一种设有加强层的风电主轴制造技术

本实用新型专利技术公开了一种设有加强层的风电主轴，包括芯轴和套轴，在芯轴与套轴之间设有碳纤维模套层或碳纤维网层，风电主轴设有轴向中心孔，主轴的一端设有法兰盘，芯轴的表面设有轴向凹槽或螺旋凹槽，芯轴的端部和法兰的环面上分别设有环形凹槽，环形凹槽内装配有弹簧涨圈，弹簧涨圈上均布有穿线孔，用碳纤维丝穿过第一弹簧涨圈上的穿线孔，碳纤维丝一端的端部通过系扣卡在第一弹簧涨圈一侧的穿线孔外，碳纤维丝的另一端穿过设置在芯轴另一端部的第二弹簧涨圈，再穿过设置在法兰盘环面上的环形凹槽内的第三弹簧涨圈，并通过系扣卡在第三弹簧涨圈一侧的穿线孔外。采用上述结构及加工方法可大幅度减小风力发电机主轴的结构尺寸，又可以提高主轴强度。

【技术实现步骤摘要】
一种设有加强层的风电主轴
本技术涉及风力发电机中主轴加工术领域，具体涉及一种设有加强层的风电主轴。
技术介绍
近年来，由于自然资源的不断匮乏，人们对于新能源，尤其是清洁能源的开发利用也越来越积极，其中，风力发电因其清洁环保，可再生、无污染、能量大、前景广等优点，成为世界各国的战略选择。目前，风力发电机的风轮直径越做越大，重量也在不断的增加，这样就造成风机主轴上与风机轮毂相邻的连接法兰的尺寸加大，风机主轴的轴径也相应加大；另外随着人们对主轴轴承的局部Hertz接触应力的不断重视，风力发电机的主轴轴承渐渐倾向于选择内径更大的多列单轴承，风机主轴上设置有供风机轴承安装的轴承安装环台，这样就造成风机主轴承连接法兰和轴承安装环台的直径较大、而连接法兰与轴承安装环台之间及两侧的直径较小的复杂结构。这种结构的风电主轴，采用曲轴锻造工艺难以实现，同时又因合金钢较难加工，对风机主轴采用整体锻打而后加工的方法也存在很多难题，虽然出现了分体式的风电主轴，但是两段分开的主轴会出现径向跳动更为严重的情况。如何在确保风电主轴在具有足够强度的前提下，将其结构尺寸大幅度的缩小，已成为本领域技术人员有待解决的技术问题。
技术实现思路
本技术的目的之一是在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种可大幅度减小风力发电机主轴的结构尺寸，既可以减轻主轴的重量，又可以提高主轴强度的一种设有加强层的风电主轴。为实现上述目的，本技术的技术方案是设计一种设有加强层的风电主轴，所述风电主轴包括芯轴和套轴，在芯轴与套轴之间设有碳纤维模套层或碳纤维网层，风电主轴设有轴向中心孔，风电主轴的一端设有法兰盘。碳纤维是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性。碳纤维兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征，碳纤维是一种的力学性能优异的新材料。碳纤维拉伸强度约为2到7GPa，拉伸模量约为200到700GPa。密度约为1.5到2.0克每立方厘米，这除与原丝结构有关外，主要决定于炭化处理的温度。一般经过高温3000℃石墨化处理，密度可达2.0克每立方厘。再加上它的重量很轻，它的比重比铝还要轻，不到钢的1/4，比强度是铁的20倍。碳纤维的热膨胀系数与其它纤维不同，它有各向异性的特点。碳纤维的比热容一般为7.12。热导率随温度升高而下降平行于纤维方向是负值(0.72到0.90)，而垂直于纤维方向是正值(32到22)。碳纤维的比电阻与纤维的类型有关，在25℃时，高模量为775，高强度碳纤维为每厘米1500。这使得碳纤维在所有高性能纤维中具有最高的比强度和比模量。同钛、钢、铝等金属材料相比，碳纤维在物理性能上具有强度大、模量高、密度低、线膨胀系数小等特点，可以称为新材料之王。因此将其夹持在风力发电机的主轴内部，可以使其抗弯曲，抗扭据的前度得到大幅度的提升。为了便于将碳纤维丝或碳纤维膜夹持在风电主轴的内部，使其与风电主轴构成一整体结构，优选的技术方案是，在所述芯轴的表面设有轴向凹槽或螺旋凹槽，在芯轴的端部和法兰的环面上分别设有环形凹槽，环形凹槽内装配有弹簧涨圈，弹簧涨圈上均布有穿线孔，用碳纤维丝穿过第一弹簧涨圈上的穿线孔，碳纤维丝一端的端部通过系扣卡在第一弹簧涨圈一侧的穿线孔外，碳纤维丝的另一端穿过设置在芯轴另一端部的第二弹簧涨圈，再穿过设置在法兰盘环面上的环形凹槽内的第三弹簧涨圈，并通过系扣卡在第三弹簧涨圈一侧的穿线孔外。为了使得碳纤维丝在风电主轴的内部既可以提高抗弯曲的拉应力，又可以提高抗扭去的剪应力，进一步优选的技术方案还有，所述螺旋凹槽包括若干条左螺旋凹槽和/或若干条右螺旋凹槽，所述碳纤维丝紧密地嵌入在若干条左螺旋凹槽和/或若干条右螺旋凹槽内。由于碳纤维丝是呈螺旋状的被镶嵌在凹槽内，碳纤维丝上每一点的受力都可以被分解为轴向的拉应力和切线方向的剪应力。