[發明專利]齒輪組和包括這樣的齒輪組的風力渦輪機及維護方法

有效

• 申請號: 201110170940.1
• 申請日: 2011-06-14
• 公開（公告）號: CN102287333A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: A·J·馬舒;B·G·摩爾;K·古德溫
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F03D9/00
• 分類號: F03D9/00;F03D1/00;F03D11/00;F16H55/17
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;楊楷

技術領域

本公開大體上涉及一種齒輪組，并且更具體而言，涉及一種可用于例如使風力渦輪機的轉子葉片變槳的齒輪組，和包括這樣的齒輪組的風力渦輪機，以及維護風力渦輪機的方法。

背景技術

風力渦輪機作為環境安全并且相對廉價的替代能源已受到越來越多的關注。隨著這種日益增加的關注，已經做出大量努力來開發可靠和高效的風力渦輪機。

風力渦輪機通常包括轉子，該轉子包括中心體(hub)以及安裝到該中心體上的多個葉片。轉子的葉片將風能轉變成驅動發電機的旋轉扭矩或力。轉子通常通過傳動系統(drive?train)聯接到發電機上，該傳動系統通常包括齒輪箱等等。齒輪箱逐步增加轉子原有的低旋轉速度，用于使發電機將旋轉機械能高效地轉變成可輸送到電網的電能。齒輪箱、發電機和其它相關的構件通常被安裝在定位在桁架(truss)或管狀塔架頂部上的殼體或機艙(nacelle)內。

一些風力渦輪機采用變槳驅動單元來改變或調節各葉片的槳距角。槳距角是確定葉片繞其變槳軸線的定向的角度。在這樣的構造中，每個葉片通過變槳軸承附連到中心體上，該變槳軸承通常包括內圈(inner?race)和外圈(outer?race)。更具體而言，外圈通常可松開地(releasably)附連到中心體上，并且內圈是齒圈(ring?gear)，該齒圈通常可松開地附連到相應葉片上，從而使該葉片可相對于其變槳軸線以及中心體旋轉。變槳驅動單元包括與齒圈嚙合的傳動齒輪或小齒輪(pinion)，以及用于驅動該傳動齒輪的馬達。該馬達通常被中心體支撐。

在現有的風力渦輪機中，傳動齒輪比變槳軸承更硬。也就是說，傳動齒輪具有比變槳軸承的齒圈的硬度更高的硬度。因此，齒圈是磨損構件，其首先磨損，并且需要在該齒圈達到其預期操作壽命時被替換。替換齒圈通常需要拆開轉子與傳動系統，并且需要使用相對大的陸基起重機(land-based?crane)或基于船的起重機(vessel-based?crane)來從塔架頂部降下轉子。然后在地面上，將葉片移除并替換相關的變槳軸承。需要相對大的起重機，因為轉子可非常大和重——被設計用以為公共電網提供電力的風力渦輪機可具有直徑為例如30米或更大的轉子。這種方法耗時、相對復雜并且昂貴。

因此，需要提供齒輪組、包括這樣的齒輪組的風力渦輪機以及維護風力渦輪機的方法，其針對上面所指明的問題中的至少一些。

發明內容

如本文所述的那樣，示例性實施例克服了上述一個或多個缺點或本領域中已知的其它缺點。

示例性實施例的一個方面涉及一種齒輪組，其包括：軸承，該軸承包括內圈和外圈，內圈和外圈的其中一個是齒圈，該齒圈包括多個具有第一硬度的第一齒；以及，小齒輪，其可與齒圈嚙合，并且包括多個具有第二硬度的第二齒。第二硬度不大于第一硬度。

示例性實施例的另一方面涉及一種風力渦輪機，其包括：第一構件；第二構件；軸承，該軸承包括內圈和外圈，內圈和外圈的其中一個是齒圈，該齒圈被連接到第一構件和第二構件的其中一個上，該齒圈包括多個具有第一硬度的第一齒，內圈和外圈的其中另一個被連接到第一構件和第二構件的其中另一個上；以及，驅動單元，其相對于第一構件和第二構件的其中另一個固定地布置，該驅動單元包括與齒圈嚙合的傳動齒輪，并且包括多個具有第二硬度的第二齒。第二硬度不大于第一硬度。

示例性實施例的還有一方面涉及一種維護風力渦輪機的方法。該風力渦輪機包括：第一構件；第二構件；軸承，該軸承包括內圈和外圈，內圈和外圈的其中一個是齒圈，該齒圈被連接到第一構件和第二構件的其中一個上并且包括多個具有第一硬度的第一齒，內圈和外圈的其中另一個被連接到第一構件和第二構件的其中另一個上；以及，驅動單元，其相對于第一構件和第二構件的其中另一個固定地布置，該驅動單元包括與齒圈嚙合的傳動齒輪，并且包括多個具有第二硬度的第二齒，第二硬度大于第一硬度。該方法包括：當齒圈的第一齒達到其預期操作壽命的預定百分比時，利用替換傳動齒輪來替換該傳動齒輪，該替換傳動齒輪包括具有第三硬度的第三齒，第三硬度不大于第一硬度。

從下面結合附圖而考慮的詳細描述中，示例性實施例的這些和其它方面和優點將變得顯而易見。然而，應當理解，附圖僅僅是出于圖示的目的而設計，并且不作為對本發明的限制的限定，對于本發明的限制應對所附權利要求進行參考。此外，附圖不一定按照比例繪制，并且除非另外地指明，它們預期僅僅在概念上展示本文所述的結構和過程。此外，可使用任何合適大小、形狀或類型的元件或材料。

附圖說明

在附圖中：