CN101198790B - 风力涡轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种风力涡轮机，其包括一转子轴(11)、一具有至少一级行星齿轮的增益齿轮箱(3)和一位于一个框架(1)内的发电机。该创新的涡轮机还包括一个第一管形壳体(13)，其固定连接于框体(1)并容纳转子轴(11)。根据本发明，转子轴的一端与转子轮毂固定连接，而另一端固定连接于增益齿轮箱单元的行星齿轮架(21)。上述第一壳体包括一个用于支承转子轴(11)的轴承(15)。本发明还包括一个第二壳体(17)，其装配有用以支承行星支架(21)的轴承(19)，所述第二壳体的一端固定连接于增益齿轮箱单元(3)的第一行星级的冠齿轮，其另一端固定连接于第一壳体(13)及框架(1)的结构。

Description

风力涡轮机
技术领域
本发明涉及风力发电涡轮机，尤其涉及到在转子和增益齿轮箱单元之间的连接结构。
背景技术
风力发电机的发展取决于它们产生的能量，这也意味着组成它们的部件需要大型化，以适用于更大的外部负荷，由此使它们的使用寿命减少，同时成本显著上升。
最易受影响的部件之一是动力齿轮系，其包括增益齿轮箱单元、高速轴、特别还包括用于将转子与增益齿轮箱单元连接的低速轴。
我们将对现有技术中已知的将风力发电机的转子与动力齿轮系部件相连接的几种部件进行评论。
理论上，在J.L.Rodríguez Amedo、J.C.Burgos Díaz和S.AmalteGómez(Ed.Rueda S.L.，Madrid 2003)所著的“发电风力系统”(Sistemas Eólicosde Energía Eléctrica)中，提及了三种位于转子轴和增益齿轮箱单元之间的连接装置。
-一种是将转子轴支承于两个轴承之上，该两轴承彼此分离并装配于吊舱基座上，使得所有不期望的力被传递到塔架，而增益齿轮箱单元只承受由转子叶片传递的转矩。在这样的配置中，一般在转子轴和增益齿轮单元之间设置一个弹性盘以吸收其间的轻微的未对准。
-再一种是只将转子轴支承于一个与吊舱基座一体的轴承之上，另一支撑点支撑在与增益齿轮箱单元一体的轴承上，在转子轴和增益齿轮单元之间设置一个弹性盘。这样，传递到塔架的负载由于两个轴承之间的距离能被最小化而减小。但是，在这两种结构中，转子轴承受很大的弯矩，这就意味着动力齿轮系部件设计为具有很高的强度，甚至需要在增益齿轮箱中设置转臂以吸收传递负载。
-第三种是法兰的方式，通过一法兰将转子轴连接到与塔架相连接的固定支承上，其目的是吸收由转子传递的弯矩。
在下面所示的专利中也记载了一些位于转子轴和增益齿轮箱单元之间的连接部件。
专利申请WO9611338记载了(根据其附图1和2)在已知涡轮机中使用的连接部件。根据图1，转子轴放置在直接由吊舱支承的两个轴承之上，同时还放置在一第三轴承上，该第三轴承置于增益齿轮箱单元中。根据图2，转子轴放置在直接由吊舱支承的两个轴承之上，这意味着，不期望的力传递到增益齿轮箱单元上的很大。
专利申请WO02079644记载了一种增益齿轮箱单元直接连接于轮毂的涡轮，通过这种连接方式，在没有转轴的情况下也可运行。
专利申请WO03031811记载了一种连接机构，其中转子轴通过两个轴承的方式支承于风力发电机的吊舱上。
专利申请WO04046582类似于WO02079644，记载了一种增益齿轮箱单元直接连接于轮毂的涡轮，通过这种连接方式，在没有转轴的情况下即可运行，将叶片产生的力和转矩通过在增益齿轮箱单元之上设置的轴承传递到吊舱。
上述系统均不能令人满意地解决工业上所需的大动力风力涡轮机的所存在的问题。本发明试图满足这些要求。
发明内容
本发明提出一种典型的由转子叶片所驱动的风力涡轮机，其包括一转子轴，具有至少一级行星齿轮的增益齿轮箱单元和一发电机，转子轴安装在两个相互分开的轴承支承上，其中之一整体地成形于增益齿轮箱单元内，其特征在于：
a)转子轴的一侧与轮毂相连，另一侧与行星齿轮架相连接，增益齿轮箱单元的行星齿轮放置于行星齿轮架中；
b)包括一个管状的第一壳体，该管状的第一壳体固接于吊舱并且保持转子轴于其中，在一个邻近轮毂的位置包括一个支承转子轴的轴承；
c)包括一第二壳体，其包括行星齿轮架的支承轴承于其中，该第二壳体的一侧固定于增益齿轮箱单元的齿圈，另一侧与第一壳体以及吊舱相固定。
在该结构中，转子轴和增益齿轮箱单元之间的连接配置为由一个固定部和可移动部组成，固定部由上述提到的两个固定于吊舱的壳体构成，可移动部由转子轴和行星齿轮架构成，其用于将转子产生的转矩传递到其余的可移动部件。
本发明的其他特征和优点将通过下面详细说明和附图进行描述。
附图说明
附图1示出了本发明的一种将转子轴与增益齿轮箱单元相连的可能的结构的横截面图。
具体实施例
图1示出了连接部件的核心部件：转子轴11、带有轴承15的第一壳体13、带有轴承19的第二壳体17和行星齿轮架21。
转子轴11通过固定部件33的一侧连接于轮毂(未示出)，形成为连接部件的可移动部。
第一壳体13的一侧通过固定部件35整体地连接于吊舱1，另一侧通过固定部件37连接于第二壳体17，形成为连接部件的固定部。依次地，第二壳体17的另一侧通过固定部件39与增益齿轮箱单元3的齿圈相连接。第二壳体17通过位于其肋部5内(不代表真实大小)的铰钉连接于吊舱1。
转子轴11支承于轴承15之上，而行星齿轮架支承于轴承19之上。
连接部件的固定部和可移动部作为一个单个的整体部件运作。转子轴11支承于位于第一壳体13内的轴承15之上并与行星齿轮架21固定连接， 行星齿轮架21支承于位于第二壳体17内的轴承19之上。该固定部锚定于吊舱1，可移动部传递转子叶片产生的转矩。如果转子轴不与行星齿轮架21固定连接，转子轴就无法运转，如果行星齿轮架不与转子轴11相连接，行星架也无法驱动增益齿轮箱单元3的行星齿轮。轴承15在固定部件的水平上装配于连接部件固定部的第一壳体13之上。
轴承19与连接部件固定部的第二壳体17配合。同时，第二壳体17通过固定部件37与第一壳体13相连接。
轴承15和轴承19被连接部件的可移动部和增益齿轮箱单元3的可移动部件同时使用，从而避免了现有的解决办法中由主轴和行星齿轮架组成的机构中的轴承造成的冗余，在那种方案中包括两个用于转子的轴承和另外一个用于增益齿轮箱单元的行星齿轮架的轴承，还避免了超静定系统。这样，轴承的设计特征在于，两个轴承15，19中之一必须有有限的轴向位移，此通过设置X型圆锥轴承以承受装置受到的弯矩和轴向推力来实现，而另一轴承15或19则在轴向上自由。
轴承的润滑以一个通过管路7连接于增益齿轮箱单元的油箱的方式完成。
作为专家将会了解到，不同的连接部件的长度根据作用于转子轴上预期的弯矩、法向力和切向力来计算。
在这样的结构中，转子轴11的尺寸得以减小，再加上与行星齿轮架21直接相连，所以我们可以获得一种可以吸收来自转子叶片的振动的均衡结构。通过这种方式能够获得一种这样的连接，其可以利用转子叶片产生的转矩，而且将剩余的损害力和振动散失掉，因为轴承15和19直接连接于吊舱和风力涡轮机的塔架。通过这种方式保护了增益齿轮箱单元3，使其不受转子叶片传递带来的损害，也减小了涡轮机其他部件受损的风险；也即在不需要增加用于现有技术中的如弹性盘或转臂这样附加部件的情况下，允许所有它的部件具有较好的尺寸和较长的使用寿命。
在上述我们描述的实施例中，可以在后附的权利要求范围内作出修改。

