本实用新型涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组的变桨系统、变桨轴承及风力发电机组。
背景技术：
目前在风电领域中，为了尽可能多的吸收风能，同时在尽可能大的范围内调节风机的载荷和运行状态，均采用变桨设计，即将叶片的桨距角设置成可调节的状态。要达到这个目的，必须在叶片和轮毂之间加装变桨轴承。而变桨轴承一般分别通过高强螺栓与叶片和轮毂相连。毋庸置疑，变桨轴承上连接的高强螺栓的结构强度以及使用寿命对于风力发电机组的安全和正常运行至关重要。
另一方面，由于风力发电机组的叶片是长悬臂结构，运行的时候随着气动载荷的变化和叶轮的旋转，叶片则会受到不断变化的交变载荷，这些载荷都会传递到变桨轴承上连接的高强螺栓上。如果不能保证变桨轴承上高强螺栓的强度，特别是疲劳强度，则很容易发生高强螺栓断裂现象，造成事故。
因此，亟需一种新的风力发电机组的变桨系统、变桨轴承及风力发电机组。
技术实现要素：
根据本实用新型的实施例，提供了一种风力发电机组的变桨系统、变桨轴承及风力发电机组，能够提高叶片与轮毂连接处的高强螺栓的疲劳强度，以解决变桨轴承处的高强螺栓容易发生断裂的问题。
根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种风力发电机组的变桨系统，包括：变桨轴承，包括内圈和外圈，内圈和外圈中的一个作为第一连接件与风力发电机组的轮毂连接，内圈和外圈中的另一个作为第二连接件与风力发电机组的叶片连接；和加强垫板，具有预定延伸长度，加强垫板沿延伸方向的至少一侧边缘为弧形，边缘的曲率与第一连接件的曲率相适应，并且加强垫板设置于第一连接件的远离轮毂一侧的轴向端面上。
根据本实用新型实施例的一个方面，加强垫板为弧形板体，弧形板体的曲率与第一连接件的曲率相同。
根据本实用新型实施例的一个方面，第一连接件为内圈，弧形板体的外径不大于内圈的外径；或者，第一连接件为外圈，弧形板体的内径不小于外圈的内径。
根据本实用新型实施例的一个方面，加强垫板包括两个以上的通孔，两个以上的通孔沿延伸方向间隔设置在加强垫板上。
根据本实用新型实施例的一个方面，变桨系统还包括固定件，固定件穿过通孔将加强垫板固定在第一连接件上。
根据本实用新型实施例的一个方面，固定件的穿过通孔的部分的长度大于固定件的其余部分的长度。
根据本实用新型实施例的一个方面，变桨系统包括两个以上的加强垫板，两个以上的加强垫板沿第一连接件的周向彼此分隔地设置。
根据本实用新型实施例的一个方面，固定件为高强螺栓。
根据本实用新型实施例的另一个方面，还提供了一种变桨轴承，包括内圈和外圈，内圈和外圈中的一者作为第一连接件，能够与风力发电机组的轮毂连接，内圈和外圈中的另一者作为第二连接件，能够与风力发电机组的叶片连接，变桨轴承还包括：加强垫板，具有预定延伸长度，加强垫板沿延伸方向的至少一侧边缘为弧形，边缘的曲率与第一连接件的曲率相适应，并且加强垫板设置于第一连接件的远离轮毂的轴向端面上。
根据本实用新型实施例的再一个方面，还提供了一种风力发电机组，其特征在于，包括上述的变桨系统。
综上，本实用新型实施例提供的风力发电机组的变桨系统、变桨轴承及风力发电机组，通过在与轮毂连接的第一连接件上设置加强垫板，能够以较小的成本，提升变桨轴承与轮毂连接处的高强螺栓的疲劳强度，增加了该处连接的可靠性。同时还大幅提高了危险区域处的高强螺栓的疲劳强度，同时使整圈高强螺栓的疲劳寿命更均匀。而且由于加强垫板设置在第一连接件的远离轮毂一侧的轴向端面上，并不会影响变桨轴承与轮毂、叶片的安装操作。
