CN105240216B - 一种紧凑型风力发电机组的改进结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种紧凑型风力发电机组的改进结构，包括至少一个转子叶片、轮毂、齿轮箱、发电机、传动系外壳、偏航组件、机舱座，转子叶片通过变桨轴承与轮毂连接；轮毂经过风轮锁定盘和齿轮箱的前端盖，用螺栓连接到齿轮箱的转子轴承的内圈上；齿轮箱的前端法兰、转子轴承及传动系外壳布置在轮毂与机舱座之间，被设计成载荷传递部件，并经由法兰螺栓相互连接；齿轮箱和发电机布置在传动系外壳的内部；传动系外壳由螺栓连接到机舱座上，机舱座通过偏航组件的偏航轴承与风力发电机组配套的塔架进行连接。本发明的结构非常紧凑、重量轻且低成本。

Description

一种紧凑型风力发电机组的改进结构

技术领域

本发明涉及风力发电的技术领域，尤其是指一种紧凑型风力发电机组的改进结构。

背景技术

业内习知，随着风力发电技术的不断发展，风力发电机组单机容量不断增大，进而其外形尺寸也不断地增大，使得其生产、运输和安装成本越来越高。新型风力发电机组结构设计中，其趋势是采用更紧凑和更轻的单元。传统型风力发电机组结构，齿轮箱以及发电机都作为主机架上的独立部件布置在轴承后面，于是这主机架就带有从转子轴承将转子载荷传给塔架的功能，轴承上的载荷就必须从轴承螺栓连接表面经由主机架引入塔架中。而为不使主机架的结构与齿轮箱和发电机相冲突，这就引起主机架结构需要在背对转子的区域中有大开口，以用于装配齿轮箱。从强度和变形的角度来看，这些敞开式结构具有很大缺点，因为各部件因此要承受很大的附加应力。而且，这些结构具有太多部件，因为这些部件的功能不同于载荷传递。因此，本设计方案的开发目标是设计更紧凑、更轻量和成本更低的风力发电机组，传动系统外壳兼做载荷传递部件。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种紧凑型风力发电机组的改进结构，实现一种非常紧凑、重量轻且低成本的总体结构，例如将转子轴承、齿轮箱的前端法兰、传动系外壳嵌入从转子到塔架的力传递装置中，同时应当确保独立部件，特别是齿轮箱和发电机，能够独立安装并且还能在维修作业时被独立处理。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种紧凑型风力发电机组的改进结构，包括有至少一个转子叶片、轮毂、齿轮箱、发电机、传动系外壳、偏航组件及内置有液压、润滑、冷却综合系统的机舱座，其中，所述轮毂上装有变桨轴承，所述转子叶片通过变桨轴承与轮毂连接；所述齿轮箱采用两级行星传动，其内部集成双列圆锥滚子轴承作为转子轴承，该转子轴承的内圈与齿轮箱的前端盖连接，其外圈与齿轮箱的前端法兰及齿轮箱的外壳连接，承受叶片传递过来的所有载荷，所述齿轮箱的外壳与发电机的外壳通过法兰螺栓连接，所述齿轮箱的前端法兰上有内外两圈螺栓，内圈螺栓将齿轮箱的前端法兰、转子轴承、外壳连接到发电机的外壳上，外圈螺栓将齿轮箱的前端法兰连接到传动系外壳上，传动系外壳由螺栓连接到机舱座上，所述机舱座通过偏航组件的偏航轴承与风力发电机组配套的塔架进行连接；所述轮毂经过风轮锁定盘和齿轮箱的前端盖，用螺栓连接到转子轴承的内圈上；所述齿轮箱的前端法兰、转子轴承及传动系外壳布置在轮毂与机舱座之间，被设计成载荷传递部件，并经由法兰螺栓相互连接；所述齿轮箱和发电机布置在传动系外壳内部；所述传动系外壳被设计成用于传递最大静态和动态转子载荷的支撑结构，而齿轮箱和发电机的外壳只承受发电机的扭矩和重力。

所述齿轮箱的前端法兰上安装有风轮锁定装置，与风轮锁定盘配合实现风力发电机组的转子锁定。

所述齿轮箱的输出轴穿过中空的发电机轴，在发电机背侧与发电机的转子进行连接，发电机转子由独立的双轴承支撑，齿轮箱和发电机之间的连接集成有高速轴制动盘，与位于机舱座内的高速轴制动装置配合实现高速轴制动功能。

