水平轴风力发电机组的主机架.pdf

水平风力发电机组的主机架属于风力发电装置领域，主要解决提高强度并降低制作难度及成本以便打破发电机叶轮受叶片更换的“从一而终”制约问题；主轴支撑轴(1)与塔架配合器轴(6)的轴承座(2)通过过桥(3)并采用“穿桥”型相互焊接式连接在一起，部件均采用碳素结构钢型材，主轴支撑轴(1)及轴承座(2)为圆钢管型，过桥(3)为矩形钢管型，焊道为连续且环状对称型；结构合理，焊接、焊接结构受力状态好，强度高，难以损伤，使用寿命长，并且易制作成本低；生产者能高质价廉的满足应用者的需要，使应用者能容易的为同一型塔

1、  水平轴风力发电机组的主机架，包括主轴支撑轴及与其连接在一起的塔架配合器轴的轴承座，轴承座的轴线与主轴支撑轴的轴线之间具有偏心距S，其特征在于：主轴支撑轴与塔架配合器轴的轴承座通过过桥相互连接在一起，主轴支撑轴轴向水平式穿过过桥并与其相互焊接在一起，轴承座轴向垂直式穿过过桥并与其相互焊接在一起。

2、  根据权利要求1所述的水平轴风力发电机组的主机架，其特征在于：主轴支撑轴(1)、轴承座(2)及过桥(3)均采用碳素结构钢型材，主轴支撑轴(1)及轴承座(2)为圆钢管型，过桥(3)为矩形钢管型。

3、  根据权利要求2所述的水平轴风力发电机组的主机架，其特征在于：主轴支撑轴(1)轴向水平穿过过桥(3)的两个相对的垂直面并与其相互焊接在一起，相应的立焊道(4)对称式位于过桥(3)的两个相对的垂直面的外侧，并且分别为连续且环状型；轴承座(2)轴向垂直穿过过桥(3)的两个相对的水平面并与其相互焊接在一起，相应的平焊道(5)对称式位于过桥(3)的两个相对的水平面的外侧，并且分别为连续且环状型。

