风力发电机组偏航组件及包括其的风力发电机组的制作方法

1.本实用新型涉及一种风力发电机组偏航组件及包括其的风力发电机组。


背景技术：

2.伴随着经济的高速发展，世界环境也遭到了极大地破坏，近年来，世界各地频发的各种恶劣地质灾害现象，使得环境保护问题引起越来越多人的关注。风电作为一种清洁能源，利用风能转换为电能，可以极大地减少二氧化碳的排放，利于环境保护。经过长达20余年的发展，陆上优质的风资源基本被开发殆尽，人们的目光开始转向近海、远海甚至深。
3.偏航系统作为风力发电机组的重要组成部分，其功能在于对风以最大限度地捕捉风能，进而提高风能利用率，提升发电量。然而，海上风况比较复杂，风载较大且多变，出海窗口期较短，尤其可能随时出现台风，一旦机组出现故障，受限于出海条件，极易出现倒塔，这一定程度上对偏航系统的可靠性提出了极大地挑战，因此，如何有效提高海上风力发电机组的偏航能力，已成为各主机厂商亟需解决的重要问题。
4.现有的海上风力发电机组，大多通过简单的增加偏航驱动的个数来提高机组的偏航能力，即通过增加机舱座的直径来布置更多的偏航驱动。上述方法的弊端具有以下三种：第一，机舱座的直径变大，相应的传动链和机舱罩的体积也会随之变大，增重和增大的效果明显，带来的成本增加不可忽视；第二，机舱座上安装偏航驱动的法兰面相较于机舱座本体呈翅膀状，机组在承受较大的风载时，机舱座上布置的偏航驱动越多，该法兰面向上弯曲变形的幅度越大，既不利于偏航驱动齿和偏航齿圈的啮合，也不利于偏航驱动内部各结构的寿命；第三，当机舱座直径一定时，机舱座上可布置的偏航驱动的最大数量值也是定值，众所周知，机组风载为仿真计算得到，一般与实际项目现场的风载存有偏差，若该机组按最大数量来布置偏航驱动，一旦出现机组实际风载相较于仿真设计载荷超差，因已没有冗余的偏航驱动接口，使得特定风况下机组的稳定性面临极大的考验。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供一种风力发电机组偏航组件，所述风力发电机组偏航组件能够实现上下两层偏航驱动部的同时驱动，从而降低生产成本，防止法兰面弯曲变形，并且增加了偏航驱动部的冗余接口，使得可根据实际载荷来确定偏航驱动部的数量。
6.根据一个总体方面，本实用新型提供一种风力发电机组偏航组件，所述风力发电机组偏航组件可包括：齿圈，包括环形圈以及位于所述环形圈上的齿部；底座，包括分别具有多个安装孔的上法兰部和下法兰部，所述齿圈位于所述上法兰部和所述下法兰部之间；具有驱动齿的偏航驱动部，装设于所述上法兰部的至少一个安装孔和/或所述下法兰部的至少一个安装孔，且所述驱动齿能够与所述齿部啮合。
7.优选地，所述偏航驱动部可包括第一组偏航驱动部和第二组偏航驱动部，所述第一组偏航驱动部可穿过所述上法兰部的所述至少一个安装孔安装到所述底座，并且所述第
二组偏航驱动部可穿过所述下法兰部的所述至少一个安装孔安装到所述底座。
8.优选地，所述上法兰部的所述多个安装孔和所述下法兰部的所述多个安装孔可分别沿着所述底座的周向方向等间隔布置。
9.优选地，所述底座还可包括连接于所述上法兰部和所述下法兰部之间的一个或更多个加强筋。
10.优选地，所述齿圈可以为外齿圈，并且所述齿部可包括布置在所述环形圈的外侧表面上并且沿着所述环形圈的轴向方向彼此分离的第一齿部和第二齿部。
11.优选地，在所述外齿圈中，所述环形圈的布置有所述第一齿部的端部可包括沿径向方向朝向所述外齿圈的中心突出的突出部。
12.优选地，所述外齿圈的所述突出部可包括配合面，所述配合面可布置在所述突出部的内侧表面上，并且所述风力发电机组偏航组件还可包括被动式偏航制动器，所述被动式偏航制动器可安装在所述底座内部并与所述外齿圈的所述配合面配合。
