CN105221340A - 一种紧凑型风力发电机组的改良结构 - Google Patents

一种紧凑型风力发电机组的改良结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种紧凑型风力发电机组的改良结构，包括至少一个转子叶片、轮毂、整流罩、机舱罩及置于机舱罩中的齿轮箱、发电机、机舱座，转子叶片通过变桨轴承与轮毂连接；轮毂与齿轮箱通过转子法兰连接；齿轮箱采用两级行星传动，其内部集成双列圆锥滚子轴承作为转子轴承，该转子轴承的内圈与齿轮箱的前端法兰连接，外圈与齿轮箱的外壳连接，齿轮箱的外壳与机舱座通过法兰螺栓连接，机舱座通过偏航轴承与塔架连接；发电机布置在机舱座内部，与齿轮箱经由法兰螺栓连接。本发明的结构非常紧凑、重量轻且低成本。

Description

一种紧凑型风力发电机组的改良结构
技术领域
本发明涉及风力发电的技术领域，尤其是指一种紧凑型风力发电机组的改良结构。
背景技术
业内习知，随着风力发电技术的不断发展，风力发电机组单机容量不断增大，进而其外形尺寸也不断地增大，使得其生产、运输和安装成本越来越高。新型风力发电机组结构设计中，其趋势是采用更紧凑和更轻的单元。传统型风力发电机组结构，齿轮箱以及发电机都作为主机架上的独立部件布置在轴承后面。于是这主机架就带有从转子轴承将转子载荷传给塔架的功能。因为这些推力轴承具有相对较大直径并且需要二维刚性接触面来螺栓紧固在轴承的整个圆周上，所以优选使用铸造结构的主机架。于是，这些载荷就必须从轴承螺栓连接表面经由主机架引入塔架中，而为不使主机架的结构与齿轮箱和发电机相冲突。这就引起铸造结构需要在背对转子的区域中有大开口，以用于装配齿轮箱。从强度和变形的角度来看，这些敞开式结构具有很大缺点，因为各部件因此要承受很大的附加应力。而且，这些结构具有太多部件，因为这些部件的功能不同于载荷传递。因此，本设计方案的开发目标是设计更紧凑、更轻量和成本更低的风力发电机组。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种紧凑型风力发电机组的改良结构，实现一种非常紧凑、重量轻且低成本的总体结构，例如将转子轴承、齿轮箱的主要部件嵌入从转子到塔架的力传递装置中，同时应当确保独立部件，特别是齿轮箱和发电机，能够独立安装并且还能在维修作业时被独立处理。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种紧凑型风力发电机组的改良结构，包括有至少一个转子叶片、轮毂、整流罩、机舱罩及分别置于该机舱罩中的齿轮箱、发电机、机舱座，其中，所述轮毂置于整流罩中，所述整流罩的形状大小与轮毂相适配，该轮毂上装有变桨轴承，所述转子叶片通过变桨轴承与轮毂连接；所述轮毂与齿轮箱通过转子法兰连接，通过该转子法兰拉开轮毂与齿轮箱的轴向距离，给机舱罩和整流罩以及转子法兰螺栓的安装维护留出空间，所述转子法兰上预留出用于风轮锁定的销孔，与安装在齿轮箱外壳上的风轮锁定装置配合实现风力发电机组的转子锁定；所述齿轮箱采用两级行星传动，其内部集成双列圆锥滚子轴承作为转子轴承，该转子轴承的内圈与齿轮箱的前端法兰连接，其外圈与齿轮箱的外壳连接，承受风轮传递过来的所有载荷，所述齿轮箱的外壳与机舱座通过法兰螺栓连接，所述机舱座通过偏航轴承与风力发电机组配套的塔架进行连接；所述转子法兰、转子轴承、齿轮箱的外壳布置在轮毂与机舱座之间，被设计成载荷传递部件，并且经由法兰螺栓相互连接；所述发电机布置在机舱座内部，与齿轮箱经由法兰螺栓连接；所述齿轮箱的外壳被设计成用于传递最大静态和动态转子载荷的支撑结构，而发电机的外壳只承受发电机的扭矩和重力，而且转子轴承被螺栓紧固在齿轮箱的外壳上，进而能将转子载荷传入齿轮箱的外壳中，而齿轮箱的外壳将载荷传入机舱座中，机舱座再把载荷传入偏航轴承，偏航轴承再将载荷传入塔架。
