CN111322197A - 风力发电机组及变桨轴承组件 - Google Patents

风力发电机组及变桨轴承组件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种风力发电机组及变桨轴承组件，风力发电机组包括：叶轮，包括轮毂及叶片；变桨***包括变桨轴承组件，变桨轴承组件包括第一轴承以及第二轴承，第一轴承以及第二轴承的一者为柱轴承，另一者能够承受轴向载荷及径向载荷，第一轴承包括第一内圈以及第一外圈，第二轴承包括第二内圈以及第二外圈，第一内圈与第二内圈连接形成内圈组，第一外圈与第二外圈连接形成外圈组，至少一个叶片通过变桨轴承组件与轮毂连接，内圈组及外圈组的一者与轮毂连接，另一者与叶片连接。本发明实施例提供的风力发电机组及变桨轴承组件，变桨轴承组件能够用于连接风力发电机组的轮毂及叶片，使得风力发电机组成本低廉其具有更高的安全性能。

Description

风力发电机组及变桨轴承组件
技术领域
本发明涉及风电技术领域，特别是涉及一种风力发电机组及变桨轴承组件。
背景技术
风力发电机组是将风能转换成电能的设备，在风力发电机组中，其变桨***能够通过调整叶片的角度改变气流对叶片的攻角，从而改变风力发电机组获取的空气动力，使得风力发电机组按照设计的输出功率输出，因此变桨***在风力发电机组中起着至关重要的作用。
变桨轴承在变桨***中属于关键部件，主要作为叶片和轮毂的连接部件，叶片的圆周运动是通过轴承滚动体与滚道直接的相对运动实现。然而，现有技术中的变桨轴承因其结构设置不合理，导致在应用至风力发电机组时，容易引发叶片掉落，且提升了风力发电机组的成本。
因此，亟需一种新的风力发电机组及变桨轴承组件。
发明内容
本发明实施例提供一种风力发电机组及变桨轴承组件，变桨轴承组件能够用于连接风力发电机组的轮毂及叶片，保证二者之间的连接强度，使得风力发电机组成本低廉其具有更高的安全性能。
本发明实施例一方面提出了一种风力发电机组，包括：叶轮，包括轮毂以及两个以上分别与轮毂连接的叶片；变桨***，包括变桨轴承组件，变桨轴承组件包括第一轴承以及在第一轴承的轴向与第一轴承相互层叠设置的第二轴承，第一轴承以及第二轴承的一者为柱轴承，另一者能够承受轴向载荷以及径向载荷，第一轴承包括第一内圈以及第一外圈，第二轴承包括第二内圈以及第二外圈，第一内圈与第二内圈相互连接形成内圈组，第一外圈与第二外圈相互连接形成外圈组；其中，至少一个叶片通过变桨轴承组件与轮毂连接，内圈组及外圈组的一者与轮毂连接，另一者与其相对的叶片连接。
根据本发明实施例的一个方面，第一轴承为柱轴承且靠近轮毂设置，第二轴承为球轴承或者圆锥滚子轴承且靠近叶片设置。
根据本发明实施例的一个方面，第一轴承为单列圆柱滚子轴承，第二轴承为单列四点接触式球轴承。
根据本发明实施例的一个方面，第一内圈上设置有两个以上沿第一轴承的周向间隔设置并沿轴向延伸的第一通孔，第二内圈上设置有至少两个以上与第一通孔一一对应设置的第二通孔，相对应的第一通孔以及第二通孔内设置有第一连接件，轮毂及叶片的一者、第一内圈以及第二内圈通过第一连接件相互连接。
根据本发明实施例的一个方面，第一外圈上设置有两个以上沿第一轴承的周向间隔设置并沿轴向延伸的第三通孔，第二外圈上设置有至少两个以上与第三通孔一一对应设置的第四通孔，相对应的第三通孔以及第四通孔内设置有第二连接件，轮毂及叶片的一者、第一外圈以及第二外圈通过第二连接件相互连接。
根据本发明实施例的一个方面，第一内圈的内径与第二内圈的内径相同，和/或，第一内圈的外径与第二内圈的外径相同。
