一种风电齿轮箱与发电机对中安装的对中方法

摘要

本发明是一种风电齿轮箱与发电机对中安装的对中方法，包含的主要步骤为：S1）绘制出齿轮箱的输出轴与发电机静态对中连接时的位置示意图；S2）确定齿轮箱的输出轴的初始位置；S3）通过对传动原理进行分析，确定齿轮箱的输出轴的偏移方向；S4）计算弹性支撑在竖直方向上的压缩量dy；S5）计算齿轮箱输出轴的偏移量；S6）根据计算的齿轮箱的输出轴的偏移量，在齿轮箱与发电机静态对中安装时,在齿轮箱的输出轴的偏移方向上分别预留水平位移补充量，以及竖直位移补充量。本发明提供的一种风电齿轮箱与发电机对中安装的对中方法，提高了对中效率，提高对中精度，减少人为因素，减少对齿轮箱和发电机的损害。

权利要求

1.一种风电齿轮箱与发电机对中安装的对中方法，其特征在于，包含如下步骤：S1)绘制出齿轮箱的输出轴与发电机静态对中连接时的位置示意图；

S2)根据步骤S1绘制的位置示意图，确定齿轮箱的输出轴的初始位置O，以两个弹性支撑之间的连线为基准线，以基准线的中点为旋转点，分别确定齿轮箱的输出轴与旋转点之间的水平距离a，竖直距离b,齿轮箱的输出轴与旋转点之间连线的长度C，以及齿轮箱的输出轴与旋转点之间的连线和基准线之间的夹角α；

S3)通过对传动原理分析，确定齿轮箱的输出轴的偏移方向；

S4)利用设计要求中确定的齿轮箱扭力臂的臂长L，弹性支撑的扭转刚度Ct，以及风电机组在额定工况下，齿轮箱的额定转矩T，根据公式dy＝T/L/(Ct)计算出弹性支撑在竖直方向上的压缩量dy；

S5)根据步骤S1-S4所确定的数据计算齿轮箱的输出轴在水平方向上的偏移量Lx，以及齿轮箱的输出轴在竖直方向上的偏移量Ly，具体过程如下：S5.1)计算基准线的偏移角度β，β＝arcsin(2dy/L)；

S5.2)计算齿轮箱的输出轴在水平方向上的偏移量Lx，Lx＝|a-C*cos(α+β)|；

S5.3)计算齿轮箱的输出轴在竖直方向上的偏移量Ly，Ly＝|C*sin(α+β)-b|；

S6)根据计算的齿轮箱的输出轴的偏移量，在齿轮箱与发电机静态对中安装时,在齿轮箱的输出轴的偏移方向上分别预留水平位移补充量，以及竖直位移补充量，水平位移补充量等于齿轮箱的输出轴在水平方向上的偏移量Lx，竖直位移补充量等于齿轮箱的输出轴在竖直方向上的偏移量Ly。

2.根据权利要求1所述的一种风电齿轮箱与发电机对中安装的对中方法，其特征在于：根据步骤S4计算出的压缩量dy，在位置示意图中确定偏移后的齿轮箱的输出轴的位置Q，分别测量位置Q与位置O之间的水平位移Lx，和竖直位移Ly，齿轮箱的输出轴在水平方向上的偏移量等于水平位移Lx，以及齿轮箱的输出轴在竖直方向上的偏移量等于竖直位移Ly。

说明书

一种风电齿轮箱与发电机对中安装的对中方法

技术领域

[0001] 本发明涉及风力发电机安装领域，具体涉及一种风电齿轮箱与发电机对中安装的对中方法。

背景技术

[0002] 风力发电是指把风的动能转为电能。风是一种没有公害的能源，利用风力发电非常环保，且能够产生的电能非常巨大，因此越来越多的国家更加重视风力发电。随着风力发
电技术的高速发展，风力发电机趋向于大型化、智能化。虽然机组大型化带来了更高的效
率，更好的收益，但也带来了许多挑战。机组的主轴、齿轮箱越来越大，越来越重，给车间的
装配工作带来巨大的挑战。目前的主流风力发电机组对发电机与齿轮箱的对中公差要求非
常严格。

