CN121952801A - 一种集成式垂直轴风机传动链结构和风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种集成式垂直轴风机传动链结构和风力发电机组,包括增速器部件,所述增速器部件的动力输入端与风轮可拆卸式连接,所述增速器部件与风轮同轴设置,所述增速器部件的动力输出端与发电机部件的动力输入轴连接,增速器部件固定安装在塔筒上并位于塔筒外,所述发电机部件位于所述塔筒内;所述增速器部件包括行星轮系组件和输出轴组件,行星轮系组件和输出轴组件可拆卸式相连。本装置能够提高风力发电机组的传动链的紧凑型、可靠性、稳定性,降低运维和生产制造成本。

Description

一种集成式垂直轴风机传动链结构和风力发电机组

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域,特别涉及一种集成式垂直轴风机传动链结构和风力发电机组。

背景技术

风能作为一种清洁、可再生能源,是推动全球能源绿色转型的关键力量,利用风力发电机将风能转化为电能,已成为全球能源转型的核心技术手段之一。风力发电机主要分为水平轴风力发电机与垂直轴风力发电机,相较于水平轴风力发电机,垂直轴风力发电机有着噪声低,占用面积小等优点,尤其在城市等特定应用场景中,垂直轴风力发电机更有优势。

相关现有技术中,垂直轴风机传动系统结构主要有:直驱式发电机直连和半直驱式轴承座+增速器+发电机。对于直驱式结构,随着垂直轴风机规格增大,发电机制造成本较高,经济性较差;对于轴承座+增速器+发电机的结构,能够降低发电机的成本,但增加了轴承座、增速器部件,传动链集成度低,增速器安装在塔筒内部,存在安装、运维难度大,传动效率低的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术上存在的问题,提供一种集成式垂直轴风机传动链结构和风力发电机组,本装置能够提高风力发电机组的传动链的紧凑型、可靠性、稳定性,降低运维和生产制造成本。

为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:一种集成式垂直轴风机传动链结构,包括增速器部件,所述增速器部件采用油浴润滑,所述增速器部件的动力输入端与风轮可拆卸式连接,所述增速器部件与风轮同轴设置,所述增速器部件的动力输出端与发电机部件的动力输入轴连接,增速器部件固定安装在塔筒上并位于塔筒外,所述发电机部件位于所述塔筒内;所述增速器部件包括行星轮系组件和输出轴组件,行星轮系组件和输出轴组件可拆卸式相连。

作为优选方案,所述行星轮系组件包括上壳体和设置在上壳体内的行星轮部件;所述输出轴组件包括下壳体和设置在下壳体内的中心输出轴;所述上壳体与下壳体可拆卸式相连,所述行星轮部件包括行星架和太阳轮,所述行星架的动力输入端与风轮可拆卸式相连,所述太阳轮的第一端通过调心滚子轴承安装在行星架中。

作为优选方案,所述太阳轮的第二端与输出轴组件的中心输出轴的一端可拆卸连接,中心输出轴的第二端与发电机部件的动力输入端可拆卸式相连,所述下壳体可拆卸式安装固定在塔筒上。

作为优选方案,所述行星架靠近第一端的外部安装有轴承A,所述行星架靠近第二端的外部安装有轴承B;所述轴承A的内圈与行星架固定连接,所述轴承A的外圈与上壳体固定连接,所述轴承B的内圈与行星架固定连接,所述轴承B的外圈与上壳体固定连接。

作为优选方案,还包括轴承C,所述轴承C为推力滚子轴承,所述轴承C靠近轴承B一侧设置,且轴承C位于轴承A和轴承B之间,所述轴承C的轴圈与行星架的轴肩抵接,所述轴承C的座圈与上壳体的挡肩一抵接。

作为优选方案,所述上壳体包括前机盖和连接盘,所述前机盖和连接盘分别固定在内齿圈的两端,行星轮内安装有行星轮轴承,行星轮轴承安装在行星轮轴上,行星轮轴固定在行星架中,行星轮轴绕行星架中心轴线等距分布,行星轮分别与内齿圈、太阳轮齿啮合。

作为优选方案,所述太阳轮的第二端轴径外围设置有外花键,所述中心输出轴第一端设置有与外花键适配的内花键,所述中心输出轴的第二端与发电机部件的动力输入轴采用键块相连。

作为优选方案,所述外花键采用修形设计。

作为优选方案,所述下壳体包括后机盖和过渡法兰,所述后机盖沿轴向形成有用于安装中心输出轴的孔腔,所述中心输出轴通过轴承D可转动式安装在后机盖内,所述后机盖与过渡法兰固定连接,所述过渡法兰与塔筒可拆卸式连接。

