风电机组的主传动系统和风电机组的制作方法

1.本实用新型涉及风力发电技术领域，具体而言涉及一种风电机组的主传动系统和风电机组。


背景技术：

2.随着风力发电机组单机容量的不断增长，风机风轮直径越来越大。长叶片、高塔筒由于良好的经济性已成为发展的主流。由于叶片越来越长同时单机功率也来越大，风电机组主轴承载荷越来越大，要求也越来越高。同时，风电机组主轴承与齿轮箱作为风电机组传动链最关键的部件，可靠性要求非常高，常规的风电机组主传动系统针对主轴承与齿轮箱的设计越来越难以满足大功率机组匹配设计，设计一种新型可靠大承载能力的主传动系统对于大功率风电机组的设计应用具有重要的意义。
3.为了满足长叶片大功率风电机组对主轴承和齿轮箱传动系统的要求，目前主要的方案有以下几种：第一种方案是采用传统风电齿轮箱，匹配主轴和两个单列圆锥主轴承，齿轮箱一级齿圈带有支撑轴承，这种方案系统成本高，对单列圆锥轴承配对设计游隙与运行游隙要求很高，安装困难，轴承使用寿命受使用环境影响很大，不能保证。第二种方案，紧凑型结构，两个单列圆锥主轴承支撑主轴，主轴与齿轮箱刚性直接连接，紧凑型齿轮箱一级行星架前端无支撑轴承，齿轮箱一级齿圈与主轴承座连接。这种方案相对第一种方案成本低，但是主轴承问题依然存在。另外，由于主轴尺寸较长和轴承刚度问题，集成式齿轮箱一级行星架变形导致行星轮偏载，靠齿轮修型或行星轮柔性销变形来补偿整体系统形变导致的齿面啮合偏差，目前该方案技术不成熟，齿轮系统设计和制造难度较大，存在较大的技术风险。第三种方案，风电机组主轴承和主轴与齿轮箱集成在一起，齿轮箱行星架前端轴承采用大锥角双列圆锥轴承，这种方案解决目前应用于半直驱风电机组，且该解决方案中大锥角双列圆锥轴承对游隙设计同样有较高要求，同时受限于大锥角双列圆锥轴承承载能力与尺寸限制，目前在大功率机组上未见应用。
4.综上所述，现有大功率风电机组主传动系统存在齿轮箱一级行星架轴承承载能力不足，使用风险较大，齿轮精度及适应性差等不足。因此，亟需一种新的风电机组主传动系统，可以提供高承载能力，高可靠性，满足大功率风机运行安全的同时保证风机的经济性。


技术实现要素：

5.在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型的实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
6.为了至少部分地解决上述问题，根据本实用新型的第一方面，提供了一种风电机组的主传动系统，所述主传动系统包括过渡法兰和齿轮箱，所述过渡法兰包括与叶轮连接的上风侧法兰结构和与所述齿轮箱的输入端连接的下风侧法兰结构，所述齿轮箱的输出端
与发电机连接，所述齿轮箱包括箱体、一级行星齿系结构和主轴承，所述一级行星齿系结构和所述主轴承均设置在所述箱体内，所述主轴承的外圈与所述箱体连接，所述主轴承的内圈与所述一级行星齿系结构的行星架的上风侧连接，所述主轴承为三排圆柱滚子轴承。
7.可选地，所述过渡法兰包括从上风侧向下风侧逐渐缩小的渐缩部段，使得所述下风侧法兰结构的径向尺寸小于所述上风侧法兰结构的径向尺寸。
8.可选地，所述一级行星齿系结构的行星架的上风侧设置有与所述主轴承的内圈相匹配的第一台阶部，所述第一台阶部的端面设置有沿轴向方向延伸的第一螺纹孔，所述主轴承的内圈设置有沿轴线方向贯通的第一通孔，所述过渡法兰的下风侧法兰结构设置有沿轴线方向贯通的第四通孔，所述第一螺纹孔、所述第一通孔和所述第四通孔相匹配，使得所述过渡法兰和所述主轴承的内圈共同通过高强螺栓与所述一级行星齿系的行星架连接。
9.可选地，所述主轴承与所述齿轮箱内部的齿轮共用油润滑，所述齿轮箱设置有强制润滑油路，所述强制润滑油路与所述主轴承的润滑油道连通。
10.可选地，所述齿轮箱还包括密封端板，所述密封端板与所述主轴承的外圈共同通过高强螺栓连接至所述箱体。
