CN101476535A - 将风轮机的低速主轴连接到输入轴的方法及该连接 - Google Patents

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Abstract

用于将风轮机的低速主轴连接到该风轮机的传动齿轮箱的输入轴的方法及该连接，该方法包括在主轴上提供连接表面以及在输入轴上提供对应的连接表面；将摩擦增强装置放置在所述连接表面中的至少一个上；以及将两个连接表面牢固地彼此连接，由此在连接表面上施加永久载荷。摩擦增强装置将显著地增加连接表面之间的摩擦系数，从而能通过该连接传递多个轴之间所需的扭矩，该连接具有落在风轮机的集成设计的限度之内的尺寸。

Description

将风轮机的低速主轴连接到输入轴的方法及该连接
技术领域
本发明涉及一种用于将风轮机的低速主轴连接到该风轮机的传动齿轮箱的输入轴的方法。
背景技术
主轴与传动齿轮箱的输入轴之间的这种连接的目的是将扭矩从主轴传递到传动齿轮箱的输入轴，该主轴连接到风轮机的转子毂，并且通常通过风在转子叶片上的作用来以低速驱动。
因此，将输入轴的缓慢旋转在传动齿轮箱中转换成传动齿轮箱的输出轴处的快速旋转，该输出轴通常驱动发电机。
根据现有技术状态，许多用于将风轮机的主轴连接到传动齿轮箱的输入轴的不同方法是公知的。
然而，本发明限于这种类型的连接方法，其中扭矩通过连接的传递基于材料之间的摩擦的原理来实现。
在近来的发展中，存在一种设计具有增长尺寸的多兆瓦，例如3MW的风轮机的趋势。
为解决这种具有大尺寸的风轮机上的负载，在集成风轮机的不同部件方面投入了许多努力，以便减小风轮机的重量和尺寸。
特别是，在新的设计中，整个传动系统是越来越集成的类型的。
与更加集成的设计结合的增长尺寸使扭矩从主轴向输入轴的传递成为问题。
实际上，风轮机的尺寸越大，要传递的扭矩就越高，另一方面，集成设计的限制尺寸，特别是对用于低速主轴与齿轮箱的输入轴之间的连接的直径的限制也限制了所能传递的最大扭矩。
特别地，这是基于摩擦原理在主轴与齿轮箱的输入轴之间使用连接的现有传动系统的缺点。
发明内容
本发明的目的在于一种用于将风轮机的低速主轴连接到该风轮机的齿轮箱的输入轴的方法，该方法不表现上述和其它缺点中的一个或多个。
为此目的，本发明涉及一种用于将风轮机的低速主轴连接到该风轮机的传动齿轮箱的输入轴的方法，该方法包括：在主轴上提供连接表面以及在输入轴上提供对应的连接表面；将摩擦增强装置放置在所述连接表面中的至少一个上；以及通过预张紧装置将两个连接表面牢固地彼此连接，由此在连接表面上施加永久载荷。
根据本发明的这种用于连接风轮机的主轴和输入轴的方法的重要优点在于：摩擦增强装置将显著地增加连接表面之间的摩擦系数(例如通常为0.5的摩擦系数)，从而能通过该连接传递多个轴之间所需的扭矩，该连接具有落在风轮机的集成设计的限度之内的尺寸。
实际上，一方面，风轮机变得越大，转子叶片就越大，必须要通过主轴与齿轮箱的输入轴的连接传递的扭矩也越大。
另一方面，扭矩是距离与力的乘积，从而只能通过增加传递的力或距离，特别是转子轴线与力的作用点之间的径向距离来传递更大的扭矩。
然而，这些设计是集成式的，没有太多的空间可用于增加所述距离，即连接的直径。
由此，需要增加传递力。
但是，当主轴与输入轴之间的连接基于材料之间的摩擦原理时，所能传递的力也是有限的。
实际上，在基于摩擦的连接中基本涉及两个参数，即取决于接触表面本身(表面的粗糙度、材料的硬度、表面的材料类型、...)的连接表面的摩擦系数和施加在待连接部件的连接表面上的正常负载，而此正常负载由材料强度限制。
利用公知的用于将风轮机的主轴连接到齿轮箱的输入轴的方法，所述连接表面的此摩擦系数总是非常小，例如通常在0.15的数量级，为了在新近设计的尺寸的有限限度之内传递所需负载，此摩擦系数是不够的。
