CN108798996B - 偏航系统及风力发电机组 - Google Patents

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    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

本发明涉及一种偏航系统及风力发电机组,偏航系统包括偏航回转部件,包括环形的基座及轴承组件,基座包括相互套设且同轴设置的固定环及转动环,轴承组件连接于固定环及转动环,偏航锁定部件在基座的径向上与转动环间隔设置,偏航锁定部件包括相互连接的驱动部及移动部,偏航回转部件上具有第一锁定部,移动部具有第一锁定部配合使用的第二锁定部,驱动部能够驱动移动部沿径向移动,以使第一锁定部及第二锁定部相互卡接并锁定固定环及转动环的相对位置。本发明实施例提供的偏航系统及风力发电机组,能够满足风力发电机组偏航要求的基础上,减小风力发电机组的机舱尺寸,同时能够保证风力发电机组的安全及发电量要求。

Description

偏航系统及风力发电机组
技术领域
本发明涉及风电技术领域,特别是涉及一种偏航系统及风力发电机组。
背景技术
风力发电是一种清洁的可再生能源,越来越受到世界各国的重视。由于风场的风向在不断地变化,为了高效地利用风能,风力发电机组的叶轮运转时需要始终对准风向,而偏航系统是风力发电机组实现扑捉风向的重要组成部分,同时还能够承载机组的机头所有重力和风载产生的所有载荷,为此,在风力发电机组设置偏航系统。偏航系统能够与风力发电机组的控制系统相互配合,使风力发电机组的叶轮偏航,进而使其始终处于迎风状态,能够充分利用风能,提高风力发电机组的发电效率。因此,偏航系统是风力发电机组不可或缺的一部分。
为了实现上述要求,偏航系统一般包括具有制动器及制动盘的制动装置,通过制动器与制动盘产生的摩擦力力矩,来抵抗风载在偏航回转中心产生的扭矩,进而使得机头偏航回转时平稳运行以及偏航静止时阻止机头偏离风向。随着风力发电机组发电功率的增加,偏航制动器的圆周分布数量增多,从而导致偏航回转半径增大,使得发电机组机舱的宽度增加。而机舱的宽度受限于陆地运输的尺寸限制(陆地公路大部件运输最大宽度尺寸为4.5m),机舱的宽度增加使得大功率机组的制造成本高,在陆地运输成本大幅增加甚至不能实现运输。
同时,当偏航静止时,制动系统必须为高压状态,以使制动器夹紧制动盘阻止机头转动,而一直高压状态,系统容易发生故障。且当偏航驱动或液压系统掉电时,偏航制动失效从而导致机头自由回转,影响风力发电机组的安全及发电量。
因此,亟需一种新的偏航系统及风力发电机组
发明内容
本发明实施例提供一种偏航系统及风力发电机组,偏航系统能够满足风力发电机组偏航要求的基础上,能够减小风力发电机组的机舱尺寸,降低成本且便于运输,同时能够保证风力发电机组的安全及发电量要求。
本发明实施例一方面提出了一种偏航系统,包括:偏航回转部件,包括基座及轴承组件,基座包括相互套设且同轴设置的固定环及转动环,轴承组件连接于固定环及转动环,以使转动环能够相对固定环转动;偏航锁定部件,在基座的径向上与转动环间隔设置,偏航锁定部件包括相互连接的驱动部及移动部;其中,偏航回转部件上具有第一锁定部,移动部具有第一锁定部配合使用的第二锁定部,驱动部能够驱动移动部沿径向移动,以使第一锁定部及第二锁定部相互卡接并锁定固定环及转动环的相对位置。
根据本发明实施例的一个方面,轴承组件包括在基座的轴向上间隔设置的第一轴承及第二轴承,第一轴承及第二轴承均与固定环及转动环连接。
根据本发明实施例的一个方面,固定环在其自身的轴向上包括相对的第一端部及第二端部,转动环在其自身的轴向上包括相对的第三端部及第四端部,第一轴承连接于第一端部及第三端部,第二轴承连接于第二端部与第四端部。
根据本发明实施例的一个方面,转动环上设置有连接部,连接部位于第一轴承与第二轴承之间,以用于安装风力发电机组的发电机或叶轮。
根据本发明实施例的一个方面,连接部为环形的法兰,且连接部的轴线与转动环及固定环的轴线相交。
根据本发明实施例的一个方面,基座整体为锥形环状结构体,第一轴承的径向尺寸大于第二轴承的径向尺寸。
根据本发明实施例的一个方面,轴承组件还包括第三轴承,第三轴承连接于固定环及转动环且位于第一轴承与第二轴承之间。
根据本发明实施例的一个方面,固定环和/或转动环上设置有安装部,以用于安装风力发电机组的偏航驱动部件。
根据本发明实施例的一个方面,第一锁定部设置于偏航回转部件的轴承组件上。
根据本发明实施例的一个方面,所述第一锁定部包括设置于所述第一轴承和/或所述第二轴承上的插齿,所述插齿的数量为两个以上且沿所述基座的周向间隔设置,所述第二锁定部包括设置于所述移动部上与所述插齿形状相匹配的插槽,所述插槽的数量为两个以上且沿所述周向间隔设置。
