本发明专利技术公开了大功率高速风力发电机用主传动增速齿轮箱，由封闭行星齿轮传动与一级平行轴齿轮传动组成，其中封闭行星齿轮传动是由一级差动行星齿轮传动与一级基本行星齿轮传动组合而成，属于功率分流型传动，齿轮箱低速级承担输入功率的75%，故在承受相同载荷条件下，本发明专利技术的齿轮箱具有结构紧凑、体积小、重量减轻至少10%、可靠性高、能降低风力发电机组总成本的特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种大功率高速风力发电机用主传动增速齿轮箱,其安装在风力发电机组的叶轮和发电机之间，特别适用于3丽以上的大功率海上、陆上两用型高速风力发电机主传动系统。
技术介绍
目前国内外市场上按发电机的输入转速分类有三种风力发电机组，一种叫高速型(双馈型):是通过齿轮箱将叶轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机、同时将叶轮的额定转速从12_20rpm增速到发电机发电所需的额定输入转速1200_1800rpm，从而发电机并网发电。齿轮箱速比通常为75-125，一般采用三级齿轮传动；第二种叫低速型(直驱型):采用永磁发电机，叶片动力直接驱动发电机发电，而不用齿轮箱增速和传递动力。第三种叫中速型(半直驱型)其传动和发电原理同高速型，区别仅在于齿轮箱的速比通常为10-40，采用一级或二级齿轮传动。直驱型虽然省去了故障率高的齿轮箱，但是电机体积大，不便于安装运输，技术难度和制造成本较高，电机控制较为复杂，且受稀土价格影响发电机的成本，目前只有德国Enercon公司、西门子公司以及国内的金风科技等少数几家企业生产直驱式风电机组，市场占有率不高；双馈型虽然齿轮箱故障率高，但是齿轮箱的研发设计、选材制造、试验监控等技术一直在稳步提高并有所突破，电机转速高、体积小，便于运输安装，技术难度和制造成本低，是目前市场主流。以丹麦Vestas公司的V80、V90为代表的双馈变速恒频风电机组，在国际风电市场中所占的份额最大。德国Repower公司利用该技术开发的机组单机容量已经达到5丽。西门子公司、德国Nordex公司、西班牙Gamesa公司、美国GE风能公司和印度Suzlon公司都在生产双馈变速恒频风电机组。至于半直驱型，市场占有率极低，其既具有二者的优点也同时具有二者的缺点。专利技术名称为“混合驱动型风力发电增速齿轮箱”、申请号为200710191373.1的中国专利，就是用于半直驱机型的齿轮箱，其只有一级行星传动，速比在10以内。当今世界上风电机组有两种发展模式一是陆地风力发电，主要机型是1. 5丽、2丽、3丽陆地型风电机组；二是海上风力发电，主要机型是3丽、5丽及以上的大型风电机组。大功率海上型风电机组是未来风电发展的趋势。近年来，海上风电场的开发进一步加快了大容量风电机组的发展，目前世界上已运行的最大风电机组单机容量已达到6MW，风轮直径达到127m，塔架高度100米。作为大功率(3MW以上)风力发电机组主传动核心部件的齿轮箱，它安装在距离海(地)面90米以上的狭小机舱内，随着风电机组单机容量的加大，齿轮箱的重量对机舱、塔架、基础、机组风载的影响越发凸显、也是整机成本的重要影响因素。大功率风电机组对齿轮箱体积和重量的限制远比小兆瓦的风电机组高得多。现有技术中的大功率风电齿轮箱采用两级基本行星齿轮传动与一级平行轴齿轮传动所组成的串行结构，功率传递路线串行使得每级零件都承担输入功率的100%，这种结构的齿轮箱功率密度低、体积大且可靠性差，对制造要求高，是大功率大高速风力发电机组技术发展的瓶颈。因此研发一种功率密度高、体积小、可靠性高、成本低的大功率高速风力发电机用主传动增速齿轮箱是亟待解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种功率密度高、体积小、可靠性高、成本低的大功率海陆型高速风力发电机主传动增速齿轮箱。