CN209385288U - 风力发电机组的轴系及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种风力发电机组的轴系及风力发电机组，所述风力发电机组的轴系包括：定轴，定轴固定在风力发电机组的底座的上方；动轴，动轴连接到风力发电机组的轮毂；第一轴承，第一轴承在轴系的靠近轮毂的第一侧和轴系的远离轮毂的第二侧中的一侧上，设置在定轴与动轴之间，其中，第一轴承的靠近轮毂的部分的承载力大于第一轴承的远离轮毂的部分的承载力。根据本实用新型的风力发电机组的轴系及风力发电机组对局部载荷的适应性较好，并且整个轴系的固定更可靠，可减小整个轴系的径向变形，并且可降低轴承的成本。

Description

风力发电机组的轴系及风力发电机组

技术领域

本实用新型涉及一种风力发电机组的轴系及风力发电机组。

背景技术

一般来说，轴系选型是风力发电机组的主轴系设计中的重要环节，针对不同类型的主轴系设计和选用合适的轴承类型可以大程度的提升轴系性能与寿命、降低制造与装配成本、减少运维次数与费用。

目前，常用的轴系布局方式主要有双列圆锥滚子轴承和圆柱滚子轴承的组合、圆锥滚子轴承和圆锥滚子轴承的组合、双列圆锥滚子轴承等，其中，双列圆锥滚子轴承因其轴承刚度较大、具有良好的抵抗弯矩载荷的能力、结构紧凑以及零部件少等优点而被广泛应用。

图1示出的是常见的双列圆锥滚子轴承和圆柱滚子轴承组合的轴系结构，其中，双列圆锥滚子轴承1靠近轮毂侧设置在动轴3与定轴4之间，圆柱滚子轴承2靠近底座侧设置在动轴3与定轴4之间，定轴4通过螺栓5与底座 6连接。如图2所示，双列圆锥滚子轴承1包括外圈11、内圈12以及前列滚子13和后列滚子14，其中，前列滚子13和后列滚子14的各尺寸参数一致，接触角θ也相同。

实用新型内容

在风力发电机组的轴系中，可能出现对于局部风载适应性不佳、轴系固定不牢固、轴系径向变形的问题，本实用新型提供一种风力发电机组的轴系以及风力发电机组，对局部载荷的适应性较好，并且整个轴系的固定更可靠，可减小整个轴系的径向变形。

根据本实用新型的一方面，一种风力发电机组的轴系包括：定轴，定轴固定在风力发电机组的底座的上方；动轴，动轴连接到风力发电机组的轮毂；第一轴承，第一轴承在轴系的靠近轮毂的第一侧和轴系的远离轮毂的第二侧中的一侧上，设置在定轴与动轴之间，其中，第一轴承的靠近轮毂的部分的承载力大于第一轴承的远离轮毂的部分的承载力，其中，定轴的远离轮毂的部分的内径可小于定轴的靠近轮毂的部分的内径，动轴的远离轮毂的部分的外径可小于动轴的靠近轮毂的部分的外径。

优选地，第一轴承可为双列滚子轴承，第一轴承的靠近轮毂的前列滚子与第一轴承的远离轮毂的后列滚子可不对称地设置。

优选地，前列滚子的接触角可小于后列滚子的接触角。

优选地，前列滚子的尺寸可大于后列滚子的尺寸。

优选地，第一轴承可设置在所述第二侧上，风力发电机组的轴系还可包括第二轴承，第二轴承可在所述第一侧上设置在定轴与动轴之间，第一轴承的内圈直径和外圈直径可分别小于第二轴承的内圈直径和外圈直径。

