CN102562481A - 一种增速装置及风力发电机组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于风力发电机组的增速装置，包括增速齿轮机构，所述增速齿轮机构的输入轴连接所述风力发电机组的风轮输出轴，包括至少一个液压增速单元，所述液压增速单元包括液压泵(1)和液压马达(2)，所述液压泵(1)的输入轴与所述风力发电机组的风轮的输出轴连接，所述液压泵(1)的进油口连通油箱，其出油口与所述液压马达(2)的进油口连通，所述液压马达(2)的出油口连通油箱，所述液压马达(2)的输出轴与其相匹配的发电机的输入轴连接；该增速装置通用性比较高，结构设计简单、加工装配容易，且故障率低，工作效率比较高。此外，本发明还提供了一种包括上述增速装置的风力发电机组。

Description

一种增速装置及风力发电机组
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种用于风力发电机组的齿轮箱装置。此外，本发明还涉及一种包括上述齿轮箱装置的风力发电机组。
背景技术
随着经济建设的快速发展，风能作为一种新能源越来越广泛的被世界各国应用于发电领域。
风力发电机组一般包括风轮、增速装置和发电机，风轮是将风的动能转变为机械能的重要部件，它的作用是将流动的空气的动能转化为旋转机械能。
请参考图1，图1为现有技术中典型的一种用于风力发电机组的增速装置的结构示意图。
现有技术中普遍应用的增速装置主要为增速齿轮箱结构，增速装置一般设置于机舱底座1’上，其主要包括齿轮箱体、以及设置于齿轮箱体内的齿轮传动机构3’，齿轮传动机构3’将主轴2’传递来的动力风轮的风力转化为较高转速和较低扭矩的动力传递给发电机5’的作用，齿轮传动机构一般通过联轴器4’连接发电机5’。
根据风力发电机的单台装机功率的不同，齿轮传动机构3’的结构也相应不同，一般地，随着风力发电机单台装机功率的增大，增速齿轮箱体积不断增大，其结构也相应越来越复杂，设计难度也越来越大。
综上所述，现有技术中风力发电机组的增速齿轮箱通用性比较差，且结构比较复杂，成本比较高，尤其对于装机功率比较高的风力发电机组，增速齿轮箱的设计需要投入比较大的人力、物力，且设计周期也比较长，使用成本更高。
因此，如何提供一种用于风力发电机组的增速装置，通用性比较高、结构设计简单、加工装配容易，且故障率低，工作效率比较高，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的旨为提供一种用于风力发电机组的增速装置，该增速装置通用性比较高、结构设计简单、加工装配容易，且故障率低，工作效率比较高。此外，本发明的另一目的旨在提供一种包括上述增速装置的风力发电机组。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种用于风力发电机组的增速装置，包括增速齿轮机构，所述增速齿轮机构的输入轴连接所述风力发电机组的风轮输出轴，包括至少一个液压增速单元，所述液压增速单元包括液压泵和液压马达，所述液压泵的输入轴与所述风力发电机组的风轮的输出轴连接，所述液压泵的进油口连通油箱，其出油口与所述液压马达的进油口连通，所述液压马达的出油口连通油箱，所述液压马达的输出轴与其相匹配的发电机的输入轴连接。
优选地，所述增速齿轮机构为行星机构，所述行星机构包括连接所述齿轮箱体的内齿圈、至少一个与所述内齿圈相啮合的行星轮、行星架以及与各所述行星轮相啮合的太阳轮，所述行星架连接所述风轮输出主轴，所述太阳轮的主轴连接所述液压泵的输入轴。
优选地，至少包括两个液压增速单元，各所述液压增速单元中的液压泵的输入轴为同一输入轴。
优选地，所述液压泵的输入轴为偏心轴，所述偏心轴上设置有偏心块，各所述偏心块位于同一竖直面上，且沿所述偏心轴的中心轴交错布置，各所述液压泵布置于相应所述偏心块上。