为达到以上目的，通过以下技术方案实现的大功率高速风力发电机用主传动增速齿轮箱，由封闭行星齿轮传动与一级平行轴齿轮传动组成，其中封闭行星齿轮传动是由一级差动行星齿轮传动与一级基本行星齿轮传动组合而成；中心轴承座设在第一级行星架和第二级内齿圈之间，它们通过高强螺栓依次联接成一体；中心轴承座内装有中心轴承(双列圆锥滚子轴承)，中心轴承的外环与中心轴承座的内孔采用过渡配合并通过螺栓联接，中心轴承的内环与第二级行星架盖采用过盈配合，轴承压板通过螺栓与第二级行星架盖的端面联接以定位并压紧中心轴承的内环端面；第一级行星架通过螺栓、销同第一级行星架盖联接构成双臂结构的行星架，第一级行星架的输入端通过两圈螺栓与机组的过渡连接法兰套相联结，过渡连接法兰套上装有机组主轴承，此外，第一级行星架构成齿轮箱外轮廓的一部分即兼有箱体的功能；第一级行星架沿着圆周方向等分设置三个第一级行星轮；行星轮通过两个单列圆柱滚子轴承安装在第一级行星轮轴上，第一级行星轮轴与第一级行星架采用过盈配合联接；第一级内齿圈设在第一级行星架内部并通过连接盘与第二级太阳轮联接成一体，其中第一级内齿圈通过螺栓与连接盘相联接，且连接盘与第二级太阳轮通过圆柱面过盈配合进行联接；第一级太阳轮的上风向为轮齿、下风向的外花键与平行轴齿轮传动的大齿轮的内花键联接；至此除了三个第一级行星轮以外，其余提到的所有零件回转轴线均重合；安装在第一行星架上的三个第一级行星轮同时与第一级太阳轮、第一级内齿圈啮合，即此结构构成具有两个自由度的差动行星齿轮传动机构；第二级行星架通过螺栓和销同第二级行星架盖联接构成双臂结构的行星架，输出箱体通过螺栓和销同第二级行星架联接，偏心后盖和机械泵端盖通过螺栓与第二行星架相联接；泵端盖上设有机械泵，且与机械泵同轴的泵齿轮与大齿轮啮合；第二级行星架构成齿轮箱外轮廓的一部分，第二级行星架上设置有扭力臂，且扭力臂通过弹性支撑(ESM)安装在机组的主机架上用于承受齿轮箱的工作扭矩；第二级行星架沿着圆周方向等分设置5个第二级行星轮，行星轮通过两个单列满装圆柱滚子轴承安装在第二级行星轮轴上，第二级行星轮轴与第二级行星架采用过盈配合联接；安装在第二级行星架上的五个第二级行星轮同时与第二级太阳轮、第二级内齿圈啮合，即此结构构成具有一个自由度的准行星齿轮传动；大齿轮安装于第二级行星架内部，大齿轮上的内花键与第一级太阳轮下风向的外花键同轴联接，大齿轮的两轴端分别通过两个风向轴承安装在第二级行星架和偏心后盖上；输出齿轮轴两端通过上风向的单列圆柱滚子轴承、下风向面对面配置的两个第一行星轮轴承安装在输出箱体内；大齿轮和输出齿轮轴构成人字齿平行轴齿轮传动；采用上述技术方案的本专利技术功率传递过程(不考虑功率损失)叶轮在风力作用下所产生的功率P通过轮毂同时输入给第一级行星架和第二级内齿圈，输入给第一级行星架的功率pl，输入给第二级内齿圈的功率为P2，pl+p2=p，p2占P的比值由第一级和第二级行星齿轮传动的齿数决定、取(75±3)% ;第二级行星齿轮传动的行星架固定不动，第二级内齿圈与第二级行星轮啮合、第二级行星轮与第二级太阳轮啮合、第二级太阳轮和第一级内齿圈通过连接盘联接成一体，这样第二级内齿圈就把功率P2传递给第一级内齿圈；作为差动行星齿轮传动的第一级行星齿轮传动就具备了两个输入即第一级行星架的输入功率PI和第一级内齿圈的输入功率p2,由于第一级行星轮同时与第一级内齿圈和第一级太阳轮啮合，这样通过第一级行星轮把Pl和P2同时传递给了第一级太阳轮，第一级太阳轮得到的功率为P ;第一级太阳轮通过花键把功率P传递给平行轴齿轮传动的大齿轮，大齿轮通过与输出齿轮轴啮合，把功率P传递给了输出齿轮轴，最后由输出齿轮轴带动发电机发电。综上本专利技术具有以下优点1、由两级基本行星齿轮传动与一级平行轴齿轮传动所组成的功率传递路线串行结构的大功率增速齿轮箱，它的每级齿轮传动都承担输入功率P。而本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
大功率高速风力发电机用主传动增速齿轮箱，由封闭行星齿轮传动与一级平行轴齿轮传动组成，其中封闭行星齿轮传动是由一级差动行星齿轮传动与一级基本行星齿轮传动组合而成；其特征在于：中心轴承座（5）设在第一级行星架（1）和第二级内齿圈（17）之间，它们通过高强螺栓依次联接成一体；中心轴承座（5）内装有中心轴承（4），中心轴承（4）的外环与中心轴承座（5）的内孔采用过渡配合并通过螺栓联接，中心轴承（4）的内环与第二级行星架盖（6）采用过盈配合，轴承压板（19）通过螺栓与第二级行星架盖（6）的端面联接以定位并压紧中心轴承（4）的内环端面；第一级行星架（1）通过螺栓、销同第一级行星架盖（2）联接构成双臂结构的行星架，第一级行星架（1）的输入端通过两圈螺栓（37）与机组的过渡连接法兰套（35）相联结，过渡连接法兰套（35）上装有机组主轴承（36），此外，第一级行星架（1）构成齿轮箱外轮廓的一部分即兼有箱体的功能；第一级行星架（1）沿着圆周方向等分设置三个第一级行星轮（22）；行星轮（22）通过两