CN102562999A - 一种增速装置及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于风力发电机组的增速装置，一种用于风力发电机组的增速装置，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)的输出轴与其匹配的发电机(3)的输入轴连接；该增速装置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，模块化程度比较高、通用性强，且结构简单、易装配、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增速装置。此外，本发明还涉及一种包括上述增速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，增速齿轮箱体积也不断增大，其结构也相应越来越复杂。

当风力发电机组功率不是很大时(单机装机容量一般不超过2兆瓦)，增速齿轮箱最为常用的结构设计为一级太阳轮浮动均载行星(以下简称NGW行星)传动+二级平行轴传动的结构设计与两级NGW行星传动+一级平行轴传动的结构设计；当功率再进一步增大时，增速齿轮箱通常采用一级齿圈浮动均载加太阳轮浮动均载的行星(以下简称NW行星)传动+一级平行轴传动或采用二级NGW行星传动+一级平行轴的结构设计，这种结构设计的功率一般均小于4兆瓦。

目前，世界各国为抢夺风力发电场业主的整机订单的份额，争相开发出或者正在开发单台装机容量5兆瓦以上大功率风力发电机组，这时，各增速齿轮箱设计生产厂家几乎均采用“差动”轮系的结构设计。

“差动”轮系结构设计非常复杂，不但需要考虑差动轮系中的功率流如何分配、齿轮齿廓及齿向的修形方法与最佳修量的计算，还要考虑比NGW或NW行星传动更为复杂的均载结构设计。

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。

另外地，当增速齿轮箱或与之匹配的发电机5’等在使用过程中出现故障时，只能整机停止工作，进行修复后才能启动工作，风力发电机组的工作效率比较低。

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，该增速装置模块化程度比较高、通用性强高，且结构简单、易装配故障率低，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匹配的发电机的输入轴连接。

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，所述扭力臂上与所述偏心轴之间还设有润滑油分配环，所述扭力臂上设置有连通所述润滑油分配环的油道和外部油路的通道。

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，所述增速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，包括至少一个液压增速单元，液压增速单元包括液压泵、液压马达，液压泵的输入轴与风轮的输出轴连接，液压泵的进油口连通油箱，其出油口与液压马达的进油口连通，液压马达的出油口连通油箱，液压马达的输出轴与其匹配的发电机的输入轴连接。

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马达的输出轴连接相应功率的发电机，当该风力发电机组工作时，风轮转动将转速通过其输出轴传递给液压泵的输入轴，在液压泵输入轴的转动作用下，带动液压泵中的转动部件(叶轮或活塞)旋转，从而将与液压泵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的出油口泵送进液压马达中，推动液压马达的转动部件(叶轮或活塞)转动，在液压马达的转动部件带动下，与其连接的液压马达的输出轴将同步转动，从而带动连接于液压马达输出轴上的相应发电机输入轴的转动，发电机便可以进行正常发电工作。

本发明所提供的增速装置，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，且本发明中的增速装置均采用可以完全采用液压部件，无需使用结构比较复杂的齿轮传动机构，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。

另外地，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。

而且，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；润滑管路5；柔性钢丝管6；润滑泵7；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水平轴风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，一般地，风轮的输出轴连接主轴，液压泵1的输出轴可以通过齿轮啮合或键连接等方式连接到主轴上，实现液压泵1输入轴和风轮的输出轴之间的连接，以达到动力的传递。

液压泵1的出油口与液压马达2的进油口连通，液压泵1的进油口连接油箱，液压马达2的出油口连通油箱，液压泵1和液压马达2可以连接同一液压油箱，液压马达的输出轴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，风轮转动将转速通过其输出轴传递给液压泵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马达2中，推动液压马达2的转动部件(叶轮或活塞)转动，在液压马达2的转动部件带动下，与其连接的液压马达2的输出轴将同步转动，从而带动连接于液压马达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。

本发明所提供的增速装置实现了风能-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，且本发明中的增速装置均采用可以完全采用液压部件，无需使用结构比较复杂的齿轮传动机构，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。

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。

不失一般性，本文以使用两级液压增速单元为例介绍本发明的技术方案。

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，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。

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7，增速装置中可以设置润滑油道，润滑泵7通过润滑管路5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5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。

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。

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。

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加转速升高，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(高压腔和低压腔之间)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的偏心轴延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)的输出轴与其匹配的发电机(3)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。

3.如权利要求2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。

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(4)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，所述扭力臂(9)与所述偏心轴(8)之间还设有润滑油分配环(10)，所述扭力臂(9)上设置有连通所述润滑油分配环(10)的油道和外部油路的通道。

6.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，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6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6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(22)。

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(3)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，所述增速装置为权利要求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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