CN201925109U

CN201925109U - 风电机组高速轴的盘车装置

Info

Publication number: CN201925109U
Application number: CN2011200068114U
Authority: CN
Inventors: 赵小明; 王贺; 张海涛
Original assignee: Longyuan Beijing Wind Power Engineering Technology Co Ltd
Current assignee: Longyuan Beijing Wind Power Engineering Design and Consultation Co Ltd; Longyuan Beijing Wind Power Engineering Technology Co Ltd
Priority date: 2011-01-11
Filing date: 2011-01-11
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2021-01-11

Abstract

本实用新型是有关于一种风电机组高速轴的盘车装置，主要包括行星轮系、棘轮扳手和力矩倍增器，其中：棘轮扳手通过力矩倍增器连接并驱动行星轮系的驱动齿轮。本实用新型采用足够大传动比，减小了对驱动力矩的要求，减轻了作业强度，使操作更加轻便省力；减少了连接件的数量，安装更方便，操作更便捷；消除了人身及设备安全隐患；可随时停车，免去了液压制动器的多次操作，提高了调试效率；提高了调试精度，正向传动速比足够大，联轴器角位移足够精确，并具有双向逆止功能，盘车时可随时将联轴器制动在需要的位置；具备充裕的驱动和制动力矩，与手动盘车相比，扩大了作业风速条件范围。

Description

风电机组高速轴的盘车装置

技术领域

本实用新型涉及一种风电机组发电机对中过程中的盘车工具，特别是涉及一种1.5MW风电机组高速轴的盘车装置。

背景技术

在1.5MW双馈型风力发电机组中，发电机轴和齿轮箱高速轴通过一个柔性联轴器相连。联轴器装配时，要求保证两轴线的同轴度。过大的同轴度误差将使联轴器、传动轴及其轴承产生附加载荷，其结果会引起机器的振动、轴承的过早磨损、机械密封的失效，甚至发生疲劳断裂事故。所以，风电机组定期要进行对中检查工作，以消除运行中造成的同轴度误差，延长发电机和齿轮箱使用寿命。

发电机对中工作的具体做法是，缓慢旋转联轴器，通过激光对中仪在旋转过程中的测量，得出前后两轴同轴度误差，并通过对发电机地脚螺栓的调整，将同轴度误差调整到允许的范围内。现有的部分风机联轴器没有设计相应的盘车工具，而是在风速小于8m/s的天气时，由多人合作，在松开叶轮锁和高速轴刹车的情况下，用手直接驱动联轴器旋转。上述方法在实践操作中存在如下缺陷：

1、风电机组的增速机输出轴的额定扭矩在8000NM左右，即使在顺浆情况下，考虑一般风速作用，如果只按额定扭矩的十分之一计算，也会产生800NM的扭矩，约合80KG.M，而由于手动盘车作用半径不超过0.2M，所以要产生400KG力才能满足要求，即使由三人共同操作也是非常困难的；

2、由于风能产生的力矩可能大于控制力矩，并且风速具有不可控制性(转向、大小)，工作人员手动盘车承受的载荷是不确定的，因此当风力风向突然变化时，人员往往来不及反应，即使有所反应，也来不及锁紧液压制动钳，因此经常不能及时、有效驱动或制动联轴器的转动；

3、由于突然改变的转速、力矩和风向(如由原来的阻挡作用变为拖动作用)，可能造成人手来不及脱开而被带入转动部件当中，造成人手及其他部位受伤，在来风即转的状态下，原本静止状态下的主轴，也可突然启动，造成周边作业人员伤害，因此，操作人员的安全得不到有效的保障；

4、由于对中仪激光发射器一端固定在齿轮箱高速轴刹车盘上，当联轴器随机转动不受控时，激光发射器也很容易出现与刹车机构碰撞而损坏的现象；

5、调试需要的状态是：当需要盘车时，应在操作人员的驱动下以所需的角速度平稳、精确的实现所需的角位移，当不需要调整时，应不论负载如何作用即不论风能产生的扭矩方向和大小如何变化，联轴器都处于锁定状态，而由于液压刹车控制有一定的滞后性，盘车的位置精度无法得到保证。

如上所述，如何能创设一种安全性高、操作简单、定位准确的新型结构的风电机组高速轴的盘车装置，是当前本领域的重要研究课题之一。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种风电机组高速轴的盘车装置，使其安全性高、操作简单、定位准确。

为解决上述技术问题，本实用新型研发一种风电机组高速轴的盘车装置，主要包括行星轮系、棘轮扳手和力矩倍增器，其中：棘轮扳手通过力矩倍增器连接并驱动行星轮系的驱动齿轮。

