CN104776202A - 一种用于6～8mw半直驱风电机组的功率分流式增速齿轮箱 - Google Patents

一种用于6～8mw半直驱风电机组的功率分流式增速齿轮箱 Download PDF

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毛范海
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Abstract

一种可用于6～8MW半直驱风电机组的功率分流式增速齿轮箱，由复合行星轮差动轮系与行星轮轴固定的NGW轮系并行联接构成，差动轮系内齿圈与NGW的中心外齿轮通过花键连接，输入功率在差动轮系的行星架与NGW的内齿圈处分流，在差动轮系的太阳轮处汇合后传递给输出轴。本发明可以实现输入功率分流、合流，从而降低各个齿轮承担的载荷；低速级定轴轮系置于高速级差动轮系之后，使齿轮箱整体结构更加紧凑；复合行星轮差动轮系的行星齿轮双联齿轮设计，可以达到中速发电机输入转速要求；本发明公布的功率分流式风电增速齿轮箱，应用于6～8MW级半直驱风电机组中，具有承载能力高、结构紧凑、体积小、质量小等特点。

Description

一种用于6～8MW半直驱风电机组的功率分流式增速齿轮箱
技术领域
本发明涉及一种风电增速齿轮箱，特别是一种可用于6～8MW半直驱风电机组的功率分流式增速齿轮箱。
背景技术
在风力发电中，增速齿轮箱是风力发电机的关键部分，目前我国的兆瓦级大功率风力发电机增速齿轮箱发展迅速，已经批量生产并应用于风电场发电。现有的技术中较为常用的齿轮箱一般采用一级行星轮系与两级平行轴定轴轮系、两级行星轮系与一级平行轴定轴轮系的增速级组合的方式进行传动，随着风力发电机功率的增大，风力发电机增速齿轮箱及发电机的体积和质量也增大。例如，中国专利号201010211946.4公开了一种分流风电齿轮增速箱，采用两级行星轮系和一级平行轴定轴轮系串行结构，具有承载能力高的优点。但是齿轮箱的体积较大、结构复杂、质量大、成本高、安装难度大。中国专利200820100520.X公开了一种“双联行星双臂式风电增速箱”。具有结构紧凑、体积小、变速比大的特点。但是齿轮上的载荷大，容易磨损，承载能力差。
风电机组单机容量趋向大型，从2～4MW向5～8MW发展，半直驱风电机组兼顾直驱与双馈风电机组的特点，同时具备双馈机组的布局形式多样性和直驱机组无主轴结构的特点，区别在于与双馈机型比半直驱的齿轮箱的传动比低，与直驱机型比，半直驱的发电机转速高，这个特点决定了半直驱一方面能够提高齿轮箱的可靠性与使用寿命，另一方面可以改善改善大功率直驱发电机设计与制造条件。
发明内容
本发明提供了一种承载能力高、结构紧凑、体积小、质量小、成本低的一种大功率风电增速齿轮箱。
为达到以上目的，可以通过以下技术方案实现：
如图1所示，一种用于6～8MW半直驱风电机组的功率分流式风电增速齿轮箱，由复合行星轮差动轮系与行星轮轴固定的NGW轮系并行联接构成，输入扭矩由低速级内齿圈以及高速级行星架共同承担，也就是说输入功率在差动轮系的行星架与NGW的内齿圈处分流，一部分通过齿轮箱的低速级传递，另一部分通过齿轮箱的高速级传递，功率传递过程区别于串行联接齿轮箱的每一级都要承担相同功率的传递过程。高速级差动轮系内齿圈与低速级定轴轮系的中心外齿轮通过连接盘连接，连接盘将齿轮箱低速级传递的功率传递到高速级，然后与高速级传递的功率在差动轮系的太阳轮处汇合并传递给输出轴，至此，该风电齿轮箱实现了功率输入、分流、合流、输出的过程。
本发明齿轮箱输入端是低速级内齿圈与高速级行星架并行输入。高速级差动轮系行星架、低速级定轴轮系内齿圈都要与输入轴相联接，考虑到行星架结构复杂不宜置于齿轮箱输出端，为使结构更加紧凑，对装配空间进行优化配置，将低速级定轴轮系置于高速级差动轮系之后。输出轴为置于输入端的高速级太阳轮，输出轴穿过整个齿轮箱输出。
6～8MW半直驱风电机组输入扭矩巨大，为保证齿轮满足疲劳强度要求，齿轮箱采用两级传动的传动比不能设置过大。本发明为满足中速发电机的转速要求，提高输出轴的转速，复合行星轮差动轮系的行星齿轮采用双联齿轮设计。首先通过内齿圈与双联齿轮的小齿轮啮合实现增速，然后通过双联齿轮的大齿轮啮合实现二次增速，在同样的输入输出条件下得到更紧凑的齿轮箱结构。双联齿轮的结构不受内齿圈尺寸限制，保证箱体尺寸紧凑的同时，提供更大的增速比。
本发明复合行星轮差动轮系的行星齿轮双联齿轮设计，可以达到中速发电机输入转速要求；本发明公布的功率分流式风电增速齿轮箱，应用于6～8MW级半直驱风电机组中，具有承载能力高、结构紧凑、体积小、质量小等特点。
附图说明
图1为本发明功率分流式齿轮箱传动原理机构简图。
图2为本发明功率分流式齿轮箱剖面结构示意图。
图中：1前箱体(高速级剖分式行星架前体和高速级行星架轴)；
2高速级行星轮轴承；3中箱体；4支撑轴承；5低速级剖分式行星架前体；
6低速级定轴轮系内齿圈；
7后箱体(低速级剖分式行星架后体和低速级行星架轴)；
8低速级定轴轮系行星轮；9低速级行星轮轴轴承；
10高速级差动轮系太阳轮(输出轴)；11低速级定轴轮系太阳轮；12连接盘；
13轴承支撑结构；14高速级剖分式行星架后体；15高速级内齿圈；
16高速级差动轮系双联齿轮
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方案对本发明进行进一步描述。如图1所示的一种功率分流风电增速齿轮箱，低速级定轴轮系传动与高速级差动行星齿轮传动并行联接组成。
低速级定轴轮系是由低速级内齿圈6、低速级太阳轮11、低速级行星轮8、低速级剖分式固定行星架后体及行星架轴7、轴承9及低速级剖分式行星架前体5构成的单自由度轮系，低速级剖分式固定行星架后体及行星架轴与后箱体为一体式结构，低速级行星轮8为惰轮，因此低速级齿轮传动实际为定轴齿轮传动，低速级内齿圈6作为低速级齿轮传动输入端，低速级太阳轮10作为低速级齿轮传动输出端，考虑到输入端载荷较大，经过计算低速级行星轮8的数量取为5；高速级差动轮系由高速级内齿圈15、高速级双联行星齿轮16、高速级差动轮系太阳轮10、高速级剖分式固定行星架后体及行星架轴1、高速级行星轮轴承2及高速级剖分式行星架后体12构成的两自由度轮系，高速级剖分式固定行星架前体及行星架轴与前箱体为一体式结构，高速级行星轮15为双联齿轮，高速级行星架1和高速级内齿圈13作为高速级齿轮传动的输入，高速级太阳轮17作为高速级齿轮传动的输出。
低速级的内齿圈6与高速级行星架1通过中箱体2固联，构件之间采用螺栓静联接，高速级行星架1前端处理成与轮毂联接的法兰形式，从而形成整个齿轮箱的输入构件，低速级的内齿圈6与高速级行星架1前后两级齿轮箱同时承担载荷，从而实现输入功率分流；
低速级太阳轮11通过连接盘12与高速级内齿圈15联接在一起，形成两级之间传动构件；低速级固定行星架5与轴承支撑结构13相联接，形成齿轮箱主要的固定支撑构件；输入构件与固定支撑构件之间通过支撑轴承4支撑，输入构件相对固定支撑构件做回转；因行星架结构复杂，作为输入端不宜置于齿轮箱后半部分，将低速级置于高速级以后使整个齿轮箱结构在空间上变得更加紧凑。
齿轮箱的增速过程为低速级齿轮传动由内齿圈6、行星轮8、太阳轮9进行一次增速，高速级齿轮传动由高速级内齿圈15与双联齿轮16啮合、双联齿轮16与高速级太阳轮10啮合进行二次增速作用，通过配齿可以有效的增大传动比，高速级太阳轮10与输出轴为一体式结构作为整个齿轮箱的输出构件，穿过整个齿轮箱输出到中速发电机。

