CN201884216U - 风力发电多齿轮增速发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是风力发电工程中的齿轮增速发电装置，是在风叶轮的主轴上设置多个主级大齿，围绕每个主级大齿轮布置有多个有主级小齿轮，每个主级小齿轮联接次级增速发电结构。各次级增速发电结构间是完全独立无相干涉的结构，其不需高精度、高造价，且数量众多，即使发电功率特大，各次级增速发电结构所分担的负荷依然很轻，从根本上解决了大型或特大型功率风力发电齿轮增速装置轮齿间负荷特高的困难，此装置的使用寿命极长，便于维护保养；将此装置可设计成多种规格的风力发电机，有较多零部件可作成通用标准件。

Description

风力发电多齿轮增速发电装置

技术领域

本发明是风力发电中的齿轮增速发电装置。是针对大型风力发电齿轮增速装置传动链间负荷极高，齿轮增速装置必须是重型、高精度、造价昂贵、维护困难、维修费极高设备的弊端而作的发明。该发明从根本上解决了齿轮传动链间负荷极高的困难；并具有结构简单、制造容易、运行可靠、使用寿命极长、造价很低优势，其中很多零部件可作成通用标准件，不同规格的该种机型风力发电机皆可通用；大型发电机改变为多台中小型发电机发电后能充分发挥感应发电机的优势，使得并网无需繁杂结构，并网冲击小。

背景技术

在可再生能源的开发利用中，一些国家、特别是欧洲的丹麦、德国、西班牙，风电已经成为电力主要组成部分。中国的风力发电也正在迅速发展应用中。为了风力发电，中国政府已投入几千亿元，中国大型风力发电机基本机型属于欧洲型结构，该机型的技术性能不令人满意。其根本原因是风电增速器的传动链中承担着超常重负荷，为了确保传动链达到高承载能力，采取了将增速器制成复杂的高精度的分流重型设备的技术路线来维持风机运行。

具体来说，风力发电装置的原理是风力推动风叶轮作低速旋转，经风电增速装置增速后带动发电机发电。由于大型风电增速装置输入的扭矩在几十吨米以上，为了降低轮齿面接触应力，采取多套传动路线共同承担负荷尔后经一轴上带动发电机发电方案。这种传动虽然可降低齿面接触应力，但各分流的传动链间必须严格同步，否则轮齿会因发生干涉而损坏，整个风电增速器增速就必然是高精度的复杂的重型设备。由此必须需要高精度的重型装备，但在全国仅有少数几家才拥有高精度的重型机床。在制造过程中，设备制造费用的增加与 设备制造精度等级的提高是呈指数关系，通常中小功率的齿轮传动，其制造精度等级8-9级，其售价约几千元至几万元。而分流法减速传动的设备制造精度等级5-6级，一台传动千千瓦级功率风电增速器售价在百万元以上。现今风电分流式的齿轮增速装置的诸多弊端正阻碍着风力发电的发展。

发明内容

比较现今的风电分流式齿轮增速装置与传统流式齿轮减速装置，不难发现它们均是扭矩输入后分流传动后再汇合各分流的扭矩而由一根轴输出扭矩，这种传动方式的传动链间必须严格同步，否则轮齿会发生干涉损坏，整个系统必须是高精度的复杂的重型设备。其区别前者是增速，后者是减速。理论上，轮齿间的接触应力可以通过增加接触面积而减少，为了改善接触就必须提高精度，提高精度又带来成本的剧增，而增加接触面积程度有限，制造精度提高也有限，因此遵循现有分流传动齿轮技术路线无法根本解决高接触应力困难。风电齿轮增速装置增速的目的是为了获得高速驱动发电机发电。多台小型发电机发的电量是可以等同一台大型发电机发出的电量的，根据此原理，可将现有的驱动一台大型发电机更改为与风叶轮主轴固联的大齿轮同时驱动多台小型发电机发电。由于这种传动是驱动多台各自独立的、不相干涉的小型发电机发电，各传动链间不可能发生轮齿干涉，而各发电机发电时虽有不同步也不会影响发电并网。这样风电齿轮增速装置就变成为多条结构相同的常规中、小传动功率的传动结构，此即为本发明的多齿轮增速发电装置中的次级增速发电结构。次级增速发电结构尺寸小、结构是简单的、制造精度不需很高、制造费用很低、其数量可以根据需要设计成几至几十，增加发电机功率，就变成为增加与主轴固联的大齿轮的个数及增加次级增速发电结构数量，这样无论风力发电机功率多大，均可使每个次级增速发电结构所受负荷成为轻载，次级增速发电结构单 级减速足够，其使用寿命长，维修简单；尽管多个次级增速发电结构数量可多达几十个，但总造价仍不很高。大型机发电机用中、小型功率发电机发电在电器技术上是很容易实施的事。而且采用多个中、小型发电机发电，感应发电机的转差率允许取值较大，这对减少风力发电固有的功率波动以及风力机频受冲击的机械应力是特有好处的。感应发电并网不像同步发电繁杂，其缺点是并网较大冲击，采用多个小型发电机依序并入措施，可使电网免受较大冲击；将发电机作成中小型功率绕线式无级调速发电机在技术上是易行的，而无级调速发电可以在风速变化时调速以维持发电机恒速发电，采用中小型功率绕线式无级调速发电机会使风力发电的调速变得既简单可靠又成本低廉。

