CN106337786A - 内凹型风力发电机组轮毂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内凹型风力发电机组轮毂，所述轮毂为偏心球结构，轮毂设有主轴安装孔和位于主轴安装孔对面的导流罩安装孔，轮毂的侧面沿周向均匀分布有三个变桨轴承安装孔，每个变桨轴承安装孔处从外到内依次设有变桨轴承安装面和变桨腹板，所述轮毂外壁呈内凹型，轮毂外壁向轮毂中心凹陷。变桨腹板的中心设有葫芦状中心孔；变桨腹板的厚度为60～90mm，变桨腹板与变桨轴承安装面的距离为100～120mm本发明通过优化轮毂铸件的结构，有效提高变桨腹板和变桨轴承安装面的刚度、强度和疲劳寿命，承力效果好，同时，风轮重量轻，经济效益好，适用于低风速风区。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电领域，具体涉及一种内凹型风力发电机组轮毂。
背景技术
风能作为一种清洁无污染的可再生能源，越来越受到人们的重视，近年来，风力发电在技术研究、装备制造及零部件配套等方面都得到了迅速的发展。随着需求的不断提升，单机容量的不断增大，载荷的增加使得对各部件的强度要求增加。轮毂在风力发电机组中用于连接叶片和主轴。轮毂承力结构的好坏与否直接影响风力发电机的可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种承力结构好并且适用于低风速风区的内凹型风力发电机组轮毂。
本发明为了实现上述目的，采用的技术解决方案是：
一种内凹型风力发电机组轮毂，所述轮毂为偏心球结构，轮毂设有主轴安装孔和位于主轴安装孔对面的导流罩安装孔，轮毂的侧面沿周向均匀分布有三个变桨轴承安装孔，每个变桨轴承安装孔处从外到内依次设有变桨轴承安装面和变桨腹板，所述轮毂外壁呈内凹型，轮毂外壁向轮毂中心凹陷。
对于外凸偏心球结构的轮毂，偏心距不同，轮毂前后的壁厚会有所不同，本技术方案的轮毂外壁呈现内凹形，采用整体壁厚通体设计，可实现内凹各处壁厚一致，并可增加壁厚，节省内部空间，受力情况好。
如上所述的内凹型风力发电机组轮毂，所述变桨腹板的圆周侧面与变桨轴承安装孔的圆周侧面完全接触，变桨腹板的中心设有葫芦状中心孔；变桨腹板的厚度为60～90mm，变桨腹板与变桨轴承安装面的距离为100～120mm。该结构的轮毂变桨腹板和变桨轴承安装面的刚度、强度和疲劳寿命均较高，实现了更好的承力结构。跟现有技术相比，该机型的轮毂强度提高了20％-40％，疲劳寿命提高了40％-80％，由于低风速风区运行过程中叶片较长，导致叶根载荷较大，该设计可以在保证轮毂在低风速风区正常运行，保证机组20年的使用寿命。
如上所述的内凹型风力发电机组轮毂，具体地，所述葫芦状中心孔由对称设置的两个第一凹弧部、对称设置的两个凸弧部、及连接第一凹弧部和凸弧部的四个第二凹弧部构成，其中第二凹弧部分别与两侧的第一凹弧部和凸弧部相切。
如上所述的内凹型风力发电机组轮毂，优选的，所述第一凹弧部的半径为850～900mm，所述第二凹弧部的半径为340～360mm，所述凸弧部的半径为370～390mm。
如上所述的内凹型风力发电机组轮毂，所述变桨腹板上设有变桨减速机安装孔、第一凸台，第一凸台用于连接变桨控制柜支架以及其他检测与控制元件，所述变桨减速机安装孔为两个，两个变桨减速机安装孔分别设置在所述葫芦状中心孔的两凸弧部处，两个变桨减速机安装孔中心的连接线与轮毂中心线的角度为45°；第一凹弧部的圆心为变桨腹板的平面几何中心，第二凹弧部的圆心为变桨减速机安装孔圆心。考虑变桨系统的实际使用环境，对称设计两个变桨减速机安装孔，避免因为其中一侧的齿面损坏，将整个风轮吊到地面来进行更换，通过冗余安装孔的设计，可在空中将变桨系统更换到另一侧，快速恢复机组功能，减少机组维护时间提高经济效益。
