CN109209755A - 用于风力发电机组的轮毂装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于风力发电机组的轮毂装置，包括：叶片；轮毂，其有腹板；变桨轴承；多个第一紧固件，其与叶根螺栓配合使用以紧固连接叶片和变桨轴承，其中，叶片的叶根螺栓穿过变桨轴承内圈的通孔，并朝向腹板延伸且延伸出变桨轴承内圈的端面，叶根螺栓延伸出变桨轴承内圈的外露长度位于变桨轴承内圈和腹板之间的操作空间内，外露长度便于由液压拉伸器拉伸预紧，也便于由中空扳手预紧，操作空间的第一空间长度大于或等于外露长度与扳手厚度之和，腹板在对应于叶根螺栓的位置设置有沿圆周方向的多个长圆孔，液压拉伸器穿过长圆孔以拉伸预紧叶根螺栓，长圆孔的尺寸适于液压拉伸器每穿过长圆孔一次而能拉伸至少两个叶根螺栓。

Description

用于风力发电机组的轮毂装置

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种用于风力发电机组的轮毂装置。

背景技术

风力发电是新能源领域中技术最成熟、最具规模开发和商业化发展前景的发电方式之一。发展风力发电对于解决能源危机、减轻环境污染、调整能源结构等方面都有着非常重要的意义。当前，风电机组大型化是发展必然趋势。随着风轮直径的不断增大，传统采用液压扳手预紧叶根螺栓力矩的方式已不能满足叶片的设计需求，因而，叶片厂家要求采用液压拉伸器预紧叶根螺栓。然而，目前轮毂均按照采用液压扳手预紧的方式来设计，故不能满足采用液压拉伸器的需求。

轮毂装置是风力发电机组的重要部件之一。通常，轮毂沿圆周均布有三个法兰，这三个法兰通过变桨轴承与叶片连接；另外，轮毂还在机舱主轴侧设置有一个与机舱主轴连接的端面法兰，与该端面法兰配套使用的另一端面法兰与轮毂罩通过支架连接。因叶片上所承受的复杂的静载荷和动载荷直接传递到轮毂，进而传递到整个风力发电机组上，故轮毂的受载情况非常复杂。传统上，轮毂采用等壁厚设计，因而在满足高动应力区强度要求的情况下，其他低应力区的设计余量较大。

现有设计中，轮毂与机舱主轴通常通过双头螺柱连接。为保证轮毂与机舱主轴连接面不产生滑移，选取的螺栓一般规格较大、数量较多。同时，采用该种连接方式，在现场安装风力发电机组时，需要先将轮毂装置水平吊离地面一定距离，然后将双头螺柱一端拧入轮毂上的螺纹孔，当在空中轮毂装置与机舱主轴对接后，再将双头螺柱另一端用螺母拧紧。上述连接轮毂与机舱主轴的吊装工序繁琐且费时。

因此，本领域需要一种新的用于风力发电机组的轮毂装置，其能缓解或消除现有轮毂不能使用叶根螺栓拉伸器、轮毂低应力区设计余量富裕、轮毂与机舱主轴的连接螺栓规格大、轮毂吊装工序繁琐费时等问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明致力于提供一种用于风力发电机组的轮毂装置，其可通过在轮毂腹板上设置长圆孔、以及在变桨轴承内圈和轮毂腹板之间提供操作空间，可满足叶根螺栓拉伸器的使用要求。进而，本发明还通过设置轮毂及其腹板为变壁厚结构，可解决轮毂的低应力区设计余量富裕的问题。而且，本发明还通过将轮毂与机舱主轴的连接面涂漆以增加摩擦系数，可减小连接螺栓规格或减少螺栓数量。此外，本发明还将机舱主轴与轮毂用六角头螺栓连接，可减少现场吊装工序和作业时间。

为此，本发明公开了一种用于风力发电机组的轮毂装置，其包括：

叶片，其在根部处均布有多个叶根螺栓；

轮毂，其在用于连接所述叶片的端部附近设置有腹板，所述腹板面向所述叶片并与所述叶根螺栓间隔开一段距离；

用于连接所述叶片和所述轮毂的变桨轴承，其具有彼此连接的变桨轴承内圈和变桨轴承外圈，其中，所述变桨轴承内圈与所述叶片连接，并设置有用于连接所述叶根螺栓的多个通孔，所述变桨轴承外圈连接到所述轮毂；

多个第一紧固件，其与所述叶根螺栓配合使用以紧固连接所述叶片和所述变桨轴承，

其中，

所述叶片的叶根螺栓穿过所述变桨轴承内圈的通孔，并朝向所述轮毂的腹板延伸且延伸出所述变桨轴承内圈但不接近所述腹板，所述叶根螺栓延伸出所述变桨轴承内圈的外露长度位于所述变桨轴承内圈的面向所述腹板的端面和所述轮毂的腹板之间的操作空间内，

