CN103216400A

CN103216400A - 一种半直驱风电传动系统

Info

Publication number: CN103216400A
Application number: CN2013101442688A
Authority: CN
Inventors: 魏静; 孙伟; 王洋
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2013-04-24
Filing date: 2013-04-24
Publication date: 2013-07-24

Abstract

本发明提供一种风力发电机用传动系统的一种半直驱风电传动系统，齿轮箱装配模块和发电机装配模块一体安装，齿轮箱装配模块输出端连接发电机装配模块输入端，齿轮箱装配模块输出端和发电机装配模块输入端在同一轴线上，齿轮箱装配模块和发电机装配模块连接后中心位于塔架上。齿轮箱安装在机舱底盘上的结构，重心居中，减小了机头载荷，避免了使机舱、轮毂的连接处磨损的缺点，降低机舱底座的振动，可在地面完成齿轮箱与发电机的安装，便于吊装。变速箱采用NGW行星轮系具有结构紧凑、体积小、质量小、承载能力大、运行噪声小、效率高及寿命长等优点，减少了高速级，使结构更加紧凑，降低了齿轮箱占用空间，降低了齿轮箱的故障率。

Description

一种半直驱风电传动系统

技术领域

本发明涉及传动系统，特别是风力发电机用传动系统。

背景技术

国内风力发电机主要包括永磁直驱风机和双馈式风机两种。两者主要区别在于有无齿轮箱的使用。

在发电能力方面，永磁直驱风机没有齿轮箱，减少了传动部件，因此机械效率提升，在额定的低转速下输出功率较大，但由于永磁直驱机组采用全功率变流器，其容量约为双馈机组的3倍，因此电气损耗大大增加，同时变流器的冷却系统能耗也相应增加，为了减少永磁体退磁现象，发电机冷却系统更加复杂，能耗也会增加。

整机可靠性方面，风电机组的年故障率统计中，出现故障率较高的部件依次是电网，电控系统，叶片，发电机，液压系统，齿轮箱，偏航系统，变桨驱动，气动制动，机械制动以及主轴。直驱式发电机由于转数低，且磁极数很多，通常在90极以上，而且体积和重量相比双馈式风力发电机组也大很多，对轴承等转动部件要求极高，永磁直驱式风电机组运行温度范围窄，适应环境能力一般，直驱式机组的发电机非常庞大，且一般位于轮毂和机舱的连接处，其中心位于塔筒中心线的前端，增加了机头载荷，容易使机舱、轮毂的连接处磨损。

运输与吊装方面：永磁直驱机组的发电机重量和尺寸较大，吊装和运输困难，安装过程中发电机的校正也很困难。

可维护性方面：双馈式风力发电机因为有齿轮箱，因此增加了机械系统的维护量，由于长时间的运行，齿轮箱高速传动部件机械故障问题日益突出。现在全世界风电机组中，85%以上是带齿轮箱的机型。现有的兆瓦级风力发电机主要都是带齿轮箱的，且增速器采用三级传动，两级行星轮系加一级平行轴系，结构复杂，要求加工精度高，传动比高，故障率高，体积大，占用空间大，振动大，成本较高，发电机采用异步电机，齿轮箱与发电机同时安装在机舱底盘上，齿轮箱输入轴与输出轴不在一个中心线上，导致发电机与齿轮箱的安装对中性很差，且占用空间大。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种半直驱风电传动系统，使发电机的重量传递到齿轮箱上，集中作用在机舱底盘的前端，平稳机头载荷，减少机舱、轮毂处的磨损，本系统对中性高，不仅有效地节省了风力发电机组的安装空间，而且减少了振动效应，结构紧凑，便于拆卸和安装，适用性强，性能优越。

与此同时，变速箱减少了高速级，使结构更加紧凑，降低了齿轮箱占用空间，降低了齿轮箱的故障率，与发电机装配时，增加了对中性，具有结构紧凑、体积小、质量小、承载能力大、运行噪声小、效率高及寿命长等优点。

