一种功率合流式风电机组传动链结构及其运行控制方法

本发明涉及风力发电领域，尤其涉及一种功率合流式风电机组传动链结构及其运行控制方法。

背景技术：

1、随着生态环境逐渐恶劣，加快可再生能源的利用已成为人类解决生存问题的必然选择，风能作为一种清洁环保的可再生资源，受到世界各国的广泛重视，而如何提高风能利用率，进而提高风力发电机的产能效率将是风电行业面临的一个亟待解决的问题。本发明提供了一种功率合流式风电机组传动链结构及其运行控制方法，属于风力发电技术领域。所述双风轮风机紧凑型传动链属于风电机组，具体包括叶轮、主轴、差速箱、主增速箱、螺旋锥齿轮传动、副增速箱。

2、根据经典风功率计算公式，想要提高风机的发电效率，可以选择增大风轮面积 s，提高轮毂高度风速 v以及提升风轮捕风效率 cp。其中，通过增大风轮的扫风面积是提高风机发电效率最直接的方式，双风轮风力发电机组通过增加扫风面积的方式可实现较传统单叶轮风力发电机单机成本降低,双叶轮整机能量利用效率相较于传统单风轮的利用效率得到了显著提高，在相同前提下风机叶轮尺寸大幅降低，额定功率下等效单位扫风面积的风能捕获功率提升至原来的2倍左右，在同样面积的风电场，双叶轮风力发电机的使用能大量节省国土资源，应用前景极为广阔。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种功率合流式风电机组传动链结构及其运行控制方法，此传动链结构能够实现传动链可靠、安全、高效、稳定运行，缩短双风轮风电机组传动链的传动距离，在较为紧凑的空间内实现风机的两级增速，在提高了风机产能效率的同时提高了风机的空间利用率。

2、为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种功率合流式风电机组传动链结构，包括风电机组的大叶轮和小叶轮，所述小叶轮与差速传动机构的第一太阳齿轮相连，所述大叶轮与差速传动机构的第二太阳齿轮相连；第一行星级变速齿轮传动机构的行星级变速齿轮传动太阳轮连接螺旋锥齿轮传动机构的大锥齿轮；所述螺旋锥齿轮传动结构的小锥齿轮连接第二行星级变速齿轮传动机构的第二行星级变速齿轮传动行星架；第二行星级变速齿轮传动机构的第二行星级变速齿轮传动太阳轮与发电机的发电机转子采用同轴设计；功率从第一行星级变速齿轮传动机构的第一行星级变速齿轮传动行星架输入，由第二行星级变速齿轮传动机构的第二行星级变速齿轮传动太阳轮输出；

3、还包括塔筒、机箱、传动部分外壳、钳刹系统和偏航系统。

4、所述螺旋锥齿轮传动机构的大锥齿轮与小锥齿轮啮合，改变功率传递方向。

5、所述差速传动机构包括第一太阳齿轮、行星齿轮、第二太阳齿轮和差速器外壳；

6、所述第一太阳齿轮和第二太阳齿轮用于合并大叶轮和小叶轮输入的不同大小的功率流，以适应不同风况。

7、当大叶轮和小叶轮产生旋转差速时，第一太阳齿轮和第二太阳齿轮带动行星齿轮和差速器外壳产生动力；

8、当大叶轮和小叶轮转速相同时，塔筒顶部的速度传感器将风速、风向信号发送到电子控制器，电子控制器向钳刹系统发送信号使刹车卡钳工作，降低大叶轮或小叶轮的转速产生差速，保持动力的持续输入，以适应不同风况。

9、所述第一行星级变速齿轮传动机构包括第一行星级变速齿轮传动内齿圈、第一行星级变速齿轮传动行星轮、第一行星级变速齿轮传动太阳轮和第一行星级变速齿轮传动行星架；

10、所述第一行星级变速齿轮传动内齿圈通过螺栓固定在机箱的箱盖和箱体之间；所述第一行星级变速齿轮传动内齿圈与第一行星级变速齿轮传动行星轮和第一行星级变速齿轮传动太阳轮啮合传动，第一行星级变速齿轮传动行星轮安装在第一行星级变速齿轮传动行星架上。

11、所述第二行星级变速齿轮传动机构包括第二行星级变速齿轮传动行星架、第二行星级变速齿轮传动行星轮、第二行星级变速齿轮传动太阳轮和第二行星级变速齿轮传动内齿圈；

12、第二行星级变速齿轮传动内齿圈通过螺栓固定在传动部分外壳内。

13、所述差速传动机构、第一行星级变速齿轮传动机构、螺旋锥齿轮传动机构、钳刹系统固定于机箱内；所述第二行星级变速齿轮传动机构、发电机固定于传动部分外壳内。

14、所述钳刹系统包括刹车卡钳和刹车盘，刹车卡钳通过螺栓固定在机箱的箱盖；刹车盘通过螺栓分别固定在大叶轮和小叶轮上。

15、所述机箱包括箱盖和箱座，发电机包括发电机转子、发电机定子、发电机外壳；所述箱座通过螺栓与传动部分外壳连接，传动部分外壳与发电机外壳通过螺栓进行连接，传动部分外壳通过螺栓固定于偏航系统上，偏航系统固定于塔筒上，塔筒安装在海上漂浮式平台上。

16、一种功率合流式风电机组传动链结构的运行方法，包括以下步骤：

17、大叶轮和小叶轮输入的功率在差速传动机构处合流后，功率由第一行星级变速齿轮传动行星架输入，经第一行星级变速齿轮传动提高转速后由螺旋锥齿轮传动机构改变功率流向后输入第二行星级变速齿轮传动机构再次增速后输出。

