CN105781906A - 一种具有锁紧功能的风力发电机偏航装置 - Google Patents

一种具有锁紧功能的风力发电机偏航装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有锁紧功能的风力发电机偏航装置，其特征在于该偏航装置包括塔筒机构、偏航驱动机构、传动内齿圈、齿圈配合支撑轮架、齿圈配合调节轮架、锁紧机构、锁紧卡盘和机舱支撑架；所述机舱支撑架包括机舱支撑架横梁、机舱支撑架连接板、机舱支撑架竖梁和锁紧机构连接板，两个机舱支撑架横梁中部连接两个机舱支撑架竖梁，在两个机舱支撑架竖梁的下端之间连接有机舱支撑架连接板，在一个机舱支撑架竖梁侧面设有锁紧机构连接板；塔筒机构上端与传动内齿圈及锁紧卡盘固定连接，锁紧卡盘置于传动内齿圈的下面，偏航驱动机构固连在机舱支撑架连接板上，锁紧机构固定在锁紧机构连接板上。

Description

一种具有锁紧功能的风力发电机偏航装置
技术领域
本发明涉及风力发电机传动技术领域，具体是一种具有锁紧功能的风力发电机偏航装置。
背景技术
随着风能技术的不断开发应用，风力发电机的成本及风力发电机对风能的利用率成为了研究热点，通过分析，目前在风力发电机的偏航装置中还存在较多问题需要改进，风力发电机中的偏航装置需要一个直径较大的轴承与塔筒配合，由于大直径轴承的加工工艺较为复杂，这就大大增加了风力发电机的成本，另外现有大型风力发电机均配有多个偏航电机，当偏航到合适角度时，偏航电机进行电力制动使得叶轮扫掠面正对风向，这样就需要消耗一部分电能，大大增加了风力发电机的自身能源消耗率，所以对轮毂进行优化设计将对提高经济效益具有重要的意义。
目前多数风力发电机通过优化控制策略来减小风机自身对能源的损耗，在控制策略上做优化一方面具有一定的滞后性，另一方面不同控制策略对风机能源的消耗难以把握，所以对风力发电机偏航装置的结构进行改进，在设计大尺寸轴承的替代结构的同时寻求自锁结构来减小电制动带来的能源消耗，将有助于最大限度的提高风力发电机的发电效益，实现风电行业更加良好的发展。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种具有锁紧功能的风力发电机偏航装置，该偏航装置在大大降低风机成本的同时增加自锁机构，不仅降低了风机自身能耗还对风机的安全具有一定的保护作用。
本发明的技术方案是：提供一种具有锁紧功能的风力发电机偏航装置，其特征在于该偏航装置包括塔筒机构、偏航驱动机构、传动内齿圈、齿圈配合支撑轮架、齿圈配合调节轮架、锁紧机构、锁紧卡盘和机舱支撑架；
所述机舱支撑架包括机舱支撑架横梁、机舱支撑架连接板、机舱支撑架竖梁和锁紧机构连接板，两个机舱支撑架横梁中部连接两个机舱支撑架竖梁，在两个机舱支撑架竖梁的下端之间连接有机舱支撑架连接板，在一个机舱支撑架竖梁侧面设有锁紧机构连接板；
塔筒机构上端与传动内齿圈及锁紧卡盘固定连接，锁紧卡盘置于传动内齿圈的下面，偏航驱动机构固连在机舱支撑架连接板上，锁紧机构固定在锁紧机构连接板上，齿圈配合支撑轮架和齿圈配合调节轮架的上部分别固连在机舱支撑架横梁的两端，齿圈配合支撑轮架和齿圈配合调节轮架的下部与传动内齿圈的外边缘配合；
所述偏航驱动机构包括偏航电机、驱动机构安装架及偏航减速器，所述偏航减速器与偏航电机通过联轴器相连，偏航减速器和偏航电机通过驱动机构安装架与机舱支撑架连接板固定连接；
