CN204061064U - 垂直轴风力发电机的增速装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种垂直轴风力发电机的增速装置，包括：安装在垂直轴底部的大齿圈；沿大齿圈圆周方向分布的多个增速单元；增速单元包括：开式小齿轮、低速轴、安全联轴器、增速齿轮传动组和输出轴；开式小齿轮与大齿圈外啮合连接，开式小齿轮通过安全联轴器安装在低速轴的上部，安全联轴器在扭矩超过设定值时，将开式小齿轮与低速轴脱开；增速齿轮传动组将低速轴的低转速转化成输出轴的高转速传递给发电机；输出轴通过鼓形齿式联轴器与发电机输入轴连接；基座上设置有沿输出轴轴向延伸的滑道，增速单元沿滑道移动，使大齿圈和开式小齿轮啮合或分离。本实用新型安装和维护方便，一台发电机出现故障可单独移出检修，而不影响其他发电机的工作。

Description

垂直轴风力发电机的增速装置

技术领域

本实用新型涉及一种垂直轴风力发电机，具体为一种垂直轴风力发电机的增速装置。

背景技术

目前，风力发电大多采用水平轴式风电机组，配套的增速装置采用行星齿轮传动，成本较高；增速装置与叶片同轴安装，并且安装在距地面几十米高的机舱内，维护需要高空作业，十分不便。

近年来国内的垂直轴风力发电装置研制取得了一定进展，中国专利申请CN203560046U公开了一种兆瓦级垂直轴风力发电装置，其原理为：在垂直轴顶部安装叶片，风力吹向叶片带动垂直轴旋转，垂直轴底部安装回转大齿圈，大齿圈通过与数个沿圆周均布的开式齿轮啮合，将动力分配给多个增速机，增速机驱动发电机发电。这种发电装置将所有增速装置、发电机等设备全部安装在地面机房中，易于监控。但是，这种垂直轴风力发电装置的增速装置采用行星增速齿轮箱垂直向下安装与发电机连接，开式齿轮距离地面较高，安装和维护不便，齿轮啮合力产生的基础弯矩较大，而且行星齿轮箱成本较高。此外，这种发电装置通常连接多台发电机，当某台发电机出现故障时需要单独移出检修而不影响其它发电机的工作，而其现有的增速装置为固定安装，无法移动。

发明内容

本实用新型针对上述提出的增速装置安装位置距离地面较高，安装和维护不方便，当某台发电机出现故障时不能单独移出检修而影响其他发电机工作的问题而提出一种垂直轴风力发电机的增速装置。本实用新型采用增速齿轮传动组代替行星齿轮箱，将增速装置安装在地面上，安装维护方便，利用安全联轴器、鼓式齿形联轴器和滑道使得其中一个发电机发生故障时可单独移出检修而不影响其他发电机工作。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术手段如下：

一种垂直轴风力发电机的增速装置，包括基座、安装在垂直轴风力发电机的垂直轴底部的大齿圈；其特征在于：所述增速装置还包括：

沿所述大齿圈圆周方向分布的多个增速单元；所述增速单元包括：开式小齿轮、低速轴、安全联轴器、增速齿轮传动组和输出轴；所述开式小齿轮与所述大齿圈外啮合连接，所述开式小齿轮通过所述安全联轴器安装在竖直设置的低速轴的上部，所述安全联轴器在其扭矩超过设定值时，使开式小齿轮与低速轴脱开；所述增速齿轮传动组两端分别连接所述低速轴和输出轴，所述增速齿轮传动组将低速轴的低转速转化成输出轴的高转速传递给发电机；

连接所述输出轴与所述发电机输入轴的鼓形齿式联轴器；

设置在所述基座上，沿所述输出轴轴向延伸的滑道；所述增速单元沿所述滑道在水平方向上移动，使大齿圈和开式小齿轮分离或啮合。

鼓形齿式联轴器通过其外齿在内齿圈内轴向滑动，补偿增速单元在水平方向移动的位移。增速装置装在垂直轴的底部，距离地面较低，安装和维护方便。

进一步地,所述安全联轴器为液压安全联轴器。

液压安全联轴器由双层套筒组成，中间注入高压油后外层套筒扩张，依靠摩擦力与开式小齿轮锁紧，内层套筒则向内压缩同低速轴抱紧，液压安全联轴器即可传递与油压成正比的转矩。当所传递的转矩超过预先设定的扭矩值时，液压安全联轴器在轴上打滑(约百分之几秒)，剪切管被剪断，双层套筒中的压力油迅速泄出，开式小齿轮和低速轴之间的压力消失，此时低速轴不转动，开式小齿轮空转，从而使增速单元和发电机停止转动。

