前端集成传动链结构及风力发电机组

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种前端集成传动链结构及风力发电机组。

背景技术

在风力发电机组中，传动链是风力发电机组的核心部件，其性能的好坏直接影响风机整机成本、机组运行的可靠性和市场竞争力。目前大兆瓦高扭矩风电传动链，为了获得高扭矩密度和低成本造价，对于齿轮箱的结构，较多采用集成式结构，有前端集成、后端集成、全集成结构。

前端集成可用于双馈和半直驱机组，后端集成和全集成只能用于半直驱机组，现有的齿轮箱均需要设置扭力臂加弹性支撑的结构，增加了结构的复杂程度和成本。

鉴于此，有必要提供一种新的前端集成传动链结构及风力发电机组，以解决或至少缓解上述技术缺陷。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种前端集成传动链结构及风力发电机组，旨在解决现有技术中结构复杂和成本较高的技术问题。

为实现上述目的，根据本发明的一方面，本发明提供一种前端集成传动链结构，包括：

主轴系统，包括主轴和轴承座，所述主轴可转动地安装于所述轴承座内；

齿轮箱，包括箱体、一级齿圈和传动组件，所述传动组件包括一级行星架，所述一级齿圈设置于所述箱体和所述轴承座之间，所述轴承座、所述一级齿圈和所述箱体依次连接，所述一级行星架的行星轮与所述一级齿圈啮合，所述一级行星架与所述主轴固定连接；

所述齿轮箱整体悬挂于所述主轴系统。

在一实施例中，所述前端集成传动链结构还包括第一紧固组件，所述第一紧固组件包括空心销和第一螺栓，所述空心销套设于所述第一螺栓的螺杆外周，所述第一螺栓和所述空心销共同穿过所述主轴和所述一级行星架的连接端面以固定连接所述一级行星架与所述主轴。

在一实施例中，所述第一紧固组件还包括第二螺栓，所述第二螺栓穿过所述主轴和所述一级行星架的连接端面以固定连接所述一级行星架与所述主轴。

在一实施例中，所述空心销和所述第一螺栓的数量均为多组，多组所述第一螺栓和所述空心销一一对应设置，多组所述第一螺栓环绕所述主轴的中心轴线呈圆周分布。

在一实施例中，所述主轴和所述一级行星架之间还设置有增磨漆或者摩擦片。

在一实施例中，所述前端集成传动链结构还包括第二紧固组件，所述第二紧固组件包括第三螺栓和抗剪销，所述第三螺栓和所述抗剪销间隔设置，所述轴承座、所述一级齿圈和所述箱体通过所述第三螺栓和抗剪销固定连接。

在一实施例中，所述前端集成传动链结构还包括第三紧固组件，所述轴承座的外壁面凸出设置有安装部，所述安装部开设有安装孔，所述第三紧固组件用于穿过所述安装孔与所述机座连接。

在一实施例中，所述前端集成传动链结构还包括油润滑系统，所述油润滑系统分别与所述主轴系统和所述齿轮箱连通。

在一实施例中，所述传动组件包括三级行星传动结构和一级平行传动结构，所述三级行星传动结构包括所述一级行星架，所述一级平行传动结构与所述三级行星传动结构的末端传动连接。

在一实施例中，所述轴承座内间隔设置有第一轴承和第二轴承，所述第一轴承和所述第二轴承均套设于所述主轴外周，所述主轴分别与所述第一轴承和所述第二轴承转动连接。

在一实施例中，所述第一轴承的外圈大端面与所述第二轴承的外圈大端面相背设置。

根据本发明的另一方面，本发明还提供一种风力发电机组，风力发电机组包括如上所述的前端集成传动链结构，还包括机座、联轴器和发电机，所述轴承座安装于所述机座，所述传动组件通过所述联轴器与所述发电机的输入轴连接。

