一种用于兆瓦级的风力发电机组的制作方法

1.本发明涉及风力发电机组技术领域，尤其涉及一种用于兆瓦级的风力发电机组。


背景技术：

2.风力发电机一般由直驱、双馈和半直驱三种形式。在风力发电机中，由叶桨轮毂到发电机前端的部件总称为发电机驱动链。直驱式风力发电机的驱动链主要为轮毂、主轴和主轴轴承，通过主轴的一端直接与轮毂相连，主轴轴承套设于主轴的外部，主轴轴承的内圈随着主轴转动，主轴轴承的外圈和塔架固定连接，主轴的另一端与永磁发电机相连，由风能带动叶桨轮毂通过主轴直接驱动一台永磁发电机产生电能。现有的双馈式和半驱动式风力发电机的驱动链主要为轮毂、主轴、主轴轴承和增速齿轮箱，通过在主轴和双馈发电机或者永磁发电机之间设置增速齿轮箱，通过增速齿轮箱提高风力的转速进而提高风力的转化效率。双馈式风力发电机或者半驱动式风力发电机均由风能带动带叶桨轮毂通过主轴驱动增速齿轮箱，双馈式风力发电机再通过增速齿轮箱带动一台双馈发电机产生电能，半驱动式风力发电机的增速齿轮箱带动一台永磁发电机产生电能。
3.随着风力发电机组的发电量的不断增加，相应地对于风力发电机的传动部件的要求也不断地提高，所以上述三种风力传动的技术路线均面临挑战。对于大兆瓦直驱式的风力发电机组的主要问题体现在均为：由于发电量的要求增大，导致发电机相应地尺寸和重量巨大，其主轴轴承、直驱电机过大均极难制造。对于大兆瓦的双馈式和半驱动式的风力发电机组也存在主轴轴承、发电机、增速箱制造困难的问题。同时，现有系统在不同兆瓦级的风力发电机间，主轴、增速箱和发电机几乎没有通用部件，给生产和维护均增加了难度。在设备发生故障特点是发电机故障时，现有风机中发电机系统由于体积庞大，几乎难以现场维修。


