CN109268222B - 风力发电机组及其轴承组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轴承组件，由第一轴承、连接轴和第二轴承依次连接组成，所述第一轴承由第一内圈和第一外圈同轴配合组成，所述第一内圈的外壁上沿周向设有第一凸台，所述第一外圈的内壁沿周向对应设有第一凹槽，所述第一凸台嵌合安装在所述第一凹槽内，且在两者之间的间隙内均布置有滚动件。本发明的轴承组件可尽可能的将叶片上承受的不必要的弯矩和轴向力消耗掉，而不会传递给传动轴，避免加大传动轴的负载，因此传动轴的轴长和直径可大大减小，有利于减小占用空间和整机重量。本发明还进一步公开了一种风力发电机组。

Description

风力发电机组及其轴承组件
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种风力发电机组及其轴承组件。
背景技术
风能是一种重要的可再生清洁能源，风能在开发价值和商业化推广中具有广阔的发展前景，利用风能发电的技术方案已经在各国不断的研究发展。作为风力发电的核心设备，风力发电机的品质很大程度上决定了风力发电技术的经济效益。
通常，风力发电机主要包括塔筒、叶片、传动轴及发电机等重要部件，传动轴和发电机安装在位于塔筒顶部的机舱内，叶片安装在机舱的头部，并通过传动轴与发电机连接；作业时，风力驱使叶片转动，通过增速箱对叶片的旋转运动进行增速降扭后传递给发电机，发电机将动能转化为电能并通过电路输出至电网。
在实际工况下，不同空间的风速不同，风力不同，叶片位于不同空间位置的区域所承受的风力不同，悬臂式的安装方式使得叶片还需承受自身重力，这必将导致叶片承受一定的轴向力和弯矩，因此叶片在将旋转扭矩传递给传动轴的同时，还会将轴向力和弯矩一并传递至传动轴，必然增加传动轴的负载，为消除弯矩，传统的传动轴通过加长传递路径，因而传动轴很长，不仅占用空间大，且增加了整机的重量。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种风力发电机组及其轴承组件，代替传统轴长很大的传动轴，以解决其占用空间大、重量大等技术问题之一。
本发明的第一方面，提供了一种轴承组件，由第一轴承、连接轴和第二轴承依次连接组成，所述第一轴承由第一内圈和第一外圈同轴配合组成，所述第一内圈的外壁上沿周向设有第一凸台，所述第一外圈的内壁沿周向对应设有第一凹槽，所述第一凸台嵌合安装在所述第一凹槽内，且在两者之间的间隙内均布置有滚动件。
进一步的，所述第一凸台的顶边及两侧边均与所述第一凹槽配合形成径向截面形状为方形的第一容积槽，每个所述第一容积槽内沿周向均布置有所述滚动件。
进一步的，所述第一凸台的两侧边具有预定倾斜度，并分别和所述第一凹槽配合形成径向截面为锥形的第二容积槽，各所述第二容积槽内沿周向均布置有所述滚动件。
进一步的，各所述第二容积槽在同一径向截面上的两条侧边的延长线相交于第一轴承的轴心。
进一步的，所述滚动件为滚柱。
进一步的，所述第二轴承由第二内圈和第二外圈同轴配合组成，所述第二内圈的外壁上沿周向设有第二凸台，所述第二外圈的内壁上沿周向设有第二凹槽，所述第二凸台嵌合安装在所述第二凹槽内，且所述第二凸台和所述第二凹槽在轴向上预留有预定宽度的间隙。
进一步的，所述第一内圈的外壁上在所述第一凸台的至少一侧沿周向设有限位槽，所述第一外圈的至少一侧壁沿嵌合安装在对应的所述限位槽内，且两者在轴向上预留有预定宽度的间隙。
本发明的第二方面，还提供了一种风力发电机组，包括叶片、塔筒、机舱、传动件及发电机，所述机舱装于所述塔筒的顶部，所述传动件和发电机安装在机舱内，所述叶片安装在机舱头部，所述传动件连接所述叶片和发电机，所述传动件包括上述任一项所述的轴承组件，所述轴承组件的第一内圈与所述叶片连接，所述轴承组件的第一外圈固定安装在所述机舱上。