所述叶根螺栓的所述外露长度便于由液压拉伸器拉伸预紧所述叶根螺栓，也便于由中空扳手预紧所述叶根螺栓，所述中空扳手具有沿所述叶根螺栓轴向的扳手厚度，

所述操作空间具有沿所述叶根螺栓轴向的第一空间长度，所述第一空间长度大于或等于所述外露长度与所述扳手厚度之和，

所述轮毂的腹板在对应于所述叶根螺栓的位置设置有沿圆周方向的多个长圆孔，所述液压拉伸器穿过所述长圆孔以拉伸预紧所述叶根螺栓，所述长圆孔的尺寸适于所述液压拉伸器每穿过所述长圆孔一次而能拉伸至少两个所述叶根螺栓。

特别地，本发明确保将每个叶片的整圈叶根螺栓拉伸一次，变桨次数不超过五次。

在一示例中，所述长圆孔可包括远离所述腹板的圆心O2的外圆弧、接近所述圆心O2的内圆弧、以及分别位于长圆孔两端的两个半圆弧，其中，两个所述半圆弧的半径R3、及所述外圆弧的半径R4和所述内圆弧的半径R5的尺寸按选取的液压拉伸器的外径d确定。

在一示例中，所述外圆弧的半径R4＝D/2+d/2+铸造公差，

所述内圆弧的半径R5＝D/2-d/2-铸造公差，

所述半圆弧的半径R3＝(R4-R5)/2，

其中，D是所述叶根螺栓的螺栓节圆的直径，d是所述液压拉伸器的外径。

在一示例中，两个所述半圆弧的圆心相对于所述圆心O2所夹的角度β可按所述叶片的叶根螺栓之间的间距确定，以确保所述液压拉伸器每穿过所述长圆孔一次而能拉伸至少两个所述叶根螺栓。

在一示例中，两个相邻所述长圆孔之间的角度间距γ可按角度β的倍数确定，所述倍数一般可与所述液压拉伸器每穿过所述长圆孔一次而能拉伸的所述叶根螺栓的数量一致。

在一示例中，所述轮毂可采用铸件结构型式，所述轮毂的整个壳体可为具有变壁厚结构的空心球体形状，并具有轮毂中心O1，

并且，所述壳体可与用于风力发电机组的机舱主轴连接，所述机舱主轴可具有通过所述轮毂中心O1并沿所述机舱主轴轴向延伸的传动轴线，

其中，所述壳体可具有外壁和内壁，所述外壁可由两个具有不同半径R1、R2的第一圆弧和第二圆弧分别绕传动轴线旋转360°而形成，所述内壁可为具有半径S1的球体形状。

在一示例中，所述外壁的第一圆弧和第二圆弧相切于切点Q，所述切点Q与所述轮毂中心O1的连线O1Q与轮毂中心线可形成夹角α，所述夹角α可介于5°～25°范围内，其中，所述轮毂中心线通过轮毂中心O1且垂直于所述传动轴线；

具有半径R1的所述第一圆弧与所述内壁的圆心均可位于所述轮毂中心O1；

所述第一圆弧的半径尺寸比所述第二圆弧的大至少50mm。

在一示例中，具有半径R2的所述第二圆弧的圆心可位于所述轮毂中心O1。

在一示例中，所述轮毂的腹板可采用变壁厚设计，

其中，所述腹板可具有面向所述叶片的上表面U和背向所述叶片的下表面，所述下表面包括接近机舱主轴一侧的主轴侧下表面E和远离机舱主轴一侧的非主轴侧下表面F，

所述轮毂可具有用于安装所述变桨轴承的变桨轴承安装面M，

其中，所述腹板的上表面U可与所述变桨轴承安装面M平行，

所述腹板的主轴侧下表面E可与所述传动轴线平行，所述腹板的非主轴侧下表面F可与所述变桨轴承安装面M平行，其中，所述腹板的主轴侧下表面E和非主轴侧下表面F在连接处圆滑过渡。

在一示例中，所述主轴侧下表面E和所述非主轴侧下表面F在连接处圆弧过渡，且所述连接处可具有半径R6为至少1000mm的圆角。

在一示例中，所述轮毂装置还可包括用于连接所述轮毂和所述机舱主轴的第二紧固件，其中，所述第二紧固件可包括六角头螺栓、螺母以及垫圈。

在一示例中，所述用于风力发电机组的轮毂装置还可包括在所述轮毂与所述机舱主轴之间的第一连接面上、以及所述轮毂与所述垫圈之间的第二连接面上涂覆的涂层，所述涂层能增大所述第一连接面和所述第二连接面之间的摩擦系数。

