CN217327558U - 一种风电机组的传动链结构及风力发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及风力发电机组领域，具体说是一种风电机组的传动链结构及风力发电机。包括轮毂、三排滚子轴承、主轴、齿轮箱和发电机；所述轮毂与主轴轴承轴向一侧的内圈固定连接；三排滚子轴承轴向另一侧的内圈与主轴固定连接；三排滚子轴承的外圈与风电机组主机架连接；主轴一端加工有第一法兰，第一法兰与三排滚子轴承内圈固定连接；主轴另一端加工有第二法兰，第二法兰与齿轮箱的输入轴连接；齿轮箱的输出端与发电机连接。主机架既作为轴承的支撑连接轴承外圈，又是齿轮箱支撑臂的安装支架，而且还承担着连接塔筒的功能，不但省却了轴承座而且大大缩短了机舱长度，该传动链经济效益高。主轴系统布局的主轴结构，由两个法兰组成，其长度有效缩短。

Description

一种风电机组的传动链结构及风力发电机

技术领域：

本实用新型涉及风力发电机组领域，具体说是一种风电机组的传动链结构及风力发电机。

背景技术

风电机组中主轴轴承主要承受传动链中大部分来自于外部风作用产生的径向力、轴向力以及弯矩，将稳定的转矩传递给风电机组的高速端。因此，主轴轴承的承载能力、可靠性以及使用寿命是非常关键的指标，同时定位端主轴轴承在面对较大轴向力或轴向冲击时，其轴向刚度将决定了其在外力作用下的轴向位移，该轴向位移将对齿轮箱内部的受力稳定产生较大影响。

目前已装机的风力发电机中，大多数采用主轴轴承支撑结构，其主轴轴承一般分为两点支撑和三点支撑的布置形式。当下风电机组设计中常用的主轴系统布局结构，主要以调心滚子轴承、圆锥滚子轴承作为主轴轴承来承担风电机组轴向载荷和径向载荷。

调心滚子轴承因其在装配时具有一定的调心能力，方便与齿轮箱装配，而且其在价格上也相对于圆锥滚子轴承有优势，因此在3MW以下机组中得到广泛应用，但近年来已运行的机组频繁因主轴轴承为调心滚子轴承而发生的主轴系统后移故障，针对故障原因分析后的得知，调心滚子轴承在承受轴向载荷时，只有后排滚子单边受力，因此后排滚子与轴承外圈长期磨损产生较大间隙导致主轴系统后移，因此在5MW以上机组设计中，很少选用调心滚子轴承为主轴轴承。

圆锥滚子轴承作为风电机组的主轴轴承，既能够承担机组的轴向力又能承担机组的径向力，但是对于现在单机容量加大的现状，圆锥滚子轴承不但自身成本造价昂贵，在装配时的过盈配合也成为了5MW以上单机容量机组的难题。

风电机组单机容量加大、整机成本压缩，此时就需要一款性价比高的轴承出现来承担大容量兆瓦级风电机组主轴轴承。

实用新型内容

为了至少解决现有技术中风电机组的传动链的后移或成本高的问题，本申请提供一种风电机组的传动链结构。

本申请采用的技术方案为：一种风电机组的传动链结构，包括轮毂、三排滚子轴承、主轴、齿轮箱和发电机；所述轮毂与三排滚子轴承轴向一侧的内圈固定连接；所述三排滚子轴承轴向另一侧的内圈与主轴固定连接；所述三排滚子轴承的外圈与风电机组主机架连接；

所述主轴一端加工有第一法兰，第一法兰与三排滚子轴承内圈固定连接；所述主轴另一端加工有第二法兰，第二法兰与齿轮箱的输入轴连接；

所述齿轮箱的输出端与发电机连接。

进一步地，所述第一法兰的直径大于第二法兰的直径。

进一步地，所述第一法兰和第二法兰的周向均布有安装孔。

进一步地，所述第一法兰、第二法兰与主轴的连接处设有加强筋。

进一步地，所述主轴中设有空腔。

进一步地，所述三排滚子轴承包括两排并列设置的径向滚子和一排轴向滚子。

进一步地，所述风电机组主机架内安装有主轴；所述风电机组主机架一端设有第三法兰，第三法兰与三排滚子轴承固定连接；所述风电机组主机架另一端设有第四法兰，第四法兰与塔筒连接；

