CN113883022B - 风力发电机组轴系和风力发电机组 - Google Patents

风力发电机组轴系和风力发电机组 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种风力发电机组轴系和风力发电机组，风力发电机组轴系包括定轴和插入于定轴的转轴，定轴与风力发电机组的固定部件连接，转轴与轮毂连接，定轴和转轴通过沿轴向分布的第一轴承和第二轴承相连接，第一轴承和第二轴承均为圆锥滚子轴承，第一轴承的接触角在15到26度之间。采用如上结构，第一轴承主要承受轮毂对风机底座的大部分径向力和轴向力，而将第一轴承的接触角设置为上述范围时，第一轴承能够更好的承载径向力和轴向力，提高风力发电机组轴系的载荷承受能力，且相比具有相同载荷承受能力的其他接触角角度，第一轴承能够在体积更小的情况下达到相同的效果，有效降低第一轴承的材料成本，进而降低风力发电机组轴系的整体成本。

Description

风力发电机组轴系和风力发电机组
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轴系和风力发电机组。
背景技术
随风力发电的大力发展，风力发电机组的发电功率逐渐增大，其受到的载荷也随之逐渐增大，风力发电机组的轴承结构需要能够承受更大的载荷，以完成风力发电机组的发电需求。
风力发电机组轴承结构包括上风向轴承和下风向轴承，以使轮毂能够相对风机底座转动，带动发电机发电。其中上风向轴承和下风向轴承均采用圆锥滚子轴承时轴承结构整体的载荷承受能力较大。但业内目前并未对圆锥滚子轴承的具体设置进行优化。
发明内容
本发明的目的是提供一种圆锥滚子轴承的具体优化设置方式。
为解决上述技术问题，本发明提供一种风力发电机组轴系，包括定轴和插入于所述定轴的转轴，所述定轴与风力发电机组的固定部件连接，所述转轴与轮毂连接，所述定轴和所述转轴通过沿轴向分布的第一轴承和第二轴承相连接，所述第一轴承靠近所述轮毂，所述第二轴承远离所述轮毂，所述第一轴承和所述第二轴承均为圆锥滚子轴承，所述第一轴承的接触角在15到26度之间。
采用如上结构，第一轴承主要承受轮毂对风机底座的大部分径向力和轴向力，而将第一轴承的接触角设置为上述范围内时，第一轴承能够更好的承载径向力和轴向力，提高风力发电机组轴系的载荷承受能力，且相比具有相同载荷承受能力的其他接触角角度，第一轴承能够在体积更小的情况下达到相同的效果，有效降低第一轴承的材料成本，进而降低风力发电机组轴系的整体成本。
可选地，所述第一轴承的接触角在17到26度之间。
可选地，所述第一轴承的接触角在17到20度之间。
可选地，所述第一轴承的接触角在23到26度之间。
可选地，所述第一轴承的接触角在20到23度之间。
可选地，所述第一轴承的接触角在15到17度之间。
可选地，所述第二轴承的接触角在15到26度之间。
可选地，所述第一轴承的接触角在17到20度之间，且所述第二轴承的接触角在15到18度之间。
可选地，所述第一轴承的接触角在17到20度之间，且所述第二轴承的接触角在24到26度之间。
可选地，所述第一轴承的接触角在22到25度之间，所述第二轴承的接触角在19到21度之间。
一种风力发电机组，包括轮毂和风机底座，还包括设置在所述轮毂和所述风机底座之间的风力发电机组轴系，所述风力发电机组轴系为上述的风力发电机组轴系。
附图说明
图1是发明所提供风力发电机组轴系的剖面图；
图2是图1中第一轴承和第二轴承位置的放大结构示意图；
图3是第二轴承接触角为定值时不同接触角组合对第一轴承和第二轴承使用寿命的影响的分析结果图。
图1-3中的附图标记说明如下：
1定轴、2转轴、3风机底座、4轮毂、5第一轴承、6第二轴承、7旋转轴心、8固定结构。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明实施例提供一种风力发电机组轴系，请参考图1，包括定轴1和插入于定轴1的转轴2，定轴1与风力发电机组的固定部件连接，转轴2与轮毂4连接，第一轴承5靠近轮毂4，第二轴承6远离轮毂4，定轴1和转轴2通过沿轴向分布的第一轴承5和第二轴承6相连接，第一轴承5和第二轴承6均为圆锥滚子轴承。其中，风力发电机组的固定部件可能是主机架或是风机底座3，下文均以风机底座3为例进行说明，但本发明中的固定部件不限于风机底座3。
如图1和图2所示，图1和图2中α即为第一轴承5的接触角。第一轴承5设置于定轴1的径向内侧，远离风机底座3的一端，转轴2远离风机底座3的一端径向外侧套设于第一轴承5，定轴1和转轴2能够通过第一轴承5相对转动，带动与转轴2连接的发电机转子相对与定轴1连接的发电机定子相互转动，从而进行发电。
发明人对该风力发电机组轴系进行了受力研究，如图1所示，由于第一轴承5处于上风向，承载轮毂4对风机底座3的大部分径向力，径向力的来源例如包括轮毂4、叶片的重力等，另外，转轴2位于定轴1内，与轮毂4的连接位置位于第一轴承5之前，即与轮毂4连接位置更靠近上风向，则第一轴承5同时也承载大部分的轴向力，轴向力的来源例如包括风的推力等。
可见，由于第一轴承5同时要承载大部分的轴向力和径向力，需要兼顾轴向和径向的承载能力，因此第一轴承5的接触角较为居中时能够具有更强的承载能力，增强风力发电机组轴系整体的载荷承受能力。故本实施例第一轴承5为圆锥滚子轴承，且其接触角在15到26度之间，优选在17到26度之间。
