[发明专利]大功率高速风力发电机用主传动增速齿轮箱

说明书

技术领域

本发明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3MW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。

背景技术

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5MW。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。发明名称为“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1.5MW、2MW、3MW陆地型风电机组；二是海上风力发电，主要机型是3MW、5MW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。

发明内容

本发明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；