附图说明
从下面结合附图对本实用新型的具体实施方式的描述中可以更好地理解本实用新型，其中：
通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
图1为本实用新型一个实施例提供的风力发电机组的变桨系统的结构示意图；
图2为图1的变桨系统的加强垫板的结构示意图；
图3为变桨轴承与轮毂连接处高强螺栓的疲劳损伤分布示意图；
图4为变桨轴承与轮毂连接处高强螺栓受到的各方向合成弯矩的等效疲劳载荷分布示意图。
附图标记说明：
1-变桨轴承；11-内圈；12-外圈；2-加强垫板；21-通孔；3-轮毂；4-高强螺栓。
具体实施方式
下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本实用新型造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。
下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本实用新型的变桨系统的具体结构进行限定。在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
本实用新型实施例的变桨系统中，通过在连接于叶片和轮毂之间的变桨轴承处设置加强垫板，能够解决叶片和轮毂连接处的高强螺栓容易损伤断裂的问题。因此能够提升叶轮的结构强度，从而为风力发电机组的正常运行提供保障。
为了更好地理解本实用新型，下面结合图1至图4根据本实用新型实施例的变桨系统、变桨轴承进行详细描述。
图1是本实用新型一个实施例提供的风力发电机组的变桨系统的结构示意图，为了便于理解，在图1中只示出了轮毂3以及安装于轮毂3变桨轴承1。如图1所示，本实用新型的第一实施例提供的风力发电机组的变桨系统，包括：变桨轴承1和加强垫板2。变桨轴承1包括内圈11和外圈12，其中，内圈11和外圈12中的一者作为第一连接件与风力发电机组的轮毂3连接，内圈11和外圈12中的另一者作为第二连接件与风力发电机组的叶片连接。加强垫板2，具有预定延伸长度，加强垫板2沿延伸方向的至少一侧边缘为弧形，并且该边缘的曲率与第一连接件的曲率相适应，并且加强垫板2设置于第一连接件的远离轮毂3一侧的轴向端面上。
由此，本实用新型实施例提供的变桨系统，通过在与轮毂3连接的第一连接件上设置加强垫板2，能够以较小的成本，提升变桨轴承1与轮毂3连接处的高强螺栓4的疲劳强度，增加了该处连接的可靠性。同时还大幅提高了危险位置(即受力较大区域)的高强螺栓4的疲劳强度，同时使整圈高强螺栓4的疲劳寿命更均匀，从而能够提升整个变桨系统的使用寿命。而且，由于加强垫板2设置在第一连接件的远离轮毂3一侧的轴向端面上，并不会影响变桨轴承1与轮毂3、叶片的安装操作。
图2为图1的变桨系统的加强垫板2的结构示意图。请一并参见图1和图2，具体来说，变桨轴承1设置在叶片与轮毂3之间使叶片和轮毂3能够相对转动，用以实现调节叶片的桨距角，并且变桨轴承1与叶片以及轮毂3之间分别通过高强螺栓4进行连接(当然，图1中未体现叶片与变桨轴承1的连接)。变桨轴承1包括内圈11和外圈12，在本实施例中，示例性地，内圈11与轮毂3连接，而外圈12与叶片连接，但是本实用新型的实施例并不限于此，在其他的实施例中，变桨轴承1的内圈11还可以和叶片连接，而外圈12还可以与轮毂3连接。因此，本实用新型实施例的变桨系统中的加强垫板2可以设置在内圈11上，也可以设置在外圈12上。