进一步地，所述增速齿轮传动组采用多级平行轴圆柱齿轮传动和一级垂直轴锥齿轮传动。现有技术中增速装置采用行星增速齿轮箱垂直向下安装与发电机连接，行星开式齿轮距离地面较高，承受的基础弯矩比较大。而本实用新型增速装置安装位置离底面较近，采用多级平行轴圆柱齿轮传动和以及垂直轴锥齿轮传动代替行星增速齿轮箱，大大降低了成本，并且行星开式齿轮距离地面较低，承受的基础弯矩较小。

进一步地，所述增速齿轮传动组采用三级平行轴圆柱齿轮传动和一级垂直轴锥齿轮传动；所述增速齿轮传动组包括：与所述低速轴平行设置的中间轴Ⅰ、中间轴Ⅱ和高速轴；所述高速轴与所述输出轴垂直设置；所述增速齿轮传动组还包括：

键连接在所述低速轴下部的大齿轮Ⅰ和键连接在所述中间轴Ⅰ下部的小齿轮Ⅰ，所述大齿轮Ⅰ与小齿轮Ⅰ外啮合形成第一级增速；

键连接在所述中间轴Ⅰ上部的大齿轮Ⅱ和键连接在所述中间轴Ⅱ上部的小齿轮Ⅱ，所述大齿轮Ⅱ与小齿轮Ⅱ外啮合形成第二级增速；

键连接在所述中间轴Ⅱ下部的大齿轮Ⅲ和键连接在所述高速轴下部的小齿轮Ⅲ，所述大齿轮Ⅲ与所述小齿轮Ⅲ形成第三级增速；

键连接在所述高速轴上部的主动锥齿轮和键连接在所述输出轴一端的从动锥齿轮，所述主动锥齿轮与所述从动锥齿轮相啮合形成一级垂直轴锥齿轮传动。

进一步地，所述增速装置还包括：将所述增速齿轮传动组密封的上箱体和下箱体，所述上箱体和下箱体通过螺栓把合；与所述上箱体或下箱体连接，用于牵引所述增速单元沿所述滑道移动的直线油缸。

进一步地，所述滑道包括：

设置在所述下箱体底面的两滑块；

设置在所述基座上，沿所述输出轴轴线方向延伸的两滑台，所述两滑台分别与两滑块的外侧壁相对设置；

夹设在所述下箱体底面与所述滑台的顶面之间的水平滑道；

以及夹设在所述滑块的外侧壁与所述滑台的内侧壁之间的竖直滑道。

进一步地，所述增速装置还包括设置在所述增速单元下方的油箱；

连接在所述高速轴上端的润滑泵，所述润滑泵通过管路与所述油箱流体导通，通过所述高速轴的转动驱动所述润滑泵从所述油箱吸油，所述润滑泵通过管路将油输送到各齿轮进行润滑和冷却；所述油箱底部设有出油口。

进一步地，多个所述增速单元沿所述大齿圈的圆周方向均匀分布。大齿圈将其扭矩均匀的分配给各开式小齿轮，有利于延长大齿圈的使用寿命。

更进一步地，所述增速装置还包括：设置在所述上箱体上方，且连接在所述上箱体上的支撑架；所述低速轴的下端、中部和上端通过轴承分别支撑在下箱体、支撑架和上箱体上。由于采用了三点轴承支撑，减小了开式小齿轮啮合时低速轴的径向位移，使传动更加平稳。

由于采用了上述技术方案，本实用新型提供的垂直轴风力发电机的增速装置的有优点为：

1、本实用新型的增速装置安装在地面上，并且开式小齿轮的安装位置与地面距离较小，减少了基础承受的弯矩，可以大大降低基础造价，并且安装维护方便。

2、本实用新型的增速单元采用多级平行轴齿轮传动和一级垂直轴锥齿轮传动，制造容易，较行星齿轮增速箱降低了成本。

3、本实用新型的增速装置在一台发电机出现故障时，和此发电机连接的增速装置可迅速停止工作，将其单独移出检修而不影响其他发电机工作，并且通过安全联轴器有效的防止过载，极大提高了系统的安全可靠性。

