CN108869642A - 一种新型的紧凑型风电主齿轮箱 - Google Patents

一种新型的紧凑型风电主齿轮箱 Download PDF

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李金库
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Abstract

本发明属于风电机组领域，具体涉及一种新型的超级紧凑型风电主齿轮箱，其风轮锁紧法兰、主轴承和箱体依次通过连接件相连接构成齿轮箱壳体，且主轴承的外圈外露作为齿轮箱壳体的一部分，一级行星架与风电机组的风机轮毂相连接，并与二级行星架组件键连接，输出太阳轮轴一端与发电机相连，另一端与二级行星架组件相连，本发明紧凑型风电主齿轮箱将风叶输入由轴径结构改为盘式连接结构，风机轮毂与齿轮箱一级行星架直接相连，取消传统结构中的主轴和主轴轴承，设计新的主轴承作为支撑轴系，且支撑轴系选用滚子轴承，并将其外圈作为齿轮箱壳体的一部分，通过以上设计使得齿轮箱轴向尺寸大大缩短，结构更加紧凑，且功率密度大、可靠性高、效率高。

Description

一种新型的紧凑型风电主齿轮箱
技术领域
本发明涉及风电机组技术领域，具体涉及一种新型的超级紧凑型风电主齿轮箱。
背景技术
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，中国风能储量很大、分布面广，仅陆地上的风能储量约2.53亿千瓦，近5年来，世界风能市场每年都以40%的速度增长，预计未来20-25年内，世界风能市场每年将递增25%。
而风能发电所需要的装置，称作风电机组。这种风电机组，大体上可分为风机轮毂、主齿轮箱、发电机和机舱等部件。
风电机组中的齿轮箱是一个重要的机械部件，其主要功用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。
如图1所示现有技术的传统双馈结构齿轮箱结构，主要由1一级行星架、2扭力臂、3行星轮、4齿圈、5太阳轮、6中箱体、7低速轴、8高速级大齿轮、9高速中间轴、10低速级大齿轮、11高速轴、12后箱体等组成，传动方式是由主轴传递过来的功率由行星架输入经太阳轮传递到平行轴，经两级平行轴后输出给发电机。
现有技术中，由于一级行星加两级平行轴结构功率密度小、效率低。行星级采用刚性销，从而使行星轮不均载系数较高，影响行星轮轴承的寿命及齿轮箱的传动效率。同时，需要给齿轮箱提供配套的润滑系统和电气系统。
所以现有技术的缺点为：
体积重量大、结构复杂、成附件多。
行星轮不均载系数高，影响行星轮轴承寿命。
技术落后、传动效率和功率密度低、造价高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种重量轻、尺寸小，结构紧凑；无润滑系统和电气系统，降低维护成本；功率密度大、可靠性高、效率高的风电主齿轮箱。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：包括一级行星架、风轮锁紧法兰、主轴承、箱体、二级行星架组件和输出太阳轮轴，所述主轴承为滚子轴承，所述风轮锁紧法兰、主轴承和箱体依次通过连接件相连接构成齿轮箱壳体，且主轴承的外圈外露作为齿轮箱壳体的一部分，所述一级行星架设于风轮锁紧法兰的一侧，所述二级行星架组件设于箱体相远离风轮锁紧法兰的一侧，且一级行星架一侧与风电机组的风机轮毂相连接，另一侧与二级行星架组件键连接，所述箱体在设有二级行星架组件的一侧连接风电机组的发电机机舱，所述发电机机舱内设有发电机，所述输出太阳轮轴一端与发电机相连，另一端与二级行星架组件相连。
本发明的有益效果是：本发明紧凑型风电主齿轮箱将风叶输入由轴径结构改为盘式连接结构，风机轮毂与齿轮箱一级行星架直接相连，取消传统结构中的主轴和主轴轴承，设计新的主轴承作为支撑轴系，且支撑轴系选用滚子轴承，并将其外圈作为齿轮箱壳体的一部分，通过以上设计使得齿轮箱轴向尺寸大大缩短，结构更加紧凑，且功率密度大、可靠性高、效率高。
在上述的基础上，本发明可做如下改进：
进一步，所述风轮锁紧法兰、主轴承和箱体依次通过螺栓相连接构成齿轮箱壳体。
进一步，所述一级行星架与二级行星架组件通过花键连接。
采用上述进一步的改进后，由于采用花键连接，而花键连接具有以下优点：因轴与毂孔直接而均匀地制出较多的齿与槽，故联接受力较为均匀；因槽较浅，齿根处应力集中较小，轴与毂的强度削弱较少；因齿数较多，总接触面积较大，因而可承受较大的载荷；轴上零件与轴的对中性好以及导向性好，所以能令本发明功率密度大、可靠性高、效率高。
进一步，所述主轴承为超大型自定心双列圆锥滚子轴承。
进一步，所述齿轮箱壳体预置有进油口，并与风电机组的润滑系统和电气系统相连，由风电机组的润滑系统进行供油润滑和控制。
采用上述进一步的改进后，本发明紧凑型风电主齿轮箱取消了润滑系统和电气系统，将其与机组润滑和电气系统融合到一起，降低了齿轮箱的复杂程度和维护成本，可靠性大大提高。
进一步，所述齿轮箱壳体与风电机组的机舱安装时裸露在外，作为风电机组的机舱一部分。
采用上述进一步的改进后，本发明紧凑型风电主齿轮箱同时抛弃了传统齿轮箱内置于风机机舱内的安装方式，本发明齿轮箱壳体与风电机组的机舱安装时裸露在外，作为机组机舱的一部分，再进一步缩短了机组轴向尺寸的同时也降低了整个机组的重量，大大降低了机组的安装成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为现有技术的传统双馈结构齿轮箱结构示意图。
图2为本发明的结构示意图。
附图标记：
1-一级行星架；2-扭力臂；3-行星轮；4-齿圈；5-太阳轮；6-中箱体；7-低速轴； 8-高速级大齿轮；9-高速中间轴；10-低速级大齿轮；11-高速轴；12-后箱体；22-风轮锁紧法兰；23-主轴承；24-箱体；25-二级行星架组件；26-输出太阳轮轴。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图2所示，一种新型的超级紧凑型风电主齿轮箱,包括一级行星架1、风轮锁紧法兰22、主轴承23、箱体24、二级行星架组件25和输出太阳轮轴26，所述主轴承23为超大型自定心双列圆锥滚子轴承，所述风轮锁紧法兰22、主轴承23和箱体24依次通过螺栓相连接构成齿轮箱壳体，且主轴承23的外圈外露作为齿轮箱壳体的一部分，所述一级行星架1设于风轮锁紧法兰22的一侧，所述二级行星架组件25设于箱体24相远离风轮锁紧法兰22的一侧，且一级行星架1一侧与风电机组的风机轮毂相连接，另一侧与二级行星架组件25通过花键连接，所述箱体24在设有二级行星架组件25的一侧连接风电机组的发电机机舱，所述发电机机舱内设有发电机，所述输出太阳轮轴26一端与发电机相连，另一端与二级行星架组件25相连。
所以本发明紧凑型风电主齿轮箱，一级行星架1与风机轮毂相连作为输入，通过花键传递到二级行星架组件5，最后通过输出太阳轮轴6输出到发电机，由此实现风电机组的风能发电；
且本发明紧凑型风电主齿轮箱将风叶输入由轴径结构改为盘式连接结构，风机轮毂与齿轮箱一级行星架1直接相连，取消传统结构中的主轴和主轴轴承，设计新的主轴承23作为支撑轴系，且支撑轴系选用超大型自定心双列圆锥滚子轴承，并将其外圈作为齿轮箱壳体的一部分，通过以上设计使得齿轮箱轴向尺寸大大缩短，结构更加紧凑，且功率密度大、可靠性高、效率高。
所述一级行星架1与二级行星架组件25花键连接，由于采用花键连接，而花键连接具有以下优点：因轴与毂孔直接而均匀地制出较多的齿与槽，故联接受力较为均匀；因槽较浅，齿根处应力集中较小，轴与毂的强度削弱较少；因齿数较多，总接触面积较大，因而可承受较大的载荷；轴上零件与轴的对中性好以及导向性好，所以能令本发明功率密度大、可靠性高、效率高。
所述齿轮箱壳体预置有进油口，并与风电机组的润滑系统和电气系统相连，由风电机组的润滑系统进行供油润滑和控制，所以本发明紧凑型风电主齿轮箱取消了润滑系统和电气系统，将其与机组润滑和电气系统融合到一起，降低了齿轮箱的复杂程度和维护成本，可靠性大大提高。
所述齿轮箱壳体与风电机组的机舱安装时裸露在外，作为风电机组的机舱一部分，所以本发明紧凑型风电主齿轮箱同时抛弃了传统齿轮箱内置于风机机舱内的安装方式，本发明齿轮箱壳体与风电机组的机舱安装时裸露在外，作为机组机舱的一部分，再进一步缩短了机组轴向尺寸的同时也降低了整个机组的重量，大大降低了机组的安装成本。
所以本发明的整体有益效果为：
1.重量轻、尺寸小，结构紧凑；
2.无润滑系统和电气系统，降低了维护成本；
3.功率密度大、可靠性高、效率高。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (6)

