CN210423603U - 风电机组双输入分流电变桨驱动装置及风电机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种风电机组双输入分流电变桨驱动装置及风电机组。所述装置包括：两个驱动电机，分别与变桨减速机的连接法兰螺栓连接；前级变桨减速传动机构，包括：两个输入齿轮及输出齿轮轴，输入齿轮与驱动电机间花键连接；后级变桨减速传动机构，与所述前级变桨减速传动机构连接；以及一个输出小齿，与所述后级变桨减速传动机构连接，将由所述后级变桨减速传动机构传递的功率输出至变桨机构。本实用新型提供的风电机组双输入分流电变桨驱动装置及风电机组能够在完成双电变桨驱动任务的前提下大大节省结构空间。

Description

风电机组双输入分流电变桨驱动装置及风电机组

技术领域

本实用新型涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种风电机组双输入分流电变桨驱动装置及风电机组。

背景技术

随着海上风力发电产业的迅猛发展，国内外风电整机制造商不断推出新型大兆瓦海上型风电机组，以争夺更为有利的海上风电资源。其中大兆瓦变桨驱动形式形成两大主流技术路线，一种采用液压变桨形式，另一种依旧沿用陆上机组电变桨形式。国外整机制造商在大兆瓦机组变桨系统多遵循液压变桨技术路线，但由于液压系统的可靠性需要充分保证，否则变桨不及时可能带来机组严重隐患。国内整机制造商多沿用电变桨驱动形式，在陆上型机组电变桨驱动的经验基础上进行大兆瓦海上机组的电变桨驱动开发，综合考虑载荷强度和可靠性的冗余设计。

大兆瓦海上机组受到载荷强度和可靠性要求的提高，变桨系统若依然使用传统陆上型单变桨驱动形式必然带来结构空间巨大，对轮毂的布局带来困难，而且在海上使用由于运维困难，一旦单变桨驱动(变桨电机、变桨减速机和变桨控制系统)各部件出现故障，将对整机产生严重风险。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种风电机组双输入分流电变桨驱动装置及风电机组，从而在完成双电变桨驱动任务的前提下大大节省结构空间。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种风电机组双输入分流电变桨驱动装置，所述装置包括：两个驱动电机，分别与变桨减速机的连接法兰螺栓连接；前级变桨减速传动机构，包括：两个输入齿轮及输出齿轮轴，输入齿轮与驱动电机间花键连接；后级变桨减速传动机构，与所述前级变桨减速传动机构连接；以及一个输出小齿，与所述后级变桨减速传动机构连接，将由所述后级变桨减速传动机构传递的功率输出至变桨机构。

在一些实施方式中，所述前级变桨减速传动机构置于副箱内，所述后级变桨减速传动机构置于主箱内，所述输出齿轮轴从所述副箱伸出部分为花键，输出齿轮轴两端轴承支撑。

在一些实施方式中，所述后级变桨减速传动机构包括：行星轮传动机构，或者中心传动机构。

在一些实施方式中，所述后级变桨减速传动机构包括：NGW行星齿轮传动结构。

在一些实施方式中，主箱内二级中心轮通过花键与副箱齿轮轴连接，两端轴承支撑；二级齿圈与主箱箱体通过螺栓固定；二级行星架浮动，其上固定三组行星轮；二级行星架与二级中心轮通过花键连接，二级中心轮浮动。

在一些实施方式中，三级齿圈与主箱箱体通过螺栓固定，三级行星架浮动，其上固定四组行星轮；三级行星架通过花键将动力传至变桨输出小齿处，变桨输出小齿与箱体间通过轴承支撑。

在一些实施方式中，所述中心传动机构包括：主箱及副箱，主箱内二级中心轮通过花键与副箱输出齿轮轴相连，将副箱动力传至主箱，主箱内二级中心轮，通过与三个定轴传动齿轮的大齿啮合，实现减速作用；定轴传动齿轮通过定轴轴承支撑与主箱箱体连接。

