带轮支撑装置、齿形带变桨系统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，更具体地，涉及一种用于风力发电机组的变桨系统的具有防跳齿功能的带轮支撑装置、齿形带变桨系统及风力发电机组。

背景技术：

目前，风力发电机组变桨形式有齿轮变桨、液压变桨和齿形带变桨。由于齿形带变桨不仅可以降低风机震动，还能实现变桨系统免维护，所以风力发电机组通常采用齿形带变桨。为了实现齿形带变桨的有效执行，通常会通过带有驱动轮和涨紧轮的带轮支撑结构来实现。在该结构中，由于叶轮空间结构限制，驱动轮和涨紧轮布置得比较紧凑，从而使得齿形带紧边和松边比例较大。因此，在齿形带变桨过程中，会出现齿形带松边预紧力为零的情况，而预紧力为零的情况会引发齿形带跳齿的风险。跳齿现象的发生不仅会导致齿形带断裂，而且还会降低整个变桨系统的平稳性、可靠性，降低风力发电机组的发电效率。

此外，现有技术中通常靠预紧力来进行防跳齿防护，不仅降低齿形带安全系数，同时给带轮支撑结构增加风险载荷，从而引发带轮支撑失效。

因此，现在亟需一种能够解决上述问题的防跳齿装置。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种能够防止齿形带发生爬齿、跳齿的带轮支撑装置以及包括该带轮支撑装置的齿形带变桨系统及风力发电机组。

本实用新型的另一目的在于提供一种能够提高齿形带的安全系数的带轮支撑结构以及包括该带轮支撑装置的齿形带变桨系统及风力发电机组。

根据本实用新型的一方面，提供一种带轮支撑装置，该带轮支撑装置包括：涨紧机构，涨紧机构包括驱动轮、涨紧轮和带轮支撑主体，带轮支撑主体支撑驱动轮和涨紧轮，被传递的皮带绕过驱动轮和涨紧轮而被涨紧；防跳齿机构，防跳齿机构包括固定在带轮支撑主体上的支架和安装在支架上并与驱动轮相对的弹性组件，弹性组件在初始状态下与驱动轮之间的距离在预定范围内。

根据本实用新型的示例性实施例，弹性组件包括弹性件和压块，弹性件的两端分别连接于支架和压块；弹性组件被设置在驱动轮背离涨紧轮的一侧，并位于皮带与驱动轮发生相切的位置处。

根据本实用新型的示例性实施例，压块与驱动轮之间的距离是可调节的。

根据本实用新型的示例性实施例，支架设置有固定部，弹性件的一端固定至固定部；弹性件的另一端设置安装件，并且安装件固定至压块。

根据本实用新型的示例性实施例，支架包括：支架主体，呈板状；至少一个第一通孔，沿支架主体的厚度方向贯穿支架主体。固定部包括至少一个管状件，管状件呈一端封闭且另一端具有开口的管状，以容纳并且固定弹性件的一端；所述固定部还包括固定板，固定板固定在支架主体的上表面上，并且包括沿着固定板的厚度方向贯穿固定板的至少一个第二通孔，其中，管状件的另一端与固定板的上表面相连接且使开口与第二通孔相对应。其中，弹性件的一端依次穿过第一通孔、第二通孔和开口而被容纳且固定到管状件中。

根据本实用新型的示例性实施例，压块的面对驱动轮的压迫表面为弧形面，或者压块的压迫表面设置有柔性保护层，或者压块的压迫表面为弧形面且设置有柔性保护层。

根据本实用新型的示例性实施例，固定板和支架主体的上表面之间设置有间隔调节件；或者，固定板和支架主体利用伸缩结构相互连接。

根据本实用新型的另一方面，提供一种用于风力发电机组的齿形带变桨系统，该齿形带变桨系统包括如上所述的带轮支撑装置，该带轮支撑装置安装在叶轮的轮毂上，上述皮带是齿形带。

根据本实用新型的另一方面，提供一种风力发电机组，该风力发电机组包括如上所述的齿形带变桨系统。

根据本实用新型的带轮支撑装置不仅能够防止齿形带发生爬齿、跳齿，降低齿形带拉伸及剪切载荷，提高齿形带的安全系数，降低带轮支撑装置的失效概率和齿形带变桨系统的冲击载荷，确保齿形带变桨系统在运行过程中的稳定性和可靠性，从而提高风力发电机组的发电效率。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的示例性实施例进行详细描述，本实用新型的以上和其它特点及优点将变得更加清楚，附图中：

