CN115387965A - 一种高效可靠大型风电机组复合传动系统及运行控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高效可靠大型风电机组复合传动系统及运行控制方法，所述复合传动系统包括机械传动系统和液力传动系统两部分；所述机械传动系统设置在风电机组顶部的机舱内部，并经过平行级功率分流后，部分功率通过液力传动系统传递至塔筒底部的第二发电机中；所述液力传动系统位于风电机组的塔筒内部。复合型传动链适用于不同风速下的自然环境，融合了机械传动与液力传动的优势，两者相辅相成，能提高风电机组的效率、利用率和可靠性，保证风电机组时刻处在最优的发电状态。
Description
技术领域
本发明属于风力发电装备技术领域，尤其涉及一种高效可靠大型风电机组复合传动系统及运行控制方法。
背景技术
业内熟知，传统型风力发电机组的传动链主要包括主轴、齿轮箱和发电机，传动方式仅为单一的机械传动，这种传动方式结构简单，传动链较长，且随着功率的增加，机舱重量增长明显，不适用大兆瓦风电机组，尤其是海上漂浮式风电机组。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种高效可靠大型风电机组复合传动系统及运行控制方法，复合型传动链适用于不同风速下的自然环境，融合了机械传动与液力传动的优势，两者相辅相成，能提高风电机组的效率、利用率和可靠性，保证风电机组时刻处在最优的发电状态。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种高效可靠大型风电机组复合传动系统，所述复合传动系统包括机械传动系统和液力传动系统两部分；
所述机械传动系统设置在风电机组顶部的机舱内部，并经过平行级功率分流后，部分功率通过液力传动系统传递至塔筒底部的第二发电机中；
所述液力传动系统位于风电机组的塔筒内部。
所述机械传动系统由轮毂、主轴、齿轮箱和第一发电机组成，形成一体化紧凑型结构；
所述主轴安装在主轴轴承座上，并与齿轮箱的两个扭力臂形成三点支撑，承受来自叶轮的轴向力和扭转载荷；主轴轴承座固定在机舱的内部；
所述主轴与齿轮箱内部的行星架固定连接；
所述齿轮箱的箱体由前端盖、内齿圈、中箱体和发电机壳体通过紧固螺栓连接在一起，前端盖与行星架配合，中箱体连接内齿圈以及第一发电机的壳体，后箱体为第一发电机的壳体；
所述齿轮箱的太阳轮轴集成了大齿轮和第一发电机的转子，并形成采用同轴设计；
所述齿轮箱为一级行星传动和一级平行轴传动，其中由一级行星传动输出的动力由太阳轮轴直接驱动第一发电机，另一部分功率由一级平行轴传动的太阳轮轴上的大齿轮与小齿轮啮合，进而将功率分流到液力传动系统。
所述主轴采用短主轴，且通过双列圆锥滚子轴承支撑。
所述液力传动系统由小齿轮输出动力，小齿轮的输出端通过液力变矩器与电磁离合器相连，电磁离合器与液压泵相连，液压泵通过管路与马达相连，马达的输出轴与第二发电机相连。
所述液压马达和第二发电机位于塔筒的底部，液压马达和位于塔筒的内部，第二发电机位于塔筒的外部，并固定在基础上。
所述第一发电机和第二发电机为中速永磁同步发电机。
所述行星架和主轴通过胀紧装置连接，行星架上安装三个行星轮，内齿圈固定，功率从太阳轮轴输出；所述内齿圈与前端盖和中箱体通过紧固螺栓连接；
所述太阳轮轴采用空心轴结构。
所述机舱由偏航轴承和塔筒支撑，所述塔筒通过基础法兰与基础固连。
所述行星架和太阳轮轴分别通过两组圆锥滚子轴承转动支撑在箱体的内部。
高效可靠大型风电机组复合传动系统的运行控制方法，包括以下步骤：
叶片将风能转化为机械能，功率经过行星架后通过行星轮分流，再汇流到太阳轮轴，一部分功率通过太阳轮轴输出，驱动第一发电机发电；
