CN101174781A - 低速直驱式风力发电机主轴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力发电机，特别涉及一种低速直驱式风力发电机主轴，提供一种全新主轴结构的、网格状柱体构成主轴主体的低速直驱式风力发电机主轴，包括钢板、角钢，主轴为空心圆柱体，其截面为圆环形，该圆柱体的柱体部分为蜂窝格状空腔柱体同向规则排列构成，减轻了主轴的自重，缩短了生产周期，在不影响其承载力、机械强度及可靠性的情况下，可靠地保证轴的抗弯和抗扭转能力，减轻了塔体所需的承载力，主轴生产用料减少，且不需要特殊材料，从而降低了制造成本，加快生产，缩短了生产周期，材料的材质因此也不需要经过锻造过程即可满足直驱式风力发电机组的运行要求，并且采用网格状柱体的空腔结构还有利于利用空气散热，经济、可靠。

Description

低速直驱式风力发电机主轴

技术领域

本发明涉及一种风力发电机，特别涉及一种低速直驱式风力发电机主轴。

背景技术

目前市场上的风力发电机的主轴是风力发电机的关键部件，多采用实心轴的技术，这种实心轴不仅重量大，耗费材料多，又由于制造材料特殊，要求是锻件，而且对锻件性能要求极为苛刻，还要求加工工艺水平高，因此，不但材料成本高，价格贵，而且存在制造成本高、投入大、生产周期长等难以克服的问题，所以风力发电机的主轴采用传统设计结构已经阻碍了风力发电的设备的发展，迫切需要在主轴关键部件的结构和制造工艺上有新的突破。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全新主轴结构的、网格状柱体构成主轴主体的低速直驱式风力发电机主轴。

本发明通过以下技术方案实现：

本发明的一种低速直驱式风力发电机主轴，包括钢板、角钢，其中：主轴为空心圆柱体的焊接构造件，其截面为圆环形，该圆柱体的柱体部分为蜂窝格状空腔柱体同向规则排列构成。

本发明所述的一种低速直驱式风力发电机主轴，其中：所述圆柱体的柱体部分采用若干个通长的角钢依次焊接在钢板卷制的外圆筒内壁四周，其角钢的楞线平行与外圆筒轴线，角钢直角楞线对准外圆筒轴心，角钢直角楞线之间焊接有相应数量的肋板条，角钢层和肋板条层一起构成一层格状柱体，采用若干层格状柱体交错排布连接构成多层蜂窝格状空腔柱体的主轴，由外层到内层所述角钢尺寸依次递减。

本发明所述的一种低速直驱式风力发电机主轴，其中：所述多层蜂窝格状空腔柱体至少采用三层所述格状柱体构成。

本发明所述的一种低速直驱式风力发电机主轴，其中：所述角钢为等边等厚、呈90°直角的直角角钢。

本发明所述的一种低速直驱式风力发电机主轴，其中：所述最外层角钢边宽最小为120mm的等边等厚角钢，由外层到内层的所述角钢尺寸为等边等厚尺寸依次递减的角钢。

本发明所述的一种低速直驱式风力发电机主轴，其中：所述角钢的焊接为坡角方式的连接。

本发明所述的一种低速直驱式风力发电机主轴，其中：所述肋板条采用扁钢制造的肋板条，肋板条之间的焊缝的接口处设有平板焊接所需的焊接坡口。

本发明所述的一种低速直驱式风力发电机主轴，其中：所述外圆筒采用20mm钢板用卷板机卷制而成的外圆筒。

本发明具有如下显著优点：本发明采用角钢焊接构成网格状柱体的空腔结构，其承受力强，结构稳定，同时减轻了主轴的自重，缩短了生产周期，在不影响其承载力、机械强度及可靠性的情况下，可靠地保证轴的抗弯和抗扭转能力，减轻了塔体所需的承载力，主轴生产用料减少，且不需要特殊材料，从而降低了制造成本，加快生产，缩短了生产周期，材料的材质因此也不需要经过锻造过程即可满足直驱式风力发电机组的运行要求，并且采用网格状柱体的空腔结构还有利于利用空气散热。经济、可靠。当采用低速转速轴(风力发电低主轴)时，以直驱式风力发电机为例，兆瓦级机组其主轴转速一般情况下不超过25rpm，因风机在25rpm时就会发生停机，即风叶停转，故主轴转速最高25rpm。因此按直驱式轴的要求，本发明为最实际、最经济且不影响承载机械强度和可靠性的最优选发明。

附图说明：

图1：表示本发明的一种低速直驱式风力发电机主轴结构示意图。

图2：表示本发明另一种低速直驱式风力发电机主轴结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步介绍，但不作为对本发明的限定。