所述齿轮箱的前端法兰、传动系外壳和机舱座的前端法兰具有相同尺寸的外径；所述齿轮箱是带有同轴的主动轴和从动轴的两级行星齿轮箱，并且具有15至25的传动比，所述发电机被布置在两级行星传动的下游，具有200至400转/分的额定转速。

所述偏航轴承带有内齿，利用四个偏航电机通过偏航减速机驱动进行偏航；所述偏航组件还包括有偏航制动器和偏航制动盘，用于提供偏航阻尼和制动。

所述液压、润滑、冷却综合系统为齿轮箱、转子轴承、发电机轴承提供润滑，润滑油经由顶部管路进入齿轮箱和发电机，利用齿轮箱和发电机内部油路喷溅润滑，润滑油汇集到齿轮箱和发电机底部，经由底部回油管路返回液压、润滑、冷却综合系统的油箱内；所述液压、润滑、冷却综合系统为位于机舱座内的高速轴制动装置和偏航组件的偏航制动器及装于齿轮箱前端法兰上的风轮锁定装置提供液压压力；所述液压、润滑、冷却综合系统集成有发电机水冷系统，此系统连接两个外置冷却器，用于冷却齿轮油和发电机冷却水，外置冷却器利用支架安装在机舱座尾部；所述机舱座的顶部安装有风速风向仪支架，该支架的前支脚固定在机舱座上，后支脚固定在外置冷却器的支架上。

所述发电机采用中速永磁同步发电机，发电机的外壳与齿轮箱的外壳直径相同，齿轮箱和发电机的外壳只承受转子扭矩，不承受其他力和弯矩载荷。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、传统型风力发电机组具有独立的齿轮箱和发电机，其机架上设置了大开口以用于安装齿轮箱，局部会产生高的应力和变形，就结构而言有很大缺点。本风力发电机组利用齿轮箱外壳和机舱座传递载荷，不会在局部产生高的应力和变形。

2、本风力发电机组获得了功能元件的进一步整合，结构紧凑，体积小，重量轻，就部件而言进行了节省。

3、本风力发电机组使用双列圆锥滚子轴承，其不仅吸收来自转子的推力和剪力，而且只在一个轴承位置传递弯矩，与传统的双转子轴承的支撑或者一个转子轴承和齿轮箱内部轴承的支撑结构相比，双列圆锥滚子轴承的使用获得更紧凑的传动系统。

4、本风力发电机组的齿轮箱和发电机可采用立式安装，装配方便，容易保证传动系统对中精度。

5、本风力发电机组的齿轮箱和发电机紧密连接到一起，可以采用一体式集成润滑和冷却系统，系统集成度高。

6、采用单独的传动系外壳传递整机载荷，齿轮箱和发电机的外壳不作为载荷传递元件，使得齿轮箱和发电机内部零件受力简单，有利于延长齿轮箱和发电机的寿命。

附图说明

图1为本发明所述紧凑型风力发电机组的改进结构的结构示意图。

图2为本发明所述紧凑型风力发电机组的改进结构的整体剖视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，本实施例所述的紧凑型风力发电机组的改进结构，包括有至少一个转子叶片(图中未画出)、轮毂1、齿轮箱2、发电机3、传动系外壳4、偏航组件5及内置有液压、润滑、冷却综合系统6的机舱座7。所述轮毂1上装有变桨轴承19，变桨系统与传统型风力发电机组相同，采用内齿啮合传动的电动变桨系统，利用变桨电机经由变桨齿轮箱进行驱动。轮毂1及其组件的外壁可以经受风吹、日晒、雨淋，不需要整流罩。所述转子叶片通过变桨轴承19与轮毂1连接。所述轮毂1经过风轮锁定盘8和齿轮箱2的前端盖9，用螺栓连接到齿轮箱2的转子轴承11的内圈上；所述齿轮箱2的前端法兰10、转子轴承11及传动系外壳4布置在轮毂1与机舱座7之间，被设计成载荷传递部件，并且经由法兰螺栓相互连接。所述齿轮箱2和发电机3布置在传动系外壳4的内部。齿轮箱2的前端法兰10上可安装风轮锁定装置12，与风轮锁定盘8配合实现风力发电机组的转子锁定。

