CN115789214A - 风电机组的齿轮箱及其组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电机组的齿轮箱及其组装方法，所述齿轮箱输入端与叶轮连接，输出端与发电机连接，所述齿轮箱包括箱体、一级行星齿系结构和主轴承，所述一级行星齿系结构和所述主轴承均设置在所述箱体内，所述主轴承的外圈与所述箱体连接，所述主轴承的内圈与所述一级行星齿系结构的行星架的上风侧连接，所述主轴承为三排圆柱滚子轴承。本发明将主轴承内置于齿轮箱，主轴承同时用作一级行星齿系结构的行星架的支撑轴承，取消了传统风电机组的主轴，使得风电机组主传动系统轴向尺寸小，结构更紧凑，重量更轻；同时解决了大功率风电机组主轴变形对齿轮箱齿形啮合的影响，提高了齿轮箱的承载能力和寿命。

Description

风电机组的齿轮箱及其组装方法

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体而言涉及一种风电机组的齿轮箱及其组装方法。

背景技术

随着风力发电机组单机容量的不断增长，风机风轮直径越来越大。长叶片、高塔筒由于良好的经济性已成为发展的主流。由于叶片越来越长同时单机功率也来越大，风电机组主轴承载荷越来越大，要求也越来越高。同时，风电机组主轴承与齿轮箱作为风电机组传动链最关键的部件，可靠性要求非常高，常规主轴承与齿轮箱设计越来越难以满足大功率机组匹配设计，设计一种新型可靠大承载能力的齿轮箱对于大功率风电机组的设计应用具有重要的意义。

为了满足长叶片大功率风电机组对主轴承和齿轮箱传动系统的要求，目前主要的方案有以下几种：第一种方案是采用传统风电齿轮箱，匹配主轴和两个单列圆锥主轴承，齿轮箱一级齿圈带有支撑轴承，这种方案系统成本高，对单列圆锥轴承配对设计游隙与运行游隙要求很高，安装困难，轴承使用寿命受使用环境影响很大，不能保证。第二种方案，紧凑型结构，两个单列圆锥主轴承支撑主轴，主轴与齿轮箱刚性直接连接，紧凑型齿轮箱一级行星架前端无支撑轴承，齿轮箱一级齿圈与主轴承座连接。这种方案相对第一种方案成本低，但是主轴承问题依然存在。另外，由于主轴尺寸较长和轴承刚度问题，集成式齿轮箱一级行星架变形导致行星轮偏载，靠齿轮修型或行星轮柔性销变形来补偿整体系统形变导致的齿面啮合偏差，目前该方案技术不成熟，齿轮系统设计和制造难度较大，存在较大的技术风险。第三种方案，风电机组主轴承和主轴与齿轮箱集成在一起，齿轮箱行星架前端轴承采用大锥角双列圆锥轴承，这种方案解决目前应用于半直驱风电机组，且该解决方案中大锥角双列圆锥轴承对游隙设计同样有较高要求，同时受限于大锥角双列圆锥轴承承载能力与尺寸限制，目前在大功率机组上未见应用。

综上所述，现有大功率风电机组齿轮箱存在一级行星架轴承承载能力不足，使用风险较大，齿轮精度及适应性差等不足。因此，亟需一种新的风电机组齿轮箱，可以提供高承载能力，高可靠性，满足大功率风机运行安全的同时保证风机的经济性。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了至少部分地解决上述问题，根据本发明的第一方面，提供了一种风电机组的齿轮箱，所述齿轮箱输入端与叶轮连接，输出端与发电机连接，所述齿轮箱包括箱体、一级行星齿系结构和主轴承，所述一级行星齿系结构和所述主轴承均设置在所述箱体内，所述主轴承的外圈与所述箱体连接，所述主轴承的内圈与所述一级行星齿系结构的行星架的上风侧连接，所述主轴承为三排圆柱滚子轴承。