优选地，所述偏心轴上还嵌套有扭力臂，所述扭力臂的左右两侧分别连接两所述液压泵，且两侧所述液压泵的缸体固定于所述扭力臂或所述增速装置的箱体上。优选地，所述液压泵内部的高压腔体和低压腔体之间设置有调压溢流阀。
优选地，连通所述液压泵的出油口与所述液压马达的进油口的油管上设置有蓄能器。
优选地，所述液压马达的内部设置有至少两个同轴布置的活塞。
优选地，所述液压马达设置于与其连接的发电机的外壳上
为解决另一技术问题，本发明还提供了一种风力发电机组，包括风轮、发电机以及连接于所述风轮和所述发电机之间的增速装置，所述齿轮箱装置为上述任一项所述的用于风力发电机组的增速装置。
本发明提供的一种用于风力发电机组的增速装置，包括增速齿轮机构，所述增速齿轮机构的输入轴连接所述风力发电机组的风轮输出轴，包括至少一个液压增速单元，所述液压增速单元包括液压泵和液压马达，所述液压泵的输入轴与所述风力发电机组的风轮的输出轴连接，所述液压泵的进油口连通油箱，其出油口与所述液压马达的进油口连通，所述液压马达的出油口连通油箱，所述液压马达的输出轴与其相匹配的发电机的输入轴连接。
综上所述，本发明所提供的增速装置实现了风能-机械能-液压能-机械能-电能之间的转化，可以通过增加或减少液压增速单元的数量适应不同的功率风力发电机组的需要，实现不同功率风力发电机组中增速装置的通用化，无需根据风力发电机组的功率专门设计增速装置的结构，与现有技术相比，相对简化并降低了增速装置的设计及其设计难度，缩减设计周期，减小了研发难度，并且节省了增速装置加工、生产和装配时间，进而大大降低了增速装置的使用成本，且本发明中的增速装置中的增速齿轮机构可以将风轮输出轴传递来的较大扭矩、较低转速的动力转化为较小扭矩、较高转度的机械能，有利于提高风能的转化效率以及其他匹配零部件的使用寿命。
并且，本发明中增速装置中的各液压增速单元之间彼此相互独立，当时用过程中某一液压增速单元中的元件或与其相应连接的发电机等零部件损坏时，只要将出现故障的液压增速单元关闭即可，其他的液压增速单元与其连接的发电机仍然可以正常工作，在完成风场业主要求的发电量后或配件到货后再进行维修即可，使用比较灵活，风力发电机组的工作效率比较高。
另外地，通过合理设置液压增速单元中液压泵和液压马达的型号和数量，可以轻而易举的实现大功率风力发电机组的功率分流，并且可靠性比较强。
附图说明
图1为现有技术中典型的一种用于风力发电机组的增速装置的结构示意图；
图2为本发明一种具体实施方式所提供的一种用于风力发电机组的增速装置的结构示意图；
图3为图2所示增速装置的局部剖视示意图；
图4为图2所示增速装置中液压马达的剖视示意图。
其中，图1中附图标记与相应的部件名称之间的关系如下：
机舱底座1’；主轴2’；齿轮传动机构3’；联轴器4’；发电机5’。
其中，图2至图4中附图标记与相应的部件名称之间的关系如下：
液压泵1；液压泵缸体11；液压泵活塞12；高压腔体13；低压腔体14；液压马达2；马达箱体21；活塞22；液压马达的输出轴23；发电机3；箱体4；行星机构5；行星轮51；太阳轮52；行星架53；润滑管路72；柔性钢丝管6；润滑泵71；偏心轴8；扭力臂9；润滑油分配环10；空心管31；销轴33；密封部件32。
具体实施方式
本发明的核心旨在提供一种用于风力发电机组的增速装置，该增速装置通用性比较高、结构设计简单、加工装配容易，且故障率低，工作效率比较高。此外，本发明的另一核心旨在提供一种包括上述增速装置的风力发电机组。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参考图2，图2为本发明一种具体实施方式所提供的一种用于风力发电机组的增速装置的结构示意图。
