风力发电机组的轴系及风力发电机组的制作方法

本实用新型涉及风力发电技术领域，具体地，涉及一种风力发电机组的轴系及包括该风力发电机组的轴系的风力发电机组。

背景技术：

直驱式风力发电机组的轴系的功能是支撑叶轮，将扭矩载荷传递给风力发电机组的发电机，并且将其它载荷传递给风力发电机组的底座等支撑结构，其性能的好坏决定了风力发电机组的核心竞争力。轴系的相关部件的选型是风力发电机组的轴系设计的关键因素，相关部件的选型影响轴系性能、制造装配成本和运维成本，是轴系设计的重要组成部分。

目前，常用的风力发电机组的轴系包括动轴、定轴以及安装在动轴与定轴之间的轴承组件。对于不同类型的风力发电机组，轴承组件的具体构成不同。例如，轴承组件可包括双列圆锥滚子轴承和圆柱滚子轴承，或包括两个圆锥滚子轴承，或仅包括一个双列圆锥滚子轴承等。

图1和图2示出了现有技术中的两种不同类型的风力发电机组的轴系。图1是示出现有技术中的风力发电机组的长轴结构的轴系的示意图。图2是示出现有技术中的风力发电机组的短轴结构的轴系的示意图。目前，对于长轴结构的轴系，通常选择双轴承来支撑动轴；对于短轴结构的轴系，通常选择单轴承来支撑动轴。

具体地，如图1所示，短轴结构的轴系10包括：定轴11，连接到风力发电机组的底座(未示出)；动轴12，连接到风力发电机组的轮毂(未示出)，并且套设在定轴11的外侧；轴承组件，包括安装在动轴12与定轴11之间的双列圆锥滚子轴承13和圆柱滚子轴承14，其中，双列圆锥滚子轴承13位于动轴12的靠近轮毂的一侧，圆柱滚子轴承14位于动轴12的远离轮毂的一侧。如图2所示，短轴结构的轴系20包括：动轴22，连接到风力发电机组的轮毂(未示出)；定轴21，套设在动轴22的外侧，并且连接到风力发电机组的底座(未示出)；轴承组件，仅包括安装在动轴22与定轴21之间的双列圆锥滚子轴承13。

参照图1和图2可以看出，轴系10和轴系20均包括双列圆锥滚子轴承13，原因在于：与其它类型的轴承相比，双列圆锥滚子轴承的刚度较大，并且具有良好的抵抗弯矩载荷的能力，因此可减少轴系变形对发电机气隙的影响，同时使得轴系紧凑并且减少轴系部件的数量。

然而，目前选用的双列圆锥滚子轴承均为对称结构。具体地，参照图3，图3是根据现有技术的双列圆锥滚子轴承的局部截面图。如图3所示，双列圆锥滚子轴承13包括外圈13a、内圈13b、前列滚子13c和后列滚子13d，并且前列滚子13c和后列滚子13d对称布置。

在风力发电机组运行过程中，双列圆锥滚子轴承13靠近轮毂侧安装，并且承受主要载荷，载荷由轮毂侧开始传递，根据风势的变化，不同列轴承会承受不同大小的载荷。例如，双列圆锥滚子轴承13的上风向侧的前列滚子13c的受力大于下风向侧的后列滚子13d的受力，容易出现前列滚子13c承载过大或后列滚子13d打滑的现象。

因此，对称的双列圆锥滚子轴承对于过大或过小的局部载荷适应性不佳。当存在不稳定和突变的局部载荷时，会出现前列滚子不满足局部载荷要求，或后列滚子可能出现大材小用、甚至打滑的现象，进而影响轴承组件的使用率和使用寿命，导致整个轴系的可靠性下降。如此，如图1所示的轴系10以及如图2所示的轴系20均不能很好地适应局部过大或过小的风载，因而无法保证整个轴系的可靠性。

技术实现要素：

因此，本实用新型的目的在于提供一种风力发电机组的轴系及风力发电机组，以解决现有的风力发电机组的轴系对于过大或过小的局部载荷适应性不佳而影响轴系的可靠性的问题。

根据本实用新型的一方面，一种风力发电机组的轴系可包括：定轴，定轴连接到风力发电机组的底座；动轴，动轴连接到风力发电机组的轮毂；第一轴承，第一轴承靠近轮毂侧安装在定轴与动轴之间；第二轴承，第二轴承远离轮毂侧安装在定轴与动轴之间，其中，第一轴承的靠近轮毂侧的部分的径向承载力大于第一轴承的远离轮毂侧的部分的径向承载力。

优选地，第一轴承可以为双列圆锥滚子轴承，并且第一轴承的靠近轮毂侧的前列滚子的接触角可小于第一轴承的远离轮毂侧的后列滚子的接触角。

优选地，第一轴承可以为双列圆锥滚子轴承，并且第一轴承的靠近轮毂侧的前列滚子的尺寸可大于第一轴承的远离轮毂侧的后列滚子的尺寸。

优选地，第二轴承可以为圆柱滚子轴承。

根据本实用新型的另一方面，一种风力发电机组的轴系可包括：定轴，定轴连接到风力发电机组的底座；动轴，动轴连接到风力发电机组的轮毂；轴承，轴承靠近轮毂侧安装在定轴与动轴之间，其中，轴承的靠近轮毂侧的部分的径向承载力大于轴承的远离轮毂侧的部分的径向承载力。