所述发电机采用中速永磁同步发电机，该发电机的外壳比齿轮箱的外壳直径小；所述发电机只承受转子扭矩，不承受其他力和弯矩载荷。
所述转子法兰、转子轴承及齿轮箱和机舱座的前端法兰均具有相同尺寸的外径；所述齿轮箱是带有同轴的主动轴和从动轴的两级行星齿轮箱，并且具有15至25的传动比；所述发电机被布置在两级行星传动的下游，具有200至400转/分的额定转速；所述机舱座能够容纳风向跟踪单元、垂直制动装置、齿轮箱润滑系统以及用于冷却齿轮箱和发电机的换热器。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、传统型风力发电机组具有独立的齿轮箱和发电机，其机架上设置了大开口以用于安装齿轮箱，局部会产生高的应力和变形，就结构而言有很大缺点。本风力发电机机组利用齿轮箱外壳和机舱座传递载荷，不会在局部产生高的应力和变形。
2、本风力发电机组获得了功能元件的进一步整合，结构紧凑，体积小，重量轻，就部件而言进行了节省。
3、本风力发电机组使用双列圆锥滚子轴承，其不仅吸收来自转子的推力和剪力，而且只在一个轴承位置传递弯矩，与传统的双转子轴承的支撑或者一个转子轴承和齿轮箱内部轴承的支撑结构相比，双列圆锥滚子轴承的使用获得更紧凑的传动系统。
4、本风力发电机组的齿轮箱和发电机可采用立式安装，装配方便，容易保证传动系统对中精度。
5、本风力发电机组的齿轮箱和发电机紧密连接到一起，可以采用一体式集成润滑和冷却系统，系统集成度高。
附图说明
图1为本发明所述超紧凑型风力发电机组的结构示意图。
图2为本发明所述超紧凑型风力发电机组的整体剖视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，本实施例所述的紧凑型风力发电机组的改良结构，包括有至少一个转子叶片(图中未画出)、轮毂1、整流罩2、机舱罩3及分别置于该机舱罩3中的齿轮箱4、发电机5、机舱座6。所述轮毂1置于整流罩2中，所述整流罩2的形状大小与轮毂相适配，外形尺寸小，有利于路上运输。所述轮毂1上装有变桨轴承12，采用内齿啮合传动的电动变桨系统，所述转子叶片通过变桨轴承12与轮毂1连接。所述轮毂1与齿轮箱4通过转子法兰7连接，通过该转子法兰7拉开轮毂1与齿轮箱4的轴向距离，给机舱罩6和整流罩2以及转子法兰螺栓的安装维护留出空间。所述转子法兰7上预留出用于风轮锁定的销孔，与安装在齿轮箱外壳上的风轮锁定装置8配合实现风力发电机组的转子锁定。
所述齿轮箱4采用两级行星传动，使得结构紧凑。齿轮箱4内部集成双列圆锥滚子轴承作为转子轴承11，该转子轴承的内圈与齿轮箱4的前端法兰9连接，其外圈与齿轮箱4的外壳连接，承受风轮传递过来的所有载荷。齿轮箱4的外壳与机舱座6通过法兰螺栓连接，机舱座6通过偏航轴承10与塔架进行连接。所述转子法兰7、转子轴承11、齿轮箱的外壳布置在轮毂1与机舱座6之间，被设计成载荷传递部件，并且经由法兰螺栓相互连接；所述发电机5布置在机舱座6内部，与齿轮箱4经由法兰螺栓连接。风轮上的载荷作用到轮毂1上，由转子法兰7传递给齿轮箱4的前端法兰9，再通过转子轴承11传递给齿轮箱4的外壳和机舱座6，进而由偏航轴承10传递给塔架，由塔架传递给地基基础。