Claims (5)

1.由带有至少两个转子叶片的转子驱动的风力涡轮机，其包括转子轴(11)、具有至少一级行星齿轮的增益齿轮箱单元(3)和位于吊舱(1)内的发电机，转子轴(11)安装在两个相互分开的轴承支承上，其中之一整体地成形于增益齿轮箱单元(3)内，其特征在于：
a)转子轴(11)的一侧与轮毂相连，另一侧与增益齿轮箱单元的行星齿轮架(21)相连接；
b)其包括一个管状的第一壳体(13)，该管状的第一壳体固接于吊舱(1)并且保持转子轴(11)于其中，在一个邻近轮毂的位置包括一个支承转子轴(11)的轴承(15)；
c)包括一个第二壳体(17)，其内设置用于支承行星齿轮架(21)的轴承(19)，该第二壳体的一侧固定于增益齿轮箱单元(3)的第一级行星齿轮的齿圈，另一侧固定于第一壳体(13)以及吊舱(1)。
2.如权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于：支承转子轴(11)的轴承(15)在将第一壳体)与吊舱(1)连接起来的固定部件(35)的高度上装配于第一壳体(13)。
3.如权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于：支承行星齿轮架(21)的轴承(19)装在第二壳体(17)上，与将第一壳体(13)与第二壳体连接起来的固定部件(37)相邻。
4.如权利要求2或3所述的风力涡轮机，其特征在于：支承转子轴(11)或行星齿轮架(21)的轴承(15，19)之一配置为能够轴向自由移动，另一个通过设置X型圆锥轴承来具有有限的轴向移动。
5.如权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于：其还包括一个位于增益齿轮箱单元(3)和第一壳体(13)之间的连接管(7)，以分配润滑。
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