优选地，轴承可以为双列圆锥滚子轴承，并且轴承的靠近轮毂侧的前列滚子的接触角可小于轴承的远离轮毂侧的后列滚子的接触角。

优选地，轴承可以为双列圆锥滚子轴承，并且轴承的靠近轮毂侧的前列滚子的尺寸可大于轴承的远离轮毂侧的后列滚子的尺寸。

根据本实用新型的另一方面，一种风力发电机组包括如上所述的风力发电机组的轴系。

根据本实用新型的实施例的风力发电机组的轴系与现有技术中的轴系相比，通过使第一轴承的靠近轮毂侧的部分的径向承载力大于第一轴承的远离所述轮毂侧的部分的径向承载力来调节第一轴承的受力，可有效避免第一轴承过载、发热及打滑的现象，能够更好地适应不稳定的风载，进而提高轴承的利用率和使用寿命，从而提高整个风力发电机组的轴系的稳定性和可靠性。此外，根据本实用新型的实施例的风力发电机组的轴系通用调节对称的双列圆锥滚子轴承的接触角或单列滚子尺寸即可实现所需的不对称的双列圆锥滚子轴承，进而可满足局部载荷过大的承载要求，无需增大轴承的整体尺寸，从而节约制造成本。此外，在轴系的尺寸和规格相同的情况下，根据本实用新型的实施例的风力发电机组的轴系通过使用不对称的双列圆锥滚子轴承使得轴系具有更好的承载性能，轴向定位精度高。此外，根据本实用新型的实施例的风力发电机组的轴系，可在不改变轴承外形尺寸接口的情况下实现不对称的双列圆锥滚子轴承，因此不影响轴系与其它部件的配合尺寸，能够降低轴系的维护和更换成本，并且增大风力发电机组的轴系的安全裕度。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本实用新型的上述以及其他目的和特点将会变得更加清楚，在附图中：

图1是示出现有技术中的风力发电机组的长轴结构的轴系的示意图。

图2是示出现有技术中的风力发电机组的短轴结构的轴系的示意图。

图3是现有技术中的双列圆锥滚子轴承的局部截面图。

图4是示出根据本实用新型的实施例的风力发电机组的长轴结构的轴系的示意图。

图5是示出根据本实用新型的实施例的风力发电机组的短轴结构的轴系的示意图。

附图标号说明：

10、20、10’、20’：轴系；

11、21：定轴；12、22：动轴；

13：双列圆锥滚子轴承；

13a：外圈；

13b：内圈；

13c：前列滚子；

13d：后列滚子；

13’：第一轴承；

14：圆柱滚子轴承；

14’：第二轴承；

23：轴承。

具体实施方式

现在，将参照附图详细地描述根据本实用新型的实施例，其示例在附图中示出，其中，相同的标号始终表示相同的组件。

图4是示出根据本实用新型的实施例的风力发电机组的长轴结构的轴系的示意图。

如图4所示，根据本实用新型的实施例的风力发电机组的长轴结构的轴系10’可包括动轴12、定轴11以及第一轴承13’和第二轴承14’。定轴11可连接到风力发电机组的底座。动轴12可连接到风力发电机组的轮毂(未示出)，并且可套设在定轴11的外侧。虽然图4中示出了动轴12套设在定轴11的外侧，但不限于此，在实际应用时可根据需要合理设置动轴12和定轴11的位置关系，如动轴12设置于定轴11内。第一轴承13’和第二轴承14’可安装在定轴11与动轴12之间，第一轴承13’可位于动轴12的靠近轮毂的一侧，第二轴承14’可位于动轴12的远离轮毂的一侧，其中，第一轴承13’的靠近轮毂侧的部分的径向承载力大于第一轴承13’的远离轮毂侧的部分的径向承载力。

在本实施例中，第一轴承13’可以为不对称的双列圆锥滚子轴承，以使第一轴承13’的靠近轮毂侧的部分的径向承载力大于第一轴承13’的远离轮毂侧的部分的径向承载力。优选地，第一轴承13’的靠近轮毂侧的前列滚子的接触角可小于第一轴承13’的远离轮毂侧的后列滚子的接触角。在这种情况下，根据力学原理，接触角角度不同，受力点的径向和轴向的分力大小也随之改变。风力发电机组的轴系主要承受径向载荷，而圆锥滚子轴承的径向承载力随着接触角的减小而增大，因此在第一轴承13’的靠近轮毂侧的前列滚子的接触角小于第一轴承13’的远离轮毂侧的后列滚子的接触角的情况下，可使第一轴承13’的靠近轮毂侧的前列滚子的径向承载力大于第一轴承13’的远离轮毂侧的后列滚子的接触力，从而调节前后列滚子的受力。

