CN114439903A - 齿轮箱集成装置及包含其的风力发电机组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种齿轮箱集成装置及包含其的风力发电机组，其包括有轴系和齿轮箱，其中，轴系与齿轮箱集成一体，所述轴系包括轴承和轴承座，所述轴承座包括有法兰，所述轴承座的法兰位于两个轴承之间，所述轴承座的法兰用于与机架的法兰连接。通过将轴承座法兰直接与机架法兰连接，整体受力好、轴承间距小、主轴长度短，制造要求低、轴系重量轻；该集成式齿轮箱长度短、重量轻，降低了对装配、型式试验的要求，并可有效避免轴系后移；集成式齿轮箱位于前机架内腔并设置为与发电机分离结构，便于齿轮箱在塔上维修及发电机单独吊装维护。采用该集成式齿轮箱及其包含的风力发电机组，结构紧凑、重量轻、受力合理，有更好的制造性、维护性及经济性。

Description

齿轮箱集成装置及包含其的风力发电机组
技术领域
本发明涉及一种齿轮箱集成装置及包含其的风力发电机组。
背景技术
在单轴承与齿轮箱集成方案中，单轴承采用大锥角双列圆锥轴承，这种轴承结构在承受较大径向力的同时，也大大加强了轴向承载力，同时能承受较大的倾覆力矩；轴系刚度大，载荷引起的结构变形小。但这种轴承直径大，锥角大，工作游隙接近于零，制造游隙难以控制，安装过程也会造成游隙的变化；轴承制造精度要求高，成本高。
在双轴承与齿轮箱集成方案中，如图3所示，采用两个轴承，相对单轴承方案，轴承直径小，轴承成本低，但因两轴承跨距大，两轴承的同轴度要求高，轴、轴承座必须整体铸造、加工，加工难度大、成本高。中国发明专利公开了一种风力发电机组及其传动装置，公开号为CN112963314A，其中，轴承座通过多个座脚与机架连接，每个座脚均通过多个螺栓与机架固定，由于驱动链要承受来自风轮的推力、弯矩以及重力等载荷的作用，需要将前后座脚设置较大的距离来降低螺栓的受力，这会导致前后轴承的轴距变大，整体的长度大，重量大，齿轮箱要竖直安装，对齿轮箱装配要求高；而且风轮的推力还可能会导致驱动链后移的问题。
两种结构形式中，发电机和齿轮箱集成一体，共用齿轮箱输出轴承，发电机运行时，存在轴电流，为避免轴电流对齿轮箱的影响，有采用绝缘板，也有采用碳刷的，总体效果都不是很好，而且齿轮箱、发电机均不能单独型式试验，必须整体装配在一起进行型式试验，对型式试验台要求高，而且集成一体，任何一部分出现故障，需要维修，都要整体下塔，维护成本高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中齿轮箱与轴系集成后整体长度大导致的不便于加工、装配、型式试验以及维护的缺陷，提供一种齿轮箱集成装置及包含其的风力发电机组。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：一种齿轮箱集成装置，其包括有轴系和齿轮箱，其中，轴系与齿轮箱集成一体，所述轴系包括轴承和轴承座，所述轴承座包括有法兰，所述轴承座的法兰位于两个轴承之间的位置，所述轴承座的法兰用于与机架的法兰连接。
在本方案中，通过将轴承座法兰直接与机架法兰连接，使轴承座与机架连接处受力更好，避免现有技术中为了满足受力的要求而增大轴承间距，即可以减小轴承间距，缩短主轴长度，从而降低了轴系重量及制造要求，同时可以有效避免驱动链后移，而且轴承座与机架之间易于拆卸，便于单独吊装维护。
较佳地，所述轴承座的法兰环绕设置于所述轴承座的外围。
在本方案中，轴承座的法兰整体环绕设置与机架上的法兰螺栓联接的接触面大，可布置的螺栓数量多，能有效承受整体风轮的载荷和齿轮箱的重量。
较佳地，所述轴承座的两端向中间拱起，所述轴承座的法兰位于所述拱起的位置。
在本方案中，轴承座的法兰整体环绕设置及轴承座向中间拱起，形成了锥形筒，可大大加强轴承座的刚度，这样轴承座的壁厚可以设置的薄一些，轴承座的重量也可以轻一些，降低成本，而且轴承位于受力点两侧，可以降低两个轴承的载荷。
较佳地，所述轴承为单列圆锥轴承，两个所述单列圆锥轴承的外圈大端面相对地背对背安装。
在本方案中，通过将两个单列圆锥轴承的外圈大端面相对地背对背安装，提高了轴承的跨距，从而降低轴承所受的载荷并提高系统抵抗倾覆力矩的能力。
较佳地，所述轴系包括主轴，所述主轴的前端具有与轮毂连接的轴法兰，所述轴法兰封闭住所述轴承座的前端。
