CN113958620A - 一种风电机组及其传动系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种风电机组及其传动系统。所述风电机组的传动系统包括主轴和增速机，所述主轴适于与主轴承配合，所述传动系统还包括用于连接所述主轴和所述增速机的连接结构，所述连接结构端面上开设有凸台结构，所述凸台结构的圆周内壁适于与所述主轴外壁贴合，所述凸台结构的端面适于抵接于所述主轴承的侧壁。本发明通过在主轴与增速机之间设置带有凸台结构的连接结构，使得连接结构同时承担连接主轴以及对主轴承限位的作用，使得连接螺栓等既能够承受主轴承的轴向力，又能够承受风轮系统的转矩和增速机重量带来的弯矩。同时，螺栓的分布圆直径加大，改善了螺栓的受力状况，提高了螺栓的作用效果，从而提高传动系统的力矩传递能力。

Description

一种风电机组及其传动系统

技术领域

本发明涉及风电技术领域，具体而言，涉及一种风电机组及其传动系统。

背景技术

风力发电作为一种清洁的可再生能源，随着其不断发展，风轮直径不断加大，风机承受的载荷也在不断加大。主轴作为风力发电机组的重要组成部件，起到传递风轮扭矩至增速机的重要作用。随着传递载荷的不断加大，对主轴与增速机之间的连接提出了挑战。主轴的轴承是保证主轴稳定工作的核心，现有技术中一般在主轴的尾端端面布置一圈螺纹孔，用来安装轴承压板，压板对轴承内圈起限位和控制轴承游隙的作用。同时主轴尾端还要布置若干连接螺栓孔，用于连接增速机。但这种方式降低了用于连接主轴与增速机且承受转矩和弯矩的螺栓的分布圆直径，从而大大削弱主轴的力矩传递作用，影响风轮载荷传递效果。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术中主轴尾端用于与增速机连接的螺栓的分布圆直径较小，使得主轴的传递力矩能力较弱。

为解决上述问题，本发明提供一种风电机组的传动系统，包括主轴和增速机，所述主轴适于与主轴承配合，所述传动系统还包括用于连接所述主轴和所述增速机的连接结构，所述连接结构端面上开设有凸台结构，所述凸台结构的圆周内壁适于与所述主轴外壁贴合，所述凸台结构的端面适于抵接于所述主轴承的侧壁。

由此，通过在主轴与增速机之间设置带有凸台结构的连接结构，且主轴与增速机之间仅设置有连接结构，使得连接结构同时承担连接主轴以及对主轴承限位的作用，而不用单独设置轴承限位法兰，使得用于连接主轴与连接结构之间的紧固件如螺栓，既能够承受主轴承的轴向力，又能够承受风轮系统的转矩和增速机重量带来的弯矩。同时，由于用于传递转矩的螺栓的分布圆直径加大，改善了螺栓的受力状况，且螺栓分布圆直径加大可以设置更多的螺栓，因此可以提高螺栓的作用效果，从而提高传动系统的力矩传递能力。

较佳地，所述连接结构包括设置于所述增速机输入端的第一法兰，所述第一法兰适于与所述主轴连接，且所述第一法兰设置有所述凸台结构。

较佳地，所述连接结构包括连接轴和设置于所述连接轴一端的第二法兰，所述连接轴的另一端与所述增速机连接，所述第二法兰适于与所述主轴连接，所述第二法兰设置有所述凸台结构。

由此，对于主轴与增速机之间通过连接轴连接的情况，通过在连接轴与主轴尾端之间设置带有凸台结构的第二法兰，一方面实现主轴与连接轴之间的法兰连接，同时利用凸台结构对主轴上的主轴承进行限位。由此，不仅可以提高用于法兰连接的紧固件如螺栓的作用效果，且由于螺栓等紧固件的分布圆直径较大，因此可以将连接轴的中间段直径设计的较大，以改善连接轴的受力状况。

