CN103511197B - 具有布置在行星齿轮传动装置与发电机之间的耦接件的风力发电设备 - Google Patents

具有布置在行星齿轮传动装置与发电机之间的耦接件的风力发电设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有行星齿轮传动装置（2）的风力发电设备（1），布置所述行星齿轮传动装置以将转子（3）的缓慢旋转运动转换成用于运行集成的中速运转的电气的发电机（4）的快速旋转运动，所述行星齿轮传动装置包括间接地与所述转子（3）连接的传动装置驱动轴（5）以及间接地经由发电机轴（6）与所述发电机（4）连接的传动装置从动轴（7），其中在所述发电机（6）与所述行星齿轮传动装置（2）之间布置有耦接件，以便补偿轴向偏差、径向偏差和角度偏差。

Description

具有布置在行星齿轮传动装置与发电机之间的耦接件的风力 发电设备
技术领域
本发明涉及一种具有行星齿轮传动装置的风力发电设备，布置所述行星齿轮传动装置以将转子的缓慢旋转运动转换成用于运行集成的中速运转的电气的发电机的快速旋转运动，所述行星齿轮传动装置包括间接地与所述转子连接的行星齿轮传动装置以及间接地经由发电机轴与发电机连接的传动装置从动轴，其中在所述发电机与所述行星齿轮传动装置之间布置有耦接件。
背景技术
本发明的应用领域延伸到如在风力发电设备的驱动总成中常见的行星齿轮传动装置。另外，这种行星齿轮传动装置的重要的特征是尺寸和重量。在此，在传动装置部件的设计上除了材料选择和结构的外观(Aspekt)之外，也考虑行星齿轮传动装置上所产生的力和转矩，所述力和转矩作用到行星齿轮传动装置上。这种类型的行星齿轮传动装置承受着不同寻常的负荷，这些负荷是由于行星齿轮传动装置的结构状况以及不均匀的交变的载荷集(Belastungskollektiv)所引起的。
另外，文献DE102006051546A1公开了一种具有双馈的(doppelgespeisten)异步发电机的风能设备，其中在异步发电机与传动装置之间设置离合器。该离合器用于将发电机机械地从动力总成上分开，从而在相位移动运行(Phasenschieberbetrieb)期间，传动装置和异步发电机相互脱耦。为了维持转速所需的有效功率仅相应于在发电机和逆变器中的损耗。
从普遍公知的现有技术中可知，在脱开的驱动总成中，传动装置以及发电机是相互分开地建于基架上的并且分别具有一自身的壳体，其中所述传动装置通常是具有圆柱齿轮级的多级的行星齿轮传动装置。传动装置的从动轴和快速旋转的发电机的从动轴通过中间轴连接。具有少量圆柱齿轮级的中速运转的驱动总成已经从现有技术中已知。如果仅采用行星轮级，则发电机侧的行星轮级的太阳轮轴可以用作与发电机的连接轴。
文献US80,75,442B2公开了一种行星齿轮传动装置，用于将转子的缓慢旋转运动转换成用于运行集成的中速运转的电气的发电机的快速旋转运动。传动装置和发电机同轴地布置并且具有传动装置从动轴和发电机驱动轴的共同的支承部。在发电机与传动装置之间布置有与轴承径向同心的离合器。此外，作用到之前所述的轴承上的、通过转子和发电机产生的力小于通过齿部产生的静态的和动态的转矩。有利的是，这避免了同轴的从动轴和发电机轴的共同的轴承。此外，从普遍公知的现有技术可知，在具有直接地法兰连接的发电机的中速运转的传动装置的情况下，尽可能短时间地实现前面所提到的目标。传动装置的壳体可以同时地代表发电机的壳体，从而传动装置和发电机相互法兰连接。这种构造方式如此紧凑，从而传动装置的从动轴大多数情况下直接驱动发电机。由于在集成的驱动总成中在传动装置与发电机之间会出现轴向偏差、径向偏差和角度错误位置，这些情况是由于制造公差和安装公差引起的，但也会由于不平衡(Unwucht)以及由于与载荷相关的变形引起，所以进行补偿是有意义的，以便尽可能仅传递扭转力矩。