所述风电机组主机架上设有用于安装齿轮箱的支座。

本实用新型另一方面提供一种风力发电机，包括本实用新型提供的风电机组的传动链结构。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为:主机架既作为轴承的支撑连接轴承外圈，又是齿轮箱支撑臂的安装支架，而且还承担着连接塔筒的功能，所以说这样的传动链结构不但省却了轴承座而且大大缩短了机舱长度，该传动链经济效益高。

主轴系统布局的主轴结构，由两个法兰组成，其长度有效缩短，在设计时其长度取决于风电机组齿轮箱与主轴轴承布置的距离，当齿轮箱布置越靠紧主轴轴承时，此时主轴长度越短。

三排滚子轴承的缺点是滚动体与保持架之间摩擦生热，使轴承温度升高，缩短了轴承润滑油脂的使用寿命，因此在风电机组传动链设计上需要充分考虑到三排滚子轴承温升的缺点，要在传动系统设计上添加主轴承降温装置。由两排径向滚子和一排轴向滚子组成，能够同时承担风电机组的轴向载荷和径向载荷，而且主轴轴承与轮毂和主机架连接方式均为法兰连接，这种连接方式有效的解决了5MW以上容量风电机组主轴轴承装配难题。

附图说明

图1为本实用新型风电机组的传动链结构的结构示意图；

图2为本风电机组的传动链结构的主轴系统示意图；

图3为风电机组的传动链结构的主轴的半剖图；

图4风电机组的传动链结构的三排滚子轴承的剖面图；

其中：轮毂1、三排滚子轴承2、径向滚子201、轴向滚子202、主轴3、第一法兰301、第二法兰302、安装孔303、加强筋304、空腔305、齿轮箱4、发电机5、风电机组主机架6、联轴器7。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参考图1-图4，本实施方式提供一种风电机组的传动链结构，包括轮毂 1、三排滚子轴承2、主轴3、齿轮箱4和发电机5；三排滚子轴承2作为主轴承，轮毂1与三排滚子轴承2轴向一侧的内圈固定连接；三排滚子轴承2 轴向另一侧的内圈与主轴3固定连接；三排滚子轴承2的外圈使用螺栓固定在风电机组主机架6上；主机架6起到了三排滚子轴承2支撑作用；

如图2所示，为本实用新型风电机组传动链中主轴系统示意图，主轴系统包括三排滚子轴承2和主轴3，主轴3中设有空腔305，主轴3一端加工有第一法兰301，第一法兰301通过螺栓与三排滚子轴承2内圈固定连接；主轴3另一端加工有第二法兰302，第二法兰302通过螺栓与齿轮箱4的输入轴连接；

三排滚子轴承2外圈连接风电机组主机架6，三排滚子轴承2内圈前侧端面连接风电机组的轮毂1(旋转部件)，三排滚子轴承2内圈后侧连接主轴3(较短)，主轴3的第一法兰301连接三排滚子轴承2内圈，第二法兰302连接齿轮箱 4法兰盘。主轴3的作用为连接轴，用来连接旋转的三排滚子轴承2内圈和同步旋转的齿轮箱4输入轴法兰，这种风电机组主轴布局结构的优势在于省略了轴承座这个大部件，主轴大大缩短，不但可以较少主轴本身成本，也大大缩短了整个机舱的长度，机舱缩短，其成本大大缩短；

如图3所示的主轴结构，由两个法兰组成，其长度有效缩短，在设计时其长度取决于风电机组齿轮箱与主轴轴承布置的距离，当齿轮箱布置越靠紧主轴轴承时，此时主轴长度越短。

齿轮箱4的输出端通过联轴器7连接发电机5；

当外部风力吹动风电机组叶片时，叶片具有空气动力外形，在风的作用下带动轮毂旋转，轮毂绕着主轴轴线顺时针旋转，此时轮毂内圈使用螺栓与三排滚子轴承内圈连接，三排滚子轴承内圈旋转，进而主轴和齿轮箱输入轴旋转，通过齿轮箱内行星系齿轮和平行系齿轮传动，将旋转力矩传递给齿轮箱高速轴，此时，齿轮箱高速轴通过联轴器7与发电机5连接，发电机旋转产生励磁，因此完成风能到电能的转化。

