CN207513742U - 一种垂直轴风力发电机主轴支撑结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种垂直轴风力发电机主轴支撑结构，包括叶片组件、主轴、承载立柱、承载立柱上端组件、风轮下端组件、主轴下端支撑组件和发电机室壳。叶片与风轮上连接盖、风轮下连接盖连接构成风轮工作部分，风轮连接法兰与风轮上连接盖通过螺栓组连接，主轴通过普通平键与风轮连接法兰连接。叶片组件将风能转换成转矩并经风轮连接法兰传递到主轴上。风轮重力通过风轮连接法兰和承载立柱上端组件传递到承载立柱。叶片组件承受的径向风载通过风轮下端组件传递到承载立柱。本实用新型将风轮重力和径向风载均传递到承载立柱，主轴仅传递风轮转矩到发电机转子，改善了主轴和发电机的受力状况，降低了主轴和发电机的负载损耗，提高了风力机的效率。

Description

一种垂直轴风力发电机主轴支撑结构

技术领域

本实用新型属于垂直轴风力发电机技术领域，具体涉及一种垂直轴风力发电机主轴的支撑结构。

背景技术

风能作为一种具有巨大发展潜力的可再生能源，有利于解决我国快速发展伴随的能源紧张和污染问题。风力发电机主要分为水平轴风力机和垂直轴风力机。水平轴风力发电机需配备对风系统，抗风性能差，结果相对复杂，造价高等缺点，限制了其发展和应用。垂直轴风力发电机又分为阻力型和升力型两种，升力型风力机具有转速较高、结构相对简单、成本低以及启动比较困难等特点。阻力型风力机具有低风速下启动转矩较大、启动性能良好及结构简单、成本低等优点，但存在风能利用率较低的缺点。

目前，垂直轴风力机主轴支撑结构大多是叶片通过连杆与发电机上下法兰盘连接，法兰盘直接与发电机主轴连接，叶片与连杆的重量和径向风载及转矩就直接作用在发电机上，大大增加了发电机的负面载荷，降低了发电机的使用寿命。中国专利申请号201220416268.X公开了一种改进的H型垂直轴风力机。该风力机叶片经过轮辐与轮毂连接，轮毂直接连接于发电机的输入轴上。所以风轮的重力和径向风载均由发电机内部的轴承承受。较大的负面载荷增加了发电机的摩擦转矩，增大了风能损失率，同时对发电机的寿命有较大的影响。中国专利申请号为201510710230.1公开了一种垂直轴风力发电机结构。该风力机的主轴组件通过支持翼与叶片固定连接，主轴组件外侧套接有套筒，套筒与发电机转子相连，发电机与主轴组件之间安装有刹车装置。虽然该风力机结构不同于前一个风力机，但是该风力机的主轴组件也是直接与发电机输入轴连接，风轮重力和径向风载对发电机有不利影响。如果能够降低风轮重力和径向风载对发电机转子的负面影响，将有利于降低风能的损失和提高发电机的寿命。

发明内容

本实用新型旨在针对现有技术的不足，提供了一种垂直轴风力发电机主轴支撑结构，改善风力机主轴和发电机的受力状况，降低主轴和发电机转子的摩擦损耗，提高发电机寿命和风能利用率。

为了达到上述目的,本实用新型提供以下技术方案：一种垂直轴风力发电机主轴支撑结构，包括叶片组件、主轴、承载立柱、承载立柱上端组件、风轮下端组件、主轴下端支撑组件和发电机室壳。所述叶片组件包括叶片、风轮上连接盖、风轮下连接盖、风轮连接法兰、叶片螺栓组以及风轮连接法兰螺栓组。所述叶片通过叶片螺栓组固定连接于风轮上连接盖和风轮下连接盖之间；所述风轮连接法兰通过风轮连接法兰螺栓组固定连接于风轮上连接盖。

所述主轴通过普通平键与风轮连接法兰连接，所述叶片组件转换的转矩通过风轮连接法兰传递到主轴。

所述承载立柱上端组件包括上端盖、1号密封圈、上轴承座、角接触球轴承、套筒、推力球轴承以及上轴承座螺栓组，所述上轴承座从里到外依次安装有推力球轴承、套筒、角接触球轴承，所述上端盖内嵌1号密封圈并压紧角接触球轴承外圈；所述风轮连接法兰下端与角接触球轴承内圈接触，所述角接触球轴承再与套筒上表面接触，所述套筒下表面与推力球轴承接触，所述推力球轴承安装于上轴承座内，由此风轮的重力依次传递到角接触球轴承内圈、套筒、推力球轴承和上轴承座；所述上轴承座螺栓组将上端盖与上轴承座配合压紧。

