CN113623131B - 风力发电机组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风力发电机组，所述风力发电机组包括轮毂和主轴，所述轮毂具有连接孔，所述主轴的一端为连接端，所述主轴通过所述连接端穿设于所述连接孔连接于所述轮毂。该风力发电机组的主轴穿设在轮毂的连接孔内，并通过连接孔连接于轮毂，使得主轴与轮毂的连接点更靠近轮毂的中心，减小了弯矩，并且在同等外形尺寸的条件下，可提高主轴与轮毂的连接强度，同时也无需设置法兰盘和与法兰连接的螺栓，提高经济效益。由于没有法兰盘的阻挡，相应地可将用于支撑主轴的主轴承靠近轮毂设置，减小主轴承的载荷，提高主轴承的使用寿命。

Description

风力发电机组
技术领域
本发明涉及一种风力发电机组。
背景技术
风力发电机组主要由塔架和安装在塔架上的风轮组成。如图1所示，风轮包括主轴2’、轮毂1’和叶片，叶片安装在轮毂1’上，主轴2’的一端连接于轮毂1’，主轴2’的另一端用于将风轮的转动传递至发电机。
轮毂1’的外表面设置有连接端面，主轴2’的一端设置有法兰盘21’，主轴2’的法兰盘21’与轮毂的连接端面连接。当前，为了增大发电机机组的功率，通常通过增大叶片的尺寸来实现，使得轮毂1’的尺寸、主轴2’及主轴2’上的法兰盘21’的尺寸均增大。为降低主轴2’轴颈受疲劳载荷的影响，在法兰盘21’与主轴2’之间设置一个较大的法兰圆角，导致用于支撑主轴2’的主轴承4’距轮毂1’的连接端面距离较大，主轴承4’的载荷增加，降低主轴承4’的使用寿命。同时，轮毂1’、主轴2’和叶片的尺寸的增加也会使得风轮的重量越来越大，主轴2’与轮毂1’的连接螺栓3’越来越多，增加了风力发电机组的制造成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中主轴与轮毂的连接方式不佳，导致风轮的重量增加、成本高的缺陷，提供一种风力发电机组。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种风力发电机组，所述风力发电机组包括轮毂和主轴，所述轮毂具有连接孔，所述主轴的一端为连接端，所述主轴通过所述连接端穿设于所述连接孔连接于所述轮毂。
在本方案中，该风力发电机组的主轴穿设在轮毂的连接孔内，并通过连接孔连接于轮毂，使得主轴与轮毂的连接点更靠近轮毂的中心，减小了弯矩，并且在同等外形尺寸的条件下，可提高主轴与轮毂的连接强度，同时也无需设置法兰盘和与法兰连接的螺栓，提高经济效益。由于没有法兰盘的阻挡，相应地可将用于支撑主轴的主轴承靠近轮毂设置，减小主轴承的载荷，提高主轴承的使用寿命。
较佳地，所述连接端与所述连接孔过盈配合。
在本方案中，连接端与连接孔可采用冷套或热套的装配方式安装。采用上述结构形式，既可传递弯矩，也可传递扭矩，结构简单，装配方便。
较佳地，所述风力发电机组还包括连接组件，所述主轴通过所述连接组件可拆卸连接于所述轮毂。
在本方案中，采用上述结构形式，便于拆装风力发电机组，同时也便于维护保养主轴与轮毂。
较佳地，所述连接组件包括压板和连接件，所述压板上设置有固定孔，所述连接件穿过所述固定孔可拆卸连接于所述连接端的端面，所述连接件的数量为多个，多个所述连接件环绕所述主轴的轴线设置，所述主轴通过所述连接件固定在所述压板上，所述压板的外侧四周连接于所述轮毂。
在本方案中，主轴通过压板固定在轮毂上，用于传递主轴与轮毂之间的扭矩，主轴与轮毂之间的弯矩是通过连接端穿设于连接孔的方式传递。
较佳地，所述压板与所述轮毂一体成型。
