风轮装置及风力发电机组的制作方法

本发明涉及一种风轮装置及风力发电机组。

背景技术：

叶片、变桨轴承和轮毂组成了风轮装置。叶片的叶根通过螺栓连接到变桨轴承上，变桨轴承再通过螺栓连接到轮毂上。目前，风力发电机组的叶片叶根环设有一圈均匀布置的螺栓，用于连接到变桨轴承上。由于风力通过叶片传递至轮毂，导致叶根与变桨轴承的螺栓连接处成为风轮装置结构的薄弱点。如图1所示。研究表明，每个螺栓所受的载荷是不均匀的，处于重载荷区的螺栓受载比较大，处于轻载荷区的螺栓受载比较小。由于叶片的特殊结构，风轮在运转时，叶片的重载荷区在上风面的一侧，而叶片的下风面为轻载荷区。

目前，为了保证叶根与变桨轴承的连接强度，需要将叶片的叶根的直径设置得足够大，以便设置更多的螺栓或设置更大直径的螺栓。如此设置，导致叶根的直径比较大，相应地与之相匹配的变桨轴承和轮毂尺寸也越大，使得叶片、变桨轴承和轮毂的重量增加，提高了风轮装置的制造成本。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中为了提高叶片的连接强度，将叶根尺寸整体加大导致成本增加的缺陷，提供一种风轮装置及风力发电机组。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种风轮装置，其包括叶片、连接件和变桨轴承，所述叶片的叶根通过若干个所述连接件连接于所述变桨轴承，所述叶根具有重载荷区，所述叶根的连接端具有加强部，所述加强部设于所述重载荷区，所述变桨轴承具有连接部，所述连接部与所述加强部对应设置，一部分所述连接件连接所述加强部与所述连接部。

在本方案中，该风轮装置在叶根连接端面上的重载荷区增设加强部，同时在变桨轴承上对应增设连接部，以便于叶根和变桨轴承上具有更多的空间设置连接件，而无需将整个叶根的外径尺寸加大，相应地与叶根配对的变桨轴承和轮毂的尺寸也无需加大，提高了叶片在重载荷区与变桨轴承的连接强度，提高了经济效益。

较佳地，所述变桨轴承包括轴承内圈，所述轴承内圈通过所述连接件连接于所述叶根。

在本方案中，变桨轴承的内圈用于固定叶片，而变桨轴承的外圈用于与轮毂固定，当轴承内圈与轴承外圈相对旋转时，就能够实现叶片绕自身轴线的旋转。

较佳地，所述加强部设于所述叶根的连接端的内壁面，所述加强部沿所述叶根的周向方向延伸设置，所述连接部设于所述轴承内圈的连接端的内侧，所述加强部的连接端面位于所述叶根的连接端面中且靠近内侧，所述连接部的连接端面位于所述轴承内圈的连接端面中且靠近内侧，所述连接件的两端分别连接于所述加强部的连接端面和所述连接部的连接端面。

在本方案中，采用上述结构形式，叶根为内部中空的结构，加强部贴合在叶根的内壁面，在径向方向上占用的空间小，同时在在周向方向可在重载区设置较多的连接件，在无需增大叶根外径的情况下，提高叶根与变桨轴承的连接强度。

较佳地，所述轴承内圈的内壁还环设有内齿，所述连接部的内侧不设有内齿。

在本方案中，采用上述结构形式，使连接部上有足够的空间来匹配叶根的加强部的安装面，以便于在其上设置更多的螺栓安装孔。

较佳地，所述轴承内圈的内壁还环设有内齿。

在本方案中，采用上述结构形式，驱动机构的齿轮与内齿啮合，并带动轴承内圈转动，相应地带动叶片转动，以调整叶片的旋转角度。

较佳地，所述加强部设于所述叶根的外壁面，所述加强部沿所述叶根的周向方向延伸设置，所述连接部设于所述轴承内圈的连接端的外侧，所述加强部的连接端面位于所述叶根的连接端面中且靠近外侧，所述连接部的连接端面位于所述轴承内圈的连接端面中且靠近外侧，所述连接件的两端分别连接于所述加强部的连接端面和所述连接部的连接端面。

在本方案中，采用上述结构形式，加强部贴合在叶根的外壁面，在径向方向上占用的空间小，同时在在周向方向可在重载区设置较多的连接件，只需增大叶根局部区域的外径，提高叶根与变桨轴承的连接强度。