在一种具体实施方式中，本发明提供的一种用于风力发电机组的增速装置，包括增速齿轮机构，增速齿轮机构可以具有齿轮箱体，以及设置于齿轮箱体内的齿轮传动机构，增速齿轮机构的输入轴连接所述风力发电机组的风轮输出轴，一般地，风轮的输出轴连接主轴，增速齿轮机构的输入轴可以通过过盈连接等方式连接到主轴上，实现增速齿轮机构的输入轴和风轮的输出轴之间的连接，以达到动力的传递。
该风力发电机组的增速装置包括至少一个液压增速单元，液压增速单元包括液压泵1和液压马达2，液压泵1的输入轴与风力发电机组的风轮的输出轴连接，液压泵1的进油口连通油箱，其出油口与液压马达2的进油口连通，液压马达2的出油口连通油箱，液压泵1和液压泵马达2可以连接同一液压油箱，液压马达2的输出轴23与其匹配的发电机3的输入轴连接。
需要说明的是，上述匹配主要指的是液压马达2和发电机3功率上的匹配。
首先根据风力发电机组的发电功率，设置合适数量的液压增速单元组成增速装置，各液压增速单元中的液压泵马达2的输出轴连接相应功率的发电机3，当该风力发电机组工作时，风轮转动动力通过增速齿轮机构传递于液压泵1的输入轴，在液压泵1输入轴的转动作用下，带动液压泵1中的转动部件(叶轮或活塞)旋转，从而将与液压泵1进油口连通的液压油箱中的液压油以一定的压力从液压泵1的出油口泵送进液压泵马达2中，推动液压泵马达2的转动部件(叶轮或活塞)转动，在液压泵马达2的转动部件带动下，与其连接的液压泵马达2的输出轴将同步转动，从而带动连接于液压泵马达2输出轴上的相应发电机3输入轴的转动，发电机3便可以进行正常发电工作。
综上所述，本发明所提供的增速装置实现了风能-机械能-液压能-机械能-电能之间的转化，可以通过增加或减少液压增速单元的数量适应不同的功率风力发电机组的需要，实现不同功率风力发电机组中增速装置的通用化，无需根据风力发电机组的功率专门设计增速装置的结构，与现有技术相比，相对简化并降低了增速装置的设计及其设计难度，缩减设计周期，减小了研发难度，并且节省了增速装置加工、生产和装配时间，进而大大降低了增速装置的使用成本，且本发明中的增速装置中的增速齿轮机构可以将风轮输出轴传递来的较大扭矩、较低转速的动力转化为较小扭矩、较高转速的机械能，有利于提高风能的转化效率以及其他匹配零部件的使用寿命。
并且，本发明中增速装置中的各液压增速单元之间彼此相互独立，当时用过程中某一液压增速单元中的元件或与其相应连接的发电机3等零部件损坏时，只要将出现故障的液压增速单元关闭即可，其他的液压增速单元与其连接的发电机3仍然可以正常工作，在完成风场业主要求的发电量后或配件到货后再进行维修即可，使用比较灵活，风力发电机组的工作效率比较高。
另外地，通过合理设置液压增速单元中液压泵1和液压马达2的型号和数量，可以轻而易举的实现大功率风轮的功率分流，并且可靠性比较强。
下面将结合图3，图3为图2所示增速装置的局部剖视示意图，具体介绍增速装置的一种具体实施方式，具体内容如下。
在一种优选的实施方式中，增速齿轮机构可以为行星机构5，行星机构5可以为NGW行星机构，也可以为NW行星机构或差动机构，行星机构5的级数可以为一级，也可以为若干级。
不失一般性，本文以使用一级NGW行星机构和两级液压增速单元为例介绍本发明的技术方案。
行星机构5包括连接齿轮箱体的内齿圈、至少一个与内齿圈相啮合的行星轮51、行星架53以及与各所述行星轮51相啮合的太阳轮52，行星架53连接所述风轮输出主轴，太阳轮52的主轴连接所述液压泵的输入轴，两者可以通过花键连接；NGW行星机构体积比较小、重量比较轻，方便安装，并且传递范围大且能够传递重载，且可以实现大速比的传动，传动效率比较高。
在一种优选的实施方式中，至少包括两个液压增速单元，各所述液压增速单元中的液压泵1的输入轴为同一输入轴，即各液压泵1中的转动部件可以设置于同一输入轴上，该结构可以保证比较高的传递效率。
