专利名称：组合式风电增速箱的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种组合式风电增速箱，属于风力发电机组中的一个部件，主要应用 在大功率风电机组中，如功率为2. 5丽-10丽的风电机组中，甚至可以应用在功率大于 IO丽的风电机组中，具有可靠性高、易拆装、易维修等特点。
背景技术：
风电增速箱是风力发电机组的重要机械部件，风电增速箱的主要功能是将风轮叶 片在风力作用下所产生的动力传递给发电机，并使发电机得到相应的转速，从而实现 发电机的发电功能。通常风轮的转速很低，远达不到发电机发电所需要的转速，通过 风电增速箱就能够把风轮的转速经过增速后输送到发电机中，从而提高了发电机的转 速，使发电机达到发电所需的转速。由于风电机组在运行过程中受到无规律的变向变 负荷的风力作用以及强阵风的冲击，长年经受酷暑严寒和极端温差的影响，以及一些 特殊气象状况的出现，皆可导致风电机组发生故障，而风电机组中狭小的机舱不可能 像在地面那样具有牢固的机座基础，整个传动系统的动力匹配和扭转振动的因素总是 集中反映在某个薄弱环节上，从而造成风电机组出现故障而停机。大量的实践证明， 风电机组上的这个薄弱环节常常就是机组中的风电增速箱，也就是说风电增速箱是整 个风电机组中故障发生率最高的部件。
传统的风电增速箱是整体式的，即风电增速箱中的一级行星和两级平行轴圆柱齿 轮副同在一个箱体内，使得整个增速箱的体积和重量都很大，从而给风电增速箱的搬 运和安装带来较大的不便。如申请日为2003年06月10日，公告号为CN2661956的中国专 利中，公开了一种风电连轴增速箱，该增速箱就是整体式的，整体式结构的增速箱主 要存在下列缺点
1、由于风力资源在高山、荒野、海滩、海岛等处较为丰富，故风电机组必须安装 在高山、荒野、海滩、海岛等风口处，这就使得风电机组所处的自然环境较差，交通 不便，从而给设备的运输和安装带来更大的困难。在现有的风电机组中，这类整体式 风电增速箱是安装在塔顶机舱狭小空间内的， 一旦风电增速箱出现故障，风电增速箱 的维修就相当困难，不能在塔顶机舱内直接进行维修，需要将整个风电增速箱从塔顶 上拆卸下来后再进行维修。因为这类风电增速箱的体积和重量都很大，导致整个风电
3增速箱从塔顶上拆卸下来十分的困难，只能使用专用的巨型吊车才能将塔顶上的风电 增速箱吊到地面上，然后再对风电增速箱进行维修，这就大大提高了风电增速箱的维 修费用，每次的维修成本就高达数十万元，且要耗费较多的人力资源和物力资源，从 而提高了增速箱生产厂家的负担，增加了生产成本。
2、在传统的一级行星和两级平行轴圆柱齿轮传动增速箱中，由于斜齿内齿圈、行 星轮、太阳轮依次啮合的结构特性，决定了支承行星轮的圆柱滚子轴承除承受正常的 径向载荷外，还始终承受扭转力矩的作用，致使圆柱滚子轴承偏载，加剧了轴承的磨 损，易造成行星轮的损坏，该部件就成了增速箱中故障率最高的环节。如申请日为 2006年08月30日，公告号为CN200943679的中国专利中，公开的一种风电增速箱就是属 于这种类型的风电增速箱，该增速箱中的行星轮和轴承极易损坏，使得设备的总体性 能较差，需要经常进行维护和维修，而且该专利中的风电增速箱也是一体式的，使得 设备的维护和维修极为不便。