在第一轴承13’的整体外形尺寸、前后列滚子尺寸保持不变的情况，可通过调节前列滚子和后列滚子的接触角满足第一轴承13’的前后列滚子的承载要求，可操作性强，节约制造成本，而且对于局部突变的载荷有较好的适应性，能够提高第一轴承13’的使用寿命。

可选地，为了第一轴承13’的靠近轮毂侧的前列滚子的径向承载力大于第一轴承13’的远离轮毂侧的后列滚子的接触力，第一轴承13’的靠近轮毂侧的前列滚子的尺寸可大于第一轴承13’的远离轮毂侧的后列滚子的尺寸，如图4所示。

在本实施例中，第一轴承13’靠近轮毂侧安装，以承受整个轴系的主要载荷，并且安装游隙可以为零或负游隙，以更好地定位。此外，第二轴承14’可以为圆柱滚子轴承，但不限于此，根据需要，还可以为其它类型的轴承。第二轴承14’作为后轴承平衡支撑长轴结构，其安装游隙可以为正游隙。

与现有技术中的轴系10相比，通过使用第一轴承13’(不对称的双列圆锥滚子轴承)来代替对称的双列圆锥滚子轴承，作为前轴承的第一轴承13’可承受较大载荷(特别是不稳定的、突变的局部载荷)，对不同风载的适应性较佳，提高了轴承的安全系数，进而提高了整个轴系的可靠性。此外，与圆柱滚子轴承或调心滚子轴承相比，不对称的双列圆锥滚子轴承的轴承刚度大，轴向定位作用佳，承载能力强。

图5是示出根据本实用新型的实施例的风力发电机组的短轴结构的轴系的示例的示意图。

根据本实用新型的实施例的风力发电机组的短轴结构的轴系可包括动轴22、定轴21和轴承23。定轴21可连接到风力发电机组的底座(未示出)，并且套设在动轴22的外侧。动轴22可连接到风力发电机组的轮毂(未示出)。虽然图5中示出了定轴21套设在动轴22的外侧，但不限于此，在实际应用时可根据需要合理设置动轴22和定轴21的位置关系，如动轴22套设在定轴21外。轴承23可靠近轮毂侧安装在定轴21与动轴22之间，其中，轴承23的靠近轮毂侧的部分的径向承载力大于轴承23的远离轮毂侧的部分的径向承载力。

需了解的是，根据本实用新型的实施例的轴系20’的轴承23的具体结构可与如图4所示的轴系10’中的第一轴承13’的具体结构相同，即，轴承23可以为双列圆锥滚子轴承，并且轴承23的靠近轮毂侧的前列滚子的接触角可小于轴承23的远离轮毂侧的后列滚子的接触角和/或轴承23的靠近轮毂侧的前列滚子的尺寸可大于轴承23的远离轮毂侧的后列滚子的尺寸。因此，为了避免赘述，在此将省略其结构的详细描述。

在本实施例中，轴承23的安装游隙可以为负游隙，以更好地定位。为不对称的双列圆锥滚子轴承的轴承23的轴承刚度大，不仅起到支撑轴系20’的作用，而且对于风载的适应性较好，能有效地避免前列滚子过载或后列滚子打滑的现象。轴系20’可通过轴承23代替如图2所示的轴系20中的对称的双列圆锥滚子轴承13而有效地解决对称的双列圆锥滚子轴承对于局部过大或过小的载荷适应性不佳的问题，从而提高轴承的利用率和使用寿命，同时提高整个风力发电机组的轴系的稳定性和可靠性。

根据本实用新型的实施例的风力发电机组的轴系与现有技术中的轴系相比，通过使第一轴承的靠近轮毂侧的部分的径向承载力大于第一轴承的远离轮毂侧的部分的径向承载力来调节第一轴承的受力，具体地，可通过使用不对称的双列圆锥滚子轴承来调节前后列滚子的受力，可有效避免滚子过载、发热及打滑的现象，能够更好地适应不稳定的风载，进而提高轴承的利用率和使用寿命。

此外，根据本实用新型的实施例的风力发电机组的轴系通用调节对称的双列圆锥滚子轴承的接触角或单列滚子尺寸即可实现所需的不对称的双列圆锥滚子轴承，进而可满足局部载荷过大的承载要求，无需增大轴承的整体尺寸，从而节约制造成本。

此外，在轴系的尺寸和规格相同的情况下，根据本实用新型的实施例的风力发电机组的轴系通过使用不对称的双列圆锥滚子轴承使得轴系具有更好的承载性能，轴向定位精度高。

此外，根据本实用新型的实施例的风力发电机组的轴系，可在不改变轴承外形尺寸接口的情况下实现不对称的双列圆锥滚子轴承，因此不影响轴系与其它部件的配合尺寸，能够降低轴系的维护和更换成本，并且增大风力发电机组的轴系的安全裕度。

本实用新型的另一实施例为一具有上述轴系的风力发电机组，其与上述的轴系有益效果相同，故不赘述。

虽然上面已经详细描述了本实用新型的示例性实施例，但本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，可对本实用新型的实施例做出各种的修改和变形。但是应当理解，在本领域技术人员看来，这些修改和变形仍将落入权利要求所限定的本实用新型的示例性实施例的精神和范围内。