作为本实用新型的一种改进，其还包括双向逆止超越离合器，该双向逆止超越离合器的输入端与棘轮扳手的端部匹配，输出端与力矩倍增器的输入端连接。

所述的棘轮扳手端部为方头结构，双向逆止超越离合器的输入端留有与棘轮扳手端部结构相匹配的方孔。

所述的行星轮系包括依次啮合的驱动齿轮、过渡齿轮和大齿轮。

所述的行星轮系还包括安装驱动齿轮、过渡齿轮和大齿轮的行星轮臂。

所述的大齿轮上设有约束沟槽，约束沟槽中嵌有中心环，中心环包括上半中心环和下半中心环，上半中心环和下半中心环均固定在行星轮臂上。

所述的行星轮臂还固定连接有反力矩支腿。

所述的反力矩支腿底部设有调整螺杆。

所述的大齿轮为两个半齿轮组装而成。

所述的棘轮扳手的力臂为500-1000mm，驱动齿轮的模数为6、副传动比为4.4，力矩倍增器的传动比为1∶17，额定扭矩3500NM。

采用这样的结构后，本实用新型至少具有如下优点：

1、通过小齿轮和大齿轮的配合，采用足够大的传动比，减小了对驱动力矩的要求，减轻了作业强度，使操作更加轻便省力；

2、采用行星轮结构，保证齿轮付的啮合精度好，减少了连接件的数量，安装更方便，操作更简单；

3、消除了人身及设备安全隐患；

4、可随时停车，免去了液压制动器的多次操作，提高了调试效率；

5、提高了调试精度，正向传动速比足够大，联轴器角位移足够精确，并具有双向逆止功能，盘车时可随时将联轴器制动在需要的位置；

6、具备充裕的驱动和制动力矩，与手动盘车相比，扩大了作业风速条件范围。

附图说明

上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是本实用新型风电机组高速轴的盘车装置的结构示意图。

图2是图1的反向结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1、图2所示，本实用新型风电机组高速轴的盘车装置，主要包括以电机主轴为装配基准的行星轮系及附属结构，例如棘轮扳手、力矩倍增器3和双向逆止超越离合器2。

其中，行星轮系包括依次啮合的驱动齿轮11、过渡齿轮12、大齿轮13、安装上述齿轮的行星轮臂14、以及固定在行星轮臂上的反力矩支腿15。

过渡齿轮12的设置，是为了保证激光仪旋转所需的半径。

为现场安装方便，大齿轮13可采用两个半齿轮组装而成的结构，可在不拆装联轴器的条件下，完成大齿轮13与风电机组联轴器法兰的联接，同时减轻了安装单件重量。此外还可在保证强度刚性的前提下，切削掉不必要的材料，以进一步减轻重量。

此外，还可在大齿轮13上设置约束沟槽，约束沟槽中嵌装有中心环。中心环16包括上半中心环和下半中心环，上半中心环和下半中心环通过行星轮臂固定并连接为一体，构成行星轮转动副约束，通过行星轮臂14固定行星轮，保证轮系的啮合精度。

行星轮臂14是行星轮系的基础零件，同时还兼有倍增器反力爪支撑安装、反力矩支腿15安装、连接两半中心环16的功能。

反力矩支腿15底部设有调整螺杆17，以适应不同的安装要求，为倍增器提供有效的反力支点。

棘轮扳手端部为如图所示的方头结构。

双向逆止超越离合器2用以产生可靠的制动力矩，其输入端留有与棘轮扳手端部结构相匹配的方孔，输出端与力矩倍增器3的输入端连接。当手动驱动时，联轴器可以按操作者意图正转或反转；当驱动力撤掉后，该装置自动处于锁定状态以保证联轴器的制动。

力矩倍增器3的输出端与驱动齿轮11通过方头方孔固定连接。

装配时，可以使用6个M20的内六角螺栓将大齿轮13固定在发电机轴端法兰上，其单位mm²面积的切应力为300MPa，单个螺栓面积为200mm²能够承受的剪切力为60000N。驱动齿轮共6颗固定螺栓，强度校验的剪切力应为360000N，按作用力臂为0.1m计算，6个M20的固定螺栓总共可以承受扭矩为36000Nm，满足设计的15000Nm的扭矩要求。

操作时，操作人员搬动棘轮扳手，将扭矩传递给双向逆止离合器2，通过连接轴、连接套方头方孔的配合，力矩传给力矩倍增器3，之后力矩倍增器3将放大后的力矩传给驱动齿轮11，驱动齿轮11传给过渡齿轮12，过渡齿轮12通过4.4的变比传给大齿轮13，从而最终将扭矩传给发电机组的主轴，完成对电机轴的驱动。正向驱动的同时，反力依次从大齿轮13传给过渡齿轮12、驱动齿轮11、行星轮臂14，最后通过反力矩支腿15传至地面。