作为优选方案,所述轴承D设置有两个,且两个轴承D同轴设置,所述中心输出轴外圆面形成有轴肩凸起,所述轴承D分别设置在轴肩凸起两侧,所述后机盖设置有挡肩二,其中一个轴承D外圈抵接在挡肩二处,另一个轴承D的外圈通过透盖抵接固定,所述透盖上形成有中心输出轴穿过的孔,透盖与后机盖可拆卸式相连。

本发明的目的之二是提供一种风力发电机组,采用上述任一项所述的一种集成式垂直轴风机传动链结构。

有益效果

本发明通过结构优化,将增速器部件安装设置在塔筒外部,采用油浴润滑,相比于传统结构中轴承座采用脂润滑、增速器设在塔筒内部,本方案能够保证润滑系统的清洁度,降低油品更换难度,有效减少运维成本。本发明提出的集成式垂直轴风机传动链结构,整体集成度高,结构紧凑,缩短了传动链的尺寸,减轻了传动链重量,减少了部件数量(减少了部件间的摩擦损耗),有效降低了功率损失,提高了垂直轴风机从风能捕获到电能输出的整体传动效率(现有技术中,往往需要将风轮安装在轴承座上,通过轴承座承载风轮的风载和重力,而现有技术的这一结构会增加结构的复杂程度,并增加运维难度)。本方案通过将风轮固定在增速器部件的顶部连接法兰上,采用一级行星传动,通过合理的行星架支撑轴承布置方式,有效承受来自风轮的重力和风载,保证风轮可靠、稳定地运行。

附图说明

为了更清楚地说明发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的集成式垂直轴风机传动链结构示意图;

图2为本发明实施例的增速器部件中行星轮系组件结构示意图;

图3为本发明实施例的增速器部件中输出轴组件结构示意图;

图4为本发明实施例的发电机部件结构示意图;

图5为本发明风力发电机组的结构示意图;

图中标记:

1.风轮;

2.增速器部件,21、第一连接件,22、第二连接件,23、第三连接件,24、第四连接件,25、行星轮系组件,251、上壳体,2501、法兰联轴器,2502、端盖,2503、圆螺母,2504、轴承A,2505、前机盖,2506、行星架,2507、内齿圈,2508、连接盘,2509、调心滚子轴承,2510、行星轮轴,2511、行星轮,2512、太阳轮,2512-1、外花键,2513、轴承C,2513-1、轴圈,2513-2、保持架,2513-3、座圈,2514、轴承B,2515、挡圈,2516、行星轮轴承,26、输出轴组件,261、下壳体,2601、后机盖,2602、轴承D,2603、过渡法兰,2604、中心输出轴,2604-1、内花键,2604-2、键槽,2604-3、轴孔,2606、透盖,2607、密封装置;

3.发电机部件,31、第五连接件,32、平键,33、发电机轴,34、发电机本体,35、制动器;

4.塔筒。

具体实施方式

以下通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解,在没有进一步叙述的情况下,一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益的结合到其它实施方式中。

需要说明的是:除非另做定义,本文所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中所使用的"一个"、"一"或者"该"等类似词语不表述数量限制,而是表示存在至少一个。"包括"或者"包含"等类似的词语指出现在"包括"或者"包含"前面的元件或者物件涵盖出现在"包括"或者"包含"后面列举的元件或者物件及其等同,但并不排除其他具有相同功能的元件或者物件。

如图所示,本实施例提供一种集成式垂直轴风机传动链结构,包括增速器部件2和发电机部件3,增速器部件2的上端为动力输入端,下端为动力输出端,增速器部件2的上端与风轮1连接,增速器部件2的下端与发电机部件3动力输入轴连接,塔筒4形成有开口向上的腔体,发电机部件3固定安装在所述塔筒4的内部,增速器部件2固定安装在塔筒4上且置于塔筒4的腔体外部,如此设计的目的是,不仅能够承受风轮1的重力和风载,而且方便进行检修,同时风轮1旋转带动增速器部件2转动,通过增速器部件2将风轮1的转速提升至发电机部件3所需的转速,进而带动发电机部件3的稳定运转,有效缩短垂直轴风机的传动链长度,降低设备重量,提升风机的发电效率,本方案中,增速器部件2采用油浴润滑。增速器部件2通过安装在塔筒4外侧,并且采用油浴润滑,相比于传统结构中风轮1安装在轴承座上且采用脂润滑(同时现有技术结构中增速器部件设在塔筒4内部),本方案能够保证润滑系统的清洁度,降低油品更换难度,有效减少了运维成本,无需进入塔筒4内部即可完成检修、油品更换等操作。本方案中,风轮1的中心轴线方向沿竖直设置,且与增速器部件2的中心轴线同轴设置。

