 iż tylko jeden nich przenosi napęd do generatora energii elektrycznej, w zależności od prędkości obrotowej elektrowni wiatrowej.

Figura 9A ilustruje nachylone lub spiralne uzębienie 16' połączone z kołem centralnym 16.

Figura 9B przedstawia uzębienie w widoku z góry, to jest z kierunku strzałki K3 na fig. 9A. Odpowiednio nachylone lub spiralne formy zębów są także utworzone na kołach obiegowych oraz na pierścieniu przekładni. Ilustracja jest schematyczna. Kąt nachylenia a w stosunku do osi X znajduje się w zakresie 30° > α> 0° lub dla obrotów w kierunku przeciwnym -30° < α < 0°. Tak wiec oś podłużna p każdego z zębów 16' jest nachylona pod kątem a w stosunku do linii osi X obrotu.

Figura 10A jest schematyczną ilustracją wypukłej formy uzębienia prostego 17a łącznika zębatego 17 znajdującego się na krańcu koła centralnego 160, przez co umożliwione jest podczas pracy wystąpienie określonego wygięcie lub kątowa dewiacja wału koła centralnego 160.

Figura 10B jest schematycznym przekrojem poprzecznym łącznika zębatego 17, ząb 17a na kołnierzu 160a wału 160 znajduje się w żłobku 17b wału tulejowego 18.

188 417

FIG. 7

FIG. 8

188 417

FIG.9B

FIG.10B

188 417

FIG. 2

FIG. 3

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Zespół przekładni planetarnej dla elektrowni wiatrowej, zawierającej wał napędowy napędzany przez łopaty śmigła elektrowni wiatrowej, który to wał jest połączony z ramą przekładni planetarnej kół obiegowych, a która to rama w postaci jarzma jest obracana wraz z wałem, przy czym koła obiegowe zazębiają się poprzez ich uzębienia z uzębieniem znajdującym się na pierścieniu przekładni umieszczonym na zewnątrz w pozycji stacjonarnej oraz z uzębieniem na obracanym kole centralnym umieszczonym centralnie, znamienny tym, że zarówno uzębienia (14’) na kołach obiegowych (14^, 14a2. . .) oraz uzębienie (15') na pierścieniu przekładni (15) oraz uzębienie (16’) na kole centralnym (16) są uzębieniami spiralnymi.
2. Zespół przekładni planetarnej według zastrz. 1, znamienny tym, że uzębienia (14', 15', 16') znajdują się na całych powierzchniach płaszczy kół zębatych od jednej krawędzi koła zębatego do drugiej krawędzi, a kąt nachylenia (a) w stosunku do osi centralnej (X) kół zębatych znajduje się w przedziale 30° > (a) >0° lub -30° > (a) > 0°.
3. Zespół przekładni planetarnej według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że uzębienie (16') na kole centralnym (16) znajduje się na jednym z krańców wydłużonego wału (160), a drugi kraniec wału (160) odbiera składową siły powstającej w wyniku zastosowania nachylonego uzębienia (16') gdy kraniec wału (160) styka się z powierzchnią (ί2) kołnierza pomocniczego (40).
4. Zespół przekładni planetarnej według zastrz. 3, znamienny tym, że kraniec wału (160) koła centralnego (16), który odbiera osiowy ruch wału (160) jest kołnierzem krańcowym (160a), którego zewnętrzna powierzchnia (fi) pracuje jako powierzchnia podtrzymująca w stosunku do powierzchni (f2) na kołnierzu pomocniczym (40).
5. Zespół przekładni planetarnej według zastrz. 4, znamienny tym, że wał (160) jest konstrukcją umożliwiającą ruch posuwisty i obrotowy, w której ruch osiowy jest dopuszczalny, tak więc wał (160) jest połączony z tuleją/tulejami (50), która/które przechodzą przez otwory (43) w kołnierzu pomocniczym (40) oraz tym, że odległość pomiędzy wewnętrzną powierzchnią (51*) kołnierza (51) tulei oraz krańcem wału (160) jest nieznacznie większa niż grubość kołnierza pomocniczego (40); w takim przypadku umożliwiony jest ruch osiowy wału (160).
6. Zespół przekładni planetarnej według zastrz. 3, znamienny tym, że na krańcu wału (160) znajduje się uzębienie (17a) łącznika zębatego (17) oraz tym, że drugie uzębienie (17b) łącznika zębatego znajduje się po wewnętrznej stronie wału tulei (18) znajdującego się na zewnątrz wału (160), siła napędowa jest przekazywana z wału (160) poprzez łącznik zębaty (11) na wał tulejowy (18), łącznik zębaty (17) jest wyposażony w bezpośrednie uzębienie, które umożliwia ruch osiowy wału (160).
7. Zespół przekładni planetarnej według zastrz. 6, znamienny tym, że wał tulejowy (18) jest połączony z kołnierzem pomocniczym (40) za pomocą śrub (41).
8. Zespól przekładni planetarnej według zastrz. 6 albo 7, znamienny tym, że wał tulejowy (18) jest wyposażony w koło zębate (12), z którego napęd jest przekazywany poprzez jeden lub kilka pośrednich kół zębatych na wał wyjściowy (23), z którego z kolei napęd jest przekazywany dalej do generatora energii elektrycznej.
9. Zespół przekładni planetarnej według zastrz. 1 albo 4, znamienny tym, że wał (160) koła centralnego jest wyposażony w podłużny otwór (30), w którego wnętrzu umieszczona jest rura osłonowa (30), a poprzez rurę osłonową (30) przechodzi pręt sterujący, poprzez który regulowane są łopaty wirnika elektrowni wiatrowej.
10. Zespół przekładni planetarnej według zastrz. 3, znamienny tym, że powierzchnia krańcowa (fi) wału (160) koła centralnego (16) oraz podobna powierzchnia krańcowa (f2) kołnierza pomocniczego zostały azotowane, przez co ograniczono ścieranie się powierzchni (fi, f2) w czasie gdy się one ze sobą stykają.

* * *

188 417