CN101363407A - 一种风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电机组，主要包括风轮、齿轮箱、主轴刹车盘和发电机，风轮轮毂和齿轮箱行星架主轴直联，主轴刹车盘通过花键或平键与发电机转子轴连接，发电机转子轴将齿轮箱输出轴全部或部分同轴包裹，这样齿轮箱和发电机就形成一个同轴传输链，轴向尺寸短，整体结构紧凑。齿轮箱采用二级行星齿轮式齿轮箱，传动比在1∶15～1∶25之间，采用这种传动形式的齿轮箱，在相同增速比的情况下，能够做到结构更加紧凑。体积更小、重量更轻；齿轮箱输出轴即高速轴额定转速仅有375rpm，这样转速低、噪声小、寿命长。

Description

一种风力发电机组

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组。

背景技术

随着科学技术的发展，风力发电技术逐步成熟，致力于风电技术的科研人员已经研发出更大型、性能更好的风力发电机组并已将其投入生产试运行。目前，风力发电机组常用的机型有双馈式和直驱式两种类型。

双馈式风电机组采用“风轮+主轴及轴承+增速箱+联轴器+发电机”的结构，风轮轮毂通过主轴及轴承与增速箱输入端连接，增速箱的输出端通过联轴器与发电机连接。风轮产生的动力经主轴传到齿轮箱，然后经齿轮箱增速后，再传送到发电机进行发电。这种机组轴向尺寸长，结构分散；增速箱为三级行星齿轮箱，速比一般在1:100左右，齿轮箱转速高，噪声大，故障率高。

直驱式风电机组采用“风轮+发电机”的结构，风轮直接驱动发电机发电。发电机转速很低，极数多，直径很大，1.5MW直驱式发电机直径一般都在5m以上，需要大型加工设备，加工成本高，难度大；庞大的直径导致运输尺寸严重超宽，陆路运输无法顺利通过收费站、隧道和涵洞，给运输带来极大不便，MW级大型风电机组的生产发展受到严重制约。

国外少量采用混合驱动方式的机组，齿轮箱采用一级行星增速，速比在1:10左右，其整体结构受力状况不佳，维修及其不方便，应用比较少。

发明内容

本发明针对上述现有技术中的缺点，提供了一种风力发电机组。

一种风力发电机组，包括风轮、齿轮箱、发电机、主轴刹车盘、机舱底架，所述主刹车盘与所述发电机的转子轴的外端端部连接，所述风轮的轮毂直接连接所述齿轮箱的行星架，所述发电机的转子轴在轴向上将所述齿轮箱的输出轴同轴包裹。

优选地，所述发电机的转子轴在轴向上将所述齿轮箱的输出轴同轴包裹，具体为所述发电机的转子轴在轴向上将所述齿轮箱的输出轴全部同轴包裹，所述齿轮箱的输出轴与所述主轴刹车盘通过键连接。

优选地，所述发电机的转子轴在轴向上将所述齿轮箱的输出轴同轴包裹，具体为所述发电机的转子轴在轴向上将所述齿轮箱的输出轴部分同轴包裹，所述齿轮箱的输出轴与所述发电机的转子轴通过键连接。