当外部风速较大时，风电机组主控系统控制电磁离合器工作，此时部分功率从平行级小齿轮处分流，另一部分功率通过太阳轮轴上的大齿轮与小齿轮啮合，将功率分流到液力传动系统，此时功率经过液力变矩器、电磁离合器、液压泵、液压管路和液压马达，最后流入第二发电机，驱动第二发电机发电。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的一种高效可靠大型风电机组复合传动系统及运行控制方法，主要具有以下有益效果：
1、本发明所述的复合传动系统由机械传动系统和液力传动系统组成，两者相辅相成能够提高传动系统的传动效率和可靠性。
2、由于本发明的机械传动系统的主传动链结构主要零部件采用同轴设计，结构紧凑，可靠性较高；安装方式灵活，装配误差较小，同轴设计能够保证对中精度。
3、根据外部风速和风速数据，通过风电机组主控系统控制电磁离合器的分离与结合，使液力传动系统投入工作，保证风电机组在不同风况条件下处于最佳发电状态。
4、融合机械传动与液力传动的优点，降低了齿轮箱和发电机的体积和重量，保证了整机功率，提高了风电机组发电效率、利用率和可靠性。
5、本发明的传动链结构布置型式超级紧凑，具有尺寸小、重量轻的特点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明的一种高效可靠大型风电机组复合传动系统整体结构示意图。
图2为本发明的一种高效可靠大型风电机组复合传动系统的局部剖视图。
图中：1紧固螺栓、2行星轮、3行星架、4太阳轮轴、5圆锥滚子轴承、6小齿轮、7大齿轮、8箱体、9第一发电机、10液压泵、11电磁离合器、12液力变矩器、13齿轮箱、14轮毂、15主轴、16主轴轴承座、17偏航轴承、18机舱、19塔筒、20液压管路、21液压马达、22第二发电机、23基础。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1：
参见图1-2，一种高效可靠大型风电机组复合传动系统，所述复合传动系统包括机械传动系统和液力传动系统两部分；所述机械传动系统设置在风电机组顶部的机舱18内部，并经过平行级功率分流后，部分功率通过液力传动系统传递至塔筒19底部的第二发电机22中；所述液力传动系统位于风电机组的塔筒19内部。通过采用上述的复合传动系统其充分利用机械与液力复合传动，具有利用率高、可靠性高、机舱重量轻、稳定性强等特点，并能有效适应复杂外部环境。
进一步的，所述机械传动系统由轮毂14、主轴15、齿轮箱13和第一发电机9组成，形成一体化紧凑型结构；所述主轴15安装在主轴轴承座16上，并与齿轮箱13的两个扭力臂形成三点支撑，承受来自叶轮的轴向力和扭转载荷；主轴轴承座16固定在机舱18的内部；所述主轴15与齿轮箱13内部的行星架3固定连接；所述齿轮箱13的箱体8由前端盖、内齿圈、中箱体和发电机壳体通过紧固螺栓1连接在一起，前端盖与行星架3配合，中箱体连接内齿圈以及第一发电机9的壳体，后箱体为第一发电机9的壳体。通过上述的机械传动系统，工作过程中，通过叶片将风能转化为机械能，功率经过行星架3后通过行星轮2分流，再汇流到太阳轮轴4，一部分功率通过太阳轮轴输出，驱动第一发电机9发电。
进一步的，所述齿轮箱13的太阳轮轴4集成了大齿轮7和第一发电机9的转子，并形成采用同轴设计；采用同轴设计，使得结构型式超级紧凑。
进一步的，所述齿轮箱13为一级行星传动和一级平行轴传动，其中由一级行星传动输出的动力由太阳轮轴4直接驱动第一发电机9，另一部分功率由一级平行轴传动的太阳轮轴4上的大齿轮7与小齿轮6啮合，进而将功率分流到液力传动系统。
进一步的，所述主轴15采用短主轴，且通过双列圆锥滚子轴承支撑。通过采用短主轴使得齿轮箱和发电机一体化结构超级紧凑。
