CN109654178A - 一种新型兆瓦级风电齿轮箱传动系统 - Google Patents

一种新型兆瓦级风电齿轮箱传动系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型兆瓦级风电齿轮箱传动系统，包括通过桡性联轴器连接的低速级和高速级，所述低速级包括低速内齿圈，所述低速内齿圈内啮合有NW型低速行星齿轮组，所述NW型低速行星齿轮组通过桡性联轴器连接有NW型高速行星齿轮组，所述NW型高速行星齿轮组外啮合有高速内齿圈；单级增速比大，两级就能满足风电齿轮箱传动比需要，比现有技术三级传动具有效率高的优点，采用多行星轮设计，降低单个齿轮的载荷，有效减小了齿轮箱外形尺寸，实现了轻量化设计，有利于高空安装，低速级、联轴器和高速级处于同一轴线位置，有利于风机机舱内风电齿轮箱、发电机和其他装置的位置布置。

Description

一种新型兆瓦级风电齿轮箱传动系统
技术领域
本发明涉及一种新型兆瓦级风电齿轮箱传动系统，属于机械传功技术领域。
背景技术
在环境问题和能源危机的双重压力下，开发清洁、高效和储量大的的新型能源备受各国政府积重视，风能是近期众多可再生能源中最具开发潜力的，人类从古代至今一直有对风能利用的探索，在1973年石油危机后，美国、西欧等发达国家研制了现代风力发电机组开启了现代风电产业的发展，根据WWEA产业报告数据和全球风能理事会统计数据，全球风电装机总量从2010年底23900万千瓦到2015年底 43242万千瓦，5年间装机容量基本翻将近一倍。我国风电起步晚，发展快，装机总量在2010年开始超过美国成为世界第一，从现代风电发展的方向看是从大陆到海洋，单机容量大型化，适用于轮毂中心高度100～200米大型陆上风力发电机组，重点研制10兆瓦级海上大功率风力发电机组，我国风能资源丰富，全国可开发和利用的陆地上风能储量约有2.5亿千瓦，近海可开发和利用的风能储量约有7.5亿千瓦，共计约１０亿千瓦，我国虽然已经是风电制造和装机大国，但并不是风电强国，风电机组设计、制造积累远远不足，尤其在大功率风电机组核心部件上严重缺乏核心技术，风力发电增速箱是风电成套设备中十分重要的部件，由于其应用环境的复杂性和特殊性以及载荷的不确定性, 决定了该种齿轮箱在设计、制造、试验、使用以及维护上具有比一般工业齿轮箱更高的要求，即要求风力发电增速箱承载能力高、体积小、重量轻，可靠性高、寿命长，大型风电机组为了保持最佳的叶尖速比，不可能改变自然界的风速，只能通过调节风轮轮毂速度来实现，大型的风机机组轮毂半径一般在100米以上，10兆瓦的已经达到了180米以上，随着技术的积累更大的风机可能出现，这个半径还会增加，风机轮毂的转速会降的更低，发电机为了输出工频电流，转速需要达到3000转每分钟，这样就需要大增速比的齿轮箱与之配套，目前，常用传动机构采用两级NGW型行星齿轮+一级定轴齿轮或者一级NGW型行星轮系+两级平行轮系，但随着风机功率增大，常规传动形式制造的齿轮箱体积增大，给风机的制造、维护都造成困难。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种新型兆瓦级风电齿轮箱传动系统，具有增速比大，体积小，效率高和功率分流等优点，有效减轻风电齿轮箱的重量，降低制造成本，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种新型兆瓦级风电齿轮箱传动系统，包括通过桡性联轴器连接的低速级和高速级，所述低速级包括低速内齿圈，所述低速内齿圈内啮合有NW型低速行星齿轮组，所述NW型低速行星齿轮组通过桡性联轴器连接有NW型高速行星齿轮组，所述NW型高速行星齿轮组外啮合有高速内齿圈。
进一步的，所述NW型低速行星齿轮组包括三个对称设置的低速双联行星齿轮，三个所述低速双联行星齿轮之间通过低速中心轮连接。
进一步的，所述NW型高速行星齿轮组包括三个对称设置的高速双联行星齿轮，三个所述高速双联行星齿轮之间通过高速中心轮连接。
进一步的，所述桡性联轴器为齿式联轴器，所述齿式联轴器位于三个低速双联行星齿轮之间且与三个低速双联行星齿轮啮合，齿式联轴器的一端通过固定轴固定于高速中心轮上。
进一步的，所述低速中心轮包括环形的低速中心轮体，所述低速中心轮体上设有三根与三个低速双联行星齿轮分别相连的低速连接轴。
进一步的，所述高速中心轮包括连接有齿式联轴器的高速中心轮体，所述高速中心轮体上设有三根与三个高速双联行星齿轮分别相连的高速连接轴。
本发明的单级增速比大，两级就能满足风电齿轮箱传动比需要，比现有技术三级传动具有效率高的优点，采用多行星轮设计，降低单个齿轮的载荷，有效减小了齿轮箱外形尺寸，实现了轻量化设计，有利于高空安装，低速级、联轴器和高速级处于同一轴线位置，有利于风机机舱内风电齿轮箱、发电机和其他装置的位置布置。
附图说明
图1为传统风电齿轮箱传动系统的构成简图；
图2为本发明新型风电齿轮箱传动系统的构成简图；
图3为本发明新型风电齿轮箱传动系统的装配图；
图4为本发明新型风电齿轮箱传动系统装配图的爆炸图。
图中：1、低速连接轴；2、低速中心轮体；3、低速内齿圈；4、高速内齿圈；5、高速双联行星齿轮；6、固定轴；7、高速中心轮体；8、低速双联行星齿轮；9、齿式联轴器；10、高速连接轴；11、低速级；12、中间级；13、高速级。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至4所示，本实施例提供一种新型兆瓦级风电齿轮箱传动系统，包括通过桡性联轴器连接的低速级和高速级，所述低速级包括低速内齿圈，所述低速内齿圈内啮合有NW型低速行星齿轮组，所述NW型低速行星齿轮组通过桡性联轴器连接有NW型高速行星齿轮组，所述NW型高速行星齿轮组外啮合有高速内齿圈。
由两级NW型行星齿轮组成的新型风电齿轮箱传动系统，在理论上与实践证明，单级NW型行星齿轮传动比推荐值在7～17之间，串联的两级传动系统传动比i电轮在47～289之间，足以大型风电齿轮箱的传动比需要的，且比常规的三级结构方案比较降低了级数，提高了整体传动效率，新型风电齿轮箱传动系统由风轮带动输入轴转动，经过由NW型行星齿轮构成的低速级，提高转速，再通过无弹性元件的桡性联轴器接入高速级，通过NW型行星齿轮构成高速级后，连接风力发电机，发电机转速n电=60f/p，n表示转速，f表示频率，p表示电机的极对数，我国电源频率f=50，风电发电机常用极对数p为4、6和8极，经计算风电发电机的工频转速多为1500、1000和750r/min，风轮转速n轮=n电/i电轮，按照最高转速1500r/min，计算该型齿轮箱可以满足风轮转速在（5-31）r/min的风机需要，这个转速范围满足市场主流需求。
进一步的，所述NW型低速行星齿轮组包括三个对称设置的低速双联行星齿轮，三个所述低速双联行星齿轮之间通过低速中心轮连接。
进一步的，所述NW型高速行星齿轮组包括三个对称设置的高速双联行星齿轮，三个所述高速双联行星齿轮之间通过高速中心轮连接。
有效降低单个轮齿的啮合力，轮齿的齿面受力和齿根弯曲力矩都得到改善，实现了给功率分流，减小齿轮箱的尺寸。
进一步的，所述桡性联轴器为齿式联轴器，所述齿式联轴器位于三个低速双联行星齿轮之间且与三个低速双联行星齿轮啮合，齿式联轴器的一端通过固定轴固定于高速中心轮上。
联轴器采用无弹性元件的桡性联轴器，该种联轴器具有传递很大的转矩、允许有较大的偏移量，安装精度要求不高的优点，可有效抵消NW型行星轮系制造精度要求，满足大型风机大转矩传动的需要。
进一步的，所述低速中心轮包括环形的低速中心轮体，所述低速中心轮体上设有三根与三个低速双联行星齿轮分别相连的低速连接轴。
进一步的，所述高速中心轮包括连接有齿式联轴器的高速中心轮体，所述高速中心轮体上设有三根与三个高速双联行星齿轮分别相连的高速连接轴。
在低速级和高速级中输入都是系杆输入，输出分别为低速中心轮和高速中心轮。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (6)

