CN117948251A - 一种风电机平行级中速轴轴系连接结构及轴系 - Google Patents

Abstract

一种风电机平行级中速轴轴系连接结构，包括太阳轴、下游轴部和高速齿轮，高速齿轮沿轴向设置在所述下游轴部的外侧，下游轴部的轴线位置相对风电机的机箱固定，其中，太阳轴与高速齿轮通过薄壁法兰环相连接，以容许所述薄壁法兰环通过弹性变形吸收所述太阳轴的浮动位移。该连接结构结构设计简洁，制造与维护成本低。本发明还提供一种风电机平行级中速轴轴系。

Description

一种风电机平行级中速轴轴系连接结构及轴系

技术领域

本发明属于风力发电领域，具体涉及一种风电机平行级中速轴轴系连接结构及轴系。

背景技术

在风力发电机领域，双馈异步风力发电机具有体积小、耐腐蚀、现场维修容易的优点，应用范围广泛。双馈异步风电机借助多级齿轮结构将叶片的转动加速后传递至发电机，利用叶片旋转产生的扭矩带动发电机转子转动实现发电。这一过程中需要采用行星齿轮结构进行变速，而其中平行级中速轴的太阳轴难以避免地会发生浮动位移，影响扭矩传递。为了消除这一影响，通常将太阳轴与随动的空心轴之间的花键设置为齿间具有一定间隙的柔性花键，由空心轴外侧的高速齿轮将运动传递至下一级，并以花键齿间的缝隙来吸收太阳轴的浮动位移。然而，风电机长时间高速运转的工况下，柔性花键齿之间会发生摩擦，为此需要对花键齿进行表面硬化处理，并配备润装置提供压力润滑油来进行润滑与冷却，这导致了风电机平行级结构复杂，维护困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风电机平行级中速轴轴系连接结构，简化传动结构。

根据本发明实施例的一个方面，提供一种风电机平行级中速轴轴系连接结构，包括太阳轴、下游轴部和高速齿轮，所述高速齿轮沿轴向设置在所述下游轴部的外侧，所述下游轴部的轴线位置相对风电机的机箱固定，其中，所述风电机平行级中速轴轴系连接结构还包括薄壁法兰环，所述薄壁法兰环具有弹性并分别与所述太阳轴和高速齿轮固定连接，使所述太阳轴带动所述高速齿轮旋转，以容许所述薄壁法兰环通过弹性变形吸收所述太阳轴的浮动位移。该连接结构以薄壁法兰的刚性连接代替了柔性花键的连接，在风电机运转过程中，薄壁法兰与太阳轴、高速齿轮之间不发生相对位移，太阳轴的浮动位移由薄壁法兰通过自身弹性变形吸收，不存在柔性花键在花键齿之间发生的摩擦作业，无需设置额外的冷却润滑装置，因此风电机平行级的结构得以简化，降低了制造与维护成本。

进一步地，所述下游轴部与高速齿轮之间设置有滚动轴承，以容许所述高速齿轮相对于下游轴部转动。通过设置滚动轴承，高速齿轮旋转过程中下游轴部不需要随动，降低了转动结构的重量，提高了系统的传动效率；同时缩短了次级传动结构的轴向长度，有利于风电机的小型化。

进一步地，所述下游轴部与所述风电机的机箱固定连接。通过将下游轴部与机箱固定连接在一起，使其仅作为高速齿轮的旋转轴提供支撑作用，能够提高系统稳定性和传动效率。

进一步地，述滚动轴承配置一对成O形布置的圆锥滚子轴承。成O形布置的圆锥滚子轴承对能够提高高速齿轮转动的稳定性。

进一步地，所述滚动轴承的外圈与所述高速齿轮配置为一体化结构。将轴承外圈与高速齿轮配置为一体化结构能够进一步简化传动结构，降低重量。

进一步地，所述薄壁法兰环与所述太阳轴、高速齿轮的对接面上设置有摩擦片。通过在对接面上设置摩擦片，能够增大薄壁法兰与太阳轴、高速齿轮对接面上的摩擦力，确保太阳轴的扭矩通过摩擦力传递给高速齿轮，避免薄壁法兰上的连接螺栓承受剪切力。

进一步地，所述薄壁法兰环与所述太阳轴、高速齿轮的对接面上还设置有连接销。连接销的设置能够为薄壁法兰与太阳轴、高速齿轮之间的连接提供刚性限位，避免扭矩超过对接面摩擦力传递能力上限后薄壁法兰上的连接螺栓因剪切力受损。

进一步地，所述薄壁法兰环与所述太阳轴、高速齿轮的对接面为垂直于轴线的端面。将连接面设置为垂直于轴线的端面能够降低零件加工难度，便于安装和维修。

根据本发明实施例的另一个方面，提供一种风电机平行级中速轴轴系，该轴系采用前述任一风电机平行级中速轴轴系连接结构，具有结构简单、便于维护的优点。

附图说明

图1为一实施例中风电机平行级中速轴轴系连接结构示意图；

图2为一对比例中风电机平行级中速轴轴系连接结构示意图。

上述附图的目的在于对本发明的实施方式作出详细说明，以便本领域技术人员能够理解本发明的技术构思，而非旨在限制本发明。为了表达简洁，上述附图仅示意性地画出了与本发明技术特征相关的结构，并未严格按照实际比例画出完整结构和全部细节。