可选地，所述齿轮箱还包括单列圆柱滚子轴承，所述单列圆柱滚子轴承的外圈所述箱体连接，所述单列圆柱滚子轴承的内圈与所述一级行星齿系结构的行星架的下风侧连接。

可选地，所述主轴承与所述齿轮箱内部的齿轮共用油润滑，所述齿轮箱设置有强制润滑油路，所述强制润滑油路与所述主轴承的润滑油道连通。

可选地，所述一级行星齿系结构的行星架的上风侧设置有与所述主轴承的内圈相匹配的第一台阶部，所述第一台阶部的端面设置有沿轴向方向延伸的第一螺纹孔，所述主轴承的内圈设置有沿轴线方向贯通的第一通孔，所述第一螺纹孔与所述第一通孔相匹配，使得所述主轴承的内圈通过高强螺栓与所述一级行星齿系的行星架连接。

可选地，所述第一台阶部的外周面与所述主轴承的内圈的内周面间隙配合。

可选地，所述一级行星齿系结构的行星架的上风侧端面构成所述齿轮箱前端面的至少一部分，自所述上风侧端面开设出所述第一台阶部。

可选地，所述齿轮箱还包括密封端板，所述密封端板与所述主轴承的外圈共同通过高强螺栓连接至所述箱体。

可选地，所述箱体设置有第二台阶部，所述第二台阶部的端面设置有沿轴向方向延伸的第二螺纹孔，所述主轴承的外圈设置有沿轴线方向贯通的第二通孔，所述密封端板设置有沿轴线方向贯通的第三通孔，所述第二通孔、所述第三通孔和所述第二螺纹孔相匹配，使得所述密封端板和所述主轴承的外圈共同通过高强螺栓与所述箱体连接。

可选地，所述箱体设置有与风电机组的主机架连接的连接臂，所述主轴承的轴向位置与所述连接臂的轴向位置相邻或至少部分重合。

本发明还提供一种上述齿轮箱的组装方法，包括：

将主轴承从一级行星齿系结构的行星架的上风侧套置于行星架的第一台阶部，使得所述主轴承的外圈的下风侧端面抵靠箱体的第二台阶部的端面，同时主轴承的内圈的下风侧端面抵靠行星架的第一台阶部的端面，主轴承的内圈的第一通孔与行星架的第一螺纹孔对准，主轴承的外圈的第二通孔与箱体的第二螺纹孔对准，并且主轴承的润滑油道与齿轮箱的强制润滑油路对准从而保持连通；

通过高强螺栓将密封端板和主轴承的外圈共同连接至箱体，使得密封端板的第二密封组件与箱体的上风侧紧密接合；

将过渡法兰套入环形的密封端板中，直到过渡法兰的下风侧端面抵靠主轴承的内圈的上风侧端面，过渡法兰的第四通孔对准主轴承的内圈的第一通孔，密封端板的第一密封组件与过渡法兰的相应位置的外周面紧密接合；

通过高强螺栓将过渡法兰和主轴承的内圈共同连接至一级行星齿系结构的行星架。

本发明将主轴承内置于齿轮箱，主轴承同时用作一级行星齿系结构的行星架的支撑轴承，取消了传统风电机组的主轴，由三排圆柱滚子轴承的内圈充当主轴，该集成式齿轮箱集成机组主轴、机组主轴承和主齿轮箱为一体，使得风电机组主传动系统轴向尺寸小，结构更紧凑，重量更轻；同时解决了大功率风电机组主轴变形对齿轮箱齿形啮合的影响，提高了齿轮箱的承载能力和寿命。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的装置及原理。在附图中，

图1为本发明实施例的风电机组的齿轮箱的结构示意图；

图2为本发明实施例的风电机组的齿轮箱的局部放大结构示意图；

图3为本发明实施例的风电机组的齿轮箱的局部放大结构示意图；

图4为本发明实施例的风电机组的齿轮箱的局部放大结构示意图；

图5为本发明实施例的风电机组的齿轮箱的局部放大结构示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本发明。显然，本发明的施行并不限定于该技术领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施方式详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式，不应当解释为局限于这里提出的实施方式。

应当理解的是，在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施方式并且不作为本发明的限制，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。本发明中所使用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并非限制。

本发明中所引用的诸如“第一”和“第二”的序数词仅仅是标识，而不具有任何其他含义，例如特定的顺序等。而且，例如，术语“第一部件”其本身不暗示“第二部件”的存在，术语“第二部件”本身不暗示“第一部件”的存在。

