CN112943555B - 一种用于风力发电机组的轴系结构及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

一种用于风力发电机组的轴系结构及风力发电机组，轴系结构设置在风力发电机组的机舱内，一端连接风轮，另一端连接齿轮箱或发电机，所述轴系结构包含：主轴，固定设置在所述主轴上的至少一个止推法兰，套设在所述主轴上的至少一个滑动轴承组件和至少一个滑动轴承轴向止推结构，所述滑动轴承组件与所述主轴形成径向滑动配合面，所述滑动轴承轴向止推结构与所述止推法兰形成轴向止推滑动配合面。本发明解决了传统两点滚动轴承支撑形式中浮动端轴承承受额外轴向摩擦力的问题，大大降低了轴承的运行故障，提升了轴承运行的可靠性，同时滑动轴承的承载能力强，维护更换便捷，保证了风力发电机组安全、高效运行，进而保证其发电效益。

Description

一种用于风力发电机组的轴系结构及风力发电机组

技术领域

本发明涉及一种用于风力发电机组的轴系结构及风力发电机组。

背景技术

作为用于传动的部件，轴承是风力发电机组的重要组成部件，支撑该风力发电机组主轴的滚动轴承则是保证风力发电机主轴稳定安全工作的核心。目前，固定端/浮动端滚动轴承支撑的两点支撑形式是最典型的。如图1所示，滚动轴承被安装在两个独立的或一个共同的轴承座内，其中风轮侧的前轴承作为浮动端承受主要的径向载荷，齿轮箱或发电机侧的固定端轴承承受所有轴向载荷和部分径向载荷。从轴承外圈的轴向固定形式上讲，浮动端轴承外圈轴向两侧需预留足够的浮动空间，固定端轴承外圈轴向两侧完全固定。

对于上述传统两点支撑形式的浮动端是依靠轴承外圈与轴承座孔之间的相对轴向运动来实现其浮动功能。这种轴承外圈和轴承座之间的相对轴向运动，由于摩擦力的作用使得本不该承受轴向力的浮动端轴承承受了额外的轴向摩擦力。而且外圈与轴承座之间长时间的往复的轴向相对运动会使两者中相对较软的部件发生磨损。这种磨损一方面增加摩擦阻力，阻止其浮动功能，另一方面磨损颗粒会污染油脂，造成轴承润滑不良。

对风力发电机组的各项研究表明，风力发电机组主要故障集中在主轴轴承、齿轮箱、发电机等。而主轴轴承故障所造成的风力发电机组破坏性损失较大，严重影响了风力发电机组的运行可靠性。对于上述传统两点支撑形式所采用的滚动轴承，一旦轴承发生故障必须拆卸整个传动系统进行维修或更换，而对于户外大型的风力发电机组拆卸传动系统则需要大型起吊设备进场，维护、维修成本极其昂贵。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于风力发电机组的轴系结构及风力发电机组，解决了传统两点滚动轴承支撑形式中浮动端轴承承受额外轴向摩擦力的问题，大大降低了轴承的运行故障，提升了轴承运行的可靠性，同时滑动轴承的承载能力强，维护更换便捷，保证了风力发电机组安全、高效运行，进而保证其发电效益。

为了达到上述目的，本发明提供一种用于风力发电机组的轴系结构，其设置在风力发电机组的机舱内，一端连接风轮，另一端连接齿轮箱或发电机，所述轴系结构包含：主轴，固定设置在所述主轴上的至少一个止推法兰，套设在所述主轴上的至少一个滑动轴承组件和至少一个滑动轴承轴向止推结构，所述滑动轴承组件与所述主轴形成径向滑动配合面，所述滑动轴承轴向止推结构与所述止推法兰形成轴向止推滑动配合面。

所述止推法兰与所述主轴采用一体式结构，或者，所述止推法兰与所述主轴采用过盈连接，或螺纹连接，或胀紧连接方式进行固定。

所述滑动轴承组件包含：滑动轴承径向支撑结构和轴承座，所述轴承座固定连接机舱，所述滑动轴承径向支撑结构包含至少一个径向支撑滑块，所述径向支撑滑块与所述轴承座固定连接，所述径向支撑滑块具有滑动表面，所述滑动表面与所述主轴的表面形成径向滑动配合面。

