CN114233567B - 一种鼓形轮毂、叶轮及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种鼓形轮毂，其特征在于，鼓形轮毂包括：鼓形壳体、加强件；所述鼓形壳体，具有第一环形端面、第二环形端面以及中部球形壳体；所述第一环形端面和第二环形端面均为平面,且相互平行；在第一环形端面和第二环形端面之间设置加强件，且各加强件之间不平行搭接，来共同支撑鼓形壳体；鼓形壳体和加强件均增大轮毂的整体刚度，提高轮毂的强度，在强度相同的情况下，可以减轻轮毂的重量。

Description

一种鼓形轮毂、叶轮及风力发电机组

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种鼓形轮毂、叶轮及风力发电机组。

背景技术

风电是可再生能源领域中最具大规模开发价值和商业化发展前景的发电方式，可利用的风能在全球范围内分布广泛、储量巨大。

随着风力发电机组中容量越做越大,轮毂作为连接叶片和发电机主轴的重要部件，其体积也是越做越大。那么对降低轮毂重量的要求越来越高，为了降低轮毂的重量,通常是采取减小轮毂壁厚的方式。但此方法会使得轮毂的整体刚度降低,在风力的作用下,会导致轮毂变形严重。

CN 209195591 U，提出了一种轮毂及风力发电机组技术方案，此方案在变桨法兰环（其描述为叶片法兰）处增设与其平行的腹板，虽能增大变桨法兰环的刚度，但对轮毂的整体刚度影响甚微。

发明内容

在有鉴于此，本发明实施例的目的在于一种鼓形轮毂、叶轮及风力发电机组，以解决背景技术中的至少一个技术问题。

为达上述目的，一方面提供一种鼓形轮毂，鼓形轮毂包括：鼓形壳体、加强件；所述鼓形壳体，具有第一环形端面、第二环形端面以及中部球形壳体；所述第一环形端面和第二环形端面均为平面，且相互平行；在第一环形端面和第二环形端面之间设置加强件。

进一步的，所述第一环形端面和所述第二环形端面的中心连线构成中心轴线。

进一步的，在第一环形端面内侧围绕所述中心轴线圆周分布多个第一连接部，个数为3的整数倍；在第二环形端面内侧围绕所述中心轴线圆周分布多个第二连接部，个数为3的整数倍。

