RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 184780 (13) B1 (2 1) Numer zgłoszenia: 323265 (22) Data zgłoszenia: 19.11.1997 (51) IntCl7 F16H 1/22 B63H 3/02 F01D 7/02 (54) Przekładnia zębata dwudrożna (43) Zgłoszenie ogłoszono: 24.05.1999 BUP 11/99 (73) Uprawniony z patentu: Nowosądecka Fabryka Urządzeń Górniczych NOWOMAG Spółka Akcyjna, Nowy Sącz, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.12.2002 WUP 12/02 (72) Twórcy wynalazku: Zdzisław Ząber, Nowy Sącz, PL Marek Brzeziński, Rytro, PL PL 184780 B1 (57) 1. Przekładnia zębata dwudrożna, zwłaszcza do współpracy z m aszyną przepływową na przykład z silnikiem wiatrow ym lub śrubą okrętow ą posiadająca wał wejściowy i wał wyjściowy, ułożyskowane w środkowej strefie jej korpusu, oraz co najmniej dwa wały pośrednie usytuowane przy bocznych ścianach korpusu, a także posiadająca koła zębate osadzone na tych wałach, lub nacięte na nich jako zębniki, w której co najmniej jeden z wałów usytuowanych w środkowej strefie korpusu jest wałem drążonym, a w jego wnętrzu znajduje się współosiowy wał sterujący, będący elementem łańcucha kinem atycznego łączącego mechanizm sterowania pracą maszyny przepływowej, z mechanizmami znajdującymi się wewnątrz wirnika tej maszyny, znamienna tym, że korpus (4) przekładni ma wewnętrzną komorę (5), w której znajduje się odcinek co najmniej wału sterującego (7) z kołem zębatym (9) współdziałającym z mechanizmem sterowania (2 1 ) pracą maszyny przepływowej. Fig. 1
Przekładnia zębata dwudrożna Zastrzeżenia patentowe 1. Przekładnia zębata dwudrożna, zwłaszcza do współpracy z maszyną przepływową na przykład z silnikiem wiatrowym lub śrubą okrętową posiadąjąca wał wejściowy i wał wyjściowy, ułożyskowane w środkowej strefie jej korpusu, oraz co najmniej dwa wały pośrednie usytuowane przy bocznych ścianach korpusu, a także posiadająca koła zębate osadzone na tych wałach, lub nacięte na nich jako zębniki, w której co najmniej jeden z wałów usytuowanych w środkowej strefie korpusu jest wałem drążonym, a w jego wnętrzu znajduje się współosiowy wał sterujący, będący elementem łańcucha kinematycznego łączącego mechanizm sterowania pracą maszyny przepływowej, z mechanizmami znajdującymi się wewnątrz wirnika tej maszyny, znamienna tym, że korpus (4) przekładni ma wewnętrzną komorę (5), w której znajduje się odcinek co najmniej wału sterującego (7) z kołem zębatym (9) współdziałającym z mechanizmem sterowania (21) pracą maszyny przepływowej. 2. Przekładnia według zastrz. 1, znamienna tym, że w wewnętrznej komorze (5) korpusu (4) przekładni usytuowane jest drugie koło zębate (10) osadzone na końcu wału drążonego (1), współdziałające z mechanizmem sterowania (21) pracą maszyny przepływowej. 3. Przekładnia według zastrz. 1, znamienna tym, że w wewnętrznej komorze (5) korpusu (4) przekładni znajduje się drugie koło zębate (27) usytuowane na wale (19) przeciwległym do wału drążonego (1), współdziałające z mechanizmem sterowania pracą maszyny przepływowej. 4. Przekładnia według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienna tym, że wał sterujący (7) ułożyskowany jest we wnętrzu wału drążonego (1). 5. Przekładnia według zastrz. 4, znamienna tym, że wewnętrzna komora (5) korpusu (4) przekładni wyposażona jest w przyłącze (20), korzystnie kołnierzowe, dla mechanizmu sterowania (21) pracą maszyny przepływowej. 6. Przekładnia według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienna tym, że jeden koniec wału sterującego (7a) ułożyskowany jest w korpusie (4) przekładni, w strefie jego wewnętrznej komory (5). 7. Przekładnia według zastrz. 