较佳地，设于所述加强部内的多个所述连接件沿所述叶根的周向方向间隔设置。

在本方案中，叶根端面的载荷沿周向方向分布，采用上述结构形式，可以均衡连接件所受的载荷，提高连接件的连接强度。

较佳地，所述风轮装置还包括轮毂，所述变桨轴承还包括轴承外圈，所述轴承外圈通过若干个螺栓连接于所述轮毂。

在本方案中，变桨轴承的外圈用于与轮毂固定，变桨轴承的内圈用于固定叶片。当轴承内圈与轴承外圈相对旋转时，就能够实现叶片绕自身轴线的旋转。

较佳地，所述叶片具有前缘和后缘，所述重载荷区设于所述叶片的上风面并靠近所述后缘的一侧。

在本方案中，由于叶片的特殊结构，风轮在运转时，叶片的重载荷区位于上风面的一侧，而叶片的下风面为轻载荷区。

一种风电机组，所述风电机组包括如上所述的风轮装置。

在本方案中，风轮装置只在叶根的局部的结构加强，以提高在重载荷区叶根的连接强度，不需要整体加大叶根的直径，从而降低了与之相匹配的叶片、变桨轴承和轮毂的尺寸和重量，进而降低了整个风电机组的成本。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：该风轮装置在叶根连接端面上的重载荷区增设加强部，同时在变桨轴承上对应增设连接部，以便于叶根和变桨轴承上具有更多的空间设置连接件，而无需将整个叶根的外径尺寸加大，相应地与叶根配对的变桨轴承和轮毂的尺寸也无需加大，提高了叶片在重载荷区与变桨轴承的连接强度，提高了经济效益。

附图说明

图1为现有技术中的叶片及叶片的叶根的结构示意图。

图2为本发明实施例1-3的风轮装置的结构示意图。

图3为本发明实施例1和2的叶片的叶根结构示意图。

图4为本发明实施例1的变桨轴承的结构示意图。

图5为本发明实施例2的变桨轴承的结构示意图。

图6为本发明实施例3的叶片的叶根的结构示意图。

图7为本发明实施例3的变桨轴承的结构示意图。

附图标记说明：

叶片1

前缘101

后缘102

上风面103

下风面104

叶根11

加强部111

重载荷区112

连接件2

变桨轴承3

轴承内圈31

连接部311

内齿312

轴承外圈32

轮毂4

具体实施方式

下面通过三个实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

如图2-图4所示，本实施例公开了一种风轮装置，该风轮装置包括叶片1、连接件2、变桨轴承3和轮毂4。叶片1具有叶根11，叶根11的连接端面上均匀环设有一圈多个连接件2，叶根11通过多个连接件2与变桨轴承3连接。研究表明，每个连接件2的载荷分布是不均匀的，处于重载荷区112的连接件2受载比较大，处于轻载荷区的连接件2受载比较小。

在不增大叶根11外径的情况下，为了提高叶根11的连接强度，在叶根11的连接端的重载荷区112增设加强部111，同时在变桨轴承3上增设与加强部111对应的连接部311，以便于叶根11和变桨轴承3上具有更多的空间设置连接件2。此处，加强部111与连接部311对应设置是部分位置对应而无需形状完全对应。加强部111与连接部311通过连接件2连接，提高了叶片1在重载荷区112与变桨轴承3的连接强度，而无需将整个叶根11的外径尺寸加大，就能够提高叶片1的连接强度，相应地与叶根11配对的变桨轴承3和轮毂4的尺寸无需加大，提高了经济效益。

如图3所示，由于叶根11的内部为中空结构，加强部111设在叶根11的连接端的内壁面，无需改变叶根11的现有的外形尺寸，使其在径向方向上占用的空间小。进一步地，加强部111沿叶根11的周向方向延伸设置，可在更大范围内增设更多的连接件2。如图4所示，为了与加强部111的位置配对，相应的连接部311设在轴承内圈31的连接端的内侧。其中，加强部111的连接端面位于叶根11的连接端面中且靠近内侧，使得加强部111与叶根11成为一体设置，提高叶根11的连接强度。连接部311的连接端面位于轴承内圈31的连接端面中且靠近内侧，使得连接部311与轴承内圈31成为一体设置，提高轴承内圈31的连接强度。连接件2的两端分别连接于加强111部的连接端面和连接部311的连接端面。

由于叶根11端面的载荷沿周向方向分布，在加强部111内设置有多个连接件2，并且多个连接件2沿叶根11的周向方向间隔设置，可以均衡连接件2所受的载荷，提高连接件2的连接强度。

如图2所示，变桨轴承3包括轴承内圈31和轴承外圈32，轴承内圈31通过连接件2连接于叶根11，轴承外圈32通过若干个螺栓连接于轮毂4。变桨轴承3的内圈用于固定叶片1，变桨轴承3的外圈用于与轮毂4固定。当轴承内圈31与轴承外圈32相对旋转时，能够实现叶片1绕自身轴线旋转。