如上所述的内凹型风力发电机组轮毂，所述主轴安装孔和导流罩安装孔处分别设有发电机连接腹板和前端盖腹板，发电机连接腹板上设有与主轴连接的螺栓孔。该螺栓分布方式可使得螺栓强度满足风机运行时，风轮所承受的各种情况的载荷。
如上所述的内凹型风力发电机组轮毂，所述轮毂外圆周的主轴方向均布有若干个用于安装导流罩后支架的第二凸台。该设计可保证导流罩稳定的固定在轮毂上，通过这些连接点，可将导流罩的载荷平缓的传递到轮毂上。
如上所述的内凹型风力发电机组轮毂，所述前端盖腹板的中间设有通孔。前端盖腹板中空设计，可进行轮毂内部件更换通道，在非维护阶段，该孔通过前盖板封闭，能减少灰尘杂质的渗入，保证轮毂内部是个密闭的空间。
本发明的优点和有益效果在于：本发明通过优化轮毂铸件的结构，利用内凹型的结构实现轮毂外壁壁厚一致，提高承力能力；并设计轮毂变桨腹板的结构，重量轻，提高变桨腹板和变桨轴承安装面的刚度、强度和疲劳寿命，从而提高机组可靠性，延长机组寿命，经济效益好；同时，由于低风速风区运行过程中叶片较长，导致叶根载荷较大，该设计可以在保证轮毂在低风速风区正常运行，保证机组20年的使用寿命，因此可适合于低风速风区。
附图说明
附图1为本发明的结构示意图；
附图2为附图1的后视图；
附图3为附图1的侧视图；
附图4为附图1的A-A向剖视图；
附图5为附图4的P向视图。
其中：1、轮毂外壁；2、主轴安装孔；3、导流罩安装孔；4、变桨轴承安装孔；5、变桨腹板；6、变桨轴承安装面；7、葫芦状中心孔；71、第一凹弧部；72、第二凹弧部；73、凸弧部；8、第一凸台；9、第二凸台；10、变桨减速机安装孔；11、发电机连接腹板；12、螺栓孔；13、前端盖腹板。
具体实施方式
下面结合附图1～5对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本实施例优化轮毂铸件结构，尽可能地减少腹板重量，通过最优的角度排布，使用最少的材料，保证轮毂能够承受通过叶片转递过来的弯矩和扭矩，并考虑各部件的安装要求进行合理分布，实现较好的承力效果，经济效益好。
如图1～5所示的一种内凹型风力发电机组轮毂，轮毂为偏心球结构，轮毂设有主轴安装孔2和位于主轴安装孔2对面的导流罩安装孔3，轮毂的侧面沿周向均匀分布有三个变桨轴承安装孔4，每个变桨轴承安装孔4处从外到内依次设有变桨轴承安装面6和变桨腹板5，轮毂外壁1呈内凹型，轮毂外壁1向轮毂中心凹陷。变桨腹板5的圆周侧面与变桨轴承安装孔4的圆周侧面完全接触，变桨腹板5采用一整体式结构，区别于以往的两块腹板的结构，可以有效的避免出现应力集中，变桨腹板5的中心设有葫芦状中心孔7。变桨腹板5的厚度L为60～90mm，变桨腹板5与变桨轴承安装面7的距离H为100～120mm。
下面与现有技术中，变桨腹板为两片，且每片变桨腹板的形状为回转刀式的风力发电机组轮毂进行比较，突出本技术方案的优点，下述称该种机型的轮毂为旧机型轮毂。该实施例中，变桨腹板1厚度L为70-90mm，变桨腹板1与变桨轴承安装面2的距离H为40-60mm。经过试验分析，本实施例中变桨腹板的刚度、强度和疲劳寿命分别为0.002-0.005m，100-160MPa和500-1000年，而旧机型回旋刀式的两块变桨腹板的刚度、强度和疲劳寿命分别为0.007-0.10m,180-200MPa和200-500年，如此变桨腹板1和变桨轴承安装面2的刚度、强度和疲劳寿命得到大的提升。跟现有技术相比，该机型的轮毂强度提高了20％-40％，疲劳寿命提高了40％-80％，由于低风速风区运行过程中叶片较长，导致叶根载荷较大，该设计可以在保证轮毂在低风速风区正常运行，保证机组20年的使用寿命。其中，最优选的，变桨腹板1的厚度L为85mm，变桨腹板1与变桨轴承安装面2的距离H为110mm。