这意味着需要连接表面的良好的摩擦系数，这通过由本发明提出的方法来获得。
按照根据本发明的用于将风轮机的低速主轴连接到该风轮机的传动齿轮箱的输入轴的方法的优选实施例，所述摩擦增强装置由垫片构成，该垫片涂有摩擦增强粉末并置于连接表面之间。
因为在安装期间垫片的布置是容易的，同时它还允许连接的有效拆除，所以此方法是特别有利的。
按照根据本发明的用于将风轮机的低速主轴连接到该风轮机的传动齿轮箱的输入轴的方法的又一更加优选的实施例，上述摩擦增强粉末含有金刚石颗粒。
根据本发明的方法的此特定实施例具有优点在于：摩擦系数能明显地增加，由此所获得的连接的质量非常好，因为金刚石颗粒很坚硬并且在扭矩传递期间经过一段时间之后将不会如一些其它材料那样容易磨损。
而且，因为金刚石颗粒很坚硬，所以在通过预张紧装置施加到所述连接表面上的永久正常负载下，它们能刺入连接表面中。
本发明不仅涉及一种用于将风轮机的主轴连接到输入轴的方法，而且涉及通过这种方法获得的连接。
特别地，本发明还涉及风轮机的低速主轴和所述风轮机的传动齿轮箱的输入轴的连接，其中该连接包括位于低速主轴上的连接表面和位于输入轴上的对应的连接表面，所述连接表面通过预张紧装置彼此连接，由此在连接表面上施加永久载荷，并且在连接表面之间设有摩擦增强装置。
这种连接将在连接表面之间具有增加的摩擦系数，并因此比已知的连接适合于更高扭矩的传递，这在例如更加集成类型的风轮机中是非常有用的。
附图说明
为了更好地显示本发明的特征，在下文中，作为没有任何限制特性的示例，参照附图来描述根据本发明的连接的实施例的一些优选形式，该连接通过根据本发明的方法获得，其中：
图1示意性示出了典型风轮机的侧视图，在该风轮机中集成了根据本发明的连接，该连接通过根据本发明的方法实现；
图2和图3分别以较大的比例示出了在根据本发明的连接实现之前和之后风轮机的由图1中的F2指示的部分；以及
图4以较大的比例示出了由图3中的F4指示的连接部分。
具体实施方式
图1中所示的典型风轮机1由静支撑结构2构成，短舱3可绕垂直轴线旋转地安装在该静支撑结构2上，这允许调节风轮机1对于风向的位置。
具有转子毂5和转子叶片6的转子4设置在短舱3中，由此转子毂5通过传动齿轮箱8连接到发电机7。
如图2和图3中所示，分别在将转子毂5连接在传动齿轮箱8上之前和之后，齿轮箱8在此情形中包含行星齿轮级。
齿轮箱8的输入轴9安装在行星齿轮级的行星架10上，行星架10具有行星轴11，行星轮12通过行星轴承13可旋转地安装在行星轴11上。
行星架10还通过行星架轴承15相对于齿轮箱8的机架14和风轮机1可旋转地安装。
环形轮16通过螺栓或其它连接装置固定地安装在机架14中。
齿轮箱8的输出轴17连接到发电机7(图2和图3中未示出)或例如齿轮箱的下一级并且例如通过输出轴轴承18可旋转地安装在机架14中。
此外，输出轴17设有太阳轮19。
公知的是通过行星轮12一方面与环形轮16以及另一方面与太阳轮19的相互作用，行星架10和输入轴9的缓慢旋转转换成输出轴17的快速旋转。
因此，当应用于如图1到图3中所示的风轮机1中时，转子叶片6的缓慢旋转转换成齿轮单元8的输出轴17处的足够快速的旋转，用于执行发电机7的合适功能。
由此，转子毂5通过转子轴承20可旋转地安装在机架14中，转子毂5表示风轮机1的慢速主轴5。
明显的是需要转子毂5或慢速主轴5与传动齿轮箱8的输入轴9之间的连接以便能够将扭矩从转子叶片6传递到输出轴17。
本发明提供一种用于连接这些部件的方法，这种方法相对于现有技术状态是增强的，因为它允许更高的扭矩传递，从而能将风轮机传动系统的尺寸保持在特定的限度之内。
根据本发明的方法能够以最普遍的措辞来描述如下。
第一步在于在低速主轴5上提供连接表面21以及在齿轮箱8的输入轴9上提供对应的连接表面22。
