CN103047086A - 一种柔性轴传动的水平轴风力发电机 - Google Patents

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陈继刚
唐林强
崔淋淋
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Abstract

本发明公开一种柔性轴传动的水平轴风力发电机，包括风轮、传动系统、发电机，其特征在于：传动系统位于风轮与发电机之间，发电机置于地面，所述传动系统包括主轴、圆柱齿轮-端面齿轮传动系、柔性轴、塔架下端连接轴和正交增速箱，圆柱齿轮-端面齿轮传动系的输入端连接主轴，输出轴连接柔性轴，柔性轴的另一端连接塔架下端连接轴，塔架下端连接轴的另一端与正交增速箱的输入端相连，正交增速箱的输出端与发电机的输入轴相连。本发明具有传动系统结构简单、可靠性好、传动重量轻、传动效率高、系统抗突变载荷能力强、吊装重量减小、安装与维护方便等特点。

Description

一种柔性轴传动的水平轴风力发电机
技术领域
本发明涉及风力发电机，尤其是涉及一种具有新型传动系统的风力发电机。
背景技术
风力发电机是风能发电装置，当前带增速齿轮箱的水平轴风力发电机，是现有生产与装机最多的机型，目前，其结构主要为：风轮通过主轴与增速齿轮箱连接并带动发电机进行发电，其发电机部分及传动系统均位于机舱内，该结构使得风力发电机组装时，需要将发电机及传动系统吊装到位于高空的塔架顶端。同时，由于增速齿轮箱需经常进行检查维护作业，尤其在冬季与夏季，工作人员在高空的机舱内进行维护作业异常困难。不仅如此，在很多故障状况下，需要将故障部分整体转移至地面进行维修，这就使得维修成本居高不下。上述原因，使得风力发电机的安装、维修维护成本成为风力发电机总成本的重要组成部分。另外，位于高空机舱中的发电机、增速齿轮箱等给风力发电机塔架带来更大的负载，也使得塔架费用更高。
中国专利201210207283.8公开了一种液力传动风能发电系统，包括传动轴、风塔、伞齿轮组、风叶，通过液力油传递，可以将发电机落地安装，解决了电机检修的难题，但由于传动系统采用液力传动，增加的液压系统会使可靠性严重降低；液压油的泄漏容易造成环境污染；通过液压油的压力传递机械能，造成能量消耗大；长距离的液压传动，使其效率大大降低。
发明内容
本发明旨在克服上述现有技术的不足，提供一种新型风力发电机，该风力发电机不但可解决发电机检修难题，而且其传动系统结构简单、可靠性好、传动效率高。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种柔性轴传动的水平轴风力发电机，包括风轮、传动系统、发电机，其特征在于：传动系统位于风轮与发电机之间，发电机置于地面，所述传动系统包括主轴、圆柱齿轮-端面齿轮传动系、柔性轴、塔架下端连接轴和正交增速箱，圆柱齿轮-端面齿轮传动系的输入端连接主轴，输出轴连接柔性轴，柔性轴的另一端连接塔架下端连接轴，塔架下端连接轴的另一端与正交增速箱的输入端相连，正交增速箱的输出端与发电机的输入轴相连。
本发明风力发电机传动系统的柔性轴位于空心管塔架内。
本发明风力发电机传动系统的柔性轴由轻质材料制成。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
（1）传动系统结构简单、可靠性好、传动效率高。
（2）柔性轴在两端连接不同心的情况下可以适当弯曲，防止振动，缓解动力波动；长距离的柔性轴传动，增强了系统的抗突变载荷能力；采用由轻质材料制成的柔性轴，减轻了传动重量。
（3）吊装重量减小，安装与维护方便。
附图说明
图1为本发明的结构图。
图中：1-叶片，2-轮毂，3-主轴，4-主轴轴承座，5-圆柱齿轮-端面齿轮传动系，6-端面齿轮，7-小圆柱齿轮轴，8-齿轮轴支撑轴承，9-机箱支架，10-机舱，11-偏航轴承，12-塔架上端回转支撑轴承座，13-联轴器A，14-空心管塔架，15-柔性轴，16-联轴器B，17-塔架下端连接轴，18-塔架下端回转支撑轴承座，19-联轴器C，20-正交增速箱，21-联轴器D，22-发动机，       23-下置机舱。
