具有低摩擦径向轴密封件的风力涡轮机传动系部件制造技术

提供了一种风力涡轮机传动系部件(22)，其包括具有径向密封件(50)的旋转轴(61)。径向密封件(50)包括固定部件和旋转部件。固定部件包括具有内边缘和外边缘的环(51)，内边缘构造成用于无接触地围绕轴(61)。该旋转部件包括盘(52)，该盘同轴地连接到轴(61)以与其一起旋转，并且包括围绕环(51)的外边缘卷绕的凸缘(53)。径向密封件(50)还包括环形气锁间隙(55)，用于容纳一定量的润滑流体(64)，从而当旋转部件以高于预定阈值速度的旋转速度旋转时封闭气锁间隙(55)，环形气锁间隙(55)由凸缘(53)的内表面、盘(52)的对置平行表面的外部和环(51)的外边缘形成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有低摩擦径向轴密封件的风力涡轮机传动系部件
本专利技术涉及一种风力涡轮机传动系部件，其包括具有径向密封件的旋转轴。本专利技术还涉及一种用于冷却风力涡轮机传动系部件的方法。
技术介绍
风力涡轮机包括许多旋转部件，这些旋转部件浸在油或其它润滑剂中以确保它们平稳地运行并且是耐磨的。另外，油在耗散由旋转部件和相互啮合的齿轮产生的热量方面起作用。油循环回路提供通过旋转部件的连续油流，并允许在别处过滤和冷却润滑剂。在旋转部件没有被完全封闭在充油腔中，而是还与充气隔室接触的情况下，设置密封件以确保油不会泄漏到充气隔室中，并且空气不会渗入油中。从充油隔室的角度来看，密封件的任务是保持油进入和空气排出。传统上使用接触密封件来提供所需的空气-油屏障。柔性和弹性材料，通常是某种橡胶，与旋转部件一起旋转，并在沿固定部件的表面滑动时与固定部件保持接触。然而，随着时间的推移，密封件的材料可能劣化，导致旋转密封件和固定部件之间的接触减小。空气和油可能开始通过密封件泄漏，并且需要更换密封件以确保装置的适当功能。在风力涡轮机中，例如，在齿轮箱和发电机之间的界面处，旋转轴从充满油的齿轮箱腔延伸到机舱的充气隔室中。设置密封件以防止齿轮箱和空气隔室之间的空气和油的交换。基于气流的外部齿轮箱和/或发电机冷却可导致在充气隔室中的高气流和在界面两侧的两个隔室之间的压力差，这进一步增加了对高质量气密和液密密封的需要。典型的现代风力涡轮机具有可超过80米高的塔架。因此，磨损部件的修理和维护是困难且耗时的工作。许多密封位置不易接近，并且密封件更换是高度破坏性的维护活动。只有当风力涡轮机停止工作时，才可能更换齿轮箱-发电机界面处的密封件。所导致的风力涡轮机的停机时间降低了其能量产量和收益率。因此，需要提供一种不需要像传统密封件那样经常更换的更好的密封件。
技术实现思路
根据本专利技术，该目的通过提供具有固定部件和旋转部件的径向密封件来实现。固定部件包括具有内边缘和外边缘的环，内边缘构造成用于无接触地围绕轴。该旋转部件包括盘，该盘同轴地连接到该轴以便与该轴一起旋转并且包括凸缘，该凸缘环绕该环的外边缘。径向密封件还包括环形气锁间隙，用于容纳一定量的润滑流体，从而当旋转部件以高于预定阈值速度的旋转速度旋转时封闭气锁间隙，环形气锁间隙由凸缘的内表面、盘的对置平行表面的外部和环的外边缘形成。这种新的径向密封件的一个重要优点是，它不依赖于旋转部件和固定部件之间的任何直接接触，以在充油腔和充气隔室之间提供气密和液密的屏障。当密封件中存在足够量的润滑流体，例如油，并且轴与盘一起以高于阈值速度的旋转速度旋转时，离心力将迫使润滑剂向外，在该处润滑剂将被由盘和在其外边缘处的凸缘形成的旋转环形储存器(即，气锁间隙)捕获。随着固定环的外边缘延伸到润滑剂填充的气锁间隙中的情况下，用于流体离开或空气进入密封件的路径被阻塞。旋转部件相对于固定部件自由旋转。这两个部件之间不需要直接接触。