CN105587477B - 风机叶轮锁定系统及风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风机叶轮锁定系统及风力发电机，风机叶轮锁定系统包括叶轮联接盘、在叶轮联接盘上开设的至少三个锁定孔，以及插入在至少三个所述锁定孔中的至少三个锁定销；其中，由至少三个锁定销实现对叶轮联接盘顺、逆时针两旋转方向的锁定，且其中至少有两个锁定销对叶轮联接盘同一旋转方向进行锁定。本发明采有双向锁定销和单向锁定销实现上述技术方案，有效解决了一个常规锁定销的强度不能承担巨大载荷的问题。且不用增加叶轮或转子的外径尺寸。

Description

风机叶轮锁定系统及风力发电机

技术领域

本发明涉及较大功率风力发电机组叶轮锁定技术，特别涉及一种风机叶轮锁定系统及风力发电机。

背景技术

风力发电机是一种将风能转化为电能的设备。在进行叶轮组装时及后期对叶轮中的各种装置进行维护保养时，维护人员需要进入叶轮，在进入叶轮时必须将叶轮进行锁定，使其不能旋转，以确保工作人员生命安全。有的风机，在进行单叶片吊装时，以及单叶片更换时，也需要使用锁定销对叶轮进行锁定。

叶轮锁定，通常是通过将安装在基架上的锁定销插入叶轮上的锁定孔中来实现的。对于小功率风力发电机，通常一个锁定销就可以承担叶轮的维护载荷，锁定销与叶轮锁定孔的配合找正也较容易。但对于大型风力发电机，特别是单叶片吊装及单叶片更换时，叶轮载荷巨大，一个常规的锁定销不能承担巨大的载荷，要承担大的载荷，通常有两种办法：

一种是设计更大尺寸的锁定销，提高其承载能力。但使用这种方法，机组相关的结构，如叶轮外径尺寸或电机转子外径尺寸要相应增大，制造成本增加巨大，且零部件的通用性也不好。受结构的限制，锁定销的外径不能再增大。

第二种的解决方案是采用二个或多个锁定销来实现叶轮锁定。此方案在处理好二销或多销方案的相关技术问题后，可以不增大相关结构外径尺寸，锁定销可以与其它机组通用，具有巨大的技术成本优势，所以属于较受欢迎的技术策略。

如图1所示，现有的一种风力发电机叶轮锁定装置，其包括设置在叶轮联接盘1上的锁定孔2及与锁定孔2相配合的锁定销3，该锁定销3是一种双向锁定销，所谓双向锁定销，从功能角度讲，是指在叶轮联接盘1周向上，也就是旋转方向上，锁定销3与锁定孔2的两个内表面都贴合，无论叶轮按哪个方向旋转，锁定销3都能与锁定孔2的一个内表面贴合，从而起到双向限制作用。

叶轮有正反两个方向旋转的自由度，锁定销插入后，叶轮就不能旋转了，在旋转方向上的自由度就受限制了。当使用两个或多个双向锁定销锁定时，理论上来讲，锁定销越多，越能更多的分担载荷，如图1所示，但事实并非如此。原因是，由于制造误差或者装配误差的存在，往往在保证一个双向的锁定销3与锁定孔2完美配合时(即叶轮正反两方向旋转时锁定销都能承担载荷)，其他双向锁定销就无法与锁定孔完全找正了，如图2所示，这样在叶轮正向旋转或逆向旋转时，无法保证所有双向的锁定销3在正反两方向都能起到承担扭转载荷的作用，甚至连一个方向的承载作用也起不到，从而失去了应有的作用。

发明内容

鉴于现状，本发明第一目的是提供一种风机叶轮锁定系统，利用多销实现叶轮的锁定，用以解决单销承载力大的问题，同时在防锁死的同时尽可能大的利用各锁定销，防止失效。本发明第二目的提供一种包括上述叶轮锁定系统特征的风力发电机。

