CN104500349B - 风力发电机及其风机主轴 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及风力发电机及其风机主轴，风力发电机包括风机轮毂、变速箱和传动连接于风机轮毂与变速箱之间的风机主轴，风机主轴包括主轴本体和前后间隔布置的连接法兰和轴承安装环台，主轴本体包括前后分体设置且插配在一起的前主体部分和后主体部分，前、后主体部分通过固定结构固定连接，连接法兰设置于前主体部分上，轴承安装环台设置于后主体部分上。本发明提供了一种易于制作的风机主轴及使用该风机主轴的风力发电机。

Description

风力发电机及其风机主轴
技术领域
本发明涉及风力发电机及其风机主轴。
背景技术
风力发电机包括风机轮毂、变速箱及实现风机轮毂与变速箱传动连接的风机主轴，风机主轴是风力发电机的一个重要零件，它承担着支撑风轮总成的悬重和传递动力的重要作用。目前微风区的MW级风力发电机以及3MW及以上风力发电机的风轮直径越做越大，重量也在不断的增加，这样就造成风机主轴上与风机轮毂相邻的连接法兰的尺寸加大，风机主轴的轴径也相应加大；另外随着人们对主轴轴承的局部Hertz接触应力的不断重视，风力发电机的主轴轴承渐渐倾向于选择内径更大的多列单轴承，风机主轴上设置有供风机轴承安装的轴承安装环台，这样就造成风机主轴呈连接法兰和轴承安装环台的直径较大、而连接法兰与轴承安装环台之间及两侧的直径较小的复杂结构如图1所示，图中项1表示主轴本体，项2表示实现风机轮毂连接的连接法兰，项3表示实现主轴轴承安装的轴承安装环台，为了保证主轴的结构强度，主轴本体、连接法兰和轴承安装环台由合金钢整体成型，对于这种类似发动机曲轴的复杂风机主轴结构，采用曲轴锻造工艺难以实现，同时又因合金钢较难加工，对风机主轴采用整体锻打而后加工的方法也存在很多难题，会导致这种大结构的风机主轴的制作效率低且制作成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种易于制作的风机主轴；本发明的目的还在于提供一种使用该风机主轴的风力发电机。
为了解决上述问题，本发明中风力发电机的技术方案为：
风力发电机，包括风机轮毂、变速箱和传动连接于风机轮毂与变速箱之间的风机主轴，风机主轴包括主轴本体和前后间隔布置的连接法兰和轴承安装环台，主轴本体包括前后分体设置且插配在一起的前主体部分和后主体部分，前、后主体部分通过固定结构固定连接，连接法兰设置于前主体部分上，轴承安装环台设置于后主体部分上。
所述轴承安装环台位于所述变速箱的壳体中，轴承安装环台与所述壳体的内壁之间设置有主轴轴承，所述连接法兰置于所述壳体之外，所述连接法兰和前主体部分均由合金钢制成，所述轴承安装环台与后主体部分均由球磨铸铁制成。
所述前主体部分包括轴线沿前后方向延伸的套状结构及设置于所述套状结构前端的连接板，所述连接法兰设置于所述套状结构上，所述套状结构套设于所述后主体部分前端，固定结构包括设置于所述套状结构与后主体部分之间的传动键、键槽，连接板和后主体部分上开设有轴线沿前后方向延伸的螺栓安装孔，固定结构还包括安装于所述螺栓安装孔中的锁紧螺栓。
所述螺栓安装孔为阶梯孔，螺栓安装孔具有前后设置的大孔段和小孔段，小孔段的孔壁上开设有内螺纹，所述锁紧螺栓包括与所述内螺纹配合的螺纹段和设置于所述螺纹段前端的光杆段，光杆段的直径小于大孔段的孔径和螺纹段的直径，大孔段的长度大于或等于两倍的螺纹段直径。
所述套状结构与所述后主体部分前端通过热装而过盈配合。
本发明中风机主轴的技术方案为：
风力发电机的风机主轴，包括主轴本体和前后间隔布置的连接法兰和轴承安装环台，主轴本体包括前后分体设置且插配在一起的前主体部分和后主体部分，前、后主体部分通过固定结构固定连接，连接法兰设置于前主体部分上，轴承安装环台设置于后主体部分上。
所述轴承安装环台位于所述变速箱的壳体中，轴承安装环台与所述壳体的内壁之间设置有主轴轴承，所述连接法兰置于所述壳体之外，所述连接法兰和前主体部分均由合金钢制成，所述轴承安装环台与后主体部分均由球磨铸铁制成。