根据本发明实施例的一个方面，第一外圈的内径与第二外圈的内径相同，和/或，第一外圈的外径与第二外圈的外径相同。
根据本发明实施例的一个方面，每个叶片分别通过变桨轴承组件与轮毂连接。
根据本发明实施例的一个方面，变桨***进一步包括驱动部件，驱动部件与连接于叶片的内圈组或者外圈组配合，以驱动叶片相对轮毂转动。
根据本发明实施例的另一个方面，提供一种风力发电机组用变桨轴承组件，用于连接轮毂及叶片，风力发电机组用变桨轴承组件包括：第一轴承，包括第一内圈以及第一外圈；第二轴承，在第一轴承的轴向与第一轴承相互层叠，第二轴承包括第二内圈以及第二外圈，第一内圈与第二内圈相互连接形成内圈组，第一外圈与第二外圈相互连接形成外圈组；其中，第一轴承及第二轴承的一者为柱轴承，另一者能够承受轴向载荷以及径向载荷，内圈组及外圈组的一者能够与轮毂连接，另一者能够与其相对的叶片连接。
根据本发明实施例提供的风力发电机组及其变桨轴承组件，风力发电机组包括叶轮及变桨***，叶轮包括轮毂以及两个以上与轮毂连接的叶片，变桨***包括变桨轴承组件，变桨轴承组件包括第一轴承及第二轴承，第一轴承的第一内圈与第二轴承的第二内圈连接形成内圈组，第一轴承的第一外圈与第二轴承的第二外圈连接形成外圈组，内圈组及外圈组的一者与轮毂连接，另一者与叶片连接，由于第一轴承及第二轴承的一者为球轴承，另一者为能够承受轴向载荷及径向载荷，即，变桨轴承组件的第一轴承及第二轴承的一者能够承受轴向载荷，通过另一者能够承受轴向载荷并能够承担径向载荷，使得变桨轴承组件在提升轴向承载能力的同时不增加径向载荷，降低变桨轴承组件各轴承圈的应力，避免变桨轴承组件失效，叶片掉落事故发生，使得风力发电机组成本低廉且具有更高的安全性能。
附图说明
下面将参考附图来描述本发明示例性实施例的特征、优点和技术效果。
图1是本发明实施例的风力发电机组的整体结构示意图；
图2是本发明实施例的变桨轴承组件的结构示意图；
图3是图2中沿A-A方向的剖视图；
图4是本发明实施例的变桨轴承组件与轮毂及叶片连接的局部剖视图。
100-风力发电机组；X-轴向；Y-周向；
10-叶轮；11-轮毂；111-第二法兰孔；12-叶片；121-第一法兰孔；
20-变桨轴承组件；21-第一轴承；211-第一内圈；211a-第一通孔；212-第一外圈；212a-第三通孔；22-第二轴承；221-第二内圈；221a-第二通孔；222-第二外圈；222a-第四通孔；
30-第一连接件；
40-第二连接件；
50-机舱；
60-塔筒。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本发明造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。
下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本发明的风力发电机组及变桨轴承组件的具体结构进行限定。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了更好地理解本发明，下面结合图1至图4根据本发明实施例的风力发电机组及变桨轴承组件进行详细描述。
请一并参阅图1至图4，图1示出了本发明实施例的风力发电机组100的整体结构示意图，图2示出了本发明实施例的变桨轴承组件20的结构示意图，图3示出了图2中沿A-A方向的剖视图，图4示出了本发明实施例的变桨轴承组件20与轮毂11及叶片12连接的局部剖视图。
