专利名称：一种大功率风力发电机组的制作方法
技术领域：
本发明涉及风力发电机组，具体是一种大功率风力发电机组，特别是该机组的传动链形式。
背景技术：
随着新能源应用的发展，作为新能源中开发较早的风能，在电网中占据了越来越大的比重。同时，越来越多的制造商开发了各种不同的风力发电机组，为了增强其产品在市场上的竞争力，从各种零部件不同功能的考虑，到传动链设计的改进，都成为风力发电机组设计改进的不同考虑因素。目前，非直驱型风力发电机组的传动链一般采用风轮+主轴+齿轮箱+发电机+变频器的形式，在这种传动链形式下，主轴的支撑结构要么为一点支撑，要么为两点支撑，或为三点支撑。若采用一点支撑，在保证有足够载荷能力承受较大风力载荷的前提下，主轴和轴承的尺寸势必要增大，这不仅造成风力发电机组的整体重量和制造成本增加，直接影响了风力发电机组的市场竞争力。而且，随着风力发电机组单机功率的变大，零部件供应商的生产能力也逐渐达到了极限，IOMW以上功率等级的风力发电机组很难选到合适的主轴轴承，给主轴轴承的设计带来了极大挑战。若采用三点支撑，齿轮箱将会承受最恶劣的风力载荷，这致使齿轮箱的设计困难重重。参见图I :若采用两点支撑，主轴轴承(即前轴承A，后轴承B)承受了大部分复杂的风力载荷，除扭矩外，基本上没有其他载荷会传递到传动链的齿轮箱C里，给齿轮箱的设计带来了极大便利；但是，这种支撑结构也有其自身的缺点，比如传动链较长，除主轴D长度夕卜，还要考虑主轴D与齿轮箱C连接的联轴器E的长度。因此，这种支撑结构在小功率的风力发电机组中较为常见，在大功率的风力发电机组中，过长的传动链则意味着更大的体积，以及更高的制造成本；而且，风力发电机组的机头重量在主轴轴承上产生的弯矩，极大的考验着主轴轴承的径向载荷承受能力。参见图2 :假设风力发电机组机头的风轮中心G距前轴承A的距离为LI，前轴承A和后轴承B之间的距离为L2，前轴承A承受到的径向载荷为F1，后轴承B承受到的径向载荷为F2,此种情况下,前轴承A承受到的径向载荷Fl=G* (L1+L2)/L2，由该式可知，Fl > G0因此，风力发电机组机头的风轮重心对前轴承产生的弯矩将影响前轴承的径向载荷，而前轴承径向载荷的大小将直接影响前轴承的寿命。综上所述，现有风力发电机组的传动链形式，只能适合小功率的风力发电机组，而无法适合大功率风力发电机组的应用，随着风力发电事业的发展，大功率风力发电机组已成为市场发展的趋势，如何在保证大功率风力发电机组稳定、可靠运行的前提下，降低风力发电机组的重量以及制造成本，提升产品在市场中的竞争力，成为风力发电机组制造商亟待解决的难题。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有风力发电机组的不足，自主研发一种在稳定、可靠运行的前提下，能够有效降低重量和制造成本的大功率风力发电机组，该机组通过对传动链形式进行改进，解决了机头重量在主轴轴承上产生弯矩过大的难题，在现有轴承制造技术的基础上，改善了主轴轴承承受到的径向载荷，延长了主轴轴承的使用寿命。本发明实现上述技术目的，采用的技术方案是一种大功率风力发电机组，包括发电装置、机座、后轴承、风轮、前轴承、机头齿轮箱和主轴，所述机座装配在塔筒上，所述机座的前端固定连接有空心轴，空心轴的前端与机头齿轮箱固定连接；所述后轴承和前轴承分别布置在空心轴的后部和前部；所述风轮装配在后轴承和前轴承上，风轮的前端与机头齿轮箱的输入轴连接；所述主轴穿在空心轴内，主轴的前端与机头齿轮箱的输出轴连接，主轴后端与机舱内的发电装置连接。所述风轮的前端与机头齿轮箱的输入轴为柔性连接。
所述发电装置由机舱齿轮箱和发电机构成。所述机舱齿轮箱和发电机为集成结构。所述机舱齿轮箱和发电机为分体结构，二者通过联轴器连接。所述机舱齿轮箱的润滑系统独立于机头齿轮箱的润滑系统。所述发电装置为发电机。本发明的有益效果是上述结构的风力发电机组，在确保稳定、可靠运行性能的前提下，将风轮直接装配在前轴承和后轴承上，风轮重心移到了前轴承和后轴承之间，缩短了传动链的长度，减轻了机组的整体重量，解决了机头重量在主轴轴承上产生弯矩过大的难题，在现有轴承制造技术的基础上，大大改善了前轴承和后轴承受到的径向载荷，延长了主轴轴承及整个机组的使用寿命，降低了风力发电机组的制造成本，极大的提升了产品在市场中的竞争力。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。图I是传统风力发电机组的结构示意图。图2是图I中的轴承受力示意图。图3是本发明的一种结构示意图。图4是图3中的轴承受力示意图。图5是图3中发电装置的一种结构示意图。图6是图3中发电装置的另一种结构示意图。图7是图3中发电装置的再一种结构示意图。
具体实施例方式实施例I