本发明的轴承组件可尽可能的将叶片上承受的不必要的轴向力和弯矩消耗掉，而不会传递给传动轴，避免加大传动轴的负载，因此传动轴的轴长和直径可大大减小，有利于减小占用空间和整机重量。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例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为本发明轴承组件一种实施例的剖面结构示意图；
图2为本发明轴承组件另一种实施例的剖面结构示意图；
图3为图2中第一轴承的剖面结构示意图。
附图标记说明：1、第一轴承；10、滚动件；11、第一内圈；111、第一凸台；112、限位槽；12、第一外圈；121、第一凹槽；2、连接轴；3、第二轴承；31、第二内圈；311、第二凸台；32、第二外圈；321、第二凹槽。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例一
如图1所示，本实施例的轴承组件，由第一轴承1、连接轴2和第二轴承3依次连接组成，第一轴承1由第一内圈11和第一外圈12同轴配合组成，第一内圈11的外壁上沿周向设有第一凸台111，第一外圈12的内壁沿周向对应设有第一凹槽121，第一凸台111嵌合安装在第一凹槽121内，且在两者之间的间隙内均布置有滚动件10。具体的，第一凸台111的顶边及两侧边均与第一凹槽121配合形成径向截面形状为方形的第一容积槽，每个第一容积槽内沿周向均布置有滚动件10，滚动件10具体采用滚柱。
通过在第一内圈11和第一外圈12之间三个方向的第一容积槽内设置滚柱，使第一轴承1的第一内圈11和第一外圈12在三个方向上均为滚动连接。
以面向图1的方向来看，第一轴承1的左侧为叶片的安装位置，也是叶片安装完成后的正面方向，当风朝向叶片正面吹过来，叶片处于不同空间位置处的风速不同，所受的风力不同，由此叶片正面将承受一定的轴向力和弯矩，当该轴向力和弯矩作用于第一内圈11时，第一内圈11的右侧挤压该侧第一容积槽内的滚柱和第一外圈12，因而轴向力和弯矩通过第一内圈11传递给右侧滚柱，再传递给第一外圈12，通过第一外圈12消耗掉。
同样，叶片在竖直方向的重力也将形成一定的弯矩，当该弯矩作用于第一内圈11时，第一内圈11的上端面在竖直方向上挤压上端面第一容积槽内的滚柱和第一外圈12，因而弯矩通过第一内圈11传递给上端面的滚柱，再传递给第一外圈12，通过第一外圈12消耗掉。
另外，叶片正面承受的不同风力和竖直方向的重力结合产生的旋转力也将形成一定的弯矩，该弯矩则会使第一内圈11的左侧和右侧挤压对应侧的滚柱和第一外圈12，弯矩通过左侧和右侧的滚柱配合传递给第一外圈12，再通过第一外圈12消耗掉。
因此，通过设置上述结构的第一轴承1，尽可能的将不必要的轴向力和弯矩通过滚柱传递给第一外圈完成消耗，而不会传递给传动轴，避免加大传动轴的负载，因此传动轴的轴长和直径可大大减小，有利于减小占用空间和整机重量。
进一步的，由于叶片正面承受的不同风力作用于第一内圈11，会使第一内圈11有一个向右侧的位移，该位移若刚性加载在连接轴2上，必将使得连接轴2受到挤压，长期下来必造成损失影响其使用寿命，因而，为消除该位移对连接轴2造成挤压，本实施例轴承组件对第二轴承3的结构进行了设计。
具体的，第二轴承3由第二内圈31和第二外圈32同轴配合组成，第二内圈31的外壁上沿周向设有第二凸台311，第二外圈32的内壁上沿周向设有第二凹槽321，第二凸台311嵌合安装在第二凹槽321内，且第二凸台311和第二凹槽321在轴向上预留有预定宽度的间隙。
通过预留该预定宽度的间隙，第二内圈31在第二外圈32内有一定的位移余量，因此，当第一内圈11受力向右侧产生一定位移时，第二轴承3同步向右侧移动，因而不会对连接轴2形成挤压，避免对其造成损伤，保障了其使用寿命。
当然，为避免第一轴承1中第一外圈12相对第一内圈11移动的随意性，保证第一内圈11和第二外圈12之间的结构匹配度，本实施例中，第一内圈11的外壁上在第一凸台111的左右两侧沿周向设有限位槽112，第一外圈12的左右两侧壁沿嵌合安装在对应的限位槽112内，且两者在轴向上也预留有预定宽度的间隙。需要说明的是，理论上来讲，限位槽112也可只在第一凸台111左右两侧的任意一侧开设即可，同样可以起到限位的作用，但是左右两侧均开设限位槽112效果更好，限位作用更稳定。