11.可选地，所述密封端板包括第一密封组件和第二密封组件，所述第一密封组件与所述过渡法兰的外周面接合，所述第二密封组件与所述箱体的上风侧接合。
12.可选地，所述过渡法兰包括从上风侧向下风侧逐渐缩小的渐缩部段和沿轴向方向尺寸保持不变的平直部段，所述第一密封组件与所述平直部段的外周面接合。
13.可选地，所述箱体、一级行星齿系结构的行星架、所述过渡法兰和所述密封端板共同形成所述齿轮箱的独立密封腔体，所述主轴承位于所述独立密封腔体中。
14.可选地，所述箱体设置有与风电机组的主机架连接的连接臂，所述主轴承的轴向位置与所述连接臂的轴向位置相邻或至少部分重合。
15.本实用新型还提供一种风电机组，所述风电机组包括上述主传动系统。
16.本实用新型将主轴承内置于齿轮箱，主轴承同时用作一级行星齿系结构的行星架的支撑轴承，取消了传统风电机组的主轴，由三排圆柱滚子轴承的内圈充当主轴，该集成式齿轮箱集成机组主轴、机组主轴承和主齿轮箱为一体，使得风电机组主传动系统轴向尺寸小，结构更紧凑，重量更轻；同时解决了大功率风电机组主轴变形对齿轮箱齿形啮合的影响，提高了齿轮箱的承载能力和寿命。
附图说明
17.本实用新型的下列附图在此作为本实用新型的一部分用于理解本实用新型。附图中示出了本实用新型的实施方式及其描述，用来解释本实用新型的装置及原理。在附图中，
18.图1为本实用新型实施例的主传动系统在风电机组中的组装示意图；
19.图2为本实用新型实施例的风电机组的主传动系统的结构示意图；
20.图3为本实用新型实施例的风电机组的主传动系统的局部放大结构示意图；
21.图4为本实用新型实施例的风电机组的主传动系统的局部放大结构示意图；
22.图5为本实用新型实施例的风电机组的主传动系统的局部放大结构示意图；
23.图6为本实用新型实施例的风电机组的主传动系统的局部放大结构示意图。
具体实施方式
24.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
25.为了彻底理解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本实用新型。显然，本实用新型的施行并不限定于该技术领域的技术人员所熟习的特殊细节。本实用新型的较佳实施方式详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式，不应当解释为局限于这里提出的实施方式。
26.应当理解的是，在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施方式并且不作为本实用新型的限制，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。本实用新型中所使用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并非限制。
27.本实用新型中所引用的诸如“第一”和“第二”的序数词仅仅是标识，而不具有任何其他含义，例如特定的顺序等。而且，例如，术语“第一部件”其本身不暗示“第二部件”的存在，术语“第二部件”本身不暗示“第一部件”的存在。
28.以下，将参照附图对本实用新型的具体实施方式进行更详细地说明，这些附图示出了本实用新型的代表实施方式，并不是限定本实用新型。
29.本实用新型提供一种风电机组的主传动系统和风电机组，如图1-6所示，该主传动系统包括过渡法兰1和齿轮箱2，所述过渡法兰1包括与叶轮3连接的上风侧法兰结构11和与所述齿轮箱2的输入端连接的下风侧法兰结构12，所述齿轮箱2的输出端与发电机4连接，所述齿轮箱2包括箱体21、一级行星齿系结构和主轴承22，所述一级行星齿系结构和所述主轴承22均设置在所述箱体21内，所述主轴承22的外圈221与所述箱体1连接，所述主轴承22的内圈222与所述一级行星齿系结构的行星架23的上风侧连接，所述主轴承22为三排圆柱滚子轴承。