为了达到上述目的，本发明提供一种半直驱风电传动系统，其包括轮毂转子装配模块、齿轮箱装配模块、发电机装配模块、机舱底座、轮毂以及叶片，机舱底座安装在架塔上，机舱底座从前至后依次安装轮毂转子装配模块、齿轮箱装配模块、发电机装配模块，轮毂转子装配模块前端安装轮毂，轮毂上安装叶片，所述齿轮箱装配模块和发电机装配模块一体安装，齿轮箱装配模块输出端连接发电机装配模块输入端，齿轮箱装配模块输出端和发电机装配模块输入端在同一轴线上。

所述齿轮箱装配模块由齿轮箱构成，所述齿轮箱包括齿轮箱体，输入轴通过锁紧盘与第一级行星架相连，第一级行星架通过圆锥滚子轴承支撑在箱体上，行星架与行星齿轮轴为过盈配合，第一级行星轮通过双列圆柱滚子轴承支撑在第一级行星齿轮轴上，第一级行星轮与第一级内齿圈内啮合，第一级内齿圈固定在箱体固定在箱体内，第一级行星轮与第一级太阳轮轴外啮合，第二级行星架与第一级太阳轮轴通过花键相啮合，第二级行星架通过圆锥滚子轴承支撑在箱体上，与第二级行星轮轴为过盈配合，第二级行星轮通过圆柱滚子轴承支撑在第二级行星轮轴上，第二级行星轮与第二级内齿圈内啮合，第二级内齿圈通过螺钉固定在箱体上，第二级行星轮与第二级太阳轮轴外啮合，第二级太阳轮轴连接发电机输入轴。

所述第一级行星轮有三个或四个，第一级行星轮圆周均布。

所述第二级行星轮有三个或四个，第二级行星轮圆周均布。

使用本发明效果显著：齿轮箱安装在机舱底盘上的结构，重心居中，减小了机头载荷，避免了使机舱、轮毂的连接处磨损的缺点。齿轮箱装配模块和发电机装配模块一体安装并且齿轮箱装配模块输出端和发电机装配模块输入端在同一轴线上，发电机与齿轮箱占用空间小并且安装对中性很好，结构紧凑，降低机舱底座的振动，可在地面完成齿轮箱与发电机的安装，便于吊装。

本发明变速箱采用NGW行星轮系具有结构紧凑、体积小、质量小、承载能力大、运行噪声小、效率高及寿命长等优点。本发明采用两级NGW行星轮系的中速传动，减少了高速级，使结构更加紧凑，降低了齿轮箱占用空间，降低了齿轮箱的故障率，使齿轮箱的输入轴和输出轴在一个中心线上，与发电机装配时，增加了对中性。

附图说明

图1为一种半直驱风电传动系统的结构示意图。

图2为一种半直驱风电传动系统齿轮箱结构的剖面图。

图3为一种半直驱风电传动系统增速器原理示意图。

图中1—叶片，2—轮毂，3—轮毂转子装配模块，4—齿轮箱装配模块，5—发电机装配模块，6—机舱底座，7—塔架，8—锁紧盘，9—第一级行星架，10—圆锥滚子轴承，11—第一级行星轮轴，12—第一级行星轮，13—第一级内齿圈，14—双列圆柱滚子轴承，15—第一级太阳轮轴，16—齿轮箱箱体，17—第二级内齿圈，18—圆柱滚子轴承，19—第二级行星轮轴，20—第二级行星轮，21—第二级行星架，22—第二级太阳轮轴，23—长套，24—联轴器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细地描述。

实施例1

如图1所示，整机主要分为3大模块，轮毂转子装配模块3，齿轮箱装配模块4以及发电机装配模块5，其它的结构还包括叶片1，轮毂2，机舱底座6和塔架7。轮毂2通过螺栓与叶片1相连接，将作用在叶片1上的能量传递到轮毂2上，在轮毂转子装配模块3内部，轮毂2通过螺栓与主轴连接；发电机模块5直接装配在齿轮箱装配模块4上，齿轮箱固定在机舱底座6上。齿轮箱装配模块4和发电机装配模块5一体安装，齿轮箱装配模块4输出端连接发电机装配模块5输入端，齿轮箱装配模块4输出端和发电机装配模块5输入端在同一轴线上，齿轮箱装配模块4和发电机装配模块5连接后中心位于塔架上。

