CN103644279B

CN103644279B - 一种用于风力发电机组的恒速输出齿轮箱

Info

Publication number: CN103644279B
Application number: CN201310715589.9A
Authority: CN
Inventors: 赵坤; 宋永乐; 马飞; 柏厚义; 殷雪
Original assignee: Chongqing Wangjiang Industry Co Ltd
Current assignee: Chongqing Wangjiang Industry Co Ltd
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2033-12-23
Also published as: CN103644279A

Abstract

本发明公开一种用于风力发电机组的恒速输出齿轮箱，包括差动行星齿轮系（20）和导叶可调液力变矩器（30）组成传动比可调的增速系统，差动行星齿轮系的系杆（22）与连接叶轮的风机的主轴固接，其差动内齿圈（23）与导叶可调液力变矩器（30）的涡轮（33）连接，其太阳轮轴（25）分别与导叶可调液力变矩器的泵轮（31）和同步发电机的输入轴连接，导叶可调液力变矩器的导轮（32）固定在其壳体上；还包括一个用于对所述传动比可调的增速系统的增速比进行自动控制的由转速传感器（41）、控制单元（42）和液压执行机构（43）串联而成速度控制系统（40）。本发明具有结构简单、成本较低的有益效果。

Description

一种用于风力发电机组的恒速输出齿轮箱

技术领域

本发明涉及风力发电齿轮箱，特别是一种用于风力发电机组的恒速输出齿轮箱。

背景技术

恒速输出齿轮箱的主要作用是将风机叶轮输入的随风速变化的不稳定转速转化为恒定的转速，输出给同步发电机，使同步发电机发出的电流电压为电网所需要的恒定频率，并能直接并网，应用于“恒速恒频”式风力发电机组。

常见的一种用于风力发电机组的恒速输出齿轮箱，由第一级差动行星齿轮系、第二级系杆固定式简单行星齿轮系和用于改变第一级差动行星齿轮系传动比的导叶可调液力变矩器组成。这种恒速输出齿轮箱由于在第一级差动行星齿轮系和导叶可调液力变矩器之间增加了第二级系杆固定式简单行星齿轮系作为连接，使得部件较多、成本较高，同时使得作为输出轴的第一级差动行星齿轮系的太阳轮轴长度较长，结构比较复杂、可靠性较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本较低的用于风力发电机组的恒速输出齿轮箱。

为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：

本发明的用于风力发电机组的恒速输出齿轮箱，包括差动行星齿轮系和导叶可调液力变矩器：

所述差动行星齿轮系和导叶可调液力变矩器组成传动比可调的增速系统，差动行星齿轮系的系杆与连接叶轮的风机的主轴固接；其差动内齿圈与导叶可调液力变矩器的涡轮连接，其太阳轮轴分别与导叶可调液力变矩器的泵轮和同步发电机的输入轴连接，所述导叶可调液力变矩器的导轮固定在其壳体上；

所述恒速输出齿轮箱还包括一个用于对所述传动比可调的增速系统的增速比进行自动控制的速度控制系统，所述速度控制系统由转速传感器、控制单元和液压执行机构串联而成；所述转速传感器采集并向控制单元传递风机叶轮转速信息；所述控制单元接受转速传感器传递的风机叶轮转速信息，计算、处理后向液压执行机构发出动作指令，并通过液压执行机构对导叶调节机构的控制而实现对所述增速系统增速比的自动控制。

优选地，所述控制单元为可编程的单片机系统。

优选地，所述液压执行机构包括油池、液压泵、蓄能器或安全阀、阀块、电磁阀组和活塞执行机构；所述电磁阀组的一输入端连接控制单元，另一输入端连接阀块，输出端连接活塞执行机构的输入端，活塞执行机构的输出端连接导叶调节机构。

优选地，还包括至少一级简单行星齿轮系，该一级简单行星齿轮系位于由差动行星齿轮系和导叶可调液力变矩器组成的传动比可调的增速系统的前端，其系杆与连接叶轮的风机的主轴固接，其太阳轮轴与差动行星齿轮系的系杆连接。

