Prehladzovanie systémov veľkých planétových prevodoviek

Číslo patentu: E 5861

Dátum: 28.05.2004

Autori: Michaud Mark, Summers Edd

Je ešte 22 strany.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

Prehladzovanie systémov veľkých planétovýeh prevodoviekOpis DOTERAJŠÍ STAV TECHNIKY0001 Tento vynález sa týka nového zlepšenćho vstupného planétového stupňa pre veľké prevodovky. Vstupný planétový stupeň uvedený v tomto vynáleze je pre elektrický generátor veterných turbín, ktoré majú Výstupný výkon 500 kW a väčší.0002 Elektrické generátory veterných turbín sú považované za jeden z cenovo najpriaznivejších a kživotnćmu prostrediu najšetrnejších spôsobov vyrábania elektrickej energie. Jednotlivé vetemé turbíny sú vsúčasnej dobe navrhované a stavané na výrobu elektrickej energie väčšej než 5 MW. Kľúčovou zložkou väčšiny veterných turbín sú ich prevodovky, ktoré sú namáhané meniacim sa vysokým zaťažením pri nízkych rýchlostiach, a majú projektovanú životnosť 20 rokov. Čokoľvek, čo poskytne týmto prevodovkám väčšiuživotnosť a výkonnosť, je veľmi žiadané výrobcami a prevádzkovateľmí vetemých turbín.0003 Modemé veľké generátory vetemých turbin (500 kW a väčšie) sú masívne zariadenia obvykle využívajúce systémy veľkých planétových prevodoviek ako vstupný stupeň. Tieto ťažké prevodovky, ktoré sú namontované na vrchole vysokých veží, často umiestnených v odľahlých miestach, napríklad na pohorí alebo v pobrežných vodách, zaznamenávajú prudké kolísania vetemých podmienok a teploty a sú často vystavené koróznernu prostrediu morskej vody a/alebo abrazívnym časticiam. Porucha prevodovky môže vyžadovať demontovanie prevodovky s použitím obrieho zariadenia a jej opravu späť v závode výrobcu, nasledovanú spätnou inštaláciou na odľahlom mieste. Súčasná strata výroby elektrickej energie je tiež sama o sebe nákladnou udalosťou.0004 Výrobcovia pripúšťajú, že odstránenie vrcholových drsností zkontaktných povrchov zubov ozubených kolies pred plnou prevádzkovou činnosťou zvyšuje životnosť prevodovky. Existujú dve zrejmé výhody na odstránenie vrcholových drsností. Po prvé to zníži rozsah kontaktu kov-kov, ktorý vytvára fragmenty mazadla a ktorý je známy tým, že je deštrukčný pre ozubené kolesá a ložiská. Po druhé to zlepšuje materíálový pomer (Rm), čo je miera veľkosti povrchu zubov ozubených kolies dostupného na prenos zaťaženia. Priemysel predpokladal, že akákoľvek technika na odstránenie vrcholových drsností je rovnocenné, kým nenastalo žiadnezjavné metalurgické poškodenie alebo žiadna významná zmena stúpania a geometrie profilu.Napríklad na zníženie vrcholov vrcholových drsností je v leteckom priemysle často používané honovanie ozubených kolies. Pre prevodovky vetemých turbín by honovanie mohlo mať význam, až na to, že je to pre tak veľké ozubené kolesá cenovo neprístupné, pretože väčšina honovacích zariadení je obmedzená na spracovanie ozubených kolies, ktoré majú priemer 12 palcov alebo menej. A tak dnešné ozubené kolesá vetemých turbín majú typicky zabrúsené boky piat zubov a je odporučené, aby boli uvádzané do činnosti spôsobom zábehu, aby saodstránili vrcholové drsnosti z kontaktných povrchov.0005 Niekoľko rokov bolo vyučované, že optimálne prevádzkové prínosy pre ložiská sú dosiahnuté, ked sú oba protiľahlé kontaktné povrchy izotropne prehladené na aritmetickú priemernú drsnosť (Ra) menšiu než asi 0,075 mikrometrov s použitím chemicky urýchleného vibračného hladenia.0006 Podobne ozubené kolesá v prevodoch pri závodných automobiloch, ktoré fimgujú pri vysokých zaťaženiach s vysokými rýchlosťami na rozostupovej