30.主轴承22为风电机组主传动系统的主轴承，承载包括叶轮3和过渡法兰1在内的机组主传动系统的转动部件，本实用新型将主轴承22内置于齿轮箱2，主轴承22同时用作一级行星齿系结构的行星架23的支撑轴承，取消了传统风电机组的主轴，由三排圆柱滚子轴承的内圈充当主轴，该集成式齿轮箱集成机组主轴、机组主轴承和主齿轮箱为一体，同时解决了大功率风电机组主轴变形对齿轮箱齿形啮合的影响，提高了齿轮箱的承载能力和寿命；采用三排圆柱滚子轴承作为主轴承，其中两排沿径向设置的滚动体主要承受轴向力，另外一排沿轴向设置的滚动体主要承受径向力，三排圆柱滚子轴承能够大幅提高主轴承的承载能力；并且由于三排圆柱滚子轴承的特性，在进行主轴承装配时不需考虑三排圆柱滚子轴承的安装游隙，因此安装更方便且可靠性更高。
31.根据本实用新型的实施方式，如图2-4所示，所述过渡法兰1包括从上风侧向下风侧逐渐缩小的渐缩部段13，使得所述下风侧法兰结构12的径向尺寸小于所述上风侧法兰结构11的径向尺寸。该设置能够使位于过渡法兰下风侧的主轴承及其他齿轮箱部件的尺寸减
小，从而减轻整个主传动系统的重量。
32.根据本实用新型的实施方式，如图2所示，所述齿轮箱2还包括单列圆柱滚子轴承24，所述单列圆柱滚子轴承24的外圈所述箱体21连接，所述单列圆柱滚子轴承24的内圈与所述一级行星齿系结构的行星架23的下风侧连接。主轴承22与单列圆柱滚子轴承24共同用作一级行星齿系结构的行星架23的支撑轴承。
33.根据本实用新型的实施方式，所述主轴承22与所述齿轮箱内部的齿轮共用油润滑。主轴承22采用强制润滑，如图3和图6所示，所述齿轮箱2设置有强制润滑油路25，所述强制润滑油路25与所述主轴承22的润滑油道223连通，润滑油道223可以设置在主轴承22的外圈221中，使得润滑油经由强制润滑油路25和润滑油道223达到主轴承22的滚动体。优选地，强制润滑油路25部分外置于箱体21，便于安装和维护，并且简化箱体21的加工工艺。主轴承与齿轮箱内部的齿轮共用油润滑，无需单独设置润滑系统，便于操作和维护；采用强制润滑能够确保主轴承的润滑效果。
34.根据本实用新型的实施方式，如图5和图6所示，所述一级行星齿系结构的行星架23的上风侧设置有第一台阶部231，行星架23自所述第一台阶部231的端面231-1开设有沿轴向方向延伸的第一螺纹孔232，所述主轴承22的内圈222设置有沿轴线方向贯通的第一通孔，所述过渡法兰1的下风侧法兰结构12设置有沿轴线方向贯通的第四通孔121，所述第一螺纹孔232、所述第一通孔和所述第四通孔121相匹配，使得过渡法兰1与主轴承22的内圈222共同通过高强螺栓5连接至一级行星齿系结构的行星架23。优选地，所述第一台阶部231的外周面231-2与所述主轴承22的内圈222的内周面间隙配合。
35.根据本实用新型的实施方式，如图2、图3和图6所示，所述齿轮箱2还包括密封端板26，所述密封端板26与所述主轴承22的外圈221共同通过高强螺栓6连接至所述箱体21。优选地，所述箱体21设置有第二台阶部211，箱体21自第二台阶部211的端面211-1开设有沿轴向方向延伸的第二螺纹孔212，所述主轴承22的外圈221设置有沿轴线方向贯通的第二通孔，所述密封端板26设置有沿轴线方向贯通的第三通孔261，所述第二通孔、所述第三通孔261和所述第二螺纹孔212相匹配，使得所述密封端板26和所述主轴承22的外圈221共同通过高强螺栓6与所述箱体1连接。