根据本发明实施例的一个方面,所述第一锁定部包括设置于所述第一轴承和/或所述第二轴承上的凹陷部,所述第二锁定部包括设置于所述移动部上的凸出部,所述凸出部与所述凹陷部的形状相匹配。
根据本发明实施例的一个方面,转动环套设于固定环外,偏航锁定部件位于固定环内,固定环上与偏航锁定部件相对位置设置有在基座的径向上贯穿固定环的避让缺口。
根据本发明实施例的一个方面,偏航锁定部件的数量为两个以上,两个以上偏航锁定部件在基座的周向或者轴向间隔设置。
本发明实施例另一方面提出了一种风力发电机组,包括:塔筒;机舱,在塔筒的轴向与塔筒层叠设置,机舱包括机舱罩;发电机,连接于机舱;叶轮,连接于发电机;上述的偏航系统,固定环与塔筒连接,转动环与机舱连接;偏航驱动部件,与基座连接,能够驱动转动环相对固定环转动;其中,偏航锁定部件连接于固定环或塔筒。
根据本发明实施例的另一个方面,基座设置于机舱内。
根据本发明实施例提供的偏航系统及风力发电机组,偏航系统包括偏航回转部件及偏航锁定组件,偏航回转部件包括环形的基座及轴承组件,偏航系统在应用至风力发电机组时,可以通过其基座的固定环与塔筒连接,通过转动环与机舱连接,由风力发电机组的偏航驱动部件驱动转动环相对固定环转动,满足风力发电机组的偏航要求。由于偏航回转部件上设置有第一锁定部,偏航锁定部件上设置有与第一锁定部配合使用的第二锁定部,且第一锁定部及第二锁定部能够相对运动并相互卡接,锁定转动环及固定环的相对位置,进而满足风力发电机组的偏航锁定要求,同时采用第一锁定部及第二锁定部卡接配合的锁定方式,无需多个偏航制动器,也能够满足锁定要求,进而可以减小风力发电机组机舱的尺寸,降低成本且便于运输,同时第一锁定部及第二锁定部卡接配合锁定固定环及转动环的相对位置后,不会受正常或非正常断电的影响,因此还能够保证风力发电机组的安全及发电量要求。
附图说明
下面将参考附图来描述本发明示例性实施例的特征、优点和技术效果。
图1是本发明一个实施例的偏航系统的轴测图;
图2是图1所示结构的剖视结构示意图;
图3是本发明一个实施例的固定环的轴测图;
图4是本发明一个实施例的转动环与连接部相互配合的轴侧图;
图5是本发明一个实施例的第一轴承的轴测图;
图6是本发明一个实施例的偏航锁定部件的轴测图;
图7是本发明另一个实施例的偏航系统的轴测图;
图8是本发明又一个实施例的偏航系统的剖视结构示意图;
图9是本发明一个实施例的风力发电机组的结构示意图;
图10是本发明一个实施例的风力发电机组的剖视图结构示意图;
图11是本发明一个实施例的风力发电机组的局部结构示意图;
图12是本发明另一个实施例的风力发电机组的剖视结构示意图;
图13是本发明另一个实施例的风力发电机组的局部结构示意图。
其中:
1-偏航系统;
10-偏航回转部件;
11-基座
111-固定环;111a-第一主体部;111b-第一端部;111c-第二端部;111d-凸缘;111e-减重孔;111f-避让缺口;
112-转动环;112a-第二主体部;112b-第三端部;112c-第四端部;
113-连接部;
114-安装部;114a-第一凸起;114b-第二凸起;114c-连接孔;114d-加劲肋;114e-凸块结构;114f-盘状结构;
12-轴承组件
121-第一轴承;121a-啮合轮齿;
122-第二轴承;
123-第一锁定部;123a-插齿;123b-凹陷部;
20-偏航锁定部件;
21-驱动部;
22-移动部;221-第二锁定部;221a-插槽;221b-凸出部;
23-安装座;
2-塔筒;3-机舱;301-机舱罩;4-发电机;5-叶轮;6-偏航驱动部件;601-缸体;602-缸杆;7-过渡件。
在附图中,相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中,提出了许多具体细节,以便提供对本发明的全面理解。但是,对于本领域技术人员来说很明显的是,本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。在附图和下面的描述中,至少部分的公知结构和技术没有被示出,以便避免对本发明造成不必要的模糊;并且,为了清晰,可能夸大了部分结构的尺寸。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外,下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中