以下，将参照附图对本发明的具体实施方式进行更详细地说明，这些附图示出了本发明的代表实施方式，并不是限定本发明。

本发明提供一种风电机组的齿轮箱，该齿轮箱输入端与叶轮连接，输出端与发电机连接。如图1-5所示，本发明实施例的齿轮箱包括箱体1、一级行星齿系结构和主轴承2，所述一级行星齿系结构和所述主轴承2均设置在所述箱体1内，所述主轴承2的外圈21与所述箱体1连接，所述主轴承2的内圈22与所述一级行星齿系结构的行星架3的上风侧连接，所述主轴承2为三排圆柱滚子轴承。

主轴承2为风电机组主传动系统的主轴承，承载包括叶轮在内的机组主传动系统的转动部件，本发明将主轴承2内置于齿轮箱，主轴承2同时用作一级行星齿系结构的行星架3的支撑轴承，取消了传统风电机组的主轴，由三排圆柱滚子轴承的内圈充当主轴，该集成式齿轮箱集成机组主轴、机组主轴承和主齿轮箱为一体，同时解决了大功率风电机组主轴变形对齿轮箱齿形啮合的影响，提高了齿轮箱的承载能力和寿命；采用三排圆柱滚子轴承作为主轴承，其中两排沿径向设置的滚动体主要承受轴向力，另外一排沿轴向设置的滚动体主要承受径向力，三排圆柱滚子轴承能够大幅提高主轴承的承载能力；并且由于三排圆柱滚子轴承的特性，在进行主轴承装配时不需考虑三排圆柱滚子轴承的安装游隙，因此安装更方便且可靠性更高。

根据本发明的实施方式，如图1所示，所述齿轮箱还包括单列圆柱滚子轴承4，所述单列圆柱滚子轴承4的外圈所述箱体1连接，所述单列圆柱滚子轴承4的内圈与所述一级行星齿系结构的行星架3的下风侧连接。主轴承2与单列圆柱滚子轴承4共同用作一级行星齿系结构的行星架3的支撑轴承。

根据本发明的实施方式，所述主轴承2与所述齿轮箱内部的齿轮共用油润滑。主轴承2采用强制润滑，如图2所示，所述齿轮箱设置有强制润滑油路5，所述强制润滑油路5与所述主轴承2的润滑油道23连通，润滑油道23可以设置在主轴承2的外圈21中，使得润滑油经由强制润滑油路5和润滑油道23达到主轴承2的滚动体。优选地，强制润滑油路5部分外置于箱体1，便于安装和维护，并且简化箱体1的加工工艺。主轴承与齿轮箱内部的齿轮共用油润滑，无需单独设置润滑系统，便于操作和维护；采用强制润滑能够确保主轴承的润滑效果。

根据本发明的实施方式，所述一级行星齿系结构的行星架3的上风侧设置有第一台阶部31，行星架3自所述第一台阶部31的端面311开设有沿轴向方向延伸的第一螺纹孔32，所述主轴承2的内圈22设置有沿轴线方向贯通的第一通孔，所述第一螺纹孔32与所述第一通孔相匹配，使得高强螺栓6能够经由第一通孔拧紧至一级行星齿系结构的行星架3，从而将主轴承2的内圈22与一级行星齿系结构的行星架3固定连接。根据本发明的优选的实施方式，该风电机组在叶轮与齿轮箱之间设置有过渡法兰7，过渡法兰7设置有沿轴向方向贯通的的第四通孔，第四通孔设置成与第一通孔以及第一螺纹孔32相匹配，使得过渡法兰7与主轴承2的内圈22共同通过高强螺栓6连接至一级行星齿系结构的行星架3。优选地，所述第一台阶部31的外周面312与所述主轴承2的内圈22的内周面间隙配合。