所述传动内齿圈上均匀分布有若干数量的齿圈法兰外孔和若干数量的齿圈法兰内孔，所述传动内齿圈外边缘设有倒圆，内边缘设有轮齿；所述轮齿与偏航驱动机构的偏航减速器啮合，通过齿圈法兰外孔将传动内齿圈与塔筒机构连接；
所述齿圈配合支撑轮架包括支撑轮架和支撑滚轮，支撑轮架与机舱支撑架横梁的一端固定连接，支撑滚轮安装在支撑轮架的下方，且支撑滚轮与传动内齿圈的外边缘的倒圆配合；
所述齿圈配合调节轮架包括调节轮架主体、调节螺栓、调节块、调节滚轮和调节转轴，调节轮架主体固定安装在机舱支撑架横梁下端，调节轮架主体一侧内安装滚轮调节架，在调节轮架主体的中部安装调节滚轮，调节滚轮与传动内齿圈的外边缘的倒圆配合，通过调节滚轮调节架调节调节滚轮与传动内齿圈外边缘的倒圆的配合间隙，调节转轴与调节轮架主体铰接，调节轮架主体可绕调节转轴转动；
所述锁紧机构包括锁紧卡销、锁紧电机和锁紧机构安装架，锁紧机构安装架一端与锁紧机构连接板固定相连，另一端连接锁紧电机，锁紧电机的输出端与锁紧卡销连接；
所述锁紧卡盘的下部与塔筒机构上端的塔筒法兰固定连接，锁紧卡盘上均匀分布有若干数量的卡盘法兰孔和锁孔，通过卡盘法兰孔与齿圈法兰内孔将锁紧卡盘的上部与传动内齿圈的下部固定连接；所述锁孔与锁紧卡销相配合。
所述滚轮调节架包括调节块和调节螺栓，调节螺栓与调节块配合，通过拧紧或松开调节螺栓调节调节滚轮与传动内齿圈外边缘的倒圆的配合间隙。
与现有技术相比，本发明具有锁紧功能的风力发电机偏航装置的有益效果是：
本发明偏航装置主要是替换了高成本的轴承，并且设置锁紧机构显著节约能源，该偏航装置中塔筒机构起到整体支撑的作用，其上端与传动内齿圈及锁紧卡盘固定连接，锁紧卡盘置于传动内齿圈的下面，偏航驱动机构和锁紧机构固连在机舱支撑架下端，锁紧机构与锁紧卡盘配合用来锁紧偏航装置使其不再转动上，齿圈配合支撑轮架和齿圈配合调节轮架固连在机舱支撑架上端的机舱支撑架横梁上，齿圈配合支撑轮架和齿圈配合调节轮架中的滚轮和传动内齿圈的外边缘配合，调节齿圈配合调节轮架中的滚轮调节架来使得机舱支撑架能灵活转动，传动内齿圈的外边缘设有倒圆，与滚轮的内缘配合使得机舱支撑架能固定在塔筒机构上面，这样就省去了大轴承机构，同时锁紧机构与偏航驱动机构都将深入塔筒机构内部，位于传动内齿圈和锁紧卡盘的下方，锁紧机构通过伸缩锁紧卡销与锁紧卡盘配合来锁紧风机使其偏航角度锁紧，仅使用一个偏航电机实现风力发电机的偏航功能，偏航电机连接偏航减速器，偏航减速器末端输出齿轮与传动内齿圈配合，为偏航提供动力，由于锁紧机构的作用使风机在不需要偏航时锁紧，或者当风力较大，风机需要停止工作时锁紧风机，偏航驱动机构则无需电力制动，这样达到了节约风机自身能耗的作用。
综上，本发明省去了偏航轴承，节约成本，设置锁紧机构，节约风机自身能耗，保护风机安全，具有结构稳定，能耗小，能有效实现风机的节约型改进，适于实际应用推广。
附图说明
图1是本发明具有锁紧功能的风力发电机偏航装置一种实施例的立体结构示意图；
图2是本发明具有锁紧功能的风力发电机偏航装置一种实施例的塔筒机构1的立体结构示意图；
图3是本发明具有锁紧功能的风力发电机偏航装置一种实施例的偏航驱动机构2的立体结构示意图；
图4是本发明具有锁紧功能的风力发电机偏航装置一种实施例的传动内齿圈3的立体结构示意图；
图5是本发明具有锁紧功能的风力发电机偏航装置一种实施例的齿圈配合支撑轮架4的立体结构示意图；