本发明实施例提供了一种风力发电机组100，风力发电机组100可以包括塔筒60、机舱50、发电机(图未示)、叶轮10以及变桨***，机舱50设置于塔筒60的顶端，发电机设置于机舱50，可以位于机舱50的内部，当然，也可以位于机舱50的外部，叶轮10包括轮毂11以及两个以上分别与轮毂11连接的叶片12，变桨***包括变桨轴承组件20。
变桨轴承组件20包括第一轴承21以及在第一轴承21的轴向X与第一轴承21相互层叠设置的第二轴承22，第一轴承21以及第二轴承22的一者为柱轴承，另一者能够承受轴向载荷以及径向载荷，第一轴承21包括第一内圈211以及第一外圈212，第二轴承22包括第二内圈221以及第二外圈222，第一内圈211与第二内圈221相互连接形成内圈组，第一外圈212与第二外圈222相互连接形成外圈组，其中，至少一个叶片12通过变桨轴承组件20与轮毂11连接，内圈组及外圈组的一者与轮毂11连接，另一者与其相对的叶片12连接。
本发明实施例提供的风力发电机组100，由于变桨轴承组件20的第一轴承21及第二轴承22的一者为柱轴承，另一者能够承受轴向载荷以及径向载荷，通过柱轴承能够承受轴向载荷，通过另一个轴承能够承受轴向载荷，同时能够承担径向载荷，使得变桨轴承组件20在提升轴向承载能力的同时不增加径向载荷，降低变桨轴承组件20各轴承圈的应力，避免变桨轴承组件20失效，叶片12掉落事故发生，使得风力发电机组100成本低廉且具有更高的安全性能。
在一些可选的示例中，轮毂11上可以设置有三个叶片安装孔，相应的，叶片12的数量可以采用三个，三个叶片12可以只有一个叶片12通过本发明实施例的变桨轴承组件20与轮毂11连接，当然也可以两个叶片12或者每个叶片12均通过变桨轴承组件20与轮毂11连接，以更好的保证风力发电机组100的安全性。当然，限制叶轮10包括三个叶片12只是可选的方式，在一些其他的示例中，叶轮10所包括叶片12的数量也可以为两个、四个甚至多个，具体可以根据风力发电机组100的发电要求进行设置。
作为一种可选的实施方式，第一轴承21为柱轴承且靠近轮毂11设置，第二轴承22为球轴承或者圆锥滚子轴承且靠近叶片12设置。由于风力发电机组100在服役时，其变桨***中轴向载荷远大于径向载荷，而柱轴承较球轴承或者圆锥滚子轴承具有更好的轴向承载能力，且靠近轮毂11侧的一列滚子受力大，因此，限定第一轴承21为柱轴承且靠近轮毂11设置能够进一步优化变桨轴承组件20对变桨***中载荷的承受能力。
在具体实施时，第一轴承21可以为单列圆柱滚子轴承，第二轴承22可以为单列四点接触式球轴承，单列圆柱滚子轴承的圆柱滚子轴线与其所在第一轴承21的轴线相垂直，只能承受轴向载荷。而单列四点接触式球轴在承受轴向载荷的同时能够承担径向载荷，并且通常情况下，轴向载荷以及径向载荷的承载能力相同，在满足叶片12与轮毂11之间连接及变桨要求的基础上，还能够降低成本。
本发明实施例提供的变桨轴承组件20第一内圈211与第二内圈221之间可以采用不同连接方式，可以为固定连接，当然也可以为可拆卸连接，在一些可选的实施例中，第一内圈211上设置有两个以上沿第一轴承21的周向Y间隔设置并沿第一轴承21的轴向X延伸的第一通孔211a，第二内圈221上设置有至少两个以上与第一通孔211a一一对应设置的第二通孔221a，相对应的第一通孔211a以及第二通孔221a内设置有第一连接件30，第一内圈211、第二内圈221以及轮毂11与叶片12的一者通过第一连接件30相互连接。