所述滑动表面的曲率与所述主轴的外表面的曲率匹配。

所述滑动轴承轴向止推结构包含：第一侧止推结构和第二侧止推结构，所述第一侧止推结构和第二侧止推结构分别从单侧或两侧包覆住所述止推法兰，所述第一侧止推结构和第二侧止推结构中包含止推滑块，所述止推滑块与所述止推法兰形成轴向止推滑动配合面，所述第一侧止推结构和第二侧止推结构与所述滑动轴承组件中的轴承座或所述机舱固定连接。

所述第一侧止推结构包含：第一侧安装座，以及安装在所述第一侧安装座和所述止推法兰之间的至少一个第一侧止推滑块，所述第一侧止推滑块安装在所述第一侧安装座的凹槽内。

所述第二侧止推结构包含：第二侧安装座，以及安装在所述第二侧安装座和所述止推法兰之间的多个第二侧止推滑块，所述第二侧止推滑块安装在所述第二侧安装座的安装孔内，采用紧固件将所述第二侧止推滑块固定在所述第二侧安装座上。

所述紧固件包含滑块端盖和螺栓，通过所述螺栓连接所述滑块端盖和所述第二侧安装座，固定住所述第二侧止推滑块。

本发明还提供一种风力发电机组，包含：塔架、机舱及风轮，所述机舱固定设置在所述塔架顶部，所述风轮设置在所述机舱端部；

所述机舱内部设置所述的轴系结构，以及齿轮箱和发电机，所述轴系结构固定在机舱内，所述轴系结构的一端固定连接所述齿轮箱或发电机，所述轴系结构的另一端固定连接风轮。

本发明中的滑动轴承组件和滑动轴承轴向止推结构之间相互独立，可以任意调整滑动轴承组件和滑动轴承轴向止推结构的设置位置，能够非常灵活地进行组合来适应风力发电机组的布局需求。滑动轴承轴向止推结构具备双向的止推能力，且考虑生命周期内磨损量，第一侧止推结构采用了免维护设计，第二侧止推结构采用多滑块结构且每个滑块结构可以单独安装和拆卸，更换磨损的止推滑块时(更换新滑块时，将同时考虑轴向止推结构的内、第二侧滑块磨损量)无须拆卸整个传动系统，无须大型起吊设备进场，更换简单，维修经济。此外，与滚动轴承相比，滑动轴承承载能力强，在同等承载能力情况下，滑动轴承具有直径小、轴承前后支撑跨距小，即采用滑动轴承的轴系结构成本有明显优势。

附图说明

图1是背景技术中基于滚动轴承的轴系结构的示意图。

图2是本发明实施例中提供的一种风力发电机组的结构示意图。

图3是图2中轴系结构的结构示意图。

图4是图3中主轴和止推法兰的结构示意图。

图5是图3中滑动轴承组件的结构示意图。

图6和图7是图3中滑动轴承轴向止推结构的爆炸图。

图8是图3中滑动轴承轴向止推结构的剖视安装示意图。

图9是滑动轴承轴向止推结构的安装位置示意图。

具体实施方式

以下根据图2～图9，具体说明本发明的较佳实施例。

采用传统两点滚动轴承支撑形式、浮动端是依靠轴承外圈与轴承座孔之间的相对轴向运动来实现其浮动功能。这种轴承外圈和轴承座之间的相对轴向运动，由于摩擦力的作用使得本不该承受轴向力的浮动端轴承承受了额外的轴向摩擦力。

