CN113357096A - 一种超紧凑功率分流可拆分风电主传动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的一种超紧凑功率分流可拆分风电主传动系统，它包括一级行星轮系、二级行星轮系、支撑主结构、发电机和轮毂；所述轮毂通过主轴轴承支撑在支撑主结构上，轮毂的右侧与一级行星架连接，所述一级行星架与输入系统连接；所述一级行星架通过浮动花键套与二级齿圈浮动连接，所述二级齿圈设置在二级行星架上，轮毂同时驱动一级行星架和二级齿圈，一级行星架带动一级行星轮旋转，二级齿圈带动二级行星轮旋转，实现功率分流。本发明大大缩小风电传动链的整体尺寸，功率密度高，结构紧凑，重量轻，成本低，各级组件独立可拆分，维修更换方便，维修成本低。

Description

一种超紧凑功率分流可拆分风电主传动系统

技术领域

本发明涉及机械传动技术领域，尤其涉及超紧凑功率分流可拆分风电主传动系统，用于风电非直驱传动系统。

背景技术

常见的非直驱风电传动系统是由齿轮箱、主轴、主轴轴承、轴承座、锁紧盘以及联轴器等部件组成，风轮是通过主轴实现与齿轮箱的连接，主轴通过一个或两个主轴轴承和轴承座支撑在机舱底板，主轴主要功能是支撑整个风轮，承受风机的弯矩；齿轮箱的主要功能是实现风轮与发电机间传速匹配，并将风轮捕获的能量传递给发电机，该种传动链整体尺寸长，宽度宽，重量重。

传统传动链中齿轮箱的结构通常采用一级行星齿轮+二级平行齿轮结构或二级行星齿轮+一级平行齿轮结构，齿轮箱低速级齿轮需要承受了风轮所有的转矩，负载大，同时需要实现较大传动比。在同等转矩输入情况下，齿轮的弯矩应力和接触赫兹应力大；而齿轮材料的许用承载能力是一定的，所以为了保持齿轮的接触和弯曲安全裕度，传统传动链中的低速级齿圈直径较大，整体重量重。

齿轮箱作为一个相对整体的部件，在行星级出现失效时，特别是易损坏的行星级结构失效时，需要对齿轮箱进行整体更换维修，涉及的空中吊装更换成本高，且拆卸非常困难，需要额外借助大型起吊设备和工装，现场维修工程量大，更换难度高，维修成本高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种超紧凑功率分流可拆分风电主传动系统，利用主轴轴承支撑轮毂系统，一级行星架与轮毂直接连接，大大缩小传动链整体尺寸，一级星架通过浮动连接套与二级齿圈，功率密度高，重量轻，成本低；传动系统各级传动组件能相对独立，可轻松实现风机机舱内拆分；拆分后的部件重量轻，维修更换方便，降低维修成本；简化齿圈结构，降低工艺和制造难度，节省行星架轴承，降低生产成本。

本发明的目的是这样实现的：它包括一级行星轮系、二级行星轮系、支撑主结构、发电机和轮毂，所述一级行星轮系包括一级齿圈、一级行星架和一级太阳轮，所述二级行星轮系包括二级齿圈、二级行星架和二级太阳轮；所述轮毂通过主轴轴承支撑在支撑主结构上，轮毂的右侧与一级行星架连接，所述一级行星架的左端通过法兰与轮毂连接；所述一级行星架通过浮动花键套与二级齿圈浮动连接，所述二级齿圈设置在二级行星架上，轮毂同时驱动一级行星架和二级齿圈，一级行星架带动一级行星轮旋转，二级齿圈带动二级行星轮旋转，实现功率分流。

进一步地，所述一级齿圈通过第一转接套与二级太阳轮连接，所述二级齿圈带动二级太阳轮旋转，二级太阳轮通过第一转接套带动一级齿圈旋转，一级齿圈和一级行星架的旋转共同驱动一级太阳轮旋转。

进一步地，所述一级太阳轮直接驱动发电机。

进一步地，所述一级太阳轮驱动三级行星轮系。

进一步地，所述三级行星轮系包括三级行星架、三级太阳轮和三级齿圈；所述三级行星轮系通过三级行星架轴承支撑在二级行星架的右侧，三级齿圈通过第一法兰固定在二级行星架上；三级行星架与一级太阳轮连接。