在具体实施时，为了保证连接强度，第一通孔211a的数量为多个并在第一内圈211上均匀设置，第二通孔221a的数量与第一通孔211a的数量相同并一一对应设置。可选的示例中，第一内圈211及第二内圈221组成的内圈组与叶片12连接，为了更好的满足连接要求，在叶片12上设置有多个第一法兰孔121，叶片12上的第一法兰孔121同样与第一通孔211a一一对应设置，第一连接件30可以采用螺栓等紧固件，通过第一连接件30将第一内圈211、第二内圈221以及叶片12相互连接，第一连接件30伸入叶片12中的长度不做具体数值限定，只要能够满足变桨轴承组件20与叶片12之间的连接强度均可。
同样的，本发明实施例提供的变桨轴承组件20的第一外圈212上设置有两个以上沿第一轴承21的周向Y间隔设置并沿轴向X延伸的第三通孔212a，第二外圈222上设置有至少两个以上与第三通孔212a一一对应设置的第四通孔222a，相对应的第三通孔212a以及第四通孔222a内设置有第二连接件40，第一外圈212、第二外圈222以及轮毂11通过第二连接件40相互连接，第二连接件40伸入轮毂11的深度不做具体数值限定，只要能够满足变桨轴承组件20与轮毂11之间的连接要求均可。
在具体实施时，第三通孔212a的数量为多个并在第一外圈212上均匀设置，第四通孔222a的数量与第三通孔212a的数量相同并一一对应设置，可选的示例中，第一外圈212及第二外圈222组成的外圈组与轮毂11连接，为了更好的满足连接要求，在轮毂11围合形成叶片12安装孔的侧壁上同样设置有多个第二法兰孔111，相应叶片12安装孔的侧壁上的第二法兰孔111与第三通孔212a的数量相同并一一对应设置第二连接件40同样可以采用螺栓等紧固件，通过第二连接件40将第一外圈212、第二外圈222以及轮毂11相互连接。
通过上述设置，不仅能够更好的满足叶片12与轮毂11之间的连接以及叶片12变桨的要求，同时，第一轴承21、第二轴承22之间通过第一连接件30以及第二连接件40同时连接，能够满足第一轴承21、第二轴承22之间的预紧要求，不需要轴承座或者调紧螺母等部件进行二次预紧，同时能够保证内圈组的第一内圈211、第二内圈221同时转动，以及外圈组的第一外圈212、第二外圈222同时转动。
上述各实施例是以内圈组与叶片12连接，外圈组与轮毂11连接为例进行说明的，可以理解的是，该种方式只是一种可选的实施例，在一些其他的示例中，也可以使得内圈组与轮毂11连接，外圈组与叶片12连接，同样能够满足叶片12的变桨要求。
为了更好的满足叶片12的变桨需求，作为一种可选的实施方式，本发明实施例的风力发电机组100的变桨***还包括驱动部件，驱动部件与连接于叶片12的内圈组或者外圈组配合，以驱动叶片12相对轮毂11转动。驱动部件可以采用不同的实施方式，可选的，其可以采用驱动电机加齿形带的结构形式，驱动电机通过齿形带与内圈组或者外圈组连接，通过驱动电机带动齿形带运动，通过齿形带带动内圈组或者外圈组转动，进而带动相应的叶片12转动，以实现变桨。当然，驱动部件不限于上述实施方式，在一些其他示例中，驱动部件也可以采用液压缸等形式，通过液压驱动的方式同样能够实现叶片12的变桨需求。
以上各实施例的变桨轴承组件20，其第一轴承21的第一内圈211以及第一外圈212、第二轴承22的第二内圈221及第二外圈222的径向尺寸可根据自身承载需求进行设定，在满足与第一连接件30、第二连接件40、轮毂11以及相应叶片12的连接要求下，可按照经济性最优设计，以降低变桨轴承组件20的成本。
作为一种可选的实施方式，本发明以上各实施例的变桨轴承组件20的第一内圈211的内径与第二内圈221的内径相同，可选的，第一内圈211的外径与第二内圈221的外径相同，即，第一内圈211及第二内圈221的径向尺寸可以相同，便于第一内圈211以及第二内圈221之间的连接。在一些可选的示例中，第一外圈212的内径与第二外圈222的内径相同，可选的，第一外圈212的外径与第二外圈222的外径相同，即第一外圈212与第二外圈222的径向尺寸可以相同。