根据本发明的实施方式，所述齿轮箱还包括密封端板8，所述密封端板8与所述主轴承2的外圈21共同通过高强螺栓9连接至所述箱体1。优选地，所述箱体1设置有第二台阶部11，箱体1自第二台阶部11的端面111开设有沿轴向方向延伸的第二螺纹孔12，所述主轴承2的外圈21设置有沿轴线方向贯通的第二通孔，所述密封端板8设置有沿轴线方向贯通的第三通孔81，所述第二通孔、所述第三通孔81和所述第二螺纹孔12相匹配，使得所述密封端板8和所述主轴承2的外圈21共同通过高强螺栓9与所述箱体1连接。

根据本发明的优选的实施方式，如图2所示，密封端板8包括第一密封组件82和第二密封组件83，所述第一密封组件82与所述过渡法兰7的外周面接合，所述第二密封组件83与所述箱体1的上风侧接合。具体地，密封端板8的下风侧设置有与箱体1的上风侧端面和内周面相匹配的第三台阶部，在该第三台阶部的面向箱体1的端面和外周面上分别设置环形的密封件，该两个环形的密封件构成密封端板8的第二密封组件83。另外，密封端板8的内周设置有与过渡法兰7的外周面接合的两个环形的密封件，该两个环形的密封件构成密封端板8的第一密封组件82。通过在密封端板8与过渡法兰7之间设置由两个环形密封件构成的第一密封组件82，加强密封端板8与过渡法兰7连接的密封效果；并且通过在密封端板8与箱体1之间设置由分别位于不同接合面上的两个环形密封件构成的第二密封组件83，加强密封端板8与箱体1连接的密封效果。

当进行齿轮箱组装时，将主轴承2从一级行星齿系结构的行星架3的上风侧套置于行星架3的第一台阶部31，使得所述主轴承2的外圈21的下风侧端面211抵靠箱体1的第二台阶部11的端面111，同时主轴承2的内圈22的下风侧端面221抵靠行星架3的第一台阶部31的端面311，主轴承2的内圈22的第一通孔与行星架3的第一螺纹孔32对准，主轴承2的外圈21的第二通孔与箱体1的第二螺纹孔12对准，并且主轴承2的润滑油道23与齿轮箱的强制润滑油路5对准从而保持连通；通过高强螺栓9将密封端板8和主轴承2的外圈21共同连接至箱体1，使得密封端板8的第二密封组件83与箱体1的上风侧紧密接合；然后将过渡法兰7套入环形的密封端板8中，直到过渡法兰7的下风侧端面71抵靠主轴承2的内圈22的上风侧端面222，过渡法兰7的第四通孔对准主轴承2的内圈22的第一通孔，密封端板8的第一密封组件82与过渡法兰7的相应位置的外周面紧密接合；通过高强螺栓6将过渡法兰7和主轴承2的内圈22共同连接至一级行星齿系结构的行星架3。

根据本发明的实施方式，一级行星齿系结构的行星架3的上风侧端面33作为齿轮箱的前端面，并且自该上风侧端面33开设出用于放置主轴承2的第一台阶部31，从而可以将主轴承2从行星架3的上风侧直接套置于行星架3，便于安装主轴承。另外，在主轴承2的上风侧，外圈21和内圈22分别与密封端板8和过渡法兰7连接，并且密封端板8的第一密封组件82与过渡法兰7紧密接合，密封端板8的第二密封组件83与箱体1紧密接合，使得箱体1、一级行星齿系结构的行星架3、过渡法兰7和密封端板8共同形成齿轮箱的独立密封腔体，主轴承2位于该独立密封腔体中。独立的密封腔体构成主轴承和齿轮箱内部齿轮的共同油润滑环境。

根据本发明的实施方式，所述箱体1设置有与风电机组的主机架连接的连接臂13，所述主轴承2的轴向位置与所述连接臂13的轴向位置相邻或至少部分重合。主轴承2承载包括叶轮在内的机组转动部件，扭转力矩大，将主轴承2的轴向位置设置成与所述连接臂13的轴向位置相近，保证齿轮箱受力均衡。

本发明的齿轮箱可用于半直驱风电机组或双馈风电机组，当用于半直驱风电机组时，齿轮箱的齿系结构为两级或三级行星齿系结构；当用于双馈风电机组时，齿轮箱的齿系结构为两级或三级行星加一级平行轴齿系结构。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中出现的诸如“部”、“件”等术语既可以表示单个的零件，也可以表示多个零件的组合。本文中出现的诸如“安装”、“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其他特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本发明已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施方式范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施方式，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (10)