图1为一种低速直驱式风力发电机主轴，在图1中，由钢板、角钢制成，主轴1为空心圆柱体的焊接构造件，其截面为圆环形，该圆柱体的柱体部分为蜂窝格状空腔柱体同向规则排列构成。首先，采用20mm钢板用卷板机卷制成的外圆筒2，所述圆柱体的柱体部分采用22个通长的角钢3依次焊接在钢板卷制的外圆筒2内壁四周，焊接在外圆筒2内壁四周的所述角钢边宽最小为边长120mm的、等边等厚且呈90°直角的直角角钢，其角钢3的楞线平行与外圆筒2的轴线，角钢3直角楞线4对准外圆筒2的轴心，所述角钢3的焊接采用坡角连接，角钢直角楞线4之间焊接有相应数量的肋板条5，即22个肋板条5，所述肋板条5采用扁钢制造的肋板条，肋板条5之间焊缝的接口处设有平板焊接所需的焊接坡口，肋板条5之间的焊接采用平焊，一圈角钢层和一圈肋板条层一起构成一层格状柱体，由外层到内层所述角钢尺寸依次递减。图1采用三层格状柱体交错排布连接构成三层蜂窝格状空腔柱体的主轴1，所述主轴焊接后进行消除应力处理。

图2表示本发明另一种低速直驱式风力发电机主轴结构示意图。采用五层格状柱体交错排布连接构成五层蜂窝格状空腔柱体的主轴1，主要是根据设计参数要求确定。

工作原理：

该主轴1的结构部件由肋板条5即扁钢、角钢3、外圆筒2焊接而成，如图1所示。在承受一定弯矩M的情况下，每个肋板条5的抗弯截面模量分别为：

Wb1，Wb2，Wb3……Wbn

所有肋板条5的抗弯截面模量Wb满足下列关系：

Wb＝Wb1+Wb2+Wb3+……+Wbn

每个角钢3的抗弯截面模量分别为

Wt1，Wt2，Wt3……Wtn

所有角钢3的抗弯截面模量Wt满足下列关系：

Wt＝Wt1+Wt2+Wt3+……+Wtn

外圆筒1的抗弯截面模量为Wy

因此，整个结构体的抗弯截面模量W满足下列关系：

W＝Wb+Wt+Wy

＝(Wb1+Wb2+Wb3+……+Wbn)+(Wt1+Wt2+Wt3+……+Wtn)

由于弯曲应力满足关系：σ＝M/W，也就是说通过加肋板条5使各个截面的弯曲应力大大减小，从而提高了主轴1的抗弯能力，提高了安全性。

同理，在承受一定扭矩T的情况下，通过加肋板条5使各个截面的扭转应力大大减小，从而提高了主轴1的抗弯能力，提高了安全性。

因此，在工作时同时承受弯矩和扭矩的主轴1，采用这种结构使主轴1具有较高的抗弯和抗扭转能力和安全性。

综上所述，当采用低速转速轴，如风力发电低速主轴时，若以直驱式风力发电机为例，兆瓦级机组其主轴1转速一般情况下不超过25rpm，因为风机在25rpm时就会发生停机，即风叶停转，故主轴1轴速最高25rpm。因此按直驱式轴的要求本发明为最实际及最经济且不影响承载机械强度及可靠性的最优选发明。

Claims (8)

1.一种低速直驱式风力发电机主轴，包括钢板、角钢，其特征在于：主轴为空心圆柱体的焊接构造件，其截面为圆环形，该圆柱体的柱体部分为多个同向规则排列的蜂窝格状空腔柱体。

2.根据权利要求1所述的一种低速直驱式风力发电机主轴，其特征在于：所述圆柱体的柱体部分采用若干个通长的角钢依次焊接在钢板卷制的外圆筒内壁四周，其角钢的楞线平行与外圆筒轴线，角钢直角楞线对准外圆筒轴心，角钢直角楞线之间焊接有相应数量的肋板条，角钢层和肋板条层一起构成一层格状柱体，采用若干层格状柱体交错排布连接构成多层蜂窝格状空腔柱体的主轴，由外层到内层所述角钢尺寸依次递减。

3.根据权利要求2所述的一种低速直驱式风力发电机主轴，其特征在于：所述多层蜂窝格状空腔柱体至少采用三层所述格状柱体构成。

4.根据权利要求3所述的一种低速直驱式风力发电机主轴，其特征在于：所述角钢为等边等厚、呈90°直角的直角角钢。

5.根据权利要求4所述的一种低速直驱式风力发电机主轴，其特征在于：所述最外层角钢边宽最小为120mm的等边等厚角钢，由外层到内层的所述角钢尺寸为等边等厚尺寸依次递减的角钢。

6.根据权利要求5所述的一种低速直驱式风力发电机主轴，其特征在于：所述角钢的焊接为坡角方式的连接。

7.根据权利要求6所述的一种低速直驱式风力发电机主轴，其特征在于：所述肋板条采用扁钢制造的肋板条，肋板条之间的焊缝的接口处设有平板焊接所需的焊接坡口。

8.根据权利要求7所述的一种低速直驱式风力发电机主轴，其特征在于：所述外圆筒采用20mm钢板用卷板机卷制而成的外圆筒。