CN202732221U - 新型风力发电机 - Google Patents
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- Y02E10/70—Wind energy
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Abstract
一种风电技术领域的新型风力发电机，包括：依次同轴连接的带有机组偏航系统的风轮、主轴轴承、齿轮箱、飞轮、联轴器和电机，其中的主轴轴承采用滑动轴承结构，包括：轴承座和设置于其内部的左内球和右内球，其中：左内球和右内球的外侧面与轴承座的内侧面均为弧面且相接触，左内球和右内球相接触的近端采用止口定位结构连接，远端采用螺栓与螺母进行紧固。本实用新型简化结构的同时提高了发电效率。
Description
新型风力发电机
技术领域
[0001] 本实用新型涉及的是一种风能利用技术领域的装置，具体是一种基于滑动轴承、行星差动传动以及飞轮的风力发电机。
背景技术
[0002]目前风力发电机组处于野外高空，无人值守条件下工作。风电机组中的轴承，齿轮箱，叶片是三大易损坏零部件。主轴轴承是机组关键部件，不仅承受传动部份自重，在风力风向作用下，运行时产生很大振动，主轴轴承因而承受较大动载荷，且长时间处于连续工作状态；工作条件很差。目前国内外风力发电机组均采用传统调心滚子轴承。必需在油润滑条件下才能安全工作，故要求严格保养条件。因位于高空工作，受到诸多不利条件限制，调心滚子轴承往往得不到日常注油维护保养，在无油状况下运行时极易损坏，安全可靠性差，使用寿命短。另外安装拆卸也较麻烦，对轴承座要求较高。
[0003] 经对现有技术的文选检索发现，中国专利文选号CN1904400，公开日2007_01_31，记载了一种”风力发电机主轴调心滑动轴承”，通过内外球面达到调心目的，通过复有自润滑复合材料的摩擦层达到减摩目的。该技术主要缺陷在于：结构较复杂，摩擦层材料单一，不能适用高温，低温，高湿，盐雾，沙尘，断油等复杂工况；成本较高。
[0004] 现有的风电机（含风力机）均采用渐开线或双园弧齿形的齿轮箱（包括定轴齿轮传动或行星齿轮传动），当叶轮随风速改变转速时，齿轮箱转速随之变化，发电机（或其它工作机）无法在最佳转速工作，降低了风电机出力。由于风速改变范围大，使齿轮及轴承应力也大范围改变，易发生齿轮和轴承破坏。风电机经常在高温，低温，高湿，盐雾，沙尘，断油等复杂工况运行，轴承故障率高，中国轴承工业协会2008-12-2报告指出齿轮箱为风电机故障率最高部件，平均故障率为20%，其中80%为轴承故障。
[0005] 张立勇在“风力发电机组齿轮箱概述”（“机械传动” 2008年第6期第I页）中指出，齿轮箱是风电机组故障率最高部件，平均损坏率达40%〜50%，个别近100%。发达国家产品并不适合中国使用条件。同期刊物王晶晶及吴晓铨“风电机组齿轮箱发展及技术分析”中指出，在荒郊野外，海边几十米塔架上，机舱空间相对窄小，在极端温差下，故障时间及维修带来的电量损失占风电机组总价15%〜20%。故障一般出现在发电高峰期，因环境恶劣，交通不便，修复极困难。
[0006] 现有风电机齿轮箱均米用定轴齿轮传动或行星齿轮传动；输出固定转速，一般选用直流发电机，双速异步机，绕线式发电机等。上述发电机均较单速异步机价格贵，体积大，重量重，结构复杂，故障率高。早在公元429〜500年，祖冲之实用新型了具有锥齿轮行星差动传动指南车，欧美在1920年造出了汽车用行星差动传动装置，战后大功率船舰，航空发动机，工程机械等均应用行星差动传动装置。国内在重载行星差动传动技术，封闭式行星差动传动装置均取得突破，在开发应用方面取得较大进展。已广泛应用于起重机，卸船机抓斗，电炉电极升降运动，连铸设备等。行星差动传动技术可简化结构，减轻重量，降低作用力，行星差动传动装置中附加一个变速动力源，就可成为无级变速器，用途极广，避免现有定轴齿轮传动装置或行星齿轮传动装置只输出单一速度的不足。
[0007] 经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN201513525U，公开日2010-06-23,记载了一种“风电齿轮传动装置”，该技术包括一行星齿轮传动机构，该行星齿轮传动机构进一步包括太阳轮、内齿圈、行星架以及多个行星齿轮，行星架上设有多个行星齿轮轴，多个行星齿轮一一对应地分别设置于所述多个行星齿轮轴上；行星架为主动件，太阳轮为从动件，其特点是，太阳轮、内齿圈和多个行星齿轮均为双斜齿齿轮；其中，作为太阳轮的双斜齿齿轮为无越程槽的一体式双斜齿齿轮，作为内齿圈和行星齿轮的双斜齿齿轮为由两个并排排列的斜齿轮组成的分体式双斜齿齿轮。本实用新型的承载能力强、体积小、无轴向力。但该技术所采用的太阳轮为无越程槽的双斜齿轮加工极难.成本高，难以保证其精度。