所述前主体部分包括轴线沿前后方向延伸的套状结构及设置于所述套状结构前端的连接板，所述连接法兰设置于所述套状结构上，所述套状结构套设于所述后主体部分前端，固定结构包括设置于所述套状结构与后主体部分之间的传动键、键槽，连接板和后主体部分上开设有轴线沿前后方向延伸的螺栓安装孔，固定结构还包括安装于所述螺栓安装孔中的锁紧螺栓。
所述螺栓安装孔为阶梯孔，螺栓安装孔具有前后设置的大孔段和小孔段，小孔段的孔壁上开设有内螺纹，所述锁紧螺栓包括与所述内螺纹配合的螺纹段和设置于所述螺纹段前端的光杆段，光杆段的直径小于大孔段的孔径和螺纹段的直径，大孔段的长度大于或等于两倍的螺纹段直径。
所述套状结构与所述后主体部分前端通过热装而过盈配合。
本发明的有益效果为：本发明中的风机主轴的主轴本体包括前、后设置且插配在一起的前主体部分和后主体部分，连接法兰设置于前主体部分上，轴承安装环台设置于后主体部分上，这样整个风机主轴就被分为了两个结构比较常规的形状，风机主轴的每一部分都较易制作，在使用时，使前、后主体部分插配在一起，然后通过固定结构固定即可。
进一步的，由于轴承安装环台和部分后主体部分均设置于变速箱的壳体内，受温度应力、交变应力较小，因此后主体部分和轴承安装环台可以由球磨铸铁制成，连接法兰和前主体部分则由合金钢制成，这样既能保证风机主轴的结构强度，在满足风机主轴功能和安全要求的同时，还可以节省材料成本，进一步的降低后主体部分和轴承安装环台的制作难度，最终达到降低产品成本的目的。
附图说明
图1是本发明现有技术中风机主轴的结构示意图；
图2是本发明中风力发电机的一个实施例中风机轮毂、风机主轴和变速箱的配合示意图；
图3是图2的左视图。
具体实施方式
风力发电机的实施例如图2~3所示：包括风机轮毂7、变速箱17和传动连接于风机轮毂7与变速箱17之间的风机主轴，风机主轴包括主轴本体和前后间隔布置的连接法兰6和轴承安装环台5，连接法兰6置于变速箱17的壳体外侧，连接法兰6与风机轮毂7固定连接，轴承安装环台5置于变速箱的壳体内，轴承安装环台与变速箱的壳体内壁之间设有主轴轴承16，变速箱的输入端与后主体部分相连，变速箱的输出端与发电机相连。主轴本体包括前后分体设置且插配在一起的前主体部分和后主体部分4，前、后主体部分通过固定结构固定连接，连接法兰6一体设置于前主体部分上，轴承安装环台5一体设置于后主体部分4上，连接法兰和前主体部分均由合金钢制成，轴承安装环台和后主体部分均由球磨铸铁制成。前主体部分包括轴线沿前后方向延伸的套状结构14及设置于套状结构14前端的连接板13，连接法兰6设置于套状结构14上，套状结构14套设于后主体部分前端，固定结构包括设置于套状结构与后主体部分之间的传动键、键槽，传动键15为双平键（或单圆头平键），传动键、键槽用于传递扭矩，套状结构与后主体部分前端通过热装而过盈配合，通过热装工艺使套状结构与后主体部分之间达到径向零间隙，以提高风力发电机主轴受到的较大交变弯矩作用和扭矩作用。连接板13和后主体部分4上绕周向间隔设有一圈轴线沿前后方向延伸的螺栓安装孔，固定结构还包括安装于各螺栓安装孔中的锁紧螺栓11，各锁紧螺栓通过环形钢丝18彼此锁固。螺栓安装孔为阶梯孔，螺栓安装孔具有前后设置的大孔段9和小孔段12，小孔段的孔壁上开设有内螺纹，锁紧螺栓包括与内螺纹配合的螺纹段8和设置于所述螺纹段前端的光杆段10，光杆段10的直径小于大孔段的孔径和螺纹段的直径，大孔段的长度大于（或等于）两倍的螺纹段直径，以防止锁紧螺栓疲劳失效，锁紧螺栓采用细长杆结构，有降低锁紧螺栓刚度，从而降低锁紧螺栓受拉应力幅，锁紧螺栓与螺栓安装孔之间设置有防松胶。
本发明中的前主体部分、连接法兰和后主体部分、轴承安装环台分别构成常规的结构，这样方便这两部分的分别制作，降低了风机主轴的制作难度，提高了风机主轴的制作效率；轴承安装环台置于变速箱的壳体中，后主体部分和轴承安装环台可以采用易于加工同时材料成本较低的球磨铸铁制作，在保证风机主轴满足相应结构强度的同时，进一步的降低了风机主轴的制作难度和制作成本。本发明中为防止锁紧螺栓采取了两个措施，即锁紧螺栓采用具有光杆段的细杆结构及对光杆段长度的限制，锁紧螺栓的机械防松采取了两个措施，即设置防松胶和环形钢丝，通过抗疲劳和防松的双重设计，保证可以适用于风力发电机这种20年寿命、风轮悬伸的支撑重量大、运行中可能发生因键失效而出现的反复冲击次数多的环境中使用。