优选地，第二轴承的靠近轮毂的部分的承载力可大于第二轴承的远离轮毂的部分的承载力。

根据本实用新型的另一方面，一种风力发电机组包括如上所述的风力发电机组的轴系。

优选地，轴系通过在轴向上分布的一个或更多个连接构件固定到底座。

优选地，底座设置有法兰座，轴系通过设置在轴系的两端的连接构件固定到法兰座。

根据本实用新型的风力发电机组的轴系，采用不对称轴承结构可以平衡轴承的位于不同侧的部分的受力，对于不稳定的风载适应性更好，提高轴承的安全系数。

此外，根据本实用新型的风力发电机组的轴系，采用不对称双列滚子轴承分布可以有效避免两列滚子过载、发热、打滑等现象，提高轴承寿命。

此外，根据本实用新型的风力发电机组的轴系，可在不改变轴系中的轴承外形接口尺寸的情况下，只通过调节滚子的接触角或单列滚子尺寸而不需要整体增大轴承外形尺寸，即可提高轴系的承载性能以满足局部载荷过大的要求，有效降低轴系的维护和更换成本。

此外，根据本实用新型的风力发电机组的轴系，具有不对称结构的轴承刚度大，安装一般为零或负游隙，所以轴向定位作用佳，轴向承载能力较强，在需承受相同载荷时，不对称轴承的尺寸较小，并且可将其布置在轴系的直径较小的一端，可显著降低成本。

此外，根据本实用新型的风力发电机组的轴系，通过将轴系固定在底座上方，可以控制整个轴系的径向变形，减小对发电机气隙的影响，并可以通过轴系向机舱侧伸长来减小后轴承尺寸，有利于控制后轴承重量、降低轴承成本。

根据本实用新型的风力发电机组包括上述轴系，其与上述轴系的有益效果相同。

附图说明

图1是根据现有技术的具有对称双列圆锥滚子轴承和圆柱滚子轴承的轴系布局方式的风力发电机组的轴系的示意图。

图2是根据现有技术的风力发电机组的对称双列圆锥滚子轴承的截面示意图。

图3是根据本实用新型的风力发电机组的轴系的截面图。

图4是根据本实用新型的风力发电机组的轴系中的不对称双列滚子轴承的示意图。

图5是根据本实用新型的风力发电机组的轴系连接到底座的示意图。

附图标号说明：

1：双列圆锥滚子轴承，2：圆柱滚子轴承，3：动轴，4：定轴，5：螺栓， 6：底座，11：外圈，12：内圈，13：前列滚子，14：后列滚子，20：轴系， 21：定轴，22：动轴，23：第一轴承，231：轴承外圈，232：前列滚子，233：后列滚子，234：轴承内圈，24：第二轴承，30：底座，31：法兰座，40：轮毂，51：连接构件，52：紧固件。

具体实施方式

现在将参照附图更全面的描述本实用新型的实施例，在附图中示出了本实用新型的示例性实施例。在附图中，相同的标号始终表示相同的组件。附图可不按照比例绘制，为了清楚、说明及便利起见，可夸大附图中的元件的相对尺寸、比例和描绘。

下面将参照图3和图4详细描述根据本实用新型的风力发电机组的轴系的具体构造。

根据本实用新型的风力发电机组的轴系20包括定轴21、动轴22以及第一轴承23。定轴21固定在风力发电机组的底座30的上方，定轴21与底座30的具体连接方式将在下文进行详细描述。动轴22连接到风力发电机组的轮毂40。第一轴承23在轴系20的靠近轮毂40的第一侧和轴系20的远离轮毂40的第二侧中的一侧上，设置在定轴21与动轴22之间。图3示出了第一轴承23设置在轴系20的远离轮毂40的第二侧上的情况。

对于风力发电机组而言，载荷由轮毂侧开始传递，由于风势的变化，轴承的不同部分会承受大小不同的载荷，一般来说，轴承的位于上风向侧(靠近轮毂侧)的部分承受的载荷大于其位于下风向侧(靠近机舱侧)的部分承受的载荷。在这种情况下，若使用对称轴承结构，可能无法满足局部载荷要求，对于过大或过小的局部载荷的适应性不佳，即，不能完全适应局部过大或过小的风载，这对轴承的寿命及整个风力发电机组的可靠性构成潜在威胁。

在根据本实用新型的风力发电机组的轴系中，第一轴承23的靠近轮毂 40的部分的承载力大于第一轴承23的远离轮毂40的部分的承载力。作为示例，第一轴承23可具有不对称的轴承结构。如图4所示，作为不对称轴承结构的第一轴承23可以为双列滚子轴承。