[0008] 中国专利文献号CN202183630U，公开日2012_04_04，记载了一种“电动车轮榖马达连动发电装置”，该技术在车体两侧之间结合一行星齿轮中轴构造，在行星齿轮中轴构造设有马达定子单元以及三个行星齿轮，在三个行星齿轮外侧啮合一受马达定子单元驱动的轮榖构造，又在三个行星齿轮中间啮合一太阳齿轮，以太阳齿轮中心的传动杆透过单向轴承连接一发电机单元，并在发电机单元的永磁转子设有离心飞轮；当马达定子单元驱动轮 榖构造转动时，能以行星齿轮配合太阳齿轮加速，以发电机单元发电回充车体上的电池，力口上电动车下坡时轮榖构造转动仍能继续转动，且电动车停止时离心飞轮因惯性转动而能继续旋转发电的设计，使得本较佳实施例具有较佳的充电效能，能减少电池的用量并延长电动车行驶的时间。该现有技术仅适用电动车类小负荷用途。
[0009] 同时，一台风电机（普通齿轮传动）平均轴承数量为26套，滚动轴承价格昂贵，I. 5MW风电机主轴轴承约10万元，为滑动轴承的几倍。经济效益极可观。目前风电机主轴轴承处于供不应求局面，众多风电机等滚动轴承配套，风电机制造厂处于极不利的地位。
实用新型内容
[0010] 本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提供一种新型风力发电机，简化结构的同时提高了发电效率。
[0011] 本实用新型是通过以下技术方案实现的，本实用新型包括：依次同轴连接的带有机组偏航系统的风轮、主轴轴承、齿轮箱、飞轮、联轴器和电机，其中：
[0012] 所述的机组偏航系统包括：偏航轴承、转桨轴承采用普通向心及向心推力轴承，其中：偏航轴承的内、外环分别与新型风力发电机的机舱和安装新型风力发电机的塔架相连；风轮的叶片装在转桨轴承外环上使得每个叶片实现独立电机变桨，电机通过齿轮箱驱动并与变桨轴承的内环啮合。
[0013] 所述的齿轮箱包括：行星轮、太阳轮、平行轴齿轮、行星架和输出轴，其中：行星轮采用调心轴承结构；太阳轮采用浮动无轴承结构；行星架及平行轴齿轮一端为调心轴承结构，另一端为向心轴承结构并与输出轴相连。
[0014] 所述的飞轮的外圆为环形结构，风轮的中设有轮幅以及位于中心的带有轮毂的钢圆盘，该飞轮通过过盈配合与齿轮箱的输出轴相连。
[0015] 所述的主轴轴承采用滑动轴承结构，包括：轴承座和设置于其内部的左内球和右内球，其中：左内球和右内球的外侧面与轴承座的内侧面均为弧面且相接触，左内球和右内球相接触的近端采用止口定位结构连接，远端采用螺栓与螺母进行紧固。
[0016] 所述的止口定位结构的配合面按6级精度加工制成。
[0017] 与现有技术相比，本实用新型通过简化结构大大提高运转质量，降低成本，提高可靠性。降低体积和重量，试以50t氧气顶吹转炉的差动行星调速装置为例。用全直流调速，总功率达710kw ;采用差动行星调速装置后，仅需一台125kw交流及和一台16kw直流机即可。其经济效益可见一斑。
附图说明
[0018] 图I为本实用新型结构示意图。
[0019] 图2为滑动轴承侧视图。
[0020] 图3为滑动轴承俯视图。
[0021] 图4为飞轮结构示意图。
具体实施方式
[0022] 下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
[0023] 实施例
[0024] 本实用新型提供一种使用差动行星传动装置；以得到在风轮转速变化时，齿轮箱输出转速不变或按要求无级调速的风力发电机。
[0025] 如图I所示，本实施例中：带有机组偏航系统的风轮I支承在主轴轴承2上，风轮I带动齿轮箱3转动，在齿轮箱3高速轴处装置合适转动惯量的飞轮4起到调速作用从而使输出转速保持稳定，高速轴通过联轴器5联接电机。
[0026] 所述的机组偏航系统（图中未示出）包括：偏航轴承、转桨轴承采用普通向心及向心推力轴承，其中：偏航轴承的内、外环分别与新型风力发电机的机舱和安装新型风力发电机的塔架相连；风轮的叶片装在转桨轴承外环上使得每个叶片实现独立电机变桨，电机通过齿轮箱驱动并与变桨轴承的内环啮合。
