CN114483891A - 一种超紧凑半直驱多级行星风电齿轮箱结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超紧凑半直驱风电齿轮箱多级行星传动结构，包括齿轮箱箱体、主轴承、一级法兰和至少两级行星齿轮传动系统，主轴承的外圈分别与一级法兰和风电机组的轮毂系统连接，主轴承的内圈通过齿轮箱体与第一级行星齿轮传动系统的行星架连接固定，使主轴承的外圈能够旋转，一级法兰与第一级行星齿轮传动系统的内齿圈连接，使风电机组的风轮扭矩经由轮毂系统最终传递到齿轮箱内；本发明与传统半直驱风电齿轮箱结构相比，缩短了齿轮箱轴向长度，可减小风电机组的传动链、弯头、偏航和塔筒的载荷，降低整机成本，便于对第一级行星齿轮传动系统进行维护，同时发电机与齿轮箱设计上解耦，有利于发电机优化，降低成本。

Description

一种超紧凑半直驱多级行星风电齿轮箱结构
技术领域
本发明涉及风力发电齿轮箱传动的技术领域，尤其是指一种超紧凑半直驱多级行星风电齿轮箱结构。
背景技术
半直驱永磁风力发电机组指采用永磁发电机且发电机通过中速齿轮箱与风轮耦合的风力发电机组。由于兼顾了双馈式风力发电机组和直驱永磁风力发电机组的优点，半直驱永磁风力发电机组具有高效率、低成本和高可靠性等优点。
传统的半直驱风电齿轮箱一般为两级行星传动，速比约20。随着风电机组的功率和叶轮直径的增大，风轮额定转速逐渐降低，进而齿轮箱输出转速减小，使得永磁发电机成本增加。为进一步降低度电成本，半直驱风电齿轮箱采用三级或多级行星传动成为发展趋势。半直驱齿轮箱集成的双列圆锥主轴承制造工艺苛刻，技术含量高，成本昂贵。且随着直径增大，成本急剧增加。因此，为降低齿轮箱成本，主轴承在满足强度的前提下，直径尽可能减小，而齿轮箱径向减小，齿宽增加，总长度增加。
中速齿轮箱将风轮的动力传至发电机，是半直驱永磁风力发电机组的核心部件，其性能与整机性能直接相关。齿轮箱输入端连接风轮系统，输出端连接发电机。图1为传统半直驱风电齿轮箱三级行星传动结构，双列圆锥主轴承承受风轮传递的弯矩，其与一级行星集成化设计，轮毂系统、主轴承内圈01和输入法兰02螺栓连接，主轴承外圈016、中箱体015、一级内齿圈014、箱体013和发电机外壳螺栓连接；输入法兰02与一级行星架03螺栓连接；一级行星：一级内齿圈014固定，一级行星架03输入，一级太阳轮04输出，通过花键轴05与二级行星架06连接。二级行星：二级内齿圈012固定，二级行星架06输入，二级太阳轮07输出，通过花键轴08与三级行星架09连接。三级行星：三级内齿圈011固定，三级行星架09输入，三级太阳轮010输出，通过联轴器与发电机转子连接，因此传统的三级行星传动结构轴向较长，传动链、弯头、偏航和塔筒的载荷较大，整机成本较高。
发明内容
本发明目的在于为解决现有技术中的不足，提供了一种超紧凑半直驱风电齿轮箱多级行星传动结构，将一级法兰通过主轴承的外圈与风电机组的轮毂系统连接，同时一级法兰亦与第一级行星齿轮传动系统的内齿圈连接，使风电机组的风轮扭矩经由轮毂系统传递到齿轮箱内，齿轮箱箱体与第一级行星齿轮传动系统的行星架及主轴承的内圈连接固定，有效缩短了齿轮箱轴向长度，可减小传动链、弯头、偏航和塔筒的载荷，降低整机成本。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种超紧凑半直驱多级行星风电齿轮箱结构，包括齿轮箱箱体、主轴承、一级法兰和至少两级行星齿轮传动系统，每一级行星齿轮传动系统均包括内齿圈、行星架、销轴、销套、行星轮和太阳轮轴，所述销轴装配在行星架上，所述销套过盈装配在销轴上，所述行星轮通过轴承装配在销套上，且所述行星轮置于内齿圈之中，并分别与内齿圈和太阳轮轴啮合，所述太阳轮轴通过花键轴与下一级行星齿轮传动系统的行星架连接或与发电机连接，所述第二级行星齿轮传动系统的内齿圈与齿轮箱箱体连接；所述第一级行星齿轮传动系统设置在风电机组的轮毂内部，所述第二级行星齿轮传动系统设置在主轴承的内孔处，所述主轴承的外圈分别与一级法兰和风电机组的轮毂系统连接，所述主轴承的内圈通过齿轮箱箱体与第一级行星齿轮传动系统的行星架连接固定，使主轴承的外圈能够旋转，所述一级法兰与第一级行星齿轮传动系统的内齿圈连接，使风电机组的风轮扭矩经由轮毂系统最终传递到齿轮箱内。
进一步，所述齿轮箱箱体通过箱体轴承支撑花键轴。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、本发明创新性采用齿轮箱主轴承外圈旋转方式，使主轴承的外圈与风电机组的轮毂系统连接，传递风电机组的风轮扭矩；
2、本发明的第一级行星齿轮传动系统置于轮毂内，且第二级行星齿轮传动系统置于主轴承的内孔处，大大减小了齿轮箱长度，相比传统的两级行星齿轮箱长度更短，由于齿轮箱和传动链长度缩短，使风电机组的传动链、弯头、偏航和塔筒载荷减小，主机成本显著降低；
