[發明專利]軸承用脂潤滑風電增速齒輪箱

在審

• 申請號: 201210443613.3
• 申請日: 2012-10-30
• 公開（公告）號: CN103791038A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 吳聲震
• 申請（專利權）人: 吳小杰
• 主分類號: F16H1/28
• 分類號: F16H1/28;F16H57/023;F16H57/029;F03D11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【技術領域】

本發明涉及風電齒輪箱技術領域，一種軸承用脂潤滑風電增速齒輪箱，其新穎性在于箱體內滾動軸承用軸承脂潤滑、齒輪嚙合副用齒輪油強制潤滑。

【背景技術】

齒輪箱是風電機組三大核心技術之一。國內有大公司高管宣稱生產的風電齒輪箱達到衛星級水平，保證20年正常運轉。

但《風電齒輪箱的發展及技術分析》(機械傳動2008.06)指出：國產齒輪箱都運行不足3年而停機大修。

本發明是下述背景技術的創新：

《風電增速齒輪箱》(ZL200620104224.8)

《行星傳動風力發電增速箱》(ZL03237681.2)

(一)國內風電機組中的齒輪箱包括背景技術的問題是停機故障率高：

論文《風力發電機組齒輪箱潤滑油選擇指南》指出：“國內風電機組80％的停機故障是因為齒輪箱問題，齒輪箱出現故障概率分別為：軸承81％，齒輪14％…”

軸承故障率高的原因是什麼？①現代加工中心完全能保證軸承孔的加工精度，因此可排除機加工因素；②設計者慣于選用比計算值高一個等級軸承，因此可排除軸承負荷小于設計因素；③齒輪箱裝配工大多是經驗豐富的高級技師，因此可排除齒輪箱裝配質量因素。

(二)“潤滑不良是引起軸承早期破壞的主要原因”(劉澤九《滾動軸承應用手冊》891頁)

“…軸承早期失效往往不是材質引起的疲勞破壞，而是污染物進入軸承內部后潤滑脂質逐漸變壞，在滾動接觸面上產生壓痕所致?！?《密封深溝球軸承的密封技術》軸承2009.05)

向心球軸承接觸應力σjmax＝5000MPa(р.д.別捷爾曼的《滾動軸承手冊》134頁)為齒輪副σjmax＝1450MPa的3-4倍，因此軸承潤滑脂(油)的清潔度應遠遠高于齒輪的潤滑油。

(1)國內最大型風電齒輪箱企業——南京高速齒輪制造有限公司齒輪專家在發明專利《風力發電機齒輪箱的輸入端》(201110062373.8)申請說明書中明確指出：

現有風力發電機變槳或偏航齒輪箱運轉中產生的鐵屑和雜質隨潤滑油進入軸承中，直接影響齒輪箱使用壽命，…；

(2)朱孝錄《齒輪傳動設計手冊》94頁：在動力齒輪傳動中，輪齒表面由于滑動磨損、腐蝕、過熱等等，因而出現齒面損耗是不可避免的；

(3)《風力發電機組齒輪箱軸承的保養和維護》：“運行人員登機發現濾清器內有2mm2鱗片狀鐵屑和大量金屬粉末；高速軸軸承損壞后齒輪位移，導致行星架齒面嚙合異常而損壞?！?/p>

(4)上海機械學院《機械設計基礎》上103頁：“齒輪傳動裝備使用一段時間后拆下可發現輪齒表面出現磨損痕跡，特別在潤滑較差或潤滑油不純潔的條件下，磨損現象更為明顯，…磨損是由于接觸面之間有作用力和相對滑動造成的?！?/p>

(5)《磁性油塞》(ZL200720131393.5)說明書指出：在工作的過程中，由于相互嚙合的齒輪磨損后往往形成游離鐵粉末，加速金屬接觸面的磨損，……；

(6)《軌道交通車輛齒輪箱上的磁性油塞》(201120068109.0)說明書：齒輪嚙合中產生的游離金屬顆粒不斷被潤滑油帶入齒輪嚙合面，加速了齒輪磨損，直接影響齒輪箱使用壽命，…；

(7)《風電增速箱》(ZL200920112092)說明書采用磁性螺塞來吸附潤滑油中游離金屬粉末；

(8)《傳動機構箱體潤滑油鐵屑磨粒吸附裝置》(ZL200820083625.9)說明書：齒輪在加工過程中難免帶有毛刺，齒輪嚙合副的滑動摩擦會產生鐵屑磨粒，…。

(三)理論上要求軸承用脂潤滑(或不含添加劑礦物油)，齒輪用含添加劑的潤滑油：

(a)劉澤九《滾動軸承應用手冊》893頁：“當高速運轉或高溫下工作的軸承，在無法使用潤滑脂潤滑時或軸承鄰近的另件(如齒輪)用潤滑油潤滑時，軸承才用潤滑油潤滑。”

921頁：“…滾動軸承的潤滑一般用不含添加劑的礦物油”；

(b)朱孝錄《齒輪傳動設計手冊》1087頁：處于邊界潤滑狀態下的齒輪，應使用含極壓抗磨劑(添加劑)的潤滑油。

SH/T0017-1990L-FC一等品軸承油運動粘度為90-100；比齒輪油粘度為288-352小得多。

結論：風電齒輪箱故障率高的根本原因是齒輪箱運轉中產生的鐵屑和雜質隨潤滑油進入軸承中，軸承損壞導致齒輪箱出現故障而停機，即使有過濾器和磁性螺塞。

(四)密封軸承能防止鐵屑和雜質隨潤滑油進入軸承中，確保齒輪箱使用的可靠性。選用密封軸承的理論依據如下：