[0027] 所述的齿轮箱3包括：行星轮、太阳轮、平行轴齿轮、行星架和输出轴，其中：行星轮采用调心轴承结构；太阳轮采用浮动无轴承结构；行星架及平行轴齿轮一端为调心轴承结构，另一端为向心轴承结构并与输出轴相连。
[0028] 如图4所示，所述的飞轮4的外圆为环形结构，风轮的中设有轮幅以及位于中心的带有轮毂的钢圆盘，该飞轮通过过盈配合与齿轮箱的输出轴相连。
[0029] 如图2和图3所示，所述的主轴轴承2为滑动轴承结构，具体包括：轴承座11和设置于其内部的左内球7和右内球8，其中：左内球7和右内球8的外侧面与轴承座11的内侧面均为弧面且相接触，左内球7和右内球8相接触的近端采用止口定位结构连接，远端采用螺栓9与螺母10进行紧固。
[0030] 所述的止口定位结构的配合面按6级精度加工；
[0031] 所诉的滑动轴承结构的内外球面结构可起调心作用；内外球面表面为摩擦面12 ；装配时左内球7，右内球8分别推入件轴承座11中，用螺栓9与螺母10紧固；根据高温、低温、高湿、盐雾、沙尘、断油等复杂工况用材料表面工程处理轴承摩擦面12以满足不同使用要求，并且根据需要做成向心式或向心推力方式以承受径向，轴向载荷。
[0032] 滑动轴承很适合低速，重载，有冲击工况，经表面工程处理可满足低温，高湿，盐雾，沙尘，断油等复杂工况。結构简单，成本低，体积小，重量轻，维修方便。上述结构的滑动轴承不仅适合风电机，同样适合其它应用滑动轴承的机械产品。
[0033] 当风轮I开始转动时，飞轮4随而积蓄能量；当风轮I转得越快，能量积蓄越多；当风轮I转得过慢时，飞轮4释放能量从而加快风轮转速。通过以上过程可起到调速作用，从而使输出转速保持稳定。（转动惯量=系统质量*半径平方）
[0034] 在风电机齿轮箱高速轴处装置合适转动惯量的飞轮2可起到调速作用从而使输出转速保持稳定，大大减少了由于风速变化引起的载荷变动，从而延长了风电机运转寿命，增加了因转速下降而递减的出力。经济效益极可观。
[0035] 本实用新型中在转速不稳定的风电机及其它转速不稳定的机械产品转轴上适当位置处增加飞轮以减少上述机械由于转速变化引起的载荷变动。上述在转速不稳定的风电机及其它转速不稳定的机械产品转轴上适当位置处增加飞轮以减少上述机械由于转速变化引起的载荷变动。该结构不仅适合风电机，同样适合其它转速不稳定的机械产品。
[0036] 与现有风轮通过固定传动比齿轮箱输出固定转速比，采用上述差动行星传动和小功率辅助动力源，可得大功率风机的无级转速，然后选定与发电机或其他工作机最匹配转速，在风轮因风速改变而变化转速时，通过控制系统，由辅助动力源5随时调整转速，确保发电机或工作机处于最佳工作状况。不需用昂贵的直流或双速发电机等；只需结构最简单，工作最可靠的单速异步发电机可使机组处于最佳状态。大大提高运转质量，降低成本，提高可靠性。降低体积和重量，试以50t氧气顶吹转炉的差动行星调速装置为例。用全直流调速，总功率达710kw;采用差动行星调速装置后，仅需一台125kw交流及和一台16kw直流机即可。
Claims (4)
1. 一种新型风力发电机，其特征在于，包括：依次同轴连接的带有机组偏航系统的风轮、主轴轴承、齿轮箱、飞轮、联轴器和电机，其中： 所述的机组偏航系统包括：偏航轴承、转桨轴承采用普通向心及向心推力轴承，其中：偏航轴承的内、外环分别与所述新型风力发电机的机舱和安装该新型风力发电机的塔架相连；风轮的叶片装在转桨轴承外环上使得每个叶片实现独立电机变桨，电机通过齿轮箱驱动并与变桨轴承的内环啮合； 所述的主轴轴承采用滑动轴承结构，包括：轴承座和设置于其内部的左内球和右内球，其中：左内球和右内球的外侧面与轴承座的内侧面均为弧面且相接触，左内球和右内球相接触的近端采用止口定位结构连接，远端采用螺栓与螺母进行紧固。
2.根据权利要求I所述的新型风力发电机，其特征是，所述的齿轮箱包括：行星轮、太阳轮、平行轴齿轮、行星架和输出轴，其中：行星轮采用调心轴承结构；太阳轮采用浮动无轴承结构；行星架及平行轴齿轮一端为调心轴承结构，另一端为向心轴承结构并与输出轴相连。
3.根据权利要求I所述的新型风力发电机，其特征是，所述的飞轮的外圆为环形结构，风轮的中设有轮幅以及位于中心的带有轮毂的钢圆盘，该飞轮通过过盈配合与齿轮箱的输出轴相连。
4.根据权利要求I所述的新型风力发电机，其特征是，所述的止口定位结构的配合面按6级精度加工制成。
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