图6是本发明具有锁紧功能的风力发电机偏航装置一种实施例的齿圈配合调节轮架5的立体结构示意图；
图7是本发明具有锁紧功能的风力发电机偏航装置一种实施例的锁紧机构6的立体结构示意图；
图8是本发明具有锁紧功能的风力发电机偏航装置一种实施例的锁紧卡盘7的立体结构示意图；
图9是本发明具有锁紧功能的风力发电机偏航装置一种实施例的机舱支撑架8的立体结构示意图；
图中，1-塔筒机构、2-偏航驱动机构、3-传动内齿圈、4-齿圈配合支撑轮架、5-齿圈配合调节轮架、6-锁紧机构、7-锁紧卡盘、8-机舱支撑架、1.1-筒身、1.2-塔筒法兰、1.3-塔筒加强筋、1.4-塔筒法兰连接孔、2.1-偏航电机、2.2-驱动机构安装架、2.3-偏航减速器、3.1-齿圈法兰外孔、3.2-齿圈法兰内孔、3.3-倒圆、3.4-轮齿、4.1-支撑轮架、4.2-支撑滚轮、5.1-调节轮架主体、5.2-调节螺栓、5.3-调节块、5.4-调节滚轮、5.5-调节转轴、6.1-锁紧卡销、6.2-锁紧电机、6.3-锁紧机构安装架、7.1-卡盘法兰孔、7.2-锁孔、8.1-机舱支撑架横梁、8.2-机舱支撑架连接板、8.3-锁紧机构连接板、8.4-机舱支撑架竖梁。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图详细叙述本发明。实施例是以本发明所述技术方案为前提进行的具体实施，给出了详细的实施方式和过程。但本申请的权利要求保护范围不限于下述的实施例描述。
本发明具有锁紧功能的风力发电机偏航装置(简称偏航装置，参见图1-9)包括塔筒机构1、偏航驱动机构2、传动内齿圈3、齿圈配合支撑轮架4、齿圈配合调节轮架5、锁紧机构6、锁紧卡盘7和机舱支撑架8；
所述机舱支撑架8(参见图9)包括机舱支撑架横梁8.1、机舱支撑架连接板8.2、机舱支撑架竖梁8.4和锁紧机构连接板8.3，两个机舱支撑架横梁8.1中部连接两个机舱支撑架竖梁8.4，在两个机舱支撑架竖梁8.4的下端之间连接有机舱支撑架连接板8.2，在一个机舱支撑架竖梁侧面设有锁紧机构连接板8.3，整体起到机舱旋转部分的支撑作用；
塔筒机构下部与地基相连，固定在地面上，塔筒机构1上端与传动内齿圈3及锁紧卡盘7固定连接，锁紧卡盘7置于传动内齿圈3的下面，偏航驱动机构2固连在机舱支撑架连接板8.2上，锁紧机构6固定在锁紧机构连接板8.3上，齿圈配合支撑轮架4和齿圈配合调节轮架5的上部分别固连在机舱支撑架横梁8.1的两端，齿圈配合支撑轮架4和齿圈配合调节轮架5的下部与传动内齿圈3的外边缘配合；
所述塔筒机构1(参见图2)包括筒身1.1、塔筒法兰1.2和塔筒加强筋1.3，筒身1.1上端通过塔筒加强筋1.3与塔筒法兰1.2连接，塔筒法兰1.2上端设有塔筒法兰连接孔1.4；筒身1.1起到支撑的作用，承载整个机舱的重量，塔筒加强筋1.3起到支撑加强的作用；
所述偏航驱动机构2(参见图3)包括偏航电机2.1、驱动机构安装架2.2及偏航减速器2.3，所述偏航减速器2.3与偏航电机2.1通过联轴器相连，偏航减速器2.3和偏航电机2.1通过驱动机构安装架2.2与机舱支撑架连接板8.2固定连接；
所述传动内齿圈3(参见图4)上均匀分布有若干数量的齿圈法兰外孔3.1和若干数量的齿圈法兰内孔3.2，所述传动内齿圈3外边缘设有倒圆3.3，内边缘设有轮齿3.4；所述轮齿3.4与偏航驱动机构2的偏航减速器2.3啮合，通过齿圈法兰外孔3.1及塔筒法兰连接孔1.4将塔筒机构1与传动内齿圈3连接；传动内齿圈3起到支撑和传递的作用；