具体来说，第一轴承23可包括轴承外圈231、前列滚子232、后列滚子 233及轴承内圈234。轴承外圈231可固定连接到定轴21，轴承内圈234可固定到动轴22。前列滚子232为靠近轮毂的滚子，后列滚子233为远离轮毂的滚子，前列滚子232和后列滚子233可不对称地设置，以使得前列滚子232 的承载力大于后列滚子233的承载力。

一般而言，在轴承中，滚子的接触角角度不同，受力点的径向和轴向的分力大小也随之改变，接触角θ(如图2所示)越大，轴承滚子的轴向承载能力越强，径向承载能力越小，而风力发电机组的轴系主要承受径向载荷。

在第一轴承23中，由于与后列滚子233相比，前列滚子232需要承受更大的载荷，因此前列滚子232的接触角可小于后列滚子233的接触角，以使前列滚子232的承载力(例如，径向承载力)大于后列滚子233的承载力(例如，径向承载力)。

此外，为了使前列滚子232的承载力大于后列滚子233的承载力，也可使前列滚子232的尺寸大于后列滚子233的尺寸，形成不对称的轴承结构，例如，使前列滚子232的宽度/直径大于后列滚子233的宽度/直径。

如此，由于前列滚子232需要比后列滚子233承受更大的载荷，因此可通过使前列滚子232的接触角小于后列滚子233和/或使前列滚子232尺寸大于后列滚子233来提高承载能力。然而，前列滚子232和后列滚子233的构造不限于此，即，不限于调整前后列滚子的接触角和/或尺寸，只要能使前列滚子232的承载力大于后列滚子233的承载力即可。与具有对称结构的双列滚子轴承(例如，图2中所示的轴承)相比，不对称轴承结构可承受较大载荷，避免对称轴承中可能出现的前列滚子承载过大、不满足局部载荷要求而后列滚子大材小用、甚至打滑的现象，对于不稳定、突变的局部载荷的适应性较好。

在图4中，第一轴承23示出为双列圆锥滚子轴承，但不限于此，例如，其也可为诸如调心滚子轴承或者球轴承等的其他双列轴承，只要使得前后列滚子在突变的风载下均能满足承载要求且不出现打滑过热等问题即可。此外，第一轴承23的形式也不限于双列滚子轴承，其也可形成为除了双列轴承外的其他轴承类型，只要其靠近轮毂40的部分的承载力大于其远离轮毂40的部分的承载力即可。

尽管图3中示出第一轴承23设置在轴系20的远离轮毂40的第二侧，但是如上所述，第一轴承23也可设置在其靠近轮毂40的第一侧，其具体构造与上文所述类似。

此外，在轴系为短轴结构的情况下，可在定轴21与动轴22之间仅设置第一轴承23作为主轴前轴承(第一轴承23设置在第一侧)或主轴后轴承(第一轴承23设置在第二侧)。然而，如图3所示，在整个轴系形成为长轴结构时，根据本实用新型的风力发电机组的轴系还可包括第二轴承24。第二轴承 24在轴系20的靠近轮毂40的第一侧和轴系20的远离轮毂40的第二侧中的未设置第一轴承23的一侧上，设置在定轴21与动轴22之间，作为主轴后轴承(第二轴承24设置在第二侧)或主轴前轴承(第二轴承24设置在第一侧)。例如，图3中示出第二轴承24设置在轴系20的靠近轮毂40的第一侧上的情况。

作为示例，第二轴承24可以是单列滚子轴承，例如，单列圆柱滚子轴承或单列圆锥滚子轴承，或者也可以是球轴承。

然而，第二轴承24不限于上述构造。例如，第二轴承24的靠近轮毂40 的部分的承载力也可大于所述第二轴承24的远离轮毂40的部分的承载力。也就是说，第二轴承24可具有与第一轴承23类似的不对称的轴承结构，例如，形成为不对称双列滚子轴承，从而改善轴承对局部载荷的适应性，进一步提高整个轴系的可靠性。