所述齿轮箱2采用两级行星传动，其内部集成双列圆锥滚子轴承作为转子轴承11，该转子轴承11的内圈与齿轮箱2的前端盖9连接，其外圈与齿轮箱2的前端法兰10及齿轮箱2的外壳13连接，承受叶片传递过来的所有载荷。所述齿轮箱2的外壳13与发电机3的外壳14通过法兰螺栓连接。所述齿轮箱2的前端法兰10上有内外两圈螺栓，内圈螺栓将齿轮箱2的前端法兰10、转子轴承11、外壳13连接到发电机3的外壳14上，外圈螺栓将齿轮箱2的前端法兰10连接到传动系外壳4上，传动系外壳4由螺栓连接到机舱座7上。所述机舱座7通过偏航组件5的偏航轴承15与风力发电机组配套的塔架(图中未画出)进行连接。叶片上的载荷作用到轮毂1上，由转子轴承11传递给齿轮箱的前端法兰10，再通过传动系外壳4传递给机舱座7，进而由偏航轴承15传递给塔架，由塔架传递给地基基础。

所述发电机3采用中速永磁同步发电机，发电机3的外壳14与齿轮箱2的外壳13直径大致相同，齿轮箱和发电机的外壳只承受转子扭矩，不承受其他力和弯矩载荷。齿轮箱2和发电机3置于传动系外壳4内部，使得风力发电机组轴向尺寸缩短，结构更紧凑。

所述齿轮箱2的输出轴穿过中空的发电机轴，在发电机背侧与发电机3的转子进行连接，发电机转子由独立的双轴承支撑，齿轮箱2和发电机3之间的连接集成有高速轴制动盘，与位于机舱座7内的高速轴制动装置16配合实现高速轴制动功能。

所述传动系外壳4被设计成用于传递最大静态和动态转子载荷的支撑结构，而齿轮箱和发电机的外壳只承受发电机的扭矩和重力。而且，转子轴承11被螺栓紧固在齿轮箱2的外壳13上，并且将转子载荷传入齿轮箱2的前端法兰10中。齿轮箱2的前端法兰10将载荷传入传动系外壳4，再由传动系外壳4传入舱座7中。机舱座7再把载荷传入偏航轴承15，偏航轴承15再将载荷传入塔架。作为这种设计的结果，齿轮箱和发电机的外壳不作为载荷传递元件，使得齿轮箱2和发电机3内部零件受力简单，有利于延长齿轮箱2和发电机3的寿命。

如果齿轮箱2的前端法兰10、传动系外壳4和机舱座7的前端法兰具有大致相同尺寸的外径，这种布置就特别有利。这种情形会得到非常良好的力传递，而没有任何更大的载荷转移。这会得到的状况是：齿轮箱2是带有同轴的主动轴和从动轴的两级行星齿轮箱，并且具有大约15至25的传动比；发电机3被布置在那里的下游，并且因而具有大约200至400转/分的额定转速。机舱座7还具有容纳风速风向仪单元，高速轴制动装置16，液压、润滑、冷却综合系统6的功能。

所述齿轮箱2的前端法兰10、传动系外壳4和机舱座7被设计为可以耐受风吹日晒雨淋，不需要用于保护不受天气影响并容纳子单元的额外机舱罩。

所述偏航轴承15带有内齿，利用四个偏航电机通过偏航减速机驱动进行偏航。偏航组件5还包括偏航制动器和偏航制动盘，用于提供偏航阻尼和制动。

位于机舱座7内的液压、润滑、冷却综合系统6提供三方面功能：一是为齿轮箱、转子轴承、发电机轴承提供润滑，润滑油经由顶部管路进入齿轮箱和发电机，利用齿轮箱和发电机内部油路喷溅润滑，润滑油汇集到齿轮箱和发电机底部，经由底部回油管路返回液压、润滑、冷却综合系统的油箱内；二是为高速轴制动装置16和偏航制动器及风轮锁定装置12提供液压压力；三是集成发电机水冷系统，此系统连接两个外置冷却器17，用于冷却齿轮油和发电机冷却水，外置冷却器17利用支架安装在机舱座尾部。机舱座7的顶部安装有风速风向仪支架18，该支架的前支脚固定在机舱座7上，后支脚固定在外置冷却器17的支架上。