在本方案中，采用上述结构形式，减少部件设置，提高装配效率。
较佳地，所述压板的边缘抵接于所述轮毂的内壁，所述压板通过螺栓连接于所述轮毂，所述螺栓的数量为多个，多个所述螺栓环绕所述主轴设置。
在本方案中，采用上述结构形式，优化装配工艺，便于在不同工况下拆装主轴与轮毂。在装配时，先将主轴的连接端***连接孔内，再将压板固定在主轴上，然后将压板固定到轮毂上；也可先将压板安装到轮毂上，再将主轴固定在压板上。可根据不同的安装环境选择不同的装配工艺，提高经济效益。
较佳地，所述连接端与所述轮毂花键连接。
在本方案中，采用上述结构形式，增大主轴与轮毂两者之间传递的扭矩，同时，花键连接的方式，定位精度高、传递扭矩大和装配方便。此处的花键连接可以是渐开线花键连接，也可是矩形花键连接。
较佳地，所述连接端的外径沿靠近所述轮毂的方向逐渐减小，所述连接孔与所述连接端适配。
在本方案中，采用上述结构形式，固定板在主轴的轴向方向上施加一个预紧力，使得主轴的连接端的外周面压紧在轮毂的内壁，用于传递弯矩，同时还可依靠锥面产生的法向力和摩擦系数，产生摩擦力传递扭矩，可减少主轴端面螺栓的设置数量。
较佳地，所述连接组件还包括限位件，所述限位件设于所述连接端与所述轮毂之间，用于限制所述主轴与所述轮毂的相互转动。
在本方案中，采用上述结构形式，增大主轴与轮毂两者之间传递的扭矩，可减少主轴端面螺栓的设置数量。此处的限位件可以是销钉或平键。
较佳地，所述主轴与所述轮毂上均设置有键槽，所述键槽位于所述主轴与所述轮毂的结合面上，所述限位件设于所述键槽内，并且所述限位件的一端卡设于所述轮毂上的键槽，所述限位件的另一端卡设于所述主轴上的键槽。
在本方案中，采用上述结构形式，限位件与键槽的配合方式，安装方便，提高装配效率，优选地，限位件的数量为多个，多个限位件环绕主轴设置。
本发明的积极进步效果在于：该风力发电机组的主轴穿设在轮毂的连接孔内，并通过连接孔连接于轮毂，使得主轴与轮毂的连接点更靠近轮毂的中心，减小了弯矩，并且在同等外形尺寸的条件下，可提高主轴与轮毂的连接强度，同时也无需设置法兰盘和与法兰连接的螺栓，提高经济效益。由于没有法兰盘的阻挡，相应地可将用于支撑主轴的主轴承靠近轮毂设置，减小主轴承的载荷，提高主轴承的使用寿命。
附图说明
图1为本发明背景技术中主轴与轮毂的结构示意图。
图2为本发明实施例1中主轴与轮毂的结构示意图。
图3为本发明实施例2中主轴与轮毂(压板与轮毂一体成型)的结构示意图。
图4为图3中的局部结构示意图。
图5为本发明实施例2中主轴与轮毂(压板为单独的部件)的结构示意图。
图6为本发明实施例3中主轴与轮毂花键连接的结构示意图。
图7为图6中主轴与轮毂花键连接的横截面图。
图8为本发明实施例4中主轴与轮毂限位件连接的结构示意图。
图9为图8中主轴与轮毂的横截面图。
附图标记说明：
背景技术的附图标记
轮毂1’
主轴2’
法兰盘21’
螺栓3’
主轴承4’
本发明的附图的标记
轮毂1
连接孔11
主轴2，连接端2a
连接组件3
压板31
连接件32
限位件33
主轴承10
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
如图2所示，本实施例公开了一种风力发电机组，该风力发电机组包括轮毂1和主轴2，轮毂1具有连接孔11，主轴2的一端为连接端2a，主轴2通过连接端2a穿设于连接孔11连接于轮毂1。该风力发电机组的主轴2穿设在轮毂1的连接孔11内，并通过连接孔11连接于轮毂1，使得主轴2与轮毂1的连接点更靠近轮毂1的中心，减小了弯矩，并且在同等外形尺寸的条件下，可提高主轴2与轮毂1的连接强度，同时也无需设置法兰盘和与法兰连接的螺栓，提高经济效益。由于没有法兰盘的阻挡，相应地可将用于支撑主轴2的主轴承10(如图3所示)靠近轮毂1设置，减小主轴承10的载荷，提高主轴承10的使用寿命。