进一步地，所述发电机的壳体通过第二法兰与三级齿圈连接；一级太阳轮旋转带动三级行星架旋转。

进一步地，所述三级行星轮系驱动发电机或者驱动四级传动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明轮毂通过主轴轴承支撑在支撑主结构上，支撑起轮毂系统，轮毂右侧与一级行星级组件中一级行星架连接；一级行星架的外部设置有花键法兰；二级行星级组件中二级行星架与支撑主结构连接在一起，二级内齿圈通过4点接触球轴承副支撑在二级行星架，二级内齿圈外部设置有花键，二级齿圈与一级行星架通过浮动花键套连接；风轮直接带动第一级行星架旋转；一级行星架驱动一级行星轮旋转，同时一级行星架通过浮动花键套带动二级内齿圈旋转；二级齿圈带动二级行星轮转动，二级行星轮带动二级太阳轮旋转，二级行星轮带动二级太阳轮旋转，二级太阳轮通过连接套与一级齿圈连接；通过一级行星级的啮合运动将一级齿圈和二级太阳轮的输入功率最终整体输出给第一级太阳轮，一级太阳轮可以直接驱动发电机也可以驱动第3级传动。一级星架和二级齿圈共同承受来自风轮的转矩，大幅度降低了单级齿轮负载；同等输入扭矩的情况下，行星级齿圈尺寸可以做得更小，整体重量更轻；同时省去了锁紧盘，端盖，扭力臂，弹性支撑等大尺寸部件，也大大缩减了整个传动链的长度和宽度，进一步减轻整个传动系统的重量，降低成本，在目前公路运输限高限宽的尺寸下实现更大整机功率。

（2）本发明的一级行星架和二级齿圈通过浮动花键套连接，花键具备的角向、径向和轴向补充功能系统结构变形带来的一级行星架轴系与二级行星架轴系的不对中，来隔离风轮弯矩波动造成对二级啮合平稳性的影响，同时可以降低机加工误差的影响。

（3）本发明的二级齿圈内表面设置2角接触球滚道表面，二级行星架上固定2个接触球轴承内圈，通过轴承的预紧，使二级齿圈旋转中心与二级行星架同心，消除和减少二级齿圈重力对二级行星轮系的啮合不均的影响，大大改善二级行星轮系的行星轮间均载；二级行星架通过法兰与主支撑主结构连接，大幅度提高主结构的刚性和强度。本发明的多级传动相对独立且可拆分，单级失效后能轻松分解，拆除更换，且不需要额外借助大型的起吊设备和工装，大大减少风电传动系统天上维修更换的工程量，能轻松实现对失效各级行星轮系的独立更换，大大降低了维修更换的成本和由于维修更换带来整机停机的电量损失。

（4）本发明的支撑主结构采用圆柱式机舱系统，由2个圆柱体按照一定夹角纵横交汇组成，该种机舱结构形式简单，可大幅度减少机舱系统的零部件，节省零部件的加工和风机机舱系统的装配时间，另外与轮毂对接的机舱圆柱体内设置了多个支撑位置，支撑主轴和行星架，大幅度提高整个机舱系统的刚性和强度，且承担了齿轮箱的壳体功能，大大降低了整个机舱的重量。

附图说明

图1为本发明的实施例1的结构示意图。

图2为实施例1的行星轮系的剖面示意图。

图3为本发明的实施例2的结构示意图。

图4为实施例2的三级行星轮系的剖面示意图。

其中：

一级行星轮系1、一级齿圈1.1、一级行星架1.2、一级太阳轮1.3、二级行星轮系2、二级齿圈2.1、二级齿圈左轴承2.2、二级行星架2.3、二级太阳轮2.4、二级齿圈右轴承2.5、支撑主结构3、发电机4、转接套5、浮动花键套6、主轴轴承7、轮毂8、第一法兰9、三级行星轮系10、第二法兰11、三级行星架轴承12。