[0003] 如图5所示，现有风力发电机的主要结构是主轴的一端与风轮(叶片)连接，另一端与齿轮箱的输入轴连接；齿轮箱的输出轴采用静态(静止)对中的方式通过联轴器(或直接)
与发电机连接；齿轮箱通过位于齿轮箱上下两侧的弹性支撑固定在机舱内。在机组发电过
程中，由于弹性支撑受到扭转力矩而被压缩，齿轮箱会以两个弹性支撑之间的中心点为旋
转点，发生转动(即齿轮箱的扭力臂的臂长为两个弹性支撑之间距离)。齿轮箱的输出轴位
置也将随之发生变化。使原本已经静态对中齿轮箱输出轴发生位置偏移，这将对齿轮箱和
发电机的运行有较大影响，甚至引起齿轮箱偏载、轴承损坏等故障。

[0004] 为了确保在机组发电过程中，齿轮箱的输出轴与发电机处于对中状态，目前采用的方式是多次对中安装，调节齿轮箱的输出轴位置偏移的补充量，使齿轮箱的输出轴与发
电机在静态状态下处于非对中状态，在机组发电过程中，齿轮箱发生偏移，齿轮箱的输出轴
与发电机处于对中状态。具体操作方式是：齿轮箱的输出轴先采用静态(静止)对中的方式
通过联轴器(或直接)与发电机连接，启动发电机组，测量齿轮箱偏载和偏移方向，再关闭发
电机组，安装人员利用吊车吊起齿轮箱向偏移方向移动一段距离后，将齿轮箱的输出轴与
发电机连接，再次启动发电机组，测量齿轮箱偏载和偏移方向。重复上述动作，直到在机组
发电过程中，齿轮箱的输出轴与发电机处于对中状态。现有对中技术的缺点是：1)效率低，
需要的工时较长；2)齿轮箱的输出轴与发电机的对中精度较低；3)人为因素多，更多依赖操
作人员的经验和工作时的精神状态；4)容易对齿轮箱输出轴造成机械损害，比如将防腐层
破坏，将轴径或轴碰伤。

发明内容

[0005] 针对现有技术中的缺陷，本发明提供的一种风电齿轮箱与发电机对中安装的对中方法，根据计算出的齿轮箱输出轴在额定工况下的偏移量，在齿轮箱与发电机对中时进行
预调整，提高了对中效率，提高对中精度，减少人为因素，减少对齿轮箱输出轴的损害。

[0006] 本发明提供的一种风电齿轮箱与发电机对中安装的对中方法，包含如下步骤：

[0007] S1)绘制出齿轮箱的输出轴与发电机静态对中连接时的位置示意图；

[0008] S2)根据步骤S1绘制的位置示意图，确定齿轮箱的输出轴的初始位置O，以两个弹性支撑之间的连线为基准线，以基准线的中点为旋转点，分别确定齿轮箱的输出轴与旋转
点之间的水平距离a，竖直距离b,齿轮箱的输出轴与旋转点之间连线的长度C，以及齿轮箱
的输出轴与旋转点之间的连线和基准线之间的夹角α；

[0009] S3)通过对传动原理分析，确定齿轮箱的输出轴的偏移方向；

[0010] S4)利用设计要求中确定的齿轮箱扭力臂的臂长L，弹性支撑的扭转刚度Ct，以及风电机组在额定工况下，齿轮箱的额定转矩T，根据公式dy＝T/L/(Ct)计算出弹性支撑在竖
直方向上的压缩量dy；

[0011] S5)根据步骤S1-S4所确定的数据计算齿轮箱的输出轴在水平方向上的偏移量Lx，以及齿轮箱的输出轴在竖直方向上的偏移量Ly，具体过程如下：

[0012] S5.1)计算基准线的偏移角度β，β＝arcsin(2dy/L)；

[0013] S5.2)计算齿轮箱的输出轴在水平方向上的偏移量Lx，Lx＝|a-C*cos(α+β)|；

[0014] S5.3)计算齿轮箱的输出轴在竖直方向上的偏移量Ly，Ly＝|C*sin(α+β)-b|；

[0015] S6)根据计算的齿轮箱的输出轴的偏移量，在齿轮箱与发电机静态对中安装时,在齿轮箱的输出轴的偏移方向上分别预留水平位移补充量，以及竖直位移补充量，水平位移
补充量等于齿轮箱的输出轴在水平方向上的偏移量Lx，竖直位移补充量等于齿轮箱的输出
轴在竖直方向上的偏移量Ly。

[0016] 可选地，根据步骤S4计算出的压缩量dy，在位置示意图中确定偏移后的齿轮箱的输出轴的位置Q，分别测量位置Q与位置O之间的水平位移Lx，和竖直位移Ly，齿轮箱的输出
轴在水平方向上的偏移量等于水平位移Lx，以及齿轮箱的输出轴在竖直方向上的偏移量等
于竖直位移Ly。

