[发明专利]一种用于风力涡轮机的驱动装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮机驱动装置以及包含驱动装置的风力涡轮机。特别地但并非唯一地，本发明涉及这样一种驱动装置，其包括：转子轴；用于将扭矩从所述转子轴传递至发电机的变速箱总成；以及，用于将扭矩从所述转子轴传递至所述变速箱总成的驱动传递机构。

背景技术

全世界都在为可再生能源的利用付出巨大努力。其中一个已进行了大量研究的特定领域是风力发电领域。目前已开发出了各种各样不同类型的风力发电机器。众所周知的是，这些机器通常被称为风力涡轮机，其包括具有两个或更多个叶片的转子以及发电机，并且通常还包括用于将扭矩从转子传递至发电机的驱动装置。该驱动装置包括连接至叶片的转子轴以及变速箱。该驱动装置和发电机被设置于流线型机舱内，该流线型机舱安装在可有数十米高的细长塔上。其他类型的风力涡轮机是“直接驱动”的，在这种风力涡轮机中，转子轴直接连接至发电机。

在大型涡轮机中，转子速度受限于叶片的许用叶尖速度。因此，叶片越长，转子速度越慢，所捕获的功率与叶轮直径的平方成比例。其结果是，这种较大型涡轮中的涡轮转子的旋转速度相对较慢，并且转子轴中的扭矩相对较大。所以有必要在将旋转载荷输入发电机之前提高旋转速度并减小扭矩。这是因为传统的发电机无法在如此低速度和大扭矩下有效工作。因此，扭矩通过变速箱进行，其中该变速箱连接至转子轴，并且具有连接至发电机的输出轴。变速箱输出轴的旋转速度明显高于向变速箱提供输入的转子轴的旋转速度，并且输出轴中的扭矩明显更小。已知的一些直接驱动的发电机，其可被制成高效的，但会相对较大并较重。在相同的基础功率下，齿轮减速涡轮机将明显比直接驱动的系统更轻、更小并且成本更低，这是通常选择齿轮减速涡轮机的原因。

典型地，这种传统风力涡轮机的各组件按照转子-转子轴-变速箱-发电机的顺序串联连接。各连接组件设置在转子轴和变速箱的输入轴之间，并且类似地还设置在变速箱输出轴和发电机之间。还需要布置轴承来支撑使用过程中转子承受的不可忽略的弯矩和剪切力。其结果是，许多现有技术中的风力涡轮机驱动装置相对较长并较重，这尤其要归因于设置在不同轴之间的庞大且笨重的连接组件，以及这些轴在机舱内的物理分隔和串联布置。因此，风力涡轮机的机舱相对较大并且较重。通常不希望将这种大型机舱设置在风力涡轮机塔上的高处。这要求风力涡轮机塔能支撑相对较大的静态载荷和动态载荷。此外，机舱上的风力载荷可能很大，而且该风力载荷最终也必须由风力涡轮机塔支撑。因此，机舱的重量和尺寸决定了塔和塔基的设计，并且对涡轮机系统的总体成本起主要决定作用。

进一步地，这种驱动装置，尤其是变速箱，需要定期维护。这尤其归因于转子施加在变速箱上的扭矩载荷的极其易变的性质，该扭矩载荷是风况的函数。此外，转子会在变速箱上施加较大的剪切力和弯矩，这会导致过早磨损和疲劳损坏。

然而，维护现有涡轮机的变速箱可能也是困难的。由于在机舱中接触变速箱受到限制，通常将变速箱从塔中移除以进行修理。主导环境条件、特殊要求、一些情况下的大量工具，以及测试设备都对塔上维修造成障碍。已经发现，在一些情况下，由于变速箱的尺寸、重量，以及在机舱内的安装方式、与转子轴和发电机的连接方式，相对来说难以移除变速箱。在某些涡轮机中，变速箱部分地或完全支撑转子，所以移除变速箱需要设置独立的支撑件来支撑该转子或移除该转子。因此，现有涡轮机的驱动装置的维护耗时且昂贵。

公开号为No.US-2010/0009803（Giger）的美国专利公开了一种风力涡轮机和变速箱。该涡轮机包括中空形式的转子轴3，并且该变速箱部分地布置在该转子轴的内部。该变速箱为平行轴和设在转子轴内的具有两级的行星变速箱，这些部件形成一级和二级。二级具有二级齿轮架，其在弹性可变形的安装座上载有多个二级行星齿轮。二级的环形(或圆形)齿轮是构成二级太阳轮的连接组件的一部分。二级太阳轮轴经过扭矩支点逆时针移出转子轴并且连接至偏置发电机。一级行星齿轮安装在由扭矩支点形成的二级齿轮架上，并且一级环形齿轮直接形成在中空转子轴的内侧上。

将Giger公开的这种变速箱总成从涡轮机外壳中移除很困难。具体来说，无法将一级和二级与太阳轮轴一起从外壳中移除而必须单独地移除，并且必须克服很多干扰。具体来说，二级行星齿轮架相对于转子轴安装并且环形齿轮形成在转子轴的内侧上的这种安装方式使得必须分段而不是整体移除变速箱总成。这极具挑战性并且非常耗时。