在一些实施方式中，定轴传动齿轮的小齿与主箱输出齿轮啮合；输出齿轮通过轴承与箱体固定，通过花键将动力传至变桨输出小齿处。

此外，本实用新型还提供了一种风电机组，所述风电机组包括：根据前文所述的风电机组双输入分流电变桨驱动装置。

在一些实施方式中，所述风电机组包括：大兆瓦海上风电机组。

采用这样的设计后，本实用新型至少具有以下优点：

本实用新型提出了风电机组双输入分流电变桨驱动装置及风电机组，使用传统的变桨电机，仅需分别开发设计一款具备双输入分流功能的变桨减速机，即可完成双电变桨驱动任务；该装置即考虑了使用两个独立的传统变桨驱动带来的总体布局空间大的问题，又考虑了两个电变桨驱动的不同步性而对变桨减速机带来极端工况强度不足等问题。

附图说明

上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是本实用新型提供的双输入分流变桨驱动传动装置的立体图；

图2是本实用新型一种实施方式提供的双输入分流变桨驱动传动装置的传动原理图；

图3是本实用新型另一种实施方式提供的双输入分流变桨驱动传动装置的传动原理图；

图4是本实用新型提供的风电机组双输入分流电变桨驱动设计方法的流程图。

附图标记说明：

1—变桨电机，2—变桨减速机副箱，3—变桨减速机副箱输入齿轮，4—变桨减速机副箱输出齿轮，5—变桨减速机主箱，6—主箱内二级中心轮，7—主箱二级齿圈，8—二级行星架，9—二级中心轮，10—主箱三级齿圈，11—三级行星架，12—输出变桨小齿，13—主箱内二级中心轮，14—三个定轴传动齿轮，15—主箱内定轴轴承，16—主箱内输出齿轮。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

双变桨驱动的设计初期，可以选择的技术路线无外乎分为三类：(1)、两个独立的单变桨驱动同时啮合于同一变桨轴承，实现双变桨驱动控制；(2)、单输入后在减速机箱体内经分流实现双输出；(3)、双输入分流后汇合进入一个整体的变桨减速机箱体内合流输出。

使用两个独立的单变桨驱动优点是不需要开发结构新颖的减速机，但变桨电机的不同步性会在减速机输出端产生不均载，一旦遭遇极限外载耦合变桨启步初期，将造成一个单驱动承担两个驱动应承受的载荷强度，存在较大的风险。

使用单输入后在减速机箱体内经分流实现双输出，但双输出没有解决输入端功率流减少的作用且输出端不均载性更明显，反而导致输出端两个输出小齿与变桨轴承啮合与安装等诸多问题，故该技术路线暂时没有新的突破。

双输入分流后汇合进入一个整体的变桨减速机箱体内合流输出，可以解决轻量化的同时在输入端将功率流分流，减少不同步性带来的风险。

本实用新型所涉及的双输入分流变桨驱动系统包括：变桨轴承、变桨电机、变桨控制系统及双输入分流功能的变桨减速机，本实用新型核心装置为双输入分流功能的变桨减速机。

如图1、图2所示，两个变桨电机1分别与变桨减速机主体副箱2的连接法兰螺栓连接，实现两个独立的功率流输入。减速机主体包括主箱5与副箱2两部分，其中副箱主要零件包括两个输入齿轮3、输出齿轮轴4及轴承等。其中输入齿轮3与变桨电机1间花键连接。输出齿轮4两端轴承支撑，且输出齿轮轴4从副箱2伸出部分为花键。该花键用于完成副箱与主箱间的动力传动。

