內凹型風力發電機組輪轂的製作方法
2023-06-02 22:02:21 1
本實用新型涉及風力發電領域，具體涉及一種內凹型風力發電機組輪轂。
背景技術：
風能作為一種清潔無汙染的可再生能源，越來越受到人們的重視，近年來，風力發電在技術研究、裝備製造及零部件配套等方面都得到了迅速的發展。隨著需求的不斷提升，單機容量的不斷增大，載荷的增加使得對各部件的強度要求增加。輪轂在風力發電機組中用於連接葉片和主軸。輪轂承力結構的好壞與否直接影響風力發電機的可靠性。
技術實現要素：
本實用新型的目的是提供一種承力結構好並且適用於低風速風區的內凹型風力發電機組輪轂。
本實用新型為了實現上述目的，採用的技術解決方案是：
一種內凹型風力發電機組輪轂，所述輪轂為偏心球結構，輪轂設有主軸安裝孔和位於主軸安裝孔對面的導流罩安裝孔，輪轂的側面沿周向均勻分布有三個變槳軸承安裝孔，每個變槳軸承安裝孔處從外到內依次設有變槳軸承安裝面和變槳腹板，所述輪轂外壁呈內凹型，輪轂外壁向輪轂中心凹陷。
對於外凸偏心球結構的輪轂，偏心距不同，輪轂前後的壁厚會有所不同，本技術方案的輪轂外壁呈現內凹形，採用整體壁厚通體設計，可實現內凹各處壁厚一致，並可增加壁厚，節省內部空間，受力情況好。
如上所述的內凹型風力發電機組輪轂，所述變槳腹板的圓周側面與變槳軸承安裝孔的圓周側面完全接觸，變槳腹板的中心設有葫蘆狀中心孔；變槳腹板的厚度為60～90mm，變槳腹板與變槳軸承安裝面的距離為100～120mm。該結構的輪轂變槳腹板和變槳軸承安裝面的剛度、強度和疲勞壽命均較高，實現了更好的承力結構。跟現有技術相比，該機型的輪轂強度提高了20％-40％，疲勞壽命提高了40％-80％，由於低風速風區運行過程中葉片較長，導致葉根載荷較大，該設計可以在保證輪轂在低風速風區正常運行，保證機組20年的使用壽命。
如上所述的內凹型風力發電機組輪轂，具體地，所述葫蘆狀中心孔由對稱設置的兩個第一凹弧部、對稱設置的兩個凸弧部、及連接第一凹弧部和凸弧部的四個第二凹弧部構成，其中第二凹弧部分別與兩側的第一凹弧部和凸弧部相切。
如上所述的內凹型風力發電機組輪轂，優選的，所述第一凹弧部的半徑為850～900mm，所述第二凹弧部的半徑為340～360mm，所述凸弧部的半徑為370～390mm。
如上所述的內凹型風力發電機組輪轂，所述變槳腹板上設有變槳減速機安裝孔、第一凸臺，第一凸臺用於連接變槳控制櫃支架以及其他檢測與控制元件，所述變槳減速機安裝孔為兩個，兩個變槳減速機安裝孔分別設置在所述葫蘆狀中心孔的兩凸弧部處，兩個變槳減速機安裝孔中心的連接線與輪轂中心線的角度為45°；第一凹弧部的圓心為變槳腹板的平面幾何中心，第二凹弧部的圓心為變槳減速機安裝孔圓心。考慮變槳系統的實際使用環境，對稱設計兩個變槳減速機安裝孔，避免因為其中一側的齒面損壞，將整個風輪吊到地面來進行更換，通過冗餘安裝孔的設計，可在空中將變槳系統更換到另一側，快速恢復機組功能，減少機組維護時間提高經濟效益。
如上所述的內凹型風力發電機組輪轂，所述主軸安裝孔和導流罩安裝孔處分別設有發電機連接腹板和前端蓋腹板，發電機連接腹板上設有與主軸連接的螺栓孔。該螺栓分布方式可使得螺栓強度滿足風機運行時，風輪所承受的各種情況的載荷。
如上所述的內凹型風力發電機組輪轂，所述輪轂外圓周的主軸方向均布有若干個用於安裝導流罩後支架的第二凸臺。該設計可保證導流罩穩定的固定在輪轂上，通過這些連接點，可將導流罩的載荷平緩的傳遞到輪轂上。
如上所述的內凹型風力發電機組輪轂，所述前端蓋腹板的中間設有通孔。前端蓋腹板中空設計，可進行輪轂內部件更換通道，在非維護階段，該孔通過前蓋板封閉，能減少灰塵雜質的滲入，保證輪轂內部是個密閉的空間。
本實用新型的優點和有益效果在於：本實用新型通過優化輪轂鑄件的結構，利用內凹型的結構實現輪轂外壁壁厚一致，提高承力能力；並設計輪轂變槳腹板的結構，重量輕，提高變槳腹板和變槳軸承安裝面的剛度、強度和疲勞壽命，從而提高機組可靠性，延長機組壽命，經濟效益好；同時，由於低風速風區運行過程中葉片較長，導致葉根載荷較大，該設計可以在保證輪轂在低風速風區正常運行，保證機組20年的使用壽命，因此可適合於低風速風區。
附圖說明
附圖1為本實用新型的結構示意圖；
附圖2為附圖1的後視圖；
附圖3為附圖1的側視圖；
附圖4為附圖1的A-A向剖視圖；
附圖5為附圖4的P向視圖。