在一种优选的实施方式中，液压泵1的输入轴为偏心轴8，偏心轴8上设置有偏心块，偏心块位于同一竖直面上，且沿偏心轴8的中心轴交错布置，各液压泵1布置于相应偏心块上，该设置方式有利于偏心轴8受力均衡，一般地偏心轴8上偏心块通常设计为偶数个数，偏心位置相对分布，更加有利于改善偏心轴8的受力，提高其使用寿命。
进一步地，偏心轴8上还可以嵌套有扭力臂9，扭力臂9地左右两侧分别连接两侧地液压泵1，液压泵1的工作油腔一般包括低压腔体14和高压腔体13，两侧液压泵缸体11固定于扭力臂9或增速装置的箱体4上，可以使用销轴33等部件进行固定。
液压泵1中高压腔体13中的液压油作用在缸体上要比低压腔体14中的液压油作用在缸体上的力要大，进而高压腔体13侧缸体地变形也就越大，而通过上述设置扭力臂9固定的方式，可以大大减小缸体的变形。
其中，结合图2和图3，增速装置的箱体4可以加工为两部分，保护增速齿轮机构的前箱体41和保护各液压泵1组件的后箱体42，方便增速装置中各零部件的加工和组装。
为了保证上述液压泵1、液压马达2等部件的正常使用，上述各实施例中还可以设置润滑系统，包括润滑油箱、润滑泵71，增速装置中可以设置润滑油道，润滑泵71通过润滑管路72给增速装置供应润滑油。
在一种优选的实施方式中，扭力臂9与偏心轴8之间还可以设有润滑油分配环10，扭力臂9上设置有连通润滑油分配环10的油道和外部润滑管路72的通道，当液压泵1等转动部件经长时间工作需要润滑时，润滑油可以通过扭力臂9和润滑油分配环10组成的油道进入，以供整个液压泵1组中的所有润滑点的润滑，以便提高各零部件的使用寿命。
并且，润滑油分配环10还可以增强了扭力臂9圆周的刚度，而且润滑油分配环10还可以起到滑动轴承的作用，扭力臂9、润滑油分配环10组成一个轴承支点，使得偏心轴8的受力更加均衡、同时可以减小偏心轴8的弯曲变形。
润滑油分配环10可以由扭力臂9和偏心轴8共同合成，也可以单独设置于扭力臂9上，只要能满足工作需要即可。
一般地，受环境的影响，风轮的转速有时会突然发生变化，对系统造成损害，因此，为了减小风速突变对系统零部件的影响，可以采取以下设置方式。
液压泵1内部的高压腔体13和低压腔体14之间可以设置有调压溢流阀，当风速突变增大时，高压大排量液压泵1的偏心轴8的转速升高，液压泵1的流量增大，为了保证发电机3的转速基本不变、不给发电机3带来冲击，高压腔体13与低压腔体14之间的调压溢流阀打开，一部分高压油回流到低压腔体14中，保证各零部件的工作稳定，提高使用寿命，调压溢流阀的具体结构在此不再赘述。
上述各实施方式中，连通所述液压泵1的出油口与液压马达2的进油口的油管可以为柔性钢丝管6，柔性钢丝管6的强度比较高，使用寿命比较长，且不受液压泵1和液压马达2位置的限制，有利于灵活布置增速装置中零部件及发电机3位置。
在一种优选的实施方式中，可以将液压马达2布置于与其相连的发电机3的壳体上，减小空间位置的占据，有利于结构的紧凑，并且两者可以通过花键连接，连接处还可以设置弹性元件用于减小动力传递时的震动。
上述各实施例中，连通液压泵1的出油口与液压马达2的进油口的油管上设置有蓄能器，设置蓄能器可以缓解液压泵1的脉动冲击与流量瞬时减小对液压马达2等部件的影响，保证发电机3工作的稳定性。
当然，液压泵1与风轮输出轴之间的连接也可以采用花键加弹性元件的方式连接。
请参考图4，图4为图2所示增速装置中液压马达的剖视示意图。
在一种优选的实施方式中，液压马达2一般包括马达箱体21以及设置于马达箱体21的内部的活塞22，马达箱体21内部可以设置有至少两个同轴布置的活塞22，该结构的液压马达2的体积比较小，在保证给发电机3提供足够大的扭矩，同时，为了简化结构设计与减小加工成本，两列活塞所相配的偏心部位的轴线同轴。
为进一步减小偏心部位产生的离心力，在偏心部上可以设计有沿其轴向的直径不同的通孔，一般地，越远离偏心轴的回转中心通孔直径越大。