所述齿圈配合支撑轮架4(参见图5)包括支撑轮架4.1和支撑滚轮4.2，支撑轮架4.1与机舱支撑架横梁8.1的一端固定连接，支撑滚轮4.2的数量为两个，两个支撑滚轮4.2对称安装在支撑轮架4.1的下方，且支撑滚轮4.2与传动内齿圈3的外边缘的倒圆3.3配合，起到支撑转动的作用；
所述齿圈配合调节轮架5(参见图6)包括调节轮架主体5.1、调节螺栓5.2、调节块5.3、调节滚轮5.4和调节转轴5.5，调节轮架主体5.1固定安装在机舱支撑架横梁8.1下端，起到支撑作用，在调节轮架主体5.1的中部安装有一个调节滚轮5.4，调节轮架主体5.1一侧内安装调节块5.3和调节螺栓5.2，调节转轴5.5与调节轮架主体5.1铰接，使得调节轮架主体5.1可绕着调节转轴5.5转动，调节螺栓5.2与调节块5.3配合，通过拧紧或松开调节螺栓5.2可以使得调节轮架主体5.1带着调节滚轮5.4绕调节转轴5.5转动，使得调节滚轮5.4靠近或远离传动内齿圈3的外边缘，通过调节可以使偏航转动更加灵活稳定，调节块5.3和调节螺栓5.2构成滚轮调节架；调节滚轮5.4与传动内齿圈3的外边缘的倒圆3.3配合，通过调节滚轮调节架可以调节调节滚轮5.4与传动内齿圈3外边缘的倒圆3.3的配合间隙；
所述锁紧机构6(参见图7)包括锁紧卡销6.1、锁紧电机6.2和锁紧机构安装架6.3，锁紧机构安装架6.3一端与锁紧机构连接板8.3固定相连，另一端连接锁紧电机6.2，锁紧电机6.2的输出端与锁紧卡销6.1连接；
所述锁紧卡盘7(参见图8)的下部与塔筒法兰1.2固定连接，锁紧卡盘上均匀分布有若干数量的卡盘法兰孔7.1和锁孔7.2，通过卡盘法兰孔7.1与齿圈法兰内孔3.2将锁紧卡盘7的上部与传动内齿圈3的下部固定连接；所述锁孔7.2与锁紧卡销6.1相配合。
本发明中齿圈配合支撑轮架4和齿圈配合调节轮架5加装在传动内齿圈3外边缘，由于传动内齿圈外边缘经过倒圆加工，使得齿圈配合支撑轮架4和齿圈配合调节轮架5能带动机舱支撑架8绕传动内齿圈3自由转动，通过调节齿圈配合调节轮架中的滚轮调节架可使得机舱支撑架转动更加灵活稳定。偏航电机2.1提供偏航动作的动力，偏航减速器2.3与偏航电机2.1通过联轴器相连，传输偏航电机2.1的动力，同时偏航减速器2.3的输出齿轮与传动内齿圈3的轮齿3.4配合实现传动；偏航电机提供驱动力经偏航减速器后驱动传动内齿圈3，由于传动内齿圈3是固定在塔筒上不动的，所以由于反作用力的作用使得机舱支撑架8整体带动安装在其上的附件绕着塔筒机构1转动。锁紧卡销6.1在锁紧电机6.2的带动下可以进行伸缩运动，锁紧卡销6.1在伸缩过程中与锁紧卡盘7上的锁孔7.2配合实现锁紧功能。本发明偏航装置省去偏航大轴承并设置锁紧机构，不仅降低了风机的成本，同时也降低了风机运行能耗，制造过程成本较低，具有安装快速，工作稳定，寿命长等优点，且使风机的工作过程能耗显著降低。