实施例2

如图2所示，增速器采用两级NGW行星轮系，主轴通过锁紧盘8与齿轮箱内部第一级行星架9相连，进而将能量传递到第一级行星架9上；第一级行星架9作为增速器的输入，通过圆锥滚子轴承10支撑在箱体16上，行星架与行星齿轮轴为过盈配合，因此能量传递至第一级行星轮轴11；圆周均布的三个第一级行星轮12通过双列圆柱滚子轴承14支撑在第一级行星齿轮轴11上，与第一级内齿圈13内啮合，第一级内齿圈13通过螺钉固定在箱体16上，在第一级行星轮轴11的作用下，实现第一级行星轮12的自转与公转；第一级行星轮12与第一级太阳轮轴15外啮合，进而将动力传递至第一级太阳轮轴15，作为第一级行星轮系的输出。第二级行星架21与第一级太阳轮轴15通过花键相啮合，实现第一级星轮轮系的动力传递至第二级行星轮系，其中第二级行星架21作为第二级行星轮系的输入；第二级行星架21通过圆锥滚子轴承10支撑在箱体16上，与第二级行星轮轴19为过盈配合，因此能量传递至第二级行星轮轴12；圆周均布的三个第二级行星轮20通过圆柱滚子轴承18支撑在第二级行星轮轴19上，与第二级内齿圈17内啮合，第二级内齿圈17通过螺钉固定在箱体16上，在第二级行星轮轴19的作用下，实现第二级行星轮20的自转与公转；第二级行星轮20与第二级太阳轮轴22外啮合，进而将动力传递至第二级太阳轮轴22，作为齿轮箱的输出。

本发明采用发电机直接安装在齿轮箱上，齿轮箱安装在机舱底盘上的结构。这样可避免直驱式发电机非常庞大，且一般位于轮毂2和机舱底座6的连接处，其中心位于塔架7中心线的前端，增加了机头载荷，容易使轮毂2和机舱底座6的连接处磨损的缺点，同时也避免了双馈式齿轮箱与发电机同时安装在机舱底座6上，导致发电机与齿轮箱的安装对中性很差，且占用空间大的缺点。这样的设计，结构紧凑，降低机舱底座6的振动，可在地面完成齿轮箱与发电机的安装，便于吊装。

Claims

1.一种半直驱风电传动系统，其包括轮毂转子装配模块、齿轮箱装配模块、发电机装配模块、机舱底座、轮毂以及叶片，机舱底座安装在架塔上，机舱底座从前至后依次安装轮毂转子装配模块、齿轮箱装配模块、发电机装配模块，轮毂转子装配模块前端安装轮毂，轮毂上安装叶片，其特征在于：所述齿轮箱装配模块和发电机装配模块一体安装，齿轮箱装配模块输出端连接发电机装配模块输入端，齿轮箱装配模块输出端和发电机装配模块输入端在同一轴线上。

2.根据权利要求1所述的一种半直驱风电传动系统，其特征在于：所述齿轮箱装配模块由齿轮箱构成，所述齿轮箱包括齿轮箱体，输入轴通过锁紧盘与第一级行星架相连，第一级行星架通过圆锥滚子轴承支撑在箱体上，行星架与行星齿轮轴为过盈配合，第一级行星轮通过双列圆柱滚子轴承支撑在第一级行星齿轮轴上，第一级行星轮与第一级内齿圈内啮合，第一级内齿圈固定在箱体固定在箱体内，第一级行星轮与第一级太阳轮轴外啮合，第二级行星架与第一级太阳轮轴通过花键相啮合，第二级行星架通过圆锥滚子轴承支撑在箱体上，与第二级行星轮轴为过盈配合，第二级行星轮通过圆柱滚子轴承支撑在第二级行星轮轴上，第二级行星轮与第二级内齿圈内啮合，第二级内齿圈通过螺钉固定在箱体上，第二级行星轮与第二级太阳轮轴外啮合，第二级太阳轮轴连接发电机输入轴。

3.根据权利要求2所述的一种半直驱风电传动系统，其特征在于：所述第一级行星轮有三个或四个，第一级行星轮圆周均布。

4.根据权利要求2所述的一种半直驱风电传动系统，其特征在于：所述第二级行星轮有三个或四个，第二级行星轮圆周均布。