图1是根据本实用新型的示例性实施例的带轮支撑装置的结构示意图；

图2是图1中示出的带轮支撑装置的防跳齿机构的分解示意图；

图3是图1中示出的带轮支撑装置的工作原理示意图；

图4是用于风力发电机组的齿形带系统的示意图。

附图标号说明：

10，100：带轮支撑装置；110：带轮支撑主体；111：暴露孔；120：防跳齿机构；121：支架；123：弹性件；124：压块；126：管状件；127：固定板；128：支架主体；129：支架安装部；130：肋板；131：间隔调节件；132：加强架；133：加强架安装部；134：安装件；200：涨紧机构；203：齿形带；201：驱动轮；202：涨紧轮；300：变桨轴承。

具体实施方式

现在将参照附图更全面的描述本实用新型的实施例，在附图中示出了本实用新型的示例性实施例。在附图中，为了清楚起见，可放大组件的形状、尺寸等。其中，相同的标号始终表示相同的组件。

以下将以根据本实用新型的实施例的带轮支撑装置应用于风力发电机组的齿形带变桨系统为例进行描述，但根据本实用新型的实施例的带轮支撑装置的应用不限于此，其还可根据实际情况应用于其他需要实现防跳齿功能的设备。

参照图1，根据本实用新型的示例性实施例的带轮支撑装置100包括涨紧机构200和防跳齿机构120。其中，涨紧机构200包括驱动轮201、涨紧轮202和带轮支撑主体110，带轮支撑主体110支撑驱动轮201和涨紧轮202，被传递的皮带(例如，齿形带203)绕过驱动轮201和涨紧轮202而被涨紧。此外，带轮支撑装置100上还具有遮挡驱动轮201和涨紧轮202的护罩。防跳齿机构120包括固定在带轮支撑主体110上的支架121和安装在支架121上并与驱动轮201相对的弹性组件，弹性组件在初始状态下与驱动轮201之间的距离在预定范围内，以防止被支撑的齿形带203发生爬齿或跳齿该预定范围是根据齿形带203的尺寸和驱动轮201的结构而预先确定的。

优选地，防跳齿机构120可安装在驱动轮201的背离涨紧轮202的一侧，并位于齿形带203与驱动轮201发生相切的位置处，因为对于用于风力发电机组的齿形带变桨系统而言，此处最容易发生齿形带的爬齿或跳齿。以下参照附图4解释为什么在齿形带变桨系统的带轮支撑装置100的驱动轮201侧容易发生跳齿或爬齿。

如图4所示，变桨轴承300通过齿形带203的作用，实现沿某一中心轴线往复运动，其中，齿形带203由包括驱动轮201、涨紧轮202和带轮支撑主体110的涨紧机构200驱动其往复运动。用于风力发电机组的齿形带变桨系统在未工作之前，齿形带203已经具有一定的预紧力，且大于零。在用于风力发电机组的齿形带变桨系统工作期间，例如，当驱动轮201逆时针旋转时，现有的带轮支撑装置10右侧的齿形带视为紧边侧，带轮支撑装置10左侧的齿形带视为松边侧，由于驱动轮201的驱动力的作用，齿形带203由右向左运动，此时松边侧的预紧力可能出现等于零的情况，因而齿形带203可能出现爬齿现象，此时齿形带203与驱动轮201不能正确啮合，在进一步旋转中会出现跳齿情况。

为此，在齿轮带变桨系统中应用上述具有防跳齿机构120的带轮支撑装置100，通过利用弹性组件压迫齿轮带203能够有效抑制齿轮带变桨系统中齿轮带203的跳齿和爬齿。

返回参照图1，带轮支撑主体110的护罩上可具有暴露被支撑的齿形带203的暴露孔111，防跳齿机构120安装在与暴露孔111对应的位置处。优选地，暴露孔111的尺寸足以容纳弹性组件。暴露孔111也是开设在带轮支撑主体110的护罩上的用以辅助安装被支撑的齿形带203的安装孔，然而，本实用新型不限于此，暴露孔111也可以是另外开设于带轮支撑主体110的孔。为了增强防跳齿的效果，带轮支撑装置100可包括至少一个暴露孔111以及对应数量的防跳齿机构120。

参照图1和图2，支架121可包括支架主体128，支架主体128可呈长条形的平板状。通过将支架安装部129固定至带轮支撑主体110，而将支架121可靠地固定到带轮支撑主体110上，从而为带轮支撑装置100提供载荷及定位支撑，保证弹性组件的正常动作。在此，支架121可与带轮支撑主体110分别单独形成而后连接到一起，或者，支架121也可与带轮支撑主体110一体成型。