在一示例中，所述涂层可为无机硅酸锌底漆，干膜厚度介于70±20μm范围内。

在一示例中，所述轮毂装置还可包括位于所述轮毂与所述机舱主轴之间的用于防雷接地的防雷系统，所述防雷系统包括位于所述轮毂的接近所述机舱主轴的主轴侧端面上设置的第一接地螺栓孔、位于所述机舱主轴的接近所述轮毂的端面上的第二接地螺栓孔、以及用于连接所述第一接地螺栓孔和所述第二接地螺栓孔的防雷导线。

与现有技术比较，根据本发明实施方式的用于风力发电机组的轮毂装置可获得如下

有益效果：

本发明根据叶片拉伸器的使用要求，在变桨轴承内圈和轮毂腹板之间提供操作空间，可确保叶片拉伸器和中空扳手的使用空间，而且，在腹板上设置长圆孔的设计可确保叶片拉伸器每穿过长圆孔一次而能拉伸至少两个叶根螺栓，且将每个叶片的整圈叶根螺栓拉伸一次，变桨次数不超过五次，使得现场施工方便；

本发明的轮毂及其腹板采用变壁厚等寿命设计，可显著减小风力发电机组的重量；

本发明在轮毂与机舱主轴之间的连接面涂漆，以增加摩擦系数，可减小连接螺栓规格或减少螺栓数量，节约成本；以及

本发明的机舱主轴与轮毂采用六角头螺栓连接，可减少现场吊装工序和作业时间。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施方式的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示意性示出根据本发明一实施方式的用于风力发电机组的轮毂装置的主视剖视图；

图2是图1中的部分I的局部放大图，其中该图还添加了位于预备位置的中空扳手；

图3是图1中的部分I的局部放大图，其中该图还添加了位于预紧位置的中空扳手；

图4是图1中的部分I的局部放大图，其中该图还添加了位于预紧位置的液压拉伸器；

图5是沿图1中的用于风力发电机组的轮毂装置的线A-A截取的剖视图；

图6示出图1中的轮毂与机舱主轴的局部结构示意图；

图7是沿图1中的用于风力发电机组的轮毂装置的线B-B截取的剖视图；以及

图8是图7中的部分II的局部放大图。

附图元件说明

100：轮毂装置；110：叶片；111：叶根螺栓；112：连接螺母；

120：变桨轴承；121：变桨轴承内圈；122：变桨轴承外圈；123：通孔；

130：轮毂；131：腹板；132：长圆孔；133：壳体；134：外壁；135：内壁；136：传动轴线；137：轮毂中心线；138：第一连接面；139：第二连接面；

140：第一紧固件；150：第二紧固件；151：六角头螺栓；152：垫圈；153：螺母；

160：防雷导线；161：凸台；162：第一接地螺栓孔；163：第二接地螺栓孔；

170：中空扳手；180：液压拉伸器；190：机舱主轴；

D：螺栓节圆的直径；E：主轴侧下表面；F：非主轴侧下表面；K：操作空间；L1：第一空间长度；L3：外露长度；L4：扳手厚度；M：变桨轴承安装面；O1：轮毂中心；O2：圆心；Q：切点；R3：半圆弧的半径；R4：外圆弧的半径；R5：内圆弧的半径；R6：圆角半径；d：液压拉伸器的外径；α：夹角；β：角度；γ：角度间距。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的技术方案。

参见图1，根据本发明实施方式提供一种用于风力发电机组的轮毂装置100，其包括：

叶片110，其在根部处均布有多个叶根螺栓111；

轮毂130，其在用于连接叶片110的端部附近设置有腹板131，腹板131面向叶片110并与叶根螺栓111间隔开一段距离；

用于连接叶片110和轮毂130的变桨轴承120，其具有彼此连接的变桨轴承内圈121和变桨轴承外圈122，其中，变桨轴承内圈121与叶片110连接，并设置有用于连接叶根螺栓111的多个通孔123，变桨轴承外圈122连接到轮毂130；

多个第一紧固件140，其与叶根螺栓111配合使用以紧固连接叶片110和变桨轴承120，

其中，

叶片110的叶根螺栓111穿过变桨轴承内圈121的通孔123，并朝向轮毂130的腹板131延伸且延伸出变桨轴承内圈121但不接近腹板131，叶根螺栓111的延伸出变桨轴承内圈121的外露长度L3位于变桨轴承内圈121的面向腹板131的端面和轮毂130的腹板131之间的操作空间K内，

