CN201588743U - 一种组合式半直驱风电增速箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种组合式半直驱风电增速箱，属于风力发电机组中的一个部件，目前还没有一种结构简单，使用寿命长的风电增速箱。本实用新型包括风冷装置、供油过滤装置和温度控制装置，其特点在于：还包括一级增速体和二级增速体，一级增速体包括一级箱体、组合式圆锥滚子轴承、大齿圈、联接体和齿轮轴，其中组合式圆锥滚子轴承固定在一级箱体内，大齿圈位于一级箱体内，大齿圈与联接体相固定，齿轮轴安装在一级箱体内；二级增速体包括二级箱体和与二级传动装置，二级传动装置由二级齿轮和输出齿轮轴组成，一级箱体和二级箱体相固定。本实用新型结构设计简单、合理，可靠性高、易拆装、易维护。

Description

一种组合式半直驱风电增速箱

技术领域

本实用新型涉及一种风电增速箱，尤其涉及一种组合式半直驱风电增速箱，属于风力发电机组中的一个部件，是一种结构紧凑、可靠性高、易拆装维修的组合式半直驱风电增速箱，应用在风力发电技术领域中，特别适用于1.5MW以上的大功率半直驱型永磁风电机组中。

背景技术

风电增速箱是风力发电机组的重要机械部件，其主要功能是将风轮叶片在风力作用下所产生的动力传递给发电机，并使发电机得到相应的转速，从而实现发电机的发电功能。通常风轮的转速很低，远达不到发电机发电所需要的转速，通过风电增速箱把风轮的转速提高后输送到发电机中，使发电机得到发电所需的转速。

风电机组受无规律的变向变负荷的风力作用以及强阵风的冲击，长年经受酷暑严寒的极端温差影响，加之狭小的机舱不可能像在地面那样具有牢固的机座基础，整个传动系统的动力匹配和扭转振动的因素总是集中反映在某个薄弱环节上，造成风电机组的故障停机。大量的实践证明，这个薄弱环节常常就是机组中的增速箱，也就是说风电增速箱是整个风电机组中故障发生率最高的部件。

传统的风电增速箱是整体式结构，其一级行星和两级平行轴圆柱齿轮副都安装在一个箱体内，使得增速箱的体积和重量都很大，从而给风电增速箱的搬运和安装带来较大的不便。如申请日为2003年06月10日，公告号为CN2661956的中国专利中，公开了一种风电连轴增速箱，该增速箱就是整体式结构，主要存在以下缺点：

1、由于风电机组必须安装在高山、荒野、海滩、海岛等风力资源较为丰富的地区，这就使得风电机组所处的自然环境较差，交通不便，从而给设备的运输和安装带来极大的困难。现有的风电机组中，这类整体式风电增速箱安装在塔顶机舱狭小的空间内，一旦风电增速箱出现故障，不能在塔顶机舱内直接进行维修，必须将整个风电增速箱从塔顶上拆卸下来后再进行维修。由于这类风电增速箱的体积和重量都很大，只能使用专用的巨型吊车才能将塔顶上的风电增速箱吊到地面上，再对风电增速箱进行维修，每次的维修成本高达数十万元，且要耗费较多的人力物力资源，从而增加了生产成本，加重了增速箱生产厂家的负担。

2、在传统的一级行星和两级平行轴圆柱齿轮传动增速箱中，由于斜齿内齿圈、行星轮、太阳轮依次啮合的结构特性，决定了支承行星轮的圆柱滚子轴承除承受正常的径向载荷外，还始终承受扭转力矩的作用，致使圆柱滚子轴承偏载，加剧了轴承的磨损，易造成行星轮的损坏，该部件成为增速箱中故障率最高的环节。如申请日为2006年08月30日，公告号为CN200943679的中国专利中，公开的一种风电增速箱就是这种类型的风电增速箱，该增速箱中的行星轮和轴承极易损坏，需要经常进行维修，使得设备的总体性能较差。

虽然增速箱生产厂家不断采用新技术、新工艺提高增速箱的产品质量，但由于增速箱是风电机组传递动力的主要载体，在强烈的冲击载荷等恶劣工况条件下，增速箱仍是风电机组中故障率最高的部件，增速箱生产厂家每年都为因增速箱故障停机而造成的损失付出大笔赔偿金，使得部分厂家的生产难以维系。

目前也有一些采用两级平行轴圆柱齿轮副的风电增速箱，这类风电增速箱的结构极为复杂，往往使用了较多数量的轴承和齿轮等易损件，并且采用笨重的主轴结构而与外界的风轮轮毂相连，不仅扩大了风电增速箱的尺寸和增加了风电增速箱的重量，而且使得设备制造过程中所耗费的原料较多，提高了设备的生产成本。