在根据本发明的方法的另一步骤中，将摩擦增强装置23放置在所述连接表面21或22中的至少一个上。
在根据本发明的方法的又一步骤中，两个连接表面21和22通过预张紧装置24彼此连接，由此在连接表面21和22上施加永久载荷。
在图2和图3的特定情形中，连接表面21和22是相对面，分别位于设置在低速主轴5的轴向最内侧处的法兰25上以及在朝着转子4的轴向侧处的输入轴9上的轴环26上。
由此，法兰25和轴环26形成彼此的补充，法兰25是阳部件，而轴环26是阴部件，从而通过法兰25和轴环26沿轴向方向AA′彼此相向地简单移动，阳部件能滑入阴部件中。
此外，在图示的情形中，摩擦增强装置23由垫片23构成，该垫片23涂有摩擦增强粉末并置于连接表面21与22之间。
孔27穿过法兰25设置，孔27围绕法兰25的周边均匀地分布。
与这些孔27对应，在轴环26中也设有螺纹孔28。
螺栓29能穿过孔27设置，螺栓29能拧入轴环26中的螺纹孔28中。
优选，垫片23也设有孔30，从而螺栓29也能穿过垫片23，由此为垫片23的定位提供引导以及通过防止垫片23相对于连接表面21和22旋转来提供额外的保护。
螺栓29以及孔27和28形成预张紧装置24，通过该预张紧装置24能获得栓接预张紧接头，以便将连接表面21和22连接，由此在连接表面21和22上施加永久载荷。
根据本发明，不排除许多不同的实现连接表面21与22之间的预张紧接头的其它方式。
例如，可使用螺母来代替螺纹孔26。而且不排除柱螺栓或任意其它预张紧装置24的使用。
图3中示出了根据本发明的风轮机1的低速主轴5与风轮机1的传动齿轮箱8的输入轴9之间的连接31，该连接31已通过应用根据本发明的上述方法实现。
连接31包括低速主轴5上的连接表面21和输入轴9上的对应的连接表面22，所述连接表面21和22通过预张紧装置24压在一起，由此摩擦增强装置23设置在连接表面21与22之间。
如在图4中更详细示出的，摩擦增强装置23由垫片23构成，垫片23安装在连接表面21与22之间，垫片23设有涂层31。
在此示例中，垫片23是具有足够大内径的圆盘形的，以便使法兰25的阳部件能穿过垫片23。
然而，不排除其它形状。
按照根据本发明的连接31的优选实施例，垫片23由金属制成，而涂层32由涂敷到垫片23表面上的基质33，例如镍合金构成，由此基质33保持摩擦增强粉末的颗粒34，在垫片23上提供粗糙的表面。
优选所述摩擦增强粉末含有金刚石颗粒34。
根据本发明的连接的此实施例是特别令人感兴趣的，因为金刚石颗粒34很坚硬并且在通过预张紧装置24连接和预张紧之后，能够刺入表面21和22。
这样在表面21与22之间获得非常好的摩擦系数。
良好的摩擦系数与由预张紧装置24在表面21和22上施加的充足正常负载的组合增加了传递沿平面VV′中的方向作用的力F的连接31的能力，该平面VV′平行于连接表面21和22，且处于所述连接表面21和22之间。
如在引言中说明的，绕风轮机1的旋转轴线AA′的扭矩是所述平面VV′中的特定力F与力的作用线和旋转轴线AA′之间的距离D的乘积。
由于在根据本发明的连接30中，传递平面VV′中的力F的能力增加，所以传递扭矩的能力也增加。
例如，对于根据本发明的连接31，在表面21与22之间的固定施加的正常负载下，连接将由于缺乏摩擦而失效之前，在具有特定平均直径D的连接表面21与22之间能传递的绕旋转轴线AA′的最大扭矩将远大于没有应用摩擦增强装置23的已知的连接。
或者，从涉及连接的尺寸的观点来说明，对于拟通过连接传递的相同最大扭矩，与没有摩擦增强装置23的已知连接相比，根据本发明的连接31能以连接表面21和22的更小平均直径D进行设计。
因此，根据本发明的连接31更加适合于更集成类型的风轮机1的应用，因为在这种设计中，优选保持连接的尺寸尽可能的小。