18、本发明有如下有益效果：

19、1、本发明中采用的新型风电机组传动链相较于传动双风轮传动链本发明能够实现在紧凑的机箱内部实现多级增速，提高了机箱内部的空间利用率，使机箱的结构更为紧凑。

20、2、本发明在单电机的前提下实现了风电机组应对大小叶轮由于转速不同导致的发电机产能下降的功能，大大提升了双风轮发电机对不同风况的适应能力，实现最大限度的获取风能。

技术特征：

1.一种功率合流式风电机组传动链结构，其特征在于，包括风电机组的大叶轮（7）和小叶轮（6），所述小叶轮（6）与差速传动机构（2）的第一太阳齿轮（2a）相连，所述大叶轮（7）与差速传动机构（2）的第二太阳齿轮（2c）相连；第一行星级变速齿轮传动机构（1）的行星级变速齿轮传动太阳轮（1c）连接螺旋锥齿轮传动机构（3）的大锥齿轮（3a）；所述螺旋锥齿轮传动结构（3）的小锥齿轮（3b）连接第二行星级变速齿轮传动机构（4）的第二行星级变速齿轮传动行星架（4a）；第二行星级变速齿轮传动机构（4）的第二行星级变速齿轮传动太阳轮（4c）与发电机（5）的发电机转子（5a）采用同轴设计；功率从第一行星级变速齿轮传动机构（1）的第一行星级变速齿轮传动行星架（1d）输入，由第二行星级变速齿轮传动机构（4）的第二行星级变速齿轮传动太阳轮（4c）输出；

2.根据权利要求1所述一种功率合流式风电机组传动链结构，其特征在于：所述螺旋锥齿轮传动机构（3）的大锥齿轮（3a）与小锥齿轮（3b）啮合，改变功率传递方向。

3.根据权利要求1所述一种功率合流式风电机组传动链结构，其特征在于：所述差速传动机构（2）包括第一太阳齿轮（2a）、行星齿轮（2b）、第二太阳齿轮（2c）和差速器外壳（2d）；

4.根据权利要求3所述一种功率合流式风电机组传动链结构，其特征在于：当大叶轮（7）和小叶轮（6）产生旋转差速时，第一太阳齿轮（2a）和第二太阳齿轮（2c）带动行星齿轮（2b）和差速器外壳（2d）产生动力；

5.根据权利要求1所述一种功率合流式风电机组传动链结构，其特征在于：所述第一行星级变速齿轮传动机构（1）包括第一行星级变速齿轮传动内齿圈（1a）、第一行星级变速齿轮传动行星轮（1b）、第一行星级变速齿轮传动太阳轮（1c）和第一行星级变速齿轮传动行星架（1d）；

6.根据权利要求1所述一种功率合流式风电机组传动链结构，其特征在于：所述第二行星级变速齿轮传动机构（4）包括第二行星级变速齿轮传动行星架（4a）、第二行星级变速齿轮传动行星轮（4b）、第二行星级变速齿轮传动太阳轮（4c）和第二行星级变速齿轮传动内齿圈（4d）；

7.根据权利要求1所述一种功率合流式风电机组传动链结构，其特征在于：所述差速传动机构（2）、第一行星级变速齿轮传动机构（1）、螺旋锥齿轮传动机构（3）、钳刹系统（11）固定于机箱（9）内；所述第二行星级变速齿轮传动机构（4）、发电机（5）固定于传动部分外壳（10）内。

8.根据权利要求7所述一种功率合流式风电机组传动链结构，其特征在于：所述钳刹系统（11）包括刹车卡钳（11a）和刹车盘（11b），刹车卡钳（11a）通过螺栓固定在机箱（9）的箱盖（9a）；刹车盘（11b）通过螺栓分别固定在大叶轮（7）和小叶轮（6）上。

9.根据权利要求7所述一种功率合流式风电机组传动链结构，其特征在于：所述机箱（9）包括箱盖（9a）和箱座（9b），发电机（5）包括发电机转子（5a）、发电机定子（5b）、发电机外壳（5c）；所述箱座（9b）通过螺栓与传动部分外壳（10）连接，传动部分外壳（10）与发电机外壳（5c）通过螺栓进行连接，传动部分外壳（10）通过螺栓固定于偏航系统（12）上，偏航系统（12）固定于塔筒（8）上，塔筒（8）安装在海上漂浮式平台上。

10.权利要求1-9任意一项所述一种功率合流式风电机组传动链结构的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明提供了一种功率合流式风电机组传动链结构及其运行控制方法，小叶轮与差速传动机构的第一太阳齿轮相连，所述大叶轮与差速传动机构的第二太阳齿轮相连；第一行星级变速齿轮传动机构的行星级变速齿轮传动太阳轮连接螺旋锥齿轮传动机构的大锥齿轮；所述螺旋锥齿轮传动结构的小锥齿轮连接第二行星级变速齿轮传动机构的第二行星级变速齿轮传动行星架；功率从第一行星级变速齿轮传动机构的第一行星级变速齿轮传动行星架输入，由第二行星级变速齿轮传动机构的第二行星级变速齿轮传动太阳轮输出。能够实现在紧凑的机箱内部实现多级增速，提高了机箱内部的空间利用率，使机箱的结构更为紧凑。

技术研发人员：李垚,黄祺文,廖睿杰,陈东翔,邓月,余小辉
受保护的技术使用者：三峡大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/29