此外，在根据本实用新型的风力发电机组的轴系中，定轴21的远离轮毂 40的部分的内径可小于定轴21的靠近轮毂40的部分的内径，动轴22的远离轮毂40的部分的外径可小于动轴22的靠近轮毂40的部分的外径，以使得安装在轴系20的靠近底座30的轴端的后轴承的尺寸可小于安装在轴系的靠近轮毂40的轴端的前轴承的尺寸。

具体来说，以图3所示的轴承布局为例，由于轴系的靠近底座30的轴端的径向尺寸小于其靠近轮毂40的轴端的径向尺寸，因此，第一轴承23的内圈直径和外圈直径可分别小于第二轴承24的内圈直径和外圈直径，从而可减小第一轴承23的内圈直径和外圈直径。也就是说，可通过调整轴系的长度向机舱侧伸长来减小靠近底座的轴端的径向尺寸，从而减小后轴承(图3中的第一轴承23)的内径和外径尺寸，有利于控制后轴承重量。

此外，在现有技术中，由于双列滚子轴承的制造和安装成本较高，并且考虑到轴系变形，无法通过加长轴系长度来控制轴承重量和成本，因此在控制轴承成本方面存在限制。对于减小轴承重量降成本来讲，无法大幅度增加轴系长度以达到减小轴承内、外径尺寸降低轴承成本的目的。而在上述实施例中，第一轴承23可为不对称双列滚子轴承，因此，将成本较高的不对称双列滚子轴承布置在尺寸较小的轴端，可以实现轴系的大承载能力下的低成本。

如上所述，可以在维持动轴及定轴尺寸不变的情况下仅改变轴承中两列滚子的大小或接触角便可增大轴系承载能力，提高轴系寿命，轴承的更换简单，后期维护的可操作性强。

下面将参照图3和图5对风力发电机组的轴系与底座的连接进行详细描述。

根据本实用新型的实施例，还可提供一种风力发电机组，该风力发电机组可包括如上所述的轴系。如图5所示，根据本实用新型的风力发电机组的轴系20可固定在底座30的上方。

定轴21可通过在轴向上分布的一个或更多个连接构件51固定到底座30。例如，连接构件51可以是形成在定轴21的外侧的连接法兰，相应地，底座 30的内部可设置有法兰座31，连接构件51可通过诸如螺栓等紧固件52与底座30内部的法兰座31固定连接，从而将整个轴系20固定到底座30。

对于整个轴系与底座的连接而言，若轴系(特别是较长的轴系)仅通过螺栓固定到底座的侧部，其连接可能不稳固，弯矩载荷可能过大，使得轮毂端轴系可能由于弯矩载荷过大而发生变形，最终会影响发电机的气隙，降低发电机的可靠性。

在本实用新型中，连接构件51的数量及分布位置不受具体限制，可根据实际需要进行设置。例如，可在定轴21的轴向上的中央部分设置一个连接构件51，或者可在定轴21的两个轴端分别设置连接构件51，此外，在轴系长度较长时，也可在两个轴端之间的位置设置一个或更多个连接构件51，以更稳固地将轴系固定到底座。在这种固定轴系的方式中，可以通过调整连接构件51的相对位置以及增加底座30内部的法兰座31的数量来适应不同轴系长度的需求，使轴系固定更牢靠并减小整体变形对发电机气隙的影响。特别是对于较长的轴系结构，这种固定连接方式可有效地减小轴系整体的径向变形，降低对发电机气隙的影响。

如上面所阐述的，本实用新型提供了一种风力发电机组的轴系及包括该轴系的风力发电机组，其中，轴系可固定在风力发电机组的底座的上方，并且可包括具有不对称结构的轴承，此外，轴承可通过在轴向上分布的一个或更多个连接构件固定到底座上，与传统的轴系相比，这种轴系对局部载荷的适应性较好，并且整个轴系的固定更可靠，可减小整个轴系的径向变形，降低对发电机气隙的影响。