变桨腹板5上设有变桨减速机安装孔10、第一凸台8，第一凸台8用于连接变桨控制柜支架以及其他检测与控制元件，变桨减速机安装孔10为两个，两个变桨减速机安装孔10分别设置在葫芦状中心孔7的两凸弧部73处，两个变桨减速机安装孔10中心的连接线与轮毂中心线的角度为45°。考虑变桨系统的实际使用环境，对称设计两个变桨减速机安装孔，避免因为其中一侧的齿面损坏，将整个风轮吊到地面来进行更换，通过冗余安装孔的设计，可在空中将变桨系统更换到另一侧，快速恢复机组功能，减少机组维护时间提高经济效益。葫芦状中心孔7的设置，可以在不影响各螺栓和安装凸台性能的前提条件下，尽可能地减少变桨腹板重量，实现最优的角度排布，使用最少的材料，保证轮毂能够承受通过叶片转递过来的弯矩和扭矩，从而保证变桨腹板整体拥有更高的强度和更好的疲劳寿命。
葫芦状中心孔7由对称设置的两个第一凹弧部71、对称设置的两个凸弧部73、及连接第一凹弧部71和凸弧部73的四个第二凹弧部72构成，其中第二凹弧部72分别与两侧的第一凹弧部71和凸弧部73相切。第一凹弧部71的半径为850～900mm，第二凹弧部72的半径为340～360mm，凸弧部73的半径为370～390mm。第一凹弧部71的圆心为变桨腹板5的平面几何中心，第二凹弧部72的圆心为变桨减速机安装孔10圆心。
主轴安装孔2和导流罩安装孔3处分别设有发电机连接腹板11和前端盖腹板13，发电机连接腹板11上设有与主轴连接的螺栓孔12，本实施例中螺栓孔数量为50～80个。该螺栓分布方式可使得螺栓强度满足风机运行时，风轮所承受的各种情况的载荷。前端盖腹板13的中间设有通孔。轮毂外圆周的主轴方向均布有8～16个用于安装导流罩后支架的第二凸台9。该设计可保证导流罩稳定的固定在轮毂上，通过这些连接点，可将导流罩的载荷平缓的传递到轮毂上。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种内凹型风力发电机组轮毂，所述轮毂为偏心球结构，轮毂设有主轴安装孔和位于主轴安装孔对面的导流罩安装孔，轮毂的侧面沿周向均匀分布有三个变桨轴承安装孔，每个变桨轴承安装孔处从外到内依次设有变桨轴承安装面和变桨腹板，其特征在于：所述轮毂外壁呈内凹型，轮毂外壁向轮毂中心凹陷。
2.根据权利要求1所述的内凹型风力发电机组轮毂，其特征在于：所述变桨腹板的圆周侧面与变桨轴承安装孔的圆周侧面完全接触，变桨腹板的中心设有葫芦状中心孔；变桨腹板的厚度为60～90mm，变桨腹板与变桨轴承安装面的距离为100～120mm。
3.根据权利要求2所述的内凹型风力发电机组轮毂，其特征在于：所述葫芦状中心孔由对称设置的两个第一凹弧部、对称设置的两个凸弧部、及连接第一凹弧部和凸弧部的四个第二凹弧部构成，其中第二凹弧部分别与两侧的第一凹弧部和凸弧部相切。
4.根据权利要求3所述的内凹型风力发电机组轮毂，其特征在于：所述第一凹弧部的半径为850～900mm，所述第二凹弧部的半径为340～360mm，所述凸弧部的半径为370～390mm。
5.根据权利要求3或4所述的内凹型风力发电机组轮毂，其特征在于：所述变桨腹板上设有变桨减速机安装孔、第一凸台，所述变桨减速机安装孔为两个，两个变桨减速机安装孔分别设置在所述葫芦状中心孔的两凸弧部处，两个变桨减速机安装孔中心的连接线与轮毂中心线的角度为45°；第一凹弧部的圆心为变桨腹板的平面几何中心，第二凹弧部的圆心为变桨减速机安装孔圆心。
6.根据权利要求1所述的内凹型风力发电机组轮毂，其特征在于：所述主轴安装孔和导流罩安装孔处分别设有发电机连接腹板和前端盖腹板，发电机连接腹板上设有与主轴连接的螺栓孔。
7.根据权利要求1所述的内凹型风力发电机组轮毂，其特征在于：所述轮毂外圆周的主轴方向均布有若干个用于安装导流罩后支架的第二凸台。
8.根据权利要求6所述的内凹型风力发电机组轮毂，其特征在于：所述前端盖腹板的中间设有通孔。
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