叶根螺栓111的外露长度L3便于由液压拉伸器180拉伸预紧叶根螺栓111，也便于由中空扳手170预紧叶根螺栓111，中空扳手170具有沿叶根螺栓111轴向的扳手厚度L4，

操作空间K具有沿叶根螺栓111轴向的第一空间长度L1，第一空间长度L1大于或等于外露长度L3与扳手厚度L4之和，

轮毂130的腹板131在对应于叶根螺栓111的位置设置有沿圆周方向的多个长圆孔132，液压拉伸器180穿过长圆孔132以拉伸预紧叶根螺栓111，长圆孔132的尺寸适于液压拉伸器180每穿过长圆孔132一次而能拉伸至少两个叶根螺栓111。

参见图1和5，同心设置的变桨轴承内圈121和变桨轴承外圈122可分别沿周向均布有多个孔。变桨轴承外圈122的多个孔可用于插入连接变桨轴承外圈122和轮毂130的连接装置。变桨轴承内圈121的多个通孔123可用于插入连接叶片110和变桨轴承内圈121的叶根螺栓111。

在此，可将变桨轴承内圈121的所有通孔123的圆心连接而成的圆，也即叶片110的所有叶根螺栓111的所有轴线连接而成的圆，称作螺栓节圆。在图5中，上述螺栓节圆是指直径D所表示的圆，以实线标示出。

如图2至5所示，叶片110可适于由液压拉伸器180预紧叶根螺栓111。并且，参见图4，叶根螺栓111的外露长度L3可设计为满足液压拉伸器180对拉伸对象的拉伸长度要求等操作要求。

参见图2和3，变桨轴承内圈121的面向腹板131的端面和轮毂130的腹板131之间的操作空间K，可满足叶根螺栓111的外露长度L3的要求，同时可放入中空扳手170。在操作空间K内，操作人员可操作中空扳手170以初步预紧叶根螺栓111。

因此，操作空间K的第一空间长度L1≥外露长度L3+扳手厚度L4，其中，外露长度L3为叶根螺栓111的朝向轮毂130的腹板131延伸出变桨轴承内圈121的外露长度，扳手厚度L4为中空扳手170的沿叶根螺栓111轴向的扳手厚度。

参见图2至4，叶根螺栓111的轴向与叶根螺栓111的延伸方向相同。

在一示例中，第一紧固件140可包括与叶根螺栓111配合使用的连接螺母112。另外，第一紧固件140还可包括垫片等。

参见图4和5，轮毂130的腹板131可在对应于叶根螺栓111的位置设置有沿圆周方向的长圆孔132。长圆孔132的尺寸可足够大，使得每个长圆孔132可与至少两个叶根螺栓111的位置对应，例如2～5个叶根螺栓111，典型为3个或4个。图5例示出每个长圆孔132与3个叶根螺栓111的位置对应。

参见图4，操作人员可从腹板131下方，自下而上将液压拉伸器180穿过长圆孔132，以拉伸预紧叶根螺栓111。

参见图5，轮毂130的腹板131的圆心可标示为O2，可将长圆孔132的远离圆心O2的侧边称作长圆孔132的外圆弧，其半径以R4表示，并且，可将长圆孔132的接近圆心O2的侧边称作长圆孔132的内圆弧，其半径以R5表示。进一步地，分别位于长圆孔132两端的两个半圆弧的半径可称作R3，且R3＝(R4-R5)/2。因此，长圆孔132的外圆弧与内圆弧的半径之差(R4-R5)，或长圆孔132两端半圆弧的直径，可略大于液压拉伸器180的外径d，以便于液压拉伸器180穿过长圆孔132预紧叶根螺栓111。

因此，长圆孔132两端半圆弧的半径R3、及每个长圆孔132的外圆弧半径R4和内圆弧半径R5的尺寸可按选取的液压拉伸器180的外径d确定。

参见图5，每个长圆孔132两端半圆弧的圆心也是通孔123所在的位置。因此，所有长圆孔132的两端半圆弧的圆心连接而成的圆，与叶根螺栓111的螺栓节圆具有相同的直径D或半径。