技术实现要素：

4.(一)要解决的技术问题
5.鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种用于兆瓦级的风力发电机组，其电机和增速箱部分采用了单元化设计，解决了现有大兆瓦风机难以设计制造维护的问题，提高了设备通过用部件的数量，降低了维护难度，便于设备故障时进行单元化替换维修。
6.(二)技术方案
7.为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
8.一种用于兆瓦级的风力发电机组，包括叶桨轮毂、主传动结构件、支撑结构件和多个增速发电单元；
9.所述叶桨轮毂与所述主传动结构件的一侧固定连接，所述主传动结构件与多个所述增速发电单元相连；
10.多个所述增速发电单元沿所述支撑结构件的轴向设置于所述支撑结构件上，所述主传动结构件的一端连接于所述支撑结构件并能够相对于所述支撑结构件转动；
11.每个所述增速发电单元均包括副传动结构件和发电机；
12.所述副传动结构件的第一端和所述主传动结构件相连，所述副传动结构件的第二端与所述发电机相连；
13.所述叶桨轮毂通过所述主传动结构件带动所述副传动结构件转动，所述副传动结构件带动所述发电机发电。
14.可选地，所述主传动结构件包括驱动齿圈和主轴；
15.所述驱动齿圈沿其内侧壁周向设有传动齿，所述传动齿与所述副传动结构件的第一端相啮合，所述主轴的第一端与驱动齿圈同轴固定连接，所述主轴的第二端相对于所述支撑结构件转动。
16.可选地，所述驱动齿圈与所述主轴的直径比为:。
17.可选地，所述驱动齿圈为一端封闭的筒状结构，所述驱动齿圈包括筒状侧壁和盘式端盖；
18.所述盘式端盖可拆卸连接于所述叶桨轮毂上，所述传动齿开设于所述筒状侧壁的内部；
19.所述盘式端盖与所述主轴相连。
20.可选地，所述盘式端盖上开设有多个减重孔。
21.可选地，所述副传动结构件包括从动齿轮、联轴器和增速齿轮箱；
22.所述从动齿轮与所述传动齿相啮合，所述从动齿轮通过所述联轴器与所述增速齿轮箱相连，所述增速齿轮箱与所述发电机相连。
23.可选地，所述支撑结构件包括沿所述主轴径向向外延伸设置的支撑座，所述支撑座具有一个中心通孔和多个安装孔；
24.所述中心通孔用于插接所述主轴；
25.多个所述安装孔能够可拆卸安装对应的增速发电单元。
26.可选地，所述支撑座包括电机安装座和连接筒体；
27.所述中心通孔沿所述连接筒体的轴向方向开设，所述电机安装座呈环状结构，所述电机安装座设置于所述连接筒体的一端部，所述电机安装座用于安装所述发电机。
28.可选地，所述支撑座还包括支撑环，所述支撑环套设并固定连接所述连接筒体的外部；
29.多个所述安装孔沿所述支撑环的轴向环状阵列开设于所述所述支撑环上。
30.可选地，所述主轴与所述连接筒体之间设置主轴轴承，所述主轴轴承套设于所述主轴上。
31.(三)有益效果
32.本发明的有益效果是：本发明的一种用于兆瓦级的风力发电机组，通过主传动结构件的第一端与叶桨轮毂相连，主传动结构件的第二端与支撑结构件相转动，支撑结构件上设置有多个增速发电单元，增速发电单元包括副传动结构件和发电机，再经过主传动结构件与副传动结构件相配合，以将风力转换成多个增速发电单元的电力，发电机的单元化制造成本更低。相较于现有设计中在不同兆瓦间的发电机间通用部件极少，本发明能够通过增加或减少增速发电单元的设置数量来满足不同型号风力机的发电需求便于大规模制造和使用，有利于降低成本，极大降低维修难度降低维护成本，便于直接使用更换技术对损
坏或需要维修的单元进行更换替代，大大的提高了工程效率。
附图说明
33.图1为本发明的用于兆瓦级的风力发电机组的整体立体示意图；
34.图2为图1的侧面剖面结构示意图；
35.图3为图1的增速发电单元的结构示意图
36.图4为图1的主传动结构件的立体结构示意图；
37.图5为图1的支撑结构件的立体结构示意图。
38.【附图标记说明】
39.1：叶桨轮毂；2：主传动结构件；21：驱动齿圈；211：筒状侧壁；212：盘式端盖；213：传动链条；22：主轴；3：支撑结构件；31：支撑座；311：中心通孔；312：安装孔；313：电机安装座；314：连接筒体；315：支撑环；4：增速发电单元；41：副传动结构件；411：从动齿轮；、412：联轴器；413：增速齿轮箱；42：发电机；5：主轴轴承。
具体实施方式
40.为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。其中，本文所提及的“上”、“下”、“左”、“右”、“内”和“外”等方位名词以图1的定向为参照。将叶片轮毂1所在的一端定义为“前”端。
41.参见图1-5所示，本发明实施例提出一种用于兆瓦级的风力发电机组，该风力发电组能够适用于半直驱式和双馈式的兆瓦级风力发电机组。包括叶桨轮毂1、主传动结构件2、支撑结构件3和多个增速发电单元4。
42.其中，叶桨轮毂1与主传动结构件2的一侧固定连接。主传动结构件2与多个增速发电单元4相连。
43.进一步地，主传动结构件2包括驱动齿圈21和主轴22。
44.驱动齿圈21沿其内侧壁周向设有传动齿213，传动齿213与增速发电单元4的副传动结构件41的第一端相啮合，主轴22的第一端与驱动齿圈21同轴固定连接，主轴22的第二端相对于支撑结构件3转动。
45.在本实施例中，主传动结构件2采用驱动齿圈21，驱动齿圈21便于加工和成型，而且安装方便，与主轴22一体成型地设置。另外，驱动齿圈21与副传动结构件41相啮合传动效果更佳。