13.优选地，所述外齿圈的所述环形圈可包括位于第一齿部和第二齿部之间的中间连接部，所述中间连接部可包括刹车盘，刹车盘可沿周向方向布置在所述中间连接部的外侧表面上。
14.优选地，所述底座还可包括制动器安装部，所述制动器安装部可设置在所述底座的内侧表面上，并且所述风力发电机组偏航组件还可包括主动式偏航制动器，所述主动式偏航制动器可设置在所述制动器安装部上并与所述刹车盘的表面配合。
15.优选地，所述制动器安装部可从所述底座的内侧表面延伸。
16.优选地，所述制动器安装部可从所述下法兰部的上表面朝向所述上法兰部突出。
17.根据另一总体方面，本实用新型提供一种风力发电机组，所述风力发电机组包括如上所述的风力发电机组偏航组件。
18.针对常规增加机舱座的直径来布置更多的偏航驱动的方案，根据本实用新型的风力发电机组偏航组件，通过机舱座和机舱罩小幅度的增重提高机组偏航能力，进而使得机组成本没有较大地增加，并且有利于大兆瓦机组的研发。
19.针对现有机组机舱座上偏航驱动法兰面向上弯曲变形的幅度较大的问题，根据本实用新型的风力发电机组偏航组件，可提高机舱座上偏航驱动法兰面的刚度，减少变形，降低机组失效风险。
20.针对特定风况下常规设计的机组没有冗余的偏航驱动安装接口，根据本实用新型的风力发电机组偏航组件，可通过增加偏航驱动安装接口的数量来提高机组可靠性。
21.针对特定风况下机组偏航制动能力不足，根据本实用新型的风力发电机组偏航组件，采用外带刹车盘式偏航齿圈结构可提供较多的偏航制动器安装接口，可以提高机组偏航制动能力。
附图说明
22.通过下面结合附图对示例性实施例进行的详细描述，本实用新型的上述和其他方面、特点及其他优点将会变得清楚和更加容易理解，在附图中：
23.图1是示出根据本实用新型的示例性实施例的底座的示意图；
24.图2是示出根据本实用新型的示例性实施例的底座的一部分的局部示意图。
25.图3是示出根据本实用新型的示例性实施例的齿圈的示意图；
26.图4是示出根据本实用新型的示例性实施例的齿圈的变型示例的示意图；
27.图5是示出根据本实用新型的第一示例性实施例的风力发电机组偏航组件的示意图；
28.图6是示出沿着图5的线i-i截取的截面图。
29.图7是示出根据本实用新型的第二示例性实施例的风力发电机组偏航组件的示意图；
30.图8是示出根据本实用新型的第三示例性实施例的风力发电机组偏航组件的示意图。
31.附图标记说明：
32.100-底座；101-加强筋；210，220-齿圈；211-第一齿部；212-中间连接部；213-第二齿部；214-配合面；215-突出部；222-刹车盘；1000，2000，3000-风力发电机组偏航组件；300-偏航驱动部；400-被动式偏航制动器；600-主动式偏航制动器；710，720-制动器安装部。
具体实施方式
33.在下文中，参照附图来详细说明本实用新型的优选实施例。应清楚的是，在下面对实施例的说明和附图中，以相同的附图标记指示相同或相似的组件，并省略重复的说明。
34.将理解的是，尽管可在此使用诸如“第一”、“第二”来描述各种元件，但是这些元件将不受这些术语的限制。更确切地说，这些术语仅用来将一个元件与另一元件区分开。因此，在不脱离示例性实施例的教导的情况下，在此描述的示例性实施例中所称的第一元件也可被称作第二元件。
35.另外，为了易于描述，下文中所称的“内”、“外”、“上”、“下”与附图本身的内、外、上、下方向一致，但并不对本实用新型的结构起限定作用。
36.图1是示出根据本实用新型的示例性实施例的底座的示意图，并且图2是示出根据本实用新型的示例性实施例的底座的一部分的局部示意图。