上述两个半圆弧的圆心相对于圆心O2所夹的角度β可按叶片110的叶根螺栓111之间的间距确定，两个半圆弧的圆心分别对应一个叶根螺栓111，以确保液压拉伸器180每穿过长圆孔132一次而能拉伸至少两个叶根螺栓111。例如，如果每个长圆孔132对应两个叶根螺栓111，即两个半圆弧的圆心分别对应一个叶根螺栓111，则角度β可按叶片110的上述两个叶根螺栓111之间的间距确定，这时，液压拉伸器180每穿过长圆孔132一次可拉伸两个叶根螺栓111。又例如，如图5所示，如果每个长圆孔132对应三个叶根螺栓111，即两个半圆弧的圆心分别对应一个叶根螺栓111且在上述两个叶根螺栓111之间还存在一个叶根螺栓111，则角度β可按叶片110的对应于上述两个半圆弧圆心的两个叶根螺栓111之间的间距确定，这时，液压拉伸器180每穿过长圆孔132一次可拉伸三个叶根螺栓111。

参见图5，相邻长圆孔132之间的间距可用角度表示，称作角度间距γ。角度间距γ可按所述角度β的倍数确定，上述倍数一般可与液压拉伸器180每穿过长圆孔132一次而能拉伸的叶根螺栓111的数量一致。例如，在图5示例中，液压拉伸器180每穿过长圆孔132一次而可拉伸3个叶根螺栓111，因此，两个相邻长圆孔132之间的角度间距γ可根据角度β的3倍来确定。

在此强调，本发明确保将每个叶片110的整圈叶根螺栓111拉伸一次，变桨次数不超过五次。

大兆瓦机组的叶根螺栓规格随叶片长度的加长不断加大。目前，常用的叶根螺栓规格可例如为M36、M39、M42、M48。以下结合图2至4，以叶根螺栓M36为例进行说明。

如本领域技术人员可清楚的，叶根螺栓M36是指公称直径为36mm的叶根螺栓。在一示例中，参见图5，可采用72个叶根螺栓M36，其中各叶根螺栓M36与变桨轴承内圈121的通孔123对应，在图5中用编号1～72标示；螺栓节圆的直径D可设计为2300mm；连接螺母112可选取GB/T 6170；选用的液压拉伸器180要求螺杆的突出长度为75～93mm，液压拉伸器180的外径d可为Ф90mm。

进一步地，参见图2和3，根据液压拉伸器180要求的螺杆突出长度75～93mm，可设计叶根螺栓M36的外露长度L3为75mm。并且，中空扳手170的扳手厚度L4一般可为60mm。

因此，根据变桨轴承内圈121的面向腹板131的端面和轮毂130的腹板131之间的操作空间K的第一空间长度L1≥外露长度L3+扳手厚度L4，

在该示例中，外露长度L3+扳手厚度L4＝75mm+60mm＝135mm，故第一空间长度L1为至少135mm。

并且，参见图5，

R4＝D/2+d/2+铸造公差＝2300/2+90/2+10＝1205mm；

R5＝D/2-d/2-铸造公差＝2300/2-90/2-10＝1095mm；

按照叶根螺栓111每穿过长圆孔132一次而可拉伸三个叶根螺栓111来计算，

β＝(360°/72个)×2＝10°；

长圆孔132之间的角度间距γ＝30°，其中γ＝3×β；

每个叶片110需变桨三次可完成对一整圈叶根螺栓111的一次拉伸。

在操作人员用叶根螺栓111连接叶片110与变桨轴承内圈121时，首先利用中空扳手170初步预紧叶根螺栓111。详细地，将轮毂装置100放置到地面上，用吊机将叶片110悬吊到合适位置，参见图2，可将中空扳手170放置进在变桨轴承内圈121端面和轮毂130的腹板131之间的操作空间K内，如图2所示，中空扳手170位于叶根螺栓111末端与腹板131之间，然后将中空扳手170从叶根螺栓111的下端旋拧到连接螺母112上，如图3所示，中空扳手170位于连接螺母112上，接着用与所需预紧力的40％-50％对应的力矩旋拧中空扳手170以初步预紧整圈连接螺母112。接下来，吊机松钩，将叶片110初步安装到轮毂装置100，卸下中空扳手170。接下来，参见图4，将液压拉伸器180从下到上穿过轮毂100腹板131的沿圆周方向的长圆孔132，分别用与所需预紧力的70％和100％对应的力矩，分多次变桨预紧叶根螺栓111，直至连接螺母112牢固锁定叶根螺栓111为止。

从上述可清楚，本发明通过采用长圆孔方案和操作空间设计，可满足利用液压拉伸器拉伸预紧叶根螺栓的使用要求，其中，采用中空扳手首先初步预紧，然后吊机松钩，再利用液压拉伸器拉伸预紧叶根螺栓，方便现场施工。

在一示例中，如图1、5、6所示，轮毂130可采用铸件结构型式，整个壳体133可为具有变壁厚结构的空心球体形状，并具有轮毂中心O1。如图1和6所示，壳体133可与用于风力发电机组的机舱主轴190连接，机舱主轴190可具有通过轮毂中心O1的传动轴线136，且传动轴线136沿机舱主轴190的轴向延伸。

