PT1766266E

PT1766266E - Arranjo numa engrenagem planetária

Info

Publication number: PT1766266E
Application number: PT05850529T
Authority: PT
Inventors: Ari Ryymin; Timo Yrjoenen
Original assignee: Moventas Oy
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2005-07-06
Publication date: 2011-11-25
Also published as: ATE524673T1; FI20045483A0; FI20045483L; ES2372608T3; FI117252B; DK1766266T3; PL1766266T3; US7753817B2; WO2006053940A1; EP1766266B1; EP1766266A4; EP1766266A1; US20070197339A1

Description

DESCRIÇÃO

Arranjo numa engrenagem planetária 0 invento refere-se a um arranjo numa engrenagem planetária compreendendo um veio rotativo ligado a um suporte planetário de rodas planetárias, uma engrenagem interior e uma engrenagem solar, em que as rodas planetárias engatam de forma operacional pelos seus dentes, isto é engrenam, com os dentes de posição fixa localizados mais exteriormente da engrenagem interior e com os dentes localizados centralmente da roda planetária, e de cuja engrenagem solar a força é transmitida ao veio de entrada suportado pela estrutura do patamar seguinte, e em cujo arranjo o suporte de engrenagem planetária permite um desvio linear e / ou angular provocado pela carga relativamente à estrutura, e cuja engrenagem planetária inclui um sistema de óleo de lubrificação para lubrificar as ditas engrenagens da engrenagem planetária. 0 invento refere-se, especificamente, a uma engrenagem planetária de um parque eólico e, ainda, a uma engrenagem planetária de dois patamares e, particularmente, à lubrificação do primeiro patamar.

As publicações de patente F 108959B e EP 104514A2 propõem soluções de engrenagem para turbinas eólicas. Estas publicações não incluem uma descrição mais detalhada do sistema de lubrificação. É bastante comum usar lubrificação por salpico em engrenagens de baixa potência, em que uma caixa fechada contém o nivel de óleo de lubrificação a uma determinada altura, para que o óleo seja levado a todas as engrenagens e chumaceiras por meio de elementos rotativos da máquina. A lubrificação por salpico não é suficiente para engrenagens poderosas, e não é adequada se a engrenagem não puder estar dentro de uma caixa. 1 140 mencionada revela as A patente EP-A-1 045 ___ _________________ ___ características do preâmbulo da reivindicação 1. A publicação EP 274874 mostra um arranjo de lubrificação por salpico. Isto exige uma razoável velocidade de rotação do suporte planetário para provocar o escoamento do óleo por meio da força centrífuga, para o sistema de desvio de óleo do suporte planetário, e ainda para os canais de alimentação de óleo das rodas planetárias. Com a turbina eólica, a velocidade de rotação é tão baixa que esta solução não é aplicável. A publicação US 6,602,158 mostra uma engrenagem planetária proporcionada com um sistema especial de alimentação de óleo de lubrificação. Nesta solução, o óleo de lubrificação é transportado através de um veio oco e forçado radialmente, por meio da caixa, para o canal de extremidade do suporte planetário, e ainda para os veios ocos das rodas planetárias. Destes, o óleo é distribuído para os rolamentos de agulhas. Este tipo de arranjo exige uma estrutura fechada, que nem sempre é exequível. Para além disso, pode ser reservado um canal central oco para outro uso, como é o caso da turbina eólica, em que o canal central é proporcionado com uma barra para controlar o ângulo da pá do conjunto de pás.