主箱5与副箱2间通过法兰进行螺栓连接，主箱采用两级NGW行星齿轮传动结构，其中主箱内二级中心轮6通过花键与副箱齿轮轴4连接，两端轴承支撑，作为主箱的动力输入。二级齿圈7与主箱箱体通过螺栓固定。二级行星架8浮动，其上固定三组行星轮。二级行星架8与二级中心轮9通过花键连接，二级中心轮浮动。三级齿圈10与主箱箱体通过螺栓固定，三级行星架11浮动，其上固定四组行星轮。三级行星架11通过花键将动力传至变桨输出小齿12处，变桨小齿与箱体间通过轴承支撑，最终完成从双电机处至变桨小齿的动力传动。

如图1、图3所示，其变桨电机与减速机主体连接结构、副箱结构与第一种双输入分流(行星轮系)结构相同，主要不同体现在主箱齿轮传动的传动设计。

其主箱采用中心传动结构设计：主箱内二级中心轮13通过花键与副箱输出齿轮轴4相连，将副箱动力传至主箱，主箱内二级中心轮13，通过与三个定轴传动齿轮14的大齿啮合，实现减速作用。定轴传动齿轮通过定轴轴承15支撑与主箱箱体连接。同时定轴传动齿轮14的小齿与主箱输出齿轮16啮合，实现动力合流。输出齿轮16通过轴承与箱体固定，通过花键将动力传至变桨输出小齿12处。最终完成从双电机处至变桨小齿的动力传动。

对比传统单变桨驱动和使用两个独立的电变桨驱动构成的双电变桨系统，本实用新型提出的双输入分流变桨驱动传动系统具有如下优势：

1、双输入分流变桨驱动系统空间紧凑，适合大兆瓦机组轮毂空间布置条件。虽然双输入分流变桨驱动比一个传统电变桨驱动体积增大，但是与两个独立的传统电变桨驱动相比还是体积和重量减少幅度明显。

2、双输入分流变桨驱动系统有效避免了两个独立的电变桨驱动不同步性产生的风险。由于两个独立的变桨电机即使在非常优秀的变桨控制策略下运行，两个电机也会有1～2个电信号脉冲的同步误差，这对传统的减速机输出端齿轮强度产生不均载的影响。使用双变桨电机驱动形式须详细核算极限载荷出现的时刻：如果变桨指令发出期间有可能遭遇极限外载，则须避免该极限发生的时刻发生在变桨动作前，依此来保证双变桨减速机因为不同步而使其中一台减速机输出小齿在变桨启动瞬间单独承受全部极限载荷。而本双输入分流变桨驱动系统将两个变桨电机的不同步性只在减速机第一级输入端产生，考虑到减速机输入端转速虽大但输入级载荷小，即使遭遇极限外载工况，传递到第一级时由不同步性使其中一个输入端平行齿轮先与第一级中心轮啮合，也不会产生严重故障。

3、双输入分流变桨减速机故障维修处理方便。由于分流减速平行级位于减速机的输入部装，即使出现不同步性产生平行级齿轮磨损或断齿故障，其维护更换操作性方便易行；若由于不同步性导致输出小齿发生与变桨轴承大齿发生磨损或断齿故障，后期故障维护处理将带来众多困难。

4、双输入分流变桨减速机加工制造精度较易控制。两个独立的单电变桨驱动在输出小齿处与变桨轴承内齿圈齿轮加工制造精度的配合要求不易控制(输出端齿轮模数较大)；而在输入端设计成双输入分流形式，由于输入端齿轮模数较小，齿轮加工精度相对易控制，产生的不均载性也相对控制。

5、采用行星轮系作为主箱体设计形式的双变桨驱动结构简单，便于生产与安装。第二级和第三级使用传统的两级行星轮系结构，在满足载荷强度要求的基础上可以缩小总体重量。

6、采用中心传动轮系作为主箱体设计形式的双变桨驱动可以在减重的同时提高减速机的扭矩密度，且使用固定轴承设计形式可以提高轴承润滑效率。主箱体采用中心传动结构设计，可以省去两级齿圈、省去行星轮销轴及行星架，相对重量减轻还可提升整个减速机的承载能力；使用固定轴承设计的思路，可以让轴承的润滑更彻底。

