具有直驅結構的兆瓦級風機的製作方法
2023-12-12 16:45:37 1
本發明涉及風機領域，具體為一種具有直驅結構的兆瓦級風機。
背景技術：
風機是將風能轉化為電能的機械裝置，具有可持續發展、綠色無汙染、可為偏遠且無電網覆蓋地區提供電能等優點。風機的基本部件包含發電機以及驅動發電機轉動的葉輪，其中葉輪主要由輪轂與葉片組成。在發電過程中，葉輪將風能轉化為旋轉動能驅動發電機發電。目前大功率水平軸風機主要分為雙饋與直驅兩種機型，標誌性的區別就是傳動鏈上有無齒輪箱。雙饋風機將齒輪箱安裝在葉輪與發電機之間，這樣就可以將葉輪輸出的較低轉速大大提高，從而減小發動機的尺寸。
相對於雙饋風機，直驅風機的傳動鏈較為簡單，葉輪與發電機轉子直接通過螺栓把合在一起。在相同輸出功率的條件下，由於直驅風機從葉輪傳導到發電機轉子的扭矩較大，所以直驅風機的重量要比雙饋風機大。儘管在重量上存在劣勢，直驅風機最重要的優點就是其機械結構較雙饋風機簡單很多，含有較少的轉動部件，所以其具有較高的可靠性。可靠性是風機非常重要的一個性能參數，特別是對於安裝在偏遠地區用來提供主要電力的風機。
風機設計中，在保證其結構具有足夠強度的條件下，應當儘可能降低其結構的複雜性和製造成本，現有的直驅結構的兆瓦級風機大多採用圓錐形芯軸，芯軸與發電機的轉子之間設置一個雙列圓錐滾子軸承，這樣軸承要同時承受較大的軸向載荷和徑向載荷，大大降低了軸承的壽命，且雙列圓錐滾子軸承結構複雜，成本較高。另外由於風機的大部分零部件在距離地面很高的高空，維修或維護非常不方便。
技術實現要素：
本發明針對軸承使用壽命低，風機製造成本高的問題，而研究設計一種軸承使用壽命高、製造成本低，且便於安裝的具有直驅結構的兆瓦級風機。
本發明的技術手段如下：
一種具有直驅結構的兆瓦級風機，包括輪轂、發電機和圓錐形空心芯軸，所述發電機的轉子與輪轂固定連接，所述發電機的定子與芯軸固定連接，所述風機還包括環狀擋板，所述擋板與所述芯軸的小端面通過螺栓把合，所述擋板的外徑大於所述芯軸小端面處的外徑；所述發電機的轉子的兩端分別設置有第一軸肩和第二軸肩；所述芯軸的大端面側具有第三軸肩；所述發電機的轉子與芯軸之間反向安裝有兩個單列圓錐滾子軸承，其中，位於芯軸小端面側的單列圓錐滾子軸承為第一軸承，另一單列圓錐滾子軸承為第二軸承；所述第一軸承的兩側分別通過第一軸肩和擋板固定；所述第二軸承的兩側分別通過第二軸肩和第三軸肩固定。
進一步地，所述風機還包括塔筒、偏航軸承組件、主框架和尾部框架，所述主框架為薄壁結構，設置在塔筒的上端，隨偏航軸承組件一起運動；所述主框架的前端面通過螺栓與芯軸把合；所述尾部框架通過螺栓把合在主框架的側壁上，所述主框架的側壁上還具有使主框架能夠與所述尾部框架連通的缺口。
進一步地，所述尾部框架的底部壁面上具有能夠容納變壓器的變壓器安裝孔，所述變壓器通過螺栓把合懸掛在尾部框架的底部。
進一步地，所述尾部框架內還設置有變流器、控制櫃和冷卻系統。
進一步地，所述缺口為圓形，其中，內徑≥635mm。
更進一步地，所述缺口為矩形，其中，長≥800mm,寬≥560mm。
與現有技術比較，本發明所述的具有直驅結構的兆瓦級風機具有以下有益效果：
1、相對於單個雙列圓錐滾子軸承同時承受較大的軸向載荷和徑向載荷，採用兩個單列圓錐滾子軸承分擔載荷，延長了軸承的使用壽命，且節約了成本。
2、通過設置在發電機的轉子上的軸肩、芯軸上的軸肩以及擋板定位安裝軸承，安裝工藝簡單，發電機可作為獨立的部件進行電氣測試並參與整機裝配，發電機裝配方便，便於保證項目進度。
3、本發明的優選實施例中，主框架的側壁上具有使主框架能夠與尾部框架連通的缺口，使維修人員能夠通過缺口進入尾部框架，對尾部框架內的部件進行維修和維護。
4、本發明的優選實施例中，變壓器通過螺栓把合懸掛在尾部框架的底部，由於變壓器發熱量較大，變壓器露出在尾部框架的外部，便於散熱。同時，變壓器設置在距離發電機較近的尾部框架處，在電纜上的壓降較小，避免了將發電機放到地面上連接電纜較長、較粗且成本較高的缺點。
5、本發明的優選實施例中，將變壓器、變流器和控制櫃等集中在尾部框架處，可以通過一套冷卻系統對其進行集中冷卻，從而使冷卻系統設計簡單、安裝方便。
附圖說明
為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明實施例結構圖；
圖2為本發明實施例軸承安裝示意圖。
