CN218760960U - 变桨轴承以及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种变桨轴承以及风力发电机组，所述变桨轴承包括相互转动配合的轴承内圈和轴承外圈，所述轴承内圈和/或所述轴承外圈上的一部分螺栓孔相对于其余螺栓孔在所述变桨轴承的径向方向上向外拓扑，从而所述一部分螺栓孔的节圆直径大于所述其余螺栓孔的节圆直径。根据本实用新型的技术方案，仅使变桨轴承的局部区域的螺栓孔的节圆直径变大，解决局部套圈螺栓孔及局部高强度螺栓损伤超限问题，从而无需使变桨轴承得尺寸进行整体增大，从而能够控制变桨轴承成本增加。

Description

变桨轴承以及风力发电机组

技术领域

本申请属于风力发电技术领域，尤其涉及一种变桨轴承以及具有该变桨轴承的风力发电机组。

背景技术

风力发电机组主要通过叶片受风力驱动带动发电机的转子旋，从而将风能转换电能。随着发电机组的装机容量的不大提高，叶片的尺寸和重量也在不断加大，变桨轴承以及连接螺栓所承受的载荷也急剧升高。由于受力的不均匀性，叶片在安装到变桨轴承上的情况下，变桨轴承圆周上各区域所承受的载荷也是不不均匀的，存在某一区域的载荷相对较高的情况，此处螺栓所承受的环向应力较大，螺栓容易发生损伤或断裂。

现有技术中，为了解决高应力高损伤区域轴承套圈上的螺栓易损伤的问题，通常采用增大变桨轴承外径、增大变桨轴承套圈上的螺栓孔的直径、增高变桨轴承高度等方法。

然而，这些解决方案，不仅增加了变桨轴承本身的总重量以及变桨轴承的成本，同时也增加了连接螺栓的长度、重量及运维难度。此外，叶根直径以及轮毂上的连接法兰的直径也需要相应增大，随之而来的叶片尺寸和轮毂尺寸的增加，同样也会伴随着制造成本高、运输以及运维难度大等问题。因此，现有技术中的解决方案使得整个产品竞争力明显下降，严重制约行业发展。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种变桨轴承以及具有该变桨轴承的风力发电机组，以解决现有技术中变桨轴承的高载荷区域的连接螺栓易损伤的问题，控制变桨轴承成本、控制对应高强度连接螺栓等附件的成本增加，并能满足设计需求。

根据本实用新型的一方面，提供了一种变桨轴承，所述变桨轴承包括相互转动配合的轴承内圈和轴承外圈，所述轴承内圈和/或所述轴承外圈上的一部分螺栓孔相对于其余螺栓孔在所述变桨轴承的径向方向上向外拓扑，从而所述一部分螺栓孔的节圆直径大于所述其余螺栓孔的节圆直径。

根据本实用新型的一方面，所述变桨轴承在周向方向上包括第一周向区域和第二周向区域，所述第二周向区域相对于所述第一周向区域为高载荷区域，向外拓扑的所述一部分螺栓孔位于所述第二周向区域中。

根据本实用新型的一方面，所述第二周向区域的周向长度小于所述第一周向区域的周向长度。

根据本实用新型的一方面，所述第二周向区域为两个，并且关于所述变桨轴承的中心相对设置。

根据本实用新型的一方面，所述第二周向区域包括所述变桨轴承的与叶片的前缘侧对应的区域以及和后缘侧对应的区域。

根据本实用新型的一方面，所述轴承外圈的第二周向区域的外轮廓相对于所述第一周向区域的外轮廓向外凸出。

根据本实用新型的一方面，所述轴承外圈和所述轴承外圈上均包括径向向外拓扑的螺栓孔。

根据本实用新型的一方面，所述第一周向区域的螺栓孔位于第一节圆上，所述第二周向区域的螺栓孔位于第二节圆上，所述第二节圆的直径比所述第一节圆的直径大10mm～40mm。

根据本实用新型的一方面，所述第一周向区域的螺栓孔与所述第二周向区域的螺栓孔的规格相同。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种风力发电机组，所述风力发电机组包括前面所述的变桨轴承以及安装在所述变桨轴承上的叶片。