具体实施方式

实施例1：

参见图1-2，本发明涉及的一种超紧凑功率分流可拆分风电主传动系统，它包括一级行星轮系1、二级行星轮系2、支撑主结构3、发电机4和轮毂8。

所述一级行星轮系1包括一级齿圈1.1、一级行星架组件和一级太阳轮1.3，所述二级行星轮系2包括二级齿圈2.1、二级齿圈左轴承2.2、二级行星架组件、二级太阳轮2.4和二级齿圈右轴承2.5；所述一级行星架组件包括一级行星架1.2、一级行星轮、行星轮轴承以及行星销轴，所述二级行星架组件包括二级行星架2.3、二级行星轮、行星轮轴承以及行星销轴。

所述轮毂8通过主轴轴承7支撑在支撑主结构3上，轮毂8的右侧与一级行星架1.2连接，所述一级行星架1.2的左端通过法兰与输入系统连接。

所述一级行星架1.2上设有花键法兰，二级齿圈2.1上设有花键，所述一级行星架1.2通过浮动花键套6与二级齿圈2.1浮动连接，所述二级齿圈2.1通过二级齿圈左轴承2.2和二级齿圈右轴承2.5设置在二级行星架2.3上，所述二级行星轮系2通过二级行星架2.3与支撑主结构3连接。

所述一级齿圈1.1的右侧设有法兰连接转接套5，所述一级齿圈1.1通过转接套5与二级太阳轮2.4连接，所述二级齿圈2.1通过行星轮系啮合运动带动二级太阳轮2.4旋转，二级太阳轮2.4通过转接套5带动一级齿圈1.1旋转，一级齿圈1.1和一级行星架1.2的旋转通过一级行星轮系1的啮合共同驱动一级太阳轮1.3旋转。

所述轮毂8直接带动一级行星架1.2旋转；一级行星架1.2驱动一级行星轮旋转，同时一级行星架1.2通过浮动花键套6带动二级齿圈2.1旋转；二级齿圈2.1带动二级行星轮转动，二级行星轮带动二级太阳轮2.4旋转，二级太阳轮2.4通过转接套5与一级齿圈1.1连接；通过一级行星级的啮合运动将一级齿圈1.1和二级太阳轮2.4的输入功率最终整体输出给一级太阳轮1.3，一级太阳轮1.3直接驱动发电机4，实现了功率分流。

所述支撑主结构3包括圆柱式机舱壳体和下圆柱体，所述下圆柱体的一端与圆柱式机舱壳体的侧壁交汇连通，所述圆柱式机舱壳体和下圆柱体的截面呈T字型结构；所述圆柱式机舱壳体与风机的轮毂对接，所述圆柱式机舱壳体内部设置了3个支撑架，支撑主轴和行星架，大幅度提高整个机舱系统的刚性和强度，且承担了齿轮箱的壳体功能，降低了整个机舱的重量，所述下圆柱体主要与风机的偏航系统，塔筒等零部件连接。

工作原理：

本发明轮毂系统通过主轴轴承支撑在支撑主结构上，支撑起轮毂系统，轮毂的右侧与第一级行星级组件中第一级行星架连接；第一级行星架的外部设置有花键法兰；第二级行星级组件中第二级行星架与支撑主结构连接在一起，第二级内齿圈通过4点接触球轴承副支撑在第二级行星架，第二级内齿圈外部设置有花键，第二级齿圈与第一级行星架通过浮动花键套连接；风轮直接带动第一级行星架旋转；第一级行星架驱动第一级行星轮旋转，同时第一级行星架通过浮动花键套带动第二级内齿圈旋转；第二级齿圈带动第二级行星轮转动，第二级行星轮带动第二级太阳轮旋转，第二级行星轮带动第二级太阳轮旋转，第二级太阳轮通过连接套与第一级齿圈连接；通过一级行星级的啮合运动将一级齿圈和二级太阳轮的输入功率最终整体输出给第一级太阳轮，第一级太阳轮可以直接驱动发电机也可以驱动第3级传动。第一级星架和第二级齿圈共同承受来自风轮的转矩，大幅度降低了单级齿轮负载；同等输入扭矩的情况下，行星级齿圈尺寸可以做得更小，整体重量更轻；同时省去了锁紧盘，端盖，扭力臂，弹性支撑等大尺寸部件，也大大缩减了整个传动链的长度和宽度，进一步减轻整个传动系统的重量，降低成本，在目前公路运输限高限宽的尺寸下实现更大整机功率。