6, znamienna tym, że wewnętrzna komora (5) korpusu (4) przekładni wyposażona jest w przyłącze (20), korzystnie kołnierzowe, dla mechanizmu sterowania (21) pracą maszyny przepływowej. * * * Przedmiotem wynalazku jest przekładnia zębata dwudrożna, przeznaczona zwłaszcza do współpracy z wirnikiem maszyny przepływowej, sterowanym poprzez mechanizmy umieszczone w jego wnętrzu. Przekładnia znajduje zastosowanie w szczególności jako przekładnia główna elektrowni wiatrowej lub okrętowej śruby napędowej. Z książki Ludwika Mullera pod tytułem Przekładnie zębate, projektowanie (WNT, 1996) str. 632, znane są dwu- lub trójstopniowe przekładnie zębate dwudrożne, w których wał wejściowy z zębnikiem współpracuje jednocześnie z dwoma kołami zębatymi, tak iż napęd przenoszony jest równolegle poprzez dwa wały pośrednie usytuowane wzdłuż bocznych ścian przekładni. Wały pośrednie ostatniego stopnia przekładni mają zębniki współpracujące z tym samym kołem zębatym, osadzonym na jej wale wyjściowym. Przekładnie te mają niewielkie gabaryty, uzyskane dzięki symetrycznemu obciążeniu największego koła zębatego, pozwalającemu zmniejszyć wymiary tego koła. Niedogodnością znanych przekładni jest to, iż w przypadkach współpracy z maszyną przepływową, na przykład silnikiem wiatrowym, lub śrubą okrętową utrudnione lub wręcz niemożliwe jest sterowanie tą maszyną poprzez mechanizmy umieszczone we wnętrzu jej wirnika. Znane są również przekładnie nie będące dwu-drożnymi, które mają co najmniej jeden wał drążony i umieszczony w jego wnętrzu inny wał współosiowy z drążonym.
184 780 3 Przekładnia zębata dwudrożna, będąca przedmiotem wynalazku, posiada wał wejściowy i wał wyjściowy, ułożyskowane w środkowej strefie jej korpusu, a także co najmniej dwa wały pośrednie usytuowane przy obydwu bocznych ścianach korpusu. Co najmniej jeden z wałów usytuowanych w środkowej strefie korpusu jest drążony, a w jego wnętrzu jest współosiowy wał sterujący, będący elementem łańcucha kinematycznego łączącego mechanizm sterowania pracą maszyny przepływowej z mechanizmami znajdującymi się wewnątrz wirnika tej maszyny. Istotą wynalazku jest to, iż korpus przekładni ma wewnętrzną komorę, a na usytuowanym w tej komorze odcinku wału sterującego osadzone jest koło zębate korpusu przekładni, które współpracuje z dołączonym do przekładni mechanizmem sterowania pracą maszyny przepływowej. W wewnętrznej komorze korpusu przekładni jest także drugie koło zębate współdziałające z tym mechanizmem. W jednym wariancie wynalazku osadzone jest ono na końcu wału drążonego, a w drugim wariancie wynalazku, osadzone jest lub nacięte na wale przeciwległym do wału drążonego. Wał sterujący i jego koło zębate oraz drugie koło zębate, usytuowane w wewnętrznej komorze korpusu przekładni, są elementami łańcucha kinematycznego łączącego mechanizm sterowania pracą maszyny przepływowej, z mechanizmem znajdującym się wewnątrz wirnika maszyny przepływowej. Wewnętrzna komora korpusu przekładni wyposażona jest w przyłącze dla mechanizmu sterowania pracą maszyny przepływowej. Przyłącze to korzystnie jest kołnierzowe, co ułatwia uzyskanie szczelności wewnętrznej komory korpusu przekładni. Wał drążony oraz umieszczony w nim wał sterujący znajdują się po stronie przekładni współpracującej z wirnikiem maszyny przepływowej. Na wale drążonym jest osadzone koło zębate usytuowane w zewnętrznej komorze korpusu przekładni, z którym współpracują dwa koła zębate wałów pośrednich i ułożonych w tej komorze przy bocznych ścianach korpusu przekładni. Wał sterujący od strony wirnika maszyny przepływowej zakończony jest przyłączem dla współpracy z obrotowym elementem w mechanizmie sterowania wirnikiem maszyny przepływowej, znajdującym się wewnątrz tego wirnika. W