虽然增速箱生产厂家不断采用新技术、新工艺提高增速箱的产品质量，如申请日 为2008年11月12日，公告号为CN201293074的中国专利中，公开了一种双联行星双臂式 风电增速箱，该增速箱中采用了双联行星双臂式的结构，虽然能对太阳轮轮齿的强度 得到一定的提高，但是整体的结构较为复杂，设备的安装和拆卸较为困难，而且增速 箱是一体式的结构，使用较为不便，设备的维修和维护成本高。又如申请日为2005年 05月31日，公告号为CN2916260的中国专利中，公开了一种风电增速齿轮箱，该增速箱 同样也为一体式的结构。由于增速箱是风电机组传递动力的主要载体，在强烈的冲击 载荷等恶劣工况条件下，增速箱仍是风电机组中故障率最高的部件，增速箱生产厂家 每年都为因增速箱故障停机而造成的损失付出大笔赔偿金，使得部分厂家的生产难以 维系。
综上所述，风力发电属于清洁环保型能源，是国家大力支持的朝阳产业，发展空 间巨大，研究出一种高可靠性以及便于维修的风电增速箱具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理， 高可靠性、易拆装、易维护的组合式风电增速箱。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是该组合式风电增速箱包括风冷装置、 供油过滤装置和温度控制装置，其特点在于还包括一级增速单元和至少两个二级增 速单元，所述风冷装置和供油过滤装置均安装在一级增速单元上，所述温度控制装置安装在二级增速单元上；所述一级增速单元包括主轴、齿轮轴和带有人字齿的大齿圈 ，所述主轴安装在大齿圈上，所述齿轮轴的个数与二级增速单元的个数相同，该齿轮 轴均与大齿圈相啮合；所述二级增速单元包括传动轴、传动齿轮组和输出轴，所述传 动轴和输出轴均安装在传动齿轮组上，该传动轴与对应的齿轮轴相连接。由此使得本 发明中的增速箱具有更加可靠的性能，设备故障率大大降低，从而减少了设备维护和 维修的费用。由于本发明中的增速箱通过一级增速单元和至少两个二级增速单元组装 而成，大大方便了增速箱的安装、维护和维修。
本发明所述二级增速单元的个数在2-6个之间。由此使得本发明的结构设计更为合 理，设备性能更加可靠。
本发明所述传动轴通过联轴器与对应的齿轮轴相连接。由此使得本发明中的二级 增速单元能够更加方便的安装到一级增速单元上，同时也大大方便了二级增速单元从 一级增速单元上拆卸下来，从而使得本发明中的增速箱能够更加方便的进行安装、维 护和维修。
本发明所述大齿圈通过涨紧联接套安装在主轴上。由此使得本发明的结构更为简 单，性能更加可靠。
本发明所述传动齿轮组由一号齿轮、二号齿轮、三号齿轮和四号齿轮组成，其中 一号齿轮和二号齿轮相啮合，所述三号齿轮和四号齿轮相啮合，所述二号齿轮和三号 齿轮通过中间轴相连接；所述传动轴安装在一号齿轮上，所述输出轴安装在四号齿轮 上。由此使得本发明中二级增速单元的性能更加可靠。
本发明所述传动齿轮组中的一号齿轮、二号齿轮、三号齿轮和四号齿轮均为斜齿 齿轮。
本发明所述主轴上带有风轮轮毂。由此使得本发明中增速箱的使用更加方便。 本发明所述齿轮轴均匀的分布在大齿圈的周边。由此使得本发明的结构更加合理
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果本发明中的组合式风电增速箱采 用一套一级增速单元和至少两套二级增速单元构成，从而代替了传统的一级行星和两 级平行轴圆柱齿轮构成的整体式增速箱，可以有效的解决传统风电增速箱故障率高、 可靠性低、维修不便等问题。本发明的可靠性高，拆卸和安装容易，维护和维修方便 ，以及维护和维修的成本较低。
本发明中的齿轮传动系统包括一级增速单元和至少两套二级增速单元，每个增速单元均为一个独立的箱体，单个箱体的体积小，重量轻，便于搬运和安装。 一级增速 单元中取消了行星轮机构，采用带有人字齿的齿轮进行传动，提高了设备的性能，降 低了故障发生率，解除了由行星轮轴承而引发故障的这一最大隐患，显著提高了风电 增速箱的工作可靠性。当二级增速单元出现故障时，可直接在塔顶机舱中进行拆卸和 维修，极大的减少了维修时的工作量，降低了维修费用。