As publicações WO 03/078870 e EP 1431575 revelam soluções de engrenagem para turbinas eólicas, em que o óleo de lubrificação é conduzido para a engrenagem planetária através de elementos que permitem a rotação. Estas soluções, no entanto, não compreendem um acoplamento de acordo com a publicação F1 108959B, que permitira um ligeiro desvio angular ou linear entre a engrenagem e a estrutura. As soluções de alimentação de óleo de lubrificação propostas não têm uma construção adequada no caso de desvios angulares ou radiais. 2

Em engrenagens planetárias poderosas, a lubrificação por salpico não é suficientemente eficiente, mas o óleo de lubrificação tem de ser fornecido por meio de lubrificação sob pressão. Com elevadas cargas, tal como na aplicação da turbina eólica, a estrutura de suporte dobrará, provocando desvios angulares e / ou lineares no veio de saida, isto é, a engrenagem solar, assim como no suporte planetário. 0 objectivo deste invento consiste em proporcionar uma aplicação vantajosa numa engrenagem planetária que elimine os problemas acima mencionados, e proporcione uma lubrificação útil para engrenagens e chumaceiras de rodas planetárias numa engrenagem planetária. As caracteristicas do invento estão demonstradas na reivindicação 1. Uma ligação permitindo a rotação e o desvio angular / radial proporciona uma alimentação de óleo de lubrificação eficiente.

Numa forma de realização, as juntas anelares rotativas deslizam contra juntas anelares fixas formando assim, aos pares, uma ranhura anelar entre estas, e uma unidade de alimentação de óleo está disposta nesta ranhura anelar. Os elementos de ligação, a unidade de alimentação fixa e a ranhura anelar rotativa podem ser naturalmente trocados entre si.

Numa forma de realização, um par de juntas anelares é suportado por molas permitindo, assim, um desvio angular e / ou linear assinalável.

Outras formas de realização e vantagens do invento estão descritas abaixo em ligação com exemplo do pedido. 0 invento está descrito abaixo fazendo referência aos desenhos anexos, em que: a figura 1 ilustra uma engrenagem planetária de dois patamares de uma turbina eólica 3 a figura 2 ilustra uma ligação de alimentação de óleo de lubrificação que permite a rotação a figura 3 é uma vista explodida de componentes de estanqueidade da construção da figura 2 a figura 4 é uma vista em corte do detalhe III-III da figura 2 as figuras 5 a 7 ilustram, em detalhe, uma construção de acordo com outra forma de realização da ligação que permite a rotação as figuras 8-10 mostram, em detalhe, uma construção de acordo com uma terceira forma de realização da ligação que permite a rotação

As figuras 1-2 ilustram uma engrenagem planetária de dois patamares 10, 30 de um parque eólico. Um conjunto de pás, identificado esquematicamente por B, está fixo ao veio de entrada 11 da engrenagem planetária do primeiro patamar 10 e um gerador (não ilustrado) está ligado ao veio de saída 34 do segundo patamar 30. Um canal oco 39 estende-se do gerador até ao veio 11 e os ângulos das pás do conjunto de pás B são ajustadas através dele. Neste caso, este canal oco não pode ser usado livremente no sistema de óleo de lubrificação.

As engrenagens planetárias 10, 30 compreendem uma estrutura comum 8 que, devido às elevadas cargas do primeiro patamar, é ligeiramente resiliente, provocando um desvio angular e / ou linear entre os patamares. Esta engrenagem é uma engrenagem potente, aqui de 3 MW, de um parque eólico. O veio de entrada 11 da engrenagem planetária 10 está apoiado na estrutura 8 com rolamentos Dl e está directamente ligado ao suporte planetário 13. Este suporta ainda as rodas planetárias 14a que engrenam com os seus dentes 14', isto é, 4 engatam de forma operacional com os dentes 15' da engrenagem interior e, simultaneamente, com os dentes 16' da engrenagem solar 16. A engrenagem interior 15' está ligada à estrutura através de um processo conhecido. A engrenagem solar 16 é suportada por rolamentos D2 do suporte planetário 13 e, mais precisamente, na extremidade do conjunto de pás B. Devido aos desvios angular e outros, a força sai através do acoplamento 32, que está ligado aos segundos dentes 16" da engrenagem solar 16 através dos seus primeiros dentes 32' e, correspondentemente, aos dentes 33' do veio de entrada 33 do patamar seguinte 30 através dos seus segundos dentes 32". A engrenagem planetária 30 do segundo patamar, e o seu suporte na estrutura 8 são convencionais, e não têm importância especifica para o invento.