图1到图4中所示的示例不是限制性的。
例如，不排除使用根据本发明的方法，即将涂层32直接涂敷在连接表面21或22中的至少一个上，涂层32含有摩擦增强粉末34。
根据本发明，也不排除使用含有除金刚石颗粒外的其它颗粒34的摩擦增强粉末。
连接表面21和22的特定形状也能是完全不同的。
例如可能的是将分别位于主轴5和输入轴9上的法兰25和轴环26实施为互补形状，法兰25是阴部件，而轴环26是阳部件。
而且不必提供法兰25和/或轴环26；不排除其它形状。
本发明决不限于上文所述和附图中所示的实施例，而是在不偏离本发明的范围的情况下，这种连接31可使用根据本发明的与上述不同的方法以不同的形状和尺寸来实现。

Claims (10)

1.用于将风轮机(1)的低速主轴(5)连接到所述风轮机(1)的传动齿轮箱(8)的输入轴(9)的方法，其特征在于所述方法包括：在所述主轴(5)上提供连接表面(21)并在所述输入轴(9)上提供对应的连接表面(22)；将摩擦增强装置(23)放置在所述连接表面(21、22)中的至少一个连接表面上；以及通过预张紧装置(24)将两个连接表面(21、22)牢固地彼此连接，由此在所述连接表面(21、22)上施加永久载荷。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述摩擦增强装置(23)由垫片(23)构成，所述垫片涂有摩擦增强粉末(33)，并且所述垫片置于所述连接表面(21、22)之间。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：将涂层(31)直接涂敷在所述连接表面(21、22)中的至少一个连接表面上，所述涂层(31)含有摩擦增强粉末(34)。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于：所述摩擦增强粉末含有金刚石颗粒(34)。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于：所述连接表面(21、22)通过栓接预张紧接头彼此连接，所述栓接预张紧接头包括螺栓(29)和/或螺母和/或柱螺栓和/或任何预张紧装置(24)。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于：所述低速主轴(5)是所述风轮机(1)的转子毂(5)。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于：所述风轮机(1)的所述传动齿轮箱(8)包括具有行星架(10)的行星齿轮系统，所述行星架形成所述传动齿轮箱(8)的所述输入轴(9)。
8.风轮机(1)的低速主轴(5)与所述风轮机(1)的传动齿轮箱(8)的输入轴(9)的连接(31)，其特征在于所述连接包括位于所述低速主轴(5)上的连接表面(21)和位于所述输入轴(9)上的对应的连接表面(22)，所述连接表面(21、22)通过预张紧装置(24)压在一起，由此在所述连接表面(21、22)上施加永久载荷，并且在所述连接表面(21、22)之间设有摩擦增强装置(23)。
9.根据权利要求8所述的连接(31)，其特征在于：所述摩擦增强装置(23)包括含有摩擦增强粉末(34)的涂层，所述涂层直接涂敷在所述连接表面(21、22)中的一个连接表面上或者涂敷在垫片(23)上，所述垫片安装在所述连接表面(21、22)之间。
10.根据权利要求8或9所述的连接(31)，其特征在于：所述低速主轴(5)是所述风轮机(1)的转子毂(5)，而所述输入轴(9)是所述风轮机(1)的所述传动齿轮箱(8)中的行星系统的行星架(10)。
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