本发明技术方案中，轴承座与机座直连固定，箱体与轴承座通过一级齿圈固定连接，取消了前箱体的设计，简化了结构节约了成本，主轴与一级行星架直接固定连接，提高了力矩传输稳定性，动力由主轴传递至一级行星架，齿轮箱与主轴共用轴承座内的轴承，齿轮箱与主轴系统集成为一体，提高了传输稳定性，行业中认为将齿轮箱与主轴系统连接后需要设置扭力臂加弹性支撑的结构，或者是减震器的结构，而本发明直接将齿轮箱整体悬挂固定在主轴系统上，并且并不影响其功能，相对地，取消了弹性支撑或减震器的设置，成本更低，重量更轻，经济性更高；传动组件的末端可以通过联轴器与发电机的输入轴连接，传动组件的高速轴与发电机输入轴偏心仍旧处于联轴器的纠偏能力范围之内。本发明取消弹性支撑结构设置，具有结构简单和成本更低的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施条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本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明一实施例前端集成传动链结构和机座的正视结构示意图；

图2为本发明一实施例前端集成传动链结构和机座的俯视结构示意图；

图3为本发明一实施例前端集成传动链结构的正视结构示意图；

图4为本发明一实施例前端集成传动链结构和联轴器的俯视结构示意图；

图5为本发明一实施例前端集成传动链结构中主轴和一级行星架的装配结构示意图；

图6为图5中A部分的放大图；

图7为本发明一实施例主轴系统中第一轴承和第二轴承背对背设置的结构示意图；

图8为本发明一实施例前端集成传动链结构中箱体、一级齿圈和轴承座的装配结构示意图(隐去轴承座)。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施条例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两组，例如两组，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“连接”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，可以是两组元件内部的连通或两组元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参照图1～图6，根据本发明的一方面，本发明提供一种前端集成传动链结构100，包括主轴系统2和齿轮箱3；主轴系统2包括主轴21和轴承座22，主轴21可转动地安装于轴承座22内，轴承座22用于安装在机座1上；齿轮箱3包括箱体31、一级齿圈32和传动组件33，传动组件33包括一级行星架331，一级齿圈32设置于箱体31和轴承座22之间，轴承座22、一级齿圈32和箱体31依次连接，一级行星架331的行星轮与一级齿圈32啮合，一级行星架331与主轴21固定连接；齿轮箱3整体悬挂于主轴系统2。

上述实施例中，轴承座22用于与机座1直连固定，箱体31与轴承座22通过一级齿圈32固定连接，取消了前箱体的设计，简化了结构节约了成本，主轴21与一级行星架331直接固定连接，提高了力矩传输稳定性，动力由主轴21传递至一级行星架331(传动组件33)，齿轮箱3与主轴21共用轴承座22内的轴承，齿轮箱3与主轴系统2集成为一体，提高了传输稳定性，行业中认为将齿轮箱3与主轴系统2连接后需要设置扭力臂加弹性支撑的结构，或者是减震器的结构，而本实施例直接将齿轮箱3整体悬挂固定在主轴系统2上，并且并不影响其功能，相对地，取消了弹性支撑或减震器等结构的设置，成本更低，重量更轻，经济性更高；传动组件33的末端可以通过联轴器110与发电机的输入轴连接，传动组件33的高速轴与发电机输入轴偏心仍旧处于联轴器110的纠偏能力范围之内。本实施例取消弹性支撑结构设置，具有结构简单和成本更低的优点。

具体地，传动组件33包括三级行星传动结构和一级平行传动结构，三级行星传动结构包括一级行星架331，一级行星架331作为三级行星传动结构的前端，三级行星传动结构的末端则与一级平行传动结构传动连接，一级平行传动结构为高速轴，其通过联轴器110与发电机的输入轴连接。三级行星传动结构和一级平行传动结构(3P+1H)的内部连接关系为本领域的公知内容，本发明不做具体描述。而该实施例的传动比可调整范围大，实现高速传动，齿轮箱3为高速齿轮箱3，能够实现大型风力发电机组高速传动链设计要求，并且隔离开发电机和齿轮箱3，避免了发电机轴电流和发电机电磁力对齿轮箱3高速级轴承的影响，且避免了齿轮箱3漏油的风险，减少了电气部件重量和尺寸，降低了电气部件的成本。

