一种大型风电机组新型传动链及风力发电机组制造技术

本申请公开了一种大型风电机组新型传动链及风力发电机组，包括用于连接风电叶片的主轴，所述主轴通过固定套设在主轴圆周侧壁上的主轴前轴承和主轴后轴承分别与前轴承座和后轴承座转动连接，所述主轴上还固定连接有平行级大齿轮，以及多个呈圆周分布的行星传动机构；任一所述行星传动机构均具有与所述平行级大齿轮啮合的平行级小齿轮，以及用于驱动连接发电机组的输出轴。本发明专利技术相较于现有技术而言通过一级平行传动实现第一级增速，其安装位置位于主轴前轴承后面，整个齿轮箱位于前后主轴承之间，充分利用了传动链空间，结构非常紧凑，这也节省了整个机舱尺寸和空间，使其他如后机架、机舱罩等非传动链零部件的成本也得以降低。低。低。

【技术实现步骤摘要】
一种大型风电机组新型传动链及风力发电机组


[0001]本专利技术涉及风力发电设备
，尤其涉及大功率风力发电设备的传动机构、增速箱装置
，具体涉及一种大型风电机组新型传动链及风力发电机组。

技术介绍

[0002]风力发电是指把风的动能转为电能。风能是一种清洁无公害的可再生能源，很早就被人们利用，利用风力发电非常环保，且风能蕴量巨大，因此日益受到世界各国的重视。我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10亿kW，其中，陆地上风能储量约2.53亿kW，海上可开发和利用的风能储量约7.5亿kW，共计10亿kW。
[0003]申请人通过检索式((风电)AND(齿轮箱)OR(行星齿轮)OR(增速箱))检索到现有技术中最为典型的增速箱结构之一，具体如下：
[0004]中国技术专利，公开号CN201293074Y，该专利公开了一种双联行星双臂式风电增速箱，输入轴通过轴承支承在前箱体内，大行星轮固装在行星齿轮轴上且与太阳轮相啮合，其关键在于，行星架由行星架前、后侧板用销连接组成，所述行星齿轮轴通过轴承支承在该行星架前、后侧板上，行星架前侧板与输入轴为一体，所述行星齿轮轴的后端支承在行星架后侧板上，大行星轮位于行星架前、后侧板之间；所述行星架后侧板通过轴承支承在后箱体上，所述中箱体的前端通过双头螺柱依次与内齿圈和前箱体固定连接，该内齿圈与行星齿轮轴啮合。本技术结构紧凑、体积小，增速比大，有效解决了行星齿轮的偏载问题，其传动平稳、可靠性高，并使太阳轮轮齿强度得到提高。
[0005]上述技术采用了与现有主流风电产品相似的结构设计，采用单一输入和输出的方式进行风力发电。目前增速型大功率风力发电机组传动链为了提高齿轮箱可靠性，在高速传动齿轮箱的基础上去掉了故障率较高的高速级，即采用一级或多级行星传动的中速传动，将齿轮箱输出转速由1800rpm左右大幅降低到约300～600rpm，从一个极端走到另一个极端，未深入考虑合适的输出转速。随着风力发电机组加速向大型化发展，增速型风电机组齿轮箱越来越多地采用多级行星的串列式结构。为使整个传动链重量相对更轻，传动链相对更短，齿轮箱多与主轴部件及发电机进行全集成或半集成。一般主轴承采用两个单列圆锥滚子轴承或者大锥角双列圆锥滚子的单轴承，以两个单列圆锥滚子轴承最为常见。由于大型机组受叶尖速比制约，风轮转速很低，扭矩很大，齿轮箱一级行星往往采用6、7甚至8个行星轮进行功率分流，以提高齿轮箱承载能力，这导致一级行星传动速比很小，一般为2～3左右，与行星轮个数密切相关，行星轮个数越多，可实现的速比越小，因此一级行星传动后仅仅将目前大型风电机组的风轮转速提高到以往小兆瓦机组风轮转速的水平，其提高转速的效用非常有限。且行星传动对行星架上行星轮轴安装孔的位置精度非常敏感，位置精度差会极大地影响其均载系数，对于大尺寸零件来说无疑大大增加了加工难度，且各行星轮与内齿圈及太阳轮的啮合承载相互关联，可靠性也受到影响。另外，一级内齿圈作为大型薄壁件，热处理变形控制非常困难，而变形量大对齿轮硬化层深、后续加工、齿轮硬度和强度都有较大影响。目前大型齿轮箱为了提高齿轮箱功率密度，行星轮往往采用无外圈轴承进
行支撑，行星轮内孔作为轴承滚道，这也大大提高了行星轮的热处理和加工难度。因此，一级行星相关零件是齿轮箱加工难度最大、成本最高的部分，但却与其能够发挥的效用不匹配。由于一级行星速比很小，也使得齿轮箱整体传动比不大，其输出转速也不高。发电机一般为中速永磁发电机，由于转速不高，其尺寸也较大，重量较重，设计及加工均很困难，因发电机采用的永磁材料成本昂贵，这也导致发电机价格很高。行业内增速型风电机组结构趋于类似，随着机组大型化步伐的加快，上述传动链结构仅仅进行简单的尺寸放大及局部的适应性修改，圆锥滚子轴承内径基本在2米以上甚至超过2.5米，单轴承即大锥角双列圆锥滚子轴承尺寸会更大且应用较少，成本更加昂贵。齿轮箱一级齿圈外径达3米以上甚至超3.5米，若机组超过15MW甚至20MW以上，相关零部件的尺寸和重量会更加巨大，这对业内制造商特别是轴承、齿轮箱与发电机供应商的设计和制造极限带来极大挑战，需不断地提高设备能力及工艺能力，导致成本居高不下。大型和超大型风电机组往往较多地用于可达性较差的海上风场，其维护条件差，维护成本高昂，一旦相关重要部件发生故障需要下塔更换、维修，质量风险和质量损失非常巨大。以上行业现状背离了风电平价的社会发展趋势和国家政策大环境。因此，要适应大型风电机组特别是大型海上风电机组对经济性、可靠性和可维修性越来越高的要求，风电机组的大型化发展就不能简单复制放大，因此，亟需一种新型的能够解决现有大功率风电传动链大型化所带来的诸如：加工难度大、装配吊装困难，制造及维护成本高，以及设备自身体积和质量大等诸多问题。