具体地，连接端2a与连接孔11可采用冷套或热套的装配方式安装，实现连接端2a与连接孔11过盈配合，便于传递弯矩和扭矩，结构简单，装配方便。
实施例2
如图3-图5所示，本实施例公开了一种风力发电机组，该风力发电机组包括轮毂1和主轴2，轮毂1具有连接孔11，主轴2的一端为连接端2a，主轴2通过连接端2a穿设于连接孔11连接于轮毂1。该风力发电机组的主轴2穿设在轮毂1的连接孔11内，并通过连接孔11连接于轮毂1，使得主轴2与轮毂1的连接点更靠近轮毂1的中心，减小了弯矩，并且在同等外形尺寸的条件下，可提高主轴2与轮毂1的连接强度，同时也无需设置法兰盘和与法兰连接的螺栓，提高经济效益。由于没有法兰盘的阻挡，相应地可将用于支撑主轴2的主轴承10(如图3所示)靠近轮毂1设置，减小主轴承10的载荷，提高主轴承10的使用寿命。
风力发电机组还包括连接组件3，主轴2通过连接组件3可拆卸连接于轮毂1，便于拆装风力发电机组，也便于维护保养主轴2与轮毂1。
具体地，连接组件3包括压板31和连接件32，压板31上设置有固定孔，连接件32穿过固定孔可拆卸连接于连接端2a的端面，连接件32的数量为多个，多个连接件32环绕主轴2的轴线设置，主轴2通过连接件32固定在压板31上，压板31的外侧四周连接于轮毂1。主轴2通过压板31固定在轮毂1上，用于传递主轴2与轮毂1之间的扭矩，主轴2与轮毂1之间的弯矩是通过连接端2a穿设于连接孔11的方式传递。在本实施例中，连接件32为螺栓。
如图3和图4所示，压板31与轮毂1一体成型，减少部件设置，提高装配效率。如图5所示，压板31还可以为单独的部件，压板31的边缘抵接在轮毂1的内壁，压板31通过螺栓连接在轮毂1上，螺栓的数量为多个，多个螺栓环绕主轴2设置，便于在不同工况下拆装主轴2与轮毂1，优化装配工艺。在装配时，先将主轴2的连接端2a***连接孔11内，再将压板31固定在主轴2上，然后将压板31固定到轮毂1上；也可先将压板31安装到轮毂1上，再将主轴2***连接孔11并固定在压板31上。可根据不同的安装环境选择不同的装配工艺，提高经济效益。
优选地，连接端2a的外径沿靠近轮毂1的方向逐渐减小(如图4所示)，连接孔11与连接端2a适配。固定板在主轴2的轴向方向上施加一个预紧力，使得主轴2的连接端2a的外周面压紧在轮毂1的内壁，用于传递弯矩，同时还可依靠锥面产生的法向力和摩擦系数，产生摩擦力传递扭矩，降低主轴2通过压板31传递的扭矩，可减少主轴2端面螺栓的设置数量。
实施例3
如图6-图7所示，本实施例公开了一种风力发电机组，该风力发电机组包括轮毂1和主轴2，轮毂1具有连接孔11，主轴2的一端为连接端2a，主轴2通过连接端2a穿设于连接孔11连接于轮毂1。该风力发电机组的主轴2穿设在轮毂1的连接孔11内，并通过连接孔11连接于轮毂1，使得主轴2与轮毂1的连接点更靠近轮毂1的中心，减小了弯矩，并且在同等外形尺寸的条件下，可提高主轴2与轮毂1的连接强度，同时也无需设置法兰盘和与法兰连接的螺栓，提高经济效益。由于没有法兰盘的阻挡，相应地可将用于支撑主轴2的主轴承10(如图3所示)靠近轮毂1设置，减小主轴承10的载荷，提高主轴承10的使用寿命。
风力发电机组还包括连接组件3，主轴2通过连接组件3可拆卸连接于轮毂1，便于拆装风力发电机组，也便于维护保养主轴2与轮毂1。