[0017] 由上述技术方案可知，本发明的有益效果：本发明本方案是一种风电齿轮箱与发电机对中安装的对中方法，主要结合齿轮箱、弹性支撑的固定方式、根据齿轮箱工作原理，
计算出齿轮箱在一定工况下，齿轮箱输出轴的位置变化量，并根据这个变化量，在齿轮箱与
发电机对中时进行预调整。提高了对中效率，提高对中精度，减少人为因素，减少对齿轮箱
和发电机的损害。

附图说明

[0018] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件
或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

[0019] 图1为本发明的齿轮箱的输出轴与发电机静态对中连接时的位置示意图；

[0020] 图2为实施例1的结构示意图；

[0021] 图3为实施例2的结构示意图；

[0022] 图4为实施例3的结构示意图；

[0023] 图5为风力发电机的结构示意图；

[0024] 附图标记：

[0025] 1-齿轮箱、2-齿轮箱的输出轴、3-弹性支撑、4-齿轮箱的输入轴、5-主轴、6-发电机、7-联轴器。

具体实施方式

[0026] 下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范
围。

[0027] 需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

[0028] 在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必
须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0029] 在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在
第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示
第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第
一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

[0030] 实施例1，安装风力发电机，按照设计要求，风轮(叶片)逆时针旋转，采用齿轮箱是一级行星两级平行轴的传动型式。

[0031] 请参阅图1-2，本实施例提供的一种风电齿轮箱与发电机对中安装的对中方法，包含如下步骤：

[0032] S1)绘制出齿轮箱的输出轴与发电机静态对中连接时的位置示意图；

[0033] S2)根据步骤S1绘制的位置示意图，确定齿轮箱的输出轴的初始位置O，以两个弹性支撑之间的连线为基准线，以基准线的中点为旋转点，分别确定齿轮箱的输出轴与旋转
点之间的水平距离a，竖直距离b,齿轮箱的输出轴与旋转点之间连线的长度C，以及齿轮箱
的输出轴与旋转点之间的连线和基准线之间的夹角α；

[0034] S3)通过对传动原理分析，确定齿轮箱的输出轴的偏移方向；

[0035] 齿轮箱的输出轴的偏移方向与齿轮箱的输出轴的旋转方向相同。齿轮箱的输出轴2的旋转方向可以根据齿轮箱1的传动型式和主轴5的旋转方向来判定，或直接根据发电机6
的旋转方向而定。

[0036] 由于风轮(叶片)逆时针旋转，则主轴5和齿轮箱的输入轴4逆时针旋转，设计采用的齿轮箱1是一级行星两级平行轴的传动型式，因此齿轮箱的输出轴2与齿轮箱的输入轴4
的旋转方向同向，所以齿轮箱的输出轴2的旋转方向是逆时针，齿轮箱的输出轴2的偏移方
向为逆时针；

[0037] S4)利用设计要求中确定的齿轮箱扭力臂的臂长L，弹性支撑的扭转刚度Ct，以及风电机组在额定工况下，齿轮箱的额定转矩T，根据公式dy＝T/L/(Ct)计算出弹性支撑在竖
直方向上的压缩量dy；

[0038] S5)根据步骤S1-S4所确定的数据计算齿轮箱的输出轴在水平方向上的偏移量Lx，以及齿轮箱的输出轴在竖直方向上的偏移量Ly，具体过程如下：

[0039] S5.1)计算基准线的偏移角度β，β＝arcsin(2dy/L)；

[0040] S5.2)计算齿轮箱的输出轴在水平方向上的偏移量Lx，Lx＝|a-C*cos(α+β)|；

[0041] S5.3)计算齿轮箱的输出轴在竖直方向上的偏移量Ly，Ly＝|C*sin(α+β)-b|；

[0042] S6)根据计算的齿轮箱的输出轴的偏移量，在齿轮箱与发电机静态对中安装时,在齿轮箱的输出轴的偏移方向上分别预留水平位移补充量，以及竖直位移补充量，水平位移
补充量等于齿轮箱的输出轴在水平方向上的偏移量Lx，竖直位移补充量等于齿轮箱的输出
轴在竖直方向上的偏移量Ly。采用静态对中的方式安装连接齿轮箱的输出轴与发电机，在
齿轮箱的输出轴与发电机静态对中后，将齿轮箱的输出轴向左偏移Lx,向上偏移Ly。完成齿
轮箱的输出轴与发电机的对中安装。

