风力发电机组常见的齿轮传动形式及分类

风力发电机组齿轮箱的种类很多，按其传动形式大致可分为平行轴定轴传动、行星传动及它们的组合传动齿轮箱；按传动的级数可分为单级和多级齿轮箱；按布置形式可分为展开式、分流式和同轴式齿轮箱。兆瓦级齿轮箱由于增速比较大，通常采用行星与平行轴组合形式的齿轮传动，表8-3所示为几种常见的传动形式。

平行轴圆柱齿轮传动一般应用在100～500kW标准风力发电机组上。随机组功率的增大，为了节省空间，获得更大的速比，功率超过600kW的机组齿轮箱，通常使用外形更为紧凑的行星齿轮传动或行星与平行轴组合传动的结构。一般有两种传动形式：一级行星+两级平行轴圆柱齿轮传动，两级行星+一级平行轴圆柱齿轮传动。相对于平行轴圆柱齿轮传动，行星传动有以下优点：传动效率高，体积小，重量轻，制造方便，传递功率范围大，使功率分流；共轴线式的传动装置，使轴向尺寸大大缩小；运动平稳、抗冲击和振动能力较强。在具有上述优点同时，行星传动也存在一些缺点：结构形式比定轴齿轮传动复杂；对制造质量要求高；由于体积小、散热面积小容易导致油温升高，故要求可靠的润滑和冷却装置。

表8-3 几种常见的传动形式

图8-13所示为一级行星+二级圆柱（平行轴）齿轮箱，是目前应用较广的机组传动结构。为获得高功率密度和大速比，行星级的行星架将动力多分路分流到多个行星轮，再汇合到太阳轮上传至平行轴齿轮，常用功率在2MW以下。

两级行星和一级平行轴齿轮传动也有较多应用实例，功率可达3～3.6MW。

对于更大功率的机组，为了减小外形尺寸，节省机舱空间，齿轮箱倾向于应用行星、差动和平行轴齿轮组合传动的方式，行星轮常常多于三个，以缩小体积，获取更大的功率密度。

图8-14所示为行星差动和固定轴齿轮组合传动结构，已在国内的大型风力发电机组中得到应用。该结构采用3级齿轮传动：第一级是行星差动齿轮传动；第二级是固定轴齿轮分流传动；第三级是平行轴齿轮传动。

从主轴传来的功率分两路传递：一路经由与第一级行星架直连的第二级内齿圈，通过圆周分布的一组固定轴齿轮传至第二级中心轮，再通过与该中心轮相连的第一级内齿圈回传至行星架；另一路则直接由行星架传递，并在第一级行星轮上与前一路的功率汇合，通过第一级中心轮（太阳轮）传至第三级平行轴齿轮副。

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图8-13 采用一级行星+二级定轴圆柱传动方式齿轮箱

采用四级行星差动平行轴传动的结构如图8-15所示。

图8-14 行星差动与固定轴齿轮功率分流传动结构

图8-15 四级行星差动平行轴传动

功率分两路传递：齿轮箱的主传动输入级由一级行星齿轮和固定在箱体上的齿圈组成。与传统的齿轮箱功率传递相反，动力并不完全汇合到太阳轮上，而是部分地通过行星架传到第二级旋转的内齿圈上。在第二级传动中，一组齿轮被支撑在箱体上，与相互啮合的内齿圈和太阳轮一起，用作速度分流和改变旋向，扭矩变化则通过太阳轮进行。

在第三级差动行星齿轮级上，来自第一级太阳轮和第二级太阳轮的功率流汇合。第一级的太阳轮驱动行星架，而第二级太阳轮驱动内齿圈。这第三级称为三轴行星差动传动，两路功率流在这里汇合到太阳轮上，再传至第四级平行轴主动齿轮，总增速比可达到200∶1以上，其中一到三级增速比可达40∶1，平行轴级5∶1。

齿轮箱末级传动采用定轴齿轮副，是遵循风力发电机组非同轴线设计的规则，这是为了在中心孔布置管路或电缆，以便控制风轮叶片变桨距。另外，产生必要的中心偏移则可以比较方便地调节不同的发电机速度输出。