CN103375349A - 风力发电机组传动链与风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种风力发电机组传动链与风力发电机组。本发明的风力发电机组传动链包括：叶轮，包括轮毂(2)和设置在轮毂(2)上的叶片(1)；增速箱(5)，包括输入轴(501)和输出轴(510)，输入轴(501)在轮毂(2)的驱动下转动；发电机(6)，包括发电机定子(601)和设置于发电机定子(601)内部的发电机转子(602)；联轴器(7)，设置于发电机转子(602)内部，增速箱(5)的输出轴(510)通过联轴器(7)与发电机转子(602)连接。本发明的风力发电机组传动链在设置联轴器的情况下，也实现了整体上布置紧凑的技术效果。

Description

风力发电机组传动链与风力发电机组

技术领域

本发明涉及风力发电领域，更具体地，涉及一种风力发电机组传动链与风力发电机组。

背景技术

随着国内外风电产业的高速发展，风力发电机组的技术不断发展，对风力发电机组的技术要求也越来越高，作为风力发电机组核心部分的传动链备受关注，其技术研发也成风电机组的研发重点。风力发电机组主要包括主机架和支撑于主机架上的风力发电机组传动链，主机架用于安装主轴，起到承载的作用。风力发电机组传动链一般包括具有叶片和轮毂的叶轮、齿轮箱、发电机、联轴器等。

为了减小风力发电机组传动链的长度，现有技术中有一种紧凑型风力发电机组传动链，该传动链将发电机定子和转子分别直接连齿轮箱的箱体和齿轮箱的输出轴。

现有技术中以上的紧凑型风力发电机组传动链存在如下缺点：

由于没有设置联轴器，发电机的转子直接连接齿轮箱的输出轴，发电机故障时出现的反扭矩将直接作用在齿轮箱上，反扭矩可达到额定扭矩的八倍，因此，齿轮箱易因过载而出现故障。

由于没有设置联轴器，没有联轴器的绝缘功能，发电机转子的轴电流会传导到齿轮箱，增加了齿轮箱发生故障的风险。

由于发电机的定子和转子分别直接连接齿轮箱的箱体和输出轴，所以发电机的定子和转子不能同时拆卸，而发电机通常要求整体拆卸维护，所以须和齿轮箱一起拆卸，即使齿轮箱可以单独拆卸，拆卸维护发电机时也要一起拆卸齿轮箱，拆卸重量大，拆卸难度高，发电机失去了单独拆卸的功能，影响了发电机的维护性能。

现有技术中还有一种更紧凑型风力发电机组传动链，该传动链不仅将发电机定子和转子分别直接连齿轮箱的箱体和齿轮箱的输出轴，而且为了进一步缩短传动链，除未设置联轴器外，还未设置主轴，而将主轴承融入齿轮箱中。

由于没有设置主轴，将主轴承融入了齿轮箱，叶轮的轮毂直接连接齿轮箱的输入轴，导致了齿轮箱直接承受风载荷，齿轮箱负载增加极大，其结构的强度和刚度要求很高，使齿轮箱的设计难度增大，重量增加，制造难度也增大。而且在风力发电机组运行中，由于风载荷作用，齿轮会发生较大变形，影响齿轮啮合，容易造成故障。如果齿轮箱出现故障，又不能单独拆卸维护，须将轮毂拆卸之后方可拆卸齿轮箱，也影响了风力发电机组的维护性能。

发明内容

本发明目的在于提供一种风力发电机组传动链与风力发电机组，其不但能减少故障发生，而且整体布置紧凑。

为实现上述目的，本发明提供了一种风力发电机组传动链，包括：叶轮，包括轮毂和设置在轮毂上的叶片；增速箱，包括输入轴和输出轴，输入轴在轮毂的驱动下转动；发电机，包括发电机定子和设置于发电机定子内部的发电机转子；风力发电机组传动链还包括：联轴器，设置于发电机转子内部，增速箱的输出轴通过联轴器与发电机转子连接。