[0043] 本实施例提供的一种风电齿轮箱与发电机对中安装的对中方法，通过对传动原理分析，确定齿轮箱的输出轴的偏移方向，再结合齿轮箱、弹性支撑的固定方式、根据齿轮箱
工作原理，计算出齿轮箱在额定工况下，齿轮箱输出轴的偏移量，并根据计算出的偏移量，
在齿轮箱与发电机静态对中安装时,在齿轮箱的输出轴的偏移方向上分别预留水平位移补
充量，以及竖直位移补充量，以实现对齿轮箱的输出轴位置的预调整，确保在额定工况下，
齿轮箱的输出轴与发电机对中设置，减小齿轮箱偏载、提高轴承使用寿命。本实施例提供的
一种风电齿轮箱与发电机对中安装的对中方法简化了齿轮箱的输出轴对中安装的步骤，缩
短安装时间，提高了对中效率，提高对中精度，减少人为因素，减少对齿轮箱输出轴的损害。

[0044] 作为对上述技术方案的进一步改进，根据步骤S4计算出的压缩量dy，在位置示意图中确定偏移后的齿轮箱的输出轴的位置Q，分别测量位置Q与位置O之间的水平位移Lx，和
竖直位移Ly，齿轮箱的输出轴在水平方向上的偏移量等于水平位移Lx，以及齿轮箱的输出
轴在竖直方向上的偏移量等于竖直位移Ly。直接在位置示意图中测量齿轮箱的输出轴的偏
移量，减少工作量，缩短工作时间，提高工作效率，采用绘图测量的方式，得到的偏移量精确
度高，减少了计算时的误差，提高对中精度。

[0045] 实施例2，安装风力发电机，按照设计要求，风轮(叶片)逆时针旋转，采用齿轮箱是两级行星一级平行轴的传动型式。

[0046] 请参阅图3，本实施例提供的一种风电齿轮箱与发电机对中安装的对中方法，包含如下步骤：

[0047] S1)绘制出齿轮箱的输出轴与发电机静态对中连接时的位置示意图；

[0048] S2)根据步骤S1绘制的位置示意图，确定齿轮箱的输出轴的初始位置O，以两个弹性支撑之间的连线为基准线，以基准线的中点为旋转点，分别确定齿轮箱的输出轴与旋转
点之间的水平距离a，竖直距离b,齿轮箱的输出轴与旋转点之间连线的长度C，以及齿轮箱
的输出轴与旋转点之间的连线和基准线之间的夹角α；

[0049] S3)通过对传动原理分析，确定齿轮箱的输出轴的偏移方向；

[0050] 由于风轮(叶片)逆时针旋转，则主轴5和齿轮箱的输入轴4逆时针旋转，设计采用的齿轮箱1是两级行星一级平行轴的传动型式，因此齿轮箱的输出轴2与齿轮箱的输入轴4
的旋转方向反向，所以齿轮箱的输出轴2的旋转方向是顺时针，齿轮箱的输出轴2的偏移方
向为顺时针；

[0051] S4)利用设计要求中确定的齿轮箱扭力臂的臂长L，弹性支撑的扭转刚度Ct，以及风电机组在额定工况下，齿轮箱的额定转矩T，根据公式dy＝T/L/(Ct)计算出弹性支撑在竖
直方向上的压缩量dy；

[0052] S5)根据步骤S1-S4所确定的数据计算齿轮箱的输出轴在水平方向上的偏移量Lx，以及齿轮箱的输出轴在竖直方向上的偏移量Ly，具体过程如下：

[0053] S5.1)计算基准线的偏移角度β，β＝arcsin(2dy/L)；

[0054] S5.2)计算齿轮箱的输出轴在水平方向上的偏移量Lx，Lx＝|a-C*cos(α+β)|；

[0055] S5.3)计算齿轮箱的输出轴在竖直方向上的偏移量Ly，Ly＝|C*sin(α+β)-b|；

[0056] S6)根据计算的齿轮箱的输出轴的偏移量，在齿轮箱与发电机静态对中安装时,在齿轮箱的输出轴的偏移方向上分别预留水平位移补充量，以及竖直位移补充量，水平位移
补充量等于齿轮箱的输出轴在水平方向上的偏移量Lx，竖直位移补充量等于齿轮箱的输出
轴在竖直方向上的偏移量Ly。采用静态对中的方式安装连接齿轮箱的输出轴与发电机，在
齿轮箱的输出轴与发电机静态对中后，将齿轮箱的输出轴向右偏移Lx,向下偏移Ly。完成齿
轮箱的输出轴与发电机的对中安装。