进一步的，各所述第一连接部和各所述第二连接部之间设置至少一个加强件。

进一步的，所述加强件和所述鼓形壳体一体铸造，或所述加强件采用型材通过螺纹紧固件和所述鼓形壳体连接。

进一步的，各所述加强件之间直接搭接，或通过搭接件进行搭接。

进一步的，所述中部球形壳体圆周设置三个联接变桨轴承的变桨法兰环，所述变桨法兰环围绕所述中心轴线圆周均匀分布。

进一步的，任意两个所述加强件不平行，所述加强件和所述变桨法兰环不平行。

另一个方面,提供一种叶轮,包括上述的鼓形轮毂。

另一个方面,提供一种风力发电机组,包括上述的鼓形轮毂或叶轮。

上述技术方案的有益效果包括：

1.本发明实施例中通过采用鼓形壳体和加强件，增大了轮毂的整体刚度，提高了轮毂的强度。

2.本发明实施例中所述的鼓形轮毂与同等强度的轮毂相比，重量更轻。

附图说明

图1为本发明实施例的一种叶轮、风力发电机组的示意图；

图2为本发明实施例的一种鼓形轮毂的一个方向的示意图；

图3为本发明实施例的一种鼓形轮毂的另一个方向的示意图；

图4为本发明实施例的一种鼓形轮毂的加强件的示意图；

图5为本发明实施例的一种鼓形轮毂的螺纹紧固件的示意图；

图6为本发明实施例的一种鼓形轮毂的搭接件的示意图；

图7为本发明另一个实施例的一种鼓形轮毂的示意图；

图8为本发明另一个实施例的一种鼓形轮毂的A-A剖视示意图；

图9为本发明另一个实施例的一种鼓形轮毂的A-A反向剖视示意图；

附图标号说明：

1、叶轮；2、机舱；3、塔筒；

100、鼓形轮毂；101、变桨轴承；102、叶片；

10、鼓形壳体；20、加强件；30螺纹紧固件；40、搭接件；

11、中部球形壳体；12、第一环形端面；13、第二环形端面；14、变桨法兰环；15、第一连接部；16、第二连接部；17、过渡圆角；

121、中心轴线；

150、第一连接孔；151、A连接部；152、B连接部；153、C连接部；

160、第二连接孔；161、a连接部；162、b连接部；163、c连接部；

21、第一加强件；22、第二加强件；23、第三加强件；

201、第一端孔；202、第二端孔；203、人孔；204、避让孔；205、过渡圆角；

31、螺栓；32、螺母；33、垫片；

401、通孔。

值得注意的是上述附图是用于说明本发明的特征，并非旨在展示任何实际结构或反映各种部件的尺寸，相对比例等等细节信息。为了更清楚的展示本发明的原理，并且为了避免不必要的细节使本发明的原理变得模糊，各图中示例已经经过简化处理。这些图示对于相关领域的技术人员在理解本发明时不会带来不便，而实际的风力发电机组鼓形轮毂可以包括更多的部件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例的相关附图，对本发明实施例进行完整的描述。本专利描述的仅是一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提出了一种风力发电机组，风力发电机组包括上述的叶轮1、机舱2、塔筒3和发电机（图中未示）；机舱2设置于塔筒3的顶端,发电机设置于机舱2内部；叶轮1通过传动系与发电机连接，叶片102吸收风能，带动叶轮1、传动系、发电机转子旋转，将风能转化为机械能，再将机械能转化为电能。

本发明实施例提出的一种风力发电机组所应用的叶轮1详细介绍如下：

如图1所示，本发明实施例提出了一种叶轮,叶轮1包括鼓形轮毂100、变桨轴承101以及叶片102；鼓形轮毂100圆周上均匀分布三个变桨轴承101，每个变桨轴承101连接一个叶片102，叶轮1通过叶片102吸收来自大自然的风能。

本发明实施例提出的一种叶轮所应用的鼓形轮毂100详细介绍如下：

如图2至图5所示，本发明实施例提出了一种鼓形轮毂，鼓形轮毂100包括：鼓形壳体10、加强件20、螺纹紧固件30。鼓形壳体10，包括中部球形壳体11、第一环形端面12、第二环形端面13、以及围绕中心轴线121设置的三个变桨法兰环14。第一环形端面12和第二环形端面13的内侧均为平面，这样设置的鼓形壳体10比传统的球型壳体（其第一、第二环形端面内侧是圆弧状的，是球面的一部分）更轻。

在第一环形端面12的内侧边缘处设置有三个第一连接部15，分别为A连接部151、B连接部152、C连接部153；以上三个连接部围绕中心轴线121均匀分布，且均设置有至少一个第一连接孔150，用于安装加强件20。

在第二环形端面13的内侧边缘处设置有三个第二连接部16，分别为a连接部161、b连接部162、c连接部163；以上三个连接部围绕中心轴线121均匀分布，且均设置有至少一个第二连接孔160，用于安装加强件20。

以上六个连接部与鼓形壳体10之间均设置过渡圆角17，以减少应力集中。

加强件20采用型材，加强件20一端设置至少一个第一端孔201，另一端设置至少一个第二端孔202，用于和鼓形壳体10连接。

螺纹紧固件30，包括螺栓31、螺母32和垫片33。

以使用三个加强件20为例，三个加强件20分别为第一加强件21、第二加强件22和第三加强件23，下面进行连接安装：

第一加强件21：第一端孔201通过螺纹紧固件30与A连接部151的第一连接孔150连接，第二端孔202通过所述螺纹紧固件30与b连接部162的第二连接孔160连接。

第二加强件22：第一端孔201通过螺纹紧固件30与B连接部121的第一连接孔150连接，第二端孔202通过所述螺纹紧固件30与c连接部163的第二连接孔160连接。

第三加强件23：第一端孔201通过螺纹紧固件30与C连接部121的第一连接孔150连接，第二端孔202通过所述螺纹紧固件30与a连接部161的第二连接孔160连接。

在鼓形壳体10中心部位设置一个搭接件40，其设置的三个通孔401将三个加强件20搭接固定；搭接件40可以是一个整体，也可以是多个零部件拼接；搭接件40可以减小各加强件20的变形，提高加强件20对鼓形壳体10的支撑效果。

至此，三个加强件20与鼓形壳体10连接完毕，且互相搭接，任意一个加强件20均不与变桨法兰环14平行，任意两个加强件20之间也不平行，所有的加强件20在空间上错位分布，共同为鼓形壳体10提供支撑，不仅仅提高了变桨法兰环14的刚度，也提高了鼓形轮毂100的整体刚度，大大减小了鼓形轮毂100的变形。

可替代的，将加强件20的第一端孔201和第二端孔202对调。

可替代的，在上述的三个加强件20之外，再添加三个加强件20，即三个第一连接部15和三个第二连接部16均连接两个加强件20，且两两交错分布。

可替代的，在上述的三个加强件20之外，再添加六个加强件20，即三个第一连接部15和三个第二连接部16均连接三个加强件20，且两两交错分布。

如图7至图9所示，本发明另一个实施例提出了一种鼓形轮毂，与上一实施例相比，鼓形壳体10基本一致；加强件20采用与鼓形轮毂100一体铸造的方法，在结构上有较大差异，具体如下：