kružnici, majú úžitok ztohto spôsobu izotropného prehladenia, s drsnosťou povrchu zubov R, od 0,3 mikrometrov na menej než 0,025 mikrometrov. Takto prehladené ozubené kolesá zaznamenávajú zmenšené kontaktné namáhanie, prevádzkovú teplom, trenie, hluk a vibrácie (viď napríklad EP 1 167 825).0007 Prehladenie umožňuje vznik hydrodynamického mazania (HL) alebo elastohydrodynamického mazania (EHL). HL nastane, keď je dosiahnuté úplné oddelenie protiľahlých zubov ozubených kolies počas chodu súvislým filmom maziva. EHL nastane pri vysoko zaťažených protiľahlých zuboch ozubených kolies -za chodu, keď tvorenie oddeľovacieho fluidného filmu je ovplyvnené elastickou deformáciou kontaktných povrchov. Preto sI-IL alebo EHL nezaznamenávajú prehladené prevody pri závodných automobiloch počas, ich prevádzky pri vysokej rýchlosti a vysokej záťaži skoro žiadny kontakt kov-kov0008 V ostrom kontraste k prevodom pri závodných automobiloch ñmguje vstupný stupeň planétových prevodoviek používaných v priemysle výroby elektrickej energie pomocou vetemých turbín v podstatne iných podmienkach. Pri používaní vetemých turbín zaznamenávajú ozubenć kolesá veľmi vysoké meniace sa zaťaženia pri nízkych rýchlostiach na rozostupovej knižnici, takže je vopred predpokladané skôr medzné mazanie než hydrodynamické (HL) alebo elastohydrodynamickć mazanie (EHL). Medzné mazanie nastáva,ked sú spoluzaberajúce zuby ozubených kolies počas chodu zvlhčcné kvapalinou, avšak hrúbkafilmu maziva je menšia, než združená drsnosť spoluzaberajúcich povrchov. Vrcholovýmidrsnosťami teda môže prenikať film maziva a kontakt kov-kov vytvára kovové úlomky zozubov ozubených kolies. Pri tradične vyrábaných zabrúsených zuboch ozubených kolies vpozemných vetemých turbínach (viď Nonna na návrh a špeciñkáciu prevodoviek pre veternéturbíny, AN ŠI/AGMA/AWEA 6006-A 03) sa po spôsobe zábehu opísanom nižšie predpokladá, že sa dosiahne drsnosť povrchu Ra 0,5-0,7 mikrometrov. Avšak odborníci vodborepripúšťajú, že tradične vyrábané duté kolesá budú mať omnoho vyššiu drsnosť povrchu.Normou AGMA je odporučené, aby táto drsnosť ozubených kolies neprekračovala Ra 1,6 mikrometrov. Drsnosti 0,5 - 0,7 mikrometrov sú považované za dostatočné, aby sa zabránilo najväčšiemu kontaktu kov na kov bokov piat zubov. Tiež sa predpokladalo, že tento stav povrchu bude mať za následok podstatné zadržanie maziva potrebne pri pomaly sa pohybujúcich zuboch ozubených kolies a tým bude dosiahnutý najlepší možný stav mazania. Avšak hlavnou príčinou poruchy prevodoviek vetemých turbín je porucha ložísk. Dokonca so zábehom dosahujúcim vyššie uvedené drsnosti pokračuje kontakt zubov kov na kov na zuboch stupňa planétovej prevodovky a vytvára fragmenty maziva, ktoré postupne prispievajú k rýchlym poruchám ložísk.0009 Na rozdiel od toho, chemicky urýchlene vibračné prehladzovanie na stav Ra 0,3 mikrometrov bolo považované za príliš jemné pre veľké generátory vetemých turbín, pretože boky piat zubov by mali nedostatočné zadržovanie maziva na fungovanie a bola predpokladané porucha zubov. Bolo teda spomé, či by prehladzovanie spoužitím chemicky urýchleného vibračného hladenía vstupného planétového stupňa zvýšilo pracovnú účinnosť prevodovky.Odpoveď by mohlo poskytnúť len dlhé a nákladné praktické testovanie.0010 Odborníci v odbore sa navyše domnievali, že veľké ťažké ozubené kolesá, ktoré tvoria vstupný planétový stupeň veľkých generátorov vetemých turbín, nemôžu byť spracované v zariadení na vibračné hladenie, používanom vpostupe chemicky urýchleného vibračného hladenia. Toto zariadenie na vibračné hladenie