CN103032476A - 用于风力涡轮传动轴的单件联接件 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及用于风力涡轮传动轴的单件联接件。其中，提供一种用于连接例如风力涡轮的传动系构件的轴构件的联接布置。该联接布置包括：第一轴构件，其具有端部，在端部中限定凹部，以及第二轴构件，其与第一轴构件在轴向对准且安放于凹部内。第一轴构件在与凹部同心的区域中具有外径表面。单件夹持盘具有匹配的内径表面和限定于内径表面中的周向延伸的凹槽，以及限定于夹持盘的外径表面与凹槽之间的径向延伸的喷射通道。在向喷射通道内施加加压流体时，夹持盘在径向膨胀使夹持盘沿着外径表面从释放位置滑动移动到锁定位置。在释放流体压力时，夹持盘在径向缩回且夹持到外径表面上以将第二轴构件联接到第一轴构件的凹部内。

Description

用于风力涡轮传动轴的单件联接件
技术领域
本发明大体而言涉及在风力涡轮中的旋转构件之间的联接件(coupling)，且特定而言涉及可例如用于将风力涡轮传动轴(wind turbine drive shaft)联接到齿轮箱轴或直接联接到发电机的单件夹持盘(single-piece clamping disk)。
背景技术
压缩或收缩联接件(也被称作“收缩盘”)广泛地用于传动系中以将旋转轴联接到另一构件，诸如齿轮箱或发电机。在许多常规的风力涡轮设计中，例如，收缩联接件用于将主传动轴(“低速轴”)固定到齿轮箱上。这种联接件可相当大，常常重量在约2,000 lb的范围内且各种维护过程需要移除收缩联接且随后附连收缩联接件。例如，在齿轮箱中的低速轴密封件的检查或替换(也被称作“前密封件”)可仅通过移除收缩联接件来实现。
风力被认为是目前可用的最清洁最环保的能源且风力涡轮在此方面受到了越来越多的关注。现代风力涡轮可能相当大，许多设计具有超过100米的转子高度。但是，风能的成本/利益经济为始终考虑的因素。产生能量的成本(包括构建和维护风力涡轮)不能超过这些利益。就此而言，持续地做出努力来提供可靠、更低复杂性和更经济的风力涡轮的构件。
因此，该行业将受益于在任何形式风力涡轮构造中在主传动轴与齿轮箱轴之间以及在任何其它联接轴之间改进的、牢固联接件。
发明内容
本发明的方面和优点将在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本发明而学习。
根据本发明的方面，提供一种用于连接风力涡轮的传动系构件的联接布置(coupling arrangement)。该联接布置包括：第一轴构件，其具有端部，在端部中限定凹部，以及第二轴构件，其与第一轴构件在轴向对准且安放于凹部内。第一轴构件在与凹部同心的区域中具有外径表面(outer diameter surface)。此同心外径表面可呈锥形。单件夹持盘安置于第一轴构件周围且包括内径表面，内径表面具有匹配第一轴构件的同心外径表面的构造。该夹持盘包括在内径表面中限定的周向延伸的凹槽，以及限定于夹持盘的外径表面与凹槽之间的至少一个径向延伸的喷射通道。对于此构造，在向喷射通道内施加加压流体时，夹持盘在径向膨胀且允许夹持盘沿着第一轴构件的同心外径表面从释放位置滑动移动到锁定位置。在释放流体压力时，夹持盘在径向缩回且夹持到外径表面上以将第二轴构件联接到第一轴构件的凹部内。
在一实施例中，第一轴构件可为到齿轮箱或发电机的输入轴，且第二轴构件可为来自风力涡轮转子的主传动轴。在一不同实施例中，这些构件可相反，使得第一轴构件为主传动轴且第二轴构件为到齿轮箱的输入轴。