发明内容
因此本发明的任务在于，提供一种风力发电设备、尤其是风力发电设备的驱动总成，所述风力发电设备包括行星齿轮传动装置和集成的中速运转的电气的发电机，所述驱动总成补偿了由于轴向偏差、径向偏差和角度偏差引起的力和力矩，以便仅传递扭转力矩。
为此，本发明提出一种具有行星齿轮传动装置的风力发电设备，布置所述行星齿轮传动装置以便将转子的缓慢旋转运动转换成用于运行集成的中速运转的电气的发电机的快速旋转运动，所述行星齿轮传动装置包括间接地与所述转子连接的传动装置驱动轴以及间接地经由发电机轴与所述发电机连接的传动装置从动轴，其中在所述发电机与所述行星齿轮传动装置之间布置有耦接件，其特征在于，布置所述耦接件以补偿所述行星齿轮传动装置与所述发电机轴之间的轴向偏差、径向偏差和角度偏差。
根据本发明，布置所述耦接件以便补偿所述行星齿轮传动装置与所述发电机轴之间的轴向偏差、径向偏差和角度偏差。这种类型的布置方式结合一种合适的耦接件有效地补偿了通过轴向偏差、径向偏差和角度偏差引起的力和力矩，从而还仅将所述行星齿轮传动装置的扭转力矩传递到所述发电机上。这由于作用到所述发电机上的更小的力集而允许所述发电机的相应的对于重量来说优化的构造。
根据一种优选的实施方式，所述耦接件是布置在所述发电机轴与所述行星齿轮传动装置的太阳轮之间的双万向地支承的传动装置从动轴。在此，在传动装置侧所述太阳轮用作铰接点，并且在发电机侧所述发电机轴用作铰接点。所述传动装置从动轴的双万向的支承部能够实现所述行星齿轮传动装置与所述发电机之间的轴向偏差、径向偏差和角度偏差的补偿。
根据第二种优选的实施方式，所述耦接件是布置在所述行星齿轮传动装置与所述发电机之间的、构造成太阳轮轴的发电机侧的万向支承的传动装置从动轴。为了如之前那样补偿所述行星齿轮传动装置与所述发电机之间的轴向偏差、径向偏差和角度偏差，所述传动装置从动轴应该具有一相应的长度。优选地，所述传动装置从动轴的长度至少相当于所述传动装置从动轴的直径的两倍。这样，所述径向偏差可以在相应的长度的情况下通过所述角度偏差来补偿，其中所述轴向偏差可通过所述万向的支承部来补偿。
根据第三种优选的实施方式，所述耦接件在发电机侧布置在具有传动装置侧的运转齿部的传动装置从动轴上，所述传动装置从动轴布置在所述行星齿轮传动装置与所述发电机轴之间并且构造成太阳轮轴。这种类型的实施方式能够实现一种节省构造空间的、缩短驱动总成(Antriebsstrang)的技术方案。发电机侧的耦接件优选包括至少一个双片离合器、至少一个扭转刚性的齿式离合器和/或至少一个旋转弹性以及弯曲弹性的接片式离合器。为了补偿所述行星齿轮传动装置和所述发电机之间的轴向偏差、径向偏差和角度偏差，能够设置一个耦接件或者将多个耦接件一个接一个地串联起来。之前所述的耦接件的组合同样是可以考虑的。
此外建议，发电机侧的耦接件法兰连接在所述太阳轮轴上，其中在所述法兰连接的耦接件与所述太阳轮轴之间设有形状配合的或传力配合的连接部。这样，例如能够使所述太阳轮轴的轴向端面与所述耦接件的轴向端面接触，以便将它们经由连接器件、尤其是旋紧元件或销元件相互形状配合地连接。
优选地，在所述法兰连接的耦接件与所述太阳轮轴之间的摩擦配合的连接部中，提高摩擦系数的器件轴向地设置在连接部位的端面上。由此提高了在所述部位处的摩擦系数并且增强了传力配合。提高摩擦系数的薄膜以及提高摩擦系数的涂层代表了特别合适的提高摩擦系数的器件，其中所述薄膜以及所述涂层通常具有硬颗粒，这些硬颗粒在相互共同挤压两个端面时部分地渗入到端面中并且产生一种微形状配合。