技术实现思路

[0006]为了解决现有风力发电增速箱采用单轴输入和单轴输出模式下，增大风电机组容量会导致增速箱齿轮组的尺寸变大，导致机舱空间大、设备体积、质量明显增大，主轴承的载荷成倍增加等问题；其次，由于设备尺寸的增大，对于高空安装和运行的风电设备而言，使得整个设备的制造、安装、维护的难度和成本都增加；再者，采用单一输入/输出的增速箱结构一旦出现设备故障，必须完全停机检修，这将又进一步降低发电效率。本申请提供一种大型风电机组新型传动链用于替代现有的单一输入/输出模式的增速箱，能够在某一组发电机或者传动链故障时进行故障机组停机，其他并行机组不受影响，可以继续进行正常发电，解决因故障导致的发电量骤减的问题；同时，由于采用多发电机组进行分担，设备的尺寸明显减小，制造、装配、吊装的难度进一步降低。本专利技术还提供一种风力发电机组，用于替代现有的风力发电机组，使得在相同装机容量的前提下，设备尺寸更小，制造、运输、吊装难度更低。
[0007]为了达到上述目的，本申请所采用的技术方案为：
[0008]一种大型风电机组新型传动链，包括用于连接风电叶片的主轴，所述主轴通过固定套设在主轴圆周侧壁上的主轴前轴承和主轴后轴承分别与前轴承座和后轴承座转动连接，所述主轴上还固定连接有平行级大齿轮，以及多个呈圆周分布的行星传动机构；任一所述行星传动机构均具有与所述平行级大齿轮啮合的平行级小齿轮，以及用于驱动连接发电机组的输出轴。
[0009]优选地，所述平行级大齿轮安装在所述主轴前轴承和主轴后轴承之间并靠近所述主轴前轴承的位置。
[0010]优选地，所述平行级大齿轮和任一平行级小齿轮均采用斜齿轮，所述平行级大齿
轮与平行级小齿轮啮合产生的轴向力F方向与风电叶片转动产生的轴向力方向F相反。
[0011]优选地，所述行星传动机构包括与所述后轴承座可拆卸固定连接的外壳体，所述外壳体内沿驱动力输出方向依次驱动连接有所述平行级小齿轮、第一行星传动单元、第二行星传动单元，所述第二行星传动单元包括所述输出轴。
[0012]优选地，所述第一行星传动单元包括第一行星架，按照圆周阵列安装在所述第一行星架上的多个第一行星齿轮，与任一所述第一行星齿轮啮合的第一太阳轮，所述第一行星架与所述平行级小齿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大型风电机组新型传动链，包括用于连接风电叶片的主轴(1)，其特征在于：所述主轴(1)通过固定套设在主轴(1)圆周侧壁上的主轴前轴承(2)和主轴后轴承(6)分别与前轴承座(4)和后轴承座(5)转动连接，所述主轴(1)上还固定连接有平行级大齿轮(3)，以及多个呈圆周分布的行星传动机构(20)；任一所述行星传动机构(20)均具有与所述平行级大齿轮(3)啮合的平行级小齿轮(7)，以及用于驱动连接发电机组的输出轴(17)。2.根据权利要求1所述的一种大型风电机组新型传动链，其特征在于：所述平行级大齿轮(3)安装在所述主轴前轴承(2)和主轴后轴承(6)之间并靠近所述主轴前轴承(2)的位置。3.根据权利要求1所述的一种大型风电机组新型传动链，其特征在于：所述平行级大齿轮(3)和任一平行级小齿轮(7)均采用斜齿轮，所述平行级大齿轮(3)与平行级小齿轮(7)啮合产生的轴向力F1方向与风电叶片转动产生的轴向力方向F0相反。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的一种大型风电机组新型传动链，其特征在于：所述行星传动机构(20)包括与所述后轴承座(5)可拆卸固定连接的外壳体，所述外壳体内沿驱动力输出方向依次驱动连接有所述平行级小齿轮(7)、第一行星传动单元、第二行星传动单元，所述第二行星传动单元包括所述输出轴(17)。5.根据权利要求4所述的一种大型风电机组新型传动链，其特征在于：所述第一行星传动单元包括第一行星架(10)，按照圆周阵列安装在所述第一行星架(10)上的多个第一行星齿轮(11)，与任一所述第一行星齿轮(11)啮合的第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡晓东，
申请(专利权)人：夏榆丰蒲碧琼，
类型：发明
国别省市：