而且，在环靠近盘转动的情况下，在两者之间总是存在空气或润滑剂流体，这导致比传统接触密封件中更小的摩擦，并且即使在长期使用之后也避免了密封件的磨损。当旋转部件的旋转速度降低到超过阈值速度时，润滑剂可能落入溢流容积中，该溢流容积设置在盘的旋转轴线下方并且位于环形气锁间隙的下游。可以在该溢流容积的下游设置排放装置，用于允许该润滑剂流向润滑流体储存器。润滑流体可以从储存器再次被向上泵送到旋转部件的位置，在该位置它可以润滑这些部件并且再次成为环形气锁间隙中的液体密封件的一部分。在工作过程中，通常有连续的流体流流到旋转部件。过量的流体通过溢流容积排出。在溢流容积和排放装置之间，可以设置液体锁，用于防止径向密封件和润滑流体储存器之间的空气交换。应当注意，盘可以是附接到轴的外端的完整盘，或者是在中间具有用于接收轴的孔的盘。对于密封件的适当功能，重要的是没有流体能够通过轴和盘之间的开口泄漏。盘内的孔可以具有比它所装配到的轴稍大的直径。在这种情况下，可以在轴和盘之间应用标准密封件，以防止流体在它们之间泄漏。在本专利技术的实施例中，径向密封件还包括设置在环和盘的对置平行表面之间的流体流动通道。流体流动通道的入口位于环的内边缘处。流体流动通道的出口位于环的外边缘处。环形气锁间隙位于流体流动通道的出口处。流体流动通道可以是密封件一侧的油腔与另一侧的空气隔室之间唯一可用的流动路径。当轴以低速旋转或根本不旋转时，流过旋转轴的润滑剂将落入环形气锁间隙的底部和/或落入设置在旋转轴下方的溢流容积中。与前面一样，溢流容积设置在环形气锁间隙的下游，因此也设置在流体流动通道的下游。当轴加速时，离心力推动流体径向向外通过流动通道并在所有径向方向上越过盘的内表面。当旋转速度超过阈值时，更多的流体被向外推动并一直到盘的外边缘，在那里流体将被捕获在形成于凸缘处的环形气锁间隙中。当整个气锁间隙充满润滑剂时，对于任何想要进入流体流动通道的空气，流体流动通道出口被有效地阻断。进入密封件的任何过量的润滑剂将落入溢流容积中，或者直接在流体流动通道的入口处，或者稍后在环形气锁间隙的下游端处被填充气锁间隙的新的流体推出之后。附加地或可选地，径向密封件可包括供应管，用于将润滑流体供应到邻近气锁间隙的释放点。代替依靠离心力将润滑剂输送到环形气锁间隙，供应管可以直接在气锁间隙处释放润滑剂。而且，当使用这种供应管时，轴速度将仍然必须高于阈值速度，以允许离心力将整个环形气锁间隙保持为充满润滑剂。附加的迷宫式密封件可以设置在环形气锁间隙的下游并且在固定部件和旋转部件之间。当轴以较高的速度旋转时，流体仍然可以离开环形气锁间隙的下游端。迷宫式密封件有助于将流体保持在密封件的湿侧，并避免流体进入密封件另一侧的干腔。使用迷宫式密封件，因为它也是无接触类型的密封件，因此可以添加而不损失本专利技术的任何优点。任选地，该环在其表面处包括邻近该环的外边缘的叶片和/或翼片。这样的叶片或翼片可以帮助离心力将润滑剂向外移动到环形空气间隙锁定件中，并且在轴足够快地旋转时将润滑剂保持在那里。通过增加叶片和/或翼片，密封件可以在较低的旋转速度下提供更好的密封。根据本专利技术的密封件可以与风力涡轮机中的旋转轴一起使用，例如在风力涡轮机齿轮箱的输出轴和/或风力涡轮发电机的输入轴处。根据本专利技术的另一个方面，提供使用冷却风扇来冷却具有如上所述的密封件的风力涡轮机传动系部件的方法。通常，紧邻齿轮箱设置的发电机由气流冷却。然而，本专利技术也适用于其它传动系元件被空气冷却的情况。应当注意，冷却系统的主要目的可以是冷却本身不包括上述径向密封件，而是仅靠近该密封件放置的风力涡轮机传动系部件。然而，同样在这种构造中，具有径向密封件的传动系部件将被附近的气流冷却。根据本专利技术的方法包括检查环形气锁间隙是否关闭的步骤，并且只有当环形气锁间隙包含一定量的润滑流体时，才打开冷却风扇。