本实施例中,增速器部件2包括行星轮系组件25和输出轴组件26,其中行星轮系组件25与输出轴组件26为可拆卸连接的独立部件,行星轮系组件25位于输出轴组件26的上方顶部,行星轮系组件25与输出轴组件26采用独立模块化设计,可拆卸式连接能够更加便于检修维护以及零部件的更换,模块化设计使行星轮系组件25与输出轴组件26可独立拆卸,单个部件故障时无需整体拆解传动链,备件更换成本降低。行星轮系组件25包括上壳体251和行星轮部件,其中行星轮部件位于上壳体251内部,上壳体251包括前机盖2505、内齿圈2507和连接盘2508,其中内齿圈2507位于前机盖2505与连接盘2508之间并通过螺钉将三者固定连接以组成上壳体251,上壳体251内形成有用于安装行星轮部件的腔,行星轮部件包括行星架2506和太阳轮2512,其中行星架2506的动力输入端与风轮1可拆卸连接,具体为,行星架2506的头端设置有法兰联轴器2501,法兰联轴器2501通过第一连接件21与风轮1固定连接,具体地,第一连接件21为螺栓(需要说明的是,本方案中连接件优选采用螺栓但不限于螺栓方式连接),如此设计,使得风轮1与增速器部件2直接固定连接,且通过增速器部件2的内部结构的改进,从而有效承受来自风轮1的风载和重力。

本发明的一个典型的实施例中,行星架2506的尾端设置有安装腔体,太阳轮2512的中心轴头端伸入所述行星架2506的安装腔体内且两者之间同轴设置,太阳轮2512的中心轴的第一端通过调心滚子轴承2509与行星架2506可转动式连接,以适配同轴度偏差和复杂载荷的工况,保障传动稳定和耐用性,太阳轮2512的中心轴尾端伸出所述行星架2506并在其中心轴的端部设置有外花键2512-1,所述外花键2512-1的作用是:用于与输出轴组件26实现啮合传动。外花键2512-1采用修形设计,实现太阳轮2512的浮动,保证行星轮系的均载性。

行星轮部件还包括行星轮2511和行星轮轴2510,其中行星轮2511通过行星轮轴承2516可转动式安装在行星架2506的行星轮轴2510上;行星轮轴2510固定在行星架2506中且绕行星架2506中心轴线等间距分布,其中行星轮2511分别与太阳轮2512的外齿、内齿圈2507的内齿啮合。本发明行星轮系组件25采用一级行星传动,通过合理的行星架2506支撑轴承布置方式,有效承受来自风轮1的重力和风载,保证风轮1可靠、稳定地运行。

本方案中,行星架2506靠近头端外侧周面设置有上台肩,所述上台肩处安装有轴承A2504,轴承A2504的内圈与行星架2506固定连接,具体地,轴承A2504的内圈与行星架2506的轴径采用过盈配合,轴承A2504的外圈与前机盖2505固定连接,其中轴承A2504的一端抵接在行星架2506的上台肩处,另一端与圆螺母2503抵接固定,具体为圆螺母2503的内螺纹与行星架2506的轴外缘的外螺纹旋拧固定,轴承A2504的外圈通过端盖2502止口抵接固定,具体为端盖2502通过螺栓与前机盖2505固定连接。行星架2506靠近尾端外侧周面设置有下台肩,所述下台肩处设置有轴承B2514,轴承B2514的内圈与行星架2506的轴径采用过盈配合,轴承B2514的外圈与连接盘2508固定连接,其中轴承B2514的内圈一端抵接在行星架2506的下台肩处,另一端通过挡圈2515抵接固定,挡圈2515安装在行星架2506尾端的卡槽内。本实施例中,轴承A2504和轴承B2514均采用圆柱滚子轴承,主要用于承载风轮1的径向载荷。

本方案中,行星架2506与连接盘2508之间还设置有轴承C2513,轴承C2513位于轴承A2504和轴承B2514之间,更具体地,轴承C2513靠近轴承B2514设置并位于轴承B2514上方且两者不接触,以上结构可以承受来自风轮1的重力和风载,保证增速器部件2的正常运转。上述轴承A、B和C协同配合,能够适配垂直轴风机的复杂受力工况,减少因轴系偏移导致的传动干涉,进一步降低功率损失。