jednym z wariantów wynalazku wał sterujący ułożyskowany jest dwustronnie we wnętrzu wału drążonego, w łożyskach tocznych lub ślizgowych. W innych wariantach, jeden koniec wału sterującego ułożyskowany jest, korzystnie w łożysku tocznym, w korpusie przekładni, w strefie jego wewnętrznej komory, natomiast druga strona wału sterującego ułożyskowana jest we wnętrzu wału drążonego, lub osadzona jest we współpracującym z tym wałem elemencie wirnika, korzystając z ułożyskowania tego elementu. Stosowanie wynalazku przynosi korzystne skutki polegające na umożliwieniu sterowania wirnikiem maszyny przepływowej poprzez mechanizmy umieszczone we wnętrzu jej wirnika, przy jednoczesnym zachowaniu zwartej konstrukcji charakterystycznej dla przekładni dwudrożnych. Pozwala to uniknąć stosowania układów hydraulicznych i związanych z tym trudności w uszczelnieniu złączy obrotowych, lub układów elektrycznych, które wymagałyby zabudowy silników do sterowania wewnątrz wirnika maszyny przepływowej. Wewnętrzna komora korpusu przekładni i umieszczenie w niej kół zębatych współpracujących z mechanizmem sterującym pozwala na wymontowanie tego mechanizmu z pozostawieniem zamkniętej głównej przestrzeni przekładni. Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 i 2 przedstawiają przekładnię z kołami zębatymi na wałach sterującym i drążonym, w przekrojach wzdłużnych poziomym i pionowym; fig. 3 przedstawia odmianę ułożyskowania wału sterującego, zaś fig. 4 - przekładnię z kołami na wałach: sterującym i przeciwległym do drążonego. Przekładnia według pierwszego przykładu wykonania jest trójstopniowym multiplikatorem, będącym przekładnią główną elektrowni wiatrowej. Przekładnia ma wejściowy wał drążony 1, z gniazdem wielowypustowym 2 przejmującym napęd od silnika wiatrowego. Wał drążony 1 ułożyskowany jest za pośrednictwem łożysk tocznych 3 w korpusie 4 przekładni, podzielonym na komory: wewnętrzną 5 i zewnętrzną 6. We wnętrzu wału drążonego 1 znajduje się wał sterujący 7, współosiowy z wałem 1 i ułożyskowany w nim za pośrednictwem dwóch łożysk tocznych 8. Na wale sterującym 7 nacięte jest stożkowe koło zębate 9 usytuowane w wewnętrznej komorze 5 korpusu przekładni. Drugie koło zębate 10 również stożkowe, usytuowane w wewnętrznej komorze 5 korpusu 4 przekładni, osadzone jest rozłącznie na wale drążonym 1.
4 184 780 W komorze zewnętrznej 6 korpusu 4 umieszczone są koła zębate i wały przenoszące napęd, równolegle prawą i lewą stroną przekładni. Na wejściowym wale drążonym 1 osadzone jest koło zębate 1 stopnia 11 zazębione z dwoma zębnikami 12 naciętymi na pierwszych wałach pośrednich 13. Na obydwu wałach 13 osadzone są koła zębate II stopnia 14, z którymi współpracują zębniki 15 drugich wałów pośrednich 16. Koła zębate III stopnia 17 zazębione są z dwoma zębnikami 18 naciętymi na wale wyjściowym 19 przekładni, przekazującym napęd do prądnicy elektrowni wiatrowej. Wewnętrzna komora 5 korpusu 4 przekładni ma w górnej swej części przyłącze kołnierzowe 20, na którym zamocowany jest dołączony do przekładni mechanizm sterowania 21 pracą maszyny przepływowej. Mechanizm sterowania 21 posiada zespół kół zębatych 22, które usytuowane są współosiowo i umieszczone w wewnętrznej komorze 5 korpusu przekładni. Stożkowe uzębienia tych kół współpracują z kołem zębatym 9 na wale sterującym 5 oraz kołem zębatym 10 na wale drążonym 1 przekładni. Mechanizm sterowania 21 napędzany jest od wału wirnika 23 silnika wiatrowego, poprzez wał drążony 1 i koło zębate 10 przekładni, a następnie przekazuje napęd przez koło zębate 9 na wał sterujący 7 i końcówkę śruby 24 umieszczonej wewnątrz wirnika silnika wiatrowego. W warunkach pracy ustalonej