37.如图1所示，根据示例性实施例的底座100包括分别具有多个安装孔的上法兰部和下法兰部。上法兰部的多个安装孔和下法兰部的多个安装孔分别沿着底座100的周向方向等间隔布置。上法兰部的径向宽度可大于下法兰部的径向宽度。
38.根据示例性实施例的底座100可通过锻造工艺一体成型，通过包括分别安装偏航驱动部300(参见图4，将在下文中进行描述)的上法兰部和下法兰部(即，可安装上下两层偏航驱动部300)，可实现较多数量偏航驱动部300的安装，从而提高风力发电机组的偏航能力。
39.另外，如图1和图2所示，根据示例性实施例的底座100还可包括连接于上法兰部和下法兰部之间的一个或更多个加强筋101。作为示例，底座100可包括四个加强筋101。根据示例性实施例的加强筋101可提高法兰部的刚度，确保风力发电机组在承受较大风载时，法兰部不会出现大的变形。
40.图3是示出根据本实用新型的示例性实施例的齿圈的示意图。
41.根据本实用新型的示例性实施例的齿圈可包括环形圈以及位于环形圈上的齿部。
具体地，齿部可以布置在环形圈的径向一侧上。
42.如图3所示，根据本实用新型的示例性实施例的齿圈可以为外齿圈210，并且齿部包括布置在环形圈的外侧表面上并且沿着环形圈的轴向方向彼此分离的第一齿部211和第二齿部213。
43.尽管在图3中示出齿圈为外齿圈的情况，但本实用新型不限于此。根据本实用新型的示例性实施例的齿圈可以为内齿圈，并且齿部包括布置在环形圈的内侧表面上并且沿着环形圈的轴向方向彼此分离的第一齿部和第二齿部。
44.外齿圈210的环形圈包括中间连接部212，中间连接部212位于第一齿部211和第二齿部213之间。根据示例性实施例的外齿圈210可通过锻造工艺一体成型。
45.在外齿圈210中，环形圈的布置有第一齿部211的端部包括沿径向方向朝向外齿圈210的中心突出的突出部215。外齿圈210的突出部215包括配合面214，配合面214布置在突出部215的内侧表面上，外齿圈210的配合面214将与被动式偏航制动器400(参见图5，将在下文中进行描述)配合。
46.图4是示出根据本实用新型的示例性实施例的齿圈的变型示例的示意图。
47.根据本变型示例的外齿圈220与根据上述示例性实施例的外齿圈210的不同之处在于：根据本变型示例的外齿圈220的中间连接部212包括刹车盘222，刹车盘222沿周向方向布置在中间连接部212的外侧表面上。根据本变型示例的刹车盘222将与主动式偏航制动器600(参见图7，将在下文中进行描述)配合。另外，根据本变型示例的外齿圈220可通过锻造工艺一体成型。
48.关于根据本变型示例的外齿圈220的其他构造，可应用针对根据上述示例性实施例的外齿圈210所描述的内容。
49.图5是示出根据本实用新型的第一示例性实施例的风力发电机组偏航组件1000的示意图，并且图6是示出沿着图5的线i-i截取的截面图。
50.根据本实用新型的示例性实施例的风力发电机组偏航组件1000可包括：齿圈，包括环形圈以及位于环形圈上的齿部；底座100，包括分别具有多个安装孔的上法兰部和下法兰部，齿圈位于上法兰部和下法兰部之间；具有驱动齿的偏航驱动部300，装设于上法兰部的至少一个安装孔和/或下法兰部的至少一个安装孔，且驱动齿能够与齿部啮合。
51.如图5和图6所示，风力发电机组偏航组件1000中的齿圈可以为外齿圈210，并且齿部包括布置在环形圈的外侧表面上并且沿着环形圈的轴向方向彼此分离的第一齿部211和第二齿部213。
52.根据本实用新型的示例性实施例的风力发电机组偏航组件可实现上下两层偏航驱动部的同时驱动，并且增加了偏航驱动部的冗余接口，从而可根据相应的载荷来确定偏航驱动部的数量。