较佳地，所述轴承包括前轴承和后轴承，所述轴法兰上设置有第一前限位块，所述轴承座上设置有第一后限位块，所述前轴承被限位于所述第一前限位块和所述第一后限位块之间。
在本方案中，通过将前轴承限位在第一前限位块和第一后限位块之间，提高轴承的稳定性，限位块充分利用空间，整个装置的紧凑性更强。
较佳地，所述轴承座上设置有第二前限位块，所述主轴上连接有第二后限位块，所述后轴承被限位于所述第二前限位块和所述第二后限位块之间。
在本方案中，通过将后轴承限位在第二前限位块和第二后限位块之间，提高轴承的稳定性，限位块充分利用空间，整个装置的紧凑性更强。
较佳地，所述轴系包括主轴，所述齿轮箱的前端与所述主轴的后端连接，所述齿轮箱的后端具有输出轴。
本发明还公开了一种风力发电机组，其包括上述的齿轮箱集成装置，所述风力发电机组包括有机架，所述机架包括有法兰，所述轴承座的法兰与所述机架的法兰连接。
较佳地，所述风力发电机组包括发电机和联轴器，所述发电机通过所述联轴器与所述齿轮箱的输出轴连接。
在本方案中，发电机和齿轮箱之间采用的是联轴器联接，可以完全隔离发电机和齿轮箱，避免发电机的轴电流影响齿轮箱，即避免造成齿轮箱轴承电腐蚀，而且发电机与齿轮箱分开设置，可以分别进行试验。
较佳地，所述机架包括底座，以及连接在底座上方的支撑架，所述机架的法兰连接在所述底座和所述支撑架上。
所述支撑架的内部形成有空腔，所述轴承座、齿轮箱和主轴的至少一部分被容纳于所述空腔内。
在本方案中，将轴承座、齿轮箱和主轴的一部分设置在支撑架形成的空腔内，提高装置的紧凑性，便于对整个发电机组在塔架上的布置，使发电机组受力更好，而且由于齿轮箱放置在前机架内腔中，便于在前机架上设置工装，方便齿轮箱塔上维修。
较佳地，所述风力发电机组包括轮毂和塔架，所述轴系包括主轴，所述轮毂与所述主轴的前端连接，所述机架设置在所述塔架上，其特征在于，所述轮毂远离所述塔架设置。
在本方案中，加长了轮毂中心和塔架中心的距离，在不影响运行时叶片与塔架干涉的情况下，叶片的设计可以更柔一些，叶片的重量可以降低，进而降低叶片的成本，或者在叶片不变的情况下，减小驱动链倾角，增加风轮扑风能力，降低极限载荷。
较佳地，所述机架包括底座，以及连接在底座上方的支撑架，所述支撑架的内部形成有空腔，所述发电机的至少一部分被容纳于所述支撑架内。
在本方案中，发电机设置在支撑架形成的空腔内，提高驱动链及机舱的紧凑性，发电机组在塔架上受力更好。
较佳地，所述底座具有一安装表面，所述发电机被安装在所述安装表面上。
在本方案中，发电机直接安装在机架的底座上，载荷可以直接通过底座传递到塔架，稳定性更好。
本发明的积极进步效果在于：通过将轴承座法兰直接与机架法兰连接，使轴承座与机架连接处受力更好，避免现有技术中为了满足受力的要求而增大轴承间距，即可以减小轴承间距，缩短主轴长度，从而降低了轴系重量及制造要求，同时可以有效避免驱动链后移，而且轴承座与机架之间易于拆卸，便于单独吊装维护。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的风力发电机组的示意图。
图2为本发明较佳实施例的齿轮箱集成装置的示意图。
图3为现有技术中的风力发电机组的示意图。
附图标记说明
齿轮箱1
输出轴11
第一级12
第二级13
行星架121
行星轮122
内齿圈123
机架法兰21
底座22
支撑架23
空腔24
轴承座3
轴承座法兰31
轴承座前端32
第一前限位块33
第一后限位块34
第二前限位块35
第二后限位块36
主轴4
轴法兰41
前轴承5
后轴承6
发电机7
联轴器8
轮毂9
塔架10
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
如图1和图2所示，本实施例公开了一种齿轮箱集成装置，其包括有轴系和齿轮箱1，其中，轴系与齿轮箱1集成一体，轴系包括轴承和轴承座3，轴承座3包括有法兰，轴承座法兰31位于两个轴承之间的位置，轴承座法兰31用于与机架法兰21连接。
本实施例中，齿轮箱1为两级行星齿轮传动，即由第一级12、第二级13以及输出轴11等多个部件组成，在此仅列出这三个部件，齿轮箱1的第一级12由行星架121，行星轮122和内齿圈123组成，行星架121与主轴4后端通过销轴与螺栓刚性联接，内齿圈123与轴承座3通过销轴与螺栓刚性联接，其中，轴系也可与采用柔性销的风电齿轮箱集成。
