[發明專利]具有單級緊湊型傳動系的風力渦輪機

有效

• 申請號: 201210413129.6
• 申請日: 2012-10-25
• 公開（公告）號: CN103075308B
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: A.D.米納德奧;J.H.馬奇;P.C.佩特爾
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F03D15/10
• 分類號: F03D15/10;F03D9/25;H02K7/18;H02K7/116
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 李強,譚祐祥

技術領域

本發明涉及緊湊型傳動系。更具體地，涉及用于風力渦輪機的緊湊型齒輪傳動系。

背景技術

風力渦輪機作為環境安全和成本相對較低的備選能源正受到越來越多的關注。風力渦輪機并不排放溫室氣體（GHGs），并且因此對全球變暖沒有促進作用。隨著對風力發電的興趣日益增長，在開發可靠并且高效的風力渦輪機方面已作出了相當多的努力。

典型地，風力渦輪機用于將風中的動能轉化成機械動力。該機械動力可以用于具體任務（例如抽水），或者發電機可以將該機械動力（即，軸的旋轉）轉化成電力。風力渦輪機通常包括空氣動力學機構（例如，葉片），以用于將空氣的運動轉化成機械運動（例如，旋轉），該機械運動接著通過發電機轉化成電力。來自發電機的動力輸出與風速的立方成正比。隨著風速加倍，風力發電機的生產能力提高近八倍。

大多數市售風力渦輪機利用多級齒輪傳動系將渦輪機葉片連接至發電機。風使渦輪機葉片轉動，渦輪機葉片使低速軸旋轉。低速軸聯接至齒輪箱的輸入軸，該齒輪箱具有連接至發電機的速度較高的輸出軸。因此，齒輪傳動的目的在于增大機械運動的速度。

額定功率大于1MW的現有的風力渦輪機的大多數齒輪傳動系利用多個齒輪級來實現處于從大約1﹕70到大約1﹕110的范圍內的傳動比。三級典型地包括簡單的行星或周轉第一級，在第一級之后是兩個平行偏置級（大齒輪+多個小齒輪），或者在第一級之后是第二簡單的行星級、在第二簡單的行星級之后是平行偏置級。高傳動比使得能夠使用比齒輪箱小得多并且成本低得多的發電機。通過徑向通風冷卻，發電機的相對較高的速度使得發電機被迫具有長度大于寬度的縱橫比。齒輪箱的高速輸出軸與齒輪箱的低速輸入軸大體不同心。由于這些原因，發電機單獨安裝并且與主框架（通常也稱作底架或底板）上的齒輪箱間隔開。動力通過柔性“高速”軸聯接件從齒輪箱傳遞至發電機。該布置迫使齒輪箱與發電機彼此物理隔開，并且同時要求齒輪箱的輸出軸和發電機的輸入軸分別由齒輪箱軸承和發電機軸承單獨支撐。

因此，風力發電工業期望一種構造更優的齒輪傳動系，以使可靠性和可用性提高、使成本降低、使質量和尺寸降低、并且使效率提高。

發明內容

本發明的各個方面以及優點將會在下文的描述中進行部分闡述，或者是通過描述可以顯而易見的，或者是可以通過實施本發明而學到。

根據本發明的各個方面，提供一種用于風力渦輪機的傳動系，該風力渦輪機具有連接至轉子轂的單獨的轉子葉片。該傳動系包括齒輪箱，轉子轂直接安裝至齒輪箱。齒輪箱進一步包括固定齒輪托架，該固定齒輪托架安裝至風力渦輪機的主框架部件（例如底板或底架構件），齒輪箱由此充分地支撐轉子轂的重量。提供了發電機，齒輪箱具有聯接至發電機轉子的輸出軸，使得齒輪箱充分地支撐發電機轉子的重量。

在傳動系的特定實施例中，齒輪箱包括外部回轉支承，該外部回轉支承具有安裝至齒輪托架的固定環和旋轉齒圈，轉子轂直接安裝至旋轉齒圈。該實施例中的齒輪箱可以包括旋轉齒圈與輸出軸之間的行星齒輪構造。例如，行星齒輪構造可以包括由齒輪托架支撐并且旋轉齒輪連接至旋轉齒圈的多個行星齒輪。在該實施例中，齒輪托架可以限定行星齒輪中的每一個行星齒輪的固定軸。旋轉太陽齒輪齒輪連接至行星齒輪，太陽齒輪旋轉驅動輸出軸，輸出軸可以被限定成太陽齒輪的軸向延伸部。例如，輸出軸和太陽齒輪可以形成為單個的一體部件。

輸出軸可以通過各種裝置聯接至發電機轉子。例如，在一個實施例中，花鍵轂可以安裝至轉子，輸出軸聯接至花鍵轂。花鍵轂軸承可以安裝至與花鍵轂同心的齒輪托架。

本發明還包括具有如本文所實施的傳動系的任何構造的風力渦輪機。

參照下文的描述以及所附權利要求，本發明的這些和其它的特征、方面以及優點將變得更好理解。結合在本說明書中并且構成本說明書一部分的附圖顯示了本發明的實施例并且與描述一起用于對本發明的原理進行解釋。

附圖說明

參照附圖，說明書中闡述了面向本領域普通技術人員的本發明的完整和可能公開，包括本發明的最佳模式，在附圖中：

圖1是傳統風力渦輪機的透視圖；

圖2是根據本發明的各個方面的具有傳動系的風力渦輪機的部分透視圖；

圖3是可以用于圖2的風力渦輪機中的傳動系的實施例的剖視圖；以及

圖4是具有代表性的傳動系的實施例的更詳細的剖視圖。

附圖標記列表：

具體實施方式