53.根据本实用新型的示例性实施例，如图5和图6中所示，偏航驱动部300可包括第一组偏航驱动部300和第二组偏航驱动部300，第一组偏航驱动部300穿过上法兰部的至少一个安装孔安装到底座100，并且第二组偏航驱动部300穿过下法兰部的至少一个安装孔安装到底座100。另外，第一组偏航驱动部300和第二组偏航驱动部300分别沿着底座100的周向方向等间隔布置。
54.尽管在图5中偏航驱动部300设置在上法兰部的每个安装孔和下法兰部的每个安
装孔中，但本实用新型不限于此。根据本实用新型的示例性实施例，偏航驱动部300可根据实际的载荷设置在上法兰部的多个安装孔和下法兰部的多个安装孔中的一个或更多个安装孔中。
55.根据本实用新型的示例性实施例，风力发电机组偏航组件1000还可包括被动式偏航制动器400，被动式偏航制动器400安装在底座100内部并与外齿圈210的配合面214配合。
56.被动式偏航制动器400通过连接螺栓固定在底座100上，被动式偏航制动器400上的侧摩擦衬垫和下摩擦衬垫贴合齿圈表面进行摩擦制动。
57.尽管在图5和图6中示出的风力发电机组偏航组件中的齿圈为外齿圈的情况，但本实用新型不限于此。根据本实用新型的示例性实施例的风力发电机组偏航组件中的齿圈可以为内齿圈，并且齿部包括布置在环形圈的内侧表面上并且沿着环形圈的轴向方向彼此分离的第一齿部和第二齿部。在这种情况下，环形圈的布置有第一齿部的端部包括沿径向方向朝向内齿圈的外部突出的突出部。包括内齿圈的风力发电机组偏航组件与包括外齿圈的风力发电机组偏航组件可以具有相似的构造，因此，在这里将不再提供关于包括内齿圈的风力发电机组偏航组件的详细描述。
58.根据本实用新型的示例性实施例的风力发电机组偏航组件由于增加了可安装偏航驱动部的数量，因此可选用偏航驱动能力、体积和重量较小的偏航驱动部。当上层可布置的偏航驱动部不满足设计要求时，可以根据设计要求在下层增加偏航驱动部的数量。
59.另外，根据本实用新型的示例性实施例的风力发电机组偏航组件由于增加了可安装偏航驱动部的安装孔数量，因此，能够安装仅提供制动力而不提供偏航驱动力的冗余偏航驱动部。例如，可以在底座的下法兰部的安装孔中安装冗余偏航驱动部。在海上风力发电机组停止偏航需要制动时，下法兰部的冗余偏航驱动部也可以提供一定的制动力。例如，偏航驱动部通常包括偏航电机和偏航减速器，并且在海上风力发电机组停止偏航需要制动时，下法兰部的冗余偏航驱动部也可以通过偏航电机中自身的电磁刹车来提供一定的制动力。通过这种方式，能够避免因风载过大造成偏航减速器被反向拖动失效，进而影响机组的稳定性。
60.图7是示出根据本实用新型的第二示例性实施例的风力发电机组偏航组件2000的示意图。
61.在下文中，将仅描述根据第二示例性实施例的风力发电机组偏航组件2000与根据第一示例性实施例的风力发电机组偏航组件1000的不同之处。关于根据第二示例性实施例的风力发电机组偏航组件2000的其他构造，可应用针对根据第一示例性实施例的风力发电机组偏航组件1000所描述的内容。
62.在根据第二示例性实施例的风力发电机组偏航组件2000中，如参照图4所描述的，齿圈220的中间连接部212包括刹车盘222，刹车盘222沿周向方向布置在中间连接部212的外侧表面上。
63.另外，在根据第二示例性实施例的风力发电机组偏航组件2000中，底座100还包括制动器安装部710，制动器安装部710设置在底座100的内侧表面上。作为示例，制动器安装部710从底座100的内侧表面延伸。