水平轴风力发电机组的主机架
技术领域
本发明属于风力发电装置领域，涉及水平轴风力发电机组的主机架。
背景技术
水平轴风力发电机组的主机架，是指主轴支撑轴与塔架配合器轴的轴承座一体式连接在一起的一个整体，应用中，主轴支撑轴的一端装有发电机总成，其另一端装有尾翼总成，再通过配套轴承装在塔架配合器轴上；而每一套主机架的轴承座的轴线(即塔架配合器轴的轴线或者说是风力发电机组支撑塔的轴线)与主轴支撑轴的轴线(即发电机或叶轮的旋转轴线)之间均具有一个固定不变的偏心距S，并仅适用于发电机总成中叶轮需要的某一个品种的叶片，而每一个品种的叶片都有其对应的最佳偏心距，就是说每一套主机架具有的固定不变的偏心距S与其所适用品种的叶片的最佳偏心距相一致；水平轴风力发电机组中发电机超功率机械保护最有效的方法就是偏航保护，叶片旋转平面随着风速的提高而逐渐偏离风向，以实现始终在额定功率下的安全运行，而偏航保护的最重要的参数就是偏心距，其大小决定着风力发电机组开始被偏航保护时的风速和完全退出工作状态时的风速，偏心距对风力发电机组的稳定运行及其工作效率有着极其重要的影响；现有技术中，主机架中的轴承座一般都是铸钢的，就其几何尺寸及形状而言都是固定不变的圆柱体型，其与主轴支撑轴之间的连接方式及结构为悬挂定位、单侧直线焊道型，即主轴支撑轴以一个侧面垂直直线型紧贴在轴承座的圆柱外壁上悬挂式相互焊接在一起，为加长悬挂式单侧焊道的高度以增大焊道结合处的强度，主轴支撑轴采用碳素结构钢材质的矩形型材；其不足之处在于：一是轴承座是铸钢的，而铸造工艺对材质成份及密度的控制难度远大于碳素结构钢，铸造成本高又难以保证质量，并且可焊性不理想，与碳素结构钢材质的主轴支撑轴焊接在一起，强度易受影响，质量难保证，因此制作成本高；二是由于偏心距的存在，水平轴风力发电机组的原始重心位置是偏离塔架配合器轴的轴线的，并且随着偏航角度的增加偏离加大，所以，连接部位受力集中且大，在加上焊道结构的不合理而带来的受力不合理、强度低，因此，水平轴风力发电机组运行中，焊道两侧的材料被撕裂以及焊道本身开裂经常发生，严重影响正常运行；再加上现实中，由于制作难度和成本所限以及市场因素，水平轴风力发电机组生产厂都是对某一叶片供应商的某一品种的叶片“从一而终”，即只生产主机架具有同一个固定不变的偏心距的产品，对于应用者而言，既便为同一型的塔架配合器配备多套具有同一个固定不变的偏心距的主机架，也不能摆脱主机架易损伤之患，同时，由于叶片损伤需更换是常事，因此，应用者还必须受叶片“从一而终”的制约，这不仅严重影响着应用者的权益，而且明显制约着本行业的发展；另外，现有技术中，由于主机架结构的需要和限制，主轴支撑轴采用碳素结构钢材质的矩形型材，相对于同种材质圆钢管，耗材高、成本高，受力状况还不好，同时，发电机的对外输电的滑环组件同轴式装在轴承座的下边，安装空间有限，不便于对其维护和更换。
发明内容
解决的技术问题：
提供一种主轴支撑轴与轴承座二者通过过桥连接在一起的主机架，能克服现有技术中存在的不足，部件全部采用碳素结构钢型材，免去铸造之难，可焊性好，相互之间焊接强度高，而且成本低，连接方式及结构采用“穿桥”定位、焊道为连续且环状对称型，比悬挂定位、单侧直线焊道型受力状况好、强度高，过桥结构使焊接结构强度在承载力上几乎不存在任何问题，因此，质量有保证，而且制作成本低，能很方便、容易的制作具有不同的固定不变的偏心距S的主机架，满足应用者的需要，保障其权益，既免除主机架易损伤之患，又摆脱受叶片“从一而终”的制约，能大大推动本行业的发展。
采用的技术方案：
水平轴风力发电机组的主机架，包括主轴支撑轴及与其连接在一起的塔架配合器轴的轴承座，轴承座的轴线与主轴支撑轴的轴线之间具有偏心距S，其特征在于：主轴支撑轴与塔架配合器轴的轴承座通过过桥相互连接在一起，主轴支撑轴轴向水平式穿过过桥并与其相互焊接在一起，轴承座轴向垂直式穿过过桥并与其相互焊接在一起。
有益效果：