本实用新型采用棘轮扳手进行驱动，考虑到操作空间的限制，棘轮扳手力臂优选为500-1000mm；***总传动比为75(驱动齿轮的副传动比优选4.4，力矩倍增器及棘轮扳手的传动比为1∶17，额定扭矩3500NM)，在最大扭矩(8000Nm)条件下，手动需要驱动的力矩为200N左右。

驱动齿轮11的模数设计为6，推导过程如下：

中心距a＝294mm，

模数m＝0.02*294＝5.88mm

取M＝6mm。

根据弯曲强度计算，驱动齿轮11的模数应能满足：

其中，T₁为驱动齿轮传递的额定扭矩3500N.M(联轴器最大扭矩15000Nm)；载荷系数K取为1.6；φm为齿宽系数；b的初选按φa＝b/a＝0.1，为减轻重量φa取最小值，b＝30mm，φm＝b/m＝30/6＝5；驱动齿轮齿数Z₁＝18；齿形系数Y_F＝2.91；调质钢的弯曲疲劳极限应力б_FP为150Mpa(硬度设为HB150)。校核模数为M＝1.341，放大20％为M’＝1.2M＝1.61＜6mm(小于参考值)，设计合格。

本实用新型采用行星轮机构和半齿轮结构设计，根据安装位置的结构特点，联轴器驱动齿轮采用线切割的工艺加工成对称的两部分。为了方便装置的运输与安装，在设计时采取相应的减重措施与处理，将设备的重量控制在50kg以内。

安装时，考虑到联轴器单元的结构特点及空间限制，本实用新型盘车工具的驱动齿轮安装位置选择在联轴器法兰盘(发电机侧)处，可借用法兰盘原有螺栓孔(M20*14个)进行固定。

叶轮开桨时额定发电功率下的最大扭矩为8000Nm，盘车驱动装置设计的最大扭矩载荷应满足此扭矩值的强度要求；在桨叶顺桨的情况下，其风力扭矩载荷实际值不超过额定扭矩的十分之一。当主轴负载力矩为4000NM时(设为增速机额定扭矩的一半)，本实用新型手动输入力矩仅为45NM，正向传动速比足够大(设计为17X4.4＝75)，能够使驱动力矩大于风能力矩。

本实用新型风电机组高速轴的盘车装置，保证了驱动齿轮11与大齿轮13的相对位置精度，可适应多变的现场情况、多种规格的减速机和发电机、不同的现场安装结构等，采用行星轮系与反力矩结构，保证了轮系啮合精度，改善了制造装配性能。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种风电机组高速轴的盘车装置，其特征在于主要包括行星轮系、棘轮扳手和力矩倍增器，其中：

棘轮扳手通过力矩倍增器连接并驱动行星轮系的驱动齿轮。

2.根据权利要求1所述的风电机组高速轴的盘车装置，其特征在于还包括双向逆止超越离合器，该双向逆止超越离合器的输入端与棘轮扳手的端部匹配，输出端与力矩倍增器的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的风电机组高速轴的盘车装置，其特征在于所述的棘轮扳手端部为方头结构，双向逆止超越离合器的输入端留有与棘轮扳手端部结构相匹配的方孔。

4.根据权利要求1所述的风电机组高速轴的盘车装置，其特征在于所述的行星轮系包括依次啮合的驱动齿轮、过渡齿轮和大齿轮。

5.根据权利要求4所述的风电机组高速轴的盘车装置，其特征在于所述的行星轮系还包括安装驱动齿轮、过渡齿轮和大齿轮的行星轮臂。

6.根据权利要求5所述的风电机组高速轴的盘车装置，其特征在于所述的大齿轮上设有约束沟槽，约束沟槽中嵌有中心环，中心环包括上半中心环和下半中心环，上半中心环和下半中心环均固定在行星轮臂上。

7.根据权利要求5所述的风电机组高速轴的盘车装置，其特征在于所述的行星轮臂还固定连接有反力矩支腿。

8.根据权利要求7所述的风电机组高速轴的盘车装置，其特征在于所述的反力矩支腿底部设有调整螺杆。

9.根据权利要求1所述的风电机组高速轴的盘车装置，其特征在于所述的大齿轮为两个半齿轮组装而成。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的风电机组高速轴的盘车装置，其特征在于所述的棘轮扳手的力臂为500-1000mm，驱动齿轮的模数为6、副传动比为4.4，力矩倍增器的传动比为1∶17，额定扭矩3500NM。