参见图3和图5 :本发明包括发电装置I、机座2、后轴承4、风轮5、前轴承6、机头齿轮箱7和主轴8。其中，机座2装配在塔筒上，机座2的前端固定连接有空心轴3，空心轴3的前端与机头齿轮箱7固定连接。后轴承4和前轴承6分别布置在空心轴3的后部和前部。风轮5直接装配在后轴承4和前轴承6上，风轮5的前端与机头齿轮箱7的输入轴柔性连接。主轴8穿在空心轴3内，主轴8的前端与机头齿轮箱7的输出轴连接，保证主轴8只传递扭矩，主轴8后端与机舱内的发电装置I连接。发电装置I由机舱齿轮箱1.2和发电机
I.I构成，二者为集成结构，在机舱齿轮箱I. 2的增速作用下，主轴8传递的额定转矩会得到很大的 下降，这对于降低主轴制造成本起到了很大作用(10MW及以上等级的风力发电机组中，风轮产生的额定转矩将在IOOOOKNm以上，如此大的额定转矩，无论采用铸造主轴，还是采用锻造主轴，在保证产品质量的情况下都需要付出昂贵的制造成本)。上述风力发电机组为大功率的高速风力发电机组，位于机舱内的机舱齿轮箱I. 2和位于机头位置的机头齿轮箱7分别采用两套不同的润滑系统，二者的润滑系统相互独立，这样可以克服高速风力发电机组的齿轮箱轴承易损坏的缺陷。参见图4 :上述风力发电机组的前轴承6和后轴承4分别布置在风轮重心G'的两端，前轴承6和后轴承4承受到的径向载荷是，假设风轮重心G'距前轴承6的距离为L3，前轴承6距后轴承4的距离为L4，前轴承6受到的径向载荷为F3，后轴承4受到的径向载荷为F4。经计算，此种情况下前轴承6受到的径向载荷F3= G' *L4/(L3+L4)，由该式可知F3<G'。因此，本发明不仅缩短了传动链的长度，而且有效改善了前轴承受到的径向载荷(同理，也改善了后轴承受到的径向载荷)，延长了主轴轴承的使用寿命。实施例2
参见图6 :本实施例的其它结构与实施例I相同，不同之处在于，将构成发电装置I的机舱齿轮箱I. 2和发电机I. I改为分体结构，二者通过联轴器I. 3连接在一起。实施例3
参见图7 :本实施例的其它结构与实施例I相同，不同之处在于，布置在机舱内的发电装置I为发电机I. I。这种结构的风力发电机组为大功率的半直驱风力发电机组，由于只有一个齿轮箱，即机头齿轮箱7，机舱内无齿轮箱，因此，也就只有一套用作机头齿轮箱7润滑的润滑系统。本实施例相较实施例I和实施例2而言,风力发电机组在满足传动和载荷设计的同时，结构更为紧凑，重量轻。
权利要求
1.一种大功率风力发电机组，包括发电装置(I)、机座(2)、后轴承(4)、风轮(5)、前轴承(6 )、机头齿轮箱(7 )和主轴(8 )，所述机座(2 )装配在塔筒上，其特征在于所述机座(2 ) 的前端固定连接有空心轴(3)，空心轴(3)的前端与机头齿轮箱(7)固定连接；所述后轴承(4)和前轴承(6)分别布置在空心轴(3)的后部和前部；所述风轮(5)装配在后轴承(4)和前轴承(6)上，风轮(5)的前端与机头齿轮箱(7)的输入轴连接；所述主轴(8)穿在空心轴(3)内，主轴(8)的前端与机头齿轮箱(7)的输出轴连接，主轴(8)后端与机舱内的发电装置(I)连接。
2.根据权利要求I所述大功率风力发电机组，其特征在于所述风轮(5)的前端与机头齿轮箱(7)的输入轴为柔性连接。
3.根据权利要求I所述大功率风力发电机组，其特征在于所述发电装置(I)由机舱齿轮箱(I. 2)和发电机(I. I)构成。
4.根据权利要求3所述大功率风力发电机组，其特征在于所述机舱齿轮箱(I.2)和发电机(I. I)为集成结构。
5.根据权利要求3所述大功率风力发电机组，其特征在于所述机舱齿轮箱(I.2)和发电机(I. I)为分体结构，二者通过联轴器(1. 3 )连接。
6.根据权利要求3所述大功率风力发电机组，其特征在于所述机舱齿轮箱(I.2)的润滑系统独立于机头齿轮箱(7)的润滑系统。
7.根据权利要求I所述大功率风力发电机组，其特征在于所述发电装置(I)为发电机 (I. I)。
全文摘要
本发明公开了一种大功率风力发电机组，包括发电装置、机座、后轴承、风轮、前轴承、机头齿轮箱和主轴，所述机座装配在塔筒上，所述机座的前端固定连接有空心轴，空心轴的前端与机头齿轮箱固定连接；所述后轴承和前轴承分别布置在空心轴的后部和前部；所述风轮装配在后轴承和前轴承上，风轮的前端与机头齿轮箱的输入轴连接；所述主轴穿在空心轴内，主轴的前端与机头齿轮箱的输出轴连接，主轴后端与机舱内的发电装置连接。本发明在确保稳定、可靠运行性能的前提下，缩短了传动链的长度，减轻了机组的整体重量，延长了主轴轴承及整个机组的使用寿命，降低了风力发电机组的制造成本，极大的提升了产品在市场中的竞争力。
文档编号F03D11/04GK102628428SQ201210123720
公开日2012年8月8日 申请日期2012年4月25日 优先权日2012年4月25日
发明者沈雨虹, 王兵, 王建录, 莫尔兵, 邓良, 郑大周 申请人:东方电气集团东方汽轮机有限公司