[實用新型]一種鉆孔輪轂

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201120397940.0
• 申請日: 2011-10-19
• 公開（公告）號: CN202228267U
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發(fā)明（設計）人: 孟春玲;傅程;楊生;王瑞杰;胡宏梁;李國峰;馬臣超
• 申請（專利權）人: 北京工商大學
• 主分類號: F03D1/06
• 分類號: F03D1/06
• 代理公司: 北京尚誠知識產(chǎn)權代理有限公司 11322
• 代理人: 魯兵

技術領域：

本實用新型屬于風能發(fā)電技術領域，涉及風電機組中輪轂結構的優(yōu)化設計。

背景技術：

風能是可再生能源中發(fā)展最快的清潔能源，也是最具有大規(guī)模開發(fā)和商業(yè)化發(fā)展前景的可再生能源。在風能利用中必不可少要使用風機。輪轂是將風機葉片和葉片組固定到轉(zhuǎn)動軸上的裝置，輪轂和葉片組之間通過變槳軸承連接，和主傳動軸之間通過法蘭連接。它將風輪的力和力矩傳遞到主傳動機構，是風能與動能之間的能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)。風機葉片旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生氣動載荷，同時其慣性力、離心力和重力都會通過葉片根部傳遞至輪轂，加之其自身的重力和結構復雜性，在各種靜載荷和交變載荷的作用下，輪轂與葉片，與法蘭的連接處很容易引起應力集中和疲勞破壞。另外，輪轂連接風機主軸，其重量產(chǎn)生的彎矩通過主軸作用于塔筒，對塔筒的強度和壽命有很重要的影響。因此輪轂作為風電機組的重要組成部件，研究和改善輪轂的結構設計、減輕輪轂的重量對提高風電機組的整體性能具有重要的意義，研究分析結果對風力發(fā)電機的正常運行和承載能力及延長使用壽命具有重要的工程使用價值。

為了改善輪轂重載荷對整機性能所帶來的負面影響，前人也做過關于減輕輪轂重量的優(yōu)化設計，比如采用變截面設計，即采用減少輪轂壁厚的方法達到減輕重量的目的。但該方案沒有進行疲勞壽命分析，并且變截面設計會增加輪轂的加工難度。

實用新型內(nèi)容：

本實用新型的目的在于優(yōu)化現(xiàn)有輪轂設計，提供一種既可減輕輪轂重量，又可提高主軸、塔筒以及風電機組整體結構的強度性能的鉆孔輪轂。

本實用新型的鉆孔輪轂，整體呈固定式球狀結構，固定開設有三個均布的葉片連接法蘭面，并對設主軸連接法蘭面和整流罩支架連接法蘭面，在輪轂主體外表實體面上均布開設多個大小相等的優(yōu)化孔。

所述優(yōu)化孔開設在輪轂主體外表實體面積較多的位置。

所述優(yōu)化孔位于：在兩葉片連接法蘭面邊緣和主軸連接法蘭面或整流罩支架連接法蘭面邊緣相切位置畫直徑為D的基準圓，以基準圓的圓心作為優(yōu)化孔的圓心，優(yōu)化孔的直徑為d，且d＜D。

所述優(yōu)化孔為六個，位于輪轂兩端，d/D＝35％～50％。

或，所述優(yōu)化孔為三個，位于輪轂整流罩支架連接法蘭面一端，d/D＝35％～60％。

本實用新型采用三孔或六孔的鉆孔設計，明顯減輕了輪轂重量，且通過靜強度分析和疲勞壽命分析，論證了該設計的可行性，還可提高主軸、塔筒以及風電機組整體結構的強度性能。本實用新型優(yōu)化孔(或稱減重孔)的鉆孔設計簡單易實施，具有實際生產(chǎn)的可行性。

附圖說明：

圖1為風力發(fā)電機組主要部分示意圖；

圖2為風力發(fā)電機組中輪轂的坐標系示意圖；

圖3為本實用新型中輪轂鉆孔示意圖；

圖4為本實用新型六孔鉆孔輪轂的結構圖；

圖5為本實用新型三孔鉆孔輪轂的結構圖。

以下結合附圖詳述本實用新型。

具體實施方式：

對于水平軸風力發(fā)電機組，主要由風輪(包括葉片)、輪轂及變距機構、機艙(包括傳動鏈或稱傳動系統(tǒng)、發(fā)電機和控制系統(tǒng))、偏航系統(tǒng)、塔架等部分組成而固定于地基上，如圖1所示。輪轂是將風輪葉片固定到傳動系統(tǒng)上的裝置，整體呈固定式球狀結構，固定開設有三個均布的葉片連接法蘭面1，通過變漿軸承與三個葉片相連接；另對設主軸連接法蘭面2和整流罩支架連接法蘭面3，參考圖2與圖3，這是現(xiàn)有輪轂的基本結構形式。

繼續(xù)見圖3所示，本實用新型要在現(xiàn)有的輪轂上鉆孔，鉆孔方式為在輪轂主體外表面實心面積較多的位置畫直徑為D的基準圓，與兩葉片連接法蘭面1間的邊緣和主軸連接法蘭面2(或整流罩支架連接法蘭面3)邊緣相切(圖3以與主軸連接法蘭面2邊緣相切為例)，以基準圓的圓心為圓心對輪轂鉆孔，孔的直徑為d。這里，輪轂坐標系x軸與主軸接口中心軸重合，y軸與塔筒中心軸平行，如圖2、圖3所示。

通過靜強度、剛度以及疲勞強度和壽命分析，本實用新型得到兩種鉆孔優(yōu)化方案。

方案一、6孔方案：

該方案為在輪轂兩端(主軸連接法蘭面2和整流罩支架連接法蘭面3各為一端)各鉆孔三個，總共六個孔，每個孔的大小相同。鉆孔直徑d與基準圓直徑D的最佳比為d/D＝35％-50％。參見圖4所示，其中顯示了六個優(yōu)化孔4的位置。

設輪轂的原重量為W₀，鉆孔后的輪轂重為W₁，優(yōu)化后的減輕重量比為：