较佳地，所述第二法兰的外径大于所述凸台结构的内径，所述凸台结构的内径大于所述主轴的直径。

较佳地，所述连接轴和所述第二法兰一体连接，且所述连接轴内设置有轴向贯通的过电缆孔。

由此，将包括连接轴及第二法兰在内的连接结构设计成一体式结构，以增强连接结构的整体强度，提高其连接于主轴和增速机之间的载荷传递能力。

较佳地，还包括紧固件，所述主轴靠近所述连接结构的第一法兰面上设置有第一连接孔，所述连接结构的第二法兰面上设置有与所述第一连接孔配合的第二连接孔，所述紧固件适于穿过所述第一连接孔和所述第二连接孔以连接所述主轴和所述连接结构。

较佳地，所述紧固件包括螺柱、螺栓、螺柱与紧固销的组合以及螺栓与紧固销的组合中的一种。

较佳地，所述第一连接孔在所述第一法兰面上沿周向分布，且分布圈数至少为一圈。

较佳地，风电机组的传动系统还包括衬垫，所述衬垫设置于所述凸台结构朝向所述主轴的端面与所述主轴承之间。

本发明还提供一种风电机组，包括如上所述的风电机组的传动系统。

本发明的风电机组相较于现有技术的优势与风电机组的传动系统相较于现有技术具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

图1为现有技术中传动系统的结构示意图；

图2为现有技术中主轴尾端的结构示意图；

图3为本发明实施例中风电机组的传动系统的结构示意图；

图4为图3中Ⅰ处放大图；

图5为本发明实施例中风电机组的传动系统的局部结构示意图；

图6为本发明另一实施例中风电机组的传动系统的局部结构示意图；

图7为本发明又一实施例中风电机组的传动系统的局部结构示意图；

图8为本发明实施例中主轴尾端的结构示意图；

图9为本发明实施例中连接结构的示意图；

图10为本发明另一实施例中连接结构的示意图。

附图标记说明：

1’-现有主轴；2’-现有前轴承；3’-现有轴承座；4’-现有后轴承；5’-环形限位法兰；6’-限位法兰螺柱；7’-连接螺柱；8’-短轴；9’-现有增速机；10’-第一螺孔；11’-第二螺孔；

1-主轴；2-增速机；3-主轴承；4-轴承座；5-第一法兰；6-连接轴；7-第二法兰；8-第三法兰；9-凸台结构；10-衬垫；

11-第一法兰面；12-第一连接孔；31-前轴承；32-后轴承；321-轴承内圈；61-过电缆孔；71-第二法兰面；72-第二连接孔；721-销孔；722-螺纹孔。

具体实施方式

如图1所示，风力发电机组的传动一般通过依次连接的现有主轴1’、齿轮箱及发电机实现，现有主轴1’连接轮毂和齿轮箱，用于将风轮端扭矩传递给齿轮箱，通常风轮的转速很低，远达不到发电机发电所要求的转速，因此通过齿轮箱齿轮副的增速作用，可以将风轮在风力作用下产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速，因此齿轮箱也称为增速箱或增速机，下文均以增速机表示。

其中，现有主轴1’上安装有主轴承和与主轴承配合的现有轴承座3’，在大型风力发电机组中，为了提高现有主轴1’轴承的承载能力，减轻传动系统重量，常采用一对单列圆锥滚子轴承，现有轴承座3’采用一体式结构。如图1、2所示，轴承采用两只单列圆锥滚子轴承，分别记为现有前轴承2’和现有后轴承4’，现有轴承座3’为一体式环形结构，套设于现有主轴1’的外侧，现有轴承座3’具有两个轴承安装位，现有前轴承2’和现有后轴承4’分别位于两个安装位中，由此，现有前轴承2’和现有后轴承4’均装配至现有主轴1’上和现有轴承座3’内。

现有技术中，现有主轴1’尾端用螺栓直接与现有增速机9’连接或者通过一根短轴8’与现有增速机9’连接，其中，现有主轴1’与轮毂连接的一端为现有主轴1’前端，现有主轴1’与现有增速机9’连接的一端为现有主轴1’后端，或者称之为现有主轴1’尾端，也可以理解为以风轮动力的传递方向为前后，风轮动力由前向后传递。