在另一方面，本发明还涵盖具有如上文所讨论的联接布置的任何形式的风力涡轮。例如，示例性风力涡轮包括转子，转子具有与之联接的主传动轴。主传动轴利用联接布置而旋转地联接到齿轮箱的输入轴，该联接布置包括限定于主传动轴或变速箱输入轴之一中的凹部，其中输入轴或主传动轴中的另一个具有同轴安放于凹部中的端部。可为锥形表面的外径表面限定于其中限定了凹部的径向外侧构件上。单件夹持盘绕外侧构件安置且包括内径表面，内径表面匹配轴构件的外径表面的构造。该夹持盘包括在内径表面中限定的周向延伸的凹槽，以及限定于夹持盘的外径表面与凹槽之间的至少一个径向延伸的喷射通道。如上文所讨论，在向喷射通道内施加加压流体时，夹持盘在径向膨胀使得夹持盘沿着锥形外径表面从释放位置滑动移动到锁定位置，且在释放流体压力时，夹持盘在径向缩回且夹持到锥形外径表面上以将主传动轴旋转地联接到输入轴。
尽管本发明的描述将在本文中描述为它们关于在风力涡轮中的主传动轴与齿轮箱轴之间的改进的联接构造，但是应意识到这只是出于说明本联接件的特别适用的实施例的目的。本发明并不限于用于风力涡轮中且可应用于需要在对准的旋转轴之间的牢固联接的任何情形。例如，用于旋转地连接轴向对准的轴构件的联接布置可包括第一轴构件，其具有端部，在端部中限定凹部，以及第二轴构件，其与第一轴构件在轴向对准且安放于凹部内。第一轴构件在与凹部同心的区域中包括外径表面，外径表面可为锥形表面。单件夹持盘安置于第一轴构件周围且包括内径表面，内径表面接合第一轴构件的外径表面以及限定于内径表面中的周向延伸的凹槽。夹持盘还包括限定于盘的外径表面与凹槽之间的径向延伸的喷射通道。在向喷射通道内施加加压流体时，夹持盘在径向膨胀使得夹持盘沿着轴构件的外径表面从释放位置滑动移动到锁定位置。在释放流体压力时，夹持盘在径向缩回且夹持到外径表面上以将第二轴构件联接到第一轴构件的凹部内。
参考下文的描述和所附权利要求，本发明的这些和其它特点、方面和优点将会更好地理解。附图合并于本说明书中并构成说明书的部分，附图示出本发明的实施例且与描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
本发明的全面并可实施的公开内容(包括其对于本领域技术人员而言的最佳实施方式)参考附图在说明书中陈述，在附图中：
图1为可合并根据本发明的方面的联接件的风力涡轮的透视图；
图2为根据本发明的方面的联接布置的实施例的截面图；
图3至图6为联接布置的实施例的截面顺序操作图；以及
图7为联接布置的实施例的轴向截面图。
附图标记构件
10风力涡轮
12塔架
14机舱
16叶片
18转子桨毂
20主凸缘
22主转子轴
23高速轴
24齿轮箱
26发电机
28齿轮箱输入轴
40联接布置
42第一轴构件
44端部
46凹部
48锥形外径
50第二轴构件
51轴线
52夹持盘
54外径表面
56内径表面
58凹槽
60喷射通道
62插塞
63密封件
64流体
66肩部
68动力装置
72 RAM
70力线
74方向线。
具体实施方式
现将详细地参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。以解释本发明的方式提供每个示例，且并不意味着限制本发明。实际上，对于本领域技术人员显而易见的是，在不偏离本发明的范围或精神的情况下可做出各种修改和变型。举例而言，作为一个实施例的部分示出或描述的特点可用于另一实施例以得到又一实施例。因此，预期本发明涵盖属于所附权利要求和其等效物内的这些修改和变型。