如图4所示。轴承内圈31的内壁还环设有内齿312，而在轴承内圈31的连接部311的内侧不设有内齿312，使连接部311上有足够的空间来匹配叶根11的加强部111的安装面，以便于设置更多的连接件2。变桨驱动机构的齿轮与内齿312啮合，并带动轴承内圈31转动，相应地带动叶片1转动，以调整叶片1绕自身轴线旋转的角度，以达到叶片1变桨的目的。

如图1所示，由于叶片1的特殊结构，风轮在运转时，叶片1的重载荷区112在上风面103的一侧，而叶片1的下风面104为轻载荷区。具体的，若将叶片1分为前缘101和后缘102，重载荷区112位于叶片1的上风面103并靠近后缘102的一侧。进一步地，重载荷区112在190°～240°的区域内。

在其他实施例中，如果叶根11有多个重载荷区112，相应地在每个重载荷区112增设加强部111，同时在加强部111内增设连接件2，以强化重载荷区112的强度。

在本实施例中，连接件2为螺栓。

在本实施例中，加强部111与叶根11一体成型，加强部111通过多层铺设而成。

本实施例还公开了一种风电机组，该风电机组包括如上所述的风轮装置。其中的风轮装置只需在叶根11的局部的结构加强，以提高在重载荷区112叶根11的连接强度，不需要整体加大叶根11的直径，从而降低了与之相匹配的叶片1、变桨轴承3和轮毂4的尺寸和重量，进而降低了整个风电机组的成本。

实施例2

如图2、图3和图5所示，本实施例公开了一种风轮装置，该风轮装置包括叶片1、连接件2、变桨轴承3和轮毂4。叶片1具有叶根11，叶根11的连接端面上均匀环设有一圈多个连接件2，叶根11通过多个连接件2与变桨轴承3连接。研究表明，每个连接件2的载荷分布是不均匀的，处于重载荷区112的连接件2受载比较大，处于轻载荷区的连接件2受载比较小。

在不增大叶根11外径的情况下，为了提高叶根11的连接强度，在叶根11的连接端的重载荷区112增设加强部111，同时在变桨轴承3上增设与加强部111对应的连接部311，以便于叶根11和变桨轴承3上具有更多的空间设置连接件2。此处，加强部111与连接部311对应设置是部分结构位置对应而无需形状完全对应。加强部111与连接部311通过连接件2连接，提高了叶片1在重载荷区112与变桨轴承3的连接强度，而无需将整个叶根11的外径尺寸加大，就能够提高叶片1的连接强度，相应地与叶根11配对的变桨轴承3和轮毂4的尺寸无需加大，提高了经济效益。

如图3所示，由于叶根11的内部为中空结构，加强部111设在叶根11的连接端的内壁面，无需改变叶根11的现有的外形尺寸，使其在径向方向上占用的空间小。进一步地，加强部111沿叶根11的周向方向延伸设置，可在更大范围内增设更多的连接件2。如图4所示，为了与加强部111的位置配对，相应的连接部311设在轴承内圈31的连接端的内侧。其中，加强部111的连接端面位于叶根11的连接端面中且靠近内侧，使得加强部111与叶根11为一体设置，提高叶根11的连接强度。连接部311的连接端面位于轴承内圈31的连接端面中且靠近内侧，使得连接部311与轴承内圈31一体设置，提高轴承内圈31的连接强度。连接件2的两端分别连接于加强111部的连接端面和连接部311的连接端面。

由于叶根11端面的载荷沿周向方向分布，在加强部111内设置有多个连接件2，并且多个连接件2沿叶根11的周向方向间隔设置，可以均衡连接件2所受的载荷，提高连接件2的连接强度。

如图2所示，变桨轴承3包括轴承内圈31和轴承外圈32，轴承内圈31通过连接件2连接于叶根11，轴承外圈32通过若干个螺栓连接于轮毂4。变桨轴承3的内圈用于固定叶片1，变桨轴承3的外圈用于与轮毂4固定。当轴承内圈31与轴承外圈32相对旋转时，能够实现叶片1变桨。

如图5所示，为了保证变桨轴承3的内齿圈完整，将轴承内圈31加宽，在轴承内圈31的内壁环设有整圈内齿312，便于叶片1变桨。变桨驱动机构的齿轮与内齿312啮合，并带动轴承内圈31转动，相应地带动叶片1转动，以调整叶片1绕自身轴线旋转的角度，达到叶片变桨的目的。