优选地，所述简单行星齿轮系为一级或多级串联，第一级简单行星齿轮系的系杆与与连接叶轮的风机的主轴固接；其太阳轮轴与次一级的简单行星齿轮系的系杆相连接，最后一级简单行星齿轮系的太阳轮轴与差动行星齿轮系的系杆相连接。

与现有技术相比，本发明包含如下有益效果：

本发明由差动行星齿轮系和导叶可调液力变矩器组成传动比可调的增速系统，且还包括一个用于对所述传动比可调的增速系统的增速比进行自适应控制的速度控制系统，因而，可以不需要系杆固定式简单行星齿轮系就能实现输出转速恒定，因而部件减少、缩短了作为输出轴的差动行星齿轮系的太阳轮轴的长度、结构简单，降低了成本。同时，速度控制系统40能够对所述增速系统的增速比进行自适应控制，因而可靠性较高。

附图说明

图1为将本发明用于风电发电网时的示意图；

图中，1—风机叶轮，2—风机主轴，3—本发明恒速输出齿轮箱，4—同步发电机，5—电网；20—差动行星齿轮系，30—导叶可调液力变矩器，40—速度控制系统。

图2为本发明结构方框图；

图中，22—系杆，21—行星轮，23—内齿圈，24—太阳轮，25—太阳轮轴，31—泵轮，33—涡轮，32—导轮，34—导叶调节机构，41—转速传感器，42—控制单元，43—液压执行机构。

图3为本发明的液压执行机构的示意图；

图中，a—油池，b—液压泵，c—蓄能器或安全阀，d—阀块，e—电磁阀组，f—活塞执行机构。

图4为本发明变形结构示意图；

图中，10—简单行星齿轮系，12—系杆，11—行星轮，13—内齿圈，14—太阳轮，15—太阳轮轴。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

参见图1和图2所示，本发明的用于风力发电机组的恒速输出齿轮箱3，包括差动行星齿轮系20和导叶可调液力变矩器30：所述差动行星齿轮系20和导叶可调液力变矩器30组成传动比可调的增速系统，差动行星齿轮系20的系杆22与连接叶轮1的风机的主轴2固接；其差动内齿圈23与导叶可调液力变矩器30的涡轮33连接，其太阳轮轴25分别与导叶可调液力变矩器30的泵轮31和同步发电机4的输入轴连接；所述导叶可调液力变矩器30的导轮32固定在其壳体上；从图1和图2可见，本发明的用于风力发电机组的恒速输出齿轮箱，还包括一个用于对所述传动比可调的增速系统的增速比进行自动控制的速度控制系统40，所述速度控制系统40由转速传感器41、控制单元42和液压执行机构43串联而成；所述转速传感器41采集并向控制单元42传递风机叶轮转速信息；所述控制单元42接受转速传感器41传递的风机叶轮转速信息，计算、处理后向液压执行机构43发出动作指令，并通过液压执行机构43对导叶调节机构34的控制而实现对所述增速系统增速比的自动控制。这样一来，由于差动行星齿轮系20和导叶可调液力变矩器30组成传动比可调的增速系统；当差动行星齿轮系20的系杆22的转速变化时，可以通过调节导叶可调液力变矩器30的导叶调节机构34,对涡轮33的转速进行调节,改变与之相连的差动内齿圈23的转速,通过在差动行星齿轮系20中形成差动，实现对太阳轮轴25转速的调节，改变所述增速系统的增速比。同时，用于对所述增速系统的增速比进行自适应控制的速度控制系统40，使得齿轮箱的传动比可以根据叶轮输入转速的改变而进行自动改变，保证输出转速恒定，使同步发电机4发出的交流电的频率始终与电网5频率相同。

所述控制单元42为可编程的单片机系统。这使得速度控制系统40能够实现其控制功能。

参见图3所示，所述液压执行机构43包括油池a、液压泵b、蓄能器或安全阀c、阀块d、电磁阀组e和活塞执行机构f；所述电磁阀组e的一输入端连接控制单元42，另一输入端连接阀块d，输出端连接活塞执行机构f的输入端，活塞执行机构f的输出端连接导叶调节机构34。这使得所述液压执行机构43能够根据控制单元42发出的动作指令，控制电磁阀组e输出的液压油的流量、流速和压力，进而调节活塞执行机构f输出的位移和速度，从而，准确地完成所执行的对导叶调节机构34的控制而实现对所述增速系统增速比的自动控制的任务。