本方案,轴承C2513采用推力滚子轴承,轴承C2513包括轴圈2513-1、座圈2513-3和保持架2513-2,轴圈2513-1内孔通过间隙配合安装在行星架2506轴径上,座圈2513-3外圆通过间隙配合安装在连接盘2508上,行星架2506上设有轴肩,用于抵接轴圈2513-1外侧,连接盘2508上设有挡肩一,用于支撑座圈2513-3,轴肩和挡肩一均需保证一定的尺寸,能够承受沿行星架2506中心轴线方向上的受力,从而承载轴向受力。

本实施例,输出轴组件26包括下壳体261和位于下壳体261内的中心输出轴2604,下壳体261包括后机盖2601和过渡法兰2603,后机盖2601通过第二连接件22与连接盘2508可拆卸式连接,后机盖2601和过渡法兰2603通过第三连接件23可拆卸连接,过渡法兰2603和塔筒4通过第四连接件24可拆卸连接,本方案中,第二连接件22、第三连接件23和第四连接件24均可采用螺栓。其中后机盖2601沿轴向形成有用于安装中心输出轴2604的孔腔,中心输出轴2604通过轴承D2602可转动式安装在后机盖2601内,所述后机盖2601与过渡法兰2603固定连接。轴承D2602为深沟球轴承。轴承D2602沿中心轴线设置有两个,两个轴承D2602分别为深沟球轴承Ⅰ和深沟球轴承Ⅱ,深沟球轴承Ⅰ位于深沟球轴承Ⅱ上侧,其中中心输出轴2604外圆面形成有轴肩凸起,所述轴承D2602分别设置在轴肩凸起两端,具体地,两轴承D2602内圈分别与轴肩凸起抵接,所述后机盖2601设置有挡肩二,其中位于上侧的轴承D2602外圈抵接在后机盖2601的挡肩二处,位于下侧轴承D2602的外圈通过透盖2606抵接固定,所述透盖2606上形成有中心输出轴2604穿过的孔,透盖2606与后机盖2601可拆卸式相连。中心输出轴2604的动力输入端的端面形成有内花键2604-1,且其内花键2604-1与太阳轮2512轴端的外花键2512-1啮合传动连接,中心输出轴2604的动力输出端端面形成有轴腔2604-3,轴腔2604-3的内壁上形成有所述键槽2604-2,中心输出轴2604与发电机部件3的发电机轴33通过平键32固定连接。更具体地,中心输出轴2604外侧轴径上安装深沟球轴承Ⅰ和深沟球轴承Ⅱ,两个轴承外圈安装在后机盖2601上,下侧的深沟球轴承Ⅱ通过透盖2606轴向定位,透盖2606上设有密封装置2607,有效防止增速器部件运行过程中润滑油的泄漏。

本方案,发电机部件3包括发电机本体34和制动器35,其中发电机本体34置于所述塔筒4的筒腔内部,发电机本体34的发电机轴33自下而上穿过过渡法兰2603的孔,与中心输出轴 2604 的动力输出端通过平键 32 固定连接,实现动力从中心输出轴 2604 到发电机轴 33 的传递,发电机部件3通过第五连接件31固定在过渡法兰2603上;第五连接件31为螺钉或螺栓方式连接。具体地,制动器35安装在发电机本体34下侧,第五连接件31自下而上穿过发电机本体34的固定孔并拧紧固定在过渡法兰2603上,本方案中,制动器35采用电磁制动方式,为常开结构,实现特殊情况下风机紧急刹车制动。

本发明还提供一种风力发电机组,包括上述的集成式垂直轴风机传动链结构。通过上述结构改进后,本发明的风力发电机组的传动链结构的整体集成度高,结构紧凑,缩短了传动链的尺寸,减轻了传动链重量,减少了部件数量,有效降低了功率损失,提高了垂直轴风机从风能捕获到电能输出的整体传动效率。

以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (11)

1.一种集成式垂直轴风机传动链结构,其特征在于:包括增速器部件(2),所述增速器部件(2)采用油浴润滑,所述增速器部件(2)的动力输入端与风轮(1)可拆卸式连接,所述增速器部件(2)与风轮(1)同轴设置,所述增速器部件(2)的动力输出端与发电机部件(3)的动力输入轴连接,增速器部件(2)固定安装在塔筒(4)上并位于塔筒(4)外,所述发电机部件(3)位于所述塔筒(4)内;所述增速器部件(2)包括行星轮系组件(25)和输出轴组件(26),行星轮系组件(25)和输出轴组件(26)可拆卸式相连。