根据本实用新型的一个示例性实施例，由于内圈11与轮毂3连接，所以上述的第一连接件为内圈11，因此加强垫板2设置在内圈11的远离轮毂3的端面上，并且加强垫板2的靠近外圈12的边缘(即外边缘)为弧形，并且该弧形的边缘与内圈11的曲率相适应。同时，为了不妨碍外圈12相对于内圈11的转动，加强垫板2的外边缘不超出内圈11的外边缘。可以理解的是，当第一连接件为外圈12时，加强垫板2的靠近内圈11的边缘(即内边缘)为弧形，并且该弧形的边缘与外圈12的曲率相适应，同时，加强垫板2的内边缘不超出外圈12的内边缘。
具体地，在本实施例中，加强垫板2具有预定的延伸长度，在本实施例中，加强垫板2沿着变桨轴承1的内圈11弯曲方向延伸，并且加强垫板2设置在变桨轴承1的内圈11的远离轮毂3一侧的轴向端面上。示例性地，为了便于安装并且不会对其他结构造成干涉，即避免无法安装外圈12或者内圈11和外圈12无法相对转动，加强垫板2的外边缘内圈11的曲率相同。这样设置即可以通过加强垫板2提高相应位置处的高强螺栓4的结构强度，从而提高此区域的连接可靠性，同时还能够避免由于安装加强垫板2对变桨轴承1与轮毂3的安装操作产生影响。
具体地，在本实施例中，加强垫板2为弧形板体，并且弧形板体的曲率与内圈11的曲率相同，优选将弧形板体的宽度设置为与内圈11的宽度相等，由此便于加强垫板2的安装定位，简化加强垫板2的连接操作。当然，将弧形板体安装在变桨轴承1的内圈11上后，需要保证加强垫板2的外边缘不超出变桨轴承1的内圈11的外边缘也就是说，弧形板体的外径不得大于内圈11的外径；同理，当将加强垫板2连接在变桨轴承1的外圈12上后，则弧形板体的内径不得大于外圈12的内径。这样设置就消除了由于安装加强垫板2对变桨轴承1与轮毂3或者叶片的安装产生影响。
根据本实用新型的实施例，加强垫板2并不是完整的环形结构，而是沿变桨轴承1的周向延伸一定长度的块状结构，由此一来，可根据实际需要，也就是根据连接在轮毂3处的高强螺栓4的疲劳损伤分布情况合理布置加强垫板2。也就是说，将加强垫板2设置在疲劳损伤较严重的加强高强螺栓4的位置处，所以同时也节约了成本。
在本实施例中，具体地，加强垫板2在延伸方向的截面为矩形，这样可以能够更便捷地将加强垫板2安装在变桨轴承1的内圈11或外圈12上，从而保证连接的稳定性。当然，在其他的一些可替换的实施例中，加强垫板2在延伸方向的截面也可以被配置成半圆形或者扇形，另外，其在延伸方向的截面也可以灵活设置成其他形状，只要能够满足加强垫板2在变桨轴承1上的安装稳定性即可。
另外，在一些其他的实施例中，沿加强垫板2的延伸方向，加强垫板2还可以被构造成变截面结构，也就是说，加强垫板2在其延伸方向上的不同位置具有不同的截面形状，此时，可以进一步根据轮毂3与变桨轴承1连接位置处的高强螺栓4的疲劳载荷分布情况进一步对加强垫板2的厚度进行分段式设置，以针对不同区域内高强螺栓4的疲劳强度需要进行设置，保证连接于轮毂3的整圈高强螺栓4的寿命更均匀。此外，在其他的实施例中，变桨系统还可以包括两个以上的加强垫板2，两个以上的加强垫板2沿内圈11的周向彼此分隔或者连续地设置，则同样可以进一步根据轮毂3与变桨轴承1连接位置处的高强螺栓4的疲劳载荷分布情况进一步对加强垫板2的厚度进行分段式设置。