根据本实用新型的示例性实施例，弹性组件可包括弹性件123和压块124，弹性件123的两端分别连接于支架121和压块124。优选地，支架121设置有固定部，弹性件123的一端固定至固定部。弹性件123的另一端设置有安装件134，弹性件123的另一端通过将安装件134固定至压块124上而连接至压块124。作为示例，安装件134可呈圆板状。弹性件123能够弹性地支撑压块124，以缓冲压块124所受到的冲击力，同时保证压块124始终保持与驱动轮201之间在预定范围内的距离的工作位置。具体地，在齿形带203即将发生跳齿或爬齿时，压块124在弹性件123的弹力作用下将齿形带203压入到齿槽内，以防止齿形带203发生跳齿或爬齿。

固定部可包括：至少一个管状件126，每个管状件126呈一端封闭且另一端具有开口的筒状，管状件126连接于支架主体128的上表面，以容纳并且固定弹性件123的一端。在弹性件123如上所述设置为螺旋形弹簧的情况下，管状件126可呈圆筒形，以容纳弹性件123的一端。

为了使得管状件126更牢固地固定到支架主体128上，固定部还可包括固定板127，固定在支架主体128的上表面上，并且包括沿着固定板127的厚度方向贯穿固定板127的至少一个第二通孔，以供弹性件123穿过其中。管状件126的另一端固定于固定板127的上表面且使管状件126的开口与固定板127的第二通孔相对应。如上所述，管状件126可与固定板127分别单独形成而后固定到一起，然而，本实用新型的实施例不限于此，管状件126也可与固定板127一体成型。

为了便于安装弹性件123，支架121上还可设置有至少一个第一通孔，沿支架主体128的厚度方向贯穿支架主体128，以供弹性件123穿过其中。如此，通过该结构，弹性件123的一端依次穿过上述第一通孔、第二通孔和开口而被容纳且固定到管状件126中。作为实施例，弹性件123的一端可固定到管状件126的上述一端的端表面。在图1和图2中示出的示例性实施例中，弹性件123的数量示出为三个，因此，管状件126、支架121上的第一通孔、固定板127上的第二通孔的数量均为三个，然而，本实用新型的示例性实施例不限于此，只要使管状件126、支架121上的第一通孔、固定板127上的第二通孔的数量与弹性件123的数量相对应即可。

根据本实用新型的示例性实施例，弹性件123可包括至少一个弹簧，至少一个弹簧按照预定间隔设置为至少一排，并且每排可包括至少一个弹簧。图1和图2中示出了包含三个弹簧且设置为一排，然而，附图中示出的弹簧的数量及布置排数仅为示例，本实用新型的实施例不限于此，本领域技术人员可根据齿形带203的宽度和暴露孔111的尺寸而合理地改变弹簧的数量及布置排数。

根据本实用新型的示例性实施例，优选地，可采用螺旋形的压缩弹簧作为弹性件123，然而本实用新型不限于此，也可以采用其它类型的弹簧来用作弹性件123。优选地，弹簧可以是不锈钢弹簧，但本实用新型的实施例不限于此，弹簧也可以是橡胶弹簧，只要其能提供足够的弹力即可。

对于不同类型和规格的齿形带203和不同的带轮结构，应调节弹性组件的有效作用距离。为了便于调节弹性组件与驱动轮201之间的距离，使得弹性组件在不受力的状态(即，自然状态或自由状态)下与驱动轮201之间的距离处于预定范围之内，优选地，弹性组件中的压块124与驱动轮201之间的距离设置为可调节的，以适应不同的齿形带203和带轮结构。

为了调节弹性组件(具体地，弹性组件中的压块124)与驱动轮201之间的距离使其在弹性组件不受力的状态下处于预定范围之内，根据本实用新型的一个示例性实施例，固定板127和支架主体128的上表面之间还可设置有间隔调节件131，以调节弹性组件与驱动轮201之间的距离，从而改变压块124和驱动轮201之间有效作用距离。作为示例，间隔调节件131可包括至少一个垫片。然而，本实用新型的实施例不限于此，根据其它实施例，固定板127和支架主体128可利用伸缩结构连接。例如，支架主体128中形成有槽，固定板127上形成由能够在该槽内滑动并且可通过卡合、螺栓连接等方式固定在槽内的预定位置处的安装部。根据另一示例性实施例，可将固定板127设置为可伸缩的，例如，固定板127可包括具有可伸缩部的结构。