综上所述，风力发电属于清洁环保型能源，是国家大力支持的朝阳产业，发展空间巨大，研制出高可靠性以及便于维修的风电增速箱对于我国风电工业的健康发展具有十分重大的意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计简单、合理，可靠性高、易拆装、易维护的组合式半直驱风电增速箱。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：该组合式半直驱风电增速箱包括风冷装置、供油过滤装置和温度控制装置，其中温度控制装置包括轴承温度传感器、电加热器和油温传感器，其特点在于：还包括一级增速体和二级增速体，所述一级增速体包括一级箱体、组合式圆锥滚子轴承、大齿圈、中空桶状结构的联接体和至少两根带有刹车盘的齿轮轴，其中组合式圆锥滚子轴承固定在一级箱体内，所述大齿圈位于一级箱体内，该大齿圈通过组合式圆锥滚子轴承的内圈与联接体相固定，所述齿轮轴通过轴承安装在一级箱体内，该齿轮轴均匀的分布在大齿圈的周边，所述齿轮轴与大齿圈相啮合；所述二级增速体包括二级箱体和与齿轮轴数量相等的二级传动装置，所述二级传动装置由二级齿轮和输出齿轮轴组成，所述二级齿轮固定在相对应的齿轮轴上，所述输出齿轮轴通过轴承安装在二级箱体内，该输出齿轮轴与对应的二级齿轮相啮合；所述一级箱体和二级箱体相固定，所述风冷装置、电加热器和油温传感器均安装在一级箱体上，所述供油过滤装置安装在二级箱体上，所述轴承温度传感器安装在二级箱体的轴承上。由此使得本实用新型的结构极为简单，一级箱体内的大齿圈通过组合式圆锥滚子轴承和联接体相固定，而联接体可以直接与外界的风轮轮毂相连接，从而省去了笨重的主轴结构，大大简化了风电增速箱的整体结构。

本实用新型所述齿轮轴的根数在2-4根之间。由此使得本实用新型的结构设计更为合理。

本实用新型所述刹车盘固定在齿轮轴的一端，所述二级齿轮固定在齿轮轴的另一端。由此使得本实用新型的结构布局更为紧凑，更加便于维护和维修。

本实用新型所述二级齿轮和输出齿轮轴均为斜齿齿轮。由此使得本实用新型传动效果更好。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：本实用新型中采用由两级平行轴圆柱齿轮副及联接体构成的组合式半直驱结构，从而代替了传统的一级行星和两级平行轴圆柱齿轮副及主轴构成的整体式结构，可极大的缩短机械传动链，减少了轴承、齿轮等易损件的个数，提升了风电增速箱的整体性能，有效解决了传统风电增速箱故障率高和维修不便的难题。

本实用新型中的传动结构极为简单，通过2-4个二级齿轮与大齿圈相啮合，从而提高了设备的整体性能，便于设备的维护和维修。本实用新型中以轻巧的联接体代替笨重的主轴结构而与外界的风轮轮毂直接相连，从而有效减少了外形尺寸及整机重量，减少了材料的耗费量，有利于经济效益的提高。

本实用新型以一个类似于法兰盘结构的中空的联接体代替主轴，使得风电增速箱的结构大为简化，可极大的缩短机舱的尺寸，减轻整机的重量，有利于降低制造成本，延长维修周期。

本实用新型采用单个组合式圆锥滚子轴承代替传统的双轴承结构，承载轮毂处的所有载荷，如力及力矩，同时只将轮毂处的扭矩传递给传动链，能在提高整个传动系统使用寿命的同时，又能增强风机的可靠性。由于整个风电增速箱中减少了轴承的数量，相应减少了磨擦和能耗，有利于提高传动效率。

由于在并网型风电机组中设备的起停较为频繁，叶轮本身的转动惯量又很大，刹车盘用以在机组停车时施加制动力矩，以使叶轮克服惯性迅速停止转动，并在风速超过切出风速，机组停机时起到安全保护的作用。

本实用新型与整体式风电增速箱相比具有以下优点：

1)减少了行星轮轴承等易损件，有利于提高可靠性。

在传统的一级行星和两级平行轴圆柱齿轮副传动增速箱中，由于斜齿内齿圈、行星轮、太阳轮依次啮合的结构特性，决定了支承行星轮的圆柱滚子轴承除承受正常的径向载荷外，还始终承受扭转力矩的作用，致使圆柱滚子轴承偏载，加剧了轴承的磨损，易造成行星轮的损坏，成为增速箱中故障率最高的环节。

本实用新型可以采用人字齿、斜齿或直齿结构的大齿圈与沿圆周方向均匀分布的两个或三个或四个齿轮轴相啮合，从而消除了扭转力矩的影响，齿轮及轴承的受力状况得到了极大改善，解除了行星轮轴承这一最大故障隐患，将显著提高风电增速箱的工作可靠性。