附图说明

图1为本实用新型实施例与垂直轴连接俯视图；

图2为本实用新型实施例沿图1中A-A剖视图；

图3为图2中所示B部分放大图；

图4为图3中所示C部分放大图；

图5为图3的侧视示意图。

图中：1、垂直轴，2、大齿圈，3、增速单元，30、开式小齿轮，31、低速轴，32、安全联轴器，33、增速齿轮传动组，330、大齿轮Ⅰ，331、小齿轮Ⅰ，332、中间轴Ⅰ，333、大齿轮Ⅱ，334、小齿轮Ⅱ，335、中间轴Ⅱ，336、大齿轮Ⅲ，337、小齿轮Ⅲ，338、高速轴，339、主动锥齿轮，340、从动锥齿轮，35、输出轴，4、鼓形齿式联轴器，40、外齿，41、内齿圈，5、滑道，50、滑块，51、滑台，52、水平滑道，53、竖直滑道，6、盘式制动器，7、发电机，8、上箱体，9、下箱体，10、直线油缸，11、油箱，110、出油口，12、润滑泵，13、基座，14、支撑架。

具体实施方式

图1～图5所示的垂直轴风力发电机的增速装置包括基座13、大齿圈2、多个增速单元3、鼓形齿式联轴器4和滑道5。大齿圈2安装在垂直轴风力发电机的垂直轴1的底部，多个增速单元3均布在大齿圈2的圆周方向。增速单元3包括：开式小齿轮30、低速轴31、安全联轴器32、增速齿轮传动组33和输出轴35；开式小齿轮30与大齿圈2外啮合连接，开式小齿轮30通过安全联轴器32安装在竖直设置的低速轴31的上部，安全联轴器32在其扭矩超过设定值时，使开式小齿轮30与低速轴31脱开，安全联轴器32优选为液压安全联轴器；增速齿轮传动组33两端分别连接低速轴31和输出轴35，增速齿轮传动组33将低速轴31的低转速转化成输出轴35的高转速传递给发电机7。输出轴35和发电机7的输入轴通过鼓形齿式联轴器4连接，滑道5设置在基座13上，且沿输出轴35轴向延伸，增速单元3可沿滑道5在水平方向上移动，使大齿圈2和开式小齿轮30分离或啮合。鼓形齿式联轴器4通过其外齿40在内齿圈41内轴向滑动，补偿增速单元3在水平方向移动的位移。

增速齿轮传动组33是通过三级平行轴圆柱齿轮传动和一级垂直轴锥齿轮传动实现的。增速齿轮传动组33包括：与低速轴31平行设置的中间轴Ⅰ332、中间轴Ⅱ335和高速轴338；高速轴338与输出轴35垂直设置；增速齿轮传动组33还包括：键连接在低速轴31下部的大齿轮Ⅰ330和键连接在中间轴Ⅰ332下部的小齿轮Ⅰ331，大齿轮Ⅰ330与小齿轮Ⅰ331外啮合形成第一级增速；键连接在中间轴Ⅰ332上部的大齿轮Ⅱ333和键连接在中间轴Ⅱ335上部的小齿轮Ⅱ334，大齿轮Ⅱ333与小齿轮Ⅱ334外啮合形成第二级增速；键连接在中间轴Ⅱ335下部的大齿轮Ⅲ336和键连接在高速轴338下部的小齿轮Ⅲ337，大齿轮Ⅲ336与小齿轮Ⅲ337形成第三级增速；键连接在高速轴338上部的主动锥齿轮339和键连接在输出轴35一端的从动锥齿轮340，主动锥齿轮339与从动锥齿轮340相啮合形成一级垂直轴锥齿轮传动。其中大齿轮Ⅰ330、小齿轮Ⅰ331、大齿轮Ⅱ333、小齿轮Ⅱ334、大齿轮Ⅲ336和小齿轮Ⅲ337优选为斜齿轮。

