CN100532833C - 一种立轴风能动力装置的主轴总成 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种立轴风能动力装置的主轴总成，它由轴承、转动体和主轴组成，所述转动体是由轴承外转体、悬臂、连接臂组成，所述轴承外转体至少设有两个，所述每个轴承外转体上固定连接有至少两根悬臂，所述相邻轴承外转体上悬臂之间通过连接臂连接，在其中一个轴承外转体上设有动力输出轮，所述主轴由至少一段轴体和固连在轴体上部和下部的至少两个轴承内定体构成，所述轴承内定体与轴承外转体动配合连接。上述主轴总成结构不仅在很大程度上减小了风机的重量，同时有利于大型风机的设计、制造、运输和安装，使更大型的立轴风机的实施成为可能，从而提高风机的风能利用效率和降低成本。

Description

一种立轴风能动力装置的主轴总成
技术领域
本发明属于一种风能动力装置，特别是涉及一种立轴风能动力装置的主轴总成结构。
技术背景
由于风电机的大型化是并网型风电机降低发电成本的主要途径，所以兆瓦级风电机是目前的主流机型。但由于受到翼片结构和制作材料重量的限制，水平轴风力发电机的极限容量是5兆瓦。欲发展更大型的风电机，人们把目光投向了立轴式风电机。虽然结构上立轴风电机的容量可以达到100兆瓦，但它的叶片需要悬臂才能构成风轮。因此随立轴风机的叶片增大时，悬臂也要增大、重量也随之增加，这会极大地增加立轴风机的负荷和重量，成为影响立轴风电机效率和实施的主要因素。为此，我们作了两项发明以增加立轴风轮的叶片实度、降低立轴风轮的重量、提高立轴风机的效率。对于大型立轴风电机，还必须解决其大型叶片所受的应力过大和大型结构转动时产生共振的关键问题。由于在近百米的高度上，风能的变化可以达到数倍、甚至数十倍，使大型叶片受到很大的应力。另一方面，大型叶片运动时在共振点产生的震动足以使风机毁坏。为此，我们又作了一项发明以减小叶片应力和调制重量分布避开共振频率。
通常的立轴风能动力装置的主轴总成是在两个轴承外转体上套一根钢管作为转动体轴套，再在这根钢管上连接悬臂和支撑臂。但对大型风机，这根钢管近百米长、近百吨重，不仅造价高、制造难，而且安装、运输困难。但欲实施更大型立轴风电机，若采用目前的技术，其主轴的重量将达到数百吨。这不仅成本昂贵，而且制造、安装和运输难度很大，工程上难以实施。另一方面，风能动力是通过主轴输入到发电机发电，因此主轴总成的结构也决定其与发电机的连接方式和风能利用效率，目前大型风机的该连接技术通常是主轴驱动沉重的变速齿轮箱带动发电机，这种齿轮箱的能量传递效率仅为70％左右。
发明内容
本发明的目的是提供一种主轴重量轻，便于制造、安装和运输的一种大型立轴风能动力装置的主轴总成。
本发明的目的可以通过采用以下技术方案来实现：一种立轴风能动力装置的主轴总成，它由轴承、转动体和主轴组成，所述转动体是由轴承外转体、悬臂、连接臂组成，所述轴承外转体至少设有两个，所述每个轴承外转体上连接有至少两根悬臂，所述相邻轴承外转体上悬臂之间通过连接臂连接，在其中一个轴承外转体上设有动力输出轮，所述主轴由至少一段轴体和固连在轴体上部和下部的至少两个轴承内定体构成，所述轴承内定体与轴承外转体动配合连接。
在本发明的主轴总成中没有又长又重的钢管轴套，而是将悬臂直接固连到轴承外转体上，用不同轴承外转体上悬臂之间的连接臂代替了这根钢管，使两个轴承外转体构成整体转动，同时又起到了支撑悬臂的作用。从而大大减轻了转动体的重量，而且这样的转动体结构可以分体运输到现场使安装变得容易，这相对同时降低了材料、制造、运输和安装的成本。
上述风能动力装置的主轴总成结构，还包括具有驱动1至50个发电机的特点，在转动体上的动力输出轮可以直接连接发电机，也可以通过离合器与发电机耦合；通过调制离合器的合与离的状态，可以控制发电机的工作状态。因此，根据风速的大小和变化，通过离合器可以确定和调整处于工作状态的发电机的数量，使风机吸收的风能与发电机组合的负载功率匹配，从而为实现“变载恒频”的控制技术提供了结构条件，达到了提高风能利用效率的目的。
上述风能动力装置的主轴总成结构的主轴轴体还可以至少由一段镂空的柱体构成，其特征在于它由镂空柱体和固连在镂空柱体上部和下部的至少两个轴承内定体构成。设计这种镂空的主轴可以进一步减轻主轴总成的重量。
上述风能动力装置的主轴总成结构的顶部还包括塔尖体，塔尖体可以用来安装风速传感器、避雷器和悬臂牵连钢丝。
上述风能动力装置的主轴总成结构还可以由两个以上的轴承外转体、四根以上的悬臂、四根以上的连接臂构成，这样可以制造更大型的风机。
附图说明
图1是本发明实施例中主轴和轴承内定体的示意图。
图2是本发明实施例中转动体的示意图。
图3是本发明实施例中轴承示意图。
图4是为本发明实施例的结构示意图
图5是本发明中主轴的第二种实施例的示意图。
图6是本发明中转动体的第二种实施例的示意图。
图7是本发明实施例中轴承外转体、动力输出轮、离合器和电机的连接关系示意图。
图8是本发明实施例中采用多层悬臂、镂空主轴的结构示意图。
具体实施方案
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述
从图1至图8可以看出，本发明所述的一种立轴风能动力装置的主轴总成，它由轴承、转动体和主轴组成，所述转动体是由轴承外转体1、悬臂3、连接臂4组成，所述轴承外转体1至少设有两个，所述每个轴承外转体1上固定连接有至少两根悬臂3，所述相邻轴承外转体1上悬臂3之间通过连接臂4连接，在其中一个轴承外转体1上设有动力输出轮5，所述动力输出轮5通过离合器8与发电机7连接，所述主轴由至少一段轴体6和固连在轴体6上部和下部的至少两个轴承内定体2构成，所述轴承内定体2与轴承外转体1动配合连接。所述转动体上可以设置2至50个轴承外转体1，对应固连在不同轴承外转体1上悬臂3之间的连接臂4可以有4至392根，所述转动体上的轴承外转体1可以连接2至16根悬臂3，对应连接在相邻轴承外转体1上悬臂3之间的连接臂4可以有4至64根。转动体上的动力输出轮5可以直接连带发电机7，转动体上的动力输出轮5也可以通过离合器8连带发电机7，主轴总成的最上端可以连接塔尖体9，用来安装风速传感器、避雷器和悬臂牵连钢丝。主轴的轴体6可以制成镂空的圆柱轴10，以进一步减轻重量。主轴的轴体6可以由1至50个分体构成。
参见图5、图7和图8可以看出，本发明所述的一种立轴风能动力装置的主轴总成，上述主轴的轴体6可由三段镂空的分体的轴体组成，在每段镂空柱轴10的顶端和最下一段镂空柱轴10的底端共设有4个轴承内定体2，在本实施例中其转动体设有4个轴承外转体1，4层悬臂3分别固连在4个轴承外转体1上，8根悬臂3分别通过12根连接臂4相互连接成为一体，在最下端的轴承外转体1上设有动力输出轮5，转动体安装在主轴上，动力输出轮5分别通过4个离合器8驱动4个发电机7，在最上端安装有塔尖9，整体风机安装在一个混凝土基座上。