具体来说，根据本实用新型的风力发电机组的轴系，采用不对称轴承结构可以平衡轴承的位于不同侧的部分的受力，对于不稳定的风载适应性更好，提高轴承的安全系数。

此外，根据本实用新型的风力发电机组的轴系，采用不对称双列滚子轴承分布可以有效避免滚子过载、发热、打滑等现象，提高轴承寿命。

此外，根据本实用新型的风力发电机组的轴系，可在不改变轴系中的轴承外形接口尺寸的情况下，只通过调节接触角或单列滚子尺寸而不需要整体增大轴承外形尺寸，即可提高轴系的承载性能以满足局部载荷过大的要求，有效降低轴系的维护和更换成本。

此外，根据本实用新型的风力发电机组的轴系，具有不对称结构的轴承刚度大，轴向定位作用佳，承载能力较强，在需承受相同载荷时，不对称轴承的尺寸较小，并且可将其布置在轴系的直径较小的一端，可显著降低成本。

此外，根据本实用新型的风力发电机组的轴系，通过将轴系固定在底座上方，可以控制整个轴系的径向变形，减小对发电机气隙的影响，并可以通过轴系向机舱侧伸长来减小后轴承尺寸，有利于控制后轴承重量、降低轴承成本。

本实用新型的另一实施例为一具有上述轴系的风力发电机组，其与上述的轴系有益效果相同，故这里不再赘述。

虽然上面已经详细描述了本实用新型的示例性实施例，但本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，可对本实用新型的实施例做出各种的修改和变形。但是应当理解，在本领域技术人员看来，这些修改和变形仍将落入权利要求所限定的本实用新型的示例性实施例的精神和范围内。

Claims (9)

1.一种风力发电机组的轴系，其特征在于，所述风力发电机组的轴系(20)包括：

定轴(21)，所述定轴(21)固定在所述风力发电机组的底座(30)的上方；

动轴(22)，所述动轴(22)连接到所述风力发电机组的轮毂(40)；

第一轴承(23)，所述第一轴承(23)在所述轴系(20)的靠近所述轮毂(40)的第一侧和所述轴系(20)的远离所述轮毂(40)的第二侧中的一侧上，设置在所述定轴(21)与所述动轴(22)之间，

其中，所述第一轴承(23)的靠近所述轮毂(40)的部分的承载力大于所述第一轴承(23)的远离所述轮毂(40)的部分的承载力，

其中，所述定轴(21)的远离所述轮毂(40)的部分的内径小于所述定轴(21)的靠近所述轮毂(40)的部分的内径，所述动轴(22)的远离所述轮毂(40)的部分的外径小于所述动轴(22)的靠近所述轮毂(40)的部分的外径。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组的轴系，其特征在于，所述第一轴承(23)为双列滚子轴承，所述第一轴承(23)的靠近所述轮毂(40)的前列滚子(232)与所述第一轴承(23)的远离所述轮毂(40)的后列滚子(233)不对称地设置。

3.根据权利要求2所述的风力发电机组的轴系，其特征在于，所述前列滚子(232)的接触角小于所述后列滚子(233)的接触角。

4.根据权利要求2或3所述的风力发电机组的轴系，其特征在于，所述前列滚子(232)的尺寸大于所述后列滚子(233)的尺寸。

5.根据权利要求1所述的风力发电机组的轴系，其特征在于，所述第一轴承(23)设置在所述第二侧上，所述风力发电机组的轴系(20)还包括第二轴承(24)，所述第二轴承(24)在所述第一侧上设置在所述定轴(21)与所述动轴(22)之间，所述第一轴承(23)的内圈直径和外圈直径分别小于所述第二轴承(24)的内圈直径和外圈直径。

6.根据权利要求5所述的风力发电机组的轴系，其特征在于，所述第二轴承(24)的靠近所述轮毂(40)的部分的承载力大于所述第二轴承(24) 的远离所述轮毂(40)的部分的承载力。

7.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括如权利要求1-6中任一项所述的风力发电机组的轴系(20)。

8.根据权利要求7所述的风力发电机组，其特征在于，所述轴系(20)通过在轴向上分布的一个或更多个连接构件(51)固定到所述底座(30)。

9.根据权利要求8所述的风力发电机组，其特征在于，所述底座(30)设置有法兰座(31)，所述轴系(20)通过设置在所述轴系(20)的两端的所述连接构件(51)固定到所述法兰座(31)。