本发明中的一级增速单元可以通用，二级增速单元可灵活配置增速比，有利于提 高经济效益。 一级增速单元搭配不同数量的二级增速单元及发电机，可满足不同规格 风电机组的需要，拓宽了应用范围。当发电机组需要升级时，只需根据实际需要增加 二级增速单元的个数或者更换二级增速单元即可，无需将整套风电增速箱更换掉，提 高了资源的利用率，降低了发电机组升级的成本。
图l是本发明实施例l的主视结构示意图； 图2是图1的俯视结构示意图3是图1的左视结构示意图； 图4是图2中传动系统的结构示意图5是本发明实施例2的主视结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步说明。
实施例l:
参见图1至图4，本实施例中的组合式风电增速箱包括一级增速单元2、风冷装置3 、联轴器4、供油过滤装置5、温度控制装置和两个二级增速单元6。本实施例中的一级 增速单元2包括一级箱体、主轴l、大齿圈10和两个齿轮轴11，本发明中齿轮轴ll的个 数与二级增速单元6的个数是相同的，因为本实施例中设置有两个二级增速单元6，故 一级增速单元2中设置有两个齿轮轴11。本实施例中的主轴l上带有一个风轮轮毂，使 得本实施例中的风电增速箱的使用更加方便，能够直接将风力发电机组中的风轮安装 在风轮轮毂上，当然，本发明中的主轴l上也可以没有带风轮轮毂，而是等发电机组进 行安装时再将风轮轮毂安装到主轴l上。
本实施例中的大齿圈10上带有人字齿，大齿圈10通过涨紧联接套安装在主轴1上， 使得大齿圈10的安装更加方便，结构更加牢固，通过主轴1的转动可以带动大齿圈10进 行旋转。当然，本发明中的大齿圈10也可以通过其他方式而安装在主轴1上。本实施例中的两个齿轮轴11均匀的分布在大齿圈10的周边，且两个齿轮轴11均与大齿圈10相啮
合，本实施例中的两个齿轮轴ii上的齿轮结构也为人字齿，齿轮轴ii均与大齿圈io相
匹配。本发明的一级增速单元2中也可以根据实际需要设置两个以上的齿轮轴11，齿轮 轴ll的个数优选在2-6个之间，最佳为2-4个，这些齿轮轴11均匀分布在大齿圈10的周 边，且均与大齿圈10相啮合。本实施例中的大齿圈10为人字齿的齿轮，当然，如果本 发明中的大齿圈10如果使用其他类型的齿轮，如斜齿或直齿的齿轮也是可以的，只不 过效果均没有人字齿的齿轮好，所以优选使用人字齿的大齿圈io。
本实施例中的主轴l、大齿圈10和两个齿轮轴11均安装在一级箱体内，本发明中将 主轴l、大齿圈10和两个齿轮轴11安装在一级箱体内的方法对本领域技术人员来说为公 知常识，故此处不再详述。
本实施例中二级增速单元6的个数为两个，这两个二级增速单元6分别与两个齿轮 轴11相对应，即一个二级增速单元6与一个齿轮轴11相连接，本发明也可以根据风力发 电机组的不同需要来设置二级增速单元6的个数，通常二级增速单元6的个数优选在2-6 个之间，最佳为2-4个。本实施例中每个二级增速单元6的结构均是相同的，二级增速 单元6包括二级箱体、传动轴13、传动齿轮组和输出轴7，其中传动齿轮组由一号齿轮 61、 二号齿轮62、三号齿轮63和四号齿轮64组成， 一号齿轮61和二号齿轮62相啮合， 三号齿轮63和四号齿轮64相啮合，二号齿轮62和三号齿轮63之间通过中间轴14相连接
