一种小型水平轴风力机轴向支撑结构的制作方法

本发明属于小型水平轴风力机技术领域，具体涉及一种小型水平轴风力机轴向支撑结构。

背景技术：

现有小型水平轴风力机的主轴布置及支撑方式大多借鉴大型水平轴风力机，通常采用三点式支撑，主轴前端通过一个轴承与机架连接，尾端与齿轮箱刚性连接，齿轮箱两侧通过弹性支撑与机架连接，构成三点支撑。然而，上述支撑方式大多从承担扭矩载荷、弯矩等角度出发，对轴向推力等额外载荷的缓冲和减震措施不足，然而由于水平轴风力机在运行过程中，为提高风力涡轮的风能利用率，风力涡轮通常正对来流方向，风力机叶片在大气中受到来流风速的绕流作用产生升阻力，并主要由升力部分产生扭矩，带动主轴旋转，阻力部分则构成对主轴的轴向推力，如果不采取必要的缓冲减震措施，则由于非定常性轴向推力的存在，对主轴后端连接的变速箱或发电机部分构成非定常性冲击，使得动力系的故障率大大提高。

技术实现要素：

针对上述现有技术的缺点和不足，本发明旨在提供一种新型的小型水平轴风力机轴向支撑结构，通过对主轴结构及其支撑方式的改进，将风力机产生的扭矩通过两个对接的输入轴和输出轴进行输出，在保证动力传递的同时，可以较大程度地缓冲风轮产生的轴向推力，避免对后续其他动力装置的冲击，提高了系统的稳定性。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种小型水平轴风力机轴向支撑结构，包括基座以及设置在所述基座顶部的小型水平轴风力机，所述小型水平轴风力机包括一水平输入轴、一水平输出轴以及设置在所述水平输入轴前端的叶轮，其特征在于，

--所述基座顶部沿所述水平输入轴的轴向方向前后间隔设置至少两个支座，所述至少两个支座之间沿周向均布有至少三个水平轴承轴，各所述水平轴承轴的前后两端固定在所述至少两个支座上，并且每个所述水平轴承轴的前后两端均设置一相同尺寸的轴承，且各所述轴承的内圈均过盈套设在所述水平轴承轴上，各所述轴承的外圈之间夹持所述水平输入轴，所述水平输入轴受到轴向推力时可在轴向上向后移动，

--所述水平输出轴与所述水平输入轴同轴布置，所述水平输出轴与所述水平输入轴整体均为实心轴，其前端呈空心筒体结构，所述空心筒体的前端沿周向均匀设置有若干方波状凹槽，所述水平输入轴的末端沿实心轴的外表面周向均匀设置若干方波状凸起，所述水平输入轴末端的方波状凸起与所述水平输出轴前端的方波状凹槽相适配，所述水平输出轴与所述水平输入轴处于连接状态时，所述水平输入轴末端的方波状凸起插设于所述水平输出轴前端的方波状凹槽中，且所述水平输出轴前端的空心筒体内设置有弹性体，所述弹性体仅在所述水平输入轴受到轴向推力时被压缩。

本发明的小型水平轴风力机轴向支撑结构，其工作原理为：风力机叶片在大气中受到来流风速的绕流作用产生升阻力，从而产生扭矩，带动水平输入轴旋转，由于水平输入轴末端的方波状凸起插设于所述水平输出轴前端的方波状凹槽中，水平输入轴的旋转会带动水平输出轴旋转，继而对外输出机械能，再通过发电机等装置将机械能转换成电能，并产生轴向推力，使安置于水平输出轴和水平输入轴端部的弹性体压缩变形，可以较大程度地缓冲风轮产生的轴向推力，避免对后续其他动力装置的冲击。

