本發明專利技術公開了大功率高速風力發電機用主傳動增速齒輪箱，由封閉行星齒輪傳動與一級平行軸齒輪傳動組成，其中封閉行星齒輪傳動是由一級差動行星齒輪傳動與一級基本行星齒輪傳動組合而成，屬于功率分流型傳動，齒輪箱低速級承擔輸入功率的75%，故在承受相同載荷條件下，本發明專利技術的齒輪箱具有結構緊湊、體積小、重量減輕至少10%、可靠性高、能降低風力發電機組總成本的特點。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種大功率高速風力發電機用主傳動增速齒輪箱,其安裝在風力發電機組的葉輪和發電機之間，特別適用于3麗以上的大功率海上、陸上兩用型高速風力發電機主傳動系統。
技術介紹
目前國內外市場上按發電機的輸入轉速分類有三種風力發電機組，一種叫高速型(雙饋型):是通過齒輪箱將葉輪在風力作用下所產生的動力傳遞給發電機、同時將葉輪的額定轉速從12_20rpm增速到發電機發電所需的額定輸入轉速1200_1800rpm，從而發電機并網發電。齒輪箱速比通常為75-125，一般采用三級齒輪傳動；第二種叫低速型(直驅型):采用永磁發電機，葉片動力直接驅動發電機發電，而不用齒輪箱增速和傳遞動力。第三種叫中速型(半直驅型)其傳動和發電原理同高速型，區別僅在于齒輪箱的速比通常為10-40，采用一級或二級齒輪傳動。直驅型雖然省去了故障率高的齒輪箱，但是電機體積大，不便于安裝運輸，技術難度和制造成本較高，電機控制較為復雜，且受稀土價格影響發電機的成本，目前只有德國Enercon公司、西門子公司以及國內的金風科技等少數幾家企業生產直驅式風電機組，市場占有率不高；雙饋型雖然齒輪箱故障率高，但是齒輪箱的研發設計、選材制造、試驗監控等技術一直在穩步提高并有所突破，電機轉速高、體積小，便于運輸安裝，技術難度和制造成本低，是目前市場主流。以丹麥Vestas公司的V80、V90為代表的雙饋變速恒頻風電機組，在國際風電市場中所占的份額最大。德國Repower公司利用該技術開發的機組單機容量已經達到5麗。西門子公司、德國Nordex公司、西班牙Gamesa公司、美國GE風能公司和印度Suzlon公司都在生產雙饋變速恒頻風電機組。至于半直驅型，市場占有率極低，其既具有二者的優點也同時具有二者的缺點。專利技術名稱為“混合驅動型風力發電增速齒輪箱”、申請號為200710191373.1的中國專利，就是用于半直驅機型的齒輪箱，其只有一級行星傳動，速比在10以內。當今世界上風電機組有兩種發展模式一是陸地風力發電，主要機型是1. 5麗、2麗、3麗陸地型風電機組；二是海上風力發電，主要機型是3麗、5麗及以上的大型風電機組。大功率海上型風電機組是未來風電發展的趨勢。近年來，海上風電場的開發進一步加快了大容量風電機組的發展，目前世界上已運行的最大風電機組單機容量已達到6MW，風輪直徑達到127m，塔架高度100米。作為大功率(3MW以上)風力發電機組主傳動核心部件的齒輪箱，它安裝在距離海(地)面90米以上的狹小機艙內，隨著風電機組單機容量的加大，齒輪箱的重量對機艙、塔架、基礎、機組風載的影響越發凸顯、也是整機成本的重要影響因素。大功率風電機組對齒輪箱體積和重量的限制遠比小兆瓦的風電機組高得多。