下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向,并不是对本发明的偏航系统及风力发电机组的具体结构进行限定。在本发明的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是直接相连,也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了更好地理解本发明,下面结合图1至图13根据本发明实施例的偏航系统及风力发电机组进行详细描述。
请参阅图1、图2,图1示出了本发明一个实施例的偏航系统的轴测图,图2示出了图1所示结构的剖视结构示意图。
如图1及图2所示,本发明实施例提供了一种偏航系统1,包括偏航回转部件10及偏航锁定部件20。偏航回转部件10包括环形的基座11及轴承组件12,基座11包括相互套设且同轴设置的固定环111及转动环112,轴承组件12连接于固定环111及转动环112,以使转动环112能够相对固定环111转动。偏航锁定部件20在基座11的径向上与转动环112间隔设置,偏航锁定部件20包括相互连接的驱动部21及移动部22。其中,偏航回转部件10上具有第一锁定部123,移动部22具有第一锁定部123配合使用的第二锁定部221,驱动部21能够驱动移动部22沿径向移动,以使第一锁定部123及第二锁定部221相互卡接并锁定固定环111及转动环112的相对位置。
本发明实施例提供的偏航系统1,能够满足风力发电机组4偏航要求的基础上,减小风力发电机组的机舱尺寸,降低成本且便于运输,同时能够保证风力发电机组的安全及发电量要求。
具体的,请一并参阅图3及图4,图3示出了本发明实施例的固定环的轴测图,图4示出了本发明实施例的转动环与连接部相互配合的轴测图。
本发明实施例的固定环111及转动环112均为圆形环状结构,便于基座11的加工运输及安装,降低成本。本实施例中,转动环112套设于固定环111外。如图3所示,固定环111包括在其自身轴向上延伸的第一主体部111a,为了便于轴承组件12的安装,固定环111还包括分别连接于第一主体部111a轴向上两端的第一端部111b及第二端部111c,第一端部111b为在固定环111的径向上延伸的环形凸起结构,第二端部111c为在固定环111的轴向上延伸的环形凸起结构。第一端部111b及第二端部111c与第一主体部111a共同形成所说的固定环111,第一端部111b及第二端部111c可以与第一主体部111a为一体成型结构,当然也可以采用焊接或通过紧固件等方式与第一主体部111a连接。
为了进一步减轻基座11的整体重量,在固定环111上设置有减重孔111e,减重孔111e优选设置于固定环111的第一主体部111a上,减重孔111e的数量可以根据具体要求设定,可以为一个,也可以为两个以上,当为两个以上时,两个以上的减重孔111e在第一主体部111a的周向均匀设置。
同时,为了对偏航锁定部件20进行避让,在固定环111上与偏航锁定部件20的相对位置设置有避让缺口111f,避让缺口111f在固定环111的径向上贯穿固定环111。避让缺口111f的形状及数量不做具体限定,只要能够满足对偏航锁定部件20的避让,满足对固定环111及转动环112的位置锁定要求即可。
如图4所示,转动环112包括在其自身的轴向上延伸的第二主体部112a,同样的,为了轴承组件12的安装,转动环112还包括分别连接于第二主体部112a轴向上两端的第三端部112b及第四端部112c,第三端部112b及第四端部112c为在转动环112的径向上延伸的环形凸起结构并与第二主体部112a共同形成所说的转动环112。第三端部112b及第四端部112c可以与第二主体部112a为一体成型结构,当然,也可以采用焊接或通过紧固件等方式与第二主体部112a连接。固定环111及转动环112在相互套接时,第一端部111b与第三端部112b相对应且间隔设置,第二端部111c与第四端部112c相对应且间隔设置。
在一些可选的实施方式,轴承组件12包括在基座11的轴向上间隔设置的第一轴承121及第二轴承122,第一轴承121及第二轴承122均与固定环111及转动环112连接。
具体实施时,固定环111在其自身轴向上的高度大于转动环112在上述所说轴向上的高度,同时,第一轴承121及第二轴承122均套设于固定环111,第一轴承121的内圈与转动环112的第三端部112b通过螺栓等紧固件固定连接,第一轴承121的外圈与固定环111的第一端部111b通过螺栓等紧固件固定连接,即,第一轴承121连接于第一端部111b及第三端部112b。相应的,第二轴承122的内圈与固定环111的第二端部111c通过螺栓等紧固件固定连接,第二轴承122的外圈与转动环112的第四端部112c通过螺栓等紧固件连接。即,第二轴承122连接于第二端部111c及第四端部112c。轴承组件12与固定环111及转动环112采用上述配合方式,不仅能够满足与第一轴承121及第二轴承122的内圈与外圈的连接需要,同时能够便于第一轴承121、第二轴承122的维修及更换,提高偏航回转部件10的使用寿命。