在中国重型机械研究院赵玉良、葛廷、王有飞的《风力发电增速箱的类型及新进展》一文中指出“…2)底座式多输出轴齿轮增速箱，美国CLIPPER公司推出的多输出轴式齿轮增速箱采用底座式结构，两级增速传动，且输出轴可多至2-10个，并直接与中速发电机相连。例如其2.5MW的风力发电机组，采用了4个输出轴，分别与4个660KW的中速发电机直接相接。底座式齿轮增速箱的优点体现在下述几个方面：首先是零部件重量可减轻，整体重及尺寸也明显减小，易于进行安装、维护及检修。另外底座式齿轮箱也更易于设计成在机舱内易于拆装的结构，便于处理齿轮箱的故障及更换损坏的零部件。多输出轴式齿轮增速箱的采用，也可使得风电机组的整体尺寸大大减少，重量明显减轻，这对近海或不便运输的偏远地区的风电机组尤其适用。…”本发明风力发电多齿轮增速发电装置是与风叶轮固联的主轴上可以固联一个以上的主级大齿轮，围绕每个主级大齿轮布置有多个主级小齿轮，每个主级小齿轮联接次级增速发电结构所组成。因此其输出轴可多至20-60个以上，也就是说单台风力机的总功率可以达到比现有最大规模的风力发电机的功率更大，而每个主级小齿轮 及次级增速发电结构均可轻载运行，整个风力发电增速装置比美国CLIPPER公司的多轴输出轴式齿轮增速箱更具优势。

附图说明

图1是风力发电多齿轮增速发电装置的结构示意图；

图2是主级小齿轮与主级大齿轮啮合剖面图；

图3是次级增速发电结构与发电机同轴的结构图；

图4是次级无级调速发电机结构图。

附图标记：风叶轮1，主轴承2，主轴3，次级小齿轮轴承4，小齿轮轴5，主级小齿轮6，主级大齿轮7，次级小齿轮8，次级大齿轮9，发电机10，次级增速发电结构11，同轴机械增速器12，次级增速发电结构(13、15)，无级调速发电机14。

具体实施方式

图1是风力发电多齿轮增速发电装置的基本具体实施方式。图中：2个主轴承2安装在风力发电机的机架上，风叶轮1与主轴3固联，2个主轴承2支承主轴3，使主轴3可作回转，在主轴3上固联着多个主级大齿轮7。每一个次级小齿轮轴承4也安装在风力发电的机架上，小齿轮轴5由次级小齿轮轴承4支承，主级小齿轮6与小齿轮轴5固联，每个是主级大齿轮7与主级小齿轮6相啮合。发电机10安装在风力发电机的机架上，其轴固联着次级小齿轮8。次级大齿轮9与小齿轮轴5固联，并与次级小齿轮8相啮合。次级小齿轮8，次级大齿轮9，发电机10共同构成了单级非同轴结构的齿轮增速发电结构即次级增速发电结构11。图2中显示的是主级大齿轮7与主级小齿轮6相啮合时在 圆周向的分布图。图3中显示的与图1类似，其区别是主级小齿轮6与同轴机械增速器12联接，同轴机械增速器12与发电机10组成了次级增速发电结构13；图4中显示的与图1类似，其区别是主级小齿轮6与同轴机械增速器12相联接，同轴机械增速器12又与无级调速发电机14相联接，从而构成了次级增速发电结构15。

在图1中，当风力吹动风叶轮1转动后，由主轴承2支承的主轴3转动，主轴3上固联的多个主级大齿7轮随之转动，与之相啮合的主级小齿轮6便发生增速转动；主级小齿轮6便经支承在小齿轮轴承4上的小齿轮轴5而驱动次级大齿轮9转动，次级大齿轮9的转动又带动次级小齿轮8增速转动，次级小齿轮8便带动发电机10发电。在图1中与某一主级大齿轮7相啮合的多个主级小齿轮6与次级增速发电结构11以主级大齿轮7为对称轴在主轴3的轴向依次分布。在每个主级大齿轮7的截面的圆周向则如图2所示均匀分布。与主级大齿轮7为中心的多套次级增速发电结构在主轴3的轴向有多套。尽管次级增速发电结构数量可众多，但其分布合理紧凑，而且主级大齿轮7的直径并不一定很大，其所占空间适中。每个次级增速发电结构经风叶1轮驱动后，由于所设增速技术一致，发电即转速差异很小，经相关电器运行操作后易于发电并网，而主级大齿轮7至次级增速发电结构的运动输出均是完全独立的，不存在运动干涉的问题。因此次级增速发电结构只需常规中小功率传动精度。图3中次级增速发电结构13是同轴机械增速联接发电机，其结构更紧凑，占用空间更少。图4中次级增速发电结构15中有无级调速发电机14，可以根据风速的变化及时发出的讯号调整，使发电机转速以维持其发电并网转速。

Claims (3)

1.一种风力发电多齿轮增速发电装置，其特征是由主轴，主轴上有一个以上的主级大齿轮，围绕每个主级大齿轮布置有多个主级小齿轮，每个主级小齿轮联接次级增速发电结构组成。

2.根据权利要求1所述的风力发电多齿轮增速发电装置，其特征是：每个主级小齿轮联接次级增速发电结构的增速是机械传动增速。

3.根据权利要求1所述的风力发电多齿轮增速发电装置，其特征是：每个主级小齿轮联接次级增速发电结构的发电机可以是无级调速发电机。 

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