[发明专利]风力发电多齿轮增速发电装置

说明书

技术领域

本发明是风力发电中的齿轮增速发电装置。是针对大型风力发电齿轮增速装置传动链间负荷极高，齿轮增速装置必须是重型、高精度、造价昂贵、维护困难、维修费极高设备的弊端而作的发明。该发明从根本上解决了齿轮传动链间负荷极高的困难；并具有结构简单、制造容易、运行可靠、使用寿命极长、造价很低优势，其中很多零部件可作成通用标准件，不同规格的该种机型风力发电机皆可通用；大型发电机改变为多台中小型发电机发电后能充分发挥感应发电机的优势，使得并网无需繁杂结构，并网冲击小。

背景技术

在可再生能源的开发利用中，一些国家、特别是欧洲的丹麦、德国、西班牙，风电已经成为电力主要组成部分。中国的风力发电也正在迅速发展应用中。为了风力发电，中国政府已投入几千亿元，中国大型风力发电机基本机型属于欧洲型结构，该机型的技术性能不令人满意。其根本原因是风电增速器的传动链中承担着超常重负荷，为了确保传动链达到高承载能力，采取了将增速器制成复杂的高精度的分流重型设备的技术路线来维持风机运行。

具体来说，风力发电装置的原理是风力推动风叶轮作低速旋转，经风电增速装置增速后带动发电电机发电。由于大型风电增速装置输入的扭矩在几十吨米以上，为了降低轮齿面接触应力，采取多套传动路线共同承担负荷尔后经一轴上带动发电机发电方案。这种传动虽然可降低齿面接触应力，但各分流的传动链间必须严格同步，否则轮齿会因发生干涉而损坏，整个风电增速器增速就必然是高精度的复杂的重型设备。由此必须需要高精度的重型装备，但在全国仅有少数几家才拥有高精度的重型机床。在制造过程中，设备制造费用的增加与设备制造精度等级的提高是呈指数关系，通常中小功率的齿轮传动，其制造精度等级8-9级，其售价约几千元至几万元。而分流法减速传动的设备制造精度等级5-6级，一台传动千千瓦级功率风电增速器售价在百万元以上。现今风电分流式的齿轮增速装置的诸多弊端正阻碍着风力发电的发展。

发明内容

比较现今的风电分流式齿轮增速装置与传统流式齿轮减速装置不难发现它们均是扭矩输入后分流传动后再汇合各分流的扭矩而由一根轴输出扭矩，这种传动方式的传动链间必须严格同步，否则轮齿会发生干涉损坏，整个系统必须是高精度的复杂的重型设备。其区别前者是增速，后者是减速。理论上，轮齿间的接触应力可以通过增加接触面积而减少，为了改善接触就必须提高精度，提高精度又带来成本的剧增，而增加接触面积程度有限，制造精度提高也有限，因此遵循现有分流转动齿轮技术路线无法根本解决高接触应力困难。风电齿轮增速装置增速的目的是为了获得高速驱动发电机发电。多台小型发电机发的电量是可以等同一台大型发电机发出的电量的，根据此原理，可将现有的驱动一台大型发电机更改为与风叶轮主轴固联的大齿轮同时驱动多台小型发电机发电。由于这种传动是驱动多台各自独立的、不相干涉的小型发电机发电，各传动链间不可能发生轮齿干涉，而各发电机发电时虽有不同步也不会影响发电并网。这样风电齿轮增速装置就变成为多条结构相同的常规中、小传动功率的传动结构，此即为本发明的多齿轮增速发电装置中的次级增速发电结构。次级增速发电结构尺寸小、结构是简单的、制造精度不需很高、制造费用很低、其数量可以根据需要设计成几至几十，增加发电机功率，就变成为增加主轴固联的大齿轮的个数及增加次级增速发电结构数量，这样无论风力发电机功率多大，均可使每个次级增速发电结构所受负荷成为轻载，次级增速发电结构速单级减速足够，其使用寿命长，维修简单；尽管多个次级增速发电结构数量可多达几十个，但总造价仍不很高。大型机发电机用中、小型发电机发电在电器技术上是很容易实施的事。而且采用多个中、小型发电机发电，感应发电机的转差率允许取值较大，这对减少风力发电固有的功率波动以及风力机频受冲击的机械应力是特有好处的。感应发电并网不像同步发电繁杂，其缺点是并网有较大冲击，采用多个小型发电机依序并入措施，可使电网免受较大冲击；将发电机作成中小型功率绕线式无级调速发电机在技术上是易行的，而无级无级调速发电可以在风速变化时调速以维持发电机恒速发电，采用中小型功率绕线式无级调速发电机会使风力发电的调速变得既简单可靠又成本低廉。