本实施例中的传动轴13安装在一号齿轮61上，输出轴7安装在四号齿轮64上，而传 动轴13、传动齿轮组和输出轴7均安装在二级箱体中，本实施例中将传动轴13、传动齿 轮组和输出轴7安装在二级箱体中的方法对本领域技术人员来说为公知常识，此处不再 详述。本实施例中一号齿轮61、 二号齿轮62、三号齿轮63和四号齿轮64均为斜齿齿轮 ，本发明中的一号齿轮61、 二号齿轮62、三号齿轮63和四号齿轮64也可以使用其他类 型的齿轮。当然，本发明中传动齿轮组也可以根据风力发电机组对输出转速的要求而 采用其他结构，并不局限于一号齿轮61、 二号齿轮62、三号齿轮63和四号齿轮64的组 合。本发明中的传动轴13和输出轴7均安装在传动齿轮组上，通过传动轴13将相对较慢 的转速输入传动齿轮组后，通过传动齿轮组进行增速，最后通过输出轴7将较快的转速 输出。
在本实施例的二级增速单元6中，通过传动轴13的转动而带动一号齿轮61旋转，然 后二号齿轮62、三号齿轮63和四号齿轮64依次被带动而进行旋转，最后通过四号齿轮
764的旋转而带动输出轴7的转动，从而实现二级增速单元6的二级增速功能，将传动轴 13中相对较慢的转速进行增速，从而提高输出轴7的转速。
本实施例中的两个齿轮轴11和两个二级增速单元6相对应，而每个二级增速单元6 中均有一根传动轴13，也就是说两个齿轮轴11与两根传动轴13相对应。本实施例中的 两个齿轮轴11与两根传动轴13之间分别通过联轴器4相连接，即一根传动轴13与对应的 一个齿轮轴11通过联轴器4相连接，通过齿轮轴11的转动就可以带动传动轴13的转动， 从而实现一级增速单元2将转速输送给二级增速单元6的功能。本实施例中的齿轮轴ll 和输出轴7之间通过联轴器4相连接，使得齿轮轴11和输出轴7之间的安装和拆卸较为方 便，从而大大方便了一级增速单元2和二级增速单元6之间的安装和拆卸，进而便于风 电增速箱的安装、维护和维修。当然，本发明中齿轮轴11与传动轴13之间也可以通过 其他方式相连接，并不局限于采用联轴器4进行连接。
本实施例中的风冷装置3和供油过滤装置5均安装在一级增速单元2上，风冷装置3 和供油过滤装置5为现有技术，此处不再详述。本实施例中的温度控制装置包括轴承温 度传感器8、电加热器9和油温传感器12，温度控制装置安装在二级增速单元6上，即轴 承温度传感器8、电加热器9和油温传感器12均安装二级增速单元6上。本实施例中组合 式风电增速箱在运转前先启动供油过滤装置5，从箱体中将润滑油经精密滤油器输送到 配油器，再经润滑管路对各部分的齿轮、轴承等传动件进行润滑。润滑系统设有油位 、油压、油温监控装置，确保增速箱在运转过程中不会出现断油。待各个润滑点都得 到润滑后方可启动增速箱。本实施例中的风电增速箱在运行时，当环境温度低于1(TC 时，先启动电加热器9对一级箱体和二级箱体内的润滑油进行加热，达到预定温度后才 投入运行。本实施例中的风电增速箱在运行时，当油温高于65'C时，控制系统将润滑 油导入二级箱体顶部的风冷装置3，高温的润滑油经风冷装置3的冷却降温后再输送到 各润滑点。当油温高于85'C或轴承外圈温度高于95'C时，油温传感器12或轴承温度传 感器8就会发出讯号，系统将自动停机。如发生故障，温度控制装置发出报警信号，使 操作者能迅速判定故障并加以排除。本实施例中的温度控制装置也为现有技术，此处 不再详述。
本实施例中为保证风电增速箱的噪声不高于85dB (A)，采取如下措施控制噪声
1) 提高齿轮啮合重合度，保证齿轮精度，进行齿形修缘、齿向修形，齿面接触斑 点达到规定要求；
2) 提高轴及轴承等传动件的刚度；3) 合理布置轴系和轮系传动，避免发生共振；
4) 安装时采取减振措施，将增速箱的机械振动控制在GB/T8543规定的C级之内。 本实施例中的风电增速箱安装后达到人工盘动灵活，无卡滞现象，加注规定的机