如图1所示，由于叶片1的特殊结构，风轮在运转时，叶片1的重载荷区112在上风面103的一侧，而叶片1的下风面104为轻载荷区。具体的，若将叶片1分为前缘101和后缘102，重载荷区112位于叶片1的上风面103并靠近后缘102的一侧。进一步地，重载荷区112在190°～240°的区域内。

在其他实施例中，如果叶根11有多个重载荷区112，相应地在每个重载荷区112增设加强部111，同时在加强部111内增设连接件2，以强化重载荷区112的强度。

在本实施例中，连接件2为螺栓。

在本实施例中，加强部111与叶根11一体成型，加强部111通过多层铺设而成。

本实施例还公开了一种风电机组，该风电机组包括如上所述的风轮装置。其中的风轮装置只需在叶根11的局部的结构加强，以提高在重载荷区112叶根11的连接强度，不需要整体加大叶根11的直径，从而降低了与之相匹配的叶片1、变桨轴承3和轮毂4的尺寸和重量，进而降低了整个风电机组的成本。

实施例3

如图2、如图6和图7所示，本实施例公开了一种风轮装置，该风轮装置包括叶片1、连接件2、变桨轴承3和轮毂4。叶片1具有叶根11，叶根11的连接端面上均匀环设有一圈多个连接件2，叶根11通过多个连接件2与变桨轴承3连接。研究表明，每个连接件2的载荷分布是不均匀的，处于重载荷区112的连接件2受载比较大，处于轻载荷区的连接件2受载比较小。

在不增大叶根11外径的情况下，为了提高叶根11的连接强度，在叶根11的连接端的重载荷区112增设加强部111，同时在变桨轴承3上增设与加强部111对应的连接部311，以便于叶根11和变桨轴承3上具有更多的空间设置连接件2。此处的加强111与连接部311对应设置，是位置对应而无需形状完全对应。加强部111与连接部311通过连接件2连接，提高了叶片1在重载荷区112与变桨轴承3的连接强度，而无需将整个叶根11的外径尺寸加大，就能够提高叶片1的连接强度，相应地与叶根11配对的变桨轴承3和轮毂4的尺寸无需加大，提高了经济效益。

加强部111设在叶根11的外壁面，使得叶根11只在局部的径向尺寸变大，无需整体增加叶根11的外形直径，降低风轮装置的成本。进一步地，加强部111沿叶根11的周向方向延伸设置，可在更大范围内增设更多的连接件2，提高叶根11与变桨轴承3的连接强度。为了与加强部111的位置配对，相应的连接部311设在轴承内圈31的连接端的外侧。其中，加强部111的连接端面位于叶根11的连接端面中且靠近外侧，使得加强部111与叶根11为一体设置，提高叶根11的连接强度。连接部311的连接端面位于轴承内圈31的连接端面中且靠近外侧，使得连接部311与轴承内圈31一体设置，提高轴承内圈31的连接强度。连接件2的两端分别连接于加强部111的连接端面和连接部311的连接端面。

由于叶根11端面的载荷沿周向方向分布，在加强部111内设置有多个连接件2，并且多个连接件2沿叶根11的周向方向间隔设置，可以均衡连接件2所受的载荷，提高连接件2的连接强度。

如图2所示，变桨轴承3包括轴承内圈31和轴承外圈32，轴承内圈31通过连接件2连接于叶根11，轴承外圈32通过若干个螺栓连接于轮毂4。变桨轴承3的内圈用于固定叶片1，变桨轴承3的外圈用于与轮毂4固定。当轴承内圈31与轴承外圈32相对旋转时，能够实现叶片1的变桨。

如图1所示，由于叶片1的特殊结构，风轮在运转时，叶片1的重载荷区112在上风面103的一侧，而叶片1的下风面104为轻载荷区。具体的，若将叶片1分为前缘101和后缘102，重载荷区112位于叶片1的上风面103并靠近后缘102的一侧。进一步地，重载荷区112在190°～240°的区域内。

在其他实施例中，如果叶根11有多个重载荷区112，相应地在每个重载荷区112增设加强部111，同时在加强部111内增设连接件2，以强化重载荷区112的强度。

在本实施例中，连接件2为螺栓。

在本实施例中，加强部111与叶根11一体成型，加强部111通过多层铺设而成。

本实施例还公开了一种风电机组，该风电机组包括如上所述的风轮装置。其中的风轮装置只需在叶根11的局部的结构加强，以提高在重载荷区112叶根11的连接强度，不需要整体加大叶根11的直径，从而降低了与之相匹配的叶片1、变桨轴承3和轮毂4的尺寸和重量，进而降低了整个风电机组的成本。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。