Assim, o dito patamar seguinte, ou o segundo patamar, podem ser um simples veio, isto é, o acoplamento que permite uma diferença angular pode estar directamente ligado a um gerador ou semelhante. É essencial para este invento que exista um sistema de óleo de lubrificação, no qual o óleo de lubrificação é alimentado a partir de uma tubagem fixa 35 através de uma ligação de tubo, mais tarde apenas "ligação" 20, permitindo a rotação com o suporte planetário 13, que é proporcionado com canais para encaminhar o óleo de lubrificação para os pontos desejados, aqui para os rolamentos D3 das rodas planetárias 14a e para a engrenagem (dentes 14' e 16') entre estas e a engrenagem solar 16. Para os rolamentos D3, o óleo de lubrificação é encaminhado a partir do suporte planetário 13 para o rolamento radial 17, que tem um canal 17.1 para este efeito. Nestes canais de distribuição interiores da construção, são aplicadas técnicas bastante convencionais. É essencial para 5 o invento que o óleo de lubrificação seja fornecido a um elemento rotativo e com alteração de posição, aqui o suporte da roda planetária.

Para lubrificar a engrenagem entre a engrenagem interior 15 e as rodas planetárias 14a, o sistema inclui tubagens 36, que podem ser usadas para pulverizar óleo de lubrificação nos dentes 15'.

As figuras 2 e 3 incluem uma ilustração detalhada da ligação 20 que permite a rotação. A figura 2 é uma vista em corte transversal mais detalhada da ligação anelar na unidade de alimentação, e a figura 3 é uma vista explodida dos principais componentes. A ligação 20 compreende o primeiro elemento de ligação 21 montado de forma fixa na estrutura e a elemento de ligação rotativo 22 fixo ao suporte planetário. O primeiro elemento de ligação fixo 21 é proporcionado com um componente de estrutura cilíndrico 26 com unidades de ligação 27.1 à tubagem 35, e um componente de ligação cilíndrico 40. As juntas anelares 29.1 e 29.2 estão dispostas contra as superfícies interior e exterior deste componente de ligação 40, e estas juntas anelares são proporcionadas com juntas anelares 52 e 54. As juntas anelares 29.1 e 29.2 podem deslocar-se ligeiramente com a carga, uma vez que estão fixas de forma solta com pernos 42 e 44, e estão sob a acção de molas 46 do componente de estrutura 26 contra outro conjunto de juntas anelares 28.1, 28.2.

As juntas anelares 29.1 e 29.2 têm uma contra-superficie 29' e, correspondentemente, as juntas anelares 28.1 e 28.2 têm uma superfície deslizante 28' que é proporcionada, com vantagem, com uma ranhura para um anel vedante flexível. As juntas anelares 28.1 e 28.2 estão montadas de forma fixa com pernos 48 no suporte planetário 13, que tem ainda uma ranhura 6 cilíndrica com abertura lateral 25. 0 componente de ligação cilíndrica 40 está ajustado de forma solta na ranhura 25, que roda assim. A abertura da câmara da ranhura 25 é confinada pelas segundas juntas anelares 28.1, 28.2, as primeiras juntas anelares 29.1 e 29.2 e o componente de ligação cilíndrica 40. O óleo de lubrificação é encaminhado para este tipo de câmara através da unidade 27 e removido através do canal 13.1, o óleo é também removido de forma controlável através das superfícies deslizantes 28' e 29' para a sua lubrificação. A força da mola 46 está adaptada para corresponder a uma pressão de aproximadamente 1 bar, em cujo caso é possível conseguir-se uma fuga suficiente para lubrificar as superfícies deslizantes com uma pressão adequada do óleo de lubrificação. Nas aplicações de parques eólicos, a velocidade é tão baixa que o calor devido ao atrito não tem significado.