进一步的，所述液力传动系统由小齿轮6输出动力，小齿轮6的输出端通过液力变矩器12与电磁离合器11相连，电磁离合器11与液压泵10相连，液压泵10通过管路20与马达21相连，马达21的输出轴与第二发电机22相连。通过液力传动系统将机械动力部分分流到液力传动，进而通过液力发电。采用电磁离合器11与液压泵10相连，改变传动链功率传递路径，能够使风电机组在不同风速下处于最佳发电状态。
通过上述液力传动系统，具体工作过程中，当外部风速较大时，风电机组主控系统控制电磁离合器11工作，此时部分功率从平行级小齿轮处分流，经过液力传动驱动第二发电机22发电；所述液力变矩器12通过联轴器分别与小齿轮轴和电磁离合器11相连，驱动液压泵10工作产生高速运动的流体，带动液压马达21转动，从而驱动第二发电机22发电；所述液压泵10能将电磁离合器11传入的机械能转化为流体液压能和动能，再通过液压马达21将流体液压能转化为机械能，再经过第二发电机22转化为电能；所述第二发电机22位于塔筒19底部用于将液压马达21传递的机械能转化为电能与箱体8内集成第一发电机9配合辅助发电。
进一步的，所述液压马达21和第二发电机22位于塔筒19的底部，液压马达21和位于塔筒19的内部，第二发电机22位于塔筒19的外部，并固定在基础23上。通过上述的布置结构，便于后续对液压马达21和第二发电机22的检修以及检测。
进一步的，所述第一发电机9和第二发电机22为中速永磁同步发电机。
进一步的，所述行星架3和主轴15通过胀紧装置连接，行星架3上安装三个行星轮2，内齿圈固定，功率从太阳轮轴4输出；所述内齿圈与前端盖和中箱体通过紧固螺栓1连接；通过上述的行星传动能够将叶轮的转动动力传递给从太阳轮轴4，进而驱动相应的
进一步的，所述太阳轮轴4采用空心轴结构。通过采用空心轴结构保证了对中精度，进而提高了传动的稳定性。
进一步的，所述机舱18由偏航轴承17和塔筒19支撑，所述塔筒19通过基础法兰与基础23固连。
进一步的，所述行星架3和太阳轮轴4分别通过两组圆锥滚子轴承5转动支撑在箱体8的内部。通过圆锥滚子轴承5保证了能够承受一定的轴向力和径向力。
本发明的工作原理：
所述齿轮传动系统为一级行星传动和一级平行轴传动，功率经过行星轮系先分流后汇流，从太阳轮轴4输出，驱动第一发电机9发电；当外部风速较大时，风电机组主控系统控制电磁离合器11工作，此时部分功率从平行级小齿轮处分流，经过液力传动驱动第二发电机22发电；所述液力变矩器12通过联轴器分别与小齿轮轴和电磁离合器11相连，驱动液压泵10工作产生高速运动的流体，带动液压马达21转动，从而驱动第二发电机22发电；所述液压泵10能将电磁离合器11传入的机械能转化为流体液压能和动能，再通过液压马达21将流体液压能转化为机械能，再经过第二发电机22转化为电能；所述第二发电机22位于塔筒19底部用于将液压马达21传递的机械能转化为电能与箱体8内集成第一发电机9配合辅助发电。从而实现能源的高效利用。
实施例2：
高效可靠大型风电机组复合传动系统的运行控制方法，包括以下步骤：
叶片将风能转化为机械能，功率经过行星架3后通过行星轮2分流，再汇流到太阳轮轴4，一部分功率通过太阳轮轴4输出，驱动第一发电机9发电；
当外部风速较大时，风电机组主控系统控制电磁离合器11工作，此时部分功率从平行级小齿轮6处分流，另一部分功率通过太阳轮轴4上的大齿轮7与小齿轮6啮合，将功率分流到液力传动系统，此时功率经过液力变矩器12、电磁离合器11、液压泵10、液压管路20和液压马达21，最后流入第二发电机22，驱动第二发电机22发电。
Claims (10)
1.一种高效可靠大型风电机组复合传动系统，其特征在于，所述复合传动系统包括机械传动系统和液力传动系统两部分；
所述机械传动系统设置在风电机组顶部的机舱（18）内部，并经过平行级功率分流后，部分功率通过液力传动系统传递至塔筒（19）底部的第二发电机（22）中；
所述液力传动系统位于风电机组的塔筒（19）内部。