具体地，连接组件3包括压板31和连接件32，压板31上设置有固定孔，连接件32穿过固定孔可拆卸连接于连接端2a的端面，连接件32的数量为多个，多个连接件32环绕主轴2的轴线设置，主轴2通过连接件32固定在压板31上，压板31的外侧四周连接于轮毂1。主轴2通过压板31固定在轮毂1上，用于传递主轴2与轮毂1之间的扭矩，主轴2与轮毂1之间的弯矩是通过连接端2a穿设于连接孔11的方式传递。在本实施例中，连接件32为螺栓。
其中，压板31可以与轮毂1一体成型，减少部件设置，提高装配效率。在本实施例中，压板31为一个单独的部件，压板31的边缘抵接在轮毂1的内壁，压板31通过螺栓连接在轮毂1上，螺栓的数量为多个，多个螺栓环绕主轴2设置，便于在不同工况下拆装主轴2与轮毂1，优化装配工艺。在装配时，先将主轴2的连接端2a***连接孔11内，再将压板31固定在主轴2上，然后将压板31固定到轮毂1上；也可先将压板31安装到轮毂1上，再将主轴2***连接孔11并固定在压板31上。可根据不同的安装环境选择不同的装配工艺，提高经济效益。
优选地，连接端2a的外径沿靠近轮毂1的方向逐渐减小，连接孔11与连接端2a适配。如图4所示，连接端2a与轮毂1的连接孔11形成相互匹配的锥形结构，连接端2a的上表面与水平面的夹角为α，夹角α的大小根据连接端2a的长度、连接端2a与轮毂1内壁之间的摩擦系数以及施加在连接端2a沿轴向方向的压紧力等多个因素决定。固定板在主轴2的轴向方向上施加一个预紧力，使得主轴2的连接端2a的外周面压紧在轮毂1的内壁，用于传递弯矩，同时还可依靠锥面产生的法向力和摩擦系数，产生摩擦力传递扭矩，降低主轴2通过压板31传递的扭矩，可减少主轴2端面螺栓的设置数量。
为了进一步增大主轴2与轮毂1两者之间传递的扭矩，连接端2a与轮1毂的连接孔11花键连接。利用花键连接定位精度高、传递扭矩大和装配方便的优点。此处的花键连接可以是渐开线花键连接，也可是矩形花键连接。
实施例4
如图8-图9所示，本实施例公开了一种风力发电机组，该风力发电机组包括轮毂1和主轴2，轮毂1具有连接孔11，主轴2的一端为连接端2a，主轴2通过连接端2a穿设于连接孔11连接于轮毂1。该风力发电机组的主轴2穿设在轮毂1的连接孔11内，并通过连接孔11连接于轮毂1，使得主轴2与轮毂1的连接点更靠近轮毂1的中心，减小了弯矩，并且在同等外形尺寸的条件下，可提高主轴2与轮毂1的连接强度，同时也无需设置法兰盘和与法兰连接的螺栓，提高经济效益。由于没有法兰盘的阻挡，相应地可将用于支撑主轴2的主轴承10(如图3所示)靠近轮毂1设置，减小主轴承10的载荷，提高主轴承10的使用寿命。
风力发电机组还包括连接组件3，主轴2通过连接组件3可拆卸连接于轮毂1，便于拆装风力发电机组，也便于维护保养主轴2与轮毂1。
具体地，连接组件3包括压板31和连接件32，压板31上设置有固定孔，连接件32穿过固定孔可拆卸连接于连接端2a的端面，连接件32的数量为多个，多个连接件32环绕主轴2的轴线设置，主轴2通过连接件32固定在压板31上，压板31的外侧四周连接于轮毂1。主轴2通过压板31固定在轮毂1上，用于传递主轴2与轮毂1之间的扭矩，主轴2与轮毂1之间的弯矩是通过连接端2a穿设于连接孔11的方式传递。在本实施例中，连接件32为螺栓。