通过上述设置，能够更加便于变桨轴承组件20的安装以及与轮毂11及相应叶片12之间的连接，并且，能够更利于与驱动部件的连接，便于驱动部件驱动叶片12实现变桨。
综上，本发明实施例提供的变桨轴承组件20及风力发电机组100，因变桨轴承组件20包括第一轴承21及第二轴承22，第一轴承21的第一内圈211与第二轴承22的第二内圈221连接形成内圈组，第一轴承21的第一外圈212与第二轴承22的第二外圈222连接形成外圈组，内圈组及外圈组的一者与轮毂11连接，另一者与叶片12连接，由于第一轴承21及第二轴承22的一者为球轴承，另一者为能够承受轴向载荷以及径向载荷，使得变桨轴承组件20在提升轴向X承载能力的同时不增加径向载荷，降低变桨轴承组件20各轴承圈的应力，避免变桨轴承组件20失效，叶片12掉落事故发生，使得风力发电机组100成本低廉且具有更高的安全性能。
变桨轴承组件20的第一轴承21、第二轴承22一者采用球轴承或者圆锥滚子轴承，另一者采用柱轴承，解决了风力发电机组100中常用的双列球轴承的结构在设计中寿命不等的情况。由于风力发电机组100在服役时，靠近轮毂11侧的滚子承受的载荷大于靠近叶片12侧的滚子，为了保证轴承的可靠性，通常按照靠近轮毂11侧的滚子承载能力进行设计，使得双列球轴承在实际应用中存在两列轴承寿命不等的情况，具有轴承高度高，重量重，成本高的缺陷。
而本发明实施例提供的风力发电机组100，其变桨轴承组件20可以根据轴承特性分别设计第一轴承21及第二轴承22，使得第一轴承21与第二轴承22的寿命近似，降低风力发电机组100变桨轴承成本，减轻风力发电机组100变桨轴承重量。当需要增加变桨轴承组件20的轴向承载能力时，通过改变柱轴承的型号等即可满足轴向承载能力要求，且不会对径向承载能力产生影响，能够始终保持变桨轴承组件20的使用寿命。
同时，变桨轴承组件20的第一轴承21、第二轴承22为分体式结构，彼此之间可以采用拆卸的连接方式，使得第一轴承21及第二轴承22的一者在因意外故障等原因失效后，只更换失效的轴承即可，第一轴承21及第二轴承22的另一者仍可以继续使用，降低了风力发电机组100的维护成本。
更进一步的，变桨轴承组件20采用第一轴承21、第二轴承22的组合形式，能够充分考虑到各自滚子的特点，更有利于润滑油选取、润滑油路以及密封结构的设置，更利于叶片12的变桨，故易于推广使用。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种风力发电机组(100)，其特征在于，包括：
叶轮(10)，包括轮毂(11)以及两个以上分别与所述轮毂(11)连接的叶片(12)；
变桨***，包括变桨轴承组件(20)，所述变桨轴承组件(20)包括第一轴承(21)以及在所述第一轴承(21)的轴向(X)与所述第一轴承(21)相互层叠设置的第二轴承(22)，所述第一轴承(21)以及所述第二轴承(22)的一者为柱轴承，另一者能够承受轴向载荷以及径向载荷，所述第一轴承(21)包括第一内圈(211)以及第一外圈(212)，所述第二轴承(22)包括第二内圈(221)以及第二外圈(222)，所述第一内圈(211)与所述第二内圈(221)相互连接形成内圈组，所述第一外圈(212)与所述第二外圈(222)相互连接形成外圈组；