另外，转轴2和定轴1之间设有第二轴承6，经发明人研究，第二轴承6主要承受轮毂4对风机底座3的径向力以及第一轴承5派生出的轴向力，接触角越小径向力承载能力越强，故此时第二轴承6的接触角较小时能够更好的载荷承受能力，增强风力发电机组轴系整体的载荷承受能力。
结合前述第一轴承5和第二轴承6的受力分析，还对二者的组合进行了进一步的研究，对承载能力进行验证时，还考虑到二者的使用寿命。
通过轮毂4中心载荷对不同第一轴承5和第二轴承6接触角的组合进行对比分析，若将第二轴承6的接触角设为18度时，如图3所示，第一轴承5的接触角越大其使用寿命越高，但第二轴承6在第一轴承5的接触角达到20度时会出现拐点，即图3中代表第二轴承6的线在第一轴承5接触角为20度时由向上延伸变为向下延伸；若将第一轴承5的接触角固定于18度，则第二轴承6的接触角越大其使用寿命越高，但第一轴承5的使用寿命会在第二轴承6的接触角达到24度时出现拐点。可见，在一个轴承的接触角确定时，另一个轴承的接触角增大到一定程度会出现拐点。
第二轴承6主要承受径向力，接触角可以相对较小，且接触角越小安装时风力发电机组轴系对风机底座3的端盖压紧量的容错率越高，即接触角越小越易于和风机底座3实现装配，另外，轴承接触角越小重量越小，成本越低，此时再考虑到使用寿命，则第二轴承6的接触角可以尽量小，优选在第二轴承6的接触角在15到18度之间，第一轴承5的接触角则在17到20度之间，风力发电机组轴系的使用寿命较长，轴系的成本较低。
考虑到第二轴承6的使用寿命，也可以将第一轴承5的接触角设置为偏小一些，例如组合选取为在第一轴承5的接触角在17到20度之间，第二轴承6的接触角则在24到26度之间。
另外，还可以考虑到静态安全系数的影响和风力发电机组轴系的内部稳定性。
通过对轮毂4中心极限载荷对不同第一轴承5和第二轴承6接触角的组合进行对比分析，当第二轴承6的接触角选择在19到21度之间时，第一轴承5的接触角在22到24度左右时便会出现拐点。另外，为保证风力发电机组轴系的内部稳定性，第一轴承5和第二轴承6所承载的载荷应尽量均匀分配，而通过对二者不同的接触角组合对风力发电机组轴系内部稳定性的分析可得，第一轴承5和第二轴承6接触角的差值不宜过大，且第一轴承5的接触角也不宜过大，如此便能够使二者的载荷分配相对均匀，提高风力发电机组轴系的内部稳定性。因此，第二轴承6的接触角选择在19到21度之间、第一轴承5的接触角选择22到25度之间，风力发电机组轴系的静态安全系数以及内部稳定性均较高，相较于上一组合，为第二优选的方案。
此外，还考虑到温度敏感性的影响。
通过不同第一轴承5和第二轴承6接触角的组合，对温度敏感性的对比分析可得，在第一轴承5和第二轴承6的中心跨距、内径和外径均确定的前提下，二者的接触角越小，则二者的预紧力对温度敏感性的影响越大，因此第一轴承5和第二轴承6的接触角越大，风力发电机组轴系整体的温度敏感性越低，因此，上述第二轴承6的接触角选择在19到21度之间、第一轴承5的接触角选择在22到25度之间的组合，也具有较好的温度敏感性。
在此基础上，根据第一轴承5的设置位置不同，以及第一轴承5和第二轴承6之间距离的不同，第一轴承5的优选接触角也不同。第一轴承5越靠近轮毂4，则其优选接触角越应居中，第一轴承5的接触角优选为17到20度之间，该种设置方式第一轴承5的整体体积较小，承载能力较高；第一轴承5和第二轴承6的距离越近，则第一轴承5的优选接触角越大，在该情况下第一轴承5的接触角优选为23到26度之间；而当第一轴承5较为靠近轮毂4，且其与第二轴承6的距离较远时，第一轴承5的接触角优选为15到17度之间。
本实施例中还包括固定结构8，固定结构8能够与转轴2相配合，在轴向方向对第二轴承6进行限位。
请继续参考图1，固定结构8设置于转轴2靠近风机底座3的一端，与定轴1相配合将第二轴承6限位于二者之间，使其不会从定轴1和转轴2之间脱出。
本发明还保护一种风力发电机组，包括轮毂4和风机底座3，还包括设置在轮毂4和风机底座3之间的风力发电机组轴系，风力发电机组轴系为上述的风力发电机组轴系。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种风力发电机组轴系，其特征在于：包括定轴(1)和插入于所述定轴(1)的转轴(2)，所述定轴(2)与风力发电机组的固定部件连接，所述转轴(2)与轮毂(4)连接，所述定轴(1)和所述转轴(2)通过沿轴向分布的第一轴承(5)和第二轴承(6)相连接，所述第一轴承(5)靠近所述轮毂(4)，所述第二轴承(6)远离所述轮毂(4)，所述第一轴承(5)和所述第二轴承(6)均为圆锥滚子轴承；
所述第一轴承(5)的接触角在17到20度之间；且所述第二轴承(6)的接触角在24到26度之间；
或，所述第二轴承(6)的接触角在19到21度之间；且所述第一轴承(5)的接触角在22到25度之间，或所述第一轴承(5)的接触角在15到17度之间。
2.一种风力发电机组，包括轮毂(4)和风机底座(3)，其特征在于，还包括设置在所述轮毂(4)和所述风机底座(3)之间的风力发电机组轴系，所述风力发电机组轴系为权利要求1所述的风力发电机组轴系。
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