上述各实施例中液压增速单元中的液压泵1、液压马达2、发电机3、箱体等部件内部(高压腔体和低压腔体之间)及部件的连接之间可以采用密封部件32进行机械密封，密封部件32可以设置密封圈或防尘圈等，防止内部不同腔室中液压油的相互流动或外部灰尘、雨水的进入，提高各零部件的使用寿命。
上述各实施例中的液压泵1可以为高压大排量液压泵1，液压马达2为高压小排量液压马达2。
另外地，上述各实施方式中安装各液压泵1的偏心轴沿其轴向位置还可以开设有安装孔，安装孔内还可以设有空心管31，便于布置电线。
需要说明的是，本文中所使用的水平、竖直、左、右等方位词，为针对增速装置于图2至图4中所示位置而言，只是为了表述方便，本领域内技术人员应当理解，本文中所使用的方位词不应限制本发明的保护范围。
除了上述增速装置外，本发明还提供一种包括上述增速装置的风力发电机组，包括风轮、发电机3以及连接于风轮和发电机3之间的增速装置，由于上述的增速装置具有上述技术效果，具有上述增速装置的风力发电机组也应该具有相应的技术效果。
上述风力发电机组的其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。
以上对本发明所提供的一种风力发电机组及其增速装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于风力发电机组的增速装置，其特征在于，包括增速齿轮机构，所述增速齿轮机构的输入轴连接所述风力发电机组的风轮输出轴，包括至少一个液压增速单元，所述液压增速单元包括液压泵(1)和液压马达(2)，所述液压泵(1)的输入轴与所述风力发电机组的风轮的输出轴连接，所述液压泵(1)的进油口连通油箱，其出油口与所述液压马达(2)的进油口连通，所述液压马达(2)的出油口连通油箱，所述液压马达(2)的输出轴与其相匹配的发电机的输入轴连接。
2.如权利要求1所述的用于风力发电机组的齿轮箱装置，其特征在于，所述增速齿轮机构为行星机构(5)，所述行星机构(5)包括连接所述齿轮箱体的内齿圈、至少一个与所述内齿圈相啮合的行星轮(51)、行星架(53)以及与各所述行星轮(51)相啮合的太阳轮(52)，所述行星架(53)连接所述风轮输出主轴，所述太阳轮(52)的主轴连接所述液压泵(1)的输入轴。
3.如权利要求1所述的用于风力发电机组的增速装置，其特征在于，至少包括两个液压增速单元，各所述液压增速单元中的液压泵(1)的输入轴为同一输入轴。
4.如权利要求3所述的用于风力发电机组的增速装置，其特征在于，所述液压泵(1)的输入轴为偏心轴(8)，所述偏心轴(8)上设置有偏心块，各所述偏心块位于同一竖直面上，且沿所述偏心轴(8)的中心轴交错布置，各所述液压泵(1)布置于相应所述偏心块上。
5.如权利要求4所述的用于风力发电机组的增速装置，其特征在于，所述偏心轴(8)上还嵌套有扭力臂(9)，所述扭力臂(9)的左右两侧分别连接两所述液压泵(1)，且两侧所述液压泵(1)的缸体固定于所述扭力臂(9)或所述增速装置的箱体上。
6.如权利要求1至5任一项所述的用于风力发电机组的增速装置，其特征在于，所述液压泵(1)内部的高压腔体(13)和低压腔体(14)之间设置有调压溢流阀。
7.如权利要求1至5任一项所述的用于风力发电机组的增速装置，其特征在于，连通所述液压泵(1)的出油口与所述液压马达(2)的进油口的油管上设置有蓄能器。
8.如权利要求1至5任一项所述的用于风力发电机组的增速装置，其特征在于，所述液压马达(2)的内部设置有至少两个同轴布置的活塞。
9.如权利要求8所述的用于风力发电机组的增速装置，其特征在于，所述液压马达(2)设置于与其连接的发电机的外壳上。
10.一种风力发电机组，包括风轮、发电机以及连接于所述风轮和所述发电机之间的增速装置，其特征在于，所述齿轮箱装置为权利要求1至9任一项所述的用于风力发电机组的增速装置。
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