7、两个偏航电机设有转向限位开关，防止两个电机出现不同向旋转功能。在变桨电机供电控制策略中增加转向限位开发，可以有效防止因为误操作等原因导致两个变桨电机工作旋向不一致进而带来减速机断齿等故障。

图4示出了本实用新型提供的风电机组双输入分流电变桨驱动设计方法的流程图。参见图4，风电机组双输入分流电变桨驱动设计方法包括：

S40，确定变桨轴承全齿LDD。

S41，确定变桨齿轮副参数。

S42，确定变桨电机参数。

S43，根据确定的变桨轴承全齿LDD、变桨齿轮副参数、变桨电机参数，确定变桨减速机传动比。

S44，确定主副箱传动比分配。

S45，进行齿轮设计。

S46，进行齿轮强度校核，如果通过，执行S47，如果不通过，执行S44。

S47，进行轴承设计。

S48，进行传动机构的结构设计。

S49，执行详细设计校核，如果通过，则设计结束，如果不通过，则执行S44。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种风电机组双输入分流电变桨驱动装置，其特征在于，包括：

两个驱动电机，分别与变桨减速机的连接法兰螺栓连接；

前级变桨减速传动机构，包括：两个输入齿轮及输出齿轮轴，输入齿轮与驱动电机间花键连接；

后级变桨减速传动机构，与所述前级变桨减速传动机构连接；以及

一个输出小齿，与所述后级变桨减速传动机构连接，将由所述后级变桨减速传动机构传递的功率输出至变桨机构。

2.根据权利要求1所述的风电机组双输入分流电变桨驱动装置，其特征在于，所述前级变桨减速传动机构置于副箱内，所述后级变桨减速传动机构置于主箱内，所述输出齿轮轴从所述副箱伸出部分为花键，输出齿轮轴两端轴承支撑。

3.根据权利要求1所述的风电机组双输入分流电变桨驱动装置，其特征在于，所述后级变桨减速传动机构包括：行星轮传动机构，或者中心传动机构。

4.根据权利要求3所述的风电机组双输入分流电变桨驱动装置，其特征在于，所述行星轮传动机构包括：NGW行星齿轮传动结构。

5.根据权利要求4所述的风电机组双输入分流电变桨驱动装置，其特征在于，主箱内二级中心轮通过花键与副箱齿轮轴连接，两端轴承支撑；二级齿圈与主箱箱体通过螺栓固定；二级行星架浮动，其上固定三组行星轮；二级行星架与二级中心轮通过花键连接，二级中心轮浮动。

6.根据权利要求5所述的风电机组双输入分流电变桨驱动装置，其特征在于，三级齿圈与主箱箱体通过螺栓固定，三级行星架浮动，其上固定四组行星轮；三级行星架通过花键将动力传至变桨输出小齿处，变桨输出小齿与箱体间通过轴承支撑。

7.根据权利要求3所述的风电机组双输入分流电变桨驱动装置，其特征在于，所述中心传动机构包括：主箱及副箱，主箱内二级中心轮通过花键与副箱输出齿轮轴相连，将副箱动力传至主箱，主箱内二级中心轮，通过与三个定轴传动齿轮的大齿啮合；定轴传动齿轮通过定轴轴承支撑与主箱箱体连接。

8.根据权利要求7所述的风电机组双输入分流电变桨驱动装置，其特征在于，定轴传动齿轮的小齿与主箱输出齿轮啮合；输出齿轮通过轴承与箱体固定，通过花键将动力传至变桨输出小齿处。

9.一种风电机组，其特征在于，所述风电机组包括：根据权利要求1至8任意一项所述的风电机组双输入分流电变桨驱动装置。

10.根据权利要求9所述的风电机组，其特征在于，所述风电机组包括：大兆瓦海上风电机组。

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