[发明专利]用于风力涡轮机的动力齿轮传输系统

说明书

技术领域

本发明涉及动力传输系统。更具体地，本发明涉及用于风力涡轮机的动力传输系统。

背景技术

风力涡轮机通常包括具有通过风驱动的大型叶片的转子。叶片将风的动能转化成转动机械能。机械能通常驱动一个或多个发电机以产生电功率。因此，风力涡轮机包括动力传输系统以处理和将转动机械能转化成电能。动力传输系统有时被称为风力涡轮机的“动力系”。动力传输系统的从风力涡轮机转子到发电机的部分被称为传动系。通过风力涡轮机转子和发电机之间的齿轮箱来实现将风力涡轮机转子的转速增加到发电机要求的速度。因此，齿轮箱形成动力传输系统的一部分并用来将来自风力涡轮机转子的低速、高转矩的输入转化成用于发电机的较低转矩、较高速度的输出。

风力涡轮机动力传输系统向舱结构和支撑所述系统的塔架传递由可变风力条件、动态相互作用、控制方面、重力和其他因素造成的多个其他转子负载。

1979年5月1日发表的DOE/NASA/0058-79/2-卷1的Mod-1风力涡轮发电机分析和设计报告(“Mod-1Wind Turbine Generator Analysis and Design Report”)公开一种旨在处理这些负载通过动力传输系统的路径的方法。特别地，该报告涉及作为用于增加风力涡轮机的转子的转速的动力传输系统的涡轮发电机。其具有被构造成通过转子围绕主轴线驱动并将转子连接到齿轮箱的浮动轴组件。底板用作主轴承的支承结构，支承主轴围绕主轴线转动并且经其传递转矩。底板支承舱中的所有设备，包括转子组件和齿轮箱，并且为安装在舱中的所有设备提供刚性基础。所述系统包括具有刚性联接到底板的壳体的三阶平行轴齿轮箱，其支承齿轮箱短轴围绕主轴线转动，同时限制输入构件的其他运动。齿轮箱短轴经由安装在主轴每个端部上的柔性联接件联接到主轴。柔性联接件具有与主轴相关的终端部分、与齿轮箱短轴相关的终端部分以及联接到每个终端部分以适应倾斜和侧向不对准以及轴向浮动的联接元件。柔性联接件包括具有弯曲花键齿联接件的齿轮联接件。柔性联接件包括具有径向突出齿的终端部分以及具有接合所述终端部分的径向突出齿的径向突出齿以限定两个齿轮啮合的联接元件。每个齿轮啮合中的一组径向突出齿具有基本直的轮廓，另一组具有轴向呈冠状的轮廓。

1980年8月1日发表的DOE/NASA/0163-2，Mod-0A 200kW风力涡轮发电机分析和设计报告(“Mod-0A 200kW Wind Turbine Generator Analysis and Design Report”)公开另一种处理通过动力传输系统的负载路径的方法。特别地，该报告涉及作为用于增加风力涡轮机的转子的转速的动力传输系统的涡轮发电机。转子叶片附接到低速轴上的毂。低速轴通过两个大轴承支承，两个大轴承的壳体通过底板支承，轴承反作用于竖直、侧部和轴向负载。作为三阶平行轴齿轮箱的速度增加器或者齿轮箱具有通过底板支承的壳体。壳体支承输入轴，即使具有侧向或倾斜不对准，转矩也传递到输入轴。主轴通过将低速轴的逆风端连接到齿轮箱的输入轴的柔性联接件联接到齿轮箱输入构件。柔性联接件包括与主轴相关的毂、与输入构件相关的毂和联接到每个终端部分的联接元件。每个毂具有能够适应不对准的齿。毂具有径向突出齿，联接元件具有接合毂的径向突出齿的径向突出齿，从而限定两个齿轮啮合。每个毂具有呈冠状以适应不对准的外部齿轮齿。两个栓接起来的凸缘元件环绕毂。

上面两个文件中所示种类的柔性联接件是公知的，例如Renold Power Transmission公司2005年10月份目录中所示的Gearflex GFV联接件具有与相应终端部分接合的一组向内突出齿和一组向外突出齿。

WO2012/052022公开类似布置的特征。

在行星齿轮系中，行星架的功能在于将转矩负载从输入轴传递到行星齿轮。特别地，在风力涡轮机应用中，行星架还将齿轮箱的重量传递回风力涡轮机转子轴。

这些负载可引起行星架变形，造成以下一项或多项：

·齿轮阶不对准；

·由于克服齿轮箱安装件的活动范围，额外的负载施加到齿轮箱；以及

·过多振动。

增加行星架刚度以避免这些问题的方法包括：

·加厚行星架壁；

·将材料改为更加刚性的；或者

·添加肋。

但是，这些方法引入了另外的问题。

例如，更厚的壁增加了重量。

采用更具刚性的材料增加了原材料成本，并可能需要更复杂的铸造过程(例如，从SG铁改为铸造钢)。