个单列圆柱滚子轴承（23）安装在第一级行星轮轴（29）上，第一级行星轮轴（29）与第一级行星架（1）采用过盈配合联接；第一级内齿圈（21）设在第一级行星架（1）内部并通过连接盘（3）与第二级太阳轮（18）联接成一体，其中第一级内齿圈（21）通过螺栓与连接盘（3）相联接，且连接盘（3）与第二级太阳轮（18）通过圆柱面过盈配合进行联接；第一级太阳轮（20）的上风向为轮齿、下风向的外花键与平行轴齿轮传动的大齿轮（13）的内花键联接；至此除了三个第一级行星轮（22）以外，其余提到的所有零件回转轴线均重合；安装在第一行星架（1）上的三个第一级行星轮（22）同时与第一级太阳轮（20）、第一级内齿圈（21）啮合，即此结构构成具有两个自由度的差动行星齿轮传动机构；第二级行星架（7）通过螺栓和销同第二级行星架盖（6）联接构成双臂结构的行星架，输出箱体（11）通过螺栓和销同第二级行星架（7）联接，偏心后盖（25）和机械泵端盖（27）通过螺栓与第二行星架（7）相联接；泵端盖（27）上设有机械泵（26），且与机械泵（26）同轴的泵齿轮（28）与大齿轮（13）啮合；第二级行星架（7）构成齿轮箱外轮廓的一部分，第二级行星架（7）上设置有扭力臂（40），且扭力臂（40）通过弹性支撑(ESM)（39）安装在机组的主机架（38）上用于承受齿轮箱的工作扭矩；第二级行星架（7）沿着圆周方向等分设置5个第二级行星轮（16），行星轮（16）通过两个单列满装圆柱滚子轴承（15）安装在第二级行星轮轴（30）上，第二级行星轮轴（30）与第二级行星架（7）采用过盈配合联接；安装在第二级行星架（7）上的五个第二级行星轮（16）同时与第二级太阳轮（18）、第二级内齿圈（17）啮合，即此结构构成具有一个自由度的准行星齿轮传动；大齿轮（13）安装于第二级行星架（7）内部，大齿轮（13）上的内花键与第一级太阳轮（20）下风向的外花键同轴联接，大齿轮（13）的两轴端分别通过两个风向轴承（12）安装在第二级行星架（7）和偏心后盖（25）上；输出齿轮轴（10）两端通过上风向的单列圆柱滚子轴承（8）、下风向面对面配置的两个单列圆锥滚子轴承（9）安装在输出箱体（11）内；大齿轮（13）和输出齿轮轴（10）构成人字齿平行轴齿轮传动。...
【技术特征摘要】
1.大功率高速风力发电机用主传动增速齿轮箱，由封闭行星齿轮传动与一级平行轴齿轮传动组成，其中封闭行星齿轮传动是由一级差动行星齿轮传动与一级基本行星齿轮传动组合而成；其特征在于中心轴承座(5)设在第一级行星架(I)和第二级内齿圈(17)之间，它们通过高强螺栓依次联接成一体；中心轴承座(5)内装有中心轴承(4)，中心轴承(4)的外环与中心轴承座(5)的内孔采用过渡配合并通过螺栓联接，中心轴承(4)的内环与第二级行星架盖(6)采用过盈配合，轴承压板(19)通过螺栓与第二级行星架盖(6)的端面联接以定位并压紧中心轴承(4)的内环端面； 第一级行星架(I)通过螺栓、销同第一级行星架盖(2)联接构成双臂结构的行星架，第一级行星架(I)的输入端通过两圈螺栓(37)与机组的过渡连接法兰套(35)相联结，过渡连接法兰套(35)上装有机组主轴承(36)，此外，第一级行星架(I)构成齿轮箱外轮廓的一部分即兼有箱体的功能；第一级行星架(I)沿着圆周方向等分设置三个第一级行星轮(22)；行星轮(22)通过两个单列圆柱滚子轴承(23)安装在第一级行星轮轴(29)上，第一级行星轮轴(29)与第一级行星架(I)采用过盈配合联接； 第一级内齿圈(21)设在第一级行星架(I)内部并通过连接盘(3)与第二级太阳轮(18)联接成一体，其中第一级内齿圈(21)通过螺栓与连接盘(3)相联接，且连接盘(3)与第二级太阳轮(18)通过圆柱面过盈配合进行联接； 第一级太阳轮(20)的上风向为轮齿、下风向的外花键与平行轴齿轮传动的大齿轮(13)的内花键联接；至此除了三个第一级行星轮(22)以外，其余提到的所有零件回转轴线均重合； 安装在第一行星架(I)上的三个第一级行星轮(22)同时与第一级太阳轮...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈凤艳，张本麒，张雅斌，赵昕，苏新顺，郝丽格，
申请(专利权)人：大连华锐重工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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