具体实施方式

下面通过具体实施例结合附图对本发明作出进一步的详细说明。

本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本文的至少一个实施例中。在说明书的各个位置出现的该短语并不一定指代同一实施例，也并非限定为互斥的独立或备选的实施例。本领域技术人员应当能够理解，在不发生结构冲突的前提下本文中的实施例可以与其他实施例相结合。

本文的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解，可以是活动连接，也可以是固定连接或成一体。对本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

本文的描述中，“上”、“下”、“左”、“右”、“横向”、“纵向”、“轴向”、“周向”、“径向”等指示方位或位置关系的术语目的在于准确描述实施例和简化描述，而非限定所涉及的零件或结构必须具有特定的方位、以特定方位安装或操作，不能理解为对本文中实施例的限制。

本文的描述中，“第一”、“第二”等术语仅用于区别不同对象，而不能理解为指示相对重要性或限定所描述技术特征的数量、特定顺序或主次关系。本文的描述中，“多个”的含义是至少两个。

双馈异步风电机通过风电机叶片提供动能，带动发电机转子，转子交流励磁将动能转化为电能输出。其中，在风电机叶片的低速轴与发电机转子的高速轴之间设置有一级或多级中速轴，利用齿轮结构将低速转动转变为高速转动。在如图2所示的风电机中速轴轴系的对比例中，前一级行星齿轮传动结构(未示出)与太阳轴1相连接，太阳轴1通过柔性花键7与作为下游轴部的空心轴8相啮合，高速齿轮4沿周向设置在空心轴8的外侧并与其成固定连接，将转动传递至平行于太阳轴1的输出轴5，实现扭矩传递和转速提高。太阳轴1、空心轴8、输出轴5构成风电机的平行级中速轴轴系。由于与太阳轴1相配合的行星齿轮结构中各行星轮之间不可避免的存在尺寸误差，这导致太阳轴1在传动过程中其旋转轴线会发生一定的浮动位移，这一位移会降低传动结构的稳定性，影响传动效率，加剧零件磨损。为此，柔性花键7相啮合的花键齿之间设置有一定缝隙，允许太阳轴1与空心轴8的花键齿之间发生一定的相对移动，通过花键齿之间的相对移动来吸收太阳轴1的浮动位移，在空心轴8的两端分别设置有滚动轴承10a和10b对空心轴8进行支撑和定位，确保空心轴8的旋转轴线相对风电机机箱保持固定。为了避免柔性花键7的花键齿在服役过程中过早磨损，需要对花键齿表面进行硬化处理，以提高花键齿的耐磨性能，同时需要为柔性花键7配置润滑装置，提供压力滑油来对花键齿进行冷却与润滑，这导致了风电机平行级结构复杂，制造成本提高，维护难度较大。

为了解决上述问题，本发明一个方面的实施例提供了一种风电机平行级中速轴轴系连接结构，如图1所示。该连接结构包括太阳轴1、作为下游轴部的空心轴8和连接在空心轴8外侧的高速齿轮4。其中，太阳轴的与上一级传动结构的行星齿轮结构(未示出)轴向相连，另一端通过固定螺栓3a与薄壁法兰2连接，薄壁法兰2则进一步通过螺栓3b与高速齿轮4相连。在其他实施例中，薄壁法兰2也可以通过铆接、焊接等其他固定连接方式来与上级传动机构或高速齿轮4进行连接。空心轴8的轴线相对于风电机机箱9固定，而薄壁法兰2具有一定的弹性，因此能够依靠自身的弹性变形吸收太阳轴1的浮动位移，进而消除不对中误差，保持高速齿轮4稳定旋转。高速齿轮4与平行于太阳轴1设置的输出轴5相啮合，带动输出轴5转动，进而将扭矩传递至下一级。由于该连接结构不设置有柔性花键，而替代以薄壁法兰2和螺栓3a、3b组成的刚性连接结构，因此太阳轴1与空心轴8、高速齿轮4之间不发生滑动摩擦，不需要设置专门的润滑结构提供压力润滑与冷却，因此整体结构能够得到简化，有效降低了制造成本与维修难度。

在优选实施例中，高速齿轮4与空心轴8之间设置有滚动轴承6，滚动轴承6容许高速齿轮4相对空心轴8转动。这使得太阳轴1在传动过程中可以仅带动高速齿轮4旋转，无需带动空心轴8一起转动，提高了传动效率；另一方面，轴承安装的位置在高速齿轮4内侧，使得传动结构的轴向长度得以缩短，有利于风电机的小型化；同时，空心轴8的制造要求降低，能够采用经济性更好的铸造材料，进一步降低制造成本。在其他实施例中，空心轴8也可以与高速齿轮4固定连接，但在这些实施例中需要在空心轴8与风电机机箱9的连接位置设置额外的轴承。