进一步地，增速箱包括箱体；发电机定子与箱体直接连接。

进一步地，风力发电机组传动链还包括：主轴，输入轴与轮毂通过主轴连接；主轴承，安装在风力发电机组的主机架上，主轴支承于主轴承上。

进一步地，发电机转子包括靠近增速箱的近端和远离增速箱的远端，并具有从近端至远端的中间空腔；联轴器同轴设置于中间空腔，包括相对设置的第一联轴端和第二联轴端以及位于第一联轴端和第二联轴端之间的联轴器主体，第一联轴端与输出轴沿轴线可插拔地同轴止转连接，第二联轴端与发电机转子的远端可拆卸地固定连接。

进一步地，联轴器的第一联轴端包括内齿法兰，内齿法兰包括与输出轴连接的内齿部和与联轴器主体连接的法兰部。

进一步地，联轴器的第二联轴端包括法兰盘，法兰盘分别与联轴器主体和发电机转子的远端连接。

进一步地，联轴器主体包括过载保护装置。

进一步地，联轴器主体的靠近增速箱的第一端设置有第一膜片组，联轴器主体的远离增速箱的第二端设置有第二膜片组。

进一步地，联轴器主体的第二端还包括有过载保护装置，第二膜片组位于过载保护装置和第二联轴端之间。

进一步地，联轴器主体包括GRP筒。

本发明还提供了一种风力发电机组，包括前述的风力发电机组传动链和支撑风力发电机组传动链的主机架。

根据本发明的风力发电机组传动链与风力发电机组，由于将联轴器设置于发电机转子内部，使风力发电机组传动链在设置联轴器的情况下，也实现了整体上布置紧凑的技术效果。进一步地，还能克服发电机不易拆卸的缺点。更进一步地，还能克服现有技术中紧凑型风力发电机组传动链因没有设置联轴器而带来的齿轮箱由于过载和轴电流易引发的故障。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的风力发电机组及其传动链的结构示意图。

附图中各标记所代表的部件名称如下：

1      叶片           2    轮毂

3      主轴           4    主轴承

5      齿轮箱         6    发电机

7      联轴器         8    制动装置

9      主机架

501    输入轴         502  第一级行星架

503    第一级行星轮   504  第一级齿圈

505    第一级太阳轮   506  第二级行星架

507    第二级行星轮   508  第二级齿圈

509    第二级太阳轮   510  输出轴

511    箱体           601  发电机定子

602    发电机转子     603  发电机轴承

701    内齿法兰       702  第一膜片组

703    GRP筒          704  过载保护装置

705    法兰盘         706  第二膜片组

801    制动钳         802  制动盘

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本实施例的风力发电机组传动链主要包括叶轮、主轴3、主轴承4、齿轮箱5、发电机6和联轴器7。

叶轮包括轮毂2和设置于轮毂2上的一个或多个叶片1。主轴承4安装在风力发电机组的主机架9上，而主轴3支承在主轴承4上。其中，主轴承4可采用现有技术中的双排背靠背圆锥滚子轴承，也可以采用两个独立的轴承，其具体实现方式在此不作限定。齿轮箱5包括箱体511、设置于箱体511内部的齿轮传动机构、输入轴501和输出轴510。输入轴501通过主轴3与轮毂2连接。发电机6包括发电机定子601、设置于发电机定子601内部的发电机转子602以及支承发电机转子602旋转的发电机轴承603。联轴器7设置于发电机转子602内部。

如图1所示，本实施例的发电机转子602包括靠近齿轮箱5的近端和远离齿轮箱5的远端，并具有从近端至远端的中间空腔。联轴器7布置于发电机转子602的中间空腔，联轴器7包括与齿轮箱输出轴510连接的内齿法兰701，与内齿法兰701连接的第一膜片组702，与第一膜片组702连接的GRP筒703，与GRP筒703连接的过载保护装置704，与过载保护装置704连接的第二膜片组706，还有分别与第二膜片组706和发电机转子602连接的法兰盘705。其中两组膜片组、GRP筒703和过载保护装置704形成联轴器7的联轴器主体。

