CN103174606A - 风电机组传动系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风电机组传动系统，所述传动系统包括第一齿轮箱和至少一个第二齿轮箱；所述第一齿轮箱的输入轴用于连接叶轮主轴；第一齿轮箱设有至少一个输出轴，该输出轴连接第二齿轮箱的输入轴；第二齿轮箱的输出轴用于连接高速发电机；所述第二齿轮箱的传动比大于第一齿轮箱的传动比。本发明采用齿轮箱传动与半直驱传动的结合，简化了齿轮箱的传动结构和精度等级，解决了现有技术中的齿轮箱不能满足超大功率发电机组传动的技术问题。

Description

风电机组传动系统

技术领域

本发明涉及一种传动技术，尤其涉及一种风电机组传动系统，属于风电机组传动技术领域。

背景技术

风力发电机组传动系统是一种机械式能量传递系统，该系统能够将叶片吸收的风能通过连续的、功能不同的机械部件传递到发电机，以便通过风电机转换为电能。

因此，风力发电机组传动系统的设计直接决定着风电机组内部结构布置、发电机类型、机舱尺寸及重量、传动效率、传动链的稳定性和可靠性等；同时，由于风力发电机组特殊的使用环境，则要求风力发电机组具有重量轻、体积小、可靠性高的特点。

目前，一般兆瓦级风力发电机组传动系统设计主要有齿轮箱传动方式和直驱式传动方式两种；齿轮箱传动是将叶片1吸收的风能通过叶片主轴2增速型齿轮箱35连接发电机46进行发电，如图1所示；依据发电机设计转速不同，增速型齿轮箱可以分为大速比高速齿轮箱和小速比中底速齿轮箱，例如兆瓦级双馈型风力发电机组传动系统通常适用大速比高速齿轮箱，例如兆瓦级半直驱型风力发电机组传动系统适用小速比中速齿轮箱；齿轮箱传动是目前国际、国内一般兆瓦级风电机组使用最广泛的传动链型式，该方案技术成熟稳定、机组可靠性高、维护检修方便；但是针对超大功率风力发电机组，单独使用大速比齿轮箱与发电机连接，对大速比齿轮箱的结构和精度要求都非常高，比如可能需要四级变速或五级变速才能满足速度要求，齿轮的直径很大，且精度等级较高，而基于国内外齿轮加工行业现状，齿轮箱设计和制造加工能力不能满足传动要求。直驱式传动是将叶片吸收的风能通过叶片主轴2直接连接低速永磁同步发电机47或者励磁同步发电机进行发电，如图2所示；是一种不同于传统齿轮箱传动链方案的结构型式，在一般兆瓦级风电机组中具有一定的使用量；该传动方案简单、维护量小，检修较困难，对同步电机的要求较高，随着风力发电机组的功率不断提高，低速同步电机设计尺寸和重量较大，严重影响直驱式传动链在超大型风电机组中的应用。

发明内容

本发明提供一种风电机组传动系统，用于克服现有技术中的缺陷，实现简化齿轮箱结构和降低制造成本。

本发明提供一种风电机组传动系统，所述传动系统包括第一齿轮箱和至少一个第二齿轮箱；所述第一齿轮箱的输入轴用于连接叶轮主轴；第一齿轮箱设有至少一个输出轴，该输出轴连接第二齿轮箱的输入轴；第二齿轮箱的输出轴用于连接高速发电机；所述第二齿轮箱的传动比大于第一齿轮箱的传动比。

本发明的技术效果是：通过第一齿轮箱和第二齿轮箱串联完成动能从叶轮主轴到高速发电机的机械传动，第一齿轮箱可选用小速比的中低速齿轮箱，第二齿轮箱可选用高速比的高速齿轮箱，相对现有技术中的齿轮箱，中低速齿轮箱和高速齿轮箱均采用三级速比以下的齿轮箱即能满足超大功率发电机组的传动需求，而三级速比以下的齿轮箱采用现有技术水平设计制造即可，并且中低速齿轮箱和高速齿轮箱的设置可根据风力发电机主机架的结构和安装空间进行合理布置，成本较低，可靠性较高。