[0057] 实施例3，安装风力发电机，按照设计要求，风轮(叶片)逆时针旋转，采用齿轮箱是一级行星两级平行轴的传动型式。根据设计要求需要安装的齿轮箱和弹性支撑的数据如下
所示：

[0058]齿轮箱传动比 118
齿轮箱扭力臂臂长L(mm) 2650
齿轮箱额定转矩T(kNm) 1453
弹性支撑扭转刚度(Ct)kN/mm 150

[0059] 请参阅图4，本实施例提供的一种风电齿轮箱与发电机对中安装的对中方法，包含如下步骤：

[0060] S1)绘制出齿轮箱的输出轴与发电机静态对中连接时的位置示意图；

[0061] S2)根据步骤S1绘制的位置示意图，确定齿轮箱的输出轴的初始位置O，以两个弹性支撑之间的连线为基准线，以基准线的中点为旋转点，分别确定齿轮箱的输出轴与旋转
点之间的水平距离为623.3mm，竖直距离340mm,齿轮箱的输出轴与旋转点之间连线的长度
710mm，以及齿轮箱的输出轴与旋转点之间的连线和基准线之间的夹角28.6°；

[0062] S3)通过对传动原理分析，确定齿轮箱的输出轴的偏移方向；

[0063] 由于风轮(叶片)逆时针旋转，则主轴5和齿轮箱的输入轴4逆时针旋转，设计采用的齿轮箱1是一级行星两级平行轴的传动型式，因此齿轮箱的输出轴2与齿轮箱的输入轴4
的旋转方向同向，所以齿轮箱的输出轴2的旋转方向是逆时针，齿轮箱的输出轴2的偏移方
向为逆时针；

[0064] S4)根据设计要求，齿轮箱扭力臂的臂长为L＝2650mm，弹性支撑的扭转刚度Ct＝150kN/mm，风电机组在额定工况下，齿轮箱的额定转矩T＝1453kNm，利用公式dy＝T/L/(Ct)
计算出弹性支撑在垂直方向上的压缩量dy＝1453÷2650÷150＝0.003655m＝3.655mm。

[0065] S5)根据步骤S1-S4所确定的数据计算齿轮箱的输出轴在水平方向上的偏移量Lx，以及齿轮箱的输出轴在竖直方向上的偏移量Ly，具体过程如下：

[0066] S5.1)计算基准线的偏移角度β，β＝arcsin(2×3.655÷2650)＝0.15805°

[0067] S5.2)计算齿轮箱的输出轴在水平方向上的偏移量Lx，Lx＝|623.3-710*cos(28.6+0.15805)|＝0.87mm；

[0068] S5.3)计算齿轮箱的输出轴在竖直方向上的偏移量Ly，Ly＝|710*sin(28.6+0.15805)-340|＝1.59mm；

[0069] S6)根据计算的齿轮箱的输出轴的偏移量，在齿轮箱与发电机静态对中安装时,在齿轮箱的输出轴的偏移方向上分别预留水平位移补充量，以及竖直位移补充量，水平位移
补充量等于齿轮箱的输出轴在水平方向上的偏移量Lx，竖直位移补充量等于齿轮箱的输出
轴在竖直方向上的偏移量Ly。采用静态对中的方式安装连接齿轮箱的输出轴与发电机，在
齿轮箱的输出轴与发电机静态对中后，将齿轮箱的输出轴向左偏移0.87mm,向上偏移
1.59mm。完成齿轮箱的输出轴与发电机的对中安装。

[0070] 作为对上述技术方案的进一步改进，根据步骤S4计算出的压缩量dy＝3.655mm，在位置示意图中确定偏移后的齿轮箱的输出轴的位置Q，分别测量位置Q与位置O之间的水平
位移Lx＝0.95mm，和竖直位移Ly＝1.74mm，齿轮箱的输出轴在水平方向上的偏移量等于水
平位移Lx＝0.95mm，以及齿轮箱的输出轴在竖直方向上的偏移量等于竖直位移Ly＝
1.74mm。采用静态对中的方式安装连接齿轮箱的输出轴与发电机，在齿轮箱的输出轴与发
电机静态对中后，将齿轮箱的输出轴向左偏移0.95mm,向上偏移1.74mm。完成齿轮箱的输出
轴与发电机的对中安装。

[0071] 本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技
术，以便不模糊对本说明书的理解。

[0072] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不
必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任
一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技
术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结
合和组合。

[0073] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依
然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进
行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术
方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。