je bud vo forme bubna alebo vane. Ozubene kolesá vstupného planćtového stupňa majú typicky 200 kg alebo viac pre generátory s výrobnou kapacitou 500 kW a väčšou. Myslelo sa, že táto hmotnosť ozubeného kolesa je mimobežný rozsah fungovania zariadenia na vibračné hladenie.0011 Hlavne sa myslelo, že veľké duté ozubené prevodové koleso (korunové koleso pri planétovej prevodovke), vážiace od 400 kg do viac než 5 000 kg, by nemohlo byť vo veľkom vibračnom bubne prehladené. Odborník v odbore by predpokladal, že tak masívne ozubenékoleso s jeho relatívne malou plochou priečneho rezu by malo okamžite klesnúť ku dnu bubna,čo poškodí trecie obloženie, ozubené koleso alebo oboje. Okrem toho pri ťažkom ozubenom kolese by malo byť očakávané, že rozbije významné množstvo keramického média používaného v zariadení na vibračné hladenie V dôsledku vysokého tlaku vyvinutćho na médium. Črepy vytvorené rozdrvením keramického média budú mať ostré hroty a hrany. Namiesto vyhladzovania kritických kontaktných povrchov zubov ozubeného kolesa na prehladený stav by sa predpokladalo, že tieto zlomky média tieto povrchy poškodia, čo bude mať za následok zdrsnené, vydlabané a dokonca zúbkované povrchy, zvlášť bližšie pri dne bubna, kde je tlak najväčší. Poškodenie by mohlo byť podstatne zvýšené pri mäkších prekalených (32 - 40 HRC) dutých ozubených prevodových kolies. Očakávaná vysoká miera celkových strát média z rozbitia bude tiež zvyšovať nevítané výrobné náklady, ako ajspôsobovať problém zanesenia a blokovania odtokov spracovávacieho stroja.0012 Navyše pri spracovaní dutého kolesa by malo byť očakávané, že by tu mal byť rozdiel v intenzite tlaku média naprieč stúpaním zubov ozubeného kolesa. Tlak média na zuby ozubeného kolesa bližšie pri dne bubna je väčší, než tlak média blízko hornej časti. V dôsledku toho by bolo Očakávaná, že bude odstráneného viac materiálu zo zubov ozubeného kolesa bližšie dna než bližšie hornej časti. Preto vibračne spracované duté ozubené prevodové koleso môže skončiť mimo rozrnerovej tolerancie. To by mohlo byť čiastočne zmiemené vyňatím ozubeného kolesa v polovici postupu, jeho obrátením, vrátením späť do bubna a pokračovaním v postupe. Avšak malo by byť spomenuté, že obrátenie tak veľkého ozubeného kolesa je časovo náročné a potenciálne nebezpečné. Tiež časť strednej šírky zubov ozubeného kolesa by bola spracovávaná po dvojnásobok doby hladenia, čo by mohlo spôsobiť výslednú zmenu V geometrii zubov. Pri každom z vyššie predpokladaných nedostatkov by malo byť predpokladané, že to učim tento postup prehladzovania pre veľké duté ozubené prevodovékolesá komerčne nepraktickým a nepredvídateľným.0013 Podobné nedostatky by mali byť očakávané pre chemicky urýchlene vibračné hladenie ďalších ozubených kolies, ktoré tvoria vstupný planétový stupeň prevodoviek vetemých turbín. Tieto ozubené kolesá, známe ako planétové alebo centrálne kolesá, sú podobne masívne, každé typicky vážiace viac než 200 kg. Ako by odborníci predpokladali, nemôžu byť spracované v zariadení na vibračné hladenie, či už V bubnoch alebo vaniach. Preto priemysel vetemýchturbín nemohol realizovať výhody tohto postupu prehladzovania pre vstupný planétový stupeň prevodovky.

MPK / Značky

MPK: B23F 19/00, B24B 31/00, F16H 55/06

Značky: prehladzovanie, systémov, prevodoviek, veľkých, planetových

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/31-e5861-prehladzovanie-systemov-velkych-planetovych-prevodoviek.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Prehladzovanie systémov veľkých planétových prevodoviek</a>

Podobne patenty