Claims (7)

1.一种立轴风能动力装置的主轴总成，它由轴承、转动体和主轴组成，所述转动体是由轴承外转体、悬臂、连接臂组成，其特征在于：所述轴承外转体(1)至少设有两个，每个所述轴承外转体(1)上固定连接有至少两根悬臂(3)，相邻的所述轴承外转体(1)上的悬臂(3)之间通过连接臂(4)相互连接成为一体，在最下端的轴承外转体(1)上设有动力输出轮(5)，所述主轴由至少一段轴体(6)和固连在轴体(6)上部和下部的至少两个轴承内定体(2)构成，所述轴承内定体(2)与所述轴承外转体(1)动配合连接。
2.根据权利要求1所述的一种立轴风能动力装置的主轴总成，其特征在于：所述转动体上有2至50个轴承外转体(1)，对应固连在不同轴承外转体(1)上悬臂(3)之间的连接臂(4)有4至392根，对应主轴上固连2至50个轴承内定体(2)。
3.根据权利要求1所述的一种立轴风能动力装置的主轴总成，其特征在于：所述转动体上的轴承外转体(1)固连2至16根悬臂(3)，对应固连在相邻轴承外转体(1)上悬臂(3)之间的连接臂(4)有4至64根。
4.根据权利要求1所述的一种立轴风能动力装置的主轴总成，其特征在于：所述动力输出轮(5)与1至50台发电机(7)连接。
5.根据权利要求1所述的一种立轴风能动力装置的主轴总成，其特征在于：所述主轴总成的最上端连接有塔尖体(9)。
6.根据权利要求1所述的一种立轴风能动力装置的主轴总成，其特征在于：所述主轴的轴体(6)由镂空的柱轴(10)构成。
7.根据权利要求1或6所述的一种立轴风能动力装置的主轴总成，其特征在于：所述主轴的轴体(6)由1至50个分体的轴体(6)构成。
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