所述发电机5采用中速永磁同步发电机，发电机5的外壳比齿轮箱4的外壳直径略小，也通过法兰螺栓连接到齿轮箱4的外壳上。发电机5只承受转子扭矩，不承受其他力和弯矩载荷。发电机5置于机舱座6内部，维护方便，使得风力发电机组轴向尺寸缩短，结构更紧凑。
所述齿轮箱4的外壳被设计成用于传递最大静态和动态转子载荷的支撑结构，而发电机5的外壳只承受发电机5的扭矩和重力。而且，转子轴承11被螺栓紧固在齿轮箱4的外壳上，并且将转子载荷传入齿轮箱4的外壳中。齿轮箱4的外壳将载荷传入机舱座6中。机舱座6再把载荷传入偏航轴承10，偏航轴承10再将载荷传入塔架。作为这种设计的结果，齿轮箱4的外壳承担双重功能，即作为载荷传递元件和作为用于各部件的单个零件的安装元件。这种设计使得该机器能够非常轻并由此节约成本。
如果转子法兰7、转子轴承11、齿轮箱4和机舱座6的前端法兰具有大致相同尺寸的外径，这种布置就特别有利。这种情形会得到非常良好的力传递，而没有任何更大的载荷转移。这会得到的状况是：齿轮箱4是带有同轴的主动轴和从动轴的两级行星齿轮箱，并且具有大约15至25的传动比。发电机5被布置在那里的下游并且因而具有大约200至400转/分的额定转速。机舱座6还具有容纳风向跟踪单元、垂直制动装置、齿轮箱润滑系统以及用于冷却齿轮箱和发电机的换热器的功能。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种紧凑型风力发电机组的改良结构，其特征在于：包括有至少一个转子叶片、轮毂、整流罩、机舱罩及分别置于该机舱罩中的齿轮箱、发电机、机舱座，其中，所述轮毂置于整流罩中，所述整流罩的形状大小与轮毂相适配，该轮毂上装有变桨轴承，所述转子叶片通过变桨轴承与轮毂连接；所述轮毂与齿轮箱通过转子法兰连接，通过该转子法兰拉开轮毂与齿轮箱的轴向距离，给机舱罩和整流罩以及转子法兰螺栓的安装维护留出空间，所述转子法兰上预留出用于风轮锁定的销孔，与安装在齿轮箱外壳上的风轮锁定装置配合实现风力发电机组的转子锁定；所述齿轮箱采用两级行星传动，其内部集成双列圆锥滚子轴承作为转子轴承，该转子轴承的内圈与齿轮箱的前端法兰连接，其外圈与齿轮箱的外壳连接，承受风轮传递过来的所有载荷，所述齿轮箱的外壳与机舱座通过法兰螺栓连接，所述机舱座通过偏航轴承与风力发电机组配套的塔架进行连接；所述转子法兰、转子轴承、齿轮箱的外壳布置在轮毂与机舱座之间，被设计成载荷传递部件，并且经由法兰螺栓相互连接；所述发电机布置在机舱座内部，与齿轮箱经由法兰螺栓连接；所述齿轮箱的外壳被设计成用于传递最大静态和动态转子载荷的支撑结构，而发电机的外壳只承受发电机的扭矩和重力，而且转子轴承被螺栓紧固在齿轮箱的外壳上，进而能将转子载荷传入齿轮箱的外壳中，而齿轮箱的外壳将载荷传入机舱座中，机舱座再把载荷传入偏航轴承，偏航轴承再将载荷传入塔架。
2.根据权利要求1所述的一种紧凑型风力发电机组的改良结构，其特征在于：所述发电机采用中速永磁同步发电机，该发电机的外壳比齿轮箱的外壳直径小；所述发电机只承受转子扭矩，不承受其他力和弯矩载荷。
3.根据权利要求1所述的一种紧凑型风力发电机组的改良结构，其特征在于：所述转子法兰、转子轴承及齿轮箱和机舱座的前端法兰均具有相同尺寸的外径；所述齿轮箱是带有同轴的主动轴和从动轴的两级行星齿轮箱，并且具有15至25的传动比；所述发电机被布置在两级行星传动的下游，具有200至400转/分的额定转速；所述机舱座能够容纳风向跟踪单元、垂直制动装置、齿轮箱润滑系统以及用于冷却齿轮箱和发电机的换热器。
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