所述承载立柱通过螺纹连接与上轴承座下端固定连接并承受风轮传递下来的重力，所述承载立柱是空心状，主轴位于承载立柱内。

所述风轮下端组件包括下轴承座、2号密封圈、深沟球轴承、下轴承座端盖、3号密封圈、叶片下螺栓组和下轴承座螺栓组，所述下轴承座上端通过叶片下螺栓组与风轮下连接盖固定连接；所述深沟球轴承安装于下轴承座内，深沟球轴承内圈与承载立柱配合，风轮的下端径向风载通过深沟球轴承传递到承载立柱上；所述下轴承座端盖与下轴承座下端配合并压紧深沟球轴承外圈；所述下轴承座螺栓组将下轴承座端盖和下轴承座固定连接；所述承载立柱位于风轮下端组件内；所述2号密封圈和3号密封圈分别安装于下轴承座上端和下轴承座端盖上并起密封作用。

所述主轴下端支撑组件包括主轴下端连接法兰、主轴下端支撑轴承、主轴下端端盖、4号密封圈和主轴下端螺栓组。所述主轴下端连接法兰通过螺纹与承载立柱连接，所以承载立柱所受的风轮重力和径向载荷均传递到主轴下端连接法兰；所述主轴下端支撑轴承安装于主轴下端连接法兰内，所述主轴输出轴段安装于主轴下端支撑轴承内圈；所述主轴下端端盖通过主轴下端螺栓组与主轴下端连接法兰配合压紧；所述4号密封圈内嵌于主轴下端端盖并对主轴输出端起密封作用。

本实用新型的有益效果为：本实用新型一种垂直轴风力发电机主轴支撑结构，其主轴上端组件采用角接触球轴承和推力球轴承组合支撑形式，其主轴下端组件采用深沟球轴承支撑形式，工作过程中，风轮重力依次经风轮连接法兰、角接触球轴承内圈、套筒、推力球轴承传递到承载立柱，风轮承受的径向风载通过主轴上端组件中的角接触球轴承和风轮下端组件中的深沟球轴承传递到承载立柱，主轴传递到发电机转子的力仅为风轮转矩，主轴主要起传递风轮转矩的作用，改善了主轴和发电机转子的受力情况，最终提高了发电机的寿命和风力机的风能利用率。

附图说明

图1是本实用新型一种垂直轴风力发电机主轴支撑结构的全剖视图；

图2是本实用新型一种垂直轴风力发电机主轴支撑结构的结构示意图。

图中：1.风轮上连接盖，2.风轮连接法兰，3.风轮连接法兰螺栓组，4.叶片螺栓组，5.叶片，6.主轴，7.普通平键，8.1号密封圈，9.上端盖，10.上轴承座，11.角接触球轴承，12.上轴承座螺栓组，13.套筒，14.推力球轴承，15.承载立柱，16.下轴承座螺栓组，17.风轮下连接盖，18.叶片下螺栓组，19.2号密封圈，20.深沟球轴承，21.下轴承座，22.下轴承座端盖，23.3号密封圈，24.下轴承座螺栓组，25.主轴下端连接法兰，26.主轴下端螺栓组，27.主轴下端支撑轴承，28.4号密封圈，29.主轴下端端盖，30.发电机室壳螺栓组，31.发电机室壳。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

本实用新型是一种垂直轴风力发电机主轴支撑结构，如图1、图2共同所示，该装置主要包括风轮上连接盖1，风轮连接法兰2，叶片5，主轴6，上轴承座10，角接触球轴承11，推力球轴承14，承载立柱15，风轮下连接盖17，深沟球轴承20，下轴承座21，主轴下端连接法兰25，主轴下端支撑轴承27，发电机室壳31。叶片5通过叶片螺栓组4固定连接于风轮上连接盖1和风轮下连接盖17之间构成风轮的风能转换装置；风轮连接法兰2通过风轮连接法兰螺栓组3固定连接于风轮上连接盖1下面，风轮连接法兰2通过普通平键7与主轴6连接，将叶片组件转换的转矩传递到主轴6；主轴上端组件包括1号密封圈8、上端盖9、上轴承座10、角接触球轴承11、上轴承座螺栓组12、套筒13、推力球轴承14，推力球轴承14、套筒13和角接触球轴承11从里到外依次安装于上轴承座10内，风轮连接法兰2下端面与角接触球轴承11内圈上端接触，角接触球轴承11内圈下端与套筒13上端面接触，套筒13上下端面与推力球轴承14的上端面接触，推力球轴承14的下端面与上轴承座10接触，1号密封圈安装于上端盖9对主轴上端组件与风轮连接法兰2安装处起密封作用，上轴承座螺栓组12将上端盖9和上轴承座10固定连接，承载立柱15通过螺纹连接与上轴承座10连接，风轮的重力就通过主轴上端组件传递到承载立柱15。