其中，至少一个所述叶片(12)通过所述变桨轴承组件(20)与所述轮毂(11)连接，所述内圈组及所述外圈组的一者与所述轮毂(11)连接，另一者与其相对的所述叶片(12)连接。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组(100)，其特征在于，所述第一轴承(21)为柱轴承且靠近所述轮毂(11)设置，所述第二轴承(22)为球轴承或者圆锥滚子轴承且靠近所述叶片(12)设置。
3.根据权利要求2所述的风力发电机组(100)，其特征在于，所述第一轴承(21)为单列圆柱滚子轴承，所述第二轴承(22)为单列四点接触式球轴承。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的风力发电机组(100)，其特征在于，所述第一内圈(211)上设置有两个以上沿所述第一轴承(21)的周向(Y)间隔设置并沿所述轴向(X)延伸的第一通孔(211a)，所述第二内圈(221)上设置有至少两个以上与所述第一通孔(211a)一一对应设置的第二通孔(221a)，相对应的所述第一通孔(211a)以及所述第二通孔(221a)内设置有第一连接件(30)，所述轮毂(11)与所述叶片(12)的一者、所述第一内圈(211)以及所述第二内圈(221)通过所述第一连接件(30)相互连接。
5.根据权利要求1至3任意一项所述的风力发电机组(100)，其特征在于，所述第一外圈(212)上设置有两个以上沿所述第一轴承(21)的周向(Y)间隔设置并沿所述轴向(X)延伸的第三通孔(212a)，所述第二外圈(222)上设置有至少两个以上与所述第三通孔(212a)一一对应设置的第四通孔(222a)，相对应的所述第三通孔(212a)以及所述第四通孔(222a)内设置有第二连接件(40)，所述轮毂(11)与所述叶片(12)的一者、所述第一外圈(212)以及所述第二外圈(222)通过所述第二连接件(40)相互连接。
6.根据权利要求1至3任意一项所述的风力发电机组(100)，其特征在于，所述第一内圈(211)的内径与所述第二内圈(221)的内径相同，和/或，所述第一内圈(211)的外径与所述第二内圈(221)的外径相同。
7.根据权利要求1至3任意一项所述的风力发电机组(100)，其特征在于，所述第一外圈(212)的内径与所述第二外圈(222)的内径相同，和/或，所述第一外圈(212)的外径与所述第二外圈(222)的外径相同。
8.根据权利要求1至3任意一项所述的风力发电机组(100)，其特征在于，每个所述叶片(12)分别通过所述变桨轴承组件(20)与所述轮毂(11)连接。
9.根据权利要求1至3任意一项所述的风力发电机组(100)，其特征在于，所述变桨***进一步包括驱动部件，所述驱动部件与连接于所述叶片(12)的所述内圈组或者所述外圈组配合，以驱动所述叶片(12)相对所述轮毂(11)转动。
10.一种风力发电机组(100)用变桨轴承组件(20)，用于连接轮毂(11)及叶片(12)，其特征在于，所述风力发电机组(100)用变桨轴承组件(20)包括：
第一轴承(21)，包括第一内圈(211)以及第一外圈(212)；
第二轴承(22)，在所述第一轴承(21)的轴向(X)与所述第一轴承(21)相互层叠，所述第二轴承(22)包括第二内圈(221)以及第二外圈(222)，所述第一内圈(211)与所述第二内圈(221)相互连接形成内圈组，所述第一外圈(212)与所述第二外圈(222)相互连接形成外圈组；
其中，所述第一轴承(21)及所述第二轴承(22)的一者为柱轴承，另一者能够承受轴向载荷以及径向载荷，所述内圈组及所述外圈组的一者能够与所述轮毂(11)连接，另一者能够与其相对的所述叶片(12)连接。
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