[發明專利]風力發電機組主軸

有效

• 申請號: 201911325065.2
• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN111075663B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 王建華;李茜;李瑞斌;王曉東;朱少輝;寧文鋼;褚俊龍
• 申請（專利權）人: 太原重工股份有限公司
• 主分類號: F03D80/00
• 分類號: F03D80/00;F03D80/70
• 代理公司: 北京奧文知識產權代理事務所(普通合伙) 11534
• 代理人: 張文;苗麗娟

本發明公開了一種風力發電機組主軸，所述主軸的前端為自外而內直徑逐漸減小的喇叭口狀變徑結構；所述主軸的中部軸身為空腔結構，所述中部軸身的內壁為圓弧形，最小壁厚為100～120mm；所述主軸的末端端面為牙嵌結構；所述主軸外壁上位于前端和軸身之間的位置設置有前軸承，所述主軸的末端外壁設置有后軸承。本發明的風力發電機組主軸，通過將主軸軸身設計為薄壁空腔結構，軸身內部采用圓弧設計，能有效降低主軸的重量，充分利用材料性能，保證主軸的剛度。通過將主軸的末端端面采用牙嵌設計。牙嵌結構能夠傳遞更大的扭矩，進而減少連接螺栓的數量，降低設計難度，滿足大型風力發電機組的主軸使用需求。

技術領域

本發明涉及風力發電設備技術領域，尤其涉及一種風力發電機組主軸。

背景技術

隨著能源消耗日益增長和環境保護的需求增加，可再生新能源開發越來越受重視，其中風力發電是發展最快的新能源之一，風力發電機組設計則成為風能行業至關重要的技術。傳動鏈作為風力發電機組的核心系統，其運行特征和成本直接決定風力發電機組的性能。主軸是風力發電機組傳動鏈的重要部件，承擔著支撐風輪和傳遞動力的重要作用。常見的水平軸風力發電機組風機主軸多為實心鍛件，在鍛造后采用加工方式在主軸中心位置加工直徑約為100mm的圓孔作為增速器的穿線孔。主軸與其相連的部件通過脹緊套或者接觸面摩擦力傳遞扭矩。

而隨著機組容量增加和風輪直徑的越做越大，為了滿足大載荷的設計要求，風機主軸承也會選用更大直徑的軸承，所以常規的鍛造主軸設計已不能滿足生產要求。同時隨著機組容量的增加和風輪直徑越做越大，主軸所傳遞的扭矩也會隨之增加，常規設計通過脹緊套或連接面摩擦力傳遞扭矩的方式也會造成成本的急劇上升。

發明內容

為解決上述現有技術中存在的技術問題，本發明提供了一種風力發電機組主軸。具體技術方案如下：

一種風力發電機組主軸，所述主軸的前端為自外而內直徑逐漸減小的喇叭口狀變徑結構；所述主軸的中部軸身為空腔結構，所述軸身的內壁為圓弧形，最小壁厚為100～120mm；所述主軸的末端端面為牙嵌結構；所述主軸外壁上位于前端和軸身之間的位置設置有前軸承，所述主軸的末端外壁設置有后軸承。

一種可能的設計中，牙嵌的斜度為：

β＝arctanf

式中，β為牙嵌斜度，f為牙嵌接觸面的摩擦系數。

一種可能的設計中，牙嵌面壓的設計要求：

式中，p為牙嵌面壓，G為螺栓預緊力，L3為牙嵌中截面處的長度，L4為牙嵌的有效接觸寬度，F為單個牙嵌的載荷，通過下述公式獲取；

式中，F為單個牙嵌的載荷，T為主軸傳遞的極限扭矩，D為牙嵌連接螺栓的分度圓直徑，n為牙嵌數量。

一種可能的設計中，所述主軸前端采用等強度理論設計，所述主軸前端的厚度自外而內逐漸增大。

一種可能的設計中，所述主軸還包括位于前端和軸身之間的軸肩和水平段，所述軸肩與所述前端連接，所述水平段與軸身連接，所述前軸承套裝在所述水平段上并與所述軸肩相抵。

一種可能的設計中，所述主軸的前端與軸肩之間采用斜面圓角過渡。

一種可能的設計中，所述軸肩與所述水平段的拐角處采用雙圓弧過渡設計。

一種可能地設計中，所述主軸還包括：軸承壓緊環，所述軸承壓緊環固定在所述軸身末端的端面上，并與所述后軸承相抵，用于壓緊固定所述后軸承。

一種可能的設計中，所述軸身的外徑自前向后逐漸減小。

一種可能的設計中，所述主軸的前端與軸肩之間的過渡面粗糙度在Ra1.6以下；所述主軸的軸肩與水平段之間的過渡面粗糙度在Ra1.6以下