实施例二
在上述实施例一中，第一容积槽的径向截面形状设计为方形，第一凸台111左右两侧第一容积槽内的滚柱在受力滚动的同时，还会被迫产生前后左右的滑动，使滚柱和第一内圈11和第一外圈12之间发生刚性碰撞，对滚柱的磨损非常大，影响滚柱的使用寿命。
为保障滚柱的使用寿命，减少磨损，本实施例二对容积槽的形状进行了优化。
具体的，与实施例一不同的是，本实施例二的区别在于对容积槽的形状进行了改变，通过改变第一凸台111和第一凹槽121的形状，使第一凸台111的两条侧边具有预定倾斜度，并分别和第一凹槽121配合形成径向截面形状为锥形的第二容积槽，结合图3所示，每个第二容积槽在同一径向截面上的两条侧边的延长线相交于第一轴承1的轴心O点，根据速度瞬心原理，滚柱上任意一点均对应只有一个转速，即任意一点的转速υi等于该点的半径ri与第一轴承角速度ω的乘积，υi＝ri×ω，因此第二容积槽内的滚柱仅需受力滚动，而不会被迫发生前后左右的滑动，因而可尽量减少与第一内圈和第一外圈的刚性碰撞，大大减少磨损，保障了其使用寿命。
在上述基础上，本实施例还提供了一种风力发电机组，包括叶片、塔筒、机舱、传动件及发电机，机舱装于塔筒的顶部，传动件和发电机安装在机舱内，叶片安装在机舱头部，传动件连接叶片和发电机，传动件包括上述的轴承组件，其中，轴承组件的第一内圈1与叶片连接，轴承组件的第一外圈2固定安装在机舱上。由于采用了上述的轴承组件，具备其所有优点，此处不再一一赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种轴承组件，由第一轴承(1)、连接轴(2)和第二轴承(3)依次连接组成，其特征在于：所述第一轴承(1)由第一内圈(11)和第一外圈(12)同轴配合组成，所述第一内圈(11)的外壁上沿周向设有第一凸台(111)，所述第一外圈(12)的内壁沿周向对应设有第一凹槽(121)，所述第一凸台(111)嵌合安装在所述第一凹槽(121)内，且在两者之间的间隙内均布置有滚动件(10)；所述第二轴承(3)由第二内圈(31)和第二外圈(32)同轴配合组成，所述第二内圈(31)的外壁上沿周向设有第二凸台(311)，所述第二外圈(32)的内壁上沿周向设有第二凹槽(321)，所述第二凸台(311)嵌合安装在所述第二凹槽(321)内，且所述第二凸台(311)和所述第二凹槽(321)在轴向上预留有预定宽度的间隙。
2.根据权利要求1所述的轴承组件，其特征在于：所述第一凸台(111)的顶边及两侧边均与所述第一凹槽(121)配合形成径向截面为方形的第一容积槽，每个所述第一容积槽内沿周向均布置有所述滚动件(10)。
3.根据权利要求1所述的轴承组件，其特征在于：所述第一凸台(111)的两侧边具有预定倾斜度，并分别和所述第一凹槽(121)配合形成径向截面为锥形的第二容积槽，所述第二容积槽内沿周向均布置有所述滚动件(10)。
4.根据权利要求3所述的轴承组件，其特征在于：各所述第二容积槽在同一径向截面上的两条侧边的延长线相交于第一轴承(1)的轴心。
5.根据权利要求2或4所述的轴承组件，其特征在于：所述滚动件(10)为滚柱。
6.根据权利要求1所述的轴承组件，其特征在于：所述第一内圈(11)的外壁上在所述第一凸台(111)的至少一侧沿周向设有限位槽(112)，所述第一外圈(12)的至少一侧壁沿嵌合安装在对应的所述限位槽(112)内，且两者在轴向上预留有预定宽度的间隙。
7.一种风力发电机组，包括叶片、塔筒、机舱、传动件及发电机，所述机舱装于所述塔筒的顶部，所述传动件和发电机安装在机舱内，所述叶片安装在机舱头部，所述传动件连接所述叶片和发电机，其特征在于，所述传动件包括权利要求1-6任一项所述的轴承组件，所述轴承组件的第一内圈(11)与所述叶片连接，所述轴承组件的第一外圈(12)固定安装在所述机舱上。
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