36.根据本实用新型的优选的实施方式，如图3所示，密封端板26包括第一密封组件262和第二密封组件263，所述第一密封组件262与所述过渡法兰1的外周面接合，所述第二密封组件263与所述箱体21的上风侧接合。具体地，密封端板26的下风侧设置有与箱体21的上风侧端面和内周面相匹配的第三台阶部，在该第三台阶部的面向箱体21的端面和外周面上分别设置环形的密封件，该两个环形的密封件构成密封端板26的第二密封组件263。另外，密封端板26的内周设置有与过渡法兰1的外周面接合的两个环形的密封件，该两个环形的密封件构成密封端板26的第一密封组件262。通过在密封端板26与过渡法兰1之间设置由两个环形密封件构成的第一密封组件262，加强密封端板26与过渡法兰1连接的密封效果；并且通过在密封端板26与箱体21之间设置由分别位于不同接合面上的两个环形密封件构成的第二密封组件263，加强密封端板26与箱体21连接的密封效果。
37.根据本实用新型的实施方式，所述过渡法兰1还包括与渐缩部段13相连的平直部段14，平直部段14沿轴向方向尺寸保持不变，所述第一密封组件262与所述平直部段14的外周面接合。通过将过渡法兰1的套置于密封端板26中的部分设置为圆筒形状，密封端板26及
第一密封组件262相应地设置为环形形状即可，便于加工和保证密封效果。
38.当进行齿轮箱组装时，将主轴承22从一级行星齿系结构的行星架23的上风侧套置于行星架23的第一台阶部231，使得所述主轴承22的外圈221的下风侧端面221-1抵靠箱体21的第二台阶部211的端面211-1，同时主轴承22的内圈222的下风侧端面222-1抵靠行星架23的第一台阶部231的端面231-1，主轴承22的内圈222的第一通孔与行星架23的第一螺纹孔232对准，主轴承22的外圈221的第二通孔与箱体21的第二螺纹孔212对准，并且主轴承2的润滑油道23与齿轮箱的强制润滑油路5对准从而保持连通；通过高强螺栓6将密封端板26和主轴承22的外圈221共同连接至箱体21，使得密封端板26的第二密封组件263与箱体21的上风侧紧密接合；然后将过渡法兰1套入环形的密封端板26中，直到过渡法兰1的下风侧法兰结构12的端面122抵靠主轴承22的内圈222的上风侧端面222-2，过渡法兰1的第四通孔121对准主轴承22的内圈222的第一通孔，密封端板26的第一密封组件262与过渡法兰1的平直部段14的外周面紧密接合；通过高强螺栓5将过渡法兰1和主轴承22的内圈222共同连接至一级行星齿系结构的行星架23。
39.根据本实用新型的实施方式，一级行星齿系结构的行星架23的上风侧端面233作为齿轮箱的前端面，并且自该上风侧端面233开设出用于放置主轴承22的第一台阶部231，从而可以将主轴承22从行星架23的上风侧直接套置于行星架23，便于安装主轴承。另外，在主轴承22的上风侧，外圈221和内圈222分别与密封端板26和过渡法兰1连接，并且密封端板26的第一密封组件262与过渡法兰1紧密接合，密封端板26的第二密封组件263与箱体21紧密接合，使得箱体21、一级行星齿系结构的行星架23、过渡法兰1和密封端板26共同形成齿轮箱的独立密封腔体，主轴承22位于该独立密封腔体中。独立的密封腔体构成主轴承和齿轮箱内部齿轮的共同油润滑环境。
40.根据本实用新型的实施方式，所述箱体21设置有与风电机组的主机架连接的连接臂213，所述主轴承22的轴向位置与所述连接臂213的轴向位置相邻或至少部分重合。主轴承22承载包括叶轮3和过渡法兰1在内的机组转动部件，扭转力矩大，将主轴承22的轴向位置设置成与所述连接臂213的轴向位置相近，保证齿轮箱受力均衡。
41.除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本实用新型。本文中出现的诸如“部”、“件”等术语既可以表示单个的零件，也可以表示多个零件的组合。本文中出现的诸如“安装”、“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其他特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。