变速箱5的输出轴510通过内置于电机转子内的联轴器7与发电机转子602连接，联轴器7的内齿法兰701包括具有内部齿形结构(例如花键齿)的内齿部与法兰部。内齿部与齿轮箱输出轴510之间可插拔地同轴止转连接，连接方式可以是花键形式，也可以是鼓形齿形式等。法兰部与联轴器主体中的第一膜片组702连接。当然，只要空间和强度允许，也可以将第一联轴端设置为具有外部齿的结构，而输出轴上具有内部齿的结构实现二者之间可插拔的止转连接。

输出轴510与联轴器7之间的连接不限于本实施例给出的连接方式，例如，在操作空间允许的情况下，也可以在输出轴510的端部和联轴器7的相应端部均设置法兰，并采用螺栓联接的方式进行固定连接。

联轴器7的法兰盘705包括两组螺栓孔，位于外侧的一组螺栓孔用于通过螺栓与发电机转子602的远端连接。法兰盘705位于内侧的一组螺栓孔用于通过螺栓与第二膜片组706连接。以上联轴器7的连接形式可以方便地从发电机6和齿轮箱5上拆卸联轴器7，进而实现发电机6从齿轮箱5上方便的拆卸，实现二者的单独拆卸维护，提高了机组的可维护性。

过载保护装置704在本实施例中可以具体地设置在GRP筒703和第二膜片组706之间，过载保护装置704可以通过摩擦片形式进行打滑，也可以通过打滑套筒形式进行打滑，实现过载保护。

由于将联轴器7布置在了发电机转子602的内部，齿轮箱5的输出轴510通过内置的联轴器7与发电机6的转子602连接，从而缩短了传动链的长度，简化了传动链的结构。膜片组由膜片叠合而成，可以以三维变形形式承受主从动件之间的不对中，GRP筒703是由玻璃增强热固性塑料(Glass Reinforce plastic，GRP)制成，膜片组和GRP筒703二者均可实现纠偏，从而利于解决发电机转子602与齿轮箱输出轴510不同轴的问题。GRP筒703还能起到绝缘作用，因而能防止发电机6的轴电流传导至齿轮箱5，造成故障风险。还有过载保护装置704，在发电机发生故障产生反扭矩时，过载保护装置704发生打滑，起到过载保护作用，防止反扭矩直接作用到齿轮箱5而导致齿轮箱5由于过载而引发故障，提高了传动链的可靠性。

本领域技术人员可以认识到，在发电机转子602的内部设置联轴器7的同时设置主轴3，是本发明的一个较佳的实施例，在不设置主轴3的情况下，本发明仍然可以取得前述的效果。但是，由于在本实施例中设置了主轴3，风力发电机组传动链通过主轴3支承在主轴承4上，而主轴承4安装在主机架9上，使风力发电机组传动链的载荷和风载荷由主机架9承载，从而使齿轮箱5只传送功率和扭矩，不承受风载荷，降低了齿轮箱5的承载要求和故障率，也降低了齿轮箱5的重量和设计制造难度。同时，齿轮箱5还可以独立于轮毂2进行拆卸，因而使风力发电机组传动链具备了较好的可靠性和可维护性。

如图1所示，在本实施例中，还将齿轮箱5的箱体511与发电机定子601直接连接在一起。由于发电机定子601与箱体511直接连接，较好地避免了齿轮箱5的输出轴510与发电机6不同心的问题，降低了联轴器7的补偿要求和设计制造难度，同时实现了齿轮箱5和发电机6单独拆卸维护，提高了风力发电机组的可维护性。

