一种钻孔轮毂及其制造方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102384043A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102384043A(43)申请公布日2012.03.21(21)申请号201110317519.9(22)申请日2011.10.19(71)申请人北京工商大学地址100037北京市海淀区阜成路33号(72)发明人孟春玲傅程杨生王瑞杰胡宏梁李国峰马臣超(74)专利代理机构北京尚诚知识产权代理有限公司11322代理人鲁兵(51)Int.Cl.F03D11/00(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称一种钻孔轮毂及其制造方法(57)摘要本发明一种钻孔轮毂及其制造方法，属于风电机组中轮毂结构的优化设计，是在现有球状轮毂主体的外表实体面上面积较多的位置均布开设多个大小相等的优化孔，优化孔位于：在两叶片连接法兰面边缘和主轴连接法兰面或整流罩支架连接法兰面边缘相切位置画直径为D的基准圆，以基准圆的圆心作为优化孔的圆心，优化孔的直径为d，且d＜D；优化孔可以为六个，位于轮毂两端，d/D＝35％～50％；或优化孔为三个，位于轮毂整流罩支架连接法兰面一端，d/D＝35％～60％。本发明既可减轻轮毂重量，又可提高主轴、塔筒以及风电机组整体结构的强度性能。CN102384ACCNN110238404302384061A权利要求书1/1页1.一种钻孔轮毂，整体呈固定式球状结构，固定开设有三个均布的叶片连接法兰面，并对设主轴连接法兰面和整流罩支架连接法兰面，其特征在于，在轮毂主体外表实体面上均布开设多个大小相等的优化孔。2.根据权利要求1所述钻孔轮毂，其特征在于，所述优化孔开设在轮毂主体外表实体面积较多的位置。3.根据权利要求1或2所述钻孔轮毂，其特征在于，所述优化孔位于：在两叶片连接法兰面边缘和主轴连接法兰面或整流罩支架连接法兰面边缘相切位置画直径为D的基准圆，以基准圆的圆心作为优化孔的圆心，优化孔的直径为d，且d＜D。4.根据权利要求3所述钻孔轮毂，其特征在于，所述优化孔为六个，位于轮毂两端，d/D＝35％～50％。5.根据权利要求3所述钻孔轮毂，其特征在于，所述优化孔为三个，位于轮毂整流罩支架连接法兰面一端，d/D＝35％～60％。6.权利要求1至5任一所述钻孔轮毂的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：A步骤：采集轮毂原始数据，确定多个钻孔方案，包括优化孔的数量及直径，并计算各方案的轮毂重量减轻数据；B步骤：利用有限元分析方法计算各方案轮毂的静强度，与轮毂材料的许用应力比较，将最大应力小于材料的许用应力的方案确定为第一优化方案；C步骤：对第一优化方案进行疲劳寿命分析，将满足20年设计寿命为2×108的方案确定为第二优化方案；D步骤：按照权利要求3的定位方法确定基准圆和优化孔的圆心，按第二优化方案对轮毂实施钻孔，得到所述钻孔轮毂。2CCNN110238404302384061A说明书1/5页一种钻孔轮毂及其制造方法技术领域：[0001]本发明属于风能发电技术领域，涉及风电机组中轮毂结构的优化设计。背景技术：[0002]风能是可再生能源中发展最快的清洁能源，也是最具有大规模开发和商业化发展前景的可再生能源。在风能利用中必不可少要使用风机。轮毂是将风机叶片和叶片组固定到转动轴上的装置，轮毂和叶片组之间通过变桨轴承连接，和主传动轴之间通过法兰连接。它将风轮的力和力矩传递到主传动机构，是风能与动能之间的能量转化系统。风机叶片旋转时会产生气动载荷，同时其惯性力、离心力和重力都会通过叶片根部传递至轮毂，加之其自身的重力和结构复杂性，在各种静载荷和交变载荷的作用下，轮毂与叶片，与法兰的连接处很容易引起应力集中和疲劳破坏。另外，轮毂连接风机主轴，其重量产生的弯矩通过主轴作用于塔筒，对塔筒的强度和寿命有很重要的影响。因此轮毂作为风电机组的重要组成部件，研究和改善轮毂的结构设计、减轻轮毂的重量对提高风电机组的整体性能具有重要的意义，研究分析结果对风力发电机的正常运行和承载能力及延长使用寿命具有重要的工程使用价值。[0003]为了改善轮毂重载荷对整机性能所带来的负面影响，前人也做过关于减轻轮毂重量的优化设计，比如采用变截面设计，即采用减少轮毂壁厚的方法达到减轻重量的目的。但该方案没有进行疲劳寿命分析，并且变截面设计会增加轮毂的加工难度。发明内容：[0004]本发明的目的在于优化现有轮毂设计，提供一种既可减轻轮毂重量，又可提高主轴、塔筒以及风电机组整体结构的强度性能的钻孔轮毂。[0005]本发明的钻孔轮毂，整体呈固定式球状结构，固定开设有三个均布的叶片连接法兰面，并对设主轴连接法兰面和整流罩支架连接法兰面，在轮毂主体外表实体面上均布开设多个大小相等的优化孔。[0006]所述优化孔开设在轮毂主体外表实体面积较多的位置。[0007]所述优化孔位于