Este tipo de ligação 20 suportada por mola pode adaptar-se, quer para desvios angulares quer lineares entre a estrutura 8 e o suporte planetário 13. O desenho explodido da figura 3 ilustra o modelo 2 + 2 da construção de vedação, isto é dois pares de anéis vedantes (28.1, 28.2 e 29.1, 29.2) estão fixos. O componente de estrutura cilíndrico 26, as primeiras juntas vedantes 29.1 e 29.2 e as segundas juntas vedantes 28.1, 28.2 estão desenhadas afastadas no desenho (modelo 2 + 2) . Também as molas 46 e os pinos guia 44 estão separados no desenho. A figura 4 ilustra a tubagem de óleo de lubrificação na sua globalidade. Uma tubagem fixa dobrada de forma circular 35, está fixa a uma unidade de alimentação de óleo de lubrificação pressurizado 37. A tubagem 35 tem uma ligação para as unidades de alimentação 27 distribuídas na circunferência 27 no componente de ligação fixa 40. Esta está envolvida pelas juntas 7 vedantes 29.1 e 29.2, dentro e fora. As juntas anelares 29.1 e 29.2 podem deslizar contra a superfície interior e exterior do componente de ligação cilíndrica 40, assim como contra as juntas anelares rotativas localizadas de forma oposta 28.1 e 28.2, que estão ilustradas na figura 2.

As figuras 5-7 ilustram uma modificação simplificada da construção de ligação de tubo que permite a rotação. As figuras 5 e 6 ilustram axonometricamente os componentes principais da ligação em ambos os lados, e a figura 7 ilustra uma projecção direita correspondente. Partes funcionais semelhantes são referidas como tendo os mesmos números de referência referidos acima. A construção é agora do tipo 2+1, uma vez que o número de juntas anelares 29.1, 29.2 suportadas por mola e não rotativos é de dois, mas estes são contrariados por uma segunda junta anelar contínua 28. Aqui a parte cilíndrica 40 do componente de estrutura 26 é mais curta, mas pode deslizar o suficiente contra as superfícies cilíndricas das juntas anelares 29.1, 29.2, do mesmo modo que na forma de realização anterior. A unidade 27 na parte cilíndrica 40 encaminha o óleo de lubrificação para a ranhura 28.3 do segundo vedante anelar 28, de onde pode fluir para a segunda unidade 28.3, e ainda para a ranhura cilíndrica 25 do suporte planetário 13, ou para um canal semelhante (ver figura 2). As superfícies deslizantes 28' em ambos os lados da ranhura de transferência de óleo de lubrificação 28.3 são proporcionados com uma vedação flexível na ranhura.

As figuras 8-10 ilustram ainda uma modificação mais simplificada da construção de ligação de tubo que permite a rotação. As figuras 8 e 9 ilustram axonometricamente componentes principais desta ligação em ambos os lados, e a figura 10 ilustra uma projecção direita correspondente. Partes 8 funcionais semelhantes são referidas como tendo os mesmos números de referência referidos acima. A construção é agora do tipo 1 + 1, uma vez que aqui só está disposta um anel vedante 29 não rotativo e suportado por mola, contrariado por um segundo anel vedante 28. Este componente de estrutura 26 é proporcionado com unidades de tubo 27.0 alinhados com as unidades 29.0 do primeiro anel vedante 29, cada unidade sendo agora constituída por uma abertura. 0 segundo anel vedante 28, incluindo a ranhura 28.3, é semelhante aos anteriores nas figuras 5-7.

Numa determinada engrenagem de turbina eólica de 3 MW do tipo 1 + 1 foi proporcionado um desvio radial de 1,3 mm numa distância de 2,4 m (defeito do ângulo dos eixos de 0,031') . A construção permitiu uma tolerância de ± 15 mm na direcção radial e de ± 5 mm na direcção axial.

Com base na descrição acima, quem tem competência na técnica deve entender que o modelo de ligação que permite a rotação pode ser modificado de várias formas dentro do âmbito do invento. Para além dos tipos de modelo 2+2, 2+lel+l, o tipo 1 + 2 pode ser facilmente formado. O lado com e sem molas pode também ser naturalmente trocado entre si.