其中：1、輪轂外壁；2、主軸安裝孔；3、導流罩安裝孔；4、變槳軸承安裝孔；5、變槳腹板；6、變槳軸承安裝面；7、葫蘆狀中心孔；71、第一凹弧部；72、第二凹弧部；73、凸弧部；8、第一凸臺；9、第二凸臺；10、變槳減速機安裝孔；11、發電機連接腹板；12、螺栓孔；13、前端蓋腹板。
具體實施方式
下面結合附圖1～5對本實用新型的具體實施方式作進一步詳細的說明。
本實施例優化輪轂鑄件結構，儘可能地減少腹板重量，通過最優的角度排布，使用最少的材料，保證輪轂能夠承受通過葉片轉遞過來的彎矩和扭矩，並考慮各部件的安裝要求進行合理分布，實現較好的承力效果，經濟效益好。
如圖1～5所示的一種內凹型風力發電機組輪轂，輪轂為偏心球結構，輪轂設有主軸安裝孔2和位於主軸安裝孔2對面的導流罩安裝孔3，輪轂的側面沿周向均勻分布有三個變槳軸承安裝孔4，每個變槳軸承安裝孔4處從外到內依次設有變槳軸承安裝面6和變槳腹板5，輪轂外壁1呈內凹型，輪轂外壁1向輪轂中心凹陷。變槳腹板5的圓周側面與變槳軸承安裝孔4的圓周側面完全接觸，變槳腹板5採用一整體式結構，區別於以往的兩塊腹板的結構，可以有效的避免出現應力集中，變槳腹板5的中心設有葫蘆狀中心孔7。變槳腹板5的厚度L為60～90mm，變槳腹板5與變槳軸承安裝面7的距離H為100～120mm。
下面與現有技術中，變槳腹板為兩片，且每片變槳腹板的形狀為迴轉刀式的風力發電機組輪轂進行比較，突出本技術方案的優點，下述稱該種機型的輪轂為舊機型輪轂。該實施例中，變槳腹板1厚度L為70-90mm，變槳腹板1與變槳軸承安裝面2的距離H為40-60mm。經過試驗分析，本實施例中變槳腹板的剛度、強度和疲勞壽命分別為0.002-0.005m，100-160MPa和500-1000年，而舊機型迴旋刀式的兩塊變槳腹板的剛度、強度和疲勞壽命分別為0.007-0.10m,180-200MPa和200-500年，如此變槳腹板1和變槳軸承安裝面2的剛度、強度和疲勞壽命得到大的提升。跟現有技術相比，該機型的輪轂強度提高了20％-40％，疲勞壽命提高了40％-80％，由於低風速風區運行過程中葉片較長，導致葉根載荷較大，該設計可以在保證輪轂在低風速風區正常運行，保證機組20年的使用壽命。其中，最優選的，變槳腹板1的厚度L為85mm，變槳腹板1與變槳軸承安裝面2的距離H為110mm。
變槳腹板5上設有變槳減速機安裝孔10、第一凸臺8，第一凸臺8用於連接變槳控制櫃支架以及其他檢測與控制元件，變槳減速機安裝孔10為兩個，兩個變槳減速機安裝孔10分別設置在葫蘆狀中心孔7的兩凸弧部73處，兩個變槳減速機安裝孔10中心的連接線與輪轂中心線的角度為45°。考慮變槳系統的實際使用環境，對稱設計兩個變槳減速機安裝孔，避免因為其中一側的齒面損壞，將整個風輪吊到地面來進行更換，通過冗餘安裝孔的設計，可在空中將變槳系統更換到另一側，快速恢復機組功能，減少機組維護時間提高經濟效益。葫蘆狀中心孔7的設置，可以在不影響各螺栓和安裝凸臺性能的前提條件下，儘可能地減少變槳腹板重量，實現最優的角度排布，使用最少的材料，保證輪轂能夠承受通過葉片轉遞過來的彎矩和扭矩，從而保證變槳腹板整體擁有更高的強度和更好的疲勞壽命。
葫蘆狀中心孔7由對稱設置的兩個第一凹弧部71、對稱設置的兩個凸弧部73、及連接第一凹弧部71和凸弧部73的四個第二凹弧部72構成，其中第二凹弧部72分別與兩側的第一凹弧部71和凸弧部73相切。第一凹弧部71的半徑為850～900mm，第二凹弧部72的半徑為340～360mm，凸弧部73的半徑為370～390mm。第一凹弧部71的圓心為變槳腹板5的平面幾何中心，第二凹弧部72的圓心為變槳減速機安裝孔10圓心。
主軸安裝孔2和導流罩安裝孔3處分別設有發電機連接腹板11和前端蓋腹板13，發電機連接腹板11上設有與主軸連接的螺栓孔12，本實施例中螺栓孔數量為50～80個。該螺栓分布方式可使得螺栓強度滿足風機運行時，風輪所承受的各種情況的載荷。前端蓋腹板13的中間設有通孔。輪轂外圓周的主軸方向均布有8～16個用於安裝導流罩後支架的第二凸臺9。該設計可保證導流罩穩定的固定在輪轂上，通過這些連接點，可將導流罩的載荷平緩的傳遞到輪轂上。
當然，上述說明並非是對本實用新型的限制，本實用新型也並不僅限於上述舉例，本技術領域的技術人員在本實用新型的實質範圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也應屬於本實用新型的保護範圍。