参见图1，壳体133可具有外壁134和内壁135，其中，外壁134可由两个具有不同半径R1、R2的第一圆弧和第二圆弧分别绕传动轴线136旋转360°而形成，内壁135可为具有半径S1的球体形状。外壁134和内壁135可具有通过轮毂中心O1的垂直于传动轴线136的轮毂中心线137。

更详细地，参见图1，外壁134的第一圆弧和第二圆弧相切，切点以Q标示。切点Q与轮毂中心O1的连线O1Q可与轮毂中心线137形成夹角α，夹角α可介于5°～25°范围内。外壁134的第一圆弧具有半径R1，第一圆弧可与内壁135同心，其圆心均位于轮毂中心O1。第一圆弧的半径R1可比第二圆弧的半径R2大至少50mm，即R1-R2≥50mm。

在一示例中，外壁134的第二圆弧具有半径R2，其圆心也可位于轮毂中心O1。

进一步地，在一示例中，轮毂130的腹板131可采用变壁厚设计。参见图6，腹板131可具有面向叶片110的上表面U和背向叶片110的下表面，上述下表面可包括两部分，即接近机舱主轴190一侧的主轴侧下表面E和远离机舱主轴190一侧的非主轴侧下表面F。另外，标号M表示轮毂130的用于安装变桨轴承120的变桨轴承安装面。如图6所示，腹板131的上表面U可与变桨轴承安装面M平行；腹板131的主轴侧下表面E可与传动轴线136平行，腹板131的非主轴侧下表面F可与变桨轴承安装面M平行，其中，腹板131的下表面的两部分，即主轴侧下表面E和非主轴侧下表面F，在连接处圆滑过渡。特别地，主轴侧下表面E和非主轴侧下表面F在连接处圆弧过渡。例如，上述连接处可具有半径为R6的圆角，R6≥1000mm。

通常，轮毂的主轴侧一般为高动应力区，比非主轴侧受载明显严重，因此，本发明通过上述壳体和轮毂腹板的变壁厚等寿命设计，例如，使得轮毂的主轴侧高动应力区具有较大壁厚，而非主轴侧具有较小壁厚，以满足设计寿命要求。

在一示例中，参见图1和6，轮毂装置100还可包括用于连接轮毂130和机舱主轴190的第二紧固件150，其中，第二紧固件150可包括配套使用的六角头螺栓151、螺母153以及垫圈152。安装时，在将轮毂装置100与机舱主轴190空中对接后，可连接第二紧固件150。具体地，在将轮毂装置100与机舱主轴190空中对接后，可将六角头螺栓151从轮毂130一侧插入并连接机舱主轴190，然后在主轴侧预紧螺母153。

图1和6还示出轮毂130与机舱主轴190之间的第一连接面138、以及轮毂130与垫圈152之间的第二连接面139。在一示例中，轮毂装置100还可包括在轮毂130与机舱主轴190之间的第一连接面138上、以及轮毂130与垫圈152之间的第二连接面139上涂覆的涂层，所述涂层可增大第一连接面138和第二连接面139之间的摩擦系数。例如，可以在第一连接面138和第二连接面139上涂覆无机硅酸锌底漆，干膜厚度可介于70±20μm范围内，涂装后第一连接面138和第二连接面139的摩擦系数可大于0.4。

在一示例中，如图1、7、8所示，轮毂装置100还可包括位于轮毂130与机舱主轴190之间的用于防雷接地的防雷系统，上述防雷系统可包括位于轮毂130的接近机舱主轴190的主轴侧端面上设置的第一接地螺栓孔162、位于机舱主轴190的接近轮毂130的端面上的第二接地螺栓孔163、以及用于连接第一接地螺栓孔162和第二接地螺栓孔163的防雷导线160。轮毂装置100可通过上述防雷系统实现防雷接地。在一示例中，上述防雷系统可包括位于轮毂130的接近机舱主轴190的主轴侧端面上设置的凸台161，第一接地螺栓孔162设置在凸台161上。

在一示例中，如图7所示，在轮毂130的接近机舱主轴190的主轴侧端面上设置的凸台161上，可设置六个沿圆周方向均匀分布的第一接地螺栓孔162。进一步地，凸台161的表面可进行镀锌处理，以防腐蚀。相应地，在机舱主轴190的接近轮毂130的端面上，可设置六个沿圆周方向均匀分布的第二接地螺栓孔163，以与轮毂130的凸台161上的第一接地螺栓孔162位置对应。相似地，第二接地螺栓孔163的表面也可进行镀锌处理，以防腐蚀。在一示例中，可对第一接地螺栓孔162和第二接地螺栓孔163的周围30mm直径的环形区域进行镀锌处理，上述环形区域可称为镀锌区域。