1.一种新型的超级紧凑型风电主齿轮箱，包括一级行星架（1）、风轮锁紧法兰（22）、主轴承（23）、箱体（24）、二级行星架组件（25）和输出太阳轮轴（26），其特征在于，所述主轴承（23）为滚子轴承，所述风轮锁紧法兰（22）、主轴承（23）和箱体（24）依次通过连接件相连接构成齿轮箱壳体，且主轴承（23）的外圈外露作为齿轮箱壳体的一部分，所述一级行星架（1）设于风轮锁紧法兰（22）的一侧，所述二级行星架组件（25）设于箱体（24）相远离风轮锁紧法兰（22）的一侧，且一级行星架（1）一侧与风电机组的风机轮毂相连接，另一侧与二级行星架组件（25）键连接，所述箱体（24）在设有二级行星架组件（25）的一侧连接风电机组的发电机机舱，所述发电机机舱内设有发电机，所述输出太阳轮轴（26）一端与发电机相连，另一端与二级行星架组件（25）相连。
2.根据权利要求1所述的一种新型的超级紧凑型风电主齿轮箱，其特征在于，所述风轮锁紧法兰（22）、主轴承（23）和箱体（24）依次通过螺栓相连接构成齿轮箱壳体。
3.根据权利要求1所述的一种新型的超级紧凑型风电主齿轮箱，其特征在于，所述一级行星架（1）与二级行星架组件（25）通过花键连接。
4.根据权利要求1所述的一种新型的超级紧凑型风电主齿轮箱，其特征在于，所述主轴承（23）为超大型自定心双列圆锥滚子轴承。
5.根据权利要求1所述的一种新型的超级紧凑型风电主齿轮箱，其特征在于，所述齿轮箱壳体预置有进油口，并与风电机组的润滑系统和电气系统相连，由风电机组的润滑系统进行供油润滑和控制。
6.根据权利要求1所述的一种新型的超级紧凑型风电主齿轮箱，其特征在于，所述齿轮箱壳体与风电机组的机舱安装时裸露在外，作为风电机组的机舱一部分。
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