当然,此为一种可选的连接方式,但并不限于此,在其他实施例中可以调整第一轴承121及第二轴承122的内圈与外圈与基座11的固定环111及转动环112的连接位置及连接方式,如除了通过紧固件连接的方式还可以采用焊接等形式连接,只要能够满足固定环111与转动环112的可转动连接的基础上,便于二者的驱动及锁定即可。
本实施例中,第一轴承121及第二轴承122可以采用同样类型的轴承,当然也可以采用不同类型的轴承,第一轴承121及第二轴承122可以为单列或多列圆珠滚动轴承、深沟球轴承及滑动轴承的任意组合。
第一锁定部123可以设置于偏航回转部件10的不同位置,只要能够满足转动环112及固定环111的位置锁定要求即可。在一个示例中,第一锁定部123可以设置在转动环112上,通过偏航锁定部件20上的第二锁定部与第一锁定部锁定配合,以止动转动环112,进而锁定转动环112及固定环111的相对位置。当然,优选的,第一锁定部123设置于偏航锁定部件20的轴承组件12上。既能够满足上述所说的锁定要求,同时,便于第一锁定部123的加工,且能够保证转动环112及固定环111相对位置锁定的稳定性。
请一并参阅图5,图5示出了本发明一个实施例的第一轴承121的轴测图。可选的,第一锁定部123包括设置于第一轴承121上的插齿123a,插齿123a的数量为两个以上且沿第一轴承121的周向间隔设置,插齿123a的形状不做具体限定,只要能够满足锁定要求的插齿123a结构均可,作为一种优选的实施方式,插齿123a设置于第一轴承121与转动环112连接的转动圈上,本实施例中,所说的转动圈为第一轴承121的内圈,插齿123a的数量优选为多个且在第一轴承121的内圈上均匀分布,使得第一轴承121的内圈形成齿圈的形式。
请一并参阅图6,图6示出了本发明一个实施例的偏航锁定部件20的轴测图。在一个示例中,偏航锁定部件20位于固定环111内且与固定环111相互间隔设置,其驱动部21可以为伸缩部件,具体可以为液压缸、气压供或者电动缸,所说的驱动部21可以通过安装座23安装于固定环111上,为了便于驱动部21的安装,如图3所示,在固定环111的径向上设置有向固定环111的内部延伸的凸缘111d,凸缘111d与第一端部111b相对设置,移动部22可以为块状结构,面向驱动部21的一端与驱动部21的输出端连接,远离驱动部21的一端设置第二锁定部221,第二锁定部221包括设置于移动部22上与插齿123a形状相匹配的插槽221a,插槽221a的数量为两个以上且沿第一轴承121的周向间隔设置,每个插槽221a均能够与一个相应的插齿123a相互插接配合。
由于偏航锁定部件20能够固定于固定环111,即第二锁定部221间接与固定环111固定,而第一锁定部123设置于第一轴承121与转动环112连接的转动圈(本实施例中即第一轴承121的内圈)上,当开启驱动部21,使其做伸展运动时,能够驱动移动部22沿着基座11的径向移动并通过固定环111上的避让缺口111f越过固定环111,使得插槽221a与插齿123a相互插接配合,能够阻止第一轴承121的转动圈转动,进而对转动环112制动,以实现转动环112与固定环111之间相对位置的锁定要求。
由于插齿123a的数量优选为多个且在第一轴承121上均匀设置,因此,无论转动环112相对固定环111转动到任意位置,均能够满足转动环112与固定环111之间的位置锁定要求。当然,插齿123a不限于在第一轴承121上均匀分布,也可以采用非均匀分布的形式,只要能够满足锁定要求即可。
可以理解得是,第一锁定部123的插齿123a不限于设置于第一轴承121上,可选的,为了更好的满足锁定要求,插齿123a还可以设置于第二轴承122上,插齿123a在第二轴承122上的设置方式与在第一轴承121上的设置方式相同,在此就不赘述。通过限定第一锁定部123包括设置于第一轴承121及第二轴承122上的插齿123a,相应的,偏航锁定部件20的数量可以为多个,多个偏航锁定部件20在基座11的轴向上相互间隔设置,即包括与第一轴承121上的第一锁定部123配合使用的偏航锁定部件20,同时包括与第二轴承122上的第一锁定部123配合使用的偏航锁定部件20,使得偏航锁定部件20在对转动环112及固定环111的相对位置进行锁定时,能够更好的满足转动环112及固定环111在基座11轴向上的受力平稳要求,使其受力更加均匀。
