1、传统的风力发电机组传动系统布置
传统的采用齿轮箱增速的风力发电机组传动系统形式按主轴轴承的支撑方式,以及主轴与齿轮箱的相对位置来区分,主要由两点式、三点式、一点式和内置式四种。
① 两点式布置: 与风轮连接的主轴用两个轴承座支撑,靠近轮毂的轴承作为 固定端 ,以便承受风轮的推力;靠近齿轮箱的作为 浮动端 ,以便主轴在温度变化引起长度变动时轴向能够移动,避免结构产生过大的 涨缩应力 。齿轮箱的扭力臂作为 辅助支撑 ,或通过销轴弹性套与机架相连接,或通过弹性垫与机舱底座连接。使用弹性套或弹性垫的目的是消振和减小噪声。这样除了扭矩以外,主轴不会将其他载荷传给齿轮箱。
两点式布置让主轴及其轴承承受风轮的大部分载荷,减少风轮载荷突变对齿轮箱的影响。 优点 :稳定性优于其他几种布置。 缺点 :由于轴系较长,增大了机舱的体积和重量。机组功率越大,随着主轴直径和长度的增大,机舱布置和吊装难度也随之增大。
② 三点式布置: 实际上是在两点式基础上省去一个主轴的轴承,由主轴前端轴承和齿轮箱两侧的支架组成所谓的三点式布置。 优点 :既缩短轴向尺寸,又简化了结构。主轴与齿轮箱的低速轴常采用 胀紧套刚性连接 。齿轮箱除了承受主轴传递的扭矩以外,还要承受平衡风轮重力等形成的 支反力 ,因此,必须适度提高齿轮箱的承载能力。通常在齿轮箱两个支点处 加装减振弹性套或垫块 ,以 降低减轻振动,降低噪声水平 。
③一点式布置:不使用主轴。风轮法兰直接通过一个大轴承支撑在机架上,通常轴承外圈与主机架连接,轴承内圈与齿轮箱输入轴连接。齿轮箱箱体与机舱支架做出一体,整个传动装置更为紧凑,但传动链的前轴承、齿轮箱和箱架合一的机架结构设计难度加大,并且对零部件的强度和性能都得提高要求。
④内置式布置是指主轴、主轴承与齿轮箱集成在一起,主轴内置于齿轮箱内,主轴与第一级行星轮采用 花键 或 过盈 连接。 特点 :结构紧凑,风轮与主轴装配方便,主轴承内置在齿轮箱中,采用的是集中强制润滑,润滑效果好,现场安装和维护工作量小。但齿轮箱外形尺寸和重量大,制造成本相对较高。风轮载荷直接作用在齿轮箱箱体上,对齿轮和轴承的运转影响较大。
2、直驱型风力发电机组传动系统布置
直驱型风力发电机组的发电机分为外转子和内转子两种形式。直驱式机组采用 永磁或励磁同步发电机 。
3、半直驱型风力发电机组传动系统布置
采用比传统机组齿轮增速比较小的齿轮增速装置(如速比10:1),使发电机的极数减少,从而 缩小发电机的尺寸 ,便于运输和吊装。 半直驱型风力发电机组的发电机一般采用内转子形式,风轮直接连接到输入轴法兰盘上,通过齿轮副将动力传到发电机。