增速齿轮传动组33外设置将其封闭的上箱体8和下箱体9，上箱体8和下箱体9通过螺栓把合。在上箱体8或下箱体9上还连接有一直线油缸10，直线油缸10可牵引增速单元3沿滑道5水平移动。

增速单元3下方还设置有油箱11，高速轴338上端连接有润滑泵12，润滑泵12通过管路与油箱11流体导通，通过高速轴338的转动驱动润滑泵12从油箱11吸油，润滑泵12通过管路将油输送到各齿轮进行润滑和冷却。油箱11底部设有出油口110。

上箱体8上方还设置有支撑架14，且支撑架14连接在上箱体8上，低速轴31的底端、中部和顶端通过轴承分别支撑在下箱体9、上箱体8和支撑架14上。中间轴Ⅰ332、中间轴Ⅱ335和高速轴338的两端分别通过轴承支撑在上箱体8和下箱体9上，输出轴35通过两对轴承支撑在上箱体8和下箱体9的结合位置。

在增速单元3与发电机7之间还安装有盘式制动器6，盘式制动器6通过制动鼓形齿式联轴器4使增速单元3和发电机7迅速停止转动。

如图5所示，滑道5包括：设置在下箱体9底面的两滑块50；设置在基座13上，沿输出轴35轴线方向延伸的两滑台51，两滑台51分别与两滑块50的外侧壁相对设置；夹设在下箱体9底面与滑台51的顶面之间的水平滑道52；以及夹设在滑块50的外侧壁与滑台51的内侧壁之间的竖直滑道53。

结合图1～图5说明本实用新型实施例的工作原理。发电机7正常工作时，大齿圈2将扭矩分散给多个开式小齿轮30，安全联轴器32将开式小齿轮30和低速轴31连接在一起，低速轴31通过大齿轮Ⅰ330和小齿轮Ⅰ331、大齿轮Ⅱ333和小齿轮Ⅱ334、大齿轮Ⅲ336和小齿轮Ⅲ337三级增速将低速转动转化成高速转动传递给高速轴338，高速轴338通过一对锥齿轮传动将绕竖直轴的转动转化成绕水平轴的转动传递给输出轴35。输出轴35通过鼓式齿形联轴器与发电机7连接，将转动传递给发电机7使其发电。

当其中一个发电机7或与其相连的增速单元3出现故障时，安全联轴器32(本实施例采用液压安全联轴器)传递的扭矩会增大，超过预先设定值，液压安全联轴器双层套筒中的压力油迅速泄出，开式小齿轮30和低速轴31之间的压力消失，低速轴31不随开式小齿轮30转动，开式小齿轮30随大齿圈2空转，这样通过安全联轴器32迅速使开式小齿轮30和低速轴31脱开，有效的防止过载，极大提高了系统的安全可靠性。然后盘式制动器6使发电机7和增速单元3迅速停止转动，直线油缸10牵引增速单元3沿滑道5远离大齿圈2方向移动，将大齿圈2和开式小齿轮30分离，便可开始对出现故障的发电机7和增速单元3进行检修，而其他发电机7正常工作。由于鼓式齿形联轴器的外齿40可在内齿圈41内轴向滑动，补偿了增速单元3在水平方向的移动位移。当检修完成后，只需通过直线油缸10驱动牵引增速单元3移向大齿圈2，使开式小齿轮30和大齿圈2啮合，发电机7即可重新开始工作。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种垂直轴风力发电机的增速装置，包括基座(13)、安装在垂直轴风力发电机的垂直轴(1)底部的大齿圈(2)；其特征在于：所述增速装置还包括： 

沿所述大齿圈(2)圆周方向分布的多个增速单元(3)；所述增速单元(3)包括：开式小齿轮(30)、低速轴(31)、安全联轴器(32)、增速齿轮传动组(33)和输出轴(35)；所述开式小齿轮(30)与所述大齿圈(2)外啮合连接，所述开式小齿轮(30)通过所述安全联轴器(32)安装在竖直设置的低速轴(31)的上部，所述安全联轴器(32)在其扭矩超过设定值时，使开式小齿轮(30)与低速轴(31)脱开；所述增速齿轮传动组(33)两端分别连接所述低速轴(31)和输出轴(35)，所述增速齿轮传动组(33)将低速轴(31)的低转速转化成输出轴(35)的高转速传递给发电机(7)； 