根据本实用新型的变桨轴承，通过仅调整局部螺栓孔的位置，或者仅将轴承外圈的局部外凸，仅通过增加拓扑高应力高损伤区域部分套圈螺栓孔节约直径，从而使得变桨轴承外形结构无需整体发生变化，即可实现套圈螺栓孔非对称、非规律布局，增大拓扑高应力高损伤区域部分套圈螺栓孔区域回转直径，降低套圈及螺栓的载荷，从而实现系统承载能力及成本最优。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本公开的上述和/或其它目的和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是根据本实用新型的第一实施例的变桨轴承的主视图；

图2A是根据本实用新型的第二实施例的变桨轴承的主视图；

图2B是图2A中的变桨轴承的局部放大图；

图3是根据本实用新型的第三实施例的变桨轴承的主视图；

图4A是根据本实用新型的第四实施例的变桨轴承的主视图；

图4B是图4A中的变桨轴承的局部放大图。

附图标记：

100-轴承内圈；200-轴承外圈；300-叶片；

410-第一周向区域；420-第二周向区域。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，不应被理解为本公开的实施形态限于在此阐述的实施方式。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

本实用新型的实施例提供了一种变桨轴承以及具有该变桨轴承的风力发电机组。如图1所示，根据本申请的实施例，变桨轴承包括相互转动配合的轴承内圈100和轴承外圈200，轴承内圈100和轴承外圈200上分别设置有一圈螺栓孔，用于分别通过连接螺栓与轮毂(未示出)和叶片300连接。根据设计需要，可以是轴承外圈200与轮毂连接，轴承内圈100与叶片300连接，也可以是轴承外圈200与叶片300连接，而轴承内圈100与轮毂连接。变桨轴承可以是双列球轴承，也可以是三排柱轴承或者其他球柱混合的轴承。对此，本实用新型不作具体限制。

根据本实用新型的实施例，针对变桨轴承的圆周方向上所承受的载荷不均匀性，在变桨轴承的圆周方向上，轴承内圈100和/或轴承外圈200上的螺栓孔在圆周方向上不对称布置。具体地，对于高载荷区域和低载荷区域的螺栓孔进行差异化设计，使得高载荷区域的螺栓孔相对于低载荷区域的螺栓孔在变桨轴承的径向方向上向外拓扑。即，轴承内圈100和/或轴承外圈200上的一部分螺栓孔相对于其余螺栓孔在变桨轴承的径向方向上向外移动一定距离，从而所述一部分螺栓孔的节圆直径大于其余螺栓孔的节圆直径。作为示例，所述第二节圆的直径比所述第一节圆的直径大10mm～40mm。

通过将高载荷区域中的螺栓孔向外拓扑，增加该部分螺栓孔的节圆直径，增大拓扑高应力高损伤区域部分套圈的螺栓孔的回转直径，达到降低轴承套圈以及螺栓载荷的目的，而变桨轴承的外形结构无需整体发生变化，避免了变桨轴承的制造成本的大幅增加。此外，通过增加部分螺栓孔的节圆直径来实现系统承载能力的增加，由于不需要整体增大变桨轴承的直径以及螺栓的直径或螺栓的长度，从而避免了运输成本和运维成本。此外，由于仅仅改变螺栓孔的位置，而不需要改变螺栓孔的规格，因此，可以采用相同规格的螺栓进行连接，从而方便物料的同一管理，降低附加管理成本。

在变桨轴承的设计过程中，可以根据承载能力的需求以及高载荷区域的分布，确定向外拓展的螺栓孔的位置和数量。具体的，根据变桨轴承的载荷大小，可以将变桨轴承在周向方向上分为第一周向区域410和第二周向区域420，第二周向区域420相对于第一周向区域410为高载荷区域，将第二周向区域420中的螺栓孔向外拓扑，而第一周向区域410的螺栓孔保持在基础设计位置。例如，可以通过对变桨轴承进行有限元计算环向应力拓扑分析，根据载荷的分布以及载荷的大小，计算每根连接螺栓所承受的载荷大小，从而确定哪些螺栓孔需要向外拓展，例如，可以仅在轴承内圈和轴承外圈中的一个上进行部分螺栓孔向外拓扑，也可以在轴承内圈和轴承外圈上均进行部分螺栓孔向外拓扑。