优选地，所述弹性体为弹簧。

优选地，所述水平输入轴前端设置叶轮，所述叶轮包括轮毂和设置在所述轮毂上的若干风力机叶片，所述轮毂固定设置在所述水平输入轴的前端。

优选地，所述轮毂通过紧固件紧固在所述水平输入轴的前端台阶面上。

优选地，各所述水平轴承轴的前后两端通过紧固件固定在所述至少两个支座上。

优选地，所述至少两个支座通过紧固件固定在所述基座顶部。

进一步地，所述紧固件包括螺母、弹垫和平垫。

优选地，各所述水平轴承轴的前后两端设置有台阶面，各所述轴承的内圈通过所述台阶面固定在各所述水平轴承轴上，并且各所述轴承均靠近所述支座的内侧布置。

同现有技术相比，本发明的小型水平轴风力机轴向支撑结构具有显著的技术效果：本发明的小型水平轴风力机轴向支撑结构中，风轮产生的扭矩通过水平输入轴耦合一水平输出轴对外输出，二者之间耦合设置一带有弹性体的方波状连接结构，该连接机构在保证输入轴和输出轴之间的动力传递的同时，可以较大程度地缓冲风轮产生的轴向推力，避免对后续其他动力装置的冲击，提高了系统的稳定性。

附图说明

图1为本发明的小型水平轴风力机轴向支撑结构示意图；

图2为水平输出轴1的局部剖视图；

图3为水平输出轴1的左视图；

图4为水平输入轴2的主视图；

图5为水平输入轴2的右视图；

图6为水平轴承轴9的主视图；

图7为支座7左边轴承8左边缘垂直轴线的剖视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。此外，以下实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

如图1所示，本发明的小型水平轴风力机轴向支撑结构，包括基座16以及设置在基座16顶部的小型水平轴风力机，小型水平轴风力机包括水平输入轴2、水平输出轴1以及设置在水平输入轴2前端的叶轮，叶轮包括轮毂18和设置在轮毂18上的若干风力机叶片17，轮毂18固定设置在水平输入轴2的前端，轮毂18通过螺母19、弹垫20和平垫21等紧固件紧固在水平输入轴2的前端台阶面上。水平输出轴1的前端与水平输入轴2的后端连接，水平输出轴1的后端与变速箱、发电机或其他动力设施(图中未示出)连接。

如图1、6、7所示，基座16顶部沿水平输入轴的轴向方向前后间隔设置至少两个支座6、7，各支座6、7通过螺钉13、弹垫14和平垫15等紧固件固定在基座16顶部。至少两个支座6、7之间沿周向均布有4个水平轴承轴9，各水平轴承轴9的前后两端通过螺母10、弹垫11和平垫12等紧固件固定在至少两个支座6、7上，并且每个水平轴承轴9的前后两端均设置有台阶面，各台阶面上均设置一相同尺寸的轴承8，且各轴承8的内圈均过盈套设在水平轴承轴9上，各轴承8均靠近支座6、7的内侧布置，各轴承8的外圈之间夹持水平输入轴2，水平输入轴2受到轴向推力时可在轴向上向后移动。

如图1～5所示，水平输出轴1与水平输入轴2同轴布置，水平输出轴1与水平输入轴2整体均为实心轴，其前端呈空心筒体结构，空心筒体的前端沿周向均匀设置有若干方波状凹槽，水平输入轴2的末端沿实心轴的外表面周向均匀设置若干方波状凸起，水平输入轴2末端的方波状凸起与水平输出轴1前端的方波状凹槽相适配，水平输出轴1与水平输入轴2处于连接状态时，水平输入轴2末端的方波状凸起插设于水平输出轴1前端的方波状凹槽中，且水平输出轴1前端的空心筒体内设置有弹性体3(例如弹簧)，弹性体3仅在水平输入轴2受到轴向推力时被压缩。

本发明是这样实现的：

风力机叶片17在大气中受到来流风速的绕流作用产生升阻力，从而产生扭矩，带动水平输入轴2和水平输出轴1旋转输出机械能，再通过发电机将机械能转换成电能，并产生轴向推力，使安置于水平输出轴1和水平输入轴2端部的弹簧3压缩变形，可以较大程度地缓冲风轮产生的轴向推力，避免对后续其他动力装置的冲击，提高了系统的寿命及稳定性。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。