圖中，1、輪轂，2、發電機的轉子，20、第一軸肩，21、第二軸肩，3、芯軸，30、第三軸肩，4、擋板，5、第一軸承，6、第二軸承，7、塔筒，8、主框架，80、缺口，9、尾部框架，10、偏航軸承組件，11、變壓器，12、變流器，13、控制櫃，14、冷卻系統。
具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
本發明所提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明，而非用來限制本發明。
如圖1、圖2所示的具有直驅結構的兆瓦級風機，包括輪轂1、發電機和圓錐形空心芯軸3，發電機的轉子2與輪轂1固定連接，發電機的定子與芯軸3固定連接，風機還包括環狀擋板4，擋板4與芯軸3的小端面通過螺栓把合，擋板4的外徑大於芯軸3小端面處的外徑；發電機的轉子2的兩端分別設置有第一軸肩20和第二軸肩21；芯軸3的大端面側具有第三軸肩30；發電機的轉子2與芯軸3之間反向安裝有兩個單列圓錐滾子軸承，其中，位於芯軸3小端面側的單列圓錐滾子軸承為第一軸承5，另一單列圓錐滾子軸承為第二軸承6；第一軸承5的兩側分別通過第一軸肩20和擋板4固定；第二軸承6的兩側分別通過第二軸肩21和第三軸肩30固定。
芯軸3為圓錐形空心軸，不但節省材料，降低了成本，為維修人員進入葉輪內部提供通道空間0，採用錐形結構設計，可以最大程度的提高芯軸3的強度，但是不利於軸承及其他部件的裝配。
風機還包括塔筒7、偏航軸承組件10、主框架8和尾部框架9，主框架8為薄壁結構，設置在塔筒7的上端，隨偏航軸承組件10一起運動；主框架8的前端面通過螺栓與芯軸3把合；尾部框架9通過螺栓把合在主框架8的側壁上，主框架8的側壁上還具有使主框架8能夠與尾部框架9連通的缺口80。
偏航軸承組件10以塔筒7的中心軸線為旋轉軸，通過偏航驅動器與制動器完成機艙的偏航動作。風機的傳動鏈主要包括芯軸3、發電機和葉輪(包括輪轂1和葉片)，兩個軸承共同承受傳動鏈上的軸向力和徑向力，徑向力主要是發電機和葉輪的重力，由於風機的傳動鏈是一個懸臂梁結構，所以第一軸承5承受較大的徑向力；軸向力主要是風載和慣性力，風載產生的軸向力是持續的，由於風向切變以及葉輪的轉動使得軸向力產生波動，從而使塔筒7頂部處於來回擺振狀態，進而產生慣性力，所以第二軸承6承受較大的軸向力。相對於僅安裝單個軸承需要同時承擔較大的軸向力和徑向力，兩個軸承分別主要承受兩個方向的力，軸承的壽命長，同時，單列圓錐滾子軸承相對於雙列圓錐滾子軸承結構簡單且成本低；另外，第一軸承5和第二軸承6分別通過發電機的轉子2上的軸肩、芯軸3上的軸肩以及擋板4定位安裝，安裝工藝簡單。發電機可作為獨立的部件進行電氣測試並參與整機裝配，發電機裝配方便，便於保證項目進度。
塔筒7、主框架8、芯軸3和輪轂1的空腔彼此相連，其中最小的空腔(芯軸3小端面處的內徑)可以使一個成年男子半蹲或者匍匐通過，所以藉助梯子或者電梯等設備，維修人員可以由地面講過上述空腔進入輪轂1內部，再由輪轂1前端的孔通過梯子進入葉輪內部進行維修檢查。
作為一種優選實施例，尾部框架9的底部壁面上具有能夠容納變壓器11的變壓器安裝孔，變壓器11通過螺栓把合懸掛在尾部框架9的底部。由於變壓器11發熱量較大，變壓器11露出在尾部框架9的外部，便於散熱。同時，變壓器11設置在距離發電機較近的尾部框架9處，在電纜上的壓降較小，避免了將發電機放到地面上連接電纜較長、較粗且成本較高的缺點。
作為一種優選實施例，尾部框架9內還設置有變流器12、控制櫃13和冷卻系統14。
將變壓器11、變流器12和控制櫃13等集中在尾部框架9處，可以通過一套冷卻系統14對其進行集中冷卻，從而使冷卻系統14設計簡單、安裝方便。
作為一種優選實施例，缺口80為圓形，其中，內徑≥635mm。
作為一種優選實施例，缺口80為矩形，其中，長≥800mm,寬≥560mm。
主框架8的側壁上具有使主框架8能夠與尾部框架9連通的缺口80，使維修人員能夠通過缺口80進入尾部框架9，對安裝在尾部框架9內的變壓器11、變流器12、控制櫃13以及冷卻系統14等進行維修。缺口80及尾部框架9內的空間要使一個成年男子能夠半蹲或者匍匐通過。
本發明實施例裝配簡單、維修/維護方便和節約製造成本等優點。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。