下面将结合附图来详细描述本实用新型的多个实施例。

图1示出根据本实用新型第一实施例的变桨轴承的示意图。如图1所示，变桨轴承包括轴承内圈100和轴承外圈200。轴承内圈100可以与叶片300连接，轴承外圈200可以与轮毂(未示出)连接。轴承内圈100上设置有齿圈，用于与变桨减速器连接，从而驱动叶片300相对于轮毂进行变桨操作。

在图1所示的示例中，轴承内圈100的螺栓孔和轴承外圈200的螺栓孔均进行局部外拓。换句话说，轴承内圈100的第二周向区域420中的螺栓孔以及轴承外圈200的第二周向区域420中的螺栓孔均在变桨轴承的径向方向上相对于第一周向区域410中的螺栓孔向外移动预定距离。

为了示出变桨轴承的第一周向区域410和第二周向区域420的分布位置，图1示出了叶片300的翼型在变桨轴承的轴向方向上的投影。通常情况下，变桨轴承在叶片300的摆振方向上承受的载荷相对较大，在叶片300的挥舞方向上所承受的载荷相对较小。因此，变桨轴承的高载荷区域通常对应于叶片的前缘侧和后缘侧。然而，高载荷区域可能为一个，也可能为多个，例如，变桨轴承的高载荷区域为一个，对应于叶片的前缘侧。

在图1所示的实施例中，F表示来风方向，作为高载荷区域的第一周向区域410有两个，分别位于叶片的前缘侧和后缘侧，关于变桨轴承的轴线相对布置。进一步地，位于叶片前缘侧区域的载荷通常大于位于叶片后缘侧区域的载荷，因此，作为示例，对应于叶片前缘侧的外拓的螺栓孔的数量大于对应于叶片后缘侧的外拓的螺栓孔的数量。

作为示例，螺栓孔在变桨轴承的径向方向上向外移动预定距离可以为10mm～20mm，例如，向变桨轴承外径方向拓展10mm、20mm等。

实际运行工况中，高载荷区域的范围通常小于低载荷区域的范围。因此，作为高载荷区域的第二周向区域420的周向长度通常小于第一周向区域410的周向长度。

根据本申请的实施例，通过调整部分螺栓孔的节圆直径，使得该处的螺栓所承受的应力的力臂增加，在相同应力的情况下，载荷承载能力增加。降低轴承套圈以及螺栓的载荷，从而实现系统承载能力以及成本优化。

图2A和图2B是根据本实用新型的第二实施例的变桨轴承的示意图。

如图2A和图2B所示，与第一实施例的变桨轴承相同，轴承内圈100和轴承外圈200上的高载荷区的螺栓孔沿变桨轴承的径向方向向外拓扑。与第一实施例不同的是，在第二实施例的变桨轴承中，轴承外圈200的高载荷区的外周局部外凸。这种情况通常是发生在局部载荷较大以至于轴外圈的基础外形尺寸不能满足局部螺栓孔外移的设计要求的情况下。在这种情况下，为了解决载荷对轴承本体的影响，仅在与局部外拓的螺栓孔对应的区域，使得轴承外圈的外径尺寸加大，从而提高该部分的支撑强度，确保变桨轴承的整体强度和风力发电机组的运行安全性。在第二实施例中，轴承外圈200的第二周向区域420的外轮廓相对于第一周向区域410的外轮廓向外凸出，从而仅在变桨轴承的局部增加外径，而在载荷相对较小的区域仍然保持较小的外径尺寸，避免了变桨轴承的整体尺寸增大造成的成本增加。

图3是根据本实用新型的第三实施例的变桨轴承的示意图。

在第三实施例中，仅轴承外圈200的高载荷区域的螺栓孔相对外拓，使得轴承外圈200上的螺栓孔分别布置在不同的节圆上，而轴承内圈100的螺栓孔保持在同一节圆上。根据第二实施例，可以通过对变桨轴承的轴承内圈或外圈进行有限元分析的基础上，针对单个套圈设计不足进行局部拓扑设计，以提高轴承载荷适应性。