1.一种风电机组的齿轮箱，所述齿轮箱输入端与叶轮连接，输出端与发电机连接，其特征在于，所述齿轮箱包括箱体、一级行星齿系结构和主轴承，所述一级行星齿系结构和所述主轴承均设置在所述箱体内，所述主轴承的外圈与所述箱体连接，所述主轴承的内圈与所述一级行星齿系结构的行星架的上风侧连接，所述主轴承为三排圆柱滚子轴承。

2.根据权利要求1所述的齿轮箱，其特征在于，所述齿轮箱还包括单列圆柱滚子轴承，所述单列圆柱滚子轴承的外圈所述箱体连接，所述单列圆柱滚子轴承的内圈与所述一级行星齿系结构的行星架的下风侧连接。

3.根据权利要求1所述的齿轮箱，其特征在于，所述主轴承与所述齿轮箱内部的齿轮共用油润滑，所述齿轮箱设置有强制润滑油路，所述强制润滑油路与所述主轴承的润滑油道连通。

4.根据权利要求1所述的齿轮箱，其特征在于，所述一级行星齿系结构的行星架的上风侧设置有与所述主轴承的内圈相匹配的第一台阶部，所述第一台阶部的端面设置有沿轴向方向延伸的第一螺纹孔，所述主轴承的内圈设置有沿轴线方向贯通的第一通孔，所述第一螺纹孔与所述第一通孔相匹配，使得所述主轴承的内圈通过高强螺栓与所述一级行星齿系的行星架连接。

5.根据权利要求4所述的齿轮箱，其特征在于，所述第一台阶部的外周面与所述主轴承的内圈的内周面间隙配合。

6.根据权利要求4所述的齿轮箱，其特征在于，所述一级行星齿系结构的行星架的上风侧端面构成所述齿轮箱前端面的至少一部分，自所述上风侧端面开设出所述第一台阶部。

7.根据权利要求1所述的齿轮箱，其特征在于，所述齿轮箱还包括密封端板，所述密封端板与所述主轴承的外圈共同通过高强螺栓连接至所述箱体。

8.根据权利要求7所述的齿轮箱，其特征在于，所述箱体设置有第二台阶部，所述第二台阶部的端面设置有沿轴向方向延伸的第二螺纹孔，所述主轴承的外圈设置有沿轴线方向贯通的第二通孔，所述密封端板设置有沿轴线方向贯通的第三通孔，所述第二通孔、所述第三通孔和所述第二螺纹孔相匹配，使得所述密封端板和所述主轴承的外圈共同通过高强螺栓与所述箱体连接。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的齿轮箱，其特征在于，所述箱体设置有与风电机组的主机架连接的连接臂，所述主轴承的轴向位置与所述连接臂的轴向位置相邻或至少部分重合。

10.一种根据权利要求1-9中任一项所述的齿轮箱的组装方法，其特征在于，所述方法包括：

将主轴承从一级行星齿系结构的行星架的上风侧套置于行星架的第一台阶部，使得所述主轴承的外圈的下风侧端面抵靠箱体的第二台阶部的端面，同时主轴承的内圈的下风侧端面抵靠行星架的第一台阶部的端面，主轴承的内圈的第一通孔与行星架的第一螺纹孔对准，主轴承的外圈的第二通孔与箱体的第二螺纹孔对准，并且主轴承的润滑油道与齿轮箱的强制润滑油路对准从而保持连通；

通过高强螺栓将密封端板和主轴承的外圈共同连接至箱体，使得密封端板的第二密封组件与箱体的上风侧紧密接合；

将过渡法兰套入环形的密封端板中，直到过渡法兰的下风侧端面抵靠主轴承的内圈的上风侧端面，过渡法兰的第四通孔对准主轴承的内圈的第一通孔，密封端板的第一密封组件与过渡法兰的相应位置的外周面紧密接合；

通过高强螺栓将过渡法兰和主轴承的内圈共同连接至一级行星齿系结构的行星架。

Images