油达到油标刻度线，并在正式使用之前空载运转，利用电机驱动增速箱运转，达到增 速箱运转平稳，无冲击振动和异常噪音，润滑情况良好，且各处密封和结合面无渗漏 现象。
本实施例中的组合式风电增速箱主要应用在大功率风电机组中，如功率为 2. 5丽-10丽的风电机组中，根据需要也可以应用在功率大于10丽的风电机组中。本实 施例中的组合式风电增速箱在使用时，将风电增速箱安装在发电机组的塔顶机舱内， 外部的风轮安装在主轴l上，本实施例中的输出轴7与发电机相连接。当风轮在风力的 作用下进行旋转后，风轮带动主轴l进行转动，较慢的转速通过主轴l输入本实施例中 的风电增速箱后，通过风电增速箱中的一级增速单元2和二级增速单元6来提高这一转 速，最后经过提高后的转速的通过输出轴7而输送到发电机中，实现发电机的发电功能
本实施例中的一级增速单元2和两个二级增速单元6之间通过联轴器4相连，使得风 电增速箱的安装和拆卸更为方便，而且一级增速单元2和两个二级增速单元6均为独立 的箱体状结构，査找故障发生部件方便，便于设备的维护和维修。本实施例中的一级 增速单元2内采用主轴1、大齿圈10和齿轮轴11的传动结构，大大提高了一级增速单元2 的使用寿命，降低了传动部件的损耗，节省了设备维护和维修的费用。
本实施例中的一个一级增速单元2与两个二级增速单元6相连接，称为一拖二的组 合形式。本实施例中的一级增速单元2也称为一级平行轴圆柱齿轮增速单元，二级增速 单元6也称为二级平行轴圆柱齿轮增速单元。
实施例2:
参见图5，本实施例中的组合式风电增速箱与实施例l中的相比，不同之处就是本 实施例中设置有四个二级增速单元6，在一级增速单元2中安装有四个齿轮轴11，四个 齿轮轴11均匀的分布在大齿圈10的周边，且四个齿轮轴11均与大齿圈10相啮合。本实 施例中的其他结构均与实施例l中的相类似，此处不再详述。
本实施例中的一个一级增速单元2与四个二级增速单元6相连接，这种组合式风电 增速箱称为一拖四的组合形式。
本发明通过上述实施例可知，本发明与整体式风电增速箱相比具有如下优点(1) 减少了行星轮轴承等易损件，有利于降低故障率，更有效的提高了风电增速 箱的可靠性。
在传统的一级行星和两级平行轴圆柱齿轮传动增速箱中，由于斜齿内齿圈、行星 轮、太阳轮依次啮合的结构特性，决定了支承行星轮的圆柱滚子轴承除承受正常的径 向载荷外，还始终承受扭转力矩的作用，致使圆柱滚子轴承偏载，从而加剧了轴承的 磨损，易造成行星轮的损坏，也就是说行星轮轴承为风电增速箱中故障率最高的一个 零件。
本发明中的组合式风电增速箱采用人字齿大齿圈10与沿圆周方向均匀分布的两个 以上的齿轮轴ll相啮合，消除了轴向力的影响，齿轮及轴承的受力状况得到了极大的 改善，从而解除了行星轮轴承这一最大的故障隐患，从而显著提高了风电增速箱的工 作可靠性。
(2) —级增速单元2和二级增速单元6的箱体小，重量轻，便于拆卸和维修。 传统的整体式增速箱将全部齿轮传动系统集中在一个箱体中，使得整个箱体的体
积和重量都很大，导致增速箱的安装和维修极为困难。本发明中组合式增速箱将齿轮 传动系统拆分为两种增速单元，这些增速单元均呈箱体状结构，单个箱体的体积小， 重量轻，便于风电增速箱的安装和维修。
本发明中一级增速单元2包含主轴1、大齿圈10及齿轮轴11等部件，由于取消了行 星轮机构，该单元无易损件，寿命周期内无须拆卸，延长了使用寿命，降低了设备的 维护费用。
本发明中二级增速单元6包括两级齿轮副增速机构，根据实践证明，在风电增速箱 中，输出轴7的轴承是易损件，由于本发明中二级增速单元6的箱体重量只占总重量的 较小部分，且二级箱体的体积大为减小，当二级增速单元6需要进行维修时，可在塔顶 机舱内直接进行拆卸和维修，无需使用专用的巨型吊车将塔顶上的整个增速箱吊到地 面，从而极大的减少了维修费用。