64.根据第二示例性实施例的风力发电机组偏航组件2000还包括主动式偏航制动器600，主动式偏航制动器600设置在制动器安装部710上并与刹车盘222的表面配合。
65.主动式偏航制动器600通过连接螺栓固定在底座100上，制动时，通过液压力驱动上下闸体夹持刹车盘222实现制动效果。
66.根据第二示例性实施例的风力发电机组偏航组件2000采用外带刹车盘式的齿圈，既可以在底座下层安装偏航驱动部来提高机组的驱动能力，也可以在底座的侧表面上加工制动器安装部来安装主动式偏航制动器，进而提高机组偏航系统的制动能力。底座下层的偏航驱动部和主动式偏航制动器的安装数量和排布方式可根据输入载荷来确定。当海上风力发电机组遇到台风工况时，也可以利用上述方法增加风力发电机组的制动力，提高风力发电机组的可靠性。
67.图8是示出根据本实用新型的第三示例性实施例的风力发电机组偏航组件3000的示意图。
68.在下文中，将仅描述根据第三示例性实施例的风力发电机组偏航组件3000与根据第一示例性实施例的风力发电机组偏航组件1000的不同之处。关于根据第三示例性实施例的风力发电机组偏航组件3000的其他构造，可应用针对根据第一示例性实施例的风力发电机组偏航组件1000所描述的内容。
69.在根据第三示例性实施例的风力发电机组偏航组件3000中，如参照图4所描述的，齿圈220的中间连接部212包括刹车盘222，刹车盘222沿周向方向布置在中间连接部212的外侧表面上。
70.另外，在根据第三示例性实施例的风力发电机组偏航组件3000中，底座100还包括制动器安装部720，制动器安装部720设置在底座100的内侧表面上。作为示例，制动器安装部720从下法兰部的上表面朝向上法兰部突出。
71.根据第三示例性实施例的风力发电机组偏航组件3000还包括主动式偏航制动器600，主动式偏航制动器600设置在制动器安装部720上并与刹车盘222的表面配合。
72.根据第三示例性实施例的风力发电机组偏航组件3000同样采用外带刹车盘式的齿圈，该结构会减少底座下层的偏航驱动部的安装孔的数量，但该结构可提供更大的制动器安装空间。并且当刹车盘的宽度满足设计要求时，可将图8中的主动式偏航制动器600替换为被动式偏航制动器400。
73.根据本实用新型的风力发电机组偏航组件，通过底座和偏航齿圈的新型结构实现双层偏航驱动部的驱动，提高风力发电机组对风偏航的可靠性。
74.根据本实用新型的风力发电机组偏航组件，通过机舱座和机舱罩小幅度的增重提高机组偏航能力，进而使得机组成本没有较大地增加，并且有利于大兆瓦机组的研发。
75.根据本实用新型的风力发电机组偏航组件，可提高机舱座上偏航驱动法兰面的刚度，减少变形，降低机组失效风险。
76.根据本实用新型的风力发电机组偏航组件，可通过增加偏航驱动安装接口的数量来提高机组可靠性。
77.根据本实用新型的风力发电机组偏航组件，采用外带刹车盘式偏航齿圈结构可提供较多的偏航制动器安装接口，可以提高机组偏航制动能力。
78.上述实施例中的实施方案可以进一步相互组合或者替换，且实施例仅仅是对本实用新型的优选实施例进行的描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变化和
改进，均属于本实用新型的保护范围。

技术特征：