Claims (1)

1.一种用于6～8MW半直驱风电机组的功率分流式风电增速齿轮箱，由低速级定轴轮系传动与高速级差动行星齿轮传动并行联接组成；其特征在于，
低速级定轴轮系是由低速级内齿圈、低速级太阳轮、低速级行星轮、低速级剖分式固定行星架后体及行星架轴、轴承及低速级剖分式行星架前体构成的单自由度轮系；低速级剖分式固定行星架后体及行星架轴与后箱体为一体式结构，低速级行星轮为惰轮，低速级齿轮传动为定轴齿轮传动，低速级内齿圈作为低速级齿轮传动输入端，低速级太阳轮作为低速级齿轮传动输出端，低速级行星轮的数量取为5；
高速级差动轮系由高速级内齿圈、高速级双联行星齿轮、高速级差动轮系太阳轮、高速级剖分式固定行星架后体及行星架轴、高速级行星轮轴承及高速级剖分式行星架后体构成的两自由度轮系，高速级剖分式固定行星架前体及行星架轴与前箱体为一体式结构，高速级行星轮为双联齿轮，高速级行星架和高速级内齿圈作为高速级齿轮传动的输入，高速级太阳轮作为高速级齿轮传动的输出；
低速级的内齿圈与高速级行星架通过中箱体固联，构件之间采用螺栓静联接，高速级行星架前端处理成与轮毂联接的法兰形式，形成整个齿轮箱的输入构件，低速级的内齿圈与高速级行星架前后两级齿轮箱同时承担载荷，实现输入功率分流；
低速级太阳轮通过连接盘与高速级内齿圈联接在一起，形成两级之间传动构件；低速级固定行星架与轴承支撑结构相联接，形成齿轮箱主要的固定支撑构件；输入构件与固定支撑构件之间通过支撑轴承支撑，输入构件相对固定支撑构件做回转。
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