2.根据权利要求1所述一种高效可靠大型风电机组复合传动系统，其特征在于，所述机械传动系统由轮毂（14）、主轴（15）、齿轮箱（13）和第一发电机（9）组成，形成一体化紧凑型结构；
所述主轴（15）安装在主轴轴承座（16）上，并与齿轮箱（13）的两个扭力臂形成三点支撑，承受来自叶轮的轴向力和扭转载荷；主轴轴承座（16）固定在机舱（18）的内部；
所述主轴（15）与齿轮箱（13）内部的行星架（3）固定连接；
所述齿轮箱（13）的箱体（8）由前端盖、内齿圈、中箱体和发电机壳体通过紧固螺栓（1）连接在一起，前端盖与行星架（3）配合，中箱体连接内齿圈以及第一发电机（9）的壳体，后箱体为第一发电机（9）的壳体；
所述齿轮箱（13）的太阳轮轴（4）集成了大齿轮（7）和第一发电机（9）的转子，并形成采用同轴设计；
所述齿轮箱（13）为一级行星传动和一级平行轴传动，其中由一级行星传动输出的动力由太阳轮轴（4）直接驱动第一发电机（9），另一部分功率由一级平行轴传动的太阳轮轴（4）上的大齿轮（7）与小齿轮（6）啮合，进而将功率分流到液力传动系统。
3.根据权利要求2所述一种高效可靠大型风电机组复合传动系统，其特征在于，所述主轴（15）采用短主轴，且通过双列圆锥滚子轴承支撑。
4.根据权利要求2所述一种高效可靠大型风电机组复合传动系统，其特征在于，所述液力传动系统由小齿轮（6）输出动力，小齿轮（6）的输出端通过液力变矩器（12）与电磁离合器（11）相连，电磁离合器（11）与液压泵（10）相连，液压泵（10）通过管路（20）与马达（21）相连，马达（21）的输出轴与第二发电机（22）相连。
5.根据权利要求4所述一种高效可靠大型风电机组复合传动系统，其特征在于，所述液压马达（21）和第二发电机（22）位于塔筒（19）的底部，液压马达（21）和位于塔筒（19）的内部，第二发电机（22）位于塔筒（19）的外部，并固定在基础（23）上。
6.根据权利要求4所述一种高效可靠大型风电机组复合传动系统，其特征在于，所述第一发电机（9）和第二发电机（22）为中速永磁同步发电机。
7.根据权利要求4所述一种高效可靠大型风电机组复合传动系统，其特征在于，所述行星架（3）和主轴（15）通过胀紧装置连接，行星架（3）上安装三个行星轮（2），内齿圈固定，功率从太阳轮轴（4）输出；所述内齿圈与前端盖和中箱体通过紧固螺栓（1）连接；
所述太阳轮轴（4）采用空心轴结构。
8.根据权利要求4所述一种高效可靠大型风电机组复合传动系统，其特征在于，所述机舱（18）由偏航轴承（17）和塔筒（19）支撑，所述塔筒（19）通过基础法兰与基础（23）固连。
9.根据权利要求2所述一种高效可靠大型风电机组复合传动系统，其特征在于，所述行星架（3）和太阳轮轴（4）分别通过两组圆锥滚子轴承（5）转动支撑在箱体（8）的内部。
10.权利要求1-9任意一项所述高效可靠大型风电机组复合传动系统的运行控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
叶片将风能转化为机械能，功率经过行星架（3）后通过行星轮（2）分流，再汇流到太阳轮轴（4），一部分功率通过太阳轮轴（4）输出，驱动第一发电机（9）发电；
当外部风速较大时，风电机组主控系统控制电磁离合器（11）工作，此时部分功率从平行级小齿轮（6）处分流，另一部分功率通过太阳轮轴（4）上的大齿轮（7）与小齿轮（6）啮合，将功率分流到液力传动系统，此时功率经过液力变矩器（12）、电磁离合器（11）、液压泵（10）、液压管路（20）和液压马达（21），最后流入第二发电机（22），驱动第二发电机（22）发电。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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