附图说明

图1为现有技术齿轮箱传动结构的示意图；

图2为现有技术直驱式传动结构的示意图；

图3为本发明风电机组传动系统实施例一的结构示意图；

图4为本发明风电机组传动系统实施例二的结构示意图；

图5为本发明风电机组传动系统实施例三的结构示意图；

图6为本发明风电机组传动系统实施例四的结构示意图；

图7为本发明风电机组传动系统实施例五的结构示意图；

图8为本发明风电机组传动系统实施例四的装配图。

具体实施方式

实施例一

如图3所示，本发明提供一种风电机组传动系统，该传动系统包括第一齿轮箱3和至少一个第二齿轮箱5；第一齿轮箱3的输入轴用于连接叶轮主轴2；第一齿轮箱3设有至少一个输出轴，该输出轴连接第二齿轮箱5的输入轴；第二齿轮箱5的输出轴用于连接高速发电机6；第二齿轮箱5的传动比大于第一齿轮箱3的传动比。

叶轮1在风能作用下带动叶轮主轴2转动，通过第一齿轮箱3和第二齿轮箱5串联完成动能从叶轮主轴2到高速发电机6的机械传动，第一齿轮箱3可选用小速比的中低速齿轮箱，第二齿轮箱5可选用高速比的高速齿轮箱，相对现有技术中的齿轮箱，中低速齿轮箱和高速齿轮箱均采用三级速比以下的齿轮箱即能满足超大功率发电机组的传动需求，而三级速比以下的齿轮箱采用现有技术水平设计制造即可，并且中低速齿轮箱和高速齿轮箱的设置可根据风力发电机主机架的结构和安装空间进行合理布置，成本较低，可靠性较高。

实施例二

如图4所示，在实施例一的基础上，第一齿轮箱3的输出轴为两个，其中一个输出轴连接第二齿轮箱5的输入轴；第二齿轮箱5的输出轴用于连接高速发电机6，另一输出轴用于连接中低速发电机4。

本实施例的传动系统，除了具备实施例的有益效果外，由于第一齿轮箱3的另一输出轴直接连接中低速发电机4，还能保证在输入载荷较小时，通过中低速发电机4能够充分利用风能资源发电，减少功率损失，提高发电量。

实施例三

如图5所示，在实施例一的基础上，第二齿轮箱5为两个；第一齿轮箱3的输出轴为两个；第一齿轮箱3的其中一个输出轴连接其中一个第二齿轮箱5的输入轴，该第二齿轮箱5的输出轴用于连接高速发电机6；第一齿轮箱3的另一输出轴连接另一第二齿轮箱5的输入轴，该第二齿轮箱5的输出轴用于连接另一高速发电机6。

第一齿轮箱3的其中一个输出轴连接的高速发电机6和第二齿轮箱5可与第一齿轮箱3断开进行检修和维护，与此同时，采用相关保障措施后，第一齿轮箱3的另一输出轴通过第二齿轮箱5连接的高度发电机6依然可以进行发电，提高机组的实际利用效率。

实施例四

如图6所示，在实施例一的基础上，传动系统还包括一中低速发电机4，该中低速发电机4的输入轴连接第一齿轮箱3的输出轴，该中低速发电机4的输出轴连接第二齿轮箱5的输入轴。

作为本实施例的具体实施方式，如图8所示，叶轮主轴2与小速比的第一齿轮箱3的输入轴31进行连接紧固，图示采用高强度螺栓连接或其他连接结构型式；第一齿轮箱3的输入轴31利用设在轴承座22内的滚动轴承21(也可利用滑动轴承或其他支撑结构)安装于主机架10前端；第一齿轮箱3可以是一级、两级、三级传动或其他型式，也可以采用行星传动结构、平行齿轮传动或其他齿轮传动结构，速比可以为实际设计需要的任何数值；为充分利用主机架结构和空间并降低齿轮箱重量：可将各级传动轴承支座与主机架进行结合；也可在齿轮传动中，除承受载荷部件和结构外，通过箱体对其余齿轮传动部件进行有效的封闭和密封。第一齿轮箱3的齿轮传动可采用强制润滑或其他润滑型式，润滑系统将依据主机架10和箱体内部结构进行设计，对齿轮传动和轴承进行有效的润滑。齿轮箱可设计一个输出轴或多个输出轴，输出轴将设计连接结构与中低速发电机输入轴进行连接，连接结构可以为花键连接、联轴器连接或其他连接结构。为了缩短整个风电机组的传动链长度并降低机组重量，中低速发电机4可与主机架和齿轮箱进行结合，中低速发电机4的定子部分可设计为主机架10的一部分，第一齿轮箱3的齿轮传动部分亦可镶入中低速发电机4的内部成为中低速发电机4转子一部分，抑或其他组合结构型式；中低速发电机4转子设计一个输出轴，该输出轴上安装制动器41和制动盘或其他制动结构型式，对传动链进行制动。