在优选实施例中，作为下游轴部的空心轴8与风电机机箱9通过固定螺栓3c固定连接，这使得空心轴8能够为高速齿轮4提供稳定的支撑，进一步提高系统稳定性与传动效率。

在优选实施例中，滚动轴承6配置为一对成O形布置的圆锥滚子轴承，即两滚动轴承6配置为以“背对背”形式的安装的圆锥滚子轴承，每个滚动轴承6载荷作用中心(同一轴承上两虚线11的交点位置)位于轴承外侧，轴承圆锥滚子承载方向(虚线11)交叉构成O形(如虚线12所示)，刚性较大，成对布置的圆锥滚子轴承能够互相提供轴向约束力，提高高速齿轮4传动的稳定性，降低震动。在其他实施例中，滚动轴承6也可以配置为滚珠轴承或滚棒轴承。

在优选实施例中，滚动轴承6的轴承外圈与高速齿轮4成一体化结构，即高速齿轮4本身作为轴承外圈，滚动轴承的滚子直接安装在高速齿轮4的内侧，进一步降低传动结构的复杂度。

在优选实施例中，薄壁法兰2与太阳轴1、高速齿轮4的对接面上设置有摩擦片(未示出)以提高对接面的摩擦力，提高传动效率，降低结合面的微动磨损，避免传动过程中螺栓3a、螺栓3b承受扭矩造成的剪切力。在进一步的优选实施例中，薄壁法兰2与太阳轴1、高速齿轮4的对接面上还设置有连接销(未示出)，连接销的两端分别插入薄壁法兰2和太阳轴1/高速齿轮4中，当传递的扭矩超过对接面的摩擦力上限，由连接销承担扭矩带来的剪切力，从而实现扭矩的传递，避免失效。

在优选实施例中，薄壁法兰2与太阳轴1、高速齿轮4的对接面为垂直与轴线的端面，这一对接方式一方面降低了零件的加工难度，另一方面便于薄壁法兰2的安装与维护。在其他实施例中，也可以将薄壁法兰2与太阳轴1和/或高速齿轮4的对接面配置为周向侧面，这些实施例中需要将太阳轴2、高速齿轮4进行旋转才能完成安装与拆卸作业。

根据本发明实施例的另一个方面，提供一种风电机平行级中速轴轴系，该轴系采用前述任一实施例中的风电机平行级中速轴轴系连接结构，通过对连接结构的优化，省略了润滑装置，降低了制造成本，维护更加方便。

上述实施例的目的在于结合附图对本发明作出进一步的详细说明，以便本领域技术人员能够理解本发明的技术构思，在本发明权利要求的范围内，对所涉及的零件进行优化或等效替换，以及在不发生结构与原理冲突的前提下对不同实施例中的实施方式进行结合，均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种风电机平行级中速轴轴系连接结构，包括太阳轴、下游轴部和高速齿轮，所述高速齿轮沿轴向设置在所述下游轴部的外侧，所述下游轴部的轴线位置相对风电机的机箱固定，其特征在于，所述风电机平行级中速轴轴系连接结构还包括薄壁法兰环，所述薄壁法兰环具有弹性并分别与所述太阳轴和高速齿轮固定连接，使所述太阳轴带动所述高速齿轮旋转，以容许所述薄壁法兰环通过弹性变形吸收所述太阳轴的浮动位移。

2.根据权利要求1所述的风电机平行级中速轴轴系连接结构，其特征在于，所述下游轴部与高速齿轮之间设置有滚动轴承，以容许所述高速齿轮相对于下游轴部转动。

3.根据权利要求2所述的风电机平行级中速轴轴系连接结构，其特征在于，所述下游轴部与所述风电机的机箱固定连接。

4.根据权利要求2所述的风电机平行级中速轴轴系连接结构，其特征在于，所述滚动轴承配置一对成O形布置的圆锥滚子轴承。

5.根据权利要求2所述的风电机平行级中速轴轴系连接结构，其特征在于，所述滚动轴承的外圈与所述高速齿轮配置为一体化结构。

6.根据权利要求1或2所述的风电机平行级中速轴轴系连接结构，其特征在于，所述薄壁法兰环与所述太阳轴、高速齿轮的对接面上设置有摩擦片。

7.根据权利要求1或2所述的风电机平行级中速轴轴系连接结构，其特征在于，所述薄壁法兰环与所述太阳轴、高速齿轮的对接面上还设置有连接销。

8.根据权利要求1或2所述的风电机平行级中速轴轴系连接结构，其特征在于，所述薄壁法兰环与所述太阳轴、高速齿轮的对接面为垂直于轴线的端面。

9.一种风电机平行级中速轴轴系，其特征在于，采用如权利要求1至8其中任一所述的风电机平行级中速轴轴系连接结构。