42.本实用新型已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施方式范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本实用新型并不局限于上述实施方式，根据本实用新型的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围以内。本实用新型的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

技术特征：
1.一种风电机组的主传动系统，其特征在于，所述主传动系统包括过渡法兰和齿轮箱，所述过渡法兰包括与叶轮连接的上风侧法兰结构和与所述齿轮箱的输入端连接的下风侧法兰结构，所述齿轮箱的输出端与发电机连接，所述齿轮箱包括箱体、一级行星齿系结构和主轴承，所述一级行星齿系结构和所述主轴承均设置在所述箱体内，所述主轴承的外圈与所述箱体连接，所述主轴承的内圈与所述一级行星齿系结构的行星架的上风侧连接，所述主轴承为三排圆柱滚子轴承。2.根据权利要求1所述的主传动系统，其特征在于，所述过渡法兰包括从上风侧向下风侧逐渐缩小的渐缩部段，使得所述下风侧法兰结构的径向尺寸小于所述上风侧法兰结构的径向尺寸。3.根据权利要求1所述的主传动系统，其特征在于，所述一级行星齿系结构的行星架的上风侧设置有与所述主轴承的内圈相匹配的第一台阶部，所述第一台阶部的端面设置有沿轴向方向延伸的第一螺纹孔，所述主轴承的内圈设置有沿轴线方向贯通的第一通孔，所述过渡法兰的下风侧法兰结构设置有沿轴线方向贯通的第四通孔，所述第一螺纹孔、所述第一通孔和所述第四通孔相匹配，使得所述过渡法兰和所述主轴承的内圈共同通过高强螺栓与所述一级行星齿系的行星架连接。4.根据权利要求1所述的主传动系统，其特征在于，所述主轴承与所述齿轮箱内部的齿轮共用油润滑，所述齿轮箱设置有强制润滑油路，所述强制润滑油路与所述主轴承的润滑油道连通。5.根据权利要求1所述的主传动系统，其特征在于，所述齿轮箱还包括密封端板，所述密封端板与所述主轴承的外圈共同通过高强螺栓连接至所述箱体。6.根据权利要求5所述的主传动系统，其特征在于，所述密封端板包括第一密封组件和第二密封组件，所述第一密封组件与所述过渡法兰的外周面接合，所述第二密封组件与所述箱体的上风侧接合。7.根据权利要求6所述的主传动系统，其特征在于，所述过渡法兰包括从上风侧向下风侧逐渐缩小的渐缩部段和沿轴向方向尺寸保持不变的平直部段，所述第一密封组件与所述平直部段的外周面接合。8.根据权利要求5所述的主传动系统，其特征在于，所述箱体、一级行星齿系结构的行星架、所述过渡法兰和所述密封端板共同形成所述齿轮箱的独立密封腔体，所述主轴承位于所述独立密封腔体中。9.根据权利要求1至8中任一项所述的主传动系统，其特征在于，所述箱体设置有与风电机组的主机架连接的连接臂，所述主轴承的轴向位置与所述连接臂的轴向位置相邻或至少部分重合。10.一种风电机组，其特征在于，所述风电机组包括根据权利要求1-9中的任一项所述的主传动系统。

技术总结
本实用新型公开了一种风电机组的主传动系统和风电机组，该主传动系统包括过渡法兰和齿轮箱，过渡法兰包括与叶轮连接的上风侧法兰结构和与齿轮箱的输入端连接的下风侧法兰结构，齿轮箱的输出端与发电机连接，齿轮箱包括箱体、一级行星齿系结构和主轴承，一级行星齿系结构和主轴承均设置在箱体内，主轴承的外圈与箱体连接，主轴承的内圈与一级行星齿系结构的行星架的上风侧连接，主轴承为三排圆柱滚子轴承。本实用新型将主轴承内置于齿轮箱，取消了传统风电机组的主轴，使得风电机组主传动系统轴向尺寸小，结构更紧凑，重量更轻；同时解决了大功率风电机组主轴变形对齿轮箱齿形啮合的影响，提高了齿轮箱的承载能力和寿命。提高了齿轮箱的承载能力和寿命。提高了齿轮箱的承载能力和寿命。


技术研发人员：苗向文 黄强 郭君海
受保护的技术使用者：华锐风电科技（集团）股份有限公司
技术研发日：2022.12.13
技术公布日：2023/5/13