主机架的各部件均采用碳素结构钢型材，而且主轴支撑轴及轴承座均为圆钢管材，因此，易制作，可焊性好，相互间焊接强度高，成本低，连接方式及结构采用“穿桥”定位、焊道为连续且环状对称型，比悬挂定位、焊道为单侧垂直直线型受力状态况、强度高，过桥结构，使得水平轴风力发电机组的重心偏离轴承座的轴线而带来的作用力绝大部分被过桥承载，因此能使焊接及焊接结构强度在承载力上几乎不存在任何问题，因此，质量有保证，而且制作成本低，强度高，难以损伤，使用寿命长；能很方便、容易的制作具有不同的固定不变的偏心距S的主机架，生产者能高质价廉的满足应用者的需要，使应用者能容易的为同一型的塔架配合器多配备几套具有不同(或相同)偏心距的主机架，既能免除主机架易损伤之患，又能摆脱受叶片“从一而终”的制约，具有非常明显的现实和长远意义，并能大大推动风力发电这个阳光产业的发展，有利于社会；另外，过桥为发电机的对外输电的滑环组件提供了牢固的平台和空间，将其安装在轴承座的上边，便于安装、维护及更换。
附图说明
图1、总体组装结构示意图；
图2、按图1中所示的主机架的A-A剖视图；
图3、按图1中所示的主机架的B-B局部剖视图；
具体实施方式
结合附图进一步详加说明；
图1中，6示为塔架配合器轴，7-示为轴承，8-示为锁母，9-示为滑环组件，10示为塔架连同其配合器；1～示为主轴支撑轴，其一端装有发电机总成，另一端装有尾翼总成；
如图1～3所示，主机架的结构如下：
主轴支撑轴1与塔架配合器轴6的轴承座2通过过桥3相互连接在一起，主轴支撑轴1轴向水平式穿过过桥3并与其相互焊接在一起，轴承座2轴向垂直式穿过过桥3并与其相互焊接在一起；轴承座2的轴线O-O’与主轴支撑轴1的轴线x-x’之间具有偏心距S；、
主轴支撑轴1、轴承座2及过桥3均采用碳素结构钢型材，主轴支撑轴1及轴承座2为圆钢管型，过桥3为矩形钢管型；
主轴支撑轴1轴向水平穿过过桥3的两个相对的垂直面并与其相互焊接在一起，相应的立焊道4对称式位于过桥3的两个相对的垂直面的外侧，并且分别为连续且环状型；轴承座2轴向垂直穿过过桥3的两个相对的水平面并与其相互焊接在一起，相应的平焊道5对称式位于过桥3的两个相对的水平面的外侧，并且分别为连续且环状型。
如图1所示，主机架应用中，过桥3为发电机的对外输电的滑环组件9提供了牢固的平台和空间，滑环组件9同轴并可卸性地装在轴承7的锁紧螺母8的上边，轴承7装在轴承座2中，锁紧螺母8拧紧在塔架配合器轴6上，使滑环组件9既便于安装，又便于维护和更换。
关于偏航原理及其相关的问题：
水平轴风力发电机组中，最佳偏心距是指在额定风速(对应于发电机的额定功率)下即刻进入偏航保护状态时所需的偏心距，叶轮直径、叶片的升阻比、风速三者共同决定了在一定风速下叶轮所受到的轴向力的大小，此力与塔架配合器轴与主轴支撑轴之间的偏心距S之积即为旋转力矩M₁，而额定风速下的M₁就是水平轴风力发电机组开始进入偏航保护状态的初始力矩——即最佳力矩，也即这个最佳力矩能够使水平轴风力发电机组在额定风速下即刻进入偏航保护状态，而相对应的所述偏心距S即为与所述叶片相应的最佳偏心距，换句话说，每一个品种的叶片都有其对应的最佳偏心距S；风力发电机组中，与叶轮配套并装在主轴支撑轴尾部带合页型转动结构的尾翼，由于其合页的转轴不垂直于地面(即尾翼的工作面不垂直于地面)，因此尾翼的重量会产生一个水平分力，该力在水平轴风力发电机组中产生一个固定不变的旋转力矩M₂，当M₁≤M₂时，在尾翼作用下，叶轮旋转平面垂直风向运行，当M₁＞M₂时，叶轮旋转平面偏离风向运行，即进入偏航保护状态；因此，对于一整套原设计的水平轴风力发电机组而言，其主机架的偏心距S(装置安装应用后称在线偏心距)的设定是与叶片的选用、尾翼的设计配套对应的，对于安装应用的在线水平风力发电机组而言，一般情况下，尾翼不会受损，不存在更换或改变设计，而发电机总成中叶轮的叶片的损伤以至折断时有发生，而更换叶片，必须选用额定风速相同也即其最佳偏心距与在线偏心距相同的叶片，否则，若最佳偏心距大于在线偏心距，则偏航保护时的起始风速和退出工作状态时的风速都会大大滞后，很容易超负荷运行而烧毁发电机，反之，则偏航保护时的起始风速和退出工作状态时的风速都会大大超前，使发电机功率下降；因此，解决应用者受“叶片从一而终”制约的最好办法就是提供高质价廉的主机架，强度高，难以损伤，使用寿命长从而使应用者能较容易的为同一型的塔架配合器多配备几套具有不同(或相同)偏心距的主机架，既能免除主机架易损伤之患，又能摆脱受叶片“从一而终”的制约，具有非常明显的现实和长远意义。