2)箱体小、重量轻、结构紧凑，便于拆卸和维修。

传统的整体式增速箱将全部齿轮传动系统集中在一个箱体中，而本实用新型将齿轮传动系统分装在一级箱体和二级箱体内。一级箱体内包含联接体、大齿圈及齿轮轴等部件，由于取消了行星轮机构，使得箱体内无易损件，大大延长了设备的使用寿命。由于本实用新型中取消了笨重的主轴结构，使得整体的重量明显减轻。

本实用新型的二级箱体内包含二级齿轮及输出齿轮轴等零件，根据实践经验，输出轴的轴承是易损件，由于二级箱体只占总重量的较小部分，且箱体的端面可以采用端盖形式，结构非常轻巧，可在塔顶机舱中进行拆卸和维修，可极大减少维修费用。

组合式半直驱风电增速箱为水平中空结构，检修人员可由箱体中心的空腔进入风轮轮毂内部进行维护检修。由于一级、二级箱体把合在一起，有效减小了外形尺寸，有利于风电机组的优化设计。

根据与大齿圈相啮合的齿轮轴及发电机数量的不同，可分别组成一拖二、一拖三、一拖四等组合形式，即一台组合式半直驱风电增速箱可以分别与二台、三台和四台发电机进行连接，以适应不同规格风电机组的需要，拓宽了应用范围。

本实用新型的结构简单，制造方便，性能可靠，使用寿命长，设备便于安装和拆装。

附图说明

图1是本实用新型实施例中安装有永磁式发电机后的主视结构示意图；

图2是图1的俯视结构示意图；

图3是图1中去掉永磁式发电机后的左视结构示意图；

图4是图1中去掉永磁式发电机后的右视结构示意图；

图5是本实用新型实施例中传动系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例：

参见图1至图5，本实施例中的组合式半直驱风电增速箱由风冷装置3、供油过滤装置7、温度控制装置、一级增速体和二级增速体组成，其中温度控制装置包括轴承温度传感器5、电加热器9和油温传感器10。

本实施例中的一级增速体包括联接体1、一级箱体2、组合式圆锥滚子轴承11、大齿圈13和四根带有刹车盘12的齿轮轴14，其中联接体1为中空的桶状结构，从而大大减轻了一级增速体的整体重量。本实施例中的组合式圆锥滚子轴承11安装在一级箱体2内，组合式圆锥滚子轴承11的内圈能够进行转动，大齿圈13位于一级箱体2内，联接体1位于一级箱体2外，大齿圈13通过组合式圆锥滚子轴承11的内圈而与联接体1相固定，也就是说联接体1和大齿圈13分别位于组合式圆锥滚子轴承11的左右两侧，使得当联接体1进行转动时，联接体1能够通过组合式圆锥滚子轴承11而带动大齿圈13一起进行转动。

本实施例中的四根齿轮轴14上均带有一个刹车盘12，刹车盘12固定在对应齿轮轴14的一端，齿轮轴14通过轴承安装在一级箱体2内，使得齿轮轴14能够在一级箱体2内进行转动，本实施例中的四根齿轮轴14均匀的分布在大齿圈13的周边，且四根齿轮轴14均与大齿圈13相啮合，通过大齿圈13的旋转就可以带动四根齿轮轴14的转动。当然，本实用新型中齿轮轴14的根数可以在两根以上，可以根据具体情况进行设置，通常齿轮轴14的根数优选在2-4根之间。

本实施例中的二级增速体包括二级箱体4和四个二级传动装置，每个二级传动装置由一个二级齿轮15和一个输出齿轮轴6组成，因为本实施例中设置有四根齿轮轴14，即一个二级传动装置与一根齿轮轴14相对应，本实用新型中二级传动装置的个数与齿轮轴14的根数是保持相等的。本实施例中的四根输出齿轮轴6均通过轴承安装在二级箱体4内，使得输出齿轮轴6能够在二级箱体4内进行转动，在本实施例的每个二级传动装置中，二级齿轮15固定在与之相对应的齿轮轴14的另一端上，通过齿轮轴14的转动可以带动二级齿轮15进行旋转，而二级齿轮15与对应的输出齿轮轴6相啮合，即在同一个二级传动装置中，输出齿轮轴6和二级齿轮15相互啮合，通过二级齿轮15的转动可以带动对应的输出齿轮轴6进行转动。本实施例中的二级齿轮15和输出齿轮轴6均为斜齿齿轮，本实用新型中的二级齿轮15和输出齿轮轴6也可以根据需要选用其他类型的齿轮。

