风电机组轮毂及其智能制造方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910325104.2 (22)申请日 2019.04.22 (71)申请人 国电联合动力技术有限公司 地址 100000 北京市海淀区西四环中路16 号院1号楼8层 (72)发明人 袁凌褚景春潘磊张云飞 李英昌员一泽刘辉 (74)专利代理机构 北京方韬法业专利代理事务 所(普通合伙) 11303 代理人 朱丽华 (51)Int.Cl. F03D 1/06(2006.01) F03D 80/60(2016.01) B22F 3/105(2006.01) B33Y 10/00。

2、(2015.01) B33Y 80/00(2015.01) G06F 17/50(2006.01) (54)发明名称 一种风电机组轮毂及其智能制造方法 (57)摘要 本发明公开了一种风电机组轮毂， 该轮毂采 用3D打印技术制造。 该圆球形轮毂包括圆球形壳 体， 壳体上包括主轴安装孔和变桨轴承安装孔， 变桨轴承安装孔处轮毂腹板包括外环部分和中 间部分， 外环部分设有多个分布均匀的螺栓安装 工艺孔， 中间部分呈格栅状结构。 格栅状结构采 用高刚度材料打印。 壳体上设散热通风孔。 散热 通风孔周围区域采用高强度材料打印。 本发明还 公开了一种风电机组轮毂的智能制造方法。 本发 明基于3D打印技术制造。

3、轮毂， 通过三维拓扑优化 技术对轮毂结构尽可能最优化， 使轮毂结构不受 生产工艺限制， 最大化减轻重量， 缩小体积， 便于 运输吊装和维护。 通过不同区域不同材料的打印 方法实现强度及刚度满足要求时， 较大幅度降低 轮毂尺寸及重量。 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 CN 109915314 A 2019.06.21 CN 109915314 A 1.一种风电机组轮毂， 其特征在于， 所述轮毂采用3D打印技术制造。 2.根据权利要求1所述的风电机组轮毂， 其特征在于， 所述轮毂为圆球形轮毂， 包括圆 球形壳体， 所述壳体上包括一个主轴安装孔和三个变桨轴承安装孔， 所述变桨轴承安装孔 处设有。

4、轮毂腹板， 所述轮毂腹板包括外环部分和中间部分， 所述外环部分设有多个分布均 匀的螺栓安装工艺孔， 所述中间部分呈格栅状结构。 3.根据权利要求2所述的风电机组轮毂， 其特征在于， 所述格栅状结构采用高刚度材料 打印制成。 4.根据权利要求2所述的风电机组轮毂， 其特征在于， 所述螺栓安装工艺孔为腰型孔。 5.根据权利要求2所述的风电机组轮毂， 其特征在于， 位于所述变桨轴承安装孔之间的 所述圆球形壳体上还设有散热通风孔。 6.根据权利要求5所述的风电机组轮毂， 其特征在于， 所述散热通风孔根据所述圆球形 壳体的区域大小设置成不同尺寸的通孔， 且所述散热通风孔周围区域采用高强度材料打印 制成。。

5、 7.一种权利要求1至6任一项所述的风电机组轮毂的智能制造方法， 其特征在于， 所述 制造方法包括如下步骤： (1)建立传统型风电轮毂三维模型； (2)通过三维拓扑优化技术对所述传统型风电轮毂三维模型进行拓扑优化， 得到优化 后轮毂结构以及所述优化后轮毂结构的不同区域要求不同材料进行3D打印的分区需求； (3)根据步骤(2)得到的所述优化后轮毂结构及分区需求， 选取合适的3D打印材料， 利 用3D打印技术实现所述优化后轮毂的3D打印制造。 8.根据权利要求7所述的风电机组轮毂的智能制造方法， 其特征在于， 所述步骤(2)中 优化后轮毂结构的不同区域包括一般区域、 强度要求较高区域和刚度要求较高。

6、区域， 所述 一般区域采用一般轮毂材料3D打印， 所述强度要求较高区域采用高强度材料3D打印、 所述 刚度要求较高区域采用高刚度材料3D打印。 9.根据权利要求8所述的风电机组轮毂的智能制造方法， 其特征在于， 所述强度要求较 高区域为设置在轮毂壳体上的散热通风孔周围区域。 10.根据权利要求8所述的风电机组轮毂的智能制造方法， 其特征在于， 所述刚度要求 较高区域为设置在轮毂腹板上的格栅状结构区域。 权利要求书 1/1 页 2 CN 109915314 A 2 一种风电机组轮毂及其智能制造方法 技术领域 0001 本发明涉及风电机组生产技术领域， 特别是涉及一种风电机组轮毂及其智能制造 方法。

7、。 背景技术 0002 轮毂是风力发电机组中关键的部件， 它将风机叶片与传动链连接起来， 叶片捕风 得到的能量通过轮毂传递给传动链， 然后产生所需的电能。 风电机组上的轮毂由于功能需 要， 还需安装变桨驱动、 叶片锁、 电池柜等， 使得其形状比较复杂。 特别是随着全球大型风力 发电产业持续快速发展， 低风速、 大叶轮风机需求的不断增加， 轮毂的尺寸及重量也是越来 越大， 在国外海上风场、 12MW的海上风机也即将安装， 轮毂直径将达到6m左右。 0003 目前， 大型风力发电机组的轮毂基本上采用铸造方式生成， 材料主要是QT4000- 18AL、 GGG400等。 随着机型的增大， 轮毂需采用。