現有技術中的大功率風電齒輪箱采用兩級基本行星齒輪傳動與一級平行軸齒輪傳動所組成的串行結構，功率傳遞路線串行使得每級零件都承擔輸入功率的100%，這種結構的齒輪箱功率密度低、體積大且可靠性差，對制造要求高，是大功率大高速風力發電機組技術發展的瓶頸。因此研發一種功率密度高、體積小、可靠性高、成本低的大功率高速風力發電機用主傳動增速齒輪箱是亟待解決的技術難題。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是提供一種功率密度高、體積小、可靠性高、成本低的大功率海陸型高速風力發電機主傳動增速齒輪箱。為達到以上目的，通過以下技術方案實現的大功率高速風力發電機用主傳動增速齒輪箱，由封閉行星齒輪傳動與一級平行軸齒輪傳動組成，其中封閉行星齒輪傳動是由一級差動行星齒輪傳動與一級基本行星齒輪傳動組合而成；中心軸承座設在第一級行星架和第二級內齒圈之間，它們通過高強螺栓依次聯接成一體；中心軸承座內裝有中心軸承(雙列圓錐滾子軸承)，中心軸承的外環與中心軸承座的內孔采用過渡配合并通過螺栓聯接，中心軸承的內環與第二級行星架蓋采用過盈配合，軸承壓板通過螺栓與第二級行星架蓋的端面聯接以定位并壓緊中心軸承的內環端面；第一級行星架通過螺栓、銷同第一級行星架蓋聯接構成雙臂結構的行星架，第一級行星架的輸入端通過兩圈螺栓與機組的過渡連接法蘭套相聯結，過渡連接法蘭套上裝有機組主軸承，此外，第一級行星架構成齒輪箱外輪廓的一部分即兼有箱體的功能；第一級行星架沿著圓周方向等分設置三個第一級行星輪；行星輪通過兩個單列圓柱滾子軸承安裝在第一級行星輪軸上，第一級行星輪軸與第一級行星架采用過盈配合聯接；第一級內齒圈設在第一級行星架內部并通過連接盤與第二級太陽輪聯接成一體，其中第一級內齒圈通過螺栓與連接盤相聯接，且連接盤與第二級太陽輪通過圓柱面過盈配合進行聯接；第一級太陽輪的上風向為輪齒、下風向的外花鍵與平行軸齒輪傳動的大齒輪的內花鍵聯接；至此除了三個第一級行星輪以外，其余提到的所有零件回轉軸線均重合；安裝在第一行星架上的三個第一級行星輪同時與第一級太陽輪、第一級內齒圈嚙合，即此結構構成具有兩個自由度的差動行星齒輪傳動機構；第二級行星架通過螺栓和銷同第二級行星架蓋聯接構成雙臂結構的行星架，輸出箱體通過螺栓和銷同第二級行星架聯接，偏心后蓋和機械泵端蓋通過螺栓與第二行星架相聯接；泵端蓋上設有機械泵，且與機械泵同軸的泵齒輪與大齒輪嚙合；第二級行星架構成齒輪箱外輪廓的一部分，第二級行星架上設置有扭力臂，且扭力臂通過彈性支撐(ESM)安裝在機組的主機架上用于承受齒輪箱的工作扭矩；第二級行星架沿著圓周方向等分設置5個第二級行星輪，行星輪通過兩個單列滿裝圓柱滾子軸承安裝在第二級行星輪軸上，第二級行星輪軸與第二級行星架采用過盈配合聯接；安裝在第二級行星架上的五個第二級行星輪同時與第二級太陽輪、第二級內齒圈嚙合，即此結構構成具有一個自由度的準行星齒輪傳動；大齒輪安裝于第二級行星架內部，大齒輪上的內花鍵與第一級太陽輪下風向的外花鍵同軸聯接，大齒輪的兩軸端分別通過兩個風向軸承安裝在第二級行星架和偏心后蓋上；輸出齒輪軸兩端通過上風向的單列圓柱滾子軸承、下風向面對面配置的兩個第一行星輪軸承安裝在輸出箱體內；大齒輪和輸出齒輪軸構成人字齒平行軸齒輪傳動；采用上述技術方案的本專利技術功率傳遞過程(不考慮功率損失)葉輪在風力作用下所產生的功率P通過輪轂同時輸入給第一級行星架和第二級內齒圈，輸入