与滚动轴承相比，滑动轴承结构简单、采用开式多滑块结构拆卸方便。当轴承发生故障时，无须拆卸整个传动系统进行维修或更换，无须大型起吊设备进场，维修方便、经济。

与滚动轴承相比，滑动轴承承载能力强，在同等承载能力情况下，滑动轴承具有直径小、轴承前后支撑跨距小，即采用滑动轴承的轴系结构成本有明显优势。

与滚动轴承相比，滑动轴承承受载荷的面积大、轴颈与轴瓦(滑块)之间的滑动配合面存在一层油膜，故可承受较大的冲击载荷和振动载荷。

与滚动轴承相比，滑动轴承具有明显更高的使用寿命。

鉴于此，如图2所示，本发明提供一种风力发电机组1，包含：塔架7、机舱6及风轮2。所述机舱6固定设置在所述塔架7顶部，所述风轮2设置在所述机舱6端部。所述机舱6内部设置轴系结构3、齿轮箱4及发电机5，所述轴系结构3固定在机舱底座8上，所述轴系结构3的一端固定连接所述齿轮箱4或发电机5，所述轴系结构3的另一端固定连接风轮2。

在本发明的一个实施例中，所述轴系结构3的前端通过螺栓连接风轮2，所述轴系结构3的后端通过螺栓连接或胀紧连接等方式连接发电机5或者齿轮箱4，所述轴系结构3与机舱底座8采用螺栓连接。

如图3所示，所述轴系结构3包含：主轴15，固定设置在所述主轴15上的止推法兰16，套设在所述主轴15上的至少一个滑动轴承组件和至少一个滑动轴承轴向止推结构12，所述滑动轴承组件与所述主轴15形成径向滑动配合面，所述滑动轴承轴向止推结构12与所述止推法兰16形成轴向止推滑动配合面。

当主轴上设置一个滑动轴承组件时，所述滑动轴承组件与所述发电机5或者齿轮箱4形成三点支撑结构。当主轴上设置两个滑动轴承组件时，所述滑动轴承组件与所述发电机5或者齿轮箱4形成两点(四点)支撑结构。

如图4所示，所述止推法兰16与所述主轴15可以采用一体式结构，也可以采用过盈连接、螺纹连接、胀紧连接等连接方式进行固定，所述止推法兰16随所述主轴15的转动而转动。如图3所示，进一步，所述滑动轴承组件包含：滑动轴承径向支撑结构和轴承座，在本实施例中，设置两个滑动轴承组件，一个靠近风轮2一侧，称为第一滑动轴承组件，另一个靠近发电机5一侧，称为第二滑动轴承组件。所述第一滑动轴承组件包含第一滑动轴承径向支撑结构9和第一轴承座14，所述第二滑动轴承组件包含第二滑动轴承径向支撑结构10和第二轴承座13。所述第一轴承座14和所述第二轴承座13可以是相互独立的，也可以是属于一个共同的整体，所述第一轴承座14和所述第二轴承座13与所述机舱6固定连接，例如可以通过紧固件将所述第一轴承座14和所述第二轴承座13固定在所述机舱底座8上。如图5所示，所述滑动轴承径向支撑结构包含至少一个径向支撑滑块17，所述径向支撑滑块17与所述轴承座(第一轴承座14或第二轴承座13)固定连接，所述径向支撑滑块17具有滑动表面，所述滑动表面的曲率与所述主轴15的外表面的曲率匹配，所述滑动表面与所述主轴15的表面形成径向滑动配合面。如果采用一个径向支撑滑块17，则该径向支撑滑块17应该是圆环状结构，其套设在所述主轴15上，滑动表面设置在所述径向支撑滑块17的第一侧，与所述主轴15配合形成径向滑动配合面，所述圆环状径向支撑滑块17的第二侧与所述第一轴承座14或第二轴承座13固定连接。如果采用两个径向支撑滑块17，则该径向支撑滑块17可以设置为半圆环结构，以此类推，如果采用多个径向支撑滑块17，则多个径向支撑滑块17也应该依次排列设置在一个环状带上，每个径向支撑滑块17的滑动表面与所述主轴15的表面形成径向滑动配合面。