参见图4所示的本发明的变形结构，本发明的用于风力发电机组的恒速输出齿轮箱，还包括至少一级简单行星齿轮系10，该简单行星齿轮系10位于由差动行星齿轮系20和导叶可调液力变矩器30组成的传动比可调的增速系统的前端，为齿轮箱提供固定的增速比，所述简单行星齿轮系10的系杆12与连接叶轮的风机的主轴固接；其太阳轮轴15与差动行星齿轮系20的系杆22连接。这样就能够提高齿轮箱的总的增速比，并减小同步发电机的体积。

所述简单行星齿轮系10可以是一级或多级串联（图中未画出），不管简单行星齿轮系10是一级或多级串联，均是按以下方式连接的；第一级简单行星齿轮系10的系杆12与连接叶轮的风机的主轴固接；其太阳轮轴15与次一级的简单行星齿轮系10的系杆12相连接，最后一级简单行星齿轮系10的太阳轮轴15与差动行星齿轮系20的系杆22相连接。这样就能够进一步提高齿轮箱的总的增速比，并进一步减小同步发电机的体积。

Claims

1.一种用于风力发电机组的恒速输出齿轮箱，包括差动行星齿轮系（20）和导叶可调液力变矩器（30），其特征在于：所述差动行星齿轮系（20）和导叶可调液力变矩器（30）组成传动比可调的增速系统，差动行星齿轮系（20）的系杆（22）与连接叶轮的风机的主轴固接，其差动内齿圈（23）与导叶可调液力变矩器（30）的涡轮（33）连接，其太阳轮轴（25）分别与导叶可调液力变矩器（30）的泵轮（31）和同步发电机的输入轴连接，所述导叶可调液力变矩器（30）的导轮（32）固定在其壳体上；

所述恒速输出齿轮箱还包括一个用于对所述传动比可调的增速系统的增速比进行自动控制的速度控制系统（40），所述速度控制系统（40）由转速传感器（41）、控制单元（42）和液压执行机构（43）串联而成；所述控制单元（42）为可编程的单片机系统，所述液压执行机构（43）包括油池（a）、液压泵（b）、蓄能器或安全阀（c）、阀块（d）、电磁阀组（e）和活塞执行机构（f）；所述电磁阀组（e）的一输入端连接控制单元（42），另一输入端连接阀块（d），输出端连接活塞执行机构（f）的输入端，活塞执行机构（f）的输出端连接导叶调节机构（34），所述转速传感器（41）采集并向控制单元（42）传递风机叶轮转速信息；所述控制单元（42）接受转速传感器（41）传递的风机叶轮转速信息，计算、处理后向液压执行机构（43）发出动作指令，并通过液压执行机构（43）对导叶调节机构（34）的控制而实现对所述传动比可调的增速系统的增速比的自动控制。

2.根据权利要求1所述的用于风力发电机组的恒速输出齿轮箱，其特征在于：还包括一级简单行星齿轮系（10），该一级简单行星齿轮系（10）位于由差动行星齿轮系（20）和导叶可调液力变矩器（30）组成的传动比可调的增速系统的前端，其系杆（12）与连接叶轮的风机的主轴固接，其太阳轮轴（15）与差动行星齿轮系（20）的系杆（22）连接。

3.根据权利要求2所述的用于风力发电机组的恒速输出齿轮箱，其特征在于：所述简单行星齿轮系（10）为多级串联，第一级简单行星齿轮系（10）的系杆（12）与连接叶轮的风机的主轴固接，其太阳轮轴（15）与次一级的简单行星齿轮系（10）的系杆（12）相连接，最后一级简单行星齿轮系（10）的太阳轮轴（15）与差动行星齿轮系（20）的系杆（22）相连接。