鼓形轮毂100包括：鼓形壳体10、加强件20。鼓形壳体10，包括中部球形壳体11、第一环形端面12和第二环形端面13、以及围绕中心轴线121设置的三个变桨法兰环14。第一环形端面12和第二环形端面13的内侧均为平面，这样设置的鼓形壳体10比传统的球型壳体（其第一、第二环形端面内侧是圆弧状的，是球面的一部分）更轻。

在第一环形端面12的内侧边缘处设置有三个第一连接部15，分别为A连接部151、B连接部152、C连接部153；以上三个第一连接部围绕中心轴线121均匀分布；在第二环形端面13的内侧边缘处设置有三个第二连接部16，分别为a连接部161、b连接部162、c连接部163；以上三个第二连接部围绕中心轴线121均匀分布。

下面进行设置加强件20，并以3个为例，它们分别为第一加强件21、第二加强件22和第三加强件23，如下：

在A连接部151和a连接部161之间设置第一加强件21，第一加强件21向着B连接部152和b连接部162连线方向延伸，且与相近的变桨法兰环14呈一定的角度，此处以18°为例，其厚度以50mm为例；第一加强件21与第一环形端面12垂直，当然也可以不垂直。

按照设置第一加强件21的方法，在B连接部152 和b连接部162之间设置第二加强件22，在C连接部153和c连接部163之间设置第三加强件23。

至此，三个加强件20设置完毕，且相邻的两个加强件20相互搭接，并在鼓形壳体10中部形成一个三角形，三角形具有稳定性，有很强的承载载荷的能力；任意一个加强件20均不与变桨法兰环14平行，任意两个加强件20之间也不平行，这种在空间上错位的设置，可以抵抗来自六个自由度的载荷，不仅仅提高了变桨法兰环14的刚度，也提高了鼓形轮毂100的整体刚度，大大减小了鼓形轮毂100的变形。

此外，每个加强件20的中部设置有一个人孔203，其形状可以是圆形，也可以是椭圆形，人孔203一方面起到减重的作用，另一方面可以方便操作人员进出叶片102；每个加强件20与变桨法兰环14交接处设置一个避让孔204，避让孔204的两端均设置过渡圆角205，避让孔204一方面起到减重的作用，另一方面避让叶根螺栓，且方便维护叶根螺栓。

本发明中所涉及的技术特征对应的技术效果有：

1.本发明实施例中通过采用鼓形壳体和加强件，增大了轮毂的整体刚度，提高了轮毂的强度。

2.本发明实施例中所述的鼓形轮毂与同等强度的轮毂相比，重量更轻。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“前或后”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (6)

1.一种鼓形轮毂，其特征在于，鼓形轮毂包括：鼓形壳体、加强件；

所述鼓形壳体，由中部球形壳体与第一环形端面和第二环形端面组合而成；

所述第一环形端面和第二环形端面内外表面均为平面，且两个环形端面相互平行；

所述第一环形端面和所述第二环形端面的中心连线构成中心轴线，所述中心轴线通过所述中部球形壳体的球心；

所述中部球形壳体圆周设置三个联接变桨轴承的变桨法兰环，所述变桨法兰环围绕所述中心轴线圆周均匀分布；

在鼓形壳体内部，第一环形端面和第二环形端面之间设置加强件；

在轮毂鼓形腔的第一环形端面内侧，围绕所述中心轴线圆周设置多个第一连接部，在所述轮毂鼓形腔的第二环形端面内侧，围绕所述中心轴线圆周分布多个第二连接部，各所述第一连接部和各所述第二连接部之间设置至少一个加强件；

各所述加强件之间直接搭接，或通过搭接件进行搭接。

2.根据权利要求1所述的一种鼓形轮毂，其特征是，所述第一连接部的个数为3的整数倍；在所述第二连接部的个数为3的整数倍。

3.根据权利要求1所述的一种鼓形轮毂，其特征是，所述加强件和所述鼓形壳体一体铸造，或所述加强件采用型材通过螺纹紧固件和所述鼓形壳体连接。

4.根据权利要求1所述的一种鼓形轮毂，其特征是，任意两个所述加强件不平行，所述加强件和所述变桨法兰环不平行。

5.一种叶轮,其特征在于,包括如权利要求1至4任意一项所述的鼓形轮毂。

6.一种风力发电机组,其特征在于,包括如权利要求5所述的叶轮。