根据本实用新型的示例性实施例，为了减小压块124与齿形带203之间的摩擦并保护齿形带203，压块124的面对驱动轮201的压迫表面设置为弧形面。例如，压块124的横截面可呈半圆形。然而，本实用新型不限于此，也可采用其他减小摩擦的手段来实现上述目的，例如，压块124的压迫表面设置有柔性保护层。为了更进一步地保护齿形带203不受损伤，可在将压块124的压迫表面设置为弧形面的同时还覆设柔性保护层。柔性保护层可采用诸如聚氨酯或橡胶等材料制成，只要其具有一定的柔性能够起到保护齿形带203的作用即可。

为了增强支架121的刚度，带轮支撑装置100还可包括肋板130。为了设置肋板130，支架121还可包括支架安装部129，位于支架主体128的长度方向上的两端、与支架主体128垂直设置，并且形成为呈大致U形的板状。肋板130位于支架主体128的长度方向上的两端且与支架主体128和支架安装部129垂直地设置。在此，肋板130可与支架121分别单独形成而后连接到一起，或者，肋板130可与支架121一体成型。

为了进一步增强支架121的刚度，带轮支撑装置100还可包括加强架132，加强架132在管状件126的上方固定至支架安装部129上，加强架132呈大致L形板状并且在加强架132的长度方向上的两端设置有用于与支架121结合的加强架安装部133。作为示例，加强架安装部133形成为呈大致U形的板状。在此，加强架132可与支架121分别单独形成而后连接到一起，或者，加强架132可与支架121一体成型。

在本说明书中，可通过焊接方式或者包括诸如螺栓、螺母和垫圈等的紧固件组件连接方式来实现以上任意两个部件之间的固定和/或连接。

下面将参照图3来详细描述根据本实用新型的示例性实施例的用于风力发电机组变桨系统的带轮支撑装置100的工作原理。

在将根据本实用新型的示例性实施例的带轮支撑装置100通过螺栓连接固定在风力发电机组的叶轮的轮毂上之后，当驱动轮201沿着逆时针方向(如图3中所示的A方向)旋转时，齿形带203松边侧的预紧力出现等于零的情况，齿形带203出现爬齿征兆，此时压块124便与齿形带203保持贴紧状态，齿形带203在爬齿作用的影响下，出现沿压块124与齿形带203切线的法线方向上升趋势，压块124随之上升，弹性件123在压块124作用下先收缩缓冲以吸收能量，而后将所吸收的能量以弹力的形式作用在压块124上，进而传递到齿形带203上，将齿形带203送回到正确的啮合区域，从而防止齿形带203发生爬齿或跳齿。

因此，根据本实用新型的带轮支撑装置100至少具有以下优点：一方面，带轮支撑装置100能够保证齿形带203与驱动轮201正确啮合，从根本上杜绝齿形带203发生爬齿或跳齿。另一方面，由于带轮支撑装置100的防跳齿机构120所包括的弹性件123的缓冲以及吸收和释放能量作用，不仅保证防跳齿机构120不受冲击载荷损坏，还降低齿形带203的拉伸及剪切载荷，提高齿形带203的安全系数，延长齿形带203的使用寿命；同时还降低带轮支撑装置100的失效概率，提高带轮支撑装置100的可靠性；此外，还减少整个齿形带变桨系统的震动，避免因震动造成的风险，从而确保齿形带变桨系统在运行过程中的稳定性和可靠性。

根据本实用新型的另一示例性实施例，提供一种用于风力发电机组的齿形带变桨系统，该齿形带变桨系统包括带轮支撑装置100，该带轮支撑装置100安装在叶轮的轮毂204上。

根据本实用新型的另一示例性实施例，提供一种风力发电机组，该风力发电机组包括上述变桨系统。

带轮支撑装置100适用于各兆瓦(MW)级风力发电机组的变桨驱动系统，与整机具有相同的环境适用性，可有效的克服现有风力发电机组齿形带发生爬齿或跳齿问题，从而高效地将变桨电机的输出扭矩可靠地传递到齿形带203上，通过齿形带203准确地传递给变桨轴承300，从而实现变桨轴承300带动叶轮高效运转，以提高风力发电机组的发电效率。

虽然已经参照本实用新型的示例性实施例具体示出和描述了本实用新型，但是本领域普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本实用新型的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种改变。