[实用新型]一种风力发电增速箱

说明书

技术领域

本实用新型属于机械制造领域，涉及到齿轮箱制造技术，特别适用于风力发电设备。

背景技术

随着能源短缺和生态环境的日益恶化，人们普遍认识到了新能源发电技术的重要性。风能作为一种清洁的可再生能源，各国纷纷出台政策和税收优惠，鼓励风电产业的发展。为了改善风电机组的性能、提高单机容量，世界各国对风电机组进行了大量的研究工作。目前，世界上先进的风电设备制造企业主要集中在少数几个国家，如丹麦、德国、西班牙和美国等。

近10年来，全球风力发电装机容量以近30％的年增长率飞速发展，我国风电装机容量增长率是世界第一。兆瓦级以上的风电机组已经成为主流机型，如美国的主流机型1.5MW，丹麦的主流机型(2.0～3.0)MW。根据国家发改委规划，我国风电新增装机也以1.5MW、2MW机型为主，1MW以下机型所占比重将逐渐降低。机型功率越大，经济效益、风能利用率越高。

风电装备向大机型方向发展，需要研究新型的增速传动机理，需要在设计上发展新的设计理念。德国已开发5兆瓦机型的增速箱。据资料，欧洲已在进行8MW机型的概念设计，甚至已提出在2020年前开发20MW机型的概念。增速箱安装在头部，体积大小均受到极大的限制。1.5兆瓦齿轮箱重达5-6吨，机型塔高约70米。8兆瓦机型塔高可能就会达到150-200米，过大过重的增速箱肯定是不合适的。大机型的发展趋势，要求我们改进目前机型(如1.5兆瓦)的增速箱传动原理，研究适应大机型的增速箱传动。

齿轮箱是近年来国内外风力发电机组故障率最高的部件之一。齿轮箱故障是世界性的问题，但我国风电齿轮箱的故障率更高。有的风场齿轮箱损坏率高达40％～50％，个别品牌机组齿轮箱更换率接近100％。风力发电机组设计使用寿命至少20年，但风场齿轮箱在2-3年内就要出故障。海上风能资源丰富，海上风电场正成为一个迅速发展的市场。复杂的海上自然条件使得风电机组的故障率更是居高不下，如世界最大的海上风电场丹麦Vestas风电场，海上风电机组故障率超过70％。

根据近年的研究，发现齿轮箱故障主要有：1)齿轮早期点蚀，在频繁受到风载变化冲击的情况下，齿轮的微动磨损超过一般设计的预期，从而造成齿轮早期点蚀；2)轴承早期损坏。轴承损坏的主要原因是系统的受力变形导致轴承内外圈不再平行，滚子局部接触应力过大。齿轮箱的高故障率，已严重影响到风电企业的经济效益。

齿轮箱的故障率高，与风电齿轮箱工作环境恶劣，载荷情况非常复杂密切相关。冲击载荷是导致齿轮早期点蚀、轴承早期损坏等故障的最重要的根源。冲击载荷主要来源于：1)风速的实时变化；2)在运行过程中，需要经常的进行刹车，以保证风速不大于额定风速；3)电网突然掉电时的紧急制动。瞬时的冲击载荷将可能大大超过额定载荷。1.5兆瓦主力机型风力机单个叶片长34～37m，每片重达6t。2.5/3.0兆瓦单个叶片长度达到50m。3个的叶片对增速箱产生的冲击载荷是十分巨大的。减少冲击载荷对增速箱的影响，就可以降低增速箱的故障率。

发明内容

本实用新型旨在有效的降低冲击载荷对风电增速箱的影响，降低风电增速箱齿轮、轴承所受冲击载荷，从而降低风电增速箱的故障率，提高其工作寿命和可靠性。通过载荷输入分流，提高增速箱齿轮、轴承等的承载能力，减少齿轮箱的体积，特别适合兆瓦级的新一代风电增速箱传动的一种风力发电增速箱。

叶片直径70-100米，单个叶片可以重达6t。由于风载的随机性或阵风，叶片所受的载荷是变化的。通常需要改变叶片角度，使转速限定在允许的范围内。当风速大于额定风速时，或在电网突然掉电时，均需紧急制动。上述因素将导致叶片产生巨大的冲击载荷，施加到增速箱上。冲击载荷是导致增速箱故障的主要根源。减少冲击载荷对增速箱的影响，就可以降低增速箱的故障率。

目前兆瓦级增速箱一般采用一级行星加二级平行轴，其叶片的扭矩传给第一级齿轮，再传给第二级，再传给第三级。第一级齿轮速度最低，扭矩最大。第一级行星齿轮必须完全承受来自叶片的巨大扭矩。

本实用新型提出基于载荷分流的理念，来设计兆瓦级风电发动机增速箱传动。其关键技术是叶片的扭矩同时传给第一级齿轮和第二级齿轮，由第一级齿轮和第二级齿轮同时承受来自叶片的巨大扭矩，必然可以提高承载能力，使结构变得更紧凑。在增速箱传动设计中尚无实践。