給第一級行星架的功率pl，輸入給第二級內齒圈的功率為P2，pl+p2=p，p2占P的比值由第一級和第二級行星齒輪傳動的齒數決定、取(75±3)% ;第二級行星齒輪傳動的行星架固定不動，第二級內齒圈與第二級行星輪嚙合、第二級行星輪與第二級太陽輪嚙合、第二級太陽輪和第一級內齒圈通過連接盤聯接成一體，這樣第二級內齒圈就把功率P2傳遞給第一級內齒圈；作為差動行星齒輪傳動的第一級行星齒輪傳動就具備了兩個輸入即第一級行星架的輸入功率PI和第一級內齒圈的輸入功率p2,由于第一級行星輪同時與第一級內齒圈和第一級太陽輪嚙合，這樣通過第一級行星輪把Pl和P2同時傳遞給了第一級太陽輪，第一級太陽輪得到的功率為P ;第一級太陽輪通過花鍵把功率P傳遞給平行軸齒輪傳動的大齒輪，大齒輪通過與輸出齒輪軸嚙合，把功率P傳遞給了輸出齒輪軸，最后由輸出齒輪軸帶動發電機發電。綜上本專利技術具有以下優點1、由兩級基本行星齒輪傳動與一級平行軸齒輪傳動所組成的功率傳遞路線串行結構的大功率增速齒輪箱，它的每級齒輪傳動都承擔輸入功率P。而本發本文檔來自技高網...
【技術保護點】
大功率高速風力發電機用主傳動增速齒輪箱，由封閉行星齒輪傳動與一級平行軸齒輪傳動組成，其中封閉行星齒輪傳動是由一級差動行星齒輪傳動與一級基本行星齒輪傳動組合而成；其特征在于：中心軸承座（5）設在第一級行星架（1）和第二級內齒圈（17）之間，它們通過高強螺栓依次聯接成一體；中心軸承座（5）內裝有中心軸承（4），中心軸承（4）的外環與中心軸承座（5）的內孔采用過渡配合并通過螺栓聯接，中心軸承（4）的內環與第二級行星架蓋（6）采用過盈配合，軸承壓板（19）通過螺栓與第二級行星架蓋（6）的端面聯接以定位并壓緊中心軸承（4）的內環端面；第一級行星架（1）通過螺栓、銷同第一級行星架蓋（2）聯接構成雙臂結構的行星架，第一級行星架（1）的輸入端通過兩圈螺栓（37）與機組的過渡連接法蘭套（35）相聯結，過渡連接法蘭套（35）上裝有機組主軸承（36），此外，第一級行星架（1）構成齒輪箱外輪廓的一部分即兼有箱體的功能；第一級行星架（1）沿著圓周方向等分設置三個第一級行星輪（22）；行星輪（22）通過兩個單列圓柱滾子軸承（23）安裝在第一級行星輪軸（29）上，第一級行星輪軸（29）與第一級行星架（1）采用過盈配合聯接；第一級內齒圈（21）設在第一級行星架（1）內部并通過連接盤（3）與第二級太陽輪（18）聯接成一體，其中第一級內齒圈（21）通過螺栓與連接盤（3）相聯接，且連接盤（3）與第二級太陽輪（18）通過圓柱面過盈配合進行聯接；第一級太陽輪（20）的上風向為輪齒、下風向的外花鍵與平行軸齒輪傳動的大齒輪（13）的內花鍵聯接；至此除了三個第一級行星輪（22）以外，其余提到的所有零件回轉軸線均重合；安裝在第一行星架（1）上的三個第一級行星輪（22）同時與第一級太陽輪（20）、第一級內齒圈（21）嚙合，即此結構構成具有兩個自由度的差動行星齒輪傳動機構；第二級行星架（7）通過螺栓和銷同第二級行星架蓋（6）聯接構成雙臂結構的行星架，輸出箱體（11）通過螺栓和銷同第二級行星架（7）聯接，偏心后蓋（25）和機械泵端蓋（27）通過螺栓與第二行星架（7）相聯接；泵端蓋（27）上設有機械泵（26），且與機械泵（26）同軸的泵齒輪（28）與大齒輪（13）嚙合；第二級行星架（7）構成齒輪箱