参照图7，在一实施例中，轴承座22内间隔设置有第一轴承223和第二轴承224，第一轴承223和第二轴承224均套设于主轴21外周，主轴21分别与第一轴承223和第二轴承224转动连接。本实施例采用双轴承与齿轮箱3集成方案，采用两个轴承，相对单轴承方案，轴承直径小，轴承成本低。

参照图7，在一实施例中，第一轴承223的外圈大端面与第二轴承224的外圈大端面相背设置。第一轴承223和第二轴承224具体可以为两个单列圆锥轴承，两个单列圆锥轴承外圈大端面采用背对背安装形式，提高了轴承的跨距，载荷恒定的情况下，跨距越大，力臂则越大，轴承的滚子承受力则越小，因此能够降低轴承所受的载荷并提高系统抵抗倾覆力矩的能力，相应地，可以缩短主轴21强度同样能够满足需求，实现简化结构、降低成本的目的。在其他实施例中，第一轴承223和第二轴承224也可以采用串联安装的形式，即两个轴承的外周大端面朝向相同，串联安装时，两轴承的跨距小于背对背安装形式的跨距，但优于两轴承面对面安装的方案。

参照图5和图6，在一实施例中，前端集成传动链结构100还包括第一紧固组件4，第一紧固组件4包括空心销41和第一螺栓42，空心销41套设于第一螺栓42的螺杆外周，第一螺栓42和空心销41共同穿过主轴21和一级行星架331的连接端面(即主轴21的法兰面和一级行星架331的法兰面)以固定连接一级行星架331与主轴21。空心销41的结构具体可以为一端大，另一端小，直径大的一端露出在主轴21内，直径小的另一端贯穿主轴21的法兰面并伸入到一级行星架331内与其过盈配合，空心销41用作承扭，提高前端集成传动链结构100的抗扭性能；第一螺栓42具体为双头螺柱加螺母的结构，双头螺柱的一端自空心销41直径大的一端伸入，并从空心销41的另一端伸出且与一级行星架331内开设的螺纹孔螺纹连接，而双头螺柱的另一端则与螺母螺纹连接，螺母的端面与空心销41直径大的一端的端面抵接，从而将空心销41锁止在双头螺柱上，进一步地也实现了主轴21和一级行星架331的连接紧固。

参照图6，另外，除了在第一螺栓42外套空心销41的组合结构之外，在一实施例中，第一紧固组件4还包括第二螺栓43，第二螺栓43穿过主轴21和一级行星架331的连接端面以固定连接一级行星架331与主轴21。还可以通过第二螺栓43连接紧固一级行星架331与主轴21，同样的，第二螺栓43为双头螺柱加螺母的结构，双头螺柱的一头穿过主轴21的法兰面伸入到一级行星架331内与其螺纹孔螺纹连接，另一头则与螺帽螺纹连接；为了便于机械手对螺母的安装装配，第二螺栓43的螺帽与第一螺栓42的螺帽在处于同一平面高度，相对空心销41露出部分的高度可以用垫块进行补足，从而便于人工或者机械手打力矩拧紧螺母，无论是拧紧第一螺栓42的螺母，还是第二螺栓43的螺母，拧紧的行程一致。设置第二螺栓43，不带空心销41的结构在保持结构强度的情况下，可以降低成本。