1.一种新型兆瓦级风电齿轮箱传动系统，其特征在于：包括通过桡性联轴器连接的低速级和高速级，所述低速级包括低速内齿圈，所述低速内齿圈内啮合有NW型低速行星齿轮组，所述NW型低速行星齿轮组通过桡性联轴器连接有NW型高速行星齿轮组，所述NW型高速行星齿轮组外啮合有高速内齿圈。
2.根据权利要求1所述的一种新型兆瓦级风电齿轮箱传动系统，其特征在于：所述NW型低速行星齿轮组包括三个对称设置的低速双联行星齿轮，三个所述低速双联行星齿轮之间通过低速中心轮连接。
3.根据权利要求1所述的一种新型兆瓦级风电齿轮箱传动系统，其特征在于：所述NW型高速行星齿轮组包括三个对称设置的高速双联行星齿轮，三个所述高速双联行星齿轮之间通过高速中心轮连接。
4.根据权利要求1所述的一种新型兆瓦级风电齿轮箱传动系统，其特征在于：所述桡性联轴器为齿式联轴器，所述齿式联轴器位于三个低速双联行星齿轮之间且与三个低速双联行星齿轮啮合，齿式联轴器的一端通过固定轴固定于高速中心轮上。
5.根据权利要求2所述的一种新型兆瓦级风电齿轮箱传动系统，其特征在于：所述低速中心轮包括环形的低速中心轮体，所述低速中心轮体上设有三根与三个低速双联行星齿轮分别相连的低速连接轴。
6.根据权利要求3所述的一种新型兆瓦级风电齿轮箱传动系统，其特征在于：所述高速中心轮包括连接有齿式联轴器的高速中心轮体，所述高速中心轮体上设有三根与三个高速双联行星齿轮分别相连的高速连接轴。
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