2.根据权利要求1所述的一种集成式垂直轴风机传动链结构,其特征在于:所述行星轮系组件(25)包括上壳体(251)和设置在上壳体(251)内的行星轮部件;所述输出轴组件(26)包括下壳体(261)和设置在下壳体(261)内的中心输出轴(2604);所述上壳体(251)与下壳体(261)可拆卸式相连,所述行星轮部件包括行星架(2506)和太阳轮(2512),所述行星架(2506)的动力输入端与风轮(1)可拆卸式相连,所述太阳轮(2512)的第一端通过调心滚子轴承(2509)安装在行星架(2506)中。

3.根据权利要求2所述的一种集成式垂直轴风机传动链结构,其特征在于:所述太阳轮(2512)的第二端与输出轴组件(26)的中心输出轴(2604)的一端可拆卸连接,中心输出轴(2604)的第二端与发电机部件(3)的动力输入端可拆卸式相连,所述下壳体(261)可拆卸式安装固定在塔筒(4)上。

4.根据权利要求2或3所述的一种集成式垂直轴风机传动链结构,其特征在于:所述行星架(2506)靠近第一端的外部安装有轴承A(2504),所述行星架(2506)靠近第二端的外部安装有轴承B(2514);所述轴承A(2504)的内圈与行星架(2506)固定连接,所述轴承A(2504)的外圈与上壳体(251)固定连接,所述轴承B(2514)的内圈与行星架(2506)固定连接,所述轴承B(2514)的外圈与上壳体(251)固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种集成式垂直轴风机传动链结构,其特征在于:还包括轴承C(2513),所述轴承C(2513)为推力滚子轴承,所述轴承C(2513)靠近轴承B(2514)一侧设置,且轴承C(2513)位于轴承A(2504)和轴承B(2514)之间,所述轴承C(2513)的轴圈(2513-1)与行星架(2506)的轴肩抵接,所述轴承C(2513)的座圈(2513-3)与上壳体(251)的挡肩一抵接。

6.根据权利要求2或3所述的一种集成式垂直轴风机传动链结构,其特征在于:所述上壳体(251)包括前机盖(2505)和连接盘(2508),所述前机盖(2505)和连接盘(2508)分别固定在内齿圈(2507)的两端,行星轮(2511)内安装有行星轮轴承(2516),行星轮轴承(2516)安装在行星轮轴(2510)上,行星轮轴(2510)固定在行星架(2506)中,行星轮轴(2510)绕行星架(2506)中心轴线等距分布,行星轮(2511)分别与内齿圈(2507)、太阳轮(2512)齿啮合。

7.根据权利要求3所述的一种集成式垂直轴风机传动链结构,其特征在于:所述太阳轮(2512)的第二端轴径外围设置有外花键(2512-1),所述中心输出轴(2604)第一端设置有与外花键(2512-1)适配的内花键,所述中心输出轴(2604)的第二端与发电机部件(3)的动力输入轴采用键块相连。

8.根据权利要求7所述的一种集成式垂直轴风机传动链结构,其特征在于:所述外花键(2512-1)采用修形设计。

9.根据权利要求3所述的一种集成式垂直轴风机传动链结构,其特征在于:所述下壳体(261)包括后机盖(2601)和过渡法兰(2603),所述后机盖(2601)沿轴向形成有用于安装中心输出轴(2604)的孔腔,所述中心输出轴(2604)通过轴承D(2602)可转动式安装在后机盖(2601)内,所述后机盖(2601)与过渡法兰(2603)固定连接,所述过渡法兰(2603)与塔筒(4)可拆卸式连接。

10.根据权利要求9所述的一种集成式垂直轴风机传动链结构,其特征在于:所述轴承D(2602)设置有两个,且两个轴承D(2602)同轴设置,所述中心输出轴(2604)外圆面形成有轴肩凸起,所述轴承D(2602)分别设置在轴肩凸起两侧,所述后机盖(2601)设置有挡肩二,其中一个轴承D(2602)外圈抵接在挡肩二处,另一个轴承D(2602)的外圈通过透盖(2606)抵接固定,所述透盖(2606)上形成有中心输出轴(2604)穿过的孔,透盖(2606)与后机盖(2601)可拆卸式相连。

11.一种风力发电机组,其特征在于:采用权利要求1-10任一项所述的一种集成式垂直轴风机传动链结构。