本实施例通过将轴承座法兰31直接与机架法兰21连接，使轴承座3与机架连接处受力更好，避免现有技术中为了满足受力的要求而增大轴承间距，即可以减小轴承间距，缩短主轴4长度，降低总长，从而降低对齿轮箱型式试验台的要求，同时可以有效避免驱动链后移，而且轴承座3与机架法兰21易于拆卸，便于单独吊装维护，轴承座法兰31位于两轴承之间，齿轮箱1的齿轮件都可布置在机架内部，这样方便在机架内部布置起吊装置，以利于齿轮件在塔上出现故障维修，由于轴承座3通过中间的法兰与机架联接，主轴4及轴承座3已经伸出前机架，可以将主轴4设置的更短一些，以缩短前轴承5与轮毂9中心的距离，这样轴承受力会小些，同时轴承的直径会小些，从而降低成本，而且，采用双轴承方案，可以进一步降低轴承的成本。
在本实施例中，轴承座法兰31环绕设置于轴承座3的外围，轴承座法兰31整体环绕设置与机架法兰21螺栓联接的接触面大，可布置的螺栓数量多，能有效承受整体风轮的载荷和齿轮箱1的重量。
在本实施例中，轴承座3的两端向中间拱起，轴承座法兰31位于拱起的位置，轴承座法兰31整体环绕设置及轴承座3向中间拱起，形成了锥形筒，可大大加强轴承座3的刚度，这样轴承座3的壁厚可以设置的薄一些，轴承座3的重量也可以轻一些。
在本实施例中，所采用的轴承为单列圆锥轴承，两个单列圆锥轴承的外圈大端面相对地背对背安装。通过将两个单列圆锥轴承的外圈大端面相对地背对背安装，提高了轴承的跨距，从而降低轴承所受的载荷并提高系统抵抗倾覆力矩的能力。在其他实施例中，也可以不采用单列圆锥轴承的外圈大端面相对地背对背安装的形式。
如图1和图2所示，在本实施例中，轴系包括主轴4，主轴4的前端具有与轮毂9连接的轴法兰41，轴法兰41封闭住轴承座3的前端。轴承包括前轴承5和后轴承6，轴法兰41上设置有第一前限位块33，轴承座3上设置有第一后限位块34，前轴承5被限位于第一前限位块33和第一后限位块34之间。轴承座3上设置有第二前限位块35，主轴4上连接有第二后限位块36，后轴承6被限位于第二前限位块35和第二后限位块36之间。
本实施例通过将前轴承5限位在第一前限位块33和第一后限位块34之间，将后轴承6限位在第二前限位块35和第二后限位块36之间，提高了轴承的稳定性，限位块充分利用空间，整个装置的紧凑性更强，便于对齿轮箱1进行型式试验。在其他实施例中，也可以采用其他结构对轴承进行限位。
在本实施例中，机架包括底座22，以及连接在底座22上方的支撑架23，机架法兰21连接在底座22和支撑架23上，支撑架23的内部形成有空腔24，轴承座3、齿轮箱1和主轴4的至少一部分被容纳于空腔24内。通过将轴承座3、齿轮箱1和主轴4的一部分设置在支撑架23形成的空腔24内，提高装置的紧凑性，便于对整个机组在塔架10上的布置，使机组受力更好。在其他实施例中，轴承座3、齿轮箱1和主轴4也可以不设置在空腔24内，采用其他设置方式来提高装置的紧凑性。
在本实施例中，轴系包括主轴4，齿轮箱1的前端与主轴4的后端连接，齿轮箱1的后端具有输出轴11。在其他实施例中，齿轮箱1与主轴4的连接方式以及齿轮箱1输出轴11的位置也可以采用其他方式设置。
如图1所示，本实施例还公开了一种包含该齿轮箱1集成装置的风力发电机组，包括发电机7和联轴器8，发电机7通过联轴器8与输出轴11连接。所采用的为柔性联轴器8，发电机7与机架的联接采用弹性支撑联接，本实施例通过发电机7和齿轮箱1之间采用的是联轴器8联接，可以完全隔离发电机7和齿轮箱1，避免发电机7的轴电流影响齿轮箱1，即避免造成齿轮箱1轴承电腐蚀，而且发电机7与齿轮箱1分开设置，可以分别进行试验。在其他实施例中，发电机7和齿轮箱1也可以集成一体。
在本实施例中，风力发电机组包括轮毂9和塔架10，轴系包括主轴4，轮毂9与主轴4的前端连接，机架设置在塔架10上，轮毂9远离塔架10设置。通过加长轮毂9中心和塔架10中心的距离，在不影响运行时叶片与塔架10干涉的情况下，叶片的设计可以更柔一些，叶片的重量可以降低，进而降低叶片的成本。在其他实施例中，轮毂9也可以不远离塔架10设置。
在本实施例中，机架包括底座22，以及连接在底座22上方的支撑架23，支撑架23的内部形成有空腔24，发电机7的至少一部分被容纳于支撑架23内。在本方案中，发电机7设置在支撑架23形成的空腔24内，提高发电机组的紧凑性，发电机组在塔架10上的受力更好。