中低速发电机4输出轴通过连接结构连接大速比的第二齿轮箱5的输入轴，该连接结构可以是联轴器7或其他连接结构型式；大速比的第二齿轮箱5传动结构可以是一级、两级或其他多级传动型式，也可以采用行星传动结构、平行齿轮传动或其他齿轮传动结构，速比可以为实际设计需要的任何数值；第二齿轮箱5及高速发电机6的安装可以采用两点或多点弹性支撑结构进行安装和固定，该弹性支撑结构可以是液压减振结构、板簧减振结构或其他减振结构型式；图示第二齿轮箱5采用液压减振结构9进行安装和固定，高速发电机6采用板簧减振结构8进行安装和固定，大速比的第二齿轮箱5为闭式齿轮传动结构，采用强制润滑系统对齿轮和轴承进行润滑，该润滑系统可以兼顾小速比的第一齿轮箱3的润滑设计，共用一套主润滑伺服系统，依据风力发电机组运行情况控制第一齿轮箱3和第二齿轮箱5的润滑。第二齿轮箱5设计一个或多个输出轴，输出轴通过联轴器或其他结构型式连接高速发电机6输入轴；高速制动器61或其他制动结构型式可以安装在大速比的第二齿轮箱5输出轴和高速发电机6输入轴之间，或安装在高速发电机6尾端的制动轴上，对传动链进行制动。

小速比的第一齿轮箱3和大速比的第二齿轮箱5均采用强制润滑方式进行润滑和冷却，因此油冷却系统同样兼顾对小速比、大速比齿轮箱的润滑油冷却，并同时对中低速发电机4和高速发电机6进行冷却。

本实施例的传动系统将风电机组总发电功率进行分流，发电机发电功率将依据实际风资源情况进行有效调节和分配；保证在输入载荷较小时，机组能够充分利用风能资源，减少功率损失，提高发电量；此外，传动系统结构简单，有助于降低发电机和齿轮箱设计和制造的难度，提高风力发电机组制造的可行性和可靠性；机组传动链紧凑、尺寸小、重量较轻；传动部件中齿轮箱、发电机及主机架进行有效的兼容和整合，充分的利用各部件的结构特征，尽可能的降低和减少结构部件的尺寸和重量，并能有效的缩短传动链的长度。

实施例五

如图7所示，在实施例三的基础上，传动系统还包括两个中低速发电机4；中低速发电机4分别连接在第一齿轮箱3的输出轴与第二齿轮箱5的输入轴之间。其中第一齿轮箱3、中低速发电机4、第二齿轮箱5及高速发电机6的具体结构及连接结构可采用实施例四中的具体形式。同时具备实施例三和实施例四的上述有益效果。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种风电机组传动系统，其特征在于，所述传动系统包括第一齿轮箱和至少一个第二齿轮箱；所述第一齿轮箱的输入轴用于连接叶轮主轴；第一齿轮箱设有至少一个输出轴，该输出轴连接第二齿轮箱的输入轴；第二齿轮箱的输出轴用于连接高速发电机；所述第二齿轮箱的传动比大于第一齿轮箱的传动比。

2.根据权利要求1所述的风电机组传动系统，其特征在于，所述第一齿轮箱的输出轴为两个，一个输出轴连接第二齿轮箱的输入轴，另一所述输出轴用于连接中低速发电机。

3.根据权利要求1所述的风电机组传动系统，其特征在于，所述第二齿轮箱为两个；所述第一齿轮箱的输出轴为两个，一个输出轴连接其中一个第二齿轮箱的输出轴，另一所述输出轴连接另一第二齿轮箱的输入轴，两个所述第二齿轮箱的输出轴均用于连接高速发电机。

4.根据权利要求1所述的风电机组传动系统，其特征在于，所述传动系统还包括一中低速发电机，该中低速发电机的输入轴连接所述第一齿轮箱的输出轴，该中低速发电机的输出轴连接第二齿轮箱的输入轴。

5.根据权利要求3所述的风电机组传动系统，其特征在于，所述传动系统还包括两个中低速发电机；所述中低速发电机分别连接在所述第一齿轮箱的输出轴与第二齿轮箱的输入轴之间。

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