优选地，所述发电机与所述齿轮箱采用止口定位。

优选地，所述齿轮箱与所述发电机的相邻端面通过法兰连接。

优选地，所述机舱底架上设置有筒形法兰，所述筒形法兰的一端安装齿轮箱，另一端安装发电机。

优选地，在所述齿轮箱输出轴与所述发电机转子轴之间设有同轴密封管。

优选地，所述机舱底架为前伸式机舱底架。

优选地，所述齿轮箱设有四个支座，所述支座与所述机舱底架通过高强度螺栓连接。

优选地，所述齿轮箱行星架采用主轴承和辅助轴承两个轴承支撑，主轴承为圆锥滚子轴承，辅助轴承为圆柱滚子轴承。

优选地，所述齿轮箱内齿圈与壳体采用分体式结构，二者之间设有定位销。

优选地，所述齿轮箱采用强制式稀油飞溅润滑，且齿轮箱设有高温散热系统和低温加热系统。

优选地，所述齿轮箱内设有油温检测传感器、油压检测传感器和主轴承温度检测传感器，用于检测齿轮箱内的油温、油压和主轴承温度。

本发明提供了一种风力发电机组，包括：风轮、齿轮箱、发电机、主轴刹车盘和机舱底架，风轮的轮毂和齿轮箱的行星架主轴直连，主轴刹车盘与发电机的转子轴的外端端部连接，发电机转子轴将齿轮箱输出轴全部或部分同轴包裹，所述发电机与所述齿轮箱的相邻端面通过法兰连接。这样齿轮箱和发电机就形成一个同轴传输链，轴向尺寸短，整体结构紧凑。

齿轮箱采用二级行星式齿轮箱，传动比在1:15～1:25之间，采用这种传动形式的齿轮箱，在相同增速比的情况下，能够做到结构更加紧凑，体积更小、重量更轻；齿轮箱输出轴即高速轴额定转速低、噪声小、寿命长。所述齿轮箱行星架采用主轴承和辅助轴承两个轴承支撑，主轴承为圆锥滚子轴承，辅助轴承为圆柱滚子轴承，这种结构使得行星架受载情况好，并将风轮载荷直接传递给齿轮箱壳体，避免传动轮系中的齿轮受力。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的风电机组正面视图；

图2为本发明第一实施例提供的风电机组局部放大视图；

图3为本发明第二实施例中发电机转子轴将齿轮箱输出轴部分同轴包裹视图：

图4为本发明第三实施例发电机组示意图；

其中图1-图4中：

风轮1、行星架主轴2、齿轮箱3、发电机4、齿轮箱输出轴5、齿轮箱输出轴5-1、发电机转子轴6、主轴刹车盘7、密封套管8、机舱底架9、塔架10、齿轮支座11、辅助轴承12、主轴承13、套圈14、挡环15、筒形法兰16。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的内容进行详细描述，具体实施方式中的具体语言或顺序仅是解释和示范性的，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

请参看图1，图1为本发明第一个实施例提供的发电机组的正面视图。

如图1所示，该发电机组包括：风轮1、行星架主轴2、齿轮箱3、发电机4、齿轮箱输出轴5、发电机转子轴6、主轴刹车盘7、密封套管8、机舱底架9、塔架10、齿轮箱支座11、辅助轴承12、主轴承13、套圈14、挡环15等。

风轮1包括叶片和轮毂。齿轮箱3为二级行星式齿轮箱，增速比为1:15～1:25之间，齿轮箱采用第一级行星架主轴2为输入轴，第二级太阳齿轮轴为输出轴；齿轮箱内齿圈与壳体采用分体式结构，二者之间设计有定位销；齿轮箱输入端行星架采用主轴承13和辅助轴承12两个轴承支撑，主轴承13选用圆锥滚子轴承，辅助轴承12选用圆柱滚子轴承，主轴承13外端设有套圈14和挡环15。发电机为励磁同步电机。

如图1、图2所示，风轮1的轮毂直接连接第一级行星架主轴2，齿轮箱输出轴5与主轴刹车盘7通过花键或平键连接，主刹车盘7与发电机转子轴6采用花键或平键连接，发电机转子轴6在轴向上将齿轮箱输出轴5全部同轴包裹；在齿轮箱输出轴5与发电机转子轴之间设有同轴密封管8；齿轮箱3与发电机4采用止口定位，齿轮箱3与发电机4相邻端的端面均设计为法兰形端面，安装时两端面扣合，通过螺栓进行固定，两个端面形成法兰连接。齿轮箱3的下部设置有齿轮箱支座11，齿轮箱支座11与机舱底座9通过高强度螺栓连接，机舱底座9为前倾式机舱底座，机舱底座9固定在塔架10上。

风轮1产生的动力传输给齿轮箱第一级行星架主轴2，经二级行星式齿轮箱增速后，由齿轮箱第二级太阳齿轮轴即齿轮箱输出轴5输出，经主轴刹车盘7传输给发电机转子轴6，发电机转子轴6开始旋转。