根据本实用新型的实施例，加强垫板2包括两个以上的通孔21，两个以上的通孔21沿延伸方向间隔设置在加强垫板2上。变桨系统还包括固定件，即多个高强螺栓4。如图2所示，在本实施例中，连接在变桨轴承1内圈11或外圈12上的高强螺栓4可以穿过加强垫板2上的通孔21将加强垫板2固定连接在变桨轴承1的内圈11。
另外，需要说明的是，为了将加强垫板2固定连接在变桨轴承1内圈11或外圈12上，连接有加强垫板2位置处的高强螺栓4的长度要大于不连接加强垫板2位置处的高强螺栓4的长度。而增加高强螺栓4的长度同样也有利于进一步提高高强螺栓4的抗疲劳能力。
图3为现有技术中变桨轴承与轮毂连接处高强螺栓的疲劳损伤分布示意图；图4为现有技术中变桨轴承与轮毂连接处高强螺栓受到的各方向合成弯矩的等效疲劳载荷分布示意图。根据本实用新型的示例性实施例，加强垫板2的延伸长度需要根据变桨轴承1和轮毂3连接处的整圈高强螺栓4的疲劳损伤情况设定。变桨轴承1与轮毂3连接处的高强螺栓4的疲劳损伤，沿周向的分布情况是有显著不均匀特性的，如图3所示，根据有限元的分析计算结果，当正视变桨轴承1时，高强螺栓4最大的疲劳损伤出现在150度附近区域。螺栓疲劳损伤的不均匀分布源于叶根疲劳载荷的不均匀分布，叶片是悬臂梁结构，其根部的合成弯矩是影响变桨轴承1和轮毂3处连接的高强螺栓4的最主要的载荷，通过统计各方向合成弯矩的等效疲劳载荷，如图4所示，当正视变桨轴承1时，合成弯矩的最大疲劳载荷出现在60度方向作用合成弯矩时，即与最大损伤高强螺栓4所在的方向恰好正交。因此，按照如图3所示的150度的区域范围，在变桨轴承1的内圈11上设置加强垫板2，可以针对性地提高承受疲劳载荷严重的区域内的高强螺栓4的疲劳强度。因此，通过设置加强垫板2能够在保证不增加变桨系统的重量的同时提高变桨轴承1和轮毂3的连接可靠性，从而能够增加变桨轴承的使用寿命。
由此，本实用新型实施例提供的变桨轴承1，通过在与轮毂3连接的第一连接件上设置加强垫板2，能够以较小的成本，提升变桨轴承1与轮毂3连接处的高强螺栓4的疲劳强度，增加了该处连接的可靠性。同时还大幅提高了最危险位置的高强螺栓4的疲劳强度，同时使整圈高强螺栓4的疲劳寿命更均匀，保证了变桨轴承1的使用寿命，进而保证了叶片桨距角的灵活可调。而且由于加强垫板2设置在第一连接件的远离轮毂3一侧的轴向端面上，并不会影响变桨轴承1与轮毂3、叶片的安装。
根据本实用新型的另一个实施例，还提供一种变桨轴承1，包括内圈11和外圈12，内圈11和外圈12中的一个作为第一连接件与风力发电机组的轮毂连接，内圈11和外圈12中的另一个作为第二连接件与风力发电机组的叶片连接；加强垫板2，具有预定延伸长度，加强垫板2沿延伸方向的至少一侧边缘为弧形，边缘的曲率与第一连接件的曲率相适应，并且加强垫板2设置于第一连接件的远离轮毂一侧的轴向端面上。因此，能够有效地提高变桨轴承1的使用寿命，从而降低了整个变桨系统的维护成本。
根据本实用新型的再一个实施例，还提供了一种风力发电机组，包括上述任一实施例的变桨系统。通过在风力发电机组中设置上述的变桨系统，能够有效地提高变桨轴承1的使用寿命，进而保证了风力发电机组的正常工作，同时增加了风力发电机组的使用寿命，降低了维护风力发电机组的成本。
本实用新型可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本实用新型的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本实用新型的范围之中。并且，在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。