对比而言，在现有技术中，轮毂与机舱主轴之间的连接面为加工面，轮毂与机舱主轴直接接触可易于导电，且上述连接面的摩擦系数为0.1～0.16；虽然一般连接螺栓的极限强度可满足使用要求，但为确保上述连接面不发生滑移，往往需选取较大的螺栓规格或加大螺栓数量。而在本发明中，轮毂与机舱主轴之间的连接面可采用涂层或涂漆来增大摩擦系数，既可减小连接螺栓的规格或减少螺栓数量，也可增加防雷导线用来导电，从而节约成本。

另一方面，在现有技术中，轮毂与机舱主轴通过双头螺柱连接；在风机现场安装时，需要先将轮毂装置水平吊离地面一定距离，然后将双头螺柱一端拧入轮毂上的螺纹孔，待轮毂装置与机舱主轴在空中对接后，再将双头螺柱另一端用螺母拧紧，工序繁琐且费时。而本发明中采用六角头螺栓连接，省去在地面将双头螺柱一端拧入轮毂螺纹孔的时间，减少现场吊装工艺和作业时间。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。

最后应说明的是：以上实施方式仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的精神和范围。

Claims (13)

1.一种用于风力发电机组的轮毂装置(100)，包括：

叶片(110)，其在根部处均布有多个叶根螺栓(111)；

轮毂(130)，其在用于连接所述叶片(110)的端部附近设置有腹板(131)，所述腹板(131)面向所述叶片(110)并与所述叶根螺栓(111)间隔开一段距离；

用于连接所述叶片(110)和所述轮毂(130)的变桨轴承(120)，其具有彼此连接的变桨轴承内圈(121)和变桨轴承外圈(122)，其中，所述变桨轴承内圈(121)与所述叶片(110)连接，并设置有用于连接所述叶根螺栓(111)的多个通孔(123)，所述变桨轴承外圈(122)连接到所述轮毂(130)；

多个第一紧固件(140)，其与所述叶根螺栓(111)配合使用以紧固连接所述叶片(110)和所述变桨轴承(120)，

其特征在于，

所述叶片(110)的叶根螺栓(111)穿过所述变桨轴承内圈(121)的通孔(123)，并朝向所述轮毂(130)的腹板(131)延伸且延伸出所述变桨轴承内圈(121)但不接近所述腹板(131)，所述叶根螺栓(111)延伸出所述变桨轴承内圈(121)的外露长度(L3)位于所述变桨轴承内圈(121)的面向所述腹板(131)的端面和所述轮毂(130)的腹板(131)之间的操作空间(K)内，

所述叶根螺栓(111)的所述外露长度(L3)便于由液压拉伸器(180)拉伸预紧所述叶根螺栓(111)，也便于由中空扳手(170)预紧所述叶根螺栓(111)，所述中空扳手(170)具有沿所述叶根螺栓(111)轴向的扳手厚度(L4)，

所述操作空间(K)具有沿所述叶根螺栓(111)轴向的第一空间长度(L1)，所述第一空间长度(L1)大于或等于所述外露长度(L3)与所述扳手厚度(L4)之和，

所述轮毂(130)的腹板(131)在对应于所述叶根螺栓(111)的位置设置有沿圆周方向的多个长圆孔(132)，所述液压拉伸器(180)穿过所述长圆孔(132)以拉伸预紧所述叶根螺栓(111)，所述长圆孔(132)的尺寸适于所述液压拉伸器(180)每穿过所述长圆孔(132)一次而能拉伸至少两个所述叶根螺栓(111)。

2.如权利要求1所述的用于风力发电机组的轮毂装置(100)，其特征在于，所述长圆孔(132)包括远离所述腹板(131)的圆心O2的外圆弧、接近所述圆心O2的内圆弧、以及分别位于长圆孔(132)两端的两个半圆弧，其中，两个所述半圆弧的半径R3、及所述外圆弧的半径R4和所述内圆弧的半径R5的尺寸按选取的液压拉伸器(180)的外径d确定。

3.如权利要求2所述的用于风力发电机组的轮毂装置(100)，其特征在于，

所述外圆弧的半径R4＝D/2+d/2+铸造公差，

所述内圆弧的半径R5＝D/2-d/2-铸造公差，

所述半圆弧的半径R3＝(R4-R5)/2，

其中，D是所述叶根螺栓(111)的螺栓节圆的直径，d是所述液压拉伸器(180)的外径。

4.如权利要求2所述的用于风力发电机组的轮毂装置(100)，其特征在于，两个所述半圆弧的圆心相对于所述圆心O2所夹的角度β按所述叶片(110)的叶根螺栓(111)之间的间距确定，以确保所述液压拉伸器(180)每穿过所述长圆孔(132)一次而能拉伸至少两个所述叶根螺栓(111)。

