CN101476545A - 一种风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力发电机组，该机组由主轴、齿轮箱和发电机等其它结构件构成。其特征在于，齿轮箱为两级NGW串联的行星齿轮箱，主轴在齿轮箱外。本发明的齿轮箱为两级行星结构，无故障率很高的第三级，机组的可利用率高；发电机的体积小、重量轻，工艺性好，并且发电机可以在最佳的转速范围下运行，损失小效率高；整个传动系安全可靠，尺寸小，易于运输。

Description

一种风力发电机组

所属领域

本发明涉及一种风力发电机组。

技术背景

传统风力发电机组均使用增速装置，该增速装置通常是一级行星齿轮传动加两级平行轴齿轮传动或两级行星齿轮传动加一级平行轴齿轮传动。这种增速装置可以显著提高发电机转速，使发电机尺寸和重量都很小，整个机组的尺寸和重量较经济，并且容易运输。但是增速装置中的高速级齿轮及轴承由于应力循环次数多，并且还要承受由于齿轮箱输出和发电机输入不同心而引起的附加弯矩，往往成为过早失效的部位。所以，使用三级齿轮增速装置的机组在机组寿命期内可能需要更换齿轮箱3次或更多次，这不但增加了运行和维护成本，而且降低了机组的可利用率。

与三级齿轮增速不同，直驱是另一种风力发电机组，其传动系无齿轮传动，叶轮直接驱动发电机，传动系的结构简单且可靠，基本无需维护。但直驱机组的发电机转速低，在相同容量下，发电机及其整机的尺寸和重量都比带增速装置的机组大，机组的制造和运输成本很高，使其在大容量机组上的应用失去经济性。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种容量大于兆瓦的风力发电机组，以解决直驱机组尺寸和重量过大，传统机组可靠性不足的问题。

本发明所提供的风力发电机组由主轴、齿轮箱和发电机等其它结构件构成。

本发明中的主轴经主轴承支撑可旋转的安装在底座前部，并且主轴的前端留有与轮毂联接的法兰，后端与2级行星齿轮箱的输入端连接。用于支撑主轴的主轴承是一个轴承或者是一对轴承。用于安装主轴承的轴承座刚性的安装在底座上，该轴承座是一个轴承座或者是两个轴承座。

本发明中的主轴在所述齿轮箱外，叶轮额定转速12～20rpm。齿轮箱的结构为两级NGW型串联的形式，增速比范围15～50，最优增速比范围20～35。轮齿是直齿或者是斜齿或者是人字齿。该齿轮箱两侧安装了用于缓冲、减振和降噪的弹性支撑，该弹性支撑刚性的安装在底座上。

本发明的齿轮箱的输出端和发电机输入端之间是扰性联轴器，用于补偿运行过程中产生的不对中误差。该联轴器内集成过载保护装置，防止发电机短路时传动系超载。

本发明的发电机是异步发电机或者是同步发电机，且发电机通过用于减振和降噪的弹性支撑安装在底座上。

本发明的有益效果：齿轮箱为2级行星结构，无故障率很高的第三级，机组传动系的可靠性和可利用率高；发电机的体积小、重量轻，工艺性好，并且发电机可以在最佳的转速范围下运行，损失小效率高；整个传动系的尺寸小，重量较轻，易于运输；分布式的传动系，有利于部件的模块化设计和制造，并且很容易在传动系上设置弹性支撑、过载保护等有利于传动系安全和进一步提高机组可靠性的附加结构。

附图说明：

图1是所述风力发电机组的示意图；

图中：1为主轴，2为轴承座，3为主轴承，4为收缩盘，5为齿轮箱，6为机械刹车，7为联轴器，8为发电机，9为发电机弹性支撑，10为底座，11为齿轮箱弹性支撑。

技术实施

参照附图，结合实施例说明本发明。

如图1所示，本发明所述风力发电机组传动系主要由主轴1，轴承座2，主轴承3，收缩盘4，齿轮箱5，联轴器7，发电机9等其它结构组成。

主轴1经由主轴承3可旋转的安装在轴承座2中，而轴承座2与底座11的前部刚性联接。主轴1的前端法兰用于安装叶轮，其后端通过收缩盘4与齿轮箱5的输入端联接在一起。

主轴承3可以是一个轴承，一个球面滚子轴承或者是一个双列圆锥滚子轴承。但更好的主轴承3的方案是一对轴承，一个圆柱滚子轴承加一个圆锥滚子轴承或者一个圆环滚子轴承加一个球面滚子轴承，这样，来自叶轮的弯矩和推力经主轴1传递到主轴承3，然后经轴承座2传递到底座10，齿轮箱5的输入端仅有扭矩作用，所以，齿轮箱不承受除扭矩以外的附加外力，受载情况较好。实施例中所示的主轴承3是一对轴承，一个圆柱滚子轴承加一个圆锥滚子轴承。

收缩盘4并非唯一的主轴与齿轮箱的联接方式，也可以用法兰、花键等传递扭矩的联接方式，本实施例采用收缩盘4是因为这种联接方式在风力发电机组上应用很多，技术成熟，设计和制造资源非富，容易获取。

齿轮箱5为两级NGW型串联的行星齿轮箱。NGW行星齿轮箱是一种较为通用的齿轮箱，两级NGW串联的行星齿轮箱在其它领域已经有成功应用，所以不存在设计和制造方面的困难。实施例中的两级行星齿轮箱的增速比约30，可以将叶轮转速提高到300rpm以上。

齿轮箱5两侧各有一个齿轮箱弹性支撑11，该弹性支撑能够缓冲峰值载荷，减小振动，降低噪声，调整传动系的固有频率，防止机组运行后发生共振。齿轮箱弹性支撑11可以根据主轴承3的布置方式而采用不同结构形。实施例中采用了双主轴承的支撑方式，采用了夹板式的弹性支撑，水平和竖直方向的刚度很小，而扭转刚度很大。

联轴器7用于连接齿轮箱5的输出端和发电机9的输入端，它是一种电绝缘的扰性联轴器，实施例中采用了带复合材料中间体的膜片联轴器，并且内部集成了过载保护装置，用于防止传动系超载。另外，联轴器7上还安装了机械刹车6的刹车盘，该机械刹车在机组维护时使用。本发明中，齿轮箱和发电机同心布置，对联轴器7的补偿能力要求较低，联轴器7也可以是弹性块联轴器或者连杆型的联轴器且不限于此。

发电机8是将机械能转化为电能的永磁同步发机。本发明中的发电机也可以是其他同步发电机或者是异步发电机，不同的发电机会影响机组的电能品质，但不影响本传动系的使用效果。发电机底部通过弹性支撑9安装在底座10的后部，该弹性支撑是用于减小振动和隔绝噪声的。

Claims (2)

1、一种风力发电机组，包括：叶轮、前端与叶轮联接的主轴、输入端与主轴后端联接并将其转速增加然后输出的齿轮箱、由齿轮箱输出端驱动的发电机。其特征在于，主轴在所述齿轮箱外，叶轮额定转速12～20rpm，齿轮箱为两级NGW型串联的行星齿轮箱，齿轮箱增速比为15～50。

2、如权利要求1所述的风力发电机组的齿轮箱，其特征在于所述齿轮箱为两级NGW型串联的结构形式，最佳增速比为20～30。

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