Lisboa, 10 de Novembro de 2011. 9

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Arranjo numa engrenagem planetária (10) que compreende um veio rotativo (11) ligado a um suporte planetário (13) de rodas planetárias (14a), uma roda dentada interior (15) e uma engrenagem solar (16), em que as rodas planetárias (14a) engatam de forma operacional pelos seus dentes (14'), isto é, engrenam, com os dentes (15') da posição fixa localizados mais exteriormente da roda dentada interior (15) e com os dentes (16') localizados centralmente da engrenagem solar (16), e de cuja engrenagem solar (16) a força é transmitida ao veio de entrada (33) suportado pela estrutura (8) do patamar seguinte (30), e em cujo arranjo o suporte da engrenagem planetária (10) lhe permite um desvio linear e / ou angular provocado pela carga em relação à estrutura (8), e cuja engrenagem planetária (10) compreende um sistema de óleo de lubrificação para lubrificar as ditas engrenagens da engrenagem planetária, caracterizado por o sistema de lubrificação ser um sistema de lubrificação sob pressão e compreender uma ligação (20) que permite a alimentação de óleo de um tubagem fixa (35) através de um tubo, assim como a rotação entre a estrutura (8) e o suporte planetário (13), estes compreendendo os primeiros elementos de ligação (21) relacionados com a estrutura (8) e os segundos elementos de ligação opostos (22) relacionados com o suporte planetário (13), em que a ligação de tubo (20) está disposta para receber pequenos desvios angulares e/ou radiais, e por a ligação de tubo (20) compreender uma ranhura central anelar (25) num elemento de ligação (22) e uma unidade de alimentação (27) disposta contra ela no elemento de ligação oposto (21) assim como meios de estanqueidade anelares 1 (28.1, 28.2, 29.1, 29.2) dos dois lados da ranhura anelar (25) .
2. Arranjo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a ranhura anelar rotativa (25) estar fixa ao elemento de ligação (22) do suporte planetário (13) e a unidade de alimentaçao (27) fixa ao elemento de ligação (21) da estrutura (8).
3. Arranjo de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado por a unidade de alimentação (27) do elemento de ligação (21) ser envolvida pelas primeiras juntas anelares (29.1, 29.2) de forma coaxial no interior e no exterior desta e a ranhura anelar (25) estar limitada pelas segundas juntas anelares (28.1, 28.2) de forma coaxial no interior e no exterior desta, e em que as primeira e segunda juntas anelares interior (28.1, 29.1) e, de forma correspondente, as primeira e segunda juntas anelares exteriores (28.2, 29.2) estão dispostas aos pares para deslizar uma contra a outra.
4. Arranjo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por um conjunto de juntas anelares (29.1, 29.2) ser suportado pelos elementos de mola (46) para permitir um desvio angular e/ou linear entre os elementos de ligação (21, 22).
5. Arranjo de acordo com as reivindicações 3 ou 4, caracterizado por as primeiras juntas anelares (29.1, 29.2) serem constituídas por duas juntas anelares separadas, para que a unidade de alimentação (27) seja formada no componente cilíndrico (40) entre estes. 2
6. Arranjo de acordo com as reivindicações 3 ou 4, caracterizado por as primeiras juntas anelares serem formadas no mesmo componente através do qual se coloca pelo menos um tubo formado pela unidade de alimentação.
7. Arranjo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes 1 a 6, caracterizado por o arranjo compreender uma engrenagem planetária de dois patamares, em que a engrenagem planetária (10) do primeiro patamar é suportada na dita forma flexível, e por um acoplamento (32) permitindo uma diferença angular ser ligada à engrenagem solar para transmitir a força ao segundo patamar (30).
8. Arranjo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes 1 a 7, caracterizado por o arranjo compreender uma engrenagem planetária para um parque eólico, em que o suporte planetário está ligado directamente ao veio do conjunto de pá do parque eólico. Lisboa, 10 de Novembro de 2011. 3