根据一种进一步改进本发明的措施建议，发电机侧的耦接法兰锻接到所述太阳轮轴上。所述耦接法兰直接锻接到所述太阳轮轴上或者说圆柱齿轮轴的指向所述发电机的端部构造成法兰，虽然需要与之专门匹配的耦接件，但实现了在所述太阳轮轴与所述耦接件之间的一种改进的连接技术方案。
此外建议，需要利用传动装置润滑油进行润滑的耦接件能够负责润滑和冷却，其中所述需要润滑的耦接件相对于所述发电机通过密封元件油封地密封。只要所述耦接件不需要润滑，那么所述发电机通过密封元件相对于所述传动装置的密封是有利的。
本发明包括如下技术教导，即所述耦接件是电流绝缘的或者至少具有电流绝缘的器件。适合于此的是陶瓷元件和聚合物元件、但尤其是玻璃纤维元件和碳元件。因此，旋紧部能够具有电流绝缘的套筒和/或电流绝缘的垫圈。此外，可以考虑由所述材料制成的电流绝缘的中间轴、尤其是双万向地支承的从动轴。
附图说明
在下文中结合对本发明的优选的实施例的描述参照附图详细阐释其它改进本发明的措施。其中:
图1示出了风力发电设备的示意性侧视图；
图2示出了构造成双万向地支承的传动装置从动轴的根据本发明的耦接件的示意性纵剖面图；
图3示出了根据第二种实施方式构造成发电机侧万向地支承的传动装置从动轴的、根据本发明的耦接件的示意性纵剖面图；以及
图4示出了根据第三种实施方式的、根据本发明的耦接件的示意性纵剖面图，其中所述传动装置从动轴是具有发电机侧的耦接件的太阳轮轴。
具体实施方式
图1示出了具有其主要组件的风力发电设备1的侧视图。所述风力发电设备1具有塔台14，在所述塔台上布置有形式为机器壳体的、可围绕垂直轴线旋转地支承的机舱(Gondel)15。在所述吊舱15中不可相对转动地固定有行星齿轮传动装置2，所述行星齿轮传动装置具有传动装置驱动轴5和传动装置从动轴7。所述传动装置驱动轴5与具有多个转子叶片17的转子3的转毂16连接。所述传动装置从动轴7与形式为发电机4的、有待驱动的驱动装置旋转连接。
如此设计所述行星齿轮传动装置2，从而其将所述传动装置驱动轴5的缓慢旋转运动转换成所述传动装置从动轴7的快速旋转运动。为此，所述行星齿轮传动装置2具有两个或更多个行星轮级，所述行星轮级经由封闭的圆柱齿轮传动装置与所述传动装置从动轴7共同作用。借助于所述风力发电设备1产生电能，方法是由于风而处于旋转运动中的转子3将所述旋转运动传递到所述传动装置驱动轴5上，进而传递到所述行星齿轮传动装置2中。所述行星齿轮传动装置2将所述旋转运动转换成快速旋转运动并且最终经由所述传动装置从动轴7将所述快速旋转运动传递到所述发电机4上，以产生电流。
在图2中可以看出所述发电机4的、法兰连接在所述行星齿轮传动装置2的传动装置壳体18上的发电机壳体19。双万向地支承的传动装置从动轴7用作通过轴承21支承在所述发电机壳体19上的发电机轴6与所述行星齿轮传动装置2的太阳轮8之间的耦接件。因此，所述传动装置从动轴7在所述太阳轮8并且在所述发电机轴6上分别具有一铰链20，从而在传动装置侧所述太阳轮8用作铰接点，并且在发电机侧所述发电机轴6用作铰接点。这里，进行在所述行星齿轮传动装置2与所述发电机4之间的轴向偏差、径向偏差以及角度偏差的补偿。
按照图3，所述行星齿轮传动装置2与所述发电机4之间的轴向偏差、径向偏差以及角度偏差的补偿经由布置在所述行星齿轮传动装置2与所述发电机轴6之间的、构造成太阳轮轴9的发电机侧的万向地支承的传动装置从动轴7来进行。因此，所述传动装置从动轴7仅具有一个铰链20，所述铰链布置在所述发电机轴6的内圆周面上。所述传动装置从动轴7还具有一相应的长度，从而所述径向偏差通过所述角度偏差来补偿并且所述轴向偏差通过所述万向的支承部来补偿。