图4A与图4B是根据本实用新型的第四实施例的变桨轴承的示意图。

第四实施例的变桨轴承是在第三实施例的基础上进行的承载能力的加强设计。与第三实施例中的轴承载荷相比第四实施例中的变桨轴承所承受的载荷较大，为了解决载荷对轴承本体的影响，对轴承外圈的高载荷区域(即第二周向区域420)的轴承外径进行增大，从而使得变桨轴承的外形尺寸为非规则圆形，设计为局部凸度造型。根据第四实施例的变桨轴承，仅使轴承外圈的局部径向尺寸增加，无需整体增大轴承外圈的外形尺寸，从而确保高载荷区域的螺栓的连接强度和承载能力的情况下，避免风力发电机组的制造成本的大幅增加。

根据本实用新型的多个实施例，能够解决变桨轴承现有方案中拓扑高应力高损伤区域损伤问题，解决局部套圈螺栓孔及局部高强度螺栓损伤超限问题，控制变桨轴承成本增加，有效提高变桨轴承的同平台性，有效控制对应高强度连接螺栓长度，避免高强度螺栓由于损伤超限而不断的缩颈和增长而引发的施工困难及安全问题，并能满足设计需求。

虽然上面示出了变桨轴承的多种拓扑结构，但是本实用新型的变桨轴承的结构不限于此，本领域技术在本实用新型的技术构思的指导下，可以根据载荷的分布情况而进行相应的螺栓孔外拓设计，可以在轴承外形尺寸不便的情况下进行部分螺栓孔外移，也可以使轴承外圈的外径局部外凸来避免螺栓孔外移对轴承本体的结构强度的影响。

在本实用新型的描述中，所使用的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本公开所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在上面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。

Claims (10)

1.一种变桨轴承，所述变桨轴承包括相互转动配合的轴承内圈(100)和轴承外圈(200)，其特征在于，

所述轴承内圈(100)和/或所述轴承外圈(200)上的一部分螺栓孔相对于其余螺栓孔在所述变桨轴承的径向方向上向外拓扑，从而所述一部分螺栓孔的节圆直径大于所述其余螺栓孔的节圆直径。

2.根据权利要求1所述的变桨轴承，其特征在于，所述变桨轴承在周向方向上包括第一周向区域(410)和第二周向区域(420)，所述第二周向区域(420)相对于所述第一周向区域(410)为高载荷区域，向外拓扑的所述一部分螺栓孔位于所述第二周向区域(420)中。

3.根据权利要求2所述的变桨轴承，其特征在于，所述第二周向区域(420)的周向长度小于所述第一周向区域(410)的周向长度。

4.根据权利要求2所述的变桨轴承，其特征在于，所述第二周向区域(420)为两个，并且关于所述变桨轴承的中心相对设置。

5.根据权利要求4所述的变桨轴承，其特征在于，所述第二周向区域(420)包括所述变桨轴承的与叶片的前缘侧对应的区域以及和后缘侧对应的区域。

6.根据权利要求2所述的变桨轴承，其特征在于，所述轴承外圈(200)的第二周向区域(420)的外轮廓相对于所述第一周向区域(410)的外轮廓向外凸出。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的变桨轴承，其特征在于，所述轴承内圈(100)和所述轴承外圈(200)上均包括径向向外拓扑的螺栓孔。

8.根据权利要求2所述的变桨轴承，其特征在于，所述第一周向区域(410)的螺栓孔位于第一节圆上，所述第二周向区域(420)的螺栓孔位于第二节圆上，所述第二节圆的直径比所述第一节圆的直径大10mm～40mm。

9.根据权利要求8所述的变桨轴承，其特征在于，所述第一周向区域(410)的螺栓孔与所述第二周向区域(420)的螺栓孔的规格相同。

10.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括如权利要求1-9中任一项所述的变桨轴承以及安装在所述变桨轴承上的叶片(300)。

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