本发明的第一目的主要是通过以下技术方案实现的：一种风机叶轮锁定系统，包括叶轮联接盘、在所述叶轮联接盘上开设的至少三个锁定孔，以及插入在至少三个锁定孔中的至少三个锁定销；其中，由所述至少三个锁定销实现对叶轮联接盘顺、逆时针两旋转方向的锁定，且其中至少有两个锁定销对叶轮联接盘同一旋转方向进行锁定。

进一步地，至少三个锁定销中包括双向锁定销和单向锁定销，所述双向锁定销对所述叶轮联接盘顺、逆时针两旋转方向均锁定，所述单向锁定销只对所述叶轮联接盘单一旋转方向实施锁定。

进一步地，在使用三个所述锁定销的情况下，一个为所述双向锁定销，另外两个为所述单向锁定销，且两个所述单向锁定销对所述叶轮联接盘的锁定方向相反。

进一步地，在使用多于三个所述锁定销的情况下，一个为所述双向锁定销，其余为所述单向锁定销；且所述单向锁定销中，既包含对所述叶轮联接盘顺时针旋转方向锁定的锁定销，也包含对所述叶轮联接盘逆时针旋转方向锁定的锁定销。

进一步地，在使用多于三个所述锁定销的情况下，全部使用所述单向锁定销，且所述单向锁定销中，既至少包含两个对所述叶轮联接盘顺时针旋转方向锁定的锁定销，也至少包含两个对所述叶轮联接盘逆时针旋转方向锁定的锁定销。

进一步地，各所述锁定销沿所述叶轮联接盘周向均布。

进一步地，对所述叶轮联接盘进行顺时针旋转方向锁定的锁定销和对所述叶轮联接盘进行逆时针旋转方向锁定的锁定销，在沿所述叶轮联接盘周向上交叉布置。

进一步地，所述双向锁定销具有与所述锁定孔沿所述叶轮联接盘周向上的两个内表面分别相贴合的两个外表面。

进一步地，所述单向锁定销具有与所述锁定孔沿所述叶轮联接盘周向上的一个内表面相贴合的外表面。

进一步地，所述单向锁定销上沿所述叶轮联接盘周向的两个外表面，为相对于销体中心线不对称的两个面，所述单向锁定销安装到锁定孔中后，其中一个外表面与所述锁定孔相贴合。

进一步地，所述锁定销与所述锁定孔之间在所述叶轮联接盘的径向方向上留有间隙。

本发明的第二目的是提供一种风力发电机，该风力发电机包括基架，在基架上连接有如上所述的风机叶轮锁定系统。

本发明采有一个双向锁定销与两个或多个单向锁定销配合的技术方案，承担风机叶轮单叶片吊装、单叶片更换时的巨大载荷，有效解决了一个常规锁定销的强度不能承担巨大载荷的问题。

本发明采用的双向锁定销是常规锁定销，可以与其它机型通用，降低成本。

采用本发明的技术方案，可以不增加叶轮或转子的外径尺寸，因此，避免了采用更大规格锁定销所产生的机组成本的大幅增加。

本发明通过在锁定销和锁定孔之间设置径向间隙，从而保证了在两者的轴线存在径向误差的情况下，锁定销也能顺利地被推入锁定孔中。此外，锁定销在推入或锁定过程中不会变形，从而避免了锁定销卡死的现象，并在一定程度上有助于降低主轴承所承受的侧向力，提高主轴承的使用寿命。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为理想状态下双销双向锁定的状态图；

图2为现实状态下双销锁定的状态图；

图3为本发明实施例采用三销的锁定状态图；

图4为图3中的A-A剖视图；

图5为图3中的B-B剖视图；

图6为图3中的C-C剖视图；

图7为本发明实施例采用四销的锁定状态图；

图8为非对称型锁定销图；

图9为回转形状和非回转形状组合的锁定销图。

图中标号：1-叶轮联接盘，2-锁定孔，3-锁定销，31-第一锁定销，32-第二锁定销，33-第三锁定销，34-第四锁定销。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

如图3所示，是本发明实施例的风机叶轮锁定系统，该系统也包括叶轮联接盘1，以及开设在叶轮联接盘1上的锁定孔2，也是使用锁定销与锁定孔2相配合。只是在本发明实施例中，至少使用三个锁定销安装在锁定孔2中，来完成叶轮锁定的解决方案。各锁定销连接在风机基架上，插拔于锁定孔2中用于对于叶轮的锁定。锁定销可由液压驱动，或者气压驱动、电动驱动、手动都可以，锁定销与驱动杆连接，对于驱动形式不做限制。

三个锁定销中的第一锁定销31可以是采用现有技术的任何一种双向锁定销，也可以是自行研发的双向锁定销，无论哪一种，所谓双向锁定，从功能上讲就是在叶轮顺逆时针两个旋转方向上都能与锁定孔内表面贴合，起到双向阻碍叶轮旋转的作用。实施例中可实现双向锁定销在双方向都能贴合的方法是：第一锁定销31至少具有两个外表面，这两个外表面分别与锁定孔2沿叶轮联接盘1周向上的两个内表面相贴合，如图3、图4中的A贴合面和B贴合面，在叶轮按纸面顺时针旋转时，第一锁定销31利用A贴合面起到承载作用，在叶轮按纸面逆时针旋转时，第一锁定销31利用B贴合面起到承载作用。

在上述实施例中，三个锁定销中的另外两个销：第二锁定销32、第三锁定销33，是单向锁定销，所谓单向锁定，是相对于双向锁定而言的，是指只能在叶轮单方向旋转方向上起到锁定作用，只能与锁定孔2的一个内表面贴合，如图3中的第二锁定销32、第三锁定销33，第二锁定销32与锁定孔在A贴合面贴合，其剖视图见图5；第三锁定销33是在B贴合面贴合，其剖视图见图6。所以，在选择三个锁定销，一个是双向锁定销，另两个是单向锁定销的实施例中，本发明要求必须是这两个单向锁定销的贴合面在叶轮旋转方向上是相反的。简言之，就是一个单向锁定销(图中第三锁定销33)起正向旋转限定作用，另一个单向锁定销(图中第二锁定销32)起反向旋转限定作用，这样才能保证分担双向锁定销的旋转载荷。本发明对具有双向锁定功能的第一锁定销31简称为双向锁定销，对具有单向锁定功能的第二锁定销32、第三锁定销33简称为单向锁定销。较佳的是，三个锁定销沿叶轮联接盘1周向均布。

除了采用三个锁定销的实施例外，还可以选择多于三个锁定销的实施例，锁定销安装在叶轮联接盘1上，位置可以适位安装，当然较佳的也是沿叶轮联接盘1均布。多个锁定销中，可以有一个采用双向锁定销，使用两个或多个双向锁定在背景技术中讲过不太可能，因为由于加工误差和/或装配误差的存在，两个双向锁定销同时能够起到双向锁定作用几乎不太可能，除非加工精度和装配精度极高，这又会给制造成本带来影响。因此在可行的方案下，多个锁定销中可以采用一个双向锁定销，其余使用单向锁定销，或者全部使用单向锁定销，图7所示为四个单向锁定销的实施例，包括第一锁定销31、第二锁定销32、第三锁定销33、第四锁定销34。

对于多于三个的锁定销的实施例中，不论有没有双向锁定销，本发明实施例中所使用的单向锁定销，都要求有两组锁定方向相反的单向锁定销，且每一组中至少有两个单向锁定销起同一方向的锁定作用，如图7中的第一锁定销31、第二锁定销32起同一方向限定作用，第三锁定销33、第四锁定销34为同一方向限定作用。锁定方向是指叶轮顺、逆时针两个旋转方向。实际上三个锁定销也是按照这个原理设计的。

进一步讲，两组锁定方向相反的单向锁定销最好是数量相等，且最好是在盘面上交错分布，这样可以有利于扭转力矩的均衡分解，如图7所示。

对于双向锁定和单向锁定的实现，我们可以从锁定销与锁定孔2的配合工艺上实现，也可以从零件的形状及结构设计上实现。

双向或者单向锁定在装配工艺的实现中，我们可以采用同中心线安装与偏中心线安装的方式。依然借用图3、图4来说明双向锁定的实现，常规来讲一般都会将锁定销和锁定孔设计成为一种对称型结构，这给双向锁定的实现带来了方便。在图3实施例中，安装时把第一锁定销31与锁定孔2的对称中心线重合，保证第一锁定销31的两个外表面分别与锁定孔2沿叶轮联接盘1周向上的两个内表面分别相贴合，即形成A贴合面和B贴合面，则双向锁定即可实现。

借用图3、图5和图6来说明单向锁定的实现，在该实施例中，尽管第二锁定销32、第三锁定销33和锁定孔2都为轴对称结构，但是如果将第二锁定销32、第三锁定销33外廓尺寸制作的比锁定孔2略小，起码是保证第二锁定销32、第三锁定销33沿叶轮联接盘1周向的尺寸比锁定孔2小即可。安装时将第二锁定销32、第三锁定销33偏心安装于锁定孔2中，只保证第二锁定销32、第三锁定销33的一个外表面与锁定孔2周向上一个内表面相贴合(贴合面A或贴合面B)，即可实现单向锁定。工程实际中很少应用偏心安装方式实现单表面贴合，而是从零件设计的角度实现单表面贴合。

从零件的设计上实现双向锁定的方法可以是：在一实施例中，将锁定孔2和锁定销(如图3所示第一锁定销31)，都设计为轴对称结构，且将锁定孔2和锁定销在叶轮联接盘1周向方向上的尺寸和外形保持一致，这样当锁定销插入锁定孔2后，可以与锁定孔2周向内表面完全吻合。在另一实施例中，即便是锁定孔2和锁定销不是轴对称结构，只要能保证锁定孔2和锁定销在叶轮联接盘1周向方向上的尺寸和外形保持一致，当锁定销插入后可以与锁定孔2周向内表面完全吻合也是可行的。

从零件的设计上实现单向锁定的方法可以是：为加工方便，在一实施例中，我们依然可以将锁定孔2设计为轴对称结构，而我们将锁定销设计为异型结构，即非轴对称结构，如图8所示，此为一非对称楔形锁定销，将锁定销的一个面—M面加工成与锁定孔2的周向内表面相吻合的形状，与M面相对的另一个侧面—N面，则是向销体中心线偏移，从而装配后与锁定孔2的周向内表面无法贴合。这样在装配时尽管锁定销与锁定孔2的中心线是重合的，锁定销向中心偏移的这个侧面(N面)依然无法与锁定孔形成贴合面。

值得说明的是，为了确保锁定销未偏移的面与锁定孔2对应的面贴合后，偏移的面与对应的锁定孔2的内表面不接触，以保证此单向锁定销的功能，但是锁定销这个偏移的面向中心偏移的距离要尽量小，以保证销体足够粗大，其强度足够大。

在上述实施例的启示下，反之，在另一实施例中我们可以将锁定孔2设计为异型结构，而将锁定销设计为轴对称结构，原理上依然可以实现单向锁定，可能实际中很少应用。

在保证实现双向锁定或单向锁定的功能的基础上，本发明在零件的形状上并不做过多限制，我们可以有诸多选择。在一实施例中，锁定销与锁定孔2可以为回转形状配合，比如锁定销为圆柱形或圆锥台形；另一实施例中，锁定销与锁定孔2可以为非回转形状配合，比如锁定销为方形、长方形、楔形等；再一实施例中，锁定销为回转形和非回转形的组合外形，如图9所示，其工作面为楔形平面，非工作面为圆柱形面。回转形配合一般为线性接触，非回转形配合为面性接触，在叶轮有旋转动机的过程中，线性接触的承载力势必比非回转形状的承载力小，所以更多的方式是选择非回转形状配合，尤其是销与孔在周向上的接触为面接触。本发明优选一种楔形结构，或楔形与圆柱/圆锥形的结合。

上面主要是从叶轮周向锁定功能上描述了锁定销与锁定孔2的形状、结构及配合各种限定或非限定的方式。本发明使用多销锁定(≥3个)，且单、双方向锁定配合的策略，首先，可以保证在叶轮两个旋转方向上，都有至少两个锁定销在起锁定作用，有效解决了一个锁定销的强度不能承担巨大载荷的问题；其次，单向锁定销由于比锁定孔小，所以可以方便安装，并且起到其相应的承载限定作用，避免锁定销失效的现象发生；再次，本发明采用的双向锁定销是常规锁定销，可以与其它机型通用，降低成本；再次，在锁定销数量较多的情况下，可以不增加销子的外径尺寸，也不用增加叶轮或转子的外径尺寸，因此，避免了采用更大规格锁定销所产生的机组成本大幅增加的问题。

以上都是从锁定销与锁定孔工作配合关系上而言所做的一些说明。本发明进一步讲，如图3所示，在锁定销与锁定孔2之间应留有径向间隙为更好，所谓径向间隙，是指叶轮联接盘1的径向。因为从装配难易的角度讲，如果锁定销在径向上的长度比锁定孔2小，两者的表面在径向上存在一定的间隙，则可以较容易地将锁定销安装于锁定孔2中；此外，留有此空间可以让锁定销在锁定孔2内稍有调整余地，在锁定孔2和锁定销之间存在径向间隙，使锁定销能够在其轴线与锁定孔2的轴线不对准的情况下被推入至锁定孔2中，继而将叶轮联接盘1锁定，从而解除了锁定过程中的径向约束。当然，在正常锁定状态下，锁定销的两个垂直于径向的外表面与锁定孔2之间最好均存在一定的间隙。

进一步讲，可在叶轮联接盘1上安装锁定套，锁定孔3形成于锁定套上，设置锁定套的好处是可以避免叶轮联接盘1受损伤。

此外，本发明实施例还提供一种风力发电机，该风力发电机包括基架，在基架上安装有上述叶轮锁定系统，所述风力发电机具有与上述叶轮锁定系统相一致的优点和特征。风力发电机的其他结构请参考现有技术，在此不再赘述。

总之，设计本发明叶轮锁定系统的核心思想是：至少使用三个锁定销锁定，在这些锁定销中，需保证同时至少有两个锁定销能实现叶轮同一旋转方向的锁定功能。基于此要求，优先使用一个具有双向锁定功能的锁定销，其余为具有单向锁定功能的锁定销，这样在只有三个锁定销的情况下，才能保证在同一方向同时有两个锁定销锁定。在多于三个的锁定销情况下，可以不使用双向锁定销，但是也优选一个双向锁定销。

使用的双向锁定销，可以是现行标准锁定销，限制叶轮正反两个方向的旋转，锁定销的两个工作面相对于销体中心是对称的。使用的单向锁定销，是一种非标准锁定销，此锁定销是在标准锁定销的基础上，将一个侧面向中心偏移，锁定销的两个工作面相对于销体中心是不对称的。

本发明的具体实施具有灵活性，安装时，先使用双向锁定销，对叶轮进行锁定，再使用单向锁定销锁定。本发明中使用单向锁定销，与标准的双向锁定销配合，共同实现叶轮锁定，承担风机叶轮单叶片吊装、单叶片更换时的巨大载荷，有效解决了一个常规锁定销的强度不能承担巨大载荷的问题。本发明采用的双向锁定销是常规锁定销，可以与其它机型通用，降低成本。本发明采用的多销锁定结构，与单销锁定结构相比，不增加叶轮或转子的外径尺寸，因此，避免了采用更大规格锁定销所产生的机组成本的大幅增加。

综上所述，本发明实施例提供了一种风机叶轮多销锁定系统及风力发电机，以上仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种风机叶轮锁定系统，其特征在于，包括叶轮联接盘(1)、在所述叶轮联接盘(1)上开设的至少三个锁定孔(2)，以及插入在至少三个所述锁定孔(2)中的至少三个锁定销；其中，

由至少三个所述锁定销实现对叶轮联接盘(1)顺、逆时针两旋转方向的锁定，且其中至少有两个锁定销对叶轮联接盘(1)同一旋转方向进行锁定；

至少三个所述锁定销中包括双向锁定销和单向锁定销，所述双向锁定销对所述叶轮联接盘(1)顺、逆时针两旋转方向均锁定，所述单向锁定销只对所述叶轮联接盘(1)单一旋转方向实施锁定；

所述单向锁定销和与单向锁定销配合的锁定孔(2)至少一个为异型结构。

2.根据权利要求1所述的风机叶轮锁定系统，其特征在于，在使用三个所述锁定销的情况下，一个为所述双向锁定销，另外两个为所述单向锁定销，且两个所述单向锁定销对所述叶轮联接盘(1)的锁定方向相反。

3.根据权利要求1所述的风机叶轮锁定系统，其特征在于，在使用多于三个所述锁定销的情况下，一个为所述双向锁定销，其余为所述单向锁定销；且所述单向锁定销中，既包含对所述叶轮联接盘(1)顺时针旋转方向锁定的锁定销，也包含对所述叶轮联接盘(1)逆时针旋转方向锁定的锁定销。

4.根据权利要求1所述的风机叶轮锁定系统，其特征在于，在使用多于三个所述锁定销的情况下，全部使用所述单向锁定销，且所述单向锁定销中，既至少包含两个对所述叶轮联接盘(1)顺时针旋转方向锁定的锁定销，也至少包含两个对所述叶轮联接盘(1)逆时针旋转方向锁定的锁定销。

5.根据权利要求1至4之一所述的风机叶轮锁定系统，其特征在于，各所述锁定销沿所述叶轮联接盘(1)周向均布。

6.根据权利要求1所述的风机叶轮锁定系统，其特征在于，对所述叶轮联接盘(1)进行顺时针旋转方向锁定的锁定销和对所述叶轮联接盘(1)进行逆时针旋转方向锁定的锁定销，在沿所述叶轮联接盘(1)周向上交叉布置。

7.根据权利要求1所述的风机叶轮锁定系统，其特征在于，所述双向锁定销具有与所述锁定孔(2)沿所述叶轮联接盘(1)周向上的两个内表面分别相贴合的两个外表面。

8.根据权利要求1所述的风机叶轮锁定系统，其特征在于，所述单向锁定销具有与所述锁定孔(2)沿所述叶轮联接盘(1)周向上的一个内表面相贴合的外表面。

9.根据权利要求1或8所述的风机叶轮锁定系统，其特征在于，所述单向锁定销上沿所述叶轮联接盘(1)周向的两个外表面，为相对于销体中心线不对称的两个面，所述单向锁定销安装到锁定孔(2)中后，其中一个外表面与所述锁定孔(2)相贴合。

10.根据权利要求1所述的风机叶轮锁定系统，其特征在于，所述锁定销与所述锁定孔(2)之间在所述叶轮联接盘(1)的径向方向上留有间隙。

11.一种风力发电机，其特征在于，所述风力发电机包括基架，在基架上安装有如权利要求1-10之一所述的风机叶轮锁定系统。