本发明具有锁紧功能的风力发电机偏航装置的安装过程和工作原理如下：首先将锁紧卡盘7安装在传动内齿圈3上，然后再将传动内齿圈3连同锁紧卡盘7安装到塔筒机构1上，再将偏航驱动机构2、锁紧机构6、齿圈配合支撑轮架4及齿圈配合调节轮架5等安装在机舱支撑架8上，最后通过调节齿圈配合调节轮架5，使齿圈配合调节轮架5、齿圈配合支撑轮架4与传动内齿圈3配合严密。当需要偏航时，偏航驱动机构2中的偏航电机2.1转动带动偏航减速器2.2转动，由于传动内齿圈3是固定，所以由于反作用力的作用，偏航驱动机构2会带动机舱支撑架8绕着塔筒机构1转动，此时支撑滚轮4.2和调节滚轮5.4沿着传动内齿圈3的外边缘滚动。当偏航动作完成后，锁紧机构6中的锁紧电机6.2转动带动锁紧卡销6.1伸长，锁紧卡销6.1伸入锁孔7.2中时实现锁紧功能，这样就省去了偏航电机的电力制动，节约了能源，当风力较大需要停机的时候，锁紧机构同样采取上述操作，达到了保护风机的作用。
利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本发明权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种具有锁紧功能的风力发电机偏航装置，其特征在于该偏航装置包括塔筒机构、偏航驱动机构、传动内齿圈、齿圈配合支撑轮架、齿圈配合调节轮架、锁紧机构、锁紧卡盘和机舱支撑架；
所述机舱支撑架包括机舱支撑架横梁、机舱支撑架连接板、机舱支撑架竖梁和锁紧机构连接板，两个机舱支撑架横梁中部连接两个机舱支撑架竖梁，在两个机舱支撑架竖梁的下端之间连接有机舱支撑架连接板，在一个机舱支撑架竖梁侧面设有锁紧机构连接板；
塔筒机构上端与传动内齿圈及锁紧卡盘固定连接，锁紧卡盘置于传动内齿圈的下面，偏航驱动机构固连在机舱支撑架连接板上，锁紧机构固定在锁紧机构连接板上，齿圈配合支撑轮架和齿圈配合调节轮架的上部分别固连在机舱支撑架横梁的两端，齿圈配合支撑轮架和齿圈配合调节轮架的下部与传动内齿圈的外边缘配合；
所述偏航驱动机构包括偏航电机、驱动机构安装架及偏航减速器，所述偏航减速器与偏航电机通过联轴器相连，偏航减速器和偏航电机通过驱动机构安装架与机舱支撑架连接板固定连接；
所述传动内齿圈上均匀分布有若干数量的齿圈法兰外孔和若干数量的齿圈法兰内孔，所述传动内齿圈外边缘设有倒圆，内边缘设有轮齿；所述轮齿与偏航驱动机构的偏航减速器啮合，通过齿圈法兰外孔将传动内齿圈与塔筒机构连接；
所述齿圈配合支撑轮架包括支撑轮架和支撑滚轮，支撑轮架与机舱支撑架横梁的一端固定连接，支撑滚轮安装在支撑轮架的下方，且支撑滚轮与传动内齿圈的外边缘的倒圆配合；
所述齿圈配合调节轮架包括调节轮架主体、调节螺栓、调节块、调节滚轮和调节转轴，调节轮架主体固定安装在机舱支撑架横梁下端，调节轮架主体一侧内安装滚轮调节架，在调节轮架主体的中部安装调节滚轮，调节滚轮与传动内齿圈的外边缘的倒圆配合，通过调节滚轮调节架调节调节滚轮与传动内齿圈外边缘的倒圆的配合间隙，调节转轴与调节轮架主体铰接，调节轮架主体可绕调节转轴转动；
所述锁紧机构包括锁紧卡销、锁紧电机和锁紧机构安装架，锁紧机构安装架一端与锁紧机构连接板固定相连，另一端连接锁紧电机，锁紧电机的输出端与锁紧卡销连接；
所述锁紧卡盘的下部与塔筒机构上端的塔筒法兰固定连接，锁紧卡盘上均匀分布有若干数量的卡盘法兰孔和锁孔，通过卡盘法兰孔与齿圈法兰内孔将锁紧卡盘的上部与传动内齿圈的下部固定连接；所述锁孔与锁紧卡销相配合。
2.根据权利要求1所述的具有锁紧功能的风力发电机偏航装置，其特征在于所述滚轮调节架包括调节块和调节螺栓，调节螺栓与调节块配合，通过拧紧或松开调节螺栓调节调节滚轮与传动内齿圈外边缘的倒圆的配合间隙。
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