其中，压板31可以与轮毂1一体成型，减少部件设置，提高装配效率。在本实施例中，压板31为单独的部件，压板31的边缘抵接在轮毂1的内壁，压板31通过螺栓连接在轮毂1上，螺栓的数量为多个，多个螺栓环绕主轴2设置，便于在不同工况下拆装主轴2与轮毂1，优化装配工艺。在装配时，先将主轴2的连接端2a***连接孔11内，再将压板31固定在主轴2上，然后将压板31固定到轮毂1上；也可先将压板31安装到轮毂1上，再将主轴2***连接孔11并固定在压板31上。可根据不同的安装环境选择不同的装配工艺，提高经济效益。
优选地，连接端2a的外径沿靠近轮毂1的方向逐渐减小，连接孔11与连接端2a适配。固定板在主轴2的轴向方向上施加一个预紧力，使得主轴2的连接端2a的外周面压紧在轮毂1的内壁，用于传递弯矩，同时还可依靠锥面产生的法向力和摩擦系数，产生摩擦力传递扭矩，降低主轴2通过压板31传递的扭矩，可减少主轴2端面螺栓的设置数量。
在此基础上，连接组件3还包括限位件33，限位件33设在连接端2a与轮毂1之间，用于限制主轴2与轮毂1的相互转动，以增大主轴2与轮毂1两者之间传递的扭矩，可减少主轴2端面螺栓的设置数量。此处的限位件33可以是销钉或平键。
在本实施例中，主轴2与轮毂1上均设置有键槽，键槽位于主轴2与轮毂1的结合面上，限位件33设在键槽内，并且限位件33的一端卡设于轮毂1上的键槽，限位件33的另一端卡设于主轴2上的键槽。限位件33为平键。限位件33与键槽的配合方式，安装方便，提高装配效率。优选地，限位件33的数量为多个，多个限位件33环绕主轴2设置。进一步地，键槽从主轴2的端部沿长度方向延伸，便于装入平键。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括轮毂和主轴，所述轮毂具有连接孔，所述主轴的一端为连接端，所述主轴通过所述连接端穿设于所述连接孔连接于所述轮毂；
所述风力发电机组还包括连接组件，所述主轴通过所述连接组件可拆卸连接于所述轮毂；
所述连接组件包括压板和连接件，所述压板上设置有固定孔，所述连接件穿过所述固定孔可拆卸连接于所述连接端的端面，所述连接件的数量为多个，多个所述连接件环绕所述主轴的轴线设置，所述主轴通过所述连接件固定在所述压板上，所述压板的外侧四周连接于所述轮毂的内壁，所述主轴通过所述压板固定在所述轮毂上。
2.如权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，所述压板与所述轮毂一体成型。
3.如权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，所述压板的边缘抵接于所述轮毂的内壁，所述压板通过螺栓连接于所述轮毂，所述螺栓的数量为多个，多个所述螺栓环绕所述主轴设置。
4.如权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，所述连接端与所述轮毂花键连接。
5.如权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，所述连接端的外径沿靠近所述轮毂的方向逐渐减小，所述连接孔与所述连接端适配。
6.如权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，所述连接组件还包括限位件，所述限位件设于所述连接端与所述轮毂之间，用于限制所述主轴与所述轮毂的相互转动。
7.如权利要求6所述的风力发电机组，其特征在于，所述主轴与所述轮毂上均设置有键槽，所述键槽位于所述主轴与所述轮毂的结合面上，所述限位件设于所述键槽内，并且所述限位件的一端卡设于所述轮毂上的键槽，所述限位件的另一端卡设于所述主轴上的键槽。
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