这将确保由冷却风扇引起的增加的气流和压力差不会在环形气锁间隙充满润滑剂并且液体密封完全建立之前发生。检查步骤可以例如包括确定旋转部件的当前旋转速度或者确定在气锁间隙中是否包含所述量的润滑流体。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风力涡轮机传动系部件(22)，该风力涡轮机传动系部件包括具有径向密封件(50)的旋转轴(61)，所述径向密封件(50)包括固定部件和旋转部件，/n所述固定部件包括具有内边缘和外边缘的环(51)，所述内边缘被配置成用于无接触地围绕所述轴(61)，/n所述旋转部件包括盘(52)，所述盘同轴地连接到所述轴(61)以与所述轴一起旋转并且包括凸缘(53)，所述凸缘围绕所述环(51)的所述外边缘卷绕，并且/n所述径向密封件(50)还包括环形气锁间隙(55)，所述环形气锁间隙用于容纳一定量的润滑流体(64)并且由此当所述旋转部件以高于预定阈值速度的旋转速度旋转时封闭所述环形气锁间隙(55)，所述环形气锁间隙(55)由所述凸缘(53)的内表面、所述盘(52)的对置平行表面的外部和所述环(51)的所述外边缘形成。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180412 DK PA2018702191.一种风力涡轮机传动系部件(22)，该风力涡轮机传动系部件包括具有径向密封件(50)的旋转轴(61)，所述径向密封件(50)包括固定部件和旋转部件，
所述固定部件包括具有内边缘和外边缘的环(51)，所述内边缘被配置成用于无接触地围绕所述轴(61)，
所述旋转部件包括盘(52)，所述盘同轴地连接到所述轴(61)以与所述轴一起旋转并且包括凸缘(53)，所述凸缘围绕所述环(51)的所述外边缘卷绕，并且
所述径向密封件(50)还包括环形气锁间隙(55)，所述环形气锁间隙用于容纳一定量的润滑流体(64)并且由此当所述旋转部件以高于预定阈值速度的旋转速度旋转时封闭所述环形气锁间隙(55)，所述环形气锁间隙(55)由所述凸缘(53)的内表面、所述盘(52)的对置平行表面的外部和所述环(51)的所述外边缘形成。


2.根据权利要求1所述的风力涡轮机传动系部件(22)，其中，所述径向密封件(50)进一步包括流体流动通道(54)，所述流体流动通道被设置在所述环(51)与所述盘(52)这二者的对置平行表面之间，所述流体流动通道(54)的入口位于所述环(51)的所述内边缘处，所述流体流动通道(54)的出口位于所述环(51)的所述外边缘处，所述环形气锁间隙(55)位于所述流体流动通道(54)的所述出口处。


3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机传动系部件(22)，其中，所述径向密封件(50)进一步包括供应管(71)，所述供应管用于将所述润滑流体(64)供应到邻近所述环形气锁间隙(55)的释放点(65)。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机传动系部件(22)，其中，所述径向密封件(50)进一步包括溢流容积(56)，所述溢流容积被设置在所述盘(52)的旋转轴线(62)下方并且在所述环形气锁间隙(55)的下...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·克里斯托弗森，L·朗瓦特·克罗赫，L·斯基夫特，T·P·布斯，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统有限公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK