CN217558471U - 风力发电机轮毂组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种风力发电机轮毂组件，包括：球壁框架，与腹板分立且具有能够安装腹板的开口；加强结构，被配置为能够承载驱动轴传递到腹板上的力矩；以及腹板，被配置为能够与加强结构连接。本实用新型通过添设腹板加强梁和加强板来提升局部支撑刚度，达到成本和功能的综合最优。具体而言，具有如下有益效果：模块化设计，部件通用率提升；通过更换加强结构即可实现机型升容；关键热点部位均为可更换设计，可维护性提升。

Description

风力发电机轮毂组件

技术领域

本实用新型涉及风力发电机技术领域，特别涉及一种风力发电机轮毂组件。

背景技术

轮毂是风力发电机(简称“风机”)的核心部件之一，其作用是以可旋转的方式承载叶片(及叶片的变桨轴承等风机组件)以产生电能。由于叶片的重量较大以及需要考虑到极端风力情况，轮毂需要根据每个风机的由轮毂承载的风机组件的实际负载情况进行设计和定制，这显著地提高了轮毂的设备成本，由此显著推高了风机整机的设备成本。此外，这也不利于轮毂的维护，因为部分轮毂的损坏可能导致必须再次个性化地单独制造这样的轮毂。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种风力发电机轮毂组件，以解决现有的用于风力发电机的轮毂组件制造成本和维护成本较高的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种风力发电机轮毂组件，包括：

球壁框架，与腹板分立且具有能够安装腹板的开口；

加强结构，被配置为能够承载驱动轴传递到腹板上的力矩；以及

腹板，被配置为能够与加强结构连接。

可选的，在所述的风力发电机轮毂组件中，所述加强结构包括：

加强梁，被配置为设置在腹板的表面，且沿驱动轴在腹板上的翻转力矩导致的法向位移梯度方向延伸。

可选的，在所述的风力发电机轮毂组件中，所述加强梁包括截面为工字形、槽型、T型或框型等具有较好抗弯截面模量的管状型材，所述加强梁与腹板固定连接，连接方式包括螺栓连接、铆接、焊接。

可选的，在所述的风力发电机轮毂组件中，所述腹板上具有至少一个驱动孔，用于供驱动轴穿过。

可选的，在所述的风力发电机轮毂组件中，所述腹板上具有多个驱动孔，其中一个作为主驱动孔，其他作为备用驱动孔。

可选的，在所述的风力发电机轮毂组件中，所述加强梁包括：

第一加强梁，被配置为尽量靠近所有驱动孔；

第二加强梁，被配置为垂直于第一加强梁，且尽量靠近连接驱动轴的驱动孔。

可选的，在所述的风力发电机轮毂组件中，所述加强结构还包括：

加强板，被配置为设置在腹板的表面，且覆盖驱动孔周围的腹板表面。

可选的，在所述的风力发电机轮毂组件中，所述加强板为直角扇形，设置在第一加强梁和第二加强梁合围成的最小区域内。

可选的，在所述的风力发电机轮毂组件中，所述加强板上具有驱动孔配合止口，以使得驱动轴能够同时穿过驱动孔配合止口和驱动孔。

可选的，在所述的风力发电机轮毂组件中，所述加强板的两个直角边的边缘、以及驱动孔配合止口周围具有螺孔，螺栓穿过螺孔与腹板相应位置上的安装孔，将加强板固定在腹板上。

本实用新型还提供一种风力发电机，包括如上任一项所述的风力发电机轮毂组件。

发明人通过研究发现，球壁框架的载荷主要集中在腹板上且腹板为整个轮毂中最薄弱的一环，因此如果将腹板从球壁框架分立出来并根据载荷单独设计，则可以免去轮毂的主体结构、即球壁框架的定制过程，而是可以采用标准化的球壁框架加上定制的腹板来适应于各种风机组件的载荷，同时发明人还发现，如果将风机组件的全部安装位置都集成在腹板上，则可完全免除定制球壁框架的需要；腹板为简单的平面结构，其根据载荷的形状或材料的定制(包括设计和制造)是简单可靠的，而且腹板的定制品的制造也是相对低成本的；

进一步的，从承载密度及可获得性来说，本实用新型中的腹板的优选材料为钢材，发明人又发现，定制腹板从强度角度出发可以将厚度降低，但会导致变桨驱动等部件的支撑刚度不足。驱动轴在腹板上的翻转力矩分布沿驱动孔布置方向，腹板承受了跨度较大的受力，而容易造成翻转变形。

基于以上洞察，本实用新型通过添设腹板加强梁和加强板来提升局部支撑刚度，达到成本和功能的综合最优。具体而言，具有如下有益效果：

1.模块化设计，部件通用率提升；

2.通过更换加强结构即可实现机型升容；

3.关键热点部位均为可更换设计，可维护性提升。

附图说明

图1是本实用新型一实施例风力发电机轮毂组件示意图；

图2是本实用新型一实施例风力发电机轮毂组件示意图；

图3是本实用新型一实施例风力发电机轮毂组件示意图；

图4是本实用新型一实施例风力发电机轮毂组件示意图；

图5是本实用新型一实施例风力发电机轮毂组件组装示意图；

图6是本实用新型一实施例风力发电机轮毂组件组装示意图；

图中所示：1-法兰；2-腹板；3-球壁框架。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的风力发电机轮毂组件作进一步详细说明。根据下面说明，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

另外，除非另行说明，本实用新型的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。

本实用新型的目的在于提供一种风力发电机轮毂组件，以解决现有的用于风力发电机的轮毂组件制造成本和维护成本较高的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种风力发电机轮毂组件，包括：球壁框架，被配置为具有能够安装腹板的开口；以及腹板，被配置为与加强结构连接；其中所述加强结构用于承载驱动轴传递至腹板上的翻转力矩。

在本实用新型中，术语“分立”是指两个部件彼此分离，但是可能被组装在一起。分立部件尤其是可以分开制造和运输，并且尤其是能够在现场被组装。

图1～6提供了本实用新型的第一个实施例，其示出了风力发电机轮毂组件的结构示意图。如图1所示，所述风力发电机轮毂组件包括：球壁框架3，被配置为具有能够安装腹板2的开口；法兰1，用于将叶片连接至腹板2和球壁框架3，以及腹板2，被配置为与加强结构(例如加强板23)连接；其中所述加强结构用于承载驱动轴4在腹板上的翻转力矩。

其中，如图2、3所示，在述的风力发电机轮毂组件中，所述加强结构包括：加强梁(第一加强梁21和第二加强梁22)，被配置为设置在腹板2的表面，且主要部分的加强梁(第一加强梁21)沿驱动轴4在腹板上的产生的力矩导致的法向位移梯度方向。加强梁设置在腹板的第一面，第一面是朝向球壁框架3的一面。

具体的，在述的风力发电机轮毂组件中，所述加强梁的截面为工字形，工字形的底面上具有螺孔27，螺栓穿过螺孔27与腹板相应位置上的安装孔26，第一加强梁的安装孔受到遮挡，图2中未示出，图2中的安装孔26用于安装第二加强梁，可以由其想象出第一加强梁的安装孔，将加强梁固定在腹板上。

具体的，在述的风力发电机轮毂组件中，所述腹板上具有两个驱动孔，两者均位于腹板的一端，两者中心点到腹板圆心的连线的夹角小于90°。其中一个作为主驱动孔24，另一个作为备用驱动孔25，两个驱动孔中心点之间的连线为第一方向。驱动轴只穿过其中一个，当主驱动孔变形无法使用时，可以替换使用备用驱动孔。

进一步的，在述的风力发电机轮毂组件中，所述加强梁包括：第一加强梁21，被配置为沿第一方向延伸，且尽量靠近两个驱动孔；第二加强梁22，被配置为垂直于第一加强梁21，且尽量靠近连接驱动轴的驱动孔。图2示出了两排对应于第二加强梁的安装孔，分别靠近于主驱动孔和备用驱动孔，当驱动轴4使用主驱动孔时，第二加强梁就通过对应的安装孔安装在靠近主驱动孔的位置，反之亦然。

如图4所示，在述的风力发电机轮毂组件中，所述加强结构还包括：加强板23，被配置为设置在腹板2的表面，即腹板的第二面，第二面是正对法兰而背对球壁框架的一面，且加强板23覆盖当前所使用的驱动孔周围的腹板表面。当驱动轴使用主驱动孔24时，加强板23覆盖主驱动孔24周围的腹板表面，反之亦然。

如图4所示，在述的风力发电机轮毂组件中，所述加强板23为直角扇形，设置在第一加强梁21和第二加强梁22合围成的最小区域内。当驱动轴使用主驱动孔24时，第二加强梁就通过对应的安装孔安装在靠近主驱动孔的位置，在主驱动孔周围形成了一个最小区域，刚好适合直角扇形的加强板23放置，且扇形两个直角边分别与第一加强梁和第二加强梁平行。在述的风力发电机轮毂组件中，所述加强板上具有驱动孔配合止口28，以使得驱动轴4能够同时穿过驱动孔配合止口28和驱动孔。