所述滑动轴承组件中的滑动轴承径向支撑结构与所述主轴形成径向滑动配合面，来承载机组径向载荷及机组倾覆弯矩。

如图6～图8所示，所述滑动轴承轴向止推结构12包含：第一侧止推结构和第二侧止推结构，所述第一侧止推结构和第二侧止推结构分别从单侧或两侧包覆住所述止推法兰16，所述第一侧止推结构和第二侧止推结构通过紧固件与所述第一轴承座14或第二轴承座13或所述机舱底座8固定连接。所述滑动轴承轴向止推结构12与所述止推法兰16形成轴向止推滑动配合面，来承载机组轴向载荷。

进一步，在本发明的一个实施例中，所述第一侧止推结构和第二侧止推结构分别从两侧包覆住所述止推法兰16。

所述第一侧止推结构设置在靠近所述第一轴承座14或第二轴承座13的一侧，该第一侧止推结构包含：第一侧安装座18，以及安装在所述第一侧安装座18和所述止推法兰16之间的第一侧止推滑块20，所述第一侧止推滑块20安装在所述第一侧安装座18的凹槽24内，所述第一侧止推滑块20与所述止推法兰16形成轴向止推滑动配合面，所述第一侧止推滑块20的数量也可以根据情况进行调整，如果采用一个第一侧止推滑块20，则该第一侧止推滑块20应该是圆环状结构，如果采用多个第一侧止推滑块20，则多个第一侧止推滑块20也应该依次排列设置在一个环状带上。

所述第二侧止推结构设置在远离所述第一轴承座14或第二轴承座13的一侧，该第二侧止推结构包含：第二侧安装座19，以及安装在所述第二侧安装座19和所述止推法兰16之间的多个第二侧止推滑块21，所述第二侧止推滑块21安装在所述第二侧安装座19的安装孔25内，采用紧固件将所述第二侧止推滑块21固定在所述第二侧安装座19上。所述紧固件包含滑块端盖22和螺栓23，通过所述螺栓连接所述滑块端盖22和所述第二侧安装座19，固定住所述第二侧止推滑块21，当松开所述螺栓23，拆除所述滑块端盖22后，可以对所述第二侧止推滑块21进行维护或更换。所述第二侧止推滑块21与所述第二侧安装座19之间采用间隙配合，所述第二侧止推滑块21与所述止推法兰16形成轴向止推滑动配合面。

分别将第一侧止推结构和第二侧止推结构装配完毕后，分别将第一侧止推结构和第二侧止推结构安装到所述止推法兰16的两侧，包覆住所述止推法兰16，采用螺栓穿过所述第二侧安装座19和所述第一侧安装座18之后，与所述第一轴承座14或第二轴承座13连接在一起，完成所述滑动轴承轴向止推结构12的安装。

在本发明的另一个实施例中，还可以单独使用所述第一侧止推结构或第二侧止推结构与所述止推法兰16形成轴向止推滑动配合面。如图9所示，可以将所述第一侧止推结构安装在图中位置a，所述第一侧止推结构与所述第二轴承座13固定连接，所述第一侧止推滑块20与所述止推法兰16形成轴向止推滑动配合面。还可以将所述第二侧止推结构安装在图中位置c，所述第二侧止推结构与所述第一轴承座14固定连接，所述第二侧止推滑块21与所述止推法兰16形成轴向止推滑动配合面。当然，也可以将包含第一侧止推结构和第二侧止推结构的滑动轴承轴向止推结构12完整地安装到图中位置a或位置c处。还可以将完整的滑动轴承轴向止推结构12安装到图中位置c处，此时，所述的第一侧止推结构和第二侧止推结构固定安装到所述机舱底座8。显而易见，为了保证止推结构与止推法兰16形成轴向止推滑动配合面，则所述止推法兰16的位置应该随着止推结构的位置变化而相应变化。本实施例中的滑动轴承组件和滑动轴承轴向止推结构之间相互独立，可以任意调整滑动轴承组件和滑动轴承轴向止推结构的设置位置，能够非常灵活地进行组合来适应风力发电机组的布局需求。滑动轴承轴向止推结构具备双向的止推能力，且考虑生命周期内磨损量，第一侧止推结构采用了免维护设计，第二侧止推结构采用多滑块结构且每个第二侧滑块结构可以单独安装和拆卸，更换磨损的止推滑块时(更换新滑块时，将同时考虑轴向止推结构的内、第二侧滑块磨损量)无须拆卸整个传动系统，无须大型起吊设备进场，更换简单，维修经济。此外，与滚动轴承相比，滑动轴承承载能力强，在同等承载能力情况下，滑动轴承具有直径小、轴承前后支撑跨距小，即采用滑动轴承的轴系结构成本有明显优势。