可以理解的是,多个偏航锁定部件20不限于在基座11的周向间隔设置,也可以单独在基座11的周向间隔设置,即第一轴承12或第二轴承122与多个偏航锁定部件20对应设置,同样能够更好的满足转动环112及固定环111在基座11的周向上受力平稳要求,进一步保证受力的均匀性。当然,多个偏航锁定部件20更可以在基座11的轴向和周向均间隔设置,使得对固定环111及转动环112的锁定要求达到更优。
由此,本发明实施例提供的偏航系统1,在应用至风力发电机组时,可以通过其基座11的固定环111与塔筒连接,通过转动环112与机舱连接,由风力发电机组的偏航驱动部件驱动转动环112相对固定环111转动,满足风力发电机组的偏航要求。而偏航锁定部件20在偏航回转部件10上设置有第一锁定部123,偏航锁定部件20上设置有与第一锁定部123配合使用的第二锁定部221,能够锁定转动环112及固定环111的相对位置,进而满足风力发电机组的偏航锁定要求,采用第一锁定部123及第二锁定部221卡接配合的锁定方式,无需多个偏航制动器,能够满足锁定要求,进而可以减小风力发电机组机舱的尺寸,降低成本且便于运输,同时,第一锁定部123及第二锁定部221卡接配合锁定固定环111及转动环112的相对位置后,不会受正常或非正常断电的影响,能够保证风力发电机组的安全及发电量要求。
再者,由于固定环111及转动环112均为环体结构,而轴承组件12包括第一轴承121及第二轴承122,相对单轴承的偏航形式,能够使得轴承组件12的径向宽度更小,在满足风力发电机组的偏航要求前提下,能够进一步减小风力发电机组的机舱宽度,进而更进一步降低风力发电机组的成本且便于运输。
由于固定环111及转动环112可转动连接,在应用至风力发电机组时,需要偏航驱动部件驱动,以使得二者相对转动,进而满足风力发电机组的偏航需求。因此,如图1、图2及图4所示,作为一种可选的实施方式,第一轴承121的外圈设置有啮合轮齿121a。使得第一轴承121能够与偏航驱动部件啮合传动,进而使得固定环111及转动环112相对转动,而为了便于偏航驱动部件的安装,可选的,在转动环112上设置有安装部114,用于安装风力发电机组的偏航驱动部件。安装部114可以采用不同的结构,只要能够满足偏航驱动部件的安装均可。
本实施例中,转动环112上与第一轴承121对应处均设置有安装部114,每个安装部114均包括沿着转动环112径向延伸且在转动环112的轴向上具有一定厚度的凸起,凸起优选呈扇形环状。每个安装部114的凸起均包括两层,分别为第一凸起114a及第二凸起114b,第一凸起114a及第二凸起114b相互平行且间隔设置,各安装部114上在其厚度方向均设置有贯穿第一凸起114a及第二凸起114b的连接孔114c。安装部114的两个凸起可以通过加劲肋114d连接,各安装部114上的连接孔114c的数量不做具体限定,可以根据偏航驱动部件的数量设定。
作为一种可选的实施方式,在转动环112上设置有连接部113,以用于连接风力发电机组的发电机或者叶轮,连接部113可以采用不同的结构,只要能够满足对发电机或者叶轮的连接均可。连接部113优选位于第一轴承121与第二轴承122之间,使得偏航系统1的基座11在与发电机或者叶轮连接时,机舱及叶轮的重力载荷、风载在偏航中心产生的弯矩转化为第一轴承121、第二轴承122的径向载荷,使得第一轴承121只承受径向载荷,而不承受弯矩。在同样的机头形式、相同重量的情况下,能够进一步减小第一轴承121及第二轴承122的径向尺寸,从而实现了超大兆瓦机组机舱陆地运输成为可能性。
在一些可选的实施例中,连接部113优选采用环形的法兰结构,便于加工且能够保证对发电机或者叶轮的连接强度。连接部113的轴线即法兰的轴线与固定环111及转动环112的轴线相交,便于与发电机或叶轮连接,同时能够使得第一轴承121及第二轴承122的受力更加均衡,法兰优选位于转动环112的第二主体部112a上并与第二主体部112a为一体式结构,能够保证偏航回转部件10的整体强度,进而保证在连接发电机或叶轮时,偏航回转部件10的稳定性能。具体实施时,在转动环112的第二主体部112a的侧壁上开设有通孔,连接部113具体连接于第二主体部112a围合形成通孔的外周壁位置。
可选的,基座11整体呈锥形环状结构体,具体的,固定环111及转动环112均为圆锥形环状结构且形状相匹配,相应的,第一轴承121的径向尺寸大于第二轴承122的径向尺寸,在满足风力发电机组偏航要求的基础上,能够最大程度的减小第一轴承121及第二轴承122的径向尺寸,降低偏航轴承组件12的整体成本,同时基座11采用锥状结构,能够进一步提偏航回转部件10整体的稳定性,使其在用于至风力发电机组时,能够保证风力发电机组偏航动作的平稳性。