以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种紧凑型风力发电机组的改进结构，其特征在于：包括有至少一个转子叶片、轮毂、齿轮箱、发电机、传动系外壳、偏航组件及内置有液压、润滑、冷却综合系统的机舱座，其中，所述轮毂上装有变桨轴承，所述转子叶片通过变桨轴承与轮毂连接；所述齿轮箱采用两级行星传动，其内部集成双列圆锥滚子轴承作为转子轴承，该转子轴承的内圈与齿轮箱的前端盖连接，其外圈与齿轮箱的前端法兰及齿轮箱的外壳连接，承受叶片传递过来的所有载荷，所述齿轮箱的外壳与发电机的外壳通过法兰螺栓连接，所述齿轮箱的前端法兰上有内外两圈螺栓，内圈螺栓将齿轮箱的前端法兰、转子轴承、外壳连接到发电机的外壳上，外圈螺栓将齿轮箱的前端法兰连接到传动系外壳上，传动系外壳由螺栓连接到机舱座上，所述机舱座通过偏航组件的偏航轴承与风力发电机组配套的塔架进行连接；所述轮毂经过风轮锁定盘和齿轮箱的前端盖，用螺栓连接到转子轴承的内圈上；所述齿轮箱的前端法兰、转子轴承及传动系外壳布置在轮毂与机舱座之间，被设计成载荷传递部件，并经由法兰螺栓相互连接；所述齿轮箱和发电机布置在传动系外壳内部；所述传动系外壳被设计成用于传递最大静态和动态转子载荷的支撑结构，而齿轮箱和发电机的外壳只承受发电机的扭矩和重力。

2.根据权利要求1所述的一种紧凑型风力发电机组的改进结构，其特征在于：所述齿轮箱的前端法兰上安装有风轮锁定装置，与风轮锁定盘配合实现风力发电机组的转子锁定。

3.根据权利要求1所述的一种紧凑型风力发电机组的改进结构，其特征在于：所述齿轮箱的输出轴穿过中空的发电机轴，在发电机背侧与发电机的转子进行连接，发电机转子由独立的双轴承支撑，齿轮箱和发电机之间的连接集成有高速轴制动盘，与位于机舱座内的高速轴制动装置配合实现高速轴制动功能。

4.根据权利要求1所述的一种紧凑型风力发电机组的改进结构，其特征在于：所述齿轮箱的前端法兰、传动系外壳和机舱座的前端法兰具有相同尺寸的外径；所述齿轮箱是带有同轴的主动轴和从动轴的两级行星齿轮箱，并且具有15至25的传动比，所述发电机被布置在两级行星传动的下游，具有200转/分至400转/分的额定转速。

5.根据权利要求1所述的一种紧凑型风力发电机组的改进结构，其特征在于：所述偏航轴承带有内齿，利用四个偏航电机通过偏航减速机驱动进行偏航；所述偏航组件还包括有偏航制动器和偏航制动盘，用于提供偏航阻尼和制动。

6.根据权利要求1所述的一种紧凑型风力发电机组的改进结构，其特征在于：所述液压、润滑、冷却综合系统为齿轮箱、转子轴承、发电机轴承提供润滑，润滑油经由顶部管路进入齿轮箱和发电机，利用齿轮箱和发电机内部油路喷溅润滑，润滑油汇集到齿轮箱和发电机底部，经由底部回油管路返回液压、润滑、冷却综合系统的油箱内；所述液压、润滑、冷却综合系统为位于机舱座内的高速轴制动装置和偏航组件的偏航制动器及装于齿轮箱前端法兰上的风轮锁定装置提供液压压力；所述液压、润滑、冷却综合系统集成有发电机水冷系统，该发电机水冷系统连接两个外置冷却器，用于冷却齿轮油和发电机冷却水，外置冷却器利用支架安装在机舱座尾部；所述机舱座的顶部安装有风速风向仪支架，该支架的前支脚固定在机舱座上，后支脚固定在外置冷却器的支架上。

7.根据权利要求1所述的一种紧凑型风力发电机组的改进结构，其特征在于：所述发电机采用中速永磁同步发电机，发电机的外壳与齿轮箱的外壳直径相同，齿轮箱和发电机的外壳只承受转子扭矩，不承受其他力和弯矩载荷。