(3) 可灵活配置增速比，有利于降低生产成本 本发明组合式风电增速箱能适应不同型号的风电机组对增速比的不同要求。在同
一规格的增速箱中， 一级增速单元2的增速比可设为定值，如6: l或8: 1。当增速箱应 用于不同型号的风电机组时，只需相应改变二级增速单元6中两级齿轮副的齿数即可满 足对总增速比的要求，而一级增速单元2可以通用，有利于提高发电机组的经济效益。 根据与一级增速单元2搭配的二级增速单元6及发电机的数量不同，可分别组成一
10拖二、 一拖三、 一拖四等组合形式，以适应不同规格风电机组的需要，拓宽了应用范围。
虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟 悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属 于本发明的保护范围。
1权利要求
1.一种组合式风电增速箱，包括风冷装置、供油过滤装置和温度控制装置，其特征在于还包括一级增速单元和至少两个二级增速单元，所述风冷装置和供油过滤装置均安装在一级增速单元上，所述温度控制装置安装在二级增速单元上；所述一级增速单元包括主轴、齿轮轴和带有人字齿的大齿圈，所述主轴安装在大齿圈上，所述齿轮轴的个数与二级增速单元的个数相同，该齿轮轴均与大齿圈相啮合；所述二级增速单元包括传动轴、传动齿轮组和输出轴，所述传动轴和输出轴均安装在传动齿轮组上，该传动轴与对应的齿轮轴相连接。
2.根据权利要求l所述的组合式风电增速箱，其特征在于所述二级增速单元的个数在2-6个之间。
3.根据权利要求l所述的组合式风电增速箱，其特征在于所述传动轴通过联轴器与对应的齿轮轴相连接。
4.根据权利要求1或2或3所述的组合式风电增速箱，其特征在于所述大齿圈通过涨紧联接套安装在主轴上。
5.根据权利要求1或2或3所述的组合式风电增速箱，其特征在于所述传动齿轮组由一号齿轮、二号齿轮、三号齿轮和四号齿轮组成，其中一号齿轮和二号齿轮相啮合，所述三号齿轮和四号齿轮相啮合，所述二号齿轮和三号齿轮通过中间轴相连接；所述传动轴安装在一号齿轮上，所述输出轴安装在四号齿轮上。
6.根据权利要求5所述的组合式风电增速箱，其特征在于所述传动齿轮组中的一号齿轮、二号齿轮、三号齿轮和四号齿轮均为斜齿齿轮。
7.根据权利要求1或2或3所述的组合式风电增速箱，其特征在于所述主轴上带有风轮轮毂。
8.根据权利要求1或2或3所述的组合式风电增速箱，其特征在于所述齿轮轴均匀的分布在大齿圈的周边。
全文摘要
本发明涉及一种组合式风电增速箱，属于风力发电机组中的一个部件。目前还没有一种高可靠性和便于维修的风电增速箱。本发明包括风冷装置、供油过滤装置和温度控制装置，其特征在于还包括一级增速单元和至少两个二级增速单元，风冷装置和供油过滤装置均安装在一级增速单元上，温度控制装置安装在二级增速单元上；一级增速单元包括主轴、齿轮轴和带有人字齿的大齿圈，主轴安装在大齿圈上，齿轮轴的个数与二级增速单元的个数相同，该齿轮轴均与大齿圈相啮合；二级增速单元包括传动轴、传动齿轮组和输出轴，传动轴和输出轴均安装在传动齿轮组上，该传动轴与对应的齿轮轴相连接。本发明结构设计合理，可靠性高、易拆装、易维护。
文档编号F03D11/00GK101644238SQ20091030661
公开日2010年2月10日 申请日期2009年9月5日 优先权日2009年9月5日
发明者俞文海, 时大方, 马兴法 申请人:浙江天马轴承股份有限公司