作为一种优选的实施方式,轴承组件12进一步包括第三轴承(图未示),第三轴承连接于固定环111及转动环112且位于第一轴承121与第二轴承122之间,即轴承组件12不限于只包括第一轴承121、第二轴承122,相应设置的第三轴承能够降低回转连接件每个轴承的承载力,第三轴承的数量可以为一个,当然,也可以为两个以上,可以根据承载要求设定。
请一并参阅图7,图7示出了另一个实施例的偏航系统1的轴测图。本实施例与图1所示实施例的实施方式基本相同,不同之处在于,本实施例的安装部114与图1所示实施例的实施方式不同。本实施例的安装部114包括连接于转动环112的凸块结构114e以及连接于固定环111上的盘状结构114f,凸块结构114e与转动环112可以通过螺栓等紧固件可拆卸连接,也可以采用焊接等形式与转动环112固定连接,盘状结构114f与固定环111可以通过螺栓等紧固件可拆卸连接,也可以采用焊接等形式与固定环111固定连接。
请一并参阅图8,图8示出了本发明又一个实施例的偏航系统1的剖视结构示意图。可以理解的是,上述各实施例均是以第一锁定部123包括插齿123a,第二锁定部221包括插槽221a,通过插齿123a与插槽221a的形式相互配合锁定固定环111及转动环112的相对位置,此种锁定方式为一种优选的实施方式,但不限于此。在一些可选的实施中,如图8所示,第一锁定部123也可以为包括设置于第一轴承121上的凹陷部123b,第二锁定部221包括设置于移动部22上的凸出部221b,所说的凹陷部123b可以为不同形状的凹陷,如圆形、椭圆形、不规则多边形,凸出部221b与凹陷部123b的形状相匹配且能够相互插接配合,以实现卡接锁定的目的。即,当开启驱动部21,使其做伸展运动时,能够驱动移动部22沿着基座11的径向移动并通过固定环111上的避让缺口111f越过固定环111,使得凸出部221b与凹陷部123b相互插接配合时,能够阻止第一轴承121的转动圈转动,进而对转动环112制动,以实现转动环112与固定环111之间相对位置的锁定要求。
凹陷部123b的数量可以为两个以上,两个以上的凹陷部123b在第一轴承121上均匀设置,同样的,转动环112相对固定环111转动到不同位置,均能够满足转动环112与固定环111之间的位置锁定要求。
可以理解的是,第一锁定部123并不限于包括设置于第一轴承121上的凹陷部123b,可选的,第一锁定部123也可以包括设置于第二轴承122上的凹陷部123b,凹陷部123b在第二轴承122上的数量、设置方式与凹陷部123b在第一轴承121上的数量、设置方式等相同,在此就不一一赘述。凹陷部123b在轴承组件12的第一轴承121、第二轴承122上可以单独设置,当然也可以同时设置。
请一并参阅图9至图11,图9示出了本发明一个实施例的风力发电机组的结构示意图,图10示出了本发明一个实施例的风力发电机组的剖视图结构示意图,图11示出了本发明一个实施例的风力发电机组的局部结构示意图。
本发明实施例还提供一种风力发电机组,风力发电机组包括塔筒2、机舱3、叶轮5及上述任意实施例的偏航系统1。机舱3在塔筒2的轴向与塔筒2层叠设置,机舱3包括机舱罩301。发电机4连接于机舱3,叶轮5连接于发电机4。偏航系统1的固定环111与塔筒2连接,转动环112与机舱3连接。偏航驱动部件6与基座11连接,能够驱动转动环112相对固定环111转动。其中,偏航锁定部件20连接于固定环111或塔筒2。
本实施例中,偏航系统1优选采用图1所示的偏航系统1,固定环111与塔筒2之间可以采用焊接或者通过螺栓等紧固件连接,机舱3的机舱罩301与转动环112之间可以采用过渡件7过渡连接,过渡件7可以与转动环112直接连接,也可以通过安装部114间接连接,过渡件7可以为板状结构,当然,也可以为其他形式的结构,通过使用过渡件7将机舱罩301与转动环112连接。
偏航驱动部件6采用驱动电机,为了便于调节固定环111及转动环112的相对转动的速度,驱动电机的输出端可以连接减速器,减速器与驱动电机可以为一体式结构,当偏航系统1包括安装部114时,偏航驱动部件6优选安装于安装部114上。本实施例中,第一轴承121相应处设置有偏航驱动部件6,偏航驱动部件6的输出端为传动轮,偏航驱动部件6的输出端通过传动带、传动链或者传动轮与第一轴承121传动配合,优选采用传动轮,如齿轮啮合传动配合的方式连接。