现有主轴1’尾端端面上设置有一圈用于安装环形限位法兰5’的第一螺孔10’，环形限位法兰5’通过限位法兰螺柱6’或螺栓安装在现有主轴1’的尾端，环形限位法兰5’上的止口同时压在现有后轴承4’的内圈端面上，用于对现有后轴承4’起轴向限位作用。

现有主轴1’尾端端面上还设置有至少一圈用于与现有增速机9’连接的第二螺孔11’，当采用短轴8’连接现有主轴1’与现有增速机9’时，短轴8’一端通过连接螺柱7’(也可以为螺栓)与现有主轴1’连接，另一端与现有增速机9’连接，由此通过短轴8’将风轮传递过来的转矩传递给现有增速机9’。

但是，现有技术中现有主轴1’与现有增速机9’之间的这种连接结构，由于用于安装环形限位法兰5’的第一螺孔10’布置在现有主轴1’尾端端面的最外圈，占用了最佳空间，导致用于安装短轴8’的连接螺柱7’的分布圆(或者说第二螺孔11’的分布圆)直径较小，同时可以布置的连接螺柱7’数量也受限，使得现有主轴1’传递转矩的作用被削弱，往往需要采用其它更加复杂的连接方法来满足传递转矩的需求。另外，为了布置更多的连接螺柱7’，导致短轴8’中间段的直径被压缩，传递转矩的作用进一步下降。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

请参阅图3-10所示，本发明实施例提供一种风电机组的传动系统(以下简称为传动系统)。如图3、4所示，传动系统包括主轴1、增速机2和用于连接主轴1和增速机2的连接结构，主轴1适于与主轴承3配合，连接结构朝向主轴1的端面(也可称之为前端面)适于部分抵接于主轴承3的侧壁，且该端面上开设有凹槽型的凸台结构9，凸台结构9的圆周内壁适于与主轴1外壁贴合。应当理解，主轴承3包括前轴承31和前轴承32，凸台结构9的前端面适于抵接于后轴承32的轴承内圈321上。主轴承3装配至主轴1与轴承座4内，轴承座4为一体式环形结构，套设于主轴1的外侧。

止口一般是在两个工件定位时，在其中一个工件上加工出凸台，另一个工件加工出凹坑，该凸台和凹坑便称为止口，因此，止口有凸止口和凹止口之分。本实施例中，凸台结构9应理解为凸止口，且是带有凹槽的凸止口，如图9所示，在连接结构前端面的外缘设置一圈向前凸出的翻边结构，该翻边结构即为凸台结构9，且翻边结构内侧的区域形成凹槽，因此称之为凹槽型凸台结构9。凸台结构9具有圆周内壁面、圆周外壁面以及连接于内外壁面之间的前端面，这里所谓的前后是指按照主轴1、增速机2、发电机连接方向，靠近主轴1方向为前，靠近发电机方向为后。由于凸台结构9的前端面抵接于主轴承3上，因此本实施例中的连接结构一方面承担连接主轴1的作用，另一方面对主轴1上的主轴承3还起到定位作用。相比现有技术，本实施例取消了主轴承3的环形限位法兰(也可称为轴承限位法兰)，并对连接主轴1的法兰进行改进，增设了凸台结构9，以对主轴承3进行限位，即，将主轴承3的环形限位法兰与主轴1连接法兰合并，集成为一个零件，由此，使得原来仅用于安装环形限位法兰的螺栓，既能够用来承受主轴承3的轴向力，又能够承受风轮系统的转矩和增速机2重量带来的弯矩，同时原来仅承受转矩的螺栓也可以用来承受主轴承3的轴向力。