8、更大尺寸、 更多壁厚来满足相应的强度、 刚度 要求， 这不但使企业的采购成本一直增加， 而且给运输带来巨大问题。 0004 基于轮毂目前的制造方式， 无法解决其越来越大、 越来越重的问题， 需要创设一种 新的制造方法来生产风电轮毂， 使其尺寸、 重量可控制在一定范围内， 既能满足相应设计要 求， 又易于运输、 安装。 0005 本发明就是创设一种新的风电机组轮毂及其智能制造方法， 使其不仅满足风电轮 毂强度和刚度的需求， 还使其结构优化、 重量减轻、 生产和运输成本均降低。 发明内容 0006 本发明要解决的技术问题是提供一种风电机组轮毂， 使其不仅满足风电轮毂强度 和刚度的需求， 还使其结构。

9、优化、 重量减轻、 生产和运输成本均降低。 从而克服现有的风电 机组轮毂的不足。 0007 为解决上述技术问题， 本发明提供一种风电机组轮毂， 所述轮毂采用3D打印技术 制造。 0008 进一步改进， 所述轮毂为圆球形轮毂， 包括圆球形壳体， 所述壳体上包括一个主轴 安装孔和三个变桨轴承安装孔， 所述变桨轴承安装孔处设有轮毂腹板， 所述轮毂腹板包括 外环部分和中间部分， 所述外环部分设有多个分布均匀的螺栓安装工艺孔， 所述中间部分 呈格栅状结构。 0009 进一步改进， 所述格栅状结构采用高刚度材料打印制成。 0010 进一步改进， 所述螺栓安装工艺孔为腰型孔。 0011 进一步改进， 位于所。

10、述变桨轴承安装孔之间的所述圆球形壳体上还设有散热通风 孔。 0012 进一步改进， 所述散热通风孔根据所述圆球形壳体的区域大小设置成不同尺寸的 通孔， 且所述散热通风孔周围区域采用高强度材料打印制成。 0013 本发明还提供一种上述风电机组轮毂的智能制造方法， 所述制造方法包括如下步 说明书 1/4 页 3 CN 109915314 A 3 骤： 0014 (1)建立传统型风电轮毂三维模型； 0015 (2)通过三维拓扑优化技术对所述传统型风电轮毂三维模型进行拓扑优化， 得到 优化后轮毂结构以及所述优化后轮毂结构的不同区域要求不同材料进行3D打印的分区需 求； 0016 (3)根据步骤(2)得。

11、到的所述优化后轮毂结构及分区需求， 选取合适的3D打印材 料， 利用3D打印技术实现所述优化后轮毂的3D打印制造。 0017 进一步改进， 所述步骤(2)中优化后轮毂结构的不同区域包括一般区域、 强度要求 较高区域和刚度要求较高区域， 所述一般区域采用一般轮毂材料3D打印， 所述强度要求较 高区域采用高强度材料3D打印、 所述刚度要求较高区域采用高刚度材料3D打印。 0018 进一步改进， 所述强度要求较高区域为设置在轮毂壳体上的散热通风孔周围区 域。 0019 进一步改进， 所述刚度要求较高区域为设置在轮毂腹板上的格栅状结构区域。 0020 采用这样的设计后， 本发明至少具有以下优点： 00。

12、21 1.本发明采用3D打印技术制造风电轮毂， 方法简单， 成本降低， 且能实现不同风场 的定制化要求， 仅需调整3D打印工艺中的相关生产参数即可实现不同轮毂的制造。 0022 2.本发明基于采用3D打印技术制造风电轮毂， 可通过三维拓扑优化技术对该轮毂 的整体结构进行尽可能的最优化设计， 使该轮毂的结构不受生产工艺的限制， 能最大化的 减轻重量， 缩小体积， 便于轮毂的运输、 吊装和维护。 0023 3.优化后的轮毂通过设置加强格栅和散热通风孔， 利于提高轮毂刚度、 强度， 减轻 重量， 还利于轮毂内热量的散发， 延长轮毂内各设备的使用寿命。 0024 4.还通过不同区域采用不同材料打印的技。

13、术， 能实现该轮毂在未减少风机轮毂强 度及刚度前提下， 较大幅度的降低轮毂尺寸及重量， 且使优化后轮毂更具美观性， 可靠性。 附图说明 0025 上述仅是本发明技术方案的概述， 为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 以下 结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。 0026 图1是本发明风电机组轮毂智能制造方法的流程示意图。 0027 图2是本发明风电机组轮毂智能制造方法中建立的传统型风电轮毂三维模型图； 0028 图3是本发明风电机组轮毂智能制造方法中拓扑优化后的风电轮毂三维模型图； 0029 图4是本发明风电机组轮毂智能制造方法中拓扑优化后的风电轮毂三维模型分区 示意图。 具体实施。