mechanizm sterowania 21 utrzymuje prędkość obrotową śruby 24 równą prędkości obrotowej wału wirnika 23, co skutkuje niezmiennym kątem natarcia łopat w wirniku silnika wiatrowego. Dla zmiany kąta natarcia łopat, mechanizm sterowania 21 różnicuje prędkość obrotową śruby 24 względem prędkości obrotowej wału wirnika 23 silnika wiatrowego, w wyniku czego śruba 24, poprzez osadzoną na niej nakrętkę i układ dźwigniowy (nie pokazane na rysunku), zmienia kąt natarcia łopat. Przekładnia według drugiego przykładu wykonania różni się od przedstawionej w przykładzie pierwszym, ułożyskowaniem wału sterującego. Przekładnia ma wejściowy wał drążony 1a, z gniazdem wielowypustowym 2 ułożyskowany za pośrednictwem łożysk tocznych 3, w korpusie 4a przekładni. We wnętrzu wału drążonego 1a znajduje się współosiowy z nim wał sterujący 7a, który na swym końcu ułożyskowany jest za pośrednictwem łożyska tocznego 25 w korpusie 4a przekładni, w przeciwległej do wału drążonego 1a ścianie wewnętrznej komory 5 tego korpusu. Druga strona wału sterującego 7a ułożyskowana jest za pośrednictwem łożyska tocznego 8, we wnętrzu wału drążonego. Pozostałe elementy przekładni, szczególnie koła zębate w zewnętrznej komorze jej korpusu są identyczne, jak pierwszym przykładzie. Identyczna jest także współpraca przekładni z mechanizmem sterowania. Przekładnia według trzeciego przykładu wykonania wynalazku również jest trójstopniowym multiplikatorem - przekładnią główną elektrowni wiatrowej. Przekładnia ma wejściowy wał drążony 1b, z gniazdem wielowypustowym 2 przejmującym napęd od silnika wiatrowego. Wał drążony 1b jest ułożyskowany za pomocą łożysk tocznych 3, w korpusie 4 przekładni, podzielonym na komory: wewnętrzną 5 i zewnętrzną 6. We wnętrzu wału drążonego 1b znajduje się wał sterujący 7b, współosiowy z wałem drążonym 1b i ułożyskowany w nim za pośrednictwem dwóch łożysk tocznych 8. Na wale sterującym 7b osadzone jest stożkowe koło zębate 26 usytuowane w wewnętrznej komorze 5 korpusu przekładni. Drugie koło zębate 27 także stożkowe usytuowane w wewnętrznej komorze 5 korpusu 4 przekładni, nacięte jest na końcu wału wyjściowego 19 i znajduje się naprzeciw koła zębatego 26 wału sterującego. Pozostałe elementy przekładni, zwłaszcza koła zębate w zewnętrznej komorze 6 jej korpusu są identyczne, jak w przykładzie pierwszym. Mechanizm sterowania w trzecim przykładzie wykonania wynalazku napędzany jest od wału wirnika silnika wiatrowego poprzez wał drążony 1b, koła zębate usytuowane w zewnętrznej komorze 6 korpusu przekładni, wał wyjściowy 19 i nacięte na nim koło zębate 27. Następnie mechanizm sterowania przekazuje napęd poprzez koło zębate 26 na wał sterujący 7b i dalej do elementów mechanizmu sterującego usytuowanego wewnątrz wału wirnika silnika wiatrowego. Zasada współpracy przekładni z mechanizmem sterowania jest identyczna, jak w przykładach poprzednich. Przekładnia według czwartego przykładu wykonania wynalazku (nie narysowanego) różni się od przekładni z przykładu trzeciego usytuowaniem kół zębatych w wewnętrznej komorze korpusu przekładni. Jedno z kół usytuowane jest na wale sterującym, jak w przykładach poprze-
184 780 5 dnich, natomiast drugie koło zębate usytuowane jest na drugim wale pośrednim, po prawej lub lewej stronie wału wyjściowego, przedłużonym do wewnętrznej komory korpusu przekładni. Mechanizm sterowania, współpracujący z tak usytuowanymi kołami zębatymi, wyposażony jest w zespół kół zębatych usytuowanych na dwóch równoległych nie współosiowych wałach, wprowadzonych do wewnętrznej komory korpusu przekładni.
184 780 Fig. 2 Fig. 3
184 780 Fig. 4
184 780 Fig. 1 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.