优选的方案中，所述齿轮箱3采用强制式稀油飞溅润滑，并配有高温散热系统、低温加热系统，使得齿轮始终在最佳的环境下工作，可靠性和寿命大大提高。

优选的方案中，在齿轮箱3内配备油温检测传感器、油压检测传感器和主轴承温度检测传感器，对齿轮箱内的油温、油压和主轴承温度进行快速检测和诊断，如出现故障及时报警。

以下介绍上述实施例的优点。

齿轮箱输出轴5与主轴刹车盘7通过花键或平键连接，主刹车盘7与发电机转子轴6采用花键或平键连接，发电机转子轴6在轴向上将齿轮箱输出轴5全部同轴包裹，齿轮箱3与发电机4采用止口定位，齿轮箱3与发电机4相邻端的端面均设有法兰，两个端面采用法兰连接。这样齿轮箱3和发电机4就形成一个同轴传输链，整体结构紧凑，体积小，重量轻。

在齿轮箱输出轴5与发电机转子轴之间设有同轴密封管8，这种机构使得齿轮箱输出轴5的轴端的动密封件可以设置在发电机的外侧端部，检查、拆换密封件非常容易。

机舱底架设计成前伸式机舱底架，这种机舱底架就可以承受很大的力矩，从而有效减小了齿轮箱的壳体受力。这种结构还可以使得齿轮箱3和发电机4组成的传动链的重心位置距离塔架更近，塔架承受的弯曲力矩更小，齿轮箱两端载荷比较均衡，且载荷可以直接传递到机舱底架，有效减小了齿轮箱壳体与发电机壳体的载荷，受力情况得到改善。

齿轮箱采用二级行星齿轮式齿轮箱箱，传动比在1：15～1：25之间，采用这种传动形式的齿轮箱，在相同增速比的情况下，能够做到结构更加紧凑。体积更小、重量更轻；齿轮箱输出轴5即高速轴额定转速仅有375rpm，这样转速低、噪声小、寿命长。

齿轮箱行星架采用主轴承13和辅助轴承12两个轴承的支撑机构，同时齿轮箱内齿圈与齿轮箱壳体采用分体式结构，齿轮箱内齿圈与齿轮箱壳体之间设计有定位销。这种结构，行星架受载情况好，风轮气动载荷与重量引起的轴向、径向力，经过齿轮箱行星架2、挡环15、主轴承13、套图14、辅助轴承12传递给齿轮箱3壳体，再经齿轮箱支座11将载荷传递给机舱底架9和塔架10，使齿轮箱内的齿轮受力小，运行更平稳，噪声更小。

上述实施例只是本发明的一个优选实施例，应当明确，在满足上述思路的情况下，该实施例可以做出进一步的改进。例如，齿轮箱可以采用多级行星式齿轮箱，行星架主轴为齿轮箱输入轴，最后一级太阳轮轴为齿轮箱输出轴，风轮轮毂与齿轮箱第一级行星架直联，齿轮箱输出轴通过花键与主刹车盘连接，主刹车盘与发电机转子轴采用平键连接；齿轮箱下部支座的个数无限制，可以为四个或六个，只要能保证齿轮箱与机舱底座稳固连接即可；主轴承13和辅助轴承12所选用的轴承并不局限以上所述的两种轴承。

上述实施例是发电机的转子轴在轴向上对齿轮箱的输出轴全部同轴包裹的情况，齿轮箱输出轴与主轴刹车盘通过花键或平键连接。本发明还包括发电机转子轴在轴向上对齿轮箱的输出轴部分同轴包裹的情况，第二实施例对这种情况进行简单介绍。

请参看图3，图3为本发明第二实施例中发电机转子轴将齿轮箱输出轴部分同轴包裹视图。

如图3所示，发电机转子轴6在轴向上将齿轮箱输出轴5-1部分包裹，发电机转子轴6与齿轮箱输出轴5-1通过键连接，发电机转子轴的外端端部与主轴刹车盘7通过键连接。本实施例的其余具体实施过程与第一实施例类似，在此不再做详细介绍。