46.需要说明的是，为了配合增速发电单元4的组成，主传动结构件2的驱动齿圈21是本实施例中主要的关键部件，驱动齿圈21与主轴22直接相连。工作时由叶桨轮毂1传递的扭矩直接传递到驱动齿圈21上，驱动齿圈21直接驱动副传动结构件41的从动齿轮411工作，主轴22不承担主要扭矩，主要负责承载由叶桨轮毂1产生及传递的弯矩、径向和轴向载荷。主轴22承受的弯矩、径向和轴向载荷通过主轴轴承5传递到静止的支撑座31上。由于主轴22不承受扭矩，仅承受弯矩、径向和轴向载荷可以大大缩小主轴22的直径，降低主轴22的制作成本以及降低加工和安装的难度。
47.进一步地，驱动齿圈21与主轴22的直径比为3:1。由此一来，驱动齿圈21的直径远大于主轴22，那么可以再适应大兆瓦的风力发电机组的前提下，缩小了主轴22的直径。进一
步地，主轴22与连接筒体314之间设置主轴轴承5，主轴轴承5套设于主轴22上。由于主轴22承载扭矩低，轴径缩小，可使用小尺寸主轴轴承5，设计更加灵活，本实施例中主轴轴承5包括但不限于滚动轴承、滑动轴承和永磁复合轴承、电磁悬浮轴承等形式。多种的轴承选择更有利于进一步降低轴承的使用成本，提高轴承的可靠性和工作寿命。以上为基座的主要结构但不限于对基座进行轻量化设计，或结构强度加强的其他改善。
48.在本实施例中，驱动齿圈21为一端封闭的筒状结构，驱动齿圈21包括筒状侧壁211和盘式端盖212。
49.盘式端盖212可拆卸连接于叶桨轮毂1上，传动齿213开设于筒状侧壁211的内部；
50.盘式端盖212与主轴22相连。进一步地，盘式端盖212上开设有多个减重孔。
51.多个增速发电单元4沿支撑结构件3的轴向设置于支撑结构件3上，主传动结构件2的一端连接于支撑结构件3并能够相对于支撑结构件3转动；
52.进一步地，支撑结构件3包括沿主轴22径向向外延伸设置的支撑座31，支撑座31具有一个中心通孔311和多个安装孔312。中心通孔311用于插接主轴22。多个安装孔312能够可拆卸安装对应的增速发电单元4。
53.进一步地，支撑座31包括电机安装座313和连接筒体314。中心通孔311沿连接筒体314的轴向方向开设，且主轴22插入连接筒体314内，且通过主轴轴承5相对于连接筒体314转动。电机安装座313呈环状结构，电机安装座313设置于连接筒体314的一端部，电机安装座313用于安装发电机42。电机安装座313和连接筒体314设置的目的是为了安装增速发电单元4，以使增速发电单元4稳定安装于风力发电机机架的本体上。而且与驱动齿圈21的连接效果更好。
54.进一步地，支撑座31还包括支撑环315，支撑环315套设并固定连接连接筒体314的外部。多个安装孔312沿支撑环315的轴向环状阵列开设于支撑环315上。每个增速发电单元4均包括副传动结构件41和发电机42。目的是为了进一步地支撑副传动结构件41。
55.进一步地，副传动结构件41的第一端和主传动结构件2相连，副传动结构件41的第二端与发电机42相连。
56.具体地，副传动结构件41包括从动齿轮411、联轴器412和增速齿轮箱413。从动齿轮411与传动齿213相啮合，从动齿轮411通过联轴器412与增速齿轮箱413相连，增速齿轮箱413与发电机42相连。
57.需要说明的是，增速发电单元4的基本组成为副传动结构件41和发电机42。副传动结构件41为从动齿轮411、联轴器412和增速齿轮箱413，但不限于用于其连接的其他紧固件和连接部件，取消增速齿轮箱413或将增速齿轮箱413和发电机42直接一体化设计也包含在本发明内。在增速齿轮箱412和从动齿轮411之间安装有联轴器412，安装联轴器412的目的是为了消除驱动端不稳定输出对增速齿轮箱413和发电机42的影响，联轴器412可采用滚珠联轴器、齿鼓联轴器、簧片联轴器等弹性联轴器，取消该联轴器412或将其与前从动齿轮411和后端连接一体化设计也包含在本发明中。联轴器可根据需求安装在增速齿轮箱413之前或之后。
58.叶桨轮毂1通过主传动结构件2带动副传动结构件41的每个从动齿轮411其自身的轴向转动，副传动结构件41带动发电机42发电。
59.需要说明的是，半直驱风力发电机组兼具直驱机组和双馈机组的优势，具体地，半
直驱风力发电机组相比双馈风力发电机组，中速永磁机组相比双馈型风机，无高速齿轮箱的高速级故障、较少的维护量。半直驱风力发电机组相比直驱风力发电机组，能够通过增速齿轮箱提高发电机驱动链的驱动效率。因此，在风力发电机组向大型化发展过程中，半直驱机组技术发展不断受到青睐。因此，发电机42优选为永磁发电机，当然也可采用双馈发电机。
60.另外，将增速发电单元4形成多个，主传动结构件2的第一端与叶桨轮毂1相连，主传动结构件2的第二端与支撑结构件3相转动，支撑结构件3上设置有多个增速发电单元4，增速发电单元4包括副传动结构件41和发电机42，再经过主传动结构2件与副传动结构件3相配合，以将风力转换成多个增速发电单元4的电力，发电机的单元化4制造成本更低。相较于现有设计中在不同兆瓦间的发电机间通用部件极少，需频繁更换发电机和增速齿轮等驱动链，本发明能够通过增加或减少增速发电单元的设置数量来匹配所需要的发电量。加工时，仅需要设置相同规格的增速发电单元即可，便于大规模制造和使用，有利于降低成本，极大降低维修难度降低维护成本，便于直接使用更换技术对损坏或需要维修的单元进行更换替代，大大的提高了其耐用性。
61.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
62.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
63.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
64.在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
65.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。