在本风力发电机的其它实施例中：后主体部分和轴承安装环台也可以由合金钢制成；锁紧螺栓还可以是空心螺栓或普通的全螺纹螺栓；前主体部分的连接板也可以不设，此时可以在套状结构与后主体部分上穿装沿后主体部分径向延伸的锁紧螺栓来实现套状结构的防脱；还可以采取前主体部分插装于后主体部分中的形式来实现前、后主体部分插配；传动键、键槽结构也可以不设，此时固定结构包括设置于后主体部分前端的外方轴结构及设置于前主体部分后端的与外方轴结构止转套装的内方孔结构。
风机主轴的实施例如图2~3所示：风机主轴的具体结构与上述各风力发电机实施例中所述的风机主轴相同，在此不再详述。

Claims (10)

1.风力发电机，包括风机轮毂、变速箱和传动连接于风机轮毂与变速箱之间的风机主轴，风机主轴包括主轴本体和前后间隔布置的连接法兰和轴承安装环台，其特征在于：主轴本体包括前后分体设置且插配在一起的前主体部分和后主体部分，前、后主体部分通过固定结构固定连接，连接法兰设置于前主体部分上，轴承安装环台设置于后主体部分上，所述前主体部分包括轴线沿前后方向延伸的套状结构及设置于所述套状结构前端的连接板，所述连接法兰设置于所述套状结构上，所述套状结构套设于所述后主体部分前端，套状结构的后端面顶装在轴承安装环台的前端面上。
2.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于：所述轴承安装环台位于所述变速箱的壳体中，轴承安装环台与所述壳体的内壁之间设置有主轴轴承，所述连接法兰置于所述壳体之外，所述连接法兰和前主体部分均由合金钢制成，所述轴承安装环台与后主体部分均由球磨铸铁制成。
3.根据权利要求1或2所述的风力发电机，其特征在于：固定结构包括设置于所述套状结构与后主体部分之间的传动键、键槽，连接板和后主体部分上开设有轴线沿前后方向延伸的螺栓安装孔，固定结构还包括安装于所述螺栓安装孔中的锁紧螺栓。
4.根据权利要求3所述的风力发电机，其特征在于：所述螺栓安装孔为阶梯孔，螺栓安装孔具有前后设置的大孔段和小孔段，小孔段的孔壁上开设有内螺纹，所述锁紧螺栓包括与所述内螺纹配合的螺纹段和设置于所述螺纹段前端的光杆段，光杆段的直径小于大孔段的孔径和螺纹段的直径，大孔段的长度大于或等于两倍的螺纹段直径。
5.根据权利要求3所述的风力发电机，其特征在于：所述套状结构与所述后主体部分前端通过热装而过盈配合。
6.风力发电机的风机主轴，包括主轴本体和前后间隔布置的连接法兰和轴承安装环台，其特征在于：主轴本体包括前后分体设置且插配在一起的前主体部分和后主体部分，前、后主体部分通过固定结构固定连接，连接法兰设置于前主体部分上，轴承安装环台设置于后主体部分上，所述前主体部分包括轴线沿前后方向延伸的套状结构及设置于所述套状结构前端的连接板，所述连接法兰设置于所述套状结构上，所述套状结构套设于所述后主体部分前端，套状结构的后端面顶装在轴承安装环台的前端面上。
7.根据权利要求6所述的风机主轴，其特征在于：所述轴承安装环台位于变速箱的壳体中，轴承安装环台与所述壳体的内壁之间设置有主轴轴承，所述连接法兰置于所述壳体之外，所述连接法兰和前主体部分均由合金钢制成，所述轴承安装环台与后主体部分均由球磨铸铁制成。
8.根据权利要求6或7所述的风机主轴，其特征在于：固定结构包括设置于所述套状结构与后主体部分之间的传动键、键槽，连接板和后主体部分上开设有轴线沿前后方向延伸的螺栓安装孔，固定结构还包括安装于所述螺栓安装孔中的锁紧螺栓。
9.根据权利要求8所述的风机主轴，其特征在于：所述螺栓安装孔为阶梯孔，螺栓安装孔具有前后设置的大孔段和小孔段，小孔段的孔壁上开设有内螺纹，所述锁紧螺栓包括与所述内螺纹配合的螺纹段和设置于所述螺纹段前端的光杆段，光杆段的直径小于大孔段的孔径和螺纹段的直径，大孔段的长度大于或等于两倍的螺纹段直径。
10.根据权利要求8所述的风机主轴，其特征在于：所述套状结构与所述后主体部分前端通过热装而过盈配合。
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