实施例2：

参见图3-4，本发明涉及的一种超紧凑功率分流可拆分风电主传动系统，与实施例1的不同之处在于一级太阳轮1.3驱动三级行星轮系10，三级行星轮系10驱动发电机4或者驱动四级传动，四级传动的高速轴与发电机4连接，驱动发电机4发电。

所述三级行星轮系10包括三级行星架10.1、三级太阳轮10.2和三级齿圈10.3；所述三级行星轮系10通过三级行星架轴承12支撑在二级行星架2.3的右侧，三级齿圈10.3通过第一法兰9固定在二级行星架2.3上；三级行星架10.1与一级太阳轮1.3连接，三级太阳轮10.2与发电机4的输入轴连接；

所述发电机4的壳体通过第二法兰11与三级齿圈10.3连接；一级太阳轮1.3旋转带动三级行星架10.1旋转，通过行星齿轮的啮合运行带动太阳轮。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (7)

1.一种超紧凑功率分流可拆分风电主传动系统，其特征在于：它包括一级行星轮系（1）、二级行星轮系（2）、支撑主结构（3）、发电机（4）和轮毂（8），所述一级行星轮系（1）包括一级齿圈（1.1）、一级行星架（1.2）和一级太阳轮（1.3），所述二级行星轮系（2）包括二级齿圈（2.1）、二级行星架（2.3）和二级太阳轮（2.4）；所述轮毂（8）通过主轴轴承（7）支撑在支撑主结构（3）上，轮毂（8）的右侧与一级行星架（1.2）连接，所述一级行星架（1.2）的左端通过法兰与轮毂（8）连接；所述一级行星架（1.2）通过浮动花键套（6）与二级齿圈（2.1）浮动连接，所述二级齿圈（2.1）设置在二级行星架（2.3）上，轮毂（8）同时驱动一级行星架（1.2）和二级齿圈（2.1），一级行星架（1.2）带动一级行星轮旋转，二级齿圈（2.1）带动二级行星轮旋转，实现功率分流。

2.根据权利要求1所述的一种超紧凑功率分流可拆分风电主传动系统，其特征在于：所述一级齿圈（1.1）通过转接套（5）与二级太阳轮（2.4）连接，所述二级齿圈（2.1）通过二级行星轮带动二级太阳轮（2.4）旋转，二级太阳轮（2.4）通过转接套（5）带动一级齿圈（1.1）旋转，一级齿圈（1.1）和一级行星架（1.2）的旋转共同驱动一级太阳轮（1.3）旋转。

3.根据权利要求2所述的一种超紧凑功率分流可拆分风电主传动系统，其特征在于：所述一级太阳轮（1.3）直接驱动发电机（4）。

4.根据权利要求2所述的一种超紧凑功率分流可拆分风电主传动系统，其特征在于：所述一级太阳轮（1.3）驱动三级行星轮系（10）。

5.根据权利要求4所述的一种超紧凑功率分流可拆分风电主传动系统，其特征在于：所述三级行星轮系（10）包括三级行星架（10.1）、三级太阳轮（10.2）和三级齿圈（10.3）；所述三级行星轮系（10）通过三级行星架轴承（12）支撑在二级行星架（2.3）的右侧，三级齿圈（10.3）通过第一法兰（9）固定在二级行星架（2.3）上；三级行星架（10.1）与一级太阳轮（1.3）连接。

6.根据权利要求5所述的一种超紧凑功率分流可拆分风电主传动系统，其特征在于：所述发电机（4）的壳体通过第二法兰（11）与三级齿圈（10.3）连接；一级太阳轮（1.3）旋转带动三级行星架（10.1）旋转。

7.根据权利要求4所述的一种超紧凑功率分流可拆分风电主传动系统，其特征在于：所述三级行星轮系（10）驱动发电机（4）或者驱动四级传动。

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