进一步的，在述的风力发电机轮毂组件中，所述加强板的两个直角边的边缘、以及驱动孔配合止口周围具有螺孔27，螺栓穿过螺孔27与腹板相应位置上的安装孔26，将加强板固定在腹板上。

本实用新型还提供一种风力发电机，包括如上任一项所述的风力发电机轮毂组件。整个轮毂组件包括一个整体或者分体式的球壁框架3、钢腹组件2和可选的变桨法兰1。其中，变桨法兰或者腹板可与变桨轴承配合；腹板组件2包含腹板本体，可选的腹板加强梁，可选的腹板加强板，并集成有驱动孔配合止口。球壁框架3与腹板2之间，以及腹板2与变桨法兰1之间可使用较小螺栓进行预连接，之后安装变桨轴承后用变桨轴承螺栓将整个轮毂组件及变桨轴承拉紧，在正常工作时，轮毂组件与变桨轴承组成相互间固定的整体，起到承载的作用；由于球壁框架主体的强度余量较大，有较大几率可覆盖多个机型上的载荷；而腹板因为其整体性较佳，没有太大的开口，因此径向刚度很好，不足是变桨驱动的支撑部位偏转刚度较弱，因此本实用新型引入了可选配的加强梁及加强板23，可针对不同载荷选配不同的组件；总体来说，采用同一球壁框架主体配合单独设计的腹板以及选配的局部加强件即可满足不同机型的要求。

球壁框架主体3可采用铸造或者钢板焊接而成，球壁框架3可以采用分片装配式；腹板2可以置于球壁框架3的内侧或外侧，腹板2可采用钢板切割加工或者铸造而成，优选钢板制成，腹板采用不同几何形式，比如环形变为辐形；变桨法兰1可采用铸造、锻造或者拼焊制作；球壁框架主体1与腹板2之间，腹板2与变桨法兰1之间，球壁框架与加强环之间均通过组装固定在一起，在工作期间不发生相对移动而构成一个联合承载体，固定方式可以为螺栓连接、抗剪销/块连接或焊接等；腹板2可通过选配的加强梁及加强板以便满足不同载荷的需要。图5、6示出了球壁框架3、腹板2和法兰1的组装示意图。

综上，上述实施例对风力发电机轮毂组件的不同构型进行了详细说明，当然，本实用新型包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本实用新型所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种风力发电机轮毂组件，其特征在于，包括：

球壁框架，与腹板分立且具有能够安装腹板的开口；

加强结构，被配置为能够承载驱动轴传递到腹板上的力矩；以及

腹板，被配置为能够与加强结构连接。

2.如权利要求1所述的风力发电机轮毂组件，其特征在于，所述加强结构包括：

加强梁，被配置为设置在腹板的表面，且沿驱动轴在腹板上的翻转力矩导致的法向位移梯度方向延伸。

3.如权利要求2所述的风力发电机轮毂组件，其特征在于，所述加强梁包括截面为工字形、槽型、T型或框型的管状型材，所述加强梁与腹板固定连接，连接方式包括螺栓连接、铆接、焊接。

4.如权利要求2所述的风力发电机轮毂组件，其特征在于，所述腹板上具有至少一个驱动孔，用于供驱动轴穿过。

5.如权利要求4所述的风力发电机轮毂组件，其特征在于，所述腹板上具有多个驱动孔，其中一个作为主驱动孔，其他作为备用驱动孔。

6.如权利要求5所述的风力发电机轮毂组件，其特征在于，所述加强梁包括：

第一加强梁，被配置为尽量靠近所有驱动孔；

第二加强梁，被配置为垂直于第一加强梁，且尽量靠近连接驱动轴的驱动孔。

7.如权利要求6所述的风力发电机轮毂组件，其特征在于，所述加强结构还包括：

加强板，被配置为设置在腹板的表面，且覆盖驱动孔周围的腹板表面。

8.如权利要求7所述的风力发电机轮毂组件，其特征在于，所述加强板为直角扇形，设置在第一加强梁和第二加强梁合围成的最小区域内。

9.如权利要求8所述的风力发电机轮毂组件，其特征在于，所述加强板上具有驱动孔配合止口，以使得驱动轴能够同时穿过驱动孔配合止口和驱动孔。

10.如权利要求8所述的风力发电机轮毂组件，其特征在于，所述加强板的两个直角边的边缘、以及驱动孔配合止口周围具有螺孔，螺栓穿过螺孔与腹板相应位置上的安装孔，将加强板固定在腹板上。

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