本实施例中的一级箱体2和二级箱体4均为中空结构，一级箱体2和二级箱体4相互固定。本实施例中的风冷装置3、电加热器9和油温传感器10均安装在一级箱体2上，供油过滤装置7安装在二级箱体4上，轴承温度传感器5安装在二级箱体4的轴承上，用于测量固定输出齿轮轴6的轴承的温度。需要说明的是，本实施例中的风冷装置3、供油过滤装置7和温度控制装置均为现有技术，此处不再进行详述。

本实施例中风电增速箱的传动结构非常简单，对传动的增速效果好。外部的风轮轮毂直接固定在本实施例的联接体1上，通过风轮轮毂的旋转而带动联接体1进行转动，然后由组合式圆锥滚子轴承11带动大齿圈13进行旋转，大齿圈13再带动四根齿轮轴14进行转动，再由齿轮轴14依次带动二级齿轮15和输出齿轮轴6进行转动。本实施例中的风电增速箱适用于大功率半直驱型永磁风电机组中，每根输出齿轮轴6上均安装有一台永磁式发电机8，通过输出齿轮轴6的转动而带动永磁式发电机8进行发电。

本实施例中组合式半直驱风电增速箱适用于1.5MW以上大功率半直驱型永磁风电机组中，下面对本实施例中的组合式半直驱风电增速箱的使用进行简单的介绍，首先，设备在运转前，先启动供油过滤装置7，从一级箱体2和二级箱体4中将润滑油经精密滤油器输送到配油器，再经润滑管路对各部分的齿轮、轴承等传动件进行润滑。润滑系统设有油位、油压、油温监控装置，确保本实施例中的风电增速箱在运转过程中不会出现断油现象，待各个润滑点都得到充分润滑后再启动本实施例中的风电增速箱。

当本实施例中风电增速箱所处的环境温度低于10℃时，启动电加热器9对一级箱体2和二级箱体4内的润滑油进行加热，达到预定温度后再投入运行。当油温高于65℃时，控制系统将润滑油导入一级箱体2顶部的风冷装置3中，润滑油经冷却降温后再输送到各润滑点。当油温高于85℃或轴承外圈温度高于95℃时，油温传感器10或轴承温度传感器5发出相关信号，风电增速箱就自动停机。如发生故障，监控系统发出报警信号，使操作者能迅速判定故障并加以排除。

为保证本实施例中风电增速箱的噪声不高于85dB(A)，采取如下措施控制噪声：

1)提高齿轮啮合重合度，保证齿轮精度，进行齿形修缘、齿向修形，齿面接触斑点达到规定要求；

2)提高轴及轴承等传动件的刚度；

3)合理布置轴系和轮系传动，避免发生共振；

4)安装时采取减振措施，将增速箱的机械振动控制在GB/T8543规定的C级之内。

本实施例中的风电增速箱安装后达到人工盘动灵活，无卡滞现象，加注规定的机油达到油标刻度线，并在正式使用之前空载运转，利用电机驱动本实施例中的风电增速箱运转，达到风电增速箱的运转平稳，无冲击振动和异常噪音，润滑情况良好，且各处密封和结合面无渗漏现象。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种组合式半直驱风电增速箱，包括风冷装置、供油过滤装置和温度控制装置，其中温度控制装置包括轴承温度传感器、电加热器和油温传感器，其特征在于：还包括一级增速体和二级增速体，所述一级增速体包括一级箱体、组合式圆锥滚子轴承、大齿圈、中空桶状结构的联接体和至少两根带有刹车盘的齿轮轴，其中组合式圆锥滚子轴承固定在一级箱体内，所述大齿圈位于一级箱体内，该大齿圈通过组合式圆锥滚子轴承的内圈与联接体相固定，所述齿轮轴通过轴承安装在一级箱体内，该齿轮轴均匀的分布在大齿圈的周边，所述齿轮轴与大齿圈相啮合；所述二级增速体包括二级箱体和与齿轮轴数量相等的二级传动装置，所述二级传动装置由二级齿轮和输出齿轮轴组成，所述二级齿轮固定在相对应的齿轮轴上，所述输出齿轮轴通过轴承安装在二级箱体内，该输出齿轮轴与对应的二级齿轮相啮合；所述一级箱体和二级箱体相固定，所述风冷装置、电加热器和油温传感器均安装在一级箱体上，所述供油过滤装置安装在二级箱体上，所述轴承温度传感器安装在二级箱体的轴承上。

2.根据权利要求1所述的组合式半直驱风电增速箱，其特征在于：所述齿轮轴的根数在2-4根之间。

3.根据权利要求2所述的组合式半直驱风电增速箱，其特征在于：所述刹车盘固定在齿轮轴的一端，所述二级齿轮固定在齿轮轴的另一端。

4.根据权利要求1或2或3所述的组合式半直驱风电增速箱，其特征在于：所述二级齿轮和输出齿轮轴均为斜齿齿轮。

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