从以上的描述可知本实施例的联轴器7可以较好地起到纠偏、过载保护、绝缘的作用，并且便于拆卸。

优选地，齿轮箱5设置至少一级行星齿轮传动机构。如图1所示，在本实施例中齿轮箱5包括第一级和第二级共两级行星齿轮传动机构。

第一级行星齿轮传动机构包括：第一级齿圈504、第一级太阳轮505、第一级行星架502和第一级行星轮503。第一级齿圈504固定地设置于齿轮箱5的箱体511的内周面上；第一级太阳轮505同轴地设置于第一级齿圈504内。第一级行星架502与输入轴501连接，在输入轴501的驱动下转动。第一级行星轮503与第一级行星架502可转动地连接并且与第一级齿圈504和第一级太阳轮505同时啮合。

第一级行星齿轮传动机构的传动方式如下：第一级齿圈504固定不动；第一级行星轮503与第一级齿圈504啮合，且随第一级行星架502公转，同时自身发生与第一级行星架502旋转方向相反的自转；第一级太阳轮505与第一级行星轮503啮合，发生与第一级行星轮503旋转方向相反、与第一级行星架502旋转方向相同的旋转。经过第一级行星齿轮传动机构的传动，起到对输入轴501输入的动力增速减扭的作用。其中，输入轴501和第一级行星架502通常一体设置。

第二级行星齿轮传动机构包括第二级齿圈508、第二级太阳轮509、第二级行星架506和第二级行星轮507。第二级齿圈508固定设置于齿轮箱5的箱体511的内周面上。第二级太阳轮509同轴地设置于第二级齿圈508内。第二级行星架506在第一级太阳轮505的驱动下转动。第二级行星轮507与第二级行星架506可转动地连接并且与第二级齿圈508和第二级太阳轮509同时啮合。其中，第一级太阳轮505可以通过花键、鼓形齿等形式与第二级行星架506进行止旋配合，以驱动第二级行星架506转动。

第二级行星齿轮传动机构的传动方式如下：第二级齿圈508固定不动；第二级行星轮507与第二级齿圈508啮合，随第二级行星架506公转，同时自身发生与第二级行星架506旋转方向相反的自转；第二级太阳轮509与第二级行星轮507啮合，发生与第二级行星轮507旋转方向相反、与第二级行星架506旋转方向相同的旋转。此时，第二级太阳轮509带动输出轴510旋转。经过第二级行星齿轮传动机构的传动，起到对输入轴501输入的动力进一步增速减扭的作用。

根据实际需要，齿轮箱5可以仅设置一级行星齿轮传动机构，也可以设置三级以上的多级行星齿轮传动机构。其中，三级以上的多级行星齿轮传动机构顺次串联。这里指的串联为前一级的行星齿轮传动机构的动力输出轴与后一级行星齿轮传动机构的动力输入轴同轴止转连接。其中，三级以上的多级行星齿轮传动机构的每一级行星齿轮传动机构的结构形式均可与第二级行星齿轮传动机构相同，另外，每一级行星齿轮传动机构的传动比可以相同也可以不同，具体的传动比可根据实际需要确定。

另外，各级行星齿轮传动机构中，也可以通过行星轮驱动齿圈旋转。此时行星架与行星轮固定，行星轮与齿圈啮合，在行星架的驱动下发生与齿圈旋转方向相同的公转，太阳轮与行星轮啮合，发生与行星轮和齿圈旋转方向相反的旋转。

上述的各级齿圈、各级太阳轮、各级行星轮的齿型可以为直齿、斜齿、人字齿和弧齿中的任一种。

在本实施例中风力发电机组传动链还包括了制动装置8。具体地，制动装置8包括制动钳801和制动盘802。制动盘802与发电机转子602连接；制动钳801与发电机定子601连接。维修人员可以控制制动钳801与制动盘802相接触，以在风力发电机组停止运行时对风力发电机组传动链进行辅助制动。

本实施例的风力发电机组包括前述的风力发电机组传动链和支撑风力发电机组传动链的主机架9。具体地，风力发电机组传动链通过其主轴3和支承主轴3的轴承4安装在主机架9上。