在图4中所述耦接件在发电机侧布置到所述传动装置从动轴7上。此外，构造为太阳轮轴9的传动装置从动轴7布置在所述行星齿轮传动装置2与所述发电机轴6之间。所述太阳轮轴9的、指向发电机的端部构造成耦接法兰13。双片离合器10作为耦接件布置到所述耦接法兰13的端面上。同样地，齿式离合器11和/或接片式离合器12能够布置在相同的位置上。径向地，在所述太阳轮轴9的外圆周与所述传动装置壳体18之间布置有密封元件22，所述密封元件将所述发电机4相对于所述传动装置2油封地密封。
需要说明的是，参考上述实施例所描述的特征也可以结合其它上述的实施例的其它特征或步骤来应用。权利要求书中的附图标记不能被视为限制。
附图标记列表：
1 风力发电设备
2 行星齿轮传动装置
3 转子
4 发电机
5 传动装置驱动轴
6 发电机轴
7 传动装置驱动轴
8 太阳轮
9 太阳轮轴
10 双片离合器
11 齿式离合器
12 接片式离合器
13 耦接法兰
14 塔台
15 吊舱
16 转毂
17 转子叶片
18 传动装置壳体
19 发电机壳体
20 铰链
21 轴承
22 密封元件

Claims (10)

1.一种具有行星齿轮传动装置(2)的风力发电设备(1)，布置所述行星齿轮传动装置以便将转子(3)的缓慢旋转运动转换成用于运行集成的中速运转的电气的发电机(4)的快速旋转运动，所述行星齿轮传动装置包括间接地与所述转子(3)连接的传动装置驱动轴(5)以及间接地经由发电机轴(6)与所述发电机(4)连接的传动装置从动轴(7)，其中在所述发电机(4)与所述行星齿轮传动装置(2)之间布置有耦接件，
其特征在于，布置所述耦接件以补偿所述行星齿轮传动装置(2)与所述发电机轴(6)之间的轴向偏差、径向偏差和角度偏差。
2.按照权利要求1所述的风力发电设备(1)，其特征在于，所述耦接件是布置在所述发电机轴(6)与所述行星齿轮传动装置(2)的太阳轮(8)之间的、双万向地支承的传动装置从动轴(7)。
3.按照权利要求1所述的风力发电设备(1)，其特征在于，所述耦接件是布置在所述行星齿轮传动装置(2)与所述发电机轴(6)之间的、构造为太阳轮轴(9)的在发电机侧万向地支承的传动装置从动轴(7)。
4.按照权利要求1所述的风力发电设备(1)，其特征在于，所述耦接件在发电机侧布置到具有传动装置侧的运转齿部的传动装置从动轴(7)上，所述传动装置从动轴布置在所述行星齿轮传动装置(2)与所述发电机轴(6)之间并且构造为太阳轮轴(9)。
5.按照权利要求4所述的风力发电设备(1)，其特征在于，所述发电机侧的耦接件包括至少一个双片离合器(10)、至少一个齿式离合器(11)和/或至少一个接片式离合器(12)。
6.按照权利要求4所述的风力发电设备(1)，其特征在于，发电机侧的耦接件法兰连接在所述太阳轮轴(9)上，其中在法兰连接的耦接件与所述太阳轮轴(9)之间设有形状配合的或者传力配合的连接部。
7.按照权利要求6所述的风力发电设备(1)，其特征在于，在所述法兰连接的耦接件与所述太阳轮轴(9)之间的摩擦配合的连接部中，提高摩擦系数的器件轴向地设置在连接部位的端面上。
8.按照权利要求4所述的风力发电设备(1)，其特征在于，所述发电机侧的耦接法兰(13)直接锻接到所述太阳轮轴(9)上。
9.按照权利要求1-8中任一项所述的风力发电设备(1)，其特征在于，需要利用传动装置润滑油进行润滑的耦接件能够负责润滑和冷却，其中所述需要润滑的耦接件相对于所述发电机(4)通过密封元件(22)油封地密封。
10.按照权利要求1-8中任一项所述的风力发电设备(1)，其特征在于，所述耦接件是电流绝缘的或者至少具有电流绝缘的器件。
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