连接所述输出轴(35)与所述发电机(7)输入轴的鼓形齿式联轴器(4)； 

设置在所述基座(13)上，沿所述输出轴(35)轴向延伸的滑道(5)；所述增速单元(3)沿所述滑道(5)在水平方向上移动，使大齿圈(2)和开式小齿轮(30)分离或啮合。 

2.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机的增速装置，其特征在于：所述安全联轴器(32)为液压安全联轴器。 

3.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机的增速装置，其特征在于：所述增速齿轮传动组(33)采用多级平行轴圆柱齿轮传动和一级垂直轴锥齿轮传动。 

4.根据权利要求3所述的垂直轴风力发电机的增速装置，其特征在于：所述增速齿轮传动组(33)采用三级平行轴圆柱齿轮传动和一级垂直轴锥齿轮传动；所述增速齿轮传动组(33)包括：与所述低速轴(31)平行设置的中间轴Ⅰ(332)、中间轴Ⅱ(335)和高速轴(338)；所述高速轴(338)与所述输出轴(35)垂直设置；所述增速齿轮传动组(33)还包括： 

键连接在所述低速轴(31)下部的大齿轮Ⅰ(330)和键连接在所述中间轴Ⅰ(332)下部的小齿轮Ⅰ(331)，所述大齿轮Ⅰ(330)与小齿轮Ⅰ(331)外啮合形成第一级增速； 

键连接在所述中间轴Ⅰ(332)上部的大齿轮Ⅱ(333)和键连接在所述中 间轴Ⅱ(335)上部的小齿轮Ⅱ(334)，所述大齿轮Ⅱ(333)与小齿轮Ⅱ(334)外啮合形成第二级增速； 

键连接在所述中间轴Ⅱ(335)下部的大齿轮Ⅲ(336)和键连接在所述高速轴(338)下部的小齿轮Ⅲ(337)，所述大齿轮Ⅲ(336)与所述小齿轮Ⅲ(337)形成第三级增速； 

键连接在所述高速轴(338)上部的主动锥齿轮(339)和键连接在所述输出轴(35)一端的从动锥齿轮(340)，所述主动锥齿轮(339)与所述从动锥齿轮(340)相啮合形成一级垂直轴锥齿轮传动。 

5.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机的增速装置，其特征在于：所述增速装置还包括：将所述增速齿轮传动组(33)密封的上箱体(8)和下箱体(9)，所述上箱体(8)和下箱体(9)通过螺栓把合；与所述上箱体(8)或下箱体(9)连接，用于牵引所述增速单元(3)沿所述滑道(5)移动的直线油缸(10)。 

6.根据权利要求5所述的垂直轴风力发电机的增速装置，其特征在于所述滑道(5)包括： 

设置在所述下箱体(9)底面的两滑块(50)； 

设置在所述基座(13)上，沿所述输出轴(35)轴线方向延伸的两滑台(51)，所述两滑台(51)分别与两滑块(50)的外侧壁相对设置； 

夹设在所述下箱体(9)底面与所述滑台(51)的顶面之间的水平滑道(52)； 

以及夹设在所述滑块(50)的外侧壁与所述滑台(51)的内侧壁之间的竖直滑道(53)。 

7.根据权利要求4所述的垂直轴风力发电机的增速装置，其特征在于：所述增速装置还包括： 

设置在所述增速单元(3)下方的油箱(11)； 

连接在所述高速轴(338)上端的润滑泵(12)，所述润滑泵(12)通过管路与所述油箱(11)流体导通，通过所述高速轴(338)的转动驱动所述润滑泵(12)从所述油箱(11)吸油，所述润滑泵(12)通过管路将油输送到各齿轮进行润滑和冷却；所述油箱(11)底部设有出油口(110)。 

8.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机的增速装置，其特征在于：多个所述增速单元(3)均匀分布在所述大齿圈(2)的圆周方向上。 

9.根据权利要求5所述的垂直轴风力发电机的增速装置，其特征在于：所述增速装置还包括：设置在所述上箱体(8)上方，且连接在所述上箱体(8)上的支撑架(14)；所述低速轴(31)的下端、中部和上端通过轴承分别支撑在下箱体(9)、支撑架(14)和上箱体(8)上。