如图6所示，在一实施例中，空心销41和第一螺栓42的数量均为多组，多组第一螺栓42和空心销41一一对应设置，多组第一螺栓42环绕主轴21的中心轴线呈圆周分布。第一螺栓42与空心销41组合的结构可以设置有内外两圈，外圈全部由第一螺栓42与空心销41组合结构圆周阵列布置；内圈则可以部分采用第一螺栓42与空心销41组合结构，另外一部分使用第二螺栓43不带空心销41的结构。具体地，可以为第一螺栓42和空心销41组合结构与第二螺栓43间隔交替设置，保证了结构强度的同时，也降低了成本。

在一实施例中，主轴21和一级行星架331之间还设置有增磨漆或者摩擦片。增磨漆是一种可以增加结合面磨擦系数的油漆，表面喷砂处理后涂到结合面上。摩擦片具体可以为金刚石摩擦垫片。增磨漆或者摩擦片的两侧面分别与主轴21的法兰面和一级行星架331的法兰面抵接，通过设置增磨漆或者摩擦片能够显著提升主轴21和一级行星架331连接处的静摩擦系数，传递高载荷与扭矩。

参照图3、图4和图8，在一实施例中，前端集成传动链结构100还包括第二紧固组件5，第二紧固组件5包括第三螺栓51和抗剪销52，第三螺栓51和抗剪销52间隔设置，轴承座22、一级齿圈32和箱体31通过第三螺栓51和抗剪销52固定连接。抗剪销52用于提升轴承座22、一级齿圈32和箱体31抗剪切力的性能，第三螺栓51则实现紧固连接的作用。其中，抗剪销52的设置形式可以有多种形式，一部分抗剪销52连接轴承座22和一级齿圈32，一部分抗剪销52连接一级齿圈32和箱体31；另外，也可以设置一根抗剪销52同时连接轴承座22、一级齿圈32和箱体31。抗剪销52的数量为多组，环绕主轴21的中心轴线圆周分布。

同样的，第三螺栓51也可以有多种安装形式，有的自轴承座22穿过一级齿圈32后与箱体31开设的螺纹孔螺纹连接，有的自箱体31穿过一级齿圈32与轴承座22开设的螺纹孔螺纹连接；另外，还可以设置仅连接两个部件的第三螺栓51，例如，穿过轴承座22伸入一级齿圈32与其开设的螺纹孔螺纹连接，穿过箱体31伸入一级齿圈32与其开设的螺纹孔螺纹连接。相对于设置全部设置同样的螺栓同时穿过轴承座22、一级齿圈32和箱体31后与螺帽连接的结构，该实施例的连接紧固效果更好，强度更高。第三螺栓51的数量为多组，环绕主轴21的中心轴线圆周分布。

参照图1～图4，在一实施例中，前端集成传动链结构100还包括第三紧固组件6，轴承座22的外壁面凸出设置有安装部221，安装部221开设有安装孔222，第三紧固组件6用于穿过安装孔222与机座1连接。安装部221的数量可以为4组，分别设置在轴承座22的四角，每一安装部221上可以开设有多个安装孔222，每一安装孔222均与一第三紧固组件6对应；第三紧固组件6可以为螺栓与螺帽配合的结构，螺栓依次穿过安装孔222和机座1后与螺帽螺纹连接；也可以是仅有螺栓的结构，螺栓穿过安装孔222后与机座1对应开设的螺纹孔螺纹连接。均可以实现轴承座22与机座1的直连固定。

参照图1和图2，在一实施例中，前端集成传动链结构100还包括油润滑系统7，油润滑系统7分别与主轴系统2和齿轮箱3连通。主轴系统2中的轴承与齿轮箱3共用一套油润滑系统7，油润滑更有利于轴承长寿命运转。另外，油润滑系统7设置有喷油管保证润滑和冷却效果。

根据本发明的另一方面，本发明还提供一种风力发电机组，风力发电机组包括如上的前端集成传动链结构100，还包括机座1、联轴器110和发电机，轴承座22安装于机座1，传动组件33通过联轴器110与发电机的输入轴连接。该前端集成传动链结构100的具体结构参照上述实施例，由于风力发电机组采用了上述实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。