因此，本实施例通过在主轴1与增速机2之间设置带有凸台结构9的连接结构，使得连接结构同时承担连接主轴1以及对主轴承3限位的作用，而不用单独设置轴承限位法兰。另外，主轴1一般为三阶阶梯轴，即主轴1具有一个大直径段、一个中直径段和一个小直径段，大直径段用于连接风轮，小直径段用于连接增速机2或发电机，中直径段由主轴承3支承。即，相对于与轮毂连接的主轴1法兰直径，主轴1尾端(与增速机2连接的一端)直径较小，因此与增速机2连接的用于传递风轮转矩的螺栓的受力较大，当轴承限位法兰与主轴1连接法兰集成后，用于传递转矩的螺栓分布圆直径增大，由此改善螺栓的受力状况，提高螺栓的作用效果，进而保证传动系统的力矩传递效果。

一种实施方式中，主轴1尾端用螺栓等紧固件直接与增速机2连接，由此，如图5所示，连接结构包括设置于增速机2输入端的第一法兰5，第一法兰5适于与主轴1连接，且第一法兰5设置有凸台结构9。如图5所示，将增速机2输入端设计成带有凸台结构9的连接结构，再将其与主轴1连接。由此，将第一法兰5与增速机2输入端集成为一体，能够提高增速机与主轴之间的连接强度，从而有利于载荷传递。

另一种实施方式中，主轴1尾端通过一根短轴与增速机2连接，由此，如图9所示，连接结构包括连接轴6和设置于连接轴6一端的第二法兰7，第二法兰7设置有凸台结构9，连接轴6的另一端与增速机2连接。其中，第二法兰7的外径大于凸台结构9的内径，凸台结构9的内径大于主轴1的直径，如此，凸台结构9的端面抵接于主轴承3的侧壁时，凸台结构9的圆周内壁同时抵接于主轴的外壁。另外，连接轴6内设置有轴向贯通的用于电缆穿过的过电缆孔61。如图6所示，主轴1与增速机2之间通过连接轴6连接，连接轴6与主轴1连接的一端设置带凸台结构9的连接结构，由此实现连接轴6与主轴1的连接，同时利用凸台结构9对主轴1上的主轴承3(即，前轴承32)进行限位。

其中一些实施方式中，连接结构还包括第三法兰8，即，主轴1与增速机2之间通过连接轴6连接，连接轴6两端分别连接第二法兰7和第三法兰8，第二法兰7为带凸台结构9的法兰，用于与主轴1连接，第三法兰8用于与增速机2连接。由此，实现主轴1与增速机2的连接。通过将连接轴6与增速机2之间设置为法兰连接，以便于后期维护时的拆卸和安装。

由此，本实施例中主轴1尾端布置的螺栓分布圆的直径可以尽可能的大，一方面提高螺栓的作用效果，另一方面，可以将连接轴6的中间段直径设计的较大，以改善连接轴6的受力状况。可以理解，连接轴6的两端分别与主轴1和增速机2连接，位于连接轴6两端之间的部分即为连接轴6的中间段。连接轴6两端分别设置有第二法兰7和第三法兰8，且第二法兰7和第三法兰8的直径大于中间段直径，由于用于连接主轴1尾端和第二法兰7的螺栓的分布圆直径较大，因此连接轴6中间段直径可以在较大的情况下依然可以为螺栓让位，即在满足为螺栓让位的条件下连接轴6中间段直径可以尽可能的大，使得连接轴6传递转矩的作用更强。

优选实施方式中，连接轴6、第二法兰7和第三法兰8一体连接，即包括连接轴6、第二法兰7和第三法兰8在内的连接结构设计为一体式结构，由此提高连接结构的整体强度，进而提高传动系统的载荷传递能力。