14、方式 0030 目前制约风机轮毂设计的主要因素是生产制造方法， 若采用现有的铸造方式， 为 了保证轮毂有足够的强度及刚度， 必然会又大又重。 本发明提出的轮毂新的智能制造方法， 采用先进的3D打印技术， 通过3D打印机来制造所需轮毂， 不需要高额的模具费用， 更易于生 产、 运输， 且能实现不同风场的定制化要求， 具有更强的优越性。 下述结合附图对本发明的 风电机组轮毂和制备方法详述如下。 说明书 2/4 页 4 CN 109915314 A 4 0031 本实施例风电机组轮毂采用3D打印技术制造而成。 参照附图1所示， 该风电机组轮 毂具体的制造方法为： 0032 (1)建立传统型的风电轮毂。

15、三维模型， 即得初始化的轮毂模型， 如附图2所示。 0033 (2)通过三维拓扑优化技术对传统型风电轮毂三维模型进行拓扑优化， 得到优化 后轮毂结构以及优化后轮毂结构的不同区域要求不同材料进行3D打印的分区需求。 0034 其中， 三维拓扑优化技术在使轮毂重量更轻， 强度及刚度又满足要求的情况下， 尽 可能的进行优化。 优化后轮毂结构如附图3所示。 该轮毂为圆球形轮毂， 包括圆球形壳体1， 该壳体1上包括一个主轴安装孔2和三个变桨轴承安装孔3。 该变桨轴承安装孔3处设有轮毂 腹板， 该轮毂腹板包括外环部分4和中间部分5。 0035 该中间部分5呈格栅状结构设置， 提高轮毂的刚度。 该格栅状结构。

16、的轮毂腹板是传 统的铸造法无法实现的， 但是采用本发明的3D打印技术却能轻松实现。 该外环部分4设有多 个分布均匀的螺栓安装工艺孔41， 该螺栓安装工艺孔41采用腰型孔结构， 用于方便叶片根 部与变桨轴承的螺栓安装与拆除。 0036 该优化后的轮毂还在位于该变桨轴承安装孔3之间的该圆球形壳体1上设有散热 通风孔6， 这样既能减轻轮毂本身重量， 又利于轮毂内部热量的散发。 0037 本实施例中该散热通风孔6可根据该圆球形壳体1的区域大小设置成不同尺寸的 通孔。 如附图3所示。 0038 还有， 该步骤中优化后轮毂结构的不同区域包括一般区域、 强度要求较高区域和 刚度要求较高区域， 该一般区域则采。

17、用一般的轮毂材料进行3D打印， 该强度要求较高区域 采用高强度材料3D打印、 该刚度要求较高区域采用高刚度材料3D打印。 这样利用不同区域 采用不同材料的打印制造技术也是传统铸造法不能满足的， 该3D打印方法能保证轮毂在满 足体积小、 质量轻的情况下， 强度和刚度仍能满足需求。 0039 (3)根据步骤(2)得到的该优化后轮毂结构及分区需求， 选取合适的3D打印材料， 利用3D打印技术实现该优化后轮毂的3D打印制造。 0040 其中， 参照附图4所示， 本实施例中该强度要求较高区域为设置在轮毂壳体1上的 散热通风孔6周围区域A， 该区域A需要采用高强度材料打印,能保证该轮毂的强度要求。 本 实。

18、施例中该刚度要求较高区域为设置在轮毂腹板上的格栅状结构5的区域B， 该区域B需要 采用高刚度材料打印,能保证该轮毂的刚度要求。 本实施例中其它区域采用一般的轮毂材 料3D打印， 节约成本， 满足需求， 该分区域打印制造的方式也是现有的铸造方法无法实现 的。 0041 本发明基于采用3D打印技术制造风电轮毂， 可通过三维拓扑优化技术对该轮毂的 整体结构进行尽可能的最优化设计， 使该轮毂的结构不受生产工艺的限制， 能最大化的减 轻重量， 缩小体积， 便于轮毂的运输、 吊装和维护。 0042 本发明通过3D打印技术制造风电轮毂， 能实现在未减少风机轮毂强度及刚度前提 下， 较大幅度的降低轮毂尺寸及重。

19、量， 且更具美观性， 还不需要再付出高额的模具费用， 生 产效率大大提高。 还能实现不同风场的定制化要求， 仅需调整3D打印工艺中的相关生产参 数即可实现。 0043 本发明优化后的轮毂由于设置了散热通风孔， 利于轮毂内热量的散发， 利于延长 轮毂内各设备的寿命。 说明书 3/4 页 5 CN 109915314 A 5 0044 以上所述， 仅是本发明的较佳实施例而已， 并非对本发明作任何形式上的限制， 本 领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、 等同变化或修饰， 均落在本发 明的保护范围内。 说明书 4/4 页 6 CN 109915314 A 6 图1 说明书附图 1/4 页 7 CN 109915314 A 7 图2 说明书附图 2/4 页 8 CN 109915314 A 8 图3 说明书附图 3/4 页 9 CN 109915314 A 9 图4 说明书附图 4/4 页 10 CN 109915314 A 10 。