在本实施例中，底座22具有一安装表面，发电机7被安装在安装表面上。通过将发电机7直接安装在机架的底座22上，其载荷可以直接通过底座22传递到塔架10，稳定性更好。
本实施例的装配过程为：对主轴4装配，在安装平台上放置主轴4，然后安装前轴承5的内圈，将前轴承5、后轴承6的外圈安装在轴承座3上，套轴承座3于主轴4上，测量、修配夹紧环，安装夹紧环；第一级12的行星架121装配(可以与主轴4装配同步进行)，将第一级12的行星轮122、轴承装于第一级12的行星架121上；安装第一级12的行星架121，安装第一级12的内齿圈123，通过定位销与轴承座3固定，并采用螺栓进行预固定，将第一级12行星架121装配体放入，与主轴4通过定位销和螺栓进行固定，齿轮箱1装配采用现有技术通用装配程序；齿轮箱1安装(在齿轮箱1装配、试验、检验合格并交货后)，采用特殊工装吊起齿轮箱1，将齿轮箱1装入主机架，通过螺栓将齿轮箱1的轴承座法兰31和机架法兰21固定，安装轮毂9(在机舱装配完毕进行安装)，通过螺栓将轮毂9与齿轮箱1的主轴4进行固定。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种齿轮箱集成装置，其包括有轴系和齿轮箱，其中，轴系与齿轮箱集成一体，所述轴系包括轴承和轴承座，其特征在于，所述轴承座包括有法兰，所述轴承座的法兰位于两个轴承之间的位置，所述轴承座的法兰用于与机架的法兰连接。
2.如权利要求1所述的齿轮箱集成装置，其特征在于，所述轴承座的法兰环绕设置于所述轴承座的外围。
3.如权利要求2所述的齿轮箱集成装置，其特征在于，所述轴承座的两端向中间拱起，所述轴承座的法兰位于所述拱起的位置。
4.如权利要求1所述的齿轮箱集成装置，其特征在于，所述轴承为单列圆锥轴承，两个所述单列圆锥轴承的外圈大端面相对地背对背安装。
5.如权利要求1所述的齿轮箱集成装置，其特征在于，所述轴系包括主轴，所述主轴的前端具有与轮毂连接的轴法兰，所述轴法兰封闭住所述轴承座的前端。
6.如权利要求5所述的齿轮箱集成装置，其特征在于，所述轴承包括前轴承和后轴承，所述轴法兰上设置有第一前限位块，所述轴承座上设置有第一后限位块，所述前轴承被限位于所述第一前限位块和所述第一后限位块之间。
7.如权利要求6所述的齿轮箱集成装置，其特征在于，所述轴承座上设置有第二前限位块，所述主轴上连接有第二后限位块，所述后轴承被限位于所述第二前限位块和所述第二后限位块之间。
8.如权利要求1所述的齿轮箱集成装置，其特征在于，所述轴系包括主轴，所述齿轮箱的前端与所述主轴的后端连接，所述齿轮箱的后端具有输出轴。
9.一种风力发电机组，其特征在于，其包括如权利要求1-8任意一项所述的齿轮箱集成装置，所述风力发电机组包括有机架，所述机架包括有法兰，所述轴承座的法兰与所述机架的法兰连接。
10.如权利要求9所述的风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括发电机和联轴器，所述发电机通过所述联轴器与所述齿轮箱的输出轴连接。
11.如权利要求9所述的风力发电机组，其特征在于，所述机架包括底座，以及连接在所述底座上方的支撑架，所述机架的法兰连接在所述底座和所述支撑架上。
12.如权利要求11所述的风力发电机组，其特征在于，所述支撑架的内部形成有空腔，所述轴承座、齿轮箱和主轴的至少一部分被容纳于所述空腔内。
13.如权利要求9所述的风力发电机组，所述风力发电机组包括轮毂和塔架，所述轴系包括主轴，所述轮毂与所述主轴的前端连接，所述机架设置在所述塔架上，其特征在于，所述轮毂远离所述塔架设置。
14.如权利要求10所述的风力发电机组，其特征在于，所述机架包括底座，以及连接在底座上方的支撑架，所述支撑架的内部形成有空腔，所述发电机的至少一部分被容纳于所述支撑架内。
15.如权利要求11所述的风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括发电机，所述底座具有一安装表面，所述发电机被安装在所述安装表面上。
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