从以上的描述中可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

风力发电机组传动链在设置联轴器的情况下长度较短，结构紧凑。

风力发电机组传动链实现了齿轮箱和发电机单独拆卸维护，提高了机组的可维护性。

防止发电机转子的轴电流传导到齿轮箱给齿轮箱造成故障风险，以及防止发电机故障时的反扭矩直接作用在齿轮箱上导致齿轮箱过载而引发的齿轮箱故障，风力发电机组传动链的可靠性提高。

降低了齿轮箱的承载要求和故障率，也降低了齿轮箱的重量和设计制造难度。

避免了齿轮箱输出轴与发电机不同心的问题，降低了联轴器的补偿要求和设计制造难度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种风力发电机组传动链，包括：

叶轮，包括轮毂(2)和设置在所述轮毂(2)上的叶片(1)；

增速箱(5)，包括输入轴(501)和输出轴(510)，所述输入轴(501)在所述轮毂(2)的驱动下转动；

发电机(6)，包括发电机定子(601)和设置于所述发电机定子(601)内部的发电机转子(602)；

其特征在于，所述风力发电机组传动链还包括：

联轴器(7)，设置于所述发电机转子(602)内部，所述增速箱(5)的输出轴(510)通过所述联轴器(7)与所述发电机转子(602)连接。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组传动链，其特征在于，

所述增速箱(5)包括箱体(511)；

所述发电机定子(601)与所述箱体(511)直接连接。

3.根据权利要求2所述的风力发电机组传动链，其特征在于，所述风力发电机组传动链还包括：

主轴(3)，所述输入轴(501)与所述轮毂(2)通过所述主轴(3)连接；

主轴承(4)，安装在风力发电机组的主机架(9)上，所述主轴(3)支承于所述主轴承(4)上。

4.根据权利要求1或2或3所述的风力发电机组传动链，其特征在于，

所述发电机转子(602)包括靠近所述增速箱(5)的近端和远离所述增速箱(5)的远端，并具有从所述近端至所述远端的中间空腔；

所述联轴器(7)同轴设置于所述中间空腔，包括相对设置的第一联轴端和第二联轴端以及位于所述第一联轴端和所述第二联轴端之间的联轴器主体，所述第一联轴端与所述输出轴(510)沿轴线可插拔地同轴止转连接，所述第二联轴端与所述发电机转子(602)的所述远端可拆卸地固定连接。

5.根据权利要求4所述的风力发电机组传动链，其特征在于，所述联轴器(7)的第一联轴端包括内齿法兰(701)，所述内齿法兰(701)包括与所述输出轴(510)连接的内齿部和与所述联轴器主体连接的法兰部。

6.根据权利要求4所述的风力发电机组传动链，其特征在于，所述联轴器(7)的第二联轴端包括法兰盘(705)，所述法兰盘(705)分别与所述联轴器主体和所述发电机转子(602)的所述远端连接。

7.根据权利要求4所述的风力发电机组传动链，其特征在于，所述联轴器主体包括过载保护装置(704)。

8.根据权利要求4所述的风力发电机组传动链，其特征在于，所述联轴器主体的靠近所述增速箱(5)的第一端设置有第一膜片组(702)，所述联轴器主体的远离所述增速箱(5)的第二端设置有第二膜片组(706)。

9.根据权利要求8所述的风力发电机组传动链，其特征在于，所述联轴器主体的第二端还包括有过载保护装置(704)，所述第二膜片组(706)位于所述过载保护装置(704)和所述第二联轴端之间。

10.根据权利要求1-4中任一项所述的风力发电机组传动链，其特征在于，所述联轴器主体包括GRP筒(703)。

11.一种风力发电机组，包括风力发电机组传动链和支撑所述风力发电机组传动链的主机架(9)，其特征在于，所述风力发电机组传动链为根据权利要求1至10中任一项所述的风力发电机组传动链。

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