3、第一级行星齿轮传动系统置于轮毂内，相较于传统齿轮箱的第一级行星齿轮传动系统结构复杂难以维护的特点，本发明能够便于对第一级行星齿轮传动系统进行维护，提高齿轮箱可靠性；
4、传统结构齿轮箱箱体与发电机外壳螺栓连接，设计时相互影响，尤其是采用三级行星齿轮箱时，发电机减重受齿轮箱接口限制；而本发明提出的齿轮箱与发电机设计解耦，有利于发电机优化降本；
5、本发明的第一级行星齿轮传动系统的行星架与主轴承内圈集成，相比传统结构省略输入法兰；同时由于本发明的第一级行星齿轮传动系统的行星架固定，可以省略滑油环，降低了机舱附件成本；
6、本发明结构紧凑，扭矩密度较传统结构大幅提升。
附图说明
图1为传统半直驱风电齿轮箱三级行星传动结构示意图。
图2为本发明的结构示意图。
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。
参见图2所示，为本实施例所提供的超紧凑半直驱多级行星风电齿轮箱结构，包括齿轮箱箱体、主轴承1、一级法兰2和三级行星齿轮传动系统；
所述齿轮箱箱体包括第二级箱体3和第三级箱体18，所述第一级行星齿轮传动系统设置在风电机组的轮毂(图中未画出)内部，所述第二级行星齿轮传动系统设置在主轴承1的内孔处，所述主轴承1的外圈分别与一级法兰2和风电机组的轮毂系统连接，所述主轴承1的内圈通过第二级箱体3与第一级行星齿轮传动系统的第一级行星架4连接固定，使主轴承1的外圈能够旋转，所述一级法兰2与第一级行星齿轮传动系统的第一级内齿圈5连接，使风电机组的风轮扭矩经由轮毂系统最终传递到齿轮箱内；
所述第一级行星齿轮传动系统包括第一级内齿圈5、第一级行星架4、第一级轴销、第一级销套、第一级行星轮6和第一级太阳轮轴7，所述销轴装配在第一级行星架4上，所述第一销套过盈装配在第一级销轴上，所述第一级行星轮6通过轴承装配在第一级销套上，且所述第一级行星轮6置于第一级内齿圈5之中，并分别与第一级内齿圈5和第一级太阳轮轴7啮合，所述第一级太阳轮轴7通过第一级花键轴8与第二级行星齿轮传动系统的第二级行星架10连接，所述第二级箱体3通过箱体轴承9支撑第一级花键轴8；
所述第二级行星齿轮传动系统包括第二级内齿圈20、第二级行星架10、第二级轴销、第二级销套、第二级行星轮19和第二级太阳轮轴11，所述第二级内齿圈20与第二级箱体3和第三级箱体18连接，所述销轴装配在第二级行星架10上，所述第二级销套过盈装配在第二级销轴上，所述第二级行星轮19通过轴承装配在第二级销套上，且所述第二级行星轮19置于第二级内齿圈20之中，并分别与第二级内齿圈20和第二级太阳轮轴11啮合，所述第二级太阳轮轴11通过第二级花键轴12与第三级行星齿轮传动系统的第三级行星架14连接，所述第三级箱体18通过箱体轴承13支撑第二级花键轴12；
所述第三级行星齿轮传动系统包括第三级内齿圈17、第三级行星架14、第三级轴销、第三级销套、第三级行星轮16和第三级太阳轮轴15，所述第三级内齿圈17与第三级箱体18连接，所述第三级箱体18与发电机外壳连接，所述第三级销轴装配在第三级行星架14上，所述第三级销套过盈装配在第三级销轴上，所述第三级行星轮16通过轴承装配在第三级销套上，且所述第三级行星轮16置于第三级内齿圈17之中，并分别与第三级内齿圈17和第三级太阳轮轴15啮合，所述第三级太阳轮轴15与发电机连接，最终将风电机组的风轮扭矩输出。
以上所述之实施例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，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种超紧凑半直驱多级行星风电齿轮箱结构，包括齿轮箱箱体、主轴承、一级法兰和至少两级行星齿轮传动系统，每一级行星齿轮传动系统均包括内齿圈、行星架、销轴、销套、行星轮和太阳轮轴，所述销轴装配在行星架上，所述销套过盈装配在销轴上，所述行星轮通过轴承装配在销套上，且所述行星轮置于内齿圈之中，并分别与内齿圈和太阳轮轴啮合，所述太阳轮轴通过花键轴与下一级行星齿轮传动系统的行星架连接或与发电机连接，所述第二级行星齿轮传动系统的内齿圈与齿轮箱箱体连接；其特征在于：所述第一级行星齿轮传动系统设置在风电机组的轮毂内部，所述第二级行星齿轮传动系统设置在主轴承的内孔处，所述主轴承的外圈分别与一级法兰和风电机组的轮毂系统连接，所述主轴承的内圈通过齿轮箱箱体与第一级行星齿轮传动系统的行星架连接固定，使主轴承的外圈能够旋转，所述一级法兰与第一级行星齿轮传动系统的内齿圈连接，使风电机组的风轮扭矩经由轮毂系统最终传递到齿轮箱内。
2.根据权利要求1所述的一种超紧凑半直驱多级行星风电齿轮箱结构，其特征在于：所述齿轮箱箱体通过箱体轴承支撑花键轴。
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