本发明实施例提供的风力发电机组,因其包括上述任意实施例的偏航系统1,使其机舱3及叶轮5在需要偏航时,通过偏航驱动部件6驱动转动环112相对固定环111转动,由于转动环112与机舱3的机舱罩301连接,使得转动环112在转动的过程中带动机舱3及叶轮5转动,实现偏航。并且,偏航系统1的偏航锁定部件20的设置,能够采用第一锁定部123及第二锁定部221卡接配合的锁定方式,无需多个偏航制动器,能够满足锁定要求,进而可以减小风力发电机组机舱3的尺寸,降低成本且便于运输,同时不会受正常或非正常断电的影响,以保证风力发电机组自身的安全及发电量要求。
由于偏航系统1的偏航回转部件10采用双轴承结构,甚至为多轴承结构,使得风力发电机组相对于传统的采用单轴承结构进行偏航的风力发电机组,不仅能够更好的满足偏航要求,双轴承或多轴承组件与具有更大径向尺寸的单轴承结构的成本相比,成本更低,同时因不需要更大径向尺寸的偏航轴承,能够有效的减小机舱3的宽度,进而降低风力发电机组的成本且便于运输。
由于采用的偏航系统1为模块化结构,可以预先装配好后再安装至风力发电机组。并与机舱3、塔筒2等部件连接,相对于传统的风力发电机组不会增加装配工序,便于安装。偏航系统1在用于风力发电机组时,不需要对其他的构件如塔筒2的结构进行改变,塔筒2可以采用沿着其自身的轴向为等截面的筒状结构即可满足要求,相对于锥筒段加直筒段的变截面的塔筒结构来说,本实施例中的等截面的塔筒2能够保证塔筒自身的强度,并且不会影响塔筒2等其他构件的结构强度。同时,偏航系统1在与塔筒2连接时,可以直接与塔筒2顶部的法兰结构连接,无需额外设置支撑盘或者支撑框架等结构,在满足上述要求的基础上,降低使用材料,进而降低成本。
作为一种可选的实施方式,偏航系统1优选设置于机舱3内,具体设置于机舱3的机舱罩301内,通过上述设置,操作简单且更便于偏航系统1的安装及维护。更为优选的,当偏航系统1包括连接部113时,发电机4或叶轮5与连接部113连接,本实施例中的风力发电机组为直驱式风力发电机组,发电机4与连接部113连接并且位于叶轮5与转动环112之间,当然,在一些其他的示例中,发电机4也可以与叶轮5分别位于转动环112的两侧。当然,当风力发电机组为其他类型时,如双馈式风力发电机组时,优选叶轮5可以直接与连接部113连接。
如上述所说,将发电机4或叶轮5与连接部113连接,由于连接部113优选位于第一轴承121与第二轴承122之间,使得机舱3及叶轮5的重力载荷、风载在偏航中心产生的弯矩转化为第一轴承121、第二轴承122的径向载荷,使得第一轴承121只承受径向载荷,而不承受弯矩,在同样的机头形式、相同重量的情况下,本发明实施例的风力发电机即使为超大兆瓦机组,其机舱3也能够满足陆地运输,所说的超大兆瓦机组可以为大于5MW的机组,该机组等级采用单轴承方案是无法实现陆地运输的。
请一并参阅图12及图13,图12示出了本发明另一个实施例的风力发电机组的剖视结构示意图,图13示出了本发明另一个实施例的风力发电机组的局部结构示意图。
本实施例的实施方式与图9所示实施方式基本相同,不同之处在于,本实施例的偏航系统1采用图7所示的偏航系统1,同时,本实施例的偏航驱动部件6包括两个以上伸缩缸,两个以上伸缩缸相互间隔设置,伸缩缸包括缸体601及缸杆602,缸体601及缸杆602的一者与固定环111可转动连接,另一者与转动环112可转动连接,以驱动固定环111及转动环112相对转动,同样能够满足风力发电组的偏航要求。所说的伸缩缸可以为气压缸、液压缸或者电动缸,具体实施时,伸缩缸的数量可以为两个、三个甚至更多个,当为多个时,可以环绕基座11的轴线均匀设置,更好的满足驱动要求。
由此,本发明实施例提供的偏航系统1及风力发电机组,偏航系统1能够满足风力发电机组偏航要求的基础上,能够减小风力发电机组的机舱3尺寸,降低成本且便于运输,同时能够保证风力发电机组的安全及发电量要求,易于推广使用。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述,但在不脱离本发明的范围的情况下,可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是,只要不存在结构冲突,各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例,而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (13)

1.一种偏航系统(1),其特征在于,包括:
偏航回转部件(10),包括基座(11)及轴承组件(12),所述基座(11)包括相互套设且同轴设置的固定环(111)及转动环(112),所述轴承组件(12)连接于所述固定环(111)及所述转动环(112),以使所述转动环(112)能够相对所述固定环(111)转动;