上述二个实施例中，齿轮箱3和发电机4的相邻端的端面均设计成法兰形端面，两个端面扣合，用螺栓固定，形成法兰连接，第三个实施例对此结构做了改进。

请参看图4，图4为本发明第三实施例提供的风力发电机组的简图。本实施例中风轮1、齿轮箱3和发电机4的结构和连接关系和上述两个实施例类似，在此不再做详细介绍。

如图4所示，在机舱底座上设置筒形法兰16，筒形法兰的一端安装齿轮箱3，另外一端安装发电机4。风轮1的轮毂与第一级行星架主轴2直联，齿轮箱输出轴5与主轴刹车盘7通过花键或平键连接，主刹车盘7与发电机转子轴6采用花键或平键连接，发电机转子轴6将齿轮箱输出轴5全部同轴包裹，在齿轮箱输出轴5与发电机转子轴之间设有同轴密封管8，齿轮箱3与发电机4采用止口定位。当发电机转子轴6将齿轮箱输出轴5-1部分同轴包裹时，主刹车盘7与发电机转子轴6采用花键或平键连接，电机转子轴6与齿轮箱输出轴5-1通过花键或平键。齿轮箱3和发电机4相邻端都安装在筒形法兰上，筒形大法兰能够保证齿轮箱和发电机安装的同轴度。这种机构，风轮气动载荷与重量引起的轴向、径向力直接传递到机舱底架，受力合理，同时保证结构更加紧凑，整体体积小、重量轻。

筒形法兰16与机舱底座9可以设计为一个整体，筒形法兰16还可以与机舱底座9相互独立，筒形法兰通过螺栓固定在机舱底座9上。为了加强筒形法兰的稳固性，在筒形法兰和机舱底座之间设置筋板。

以上所述仅是本发明的优选实施方式的描述，应当指出，由于文字表达的有限性，而在客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种风力发电机组，包括风轮、齿轮箱、发电机、主轴刹车盘、机舱底架，其特征在于，所述主刹车盘与所述发电机的转子轴的外端端部连接，所述风轮的轮毂直接连接所述齿轮箱的行星架，所述发电机的转子轴在轴向上将所述齿轮箱的输出轴同轴包裹。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，所述发电机的转子轴在轴向上将所述齿轮箱的输出轴同轴包裹，具体为所述发电机的转子轴在轴向上将所述齿轮箱的输出轴全部同轴包裹，所述齿轮箱的输出轴与所述主轴刹车盘通过键连接。

3.根据权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，所述发电机的转子轴在轴向上将所述齿轮箱的输出轴同轴包裹，具体为所述发电机的转子轴在轴向上将所述齿轮箱的输出轴部分同轴包裹，所述齿轮箱的输出轴与所述发电机的转子轴通过键连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的风力发电机组，其特征在于，所述发电机与所述齿轮箱采用止口定位。

5.根据权利要求4所述的风力发电机组，其特征在于，所述齿轮箱与所述发电机的相邻端面通过法兰连接。

6.根据权利要求5所述的风力发电机组，其特征在于，所述机舱底架上设置有筒形法兰，所述筒形法兰的一端安装齿轮箱，另一端安装发电机。

7.根据权利要求6所述的风力发电机组，其特征在于，在所述齿轮箱输出轴与所述发电机转子轴之间设有同轴密封管。

8.根据权利要求7所述的风力发电机组，其特征在于，所述机舱底架为前伸式机舱底架。

9.根据权利要求8所述的风力发电机组，其特征在于，所述齿轮箱设有四个支座，所述支座与所述机舱底架通过高强度螺栓连接。

10.根据权利要求9所述的风力发电机组，其特征在于，所述齿轮箱行星架采用主轴承和辅助轴承两个轴承支撑，主轴承为圆锥滚子轴承，辅助轴承为圆柱滚子轴承。

11.根据权利要求10所述的风力发电机组，其特征在于，所述齿轮箱内齿圈与壳体采用分体式结构，二者之间设有定位销。

12.根据权利要求11所述的风力发电机组，其特征在于，所述齿轮箱采用强制式稀油飞溅润滑，且齿轮箱设有高温散热系统和低温加热系统。

13.根据权利要求12所述的风力发电机组，其特征在于，所述齿轮箱内设有油温检测传感器、油压检测传感器和主轴承温度检测传感器，用于检测齿轮箱内的油温、油压和主轴承温度。

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