具体实施方式
本发明的风力发电机，主要包括：风轮、传动系统、发电机，其中，风轮包括轮毂和安装在轮毂上的叶片，风轮用于捕获风能，并将捕获的风能转换为机械能；传动系统包括主轴、圆柱齿轮-端面齿轮传动系、柔性轴、塔架下端连接轴和正交增速箱，将风轮的机械能传递给传动系统，圆柱齿轮-端面齿轮传动系由端面齿轮和小圆柱齿轮轴组成，小圆柱齿轮轴通过联轴器A与柔性轴上端相连，柔性轴下端通过联轴器B与塔架下端连接轴相连，正交增速箱的输入端通过联轴器C与塔架下端连接轴相连，该部分用于长距离的传递机械能和改变传动方向；下置的发电机将机械能转化为电能，发电机与正交增速箱的输出轴通过联轴器D连接。传动系统位于风轮与发电机之间，发电机置于地面，该传动系统首先通过圆柱齿轮-端面齿轮传动系将风轮产生的机械能传递方向由水平变为竖直，然后通过柔性轴将机械能长距离的传递至位于地面的正交增速箱，正交增速箱再将机械能传递方向由竖直变为水平，并输出给发电机，此过程就可以将机械能由高空传送至地面，进行机械能与电能的转换；同时，在此过程中，圆柱齿轮-端面齿轮传动系与正交增速箱均具有增加转速、降低扭矩的作用，所以这种传动系统不仅可以起到传统风力发电机传动系统增加转速、降低扭矩的作用，而且可以将机械能长距离的传递至地面。
由于柔性轴的特点是需要抗拉性能高于抗压性能，因此柔性轴可选用合适的轻质材料制成。例如选用尼龙制成。
下面结合附图对本发明做进一步具体的说明。
如图1所示，各部件间的连接关系：叶片1安装在轮毂2上，轮毂2与主轴3固定连接，圆柱齿轮-端面齿轮传动系5由端面齿轮6和小圆柱齿轮轴7组成，端面齿轮6与主轴3相连，小圆柱齿轮轴7通过联轴器A13与柔性轴15上端相连，柔性轴15下端通过联轴器B16与塔架下端连接轴17相连，正交境速箱20的输入端通过联轴器C19与塔架下端连接轴17相连，正交增速箱20输出端通过联轴器D21与发电机相连，正交增速箱20与发电机22放置在位于地面的下置机舱23中。
各主要部件的位置关系：圆柱齿轮-端面齿轮传动系5位于机舱10内，柔性轴15位于空心管塔架14内，正交增速箱20与发电机22位于下置机舱23内，下置机舱23置于地面。
辅助支撑部分：小圆柱齿轮轴7由两个支撑轴承支撑，其轴承座分别固定于机舱10和空心管塔架14上，塔架下端连接轴17由轴承支撑，其轴承座固定于下置机舱23上。
各主要部件的作用：圆柱齿轮-端面齿轮传动系5具有增加转速、降低转矩、改变动力传递方向的作用；柔性轴15能够长距离的传递动力，柔性轴两端的安装要求降低，允许有较大的轴向长度误差与对中度误差，并增强了风机抗突变载荷的能力；正交增速箱20具有增加转速、降低转矩、改变动力传递方向的作用。
能量传递过程为：风力叶轮1将风能转化为扭矩形式的机械能，机械能在传递过程中依次经过轮毂2、主轴3、圆柱齿轮-端面齿轮传动系5、柔性轴15、塔架下端连接轴17、正交增速箱20，最终进入发电机22，将机械能转化为电能。

Claims (3)

1.一种柔性轴传动的水平轴风力发电机，包括风轮、传动系统、发电机，其特征在于：传动系统位于风轮与发电机之间，发电机置于地面，所述传动系统包括主轴（3）、圆柱齿轮-端面齿轮传动系（5）、柔性轴（15）、塔架下端连接轴（17）和正交增速箱（20），圆柱齿轮-端面齿轮传动系（5）的输入端连接主轴（3），输出轴连接柔性轴（15），柔性轴（15）的另一端连接塔架下端连接轴（17），塔架下端连接轴（17）的另一端与正交增速箱（20）的输入端相连，正交增速箱（20）的输出端与发电机的输入轴相连。
2.根据权利要求1所述的一种柔性轴传动的水平轴风力发电机，其特征在于：柔性轴（15）位于空心管塔架（14）内。
3.根据权利要求1或2所述的一种柔性轴传动的水平轴风力发电机，其特征在于：柔性轴由轻质材料制成。
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