需要说明的是，在本发明的实施例中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述实施例，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种用于风力发电机组的轴系结构，其设置在风力发电机组的机舱内，一端连接风轮，另一端连接齿轮箱或发电机，其特征在于，所述轴系结构包含：主轴，套设在所述主轴上的至少一个滑动轴承组件和至少一个滑动轴承轴向止推结构，其中，所述至少一个滑动轴承轴向止推结构和所述至少一个滑动轴承组件分离设置；

所述滑动轴承组件包含：滑动轴承径向支撑结构和轴承座，所述轴承座固定连接机舱，所述滑动轴承径向支撑结构包含至少一个径向支撑滑块，所述径向支撑滑块与所述轴承座固定连接，所述径向支撑滑块具有滑动表面，所述滑动表面与所述主轴的表面形成所述径向滑动配合面；

所述滑动轴承轴向止推结构包含：第一侧止推结构和第二侧止推结构，所述第一侧止推结构和第二侧止推结构分别从单侧或两侧包覆住所述止推法兰，所述第一侧止推结构和第二侧止推结构中包含止推滑块，所述止推滑块与所述止推法兰形成轴向止推滑动配合面，所述第一侧止推结构和第二侧止推结构与所述滑动轴承组件中的轴承座或所述机舱固定连接。

2.如权利要求1所述的用于风力发电机组的轴系结构，其特征在于，还包括固定设置在所述主轴上的至少一个止推法兰，所述滑动轴承组件与所述主轴形成径向滑动配合面，所述滑动轴承轴向止推结构与所述止推法兰形成轴向止推滑动配合面。

3.如权利要求1所述的用于风力发电机组的轴系结构，其特征在于，所述止推法兰与所述主轴采用一体式结构，或者，所述止推法兰与所述主轴采用过盈连接，或螺纹连接，或胀紧连接方式进行固定。

4.如权利要求3所述的用于风力发电机组的轴系结构，其特征在于，所述滑动表面的曲率与所述主轴的外表面的曲率匹配。

5.如权利要求1所述的用于风力发电机组的轴系结构，其特征在于，所述第一侧止推结构包含：第一侧安装座，以及安装在所述第一侧安装座和所述止推法兰之间的至少一个第一侧止推滑块，所述第一侧止推滑块安装在所述第一侧安装座的凹槽内。

6.如权利要求1所述的用于风力发电机组的轴系结构，其特征在于，所述第二侧止推结构包含：第二侧安装座，以及安装在所述第二侧安装座和所述止推法兰之间的多个第二侧止推滑块，所述第二侧止推滑块安装在所述第二侧安装座的安装孔内，采用紧固件将所述第二侧止推滑块固定在所述第二侧安装座上。

7.如权利要求6所述的用于风力发电机组的轴系结构，其特征在于，所述紧固件包含滑块端盖和螺栓，通过所述螺栓连接所述滑块端盖和所述第二侧安装座，固定住所述第二侧止推滑块。

8.一种风力发电机组，其特征在于，包含：塔架、机舱及风轮，所述机舱固定设置在所述塔架顶部，所述风轮设置在所述机舱端部；

所述机舱内部设置如权利要求1-7中任意一项所述的轴系结构，以及齿轮箱和发电机，所述轴系结构固定在机舱内，所述轴系结构的一端固定连接所述齿轮箱或发电机，所述轴系结构的另一端固定连接风轮。

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