其中一些实施方式中，如图8所示，主轴1尾端的第一法兰面11上设置有第一连接孔12，所谓主轴1尾端是指主轴与连接结构连接的一端，连接结构的第二法兰面71上设置有与第一连接孔12配合的第二连接孔72。其中，第二法兰面71是指连接结构朝向主轴1的端面上用于与主轴紧密贴合的壁面。应当可以理解，连接结构的一端设置有第二法兰7，另一端或者与增速机输入端集成为一体，或者设置第三法兰8，第二法兰7与主轴连接，第三法兰8与增速机连接，其中，第二法兰7具有第二法兰面71，主轴具有第一法兰面11，主轴与第二法兰7之间通过两个法兰面连接，第三法兰8与增速机2之间也是通过法兰面连接。传动系统还包括紧固件，紧固件适于穿过第一连接孔12和第二连接孔72以连接主轴1与连接结构。其中，第一连接孔12在第一法兰面11上沿周向分布，且分布圈数至少为一圈，以增加主轴1与连接结构之间的紧固效果。紧固件可以为螺柱或者螺栓，也可以为螺柱与紧固销的组合或者螺栓与紧固销的组合。此时，如图10所示，第二连接孔72包括销孔721和螺纹孔722，其中，销孔721用于紧固销插入，紧固销承受转矩，螺纹孔722用于螺栓等插入，螺栓承受预紧力，同时也承受转矩。

需要说明的是，由于主轴1为空心轴，安装时，螺栓或螺柱可以从主轴1内孔连接法兰侧安装，也可以从连接轴6法兰侧(即连接结构侧)安装，或者如图5-7所示，螺柱或螺栓从主轴1内孔连接法兰侧和连接轴6法兰侧安装组合使用。由此，避免相邻内外圈的螺栓或螺柱相互之间发生干涉，也使得螺栓或螺柱具有充分的安装空间，便于安装和拆卸。

其中一些实施方式中，传动系统还包括衬垫10，如图7所示，衬垫10设置于凸台结构9朝向主轴的端面与主轴承3之间，用以补偿制造误差。衬垫10的数量可以为一片或一片以上。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种风电机组的传动系统，包括主轴(1)和增速机(2)，所述主轴(1)适于与主轴承(3)配合，其特征在于，还包括用于连接所述主轴(1)和所述增速机(2)的连接结构，所述连接结构端面上开设有凸台结构(9)，所述凸台结构(9)的圆周内壁适于与所述主轴(1)外壁贴合，所述凸台结构(9)的端面适于抵接于所述主轴承(3)的侧壁。

2.根据权利要求1所述的风电机组的传动系统，其特征在于，所述连接结构包括设置于所述增速机(2)输入端的第一法兰(5)，所述第一法兰(5)适于与所述主轴(1)连接，且所述第一法兰(5)设置有所述凸台结构(9)。

3.根据权利要求1所述的风电机组的传动系统，其特征在于，所述连接结构包括连接轴(6)和设置于所述连接轴(6)一端的第二法兰(7)，所述连接轴(6)的另一端与所述增速机(2)连接，所述第二法兰(7)适于与所述主轴(1)连接，且所述第二法兰(7)设置有所述凸台结构(9)。

4.根据权利要求3所述的风电机组的传动系统，其特征在于，所述第二法兰(7)的外径大于所述凸台结构(9)的内径，所述凸台结构(9)的内径大于所述主轴(1)的直径。

5.根据权利要求4所述的风电机组的传动系统，其特征在于，所述连接轴(6)和所述第二法兰(7)一体连接，且所述连接轴(6)内设置有轴向贯通的过电缆孔(61)。

6.根据权利要求1所述的风电机组的传动系统，其特征在于，还包括紧固件，所述主轴(1)靠近所述连接结构的第一法兰面(11)上设置有第一连接孔(12)，所述连接结构的第二法兰面(71)上设置有与所述第一连接孔(12)配合的第二连接孔(72)，所述紧固件适于穿过所述第一连接孔(12)和所述第二连接孔(72)以连接所述主轴(1)和所述连接结构。

7.根据权利要求6所述的风电机组的传动系统，其特征在于，所述紧固件包括螺柱、螺栓、螺柱与紧固销的组合以及螺栓与紧固销的组合中的一种。

8.根据权利要求6所述的风电机组的传动系统，其特征在于，所述第一连接孔(12)在所述第一法兰面(11)上沿周向分布，且分布圈数至少为一圈。

9.根据权利要求1所述的风电机组的传动系统，其特征在于，还包括衬垫(10)，所述衬垫(10)设置于所述凸台结构(9)朝向所述主轴(1)的端面与所述主轴承(3)之间。

10.一种风电机组，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的风电机组的传动系统。

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