当拉应力与剪应力均得到提高后就可以大幅度的减小风力发电机主轴的结构尺寸，这样既可以减轻风力发电机主轴的重量，又可以节省原材料。为了便于碳纤维丝在嵌入凹槽后在芯轴上产生一定的预紧力，优选的技术方案还有，在所述轴端部的环形凹槽为设置在螺母外表面上的凹槽或台阶，螺母与设置在芯轴端部的螺纹段螺纹配合。为了便于弹性纤维膜与芯轴之间构成紧密配合连接，并能使得碳纤维膜产生一定的预紧力，优选的技术方案还有，所述碳纤维膜是由碳纤维丝编织成的斜纹布套式的结构，碳纤维膜紧配合套装在芯轴的外表面，在芯轴的两端分别设有环形凹槽，通过弹簧涨圈将碳纤维膜的两端固定夹持在环形凹槽内。为了确保芯轴与套轴之间的紧密连接配合，避免芯轴与套轴之间的相对转动，优选的技术方案还有，所述芯轴的外表面与套轴的内表面之间紧密的过盈配合。为了避免碳纤维丝层或碳纤维膜层外露，使其磨损断开，进一步优选的技术方案还有，所述套轴的一端覆盖芯轴的一端，所述套轴的另一端覆盖法兰盘的一侧及法兰盘的外边缘。本技术的优点和有益效果在于：所述设有加强层的风电主轴具有可大幅度减小风力发电机主轴的结构尺寸，既可以减轻主轴的重量，又可以提高主轴强度等特点。该风电主轴通过在芯轴与套轴之间添加的碳纤维网层或碳纤维膜层，使其整体的抗弯曲(拉引力)、抗扭(剪应力)的强度得到了明显的提高，而且加强层被设置在风电发电机主轴的经向的中部，不会影响内外表面的加工与使用。他还有技工比较简单，芯轴与套轴之间连接牢固等特点。附图说明图1是本技术设有加强层的风电主轴的剖视结构示意图；图2是图1的A-A剖视图；图3是图1的B-B剖视图；图4是图1的C部的局部放大图；图5是本技术设有加强层的风电主轴中芯轴的主视图。图中：1、芯轴；2、套轴；3、轴向中心孔；4、法兰盘；5、螺旋凹槽；6、环形凹槽；7、弹簧涨圈；7.1、第一弹簧涨圈；7.2、第二弹簧涨圈；7.3、第三弹簧涨圈；8、穿线孔；9、碳纤维丝；10、系扣；11、螺母；12、螺纹段。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本技术的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本技术的技术方案，而不能以此来限制本技术的保护范围。如图1～5所示，本技术是一种设有加强层的风电主轴，所述风电主轴包括芯轴1和套轴2，在芯轴1与套轴2之间设有碳纤维模套层或碳纤维网层，风电主轴设有轴向中心孔3，风电主轴的一端设有法兰盘4。为了便于将碳纤维丝或碳纤维膜夹持在风电主轴的内部，使其与风电主轴构成一整体结构，本技术优选的实施方案是，在所述芯轴1的表面设有轴向凹槽或螺旋凹槽5，在芯轴1的端部和法兰的环面上分别设有环形凹槽6，在环形凹槽6内装配有弹簧涨圈7，弹簧涨圈7上均布有穿线孔8，用碳纤维丝9穿过第一弹簧涨圈7.1上的穿线孔，碳纤维丝9一端的端部通过系扣10卡在第一弹簧涨圈7.1一侧的穿线孔8外，碳纤维丝9的另一端穿过设置在芯轴1另一端部的第二弹簧涨圈7.2，再穿过设置在法兰盘4环面上的环形凹槽6内的第三弹簧涨圈7.3，并通过系扣10卡在第三弹簧涨圈7.3一侧的穿线孔8外。为了使得碳纤维丝9在风电主轴的内部既可以提高抗弯曲的拉应力，又可以提高抗扭本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种设有加强层的风电主轴，其特征在于，所述风电主轴包括芯轴和套轴，在芯轴与套轴之间设有碳纤维模套层或碳纤维网层，风电主轴设有轴向中心孔，风电主轴的一端设有法兰盘。

【技术特征摘要】
1.一种设有加强层的风电主轴，其特征在于，所述风电主轴包括芯轴和套轴，在芯轴与套轴之间设有碳纤维模套层或碳纤维网层，风电主轴设有轴向中心孔，风电主轴的一端设有法兰盘。2.如权利要求1所述的设有加强层的风电主轴，其特征在于，在所述芯轴的表面设有轴向凹槽或螺旋凹槽，在芯轴的端部和法兰的环面上分别设有环形凹槽，环形凹槽内装配有弹簧涨圈，弹簧涨圈上均布有穿线孔，用碳纤维丝穿过第一弹簧涨圈上的穿线孔，碳纤维丝一端的端部通过系扣卡在第一弹簧涨圈一侧的穿线孔外，碳纤维丝的另一端穿过设置在芯轴另一端部的第二弹簧涨圈，再穿过设置在法兰盘环面上的环形凹槽内的第三弹簧涨圈，并通过系扣卡在第三弹簧涨圈一侧的穿线孔外。3.如权利要求2所述的设有加强层的风电主轴，其特征在于，所述螺旋凹槽包括若干条左螺旋凹槽和/或若干...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰驹，赵建兴，戚振华，杨春，
申请(专利权)人：江阴振宏重型锻造有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32