在图1中可以看出，主机架既作为三排滚子轴承2的支撑连接三排滚子轴承2外圈，又是齿轮箱4支撑臂的安装支架，而且还承担着连接塔筒的功能，所以说这样的传动链结构不但省却了轴承座而且大大缩短了机舱长度，该传动链经济效益高。

进一步地，第一法兰301的直径大于第二法兰302的直径，第一法兰301 和第二法兰302的周向均布有安装孔303，第一法兰301、第二法兰302与主轴2的连接处设有加强筋304。

进一步地，本实用新型的三排滚子轴承包括两排并列设置的径向滚子 201和一排轴向滚子202。

进一步地，风电机组主机架6为中空结构，风电机组主机架6内安装有主轴3；风电机组主机架6一端设有第三法兰601，第三法兰601与三排滚子轴承2固定连接，充当轴承座的作用；风电机组主机架6另一端设有第四法兰602，第四法兰602与塔筒连接，作为整个传动链和机舱的支撑作用；

风电机组主机架6上设有用于安装齿轮箱4的支座。

三排滚子轴承具有三个座圈，滚道各自分开，使得每一排滚动体的负载都能确定，能够同时承受各种载荷，三排滚子轴承的优点是轴向力由轴向滚动体承受，径向力由径向滚动体承受，两者互不干涉，滚道易于加工，加工精度可以达到设计理想值，如果安装轴承的螺栓预紧力不改变，轴承设计制造过程可以确定准确的轴承油隙值，安装后可保证轴承正常工作，同时保证批量生产的一致性；保持架结构相对简单，加工难度小。缺点是滚动体与保持架之间摩擦生热，使轴承温度升高，缩短了轴承润滑油脂的使用寿命，因此在风电机组传动链设计上需要充分考虑到三排滚子轴承温升的缺点，要在传动系统设计上添加主轴承降温装置。其结构如图3所示，由两排径向滚子和一排轴向滚子组成，能够同时承担风电机组的轴向载荷和径向载荷，而且主轴轴承与轮毂和主机架连接方式均为法兰连接，这种连接方式有效的解决了 5MW以上容量风电机组主轴轴承装配难题。

本实用新型另一方面提供一种风力发电机，包括本实用新型提供的风电机组的传动链结构。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种风电机组的传动链结构，其特征在于：包括轮毂(1)、三排滚子轴承(2)、主轴(3)、齿轮箱(4)和发电机(5)；所述轮毂(1)与三排滚子轴承(2)轴向一侧的内圈固定连接；所述三排滚子轴承(2)轴向另一侧的内圈与主轴(3)固定连接；所述三排滚子轴承(2)的外圈与风电机组主机架(6)连接；

所述主轴(3)一端加工有第一法兰(301)，第一法兰(301)与三排滚子轴承(2)内圈固定连接；所述主轴(3)另一端加工有第二法兰(302)，第二法兰(302)与齿轮箱(4)的输入轴连接；

所述齿轮箱(4)的输出端与发电机(5)连接。

2.根据权利要求1所述的风电机组的传动链结构，其特征在于：所述第一法兰(301)的直径大于第二法兰(302)的直径。

3.根据权利要求1所述的风电机组的传动链结构，其特征在于：所述第一法兰(301)和第二法兰(302)的周向均布有安装孔(303)。

4.根据权利要求1所述的风电机组的传动链结构，其特征在于：所述第一法兰(301)、第二法兰(302)与主轴(3)的连接处设有加强筋(304)。

5.根据权利要求1所述的风电机组的传动链结构，其特征在于：所述主轴(3)中设有空腔(305)。

6.根据权利要求1所述的风电机组的传动链结构，其特征在于：所述三排滚子轴承(2)包括两排并列设置的径向滚子(201)和一排轴向滚子(202)。

7.根据权利要求1所述的风电机组的传动链结构，其特征在于：

所述风电机组主机架(6)内安装有主轴(3)；所述风电机组主机架(6)一端设有第三法兰(601)，第三法兰(601)与三排滚子轴承(2)固定连接；所述风电机组主机架(6)另一端设有第四法兰(602)，第四法兰(602)与塔筒连接；

所述风电机组主机架(6)上设有用于安装齿轮箱(4)的支座。

8.一种风力发电机，其特征在于，包括根据权利要求1-7中任一所述的风电机组的传动链结构。

Images