1.一种风力发电机组偏航组件，其特征在于，所述风力发电机组偏航组件包括：齿圈，包括环形圈以及位于所述环形圈上的齿部；底座(100)，包括分别具有多个安装孔的上法兰部和下法兰部，所述齿圈位于所述上法兰部和所述下法兰部之间；具有驱动齿的偏航驱动部(300)，装设于所述上法兰部的至少一个安装孔和/或所述下法兰部的至少一个安装孔，且所述驱动齿能够与所述齿部啮合。2.根据权利要求1所述的风力发电机组偏航组件，其特征在于，所述偏航驱动部(300)包括第一组偏航驱动部(300)和第二组偏航驱动部(300)，所述第一组偏航驱动部(300)穿过所述上法兰部的所述至少一个安装孔安装到所述底座，并且所述第二组偏航驱动部(300)穿过所述下法兰部的所述至少一个安装孔安装到所述底座。3.根据权利要求1所述的风力发电机组偏航组件，其特征在于，所述上法兰部的所述多个安装孔和所述下法兰部的所述多个安装孔分别沿着所述底座(100)的周向方向等间隔布置。4.根据权利要求1所述的风力发电机组偏航组件，其特征在于，所述底座(100)还包括连接于所述上法兰部和所述下法兰部之间的一个或更多个加强筋(101)。5.根据权利要求1至4任一所述的风力发电机组偏航组件，其特征在于，所述齿圈为外齿圈(210，220)，并且所述齿部包括布置在所述环形圈的外侧表面上并且沿着所述环形圈的轴向方向彼此分离的第一齿部(211)和第二齿部(213)。6.根据权利要求5所述的风力发电机组偏航组件，其特征在于，在所述外齿圈(210，220)中，所述环形圈的布置有所述第一齿部(211)的端部包括沿径向方向朝向所述外齿圈(210，220)的中心突出的突出部(215)。7.根据权利要求6所述的风力发电机组偏航组件，其特征在于，所述外齿圈(210，220)的所述突出部(215)包括配合面(214)，所述配合面(214)布置在所述突出部(215)的内侧表面上，并且所述风力发电机组偏航组件还包括被动式偏航制动器(400)，所述被动式偏航制动器(400)安装在所述底座(100)内部并与所述外齿圈(210，220)的所述配合面(214)配合。8.根据权利要求5所述的风力发电机组偏航组件，其特征在于，所述外齿圈(220)的所述环形圈包括位于第一齿部(211)和第二齿部(213)之间的中间连接部(212)，所述中间连接部(212)包括刹车盘(222)，刹车盘(222)沿周向方向布置在所述中间连接部(212)的外侧表面上。9.根据权利要求8所述的风力发电机组偏航组件，其特征在于，所述底座(100)还包括制动器安装部(710，720)，所述制动器安装部(710，720)设置在所述底座(100)的内侧表面上，并且所述风力发电机组偏航组件还包括主动式偏航制动器(600)，所述主动式偏航制动器(600)设置在所述制动器安装部(710，720)上并与所述刹车盘(222)的表面配合。10.根据权利要求9所述的风力发电机组偏航组件，其特征在于，所述制动器安装部(710)从所述底座(100)的内侧表面延伸。11.根据权利要求9所述的风力发电机组偏航组件，其特征在于，所述制动器安装部(720)从所述下法兰部的上表面朝向所述上法兰部突出。
12.一种风力发电机组，其特征在于，包括如权利要求1至11任一项所述的风力发电机组偏航组件。

技术总结
本实用新型提供一种风力发电机组偏航组件及包括其的风力发电机组。所述风力发电机组偏航组件包括：齿圈，包括环形圈以及位于所述环形圈上的齿部；底座，包括分别具有多个安装孔的上法兰部和下法兰部，所述齿圈位于所述上法兰部和所述下法兰部之间；具有驱动齿的偏航驱动部，装设于所述上法兰部的至少一个安装孔和/或所述下法兰部的至少一个安装孔，且所述驱动齿能够与所述齿部啮合。根据本实用新型的风力发电机组偏航组件能够实现上下两层偏航驱动部的同时驱动，从而降低生产成本，防止法兰面弯曲变形，并且增加了偏航驱动部的冗余接口，使得可根据实际载荷来确定偏航驱动部的数量。量。量。


技术研发人员：赵泽宇 刘瑞兵 田旭鹏
受保护的技术使用者：北京金风科创风电设备有限公司
技术研发日：2023.01.31
技术公布日：2023/5/31