外輪廓的一部分，第二級行星架（7）上設置有扭力臂（40），且扭力臂（40）通過彈性支撐(ESM)（39）安裝在機組的主機架（38）上用于承受齒輪箱的工作扭矩；第二級行星架（7）沿著圓周方向等分設置5個第二級行星輪（16），行星輪（16）通過兩個單列滿裝圓柱滾子軸承（15）安裝在第二級行星輪軸（30）上，第二級行星輪軸（30）與第二級行星架（7）采用過盈配合聯接；安裝在第二級行星架（7）上的五個第二級行星輪（16）同時與第二級太陽輪（18）、第二級內齒圈（17）嚙合，即此結構構成具有一個自由度的準行星齒輪傳動；大齒輪（13）安裝于第二級行星架（7）內部，大齒輪（13）上的內花鍵與第一級太陽輪（20）下風向的外花鍵同軸聯接，大齒輪（13）的兩軸端分別通過兩個風向軸承（12）安裝在第二級行星架（7）和偏心后蓋（25）上；輸出齒輪軸（10）兩端通過上風向的單列圓柱滾子軸承（8）、下風向面對面配置的兩個單列圓錐滾子軸承（9）安裝在輸出箱體（11）內；大齒輪（13）和輸出齒輪軸（10）構成人字齒平行軸齒輪傳動。...
【技術特征摘要】
1.大功率高速風力發電機用主傳動增速齒輪箱，由封閉行星齒輪傳動與一級平行軸齒輪傳動組成，其中封閉行星齒輪傳動是由一級差動行星齒輪傳動與一級基本行星齒輪傳動組合而成；其特征在于中心軸承座(5)設在第一級行星架(I)和第二級內齒圈(17)之間，它們通過高強螺栓依次聯接成一體；中心軸承座(5)內裝有中心軸承(4)，中心軸承(4)的外環與中心軸承座(5)的內孔采用過渡配合并通過螺栓聯接，中心軸承(4)的內環與第二級行星架蓋(6)采用過盈配合，軸承壓板(19)通過螺栓與第二級行星架蓋(6)的端面聯接以定位并壓緊中心軸承(4)的內環端面； 第一級行星架(I)通過螺栓、銷同第一級行星架蓋(2)聯接構成雙臂結構的行星架，第一級行星架(I)的輸入端通過兩圈螺栓(37)與機組的過渡連接法蘭套(35)相聯結，過渡連接法蘭套(35)上裝有機組主軸承(36)，此外，第一級行星架(I)構成齒輪箱外輪廓的一部分即兼有箱體的功能；第一級行星架(I)沿著圓周方向等分設置三個第一級行星輪(22)；行星輪(22)通過兩個單列圓柱滾子軸承(23)安裝在第一級行星輪軸(29)上，第一級行星輪軸(29)與第一級行星架(I)采用過盈配合聯接； 第一級內齒圈(21)設在第一級行星架(I)內部并通過連接盤(3)與第二級太陽輪(18)聯接成一體，其中第一級內齒圈(21)通過螺栓與連接盤(3)相聯接，且連接盤(3)與第二級太陽輪(18)通過圓柱面過盈配合進行聯接； 第一級太陽輪(20)的上風向為輪齒、下風向的外花鍵與平行軸齒輪傳動的大齒輪(13)的內花鍵聯接；至此除了三個第一級行星輪(22)以外，其余提到的所有零件回轉軸線均重合； 安裝在第一行星架(I)上的三個第一級行星輪(22)同時與第一級太陽輪...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳鳳艷，張本麒，張雅斌，趙昕，蘇新順，郝麗格，
申請(專利權)人：大連華銳重工集團股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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