风轮下端组件包括下轴承座21、2号密封圈19、深沟球轴承20、下轴承座端盖22、3号密封圈23、叶片下螺栓组18和下轴承座螺栓组26，下轴承座21通过叶片下螺栓组18与风轮下连接盖17固定连接，2号密封圈19安装于下轴承座21上端并对承载立柱15与下轴承座21上端接触处起密封作用；深沟球轴承20安装于下轴承座21内，深沟球轴承20内圈安装于承载立柱15上，因此，风轮下端通过深沟球轴承20绕承载立柱做旋转运动并将风轮所受的径向风载传递到承载立柱15；下轴承座端盖22通过下轴承座螺栓组24与下轴承座21固定连接，3号密封圈23安装于下轴承座端盖22处并对承载立柱15与下轴承座端盖22接触处起密封作用。

主轴下端支撑组件包括主轴下端连接法兰25、主轴下端支撑轴承27、主轴下端端盖29、4号密封圈28和主轴下端螺栓组30，主轴下端连接法兰25通过螺纹连接与承载立柱15连接，则承载立柱15承受的风轮重力和径向风载均传递到主轴下端连接法兰25；主轴下端支撑轴承27安装于主轴下端连接法兰25内和主轴6的输出轴段上，并对主轴6起支撑作用；4号密封圈28安装于主轴下端端盖29内并对主轴6输出轴段与主轴下端端盖29接触处起密封作用，主轴下端端盖29通过主轴下端螺栓组30与主轴下端连接法兰25压紧装配。

结合图2所示，发电机室壳31通过发电机室壳螺栓组30与主轴下端连接法兰25固定连接，则发电机室壳31承受着上端部件的重力和风轮的径向风载，发电机位于发电机室壳31内并与主轴6连接。

其工作过程：

本垂直轴风力发电机主轴支撑结构工作时，叶片5将一部分风能转换为转矩并传递到风轮连接法兰2，同时将另一部分以径向风载的形式直接传递到风轮连接法兰2和下轴承座21，作用于风轮连接法兰2的径向风载依次经过主轴6、角接触球轴承11传递到承载立柱15，作用于下轴承座21的径向风载经过深沟球轴承20传递到承载立柱15；作用于风轮连接法兰2的风能转矩经过普通平键7传递到主轴6；工作中风轮重力依次经过角接触球轴承11的内圈、套筒13、推力球轴承14和上轴承座10传递到承载立柱15上；因此本垂直轴风力发电机工作时，风轮重力和径向风载经过本实用新型的支撑结构传递到承载立柱15，风轮转换的有效转矩传递到主轴6。

本实用新型提供的一种垂直轴风力发电机支撑结构中，风轮重力和径向风载均传递到承载立柱15，主轴6安装于承载立柱15内，承载立柱15截面面积大，转动惯量大，刚度强度相对大，由于承载立柱是静止的，相对运动的主轴6和发电机转子而言，风轮重力和径向风载对承载立柱15的影响相对较小；主轴6仅传递风能转矩到发电机转子，改善了主轴和发电机的受力状况，提高了风力发电机的效率。

本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1.一种垂直轴风力发电机主轴支撑结构，包括叶片组件、主轴、承载立柱、承载立柱上端组件、风轮下端组件、主轴下端支撑组件和发电机室壳，其特征在于：所述叶片组件包括叶片、风轮上连接盖、风轮下连接盖、风轮连接法兰、叶片螺栓组以及风轮连接法兰螺栓组，所述叶片通过叶片螺栓组固定连接于风轮上连接盖和风轮下连接盖之间，所述风轮连接法兰通过风轮连接法兰螺栓组固定连接于风轮上连接盖；所述主轴通过键连接与风轮连接法兰连接，所述叶片组件获得的风能转矩通过风轮连接法兰传递到主轴。

2.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电机主轴支撑结构，其特征在于：所述承载立柱上端组件包括上端盖、1号密封圈、上轴承座、角接触球轴承、套筒、推力球轴承以及上轴承座螺栓组，所述上轴承座从里到外依次安装有推力球轴承、套筒、角接触球轴承，风轮的重力依次传递到角接触球轴承内圈、套筒、推力球轴承和上轴承座；所述承载立柱通过螺纹连接与上轴承座下端固定连接并承受风轮传递下来的重力，所述承载立柱是空心状，主轴位于承载立柱内。

3.根据权利要求1所述一种垂直轴风力发电机主轴支撑结构，其特征在于：所述风轮下端组件包括下轴承座、2号密封圈、深沟球轴承、下轴承座端盖、3号密封圈、叶片下螺栓组和下轴承座螺栓组，所述深沟球轴承安装于下轴承座内，深沟球轴承内圈与承载立柱配合，风轮的下端径向风载通过深沟球轴承传递到承载立柱。

4.根据权利要求1所述一种垂直轴风力发电机主轴支撑结构，其特征在于：所述主轴下端支撑组件包括主轴下端连接法兰、主轴下端支撑轴承、主轴下端端盖、4号密封圈和主轴下端螺栓组，所述主轴下端连接法兰通过螺纹与承载立柱连接，所以承载立柱所受的风轮重力和径向载荷均传递到主轴下端连接法兰。