偏航锁定部件(20),在所述基座(11)的径向上与所述转动环(112)间隔设置,所述偏航锁定部件(20)包括相互连接的驱动部(21)及移动部(22);
其中,所述偏航回转部件(10)上具有第一锁定部(123),所述移动部(22)具有所述第一锁定部(123)配合使用的第二锁定部(221),所述驱动部(21)能够驱动所述移动部(22)沿所述径向移动,以使所述第一锁定部(123)及所述第二锁定部(221)相互卡接并锁定所述固定环(111)及所述转动环(112)的相对位置;
所述第一锁定部(123)设置于所述偏航回转部件(10)的所述轴承组件(12)上,所述转动环(112)套设于所述固定环(111)外,所述偏航锁定部件(20)位于所述固定环(111)内,所述固定环(111)上与所述偏航锁定部件(20)相对位置设置有在所述径向上贯穿所述固定环(111)的避让缺口(111f)。
2.根据权利要求1所述的偏航系统(1),其特征在于,所述轴承组件(12)包括在所述基座(11)的轴向上间隔设置的第一轴承(121)及第二轴承(122),所述第一轴承(121)及所述第二轴承(122)均与所述固定环(111)及所述转动环(112)连接。
3.根据权利要求2所述的偏航系统(1),其特征在于,所述固定环(111)在其自身的轴向上包括相对的第一端部(111b)及第二端部(111c),所述转动环(112)在其自身的轴向上包括相对的第三端部(112b)及第四端部(112c),所述第一轴承(121)连接于所述第一端部(111b)及所述第三端部(112b),所述第二轴承(122)连接于所述第二端部(111c)及所述第四端部(112c)。
4.根据权利要求2所述的偏航系统(1),其特征在于,所述转动环(112)上设置有连接部(113),所述连接部(113)位于所述第一轴承(121)与所述第二轴承(122)之间,以用于安装风力发电机组的发电机或叶轮(5)。
5.根据权利要求4所述的偏航系统(1),其特征在于,所述连接部(113)为环形的法兰,且所述连接部(113)的轴线与所述转动环(112)及所述固定环(111)的轴线相交。
6.根据权利要求2所述的偏航系统(1),其特征在于,所述基座(11)整体为锥形环状结构体,所述第一轴承(121)的径向尺寸大于所述第二轴承(122)的径向尺寸。
7.根据权利要求2所述的偏航系统(1),其特征在于,所述轴承组件(12)还包括第三轴承,所述第三轴承连接于所述固定环(111)及所述转动环(112)且位于所述第一轴承(121)与所述第二轴承(122)之间。
8.根据权利要求2至7任意一项所述的偏航系统(1),其特征在于,所述固定环(111)和/或所述转动环(112)上设置有安装部(114),以用于安装风力发电机组的偏航驱动部件。
9.根据权利要求8所述的偏航系统(1),其特征在于,
所述第一锁定部(123)包括设置于所述第一轴承(121)和/或所述第二轴承(122)上的插齿(123a),所述插齿(123a)的数量为两个以上且沿所述基座(11)的周向间隔设置,所述第二锁定部(221)包括设置于所述移动部(22)上与所述插齿(123a)形状相匹配的插槽(221a),所述插槽(221a)的数量为两个以上且沿所述周向间隔设置。
10.根据权利要求8所述的偏航系统(1),其特征在于,
所述第一锁定部(123)包括设置于所述第一轴承(121)和/或所述第二轴承(122)上的凹陷部(123b),所述第二锁定部(221)包括设置于所述移动部(22)上的凸出部(221b),所述凸出部(221b)与所述凹陷部(123b)的形状相匹配。
11.根据权利要求1所述的偏航系统(1),其特征在于,所述偏航锁定部件(20)的数量为两个以上,两个以上所述偏航锁定部件(20)在所述基座(11)的周向和/或轴向上间隔设置。
12.一种风力发电机组,其特征在于,包括:
塔筒(2);
机舱(3),在所述塔筒(2)的轴向与所述塔筒(2)层叠设置;
发电机(4),连接于所述机舱(3);
叶轮(5),连接于所述发电机(4);
如权利要求1至11任意一项所述的偏航系统(1),所述固定环(111)与所述塔筒(2)连接,所述转动环(112)与所述机舱(3)连接;
偏航驱动部件(6),与所述基座(11)连接,能够驱动所述转动环(112)相对所述固定环(111)转动;
其中,所述偏航锁定部件(20)连接于所述固定环(111)或所述塔筒(2)。
13.根据权利要求12所述的风力发电机组,其特征在于,所述基座(11)设置于所述机舱(3)内。
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