5.如权利要求4所述的用于风力发电机组的轮毂装置(100)，其特征在于，两个相邻所述长圆孔(132)之间的角度间距γ按所述角度β的倍数确定，所述倍数与所述液压拉伸器(180)每穿过所述长圆孔(132)一次而能拉伸的所述叶根螺栓(111)的数量一致。

6.如权利要求1所述的用于风力发电机组的轮毂装置(100)，其特征在于，

所述轮毂(130)采用铸件结构型式，所述轮毂(130)的整个壳体(133)为具有变壁厚结构的空心球体形状，并具有轮毂中心O1，

并且，所述壳体(133)与用于风力发电机组的机舱主轴(190)连接，所述机舱主轴(190)具有通过所述轮毂中心O1并沿所述机舱主轴(190)轴向延伸的传动轴线(136)，

其中，所述壳体(133)具有外壁(134)和内壁(135)，所述外壁(134)由两个具有不同半径R1、R2的第一圆弧和第二圆弧分别绕传动轴线(136)旋转360°而形成，所述内壁(135)为具有半径S1的球体形状。

7.如权利要求6所述的用于风力发电机组的轮毂装置(100)，其特征在于，

所述外壁(134)的第一圆弧和第二圆弧相切于切点Q，所述切点Q与所述轮毂中心O1的连线O1Q与轮毂中心线(137)形成夹角α，所述夹角α介于5°～25°范围内，其中，所述轮毂中心线(137)通过轮毂中心O1且垂直于所述传动轴线(136)；

具有半径R1的所述第一圆弧与所述内壁(135)的圆心均位于所述轮毂中心O1；

所述第一圆弧的半径比所述第二圆弧的大至少50mm。

8.如权利要求6所述的用于风力发电机组的轮毂装置(100)，其特征在于，

所述轮毂(130)的腹板(131)采用变壁厚设计，

其中，所述腹板(131)具有面向所述叶片(110)的上表面U和背向所述叶片(110)的下表面，所述下表面包括接近机舱主轴(190)一侧的主轴侧下表面E和远离机舱主轴(190)一侧的非主轴侧下表面F，

所述轮毂(130)具有用于安装所述变桨轴承(120)的变桨轴承安装面M，

其中，所述腹板(131)的上表面U与所述变桨轴承安装面M平行，

所述腹板(131)的主轴侧下表面E与所述传动轴线(136)平行，所述腹板(131)的非主轴侧下表面F与所述变桨轴承安装面M平行，其中，所述腹板(131)的主轴侧下表面E和非主轴侧下表面F在连接处圆滑过渡。

9.如权利要求8所述的用于风力发电机组的轮毂装置(100)，其特征在于，所述主轴侧下表面E和所述非主轴侧下表面F在连接处圆弧过渡，且所述连接处具有半径R6为至少1000mm的圆角。

10.如权利要求6所述的用于风力发电机组的轮毂装置(100)，其特征在于，还包括用于连接所述轮毂(130)和所述机舱主轴(190)的第二紧固件(150)，其中，所述第二紧固件(150)包括六角头螺栓(151)、螺母(153)以及(152)垫圈。

11.如权利要求10所述的用于风力发电机组的轮毂装置(100)，其特征在于，还包括在所述轮毂(130)与所述机舱主轴(190)之间的第一连接面(138)上、以及所述轮毂(130)与所述垫圈(152)之间的第二连接面(139)上涂覆的涂层，所述涂层能增大所述第一连接面(138)和所述第二连接面(139)之间的摩擦系数。

12.如权利要求11所述的用于风力发电机组的轮毂装置(100)，其特征在于，所述涂层为无机硅酸锌底漆，干膜厚度介于70±20μm范围内。

13.如权利要求6所述的用于风力发电机组的轮毂装置(100)，其特征在于，还包括位于所述轮毂(130)与所述机舱主轴(190)之间的用于防雷接地的防雷系统，所述防雷系统包括位于所述轮毂(130)的接近所述机舱主轴(190)的主轴侧端面上设置的第一接地螺栓孔(162)、位于所述机舱主轴(190)的接近所述轮毂(130)的端面上的第二接地螺栓孔(163)、以及用于连接所述第一接地螺栓孔(162)和所述第二接地螺栓孔(163)的防雷导线(160)。