图1示出常规构造的风力涡轮10。风力涡轮10包括塔架12和安装于其上的机舱14。多个风力涡轮叶片16安装于转子桨毂18上，而转子桨毂18连接到主凸缘20上，主凸缘20转动主转子轴22。主转子轴22经由联接布置40而联接到齿轮箱24，如在下文中更详细地描述。齿轮箱24经由高速轴23而连接到发电机26。叶片16经由轴22和齿轮箱24将风的动力转换为旋转机械能以利用发电机26来发电。
应意识到任何形式的风力涡轮构造可合并根据本发明的联接件40，且图1所描绘的风力涡轮10的类型只是出于说明目的。例如，风力涡轮10可为直接驱动的风力涡轮，其中转子桨毂18的输出直接利用如本文所述的联接件40联接到发电机26。
图2示出了联接布置40的实施例，其用于连接轴向对准的轴构件，例如风力涡轮10(图1)内的轴构件。例如，联接布置40可用于将主传动轴22连接到齿轮箱输入轴28。联接布置40包括第一轴构件42，第一轴构件42具有端部44，端部44中限定了凹部46。在一特定实施例中，第一轴构件42为风力涡轮传动系的主传动轴22(图1)。
联接布置40包括第二轴构件50，第二轴构件50沿着轴线51与第一轴构件42在轴向对准。第二轴构件50安放于所述凹部46内。
第一轴构件42与凹部46大体上同心(在径向外侧)的区域中包括外径表面48，如图2所示。此外径表面48可具有各种轮廓，包括平行于轴线51的平坦轮廓，或者成角度或相对于轴线51改变轴向的轮廓。在附图所示的特定实施例中，外径表面48相对于轴线51在径向成锥形。
联接布置40包括单件夹持盘，大体上为52，其绕第一轴构件42与凹部46大体上同心地安置。夹持盘52具有内径表面56，内径表面56与第一轴构件42的外径表面48相对安置。内径表面56具有“匹配”或对应于外径表面48轮廓的轮廓，使得随着夹持盘52在径向缩回，这些表面沿着相应表面的长度大体上均匀地接合。例如，如图2所描绘的那样，内径表面56具有匹配外径表面48的锥形轮廓的锥形轮廓。周向延伸的流体传导凹槽或通道58限定于夹持盘52的内径表面56中。至少一个径向延伸的喷射通道60限定于夹持盘52的外径表面54与凹槽58之间。喷射通道60提供用于将加压流体喷射到凹槽58内的流体途径。
在图2的实施例中，第二轴构件50被图示为到齿轮箱24的输入轴28(图1)。输入轴28安放于主传动轴构件22中的凹部46内直到可由凹部46内的肩部、在轴构件28与凹部46之间的锥形配合或者限定齿轮箱输入轴28插入到凹部46内的极限的任何其它类型的接合结构(在图2中大体上表示为66)所限定的点。
图3示出一实施例，其中与图2的构造相比，第一轴构件42和第二轴构件50的取向相反。在此实施例中，例如，第一轴构件42可为齿轮箱输入轴，而第二轴构件50可为风力涡轮构造的主传动轴，其中，主传动轴安置于齿轮箱输入轴的凹部46内。在图3中，夹持盘52被示出相对于锥形外径表面48处于初始释放位置。提供一个或多个动力装置68来相对于轴构件42、50在轴向移动夹持盘52。动力装置68可为例如促动推杆(rams)72的液压驱动的装置。可提供任何形式的适当原动力来用于此目的，包括电动马达、液压装置等。应意识到本发明并不限于促动夹持盘52的任何特定手段或装置。
应意识到任何数量和图案的喷射通道60可设于夹持盘52的周围。例如，参看图7，多个喷射通道60绕夹持盘52的外径表面54在周向间隔开。在备选实施例中，可利用单个喷射通道60。
参看图4，加压流体64从任何合适的加压流体源引入到喷射通道60内。任何合适的密封件63(图2)可沿着凹槽58的相对侧设置以在联接过程中限制加压流体泄漏，包括可压缩的密封件、迷宫密封、金属密封件等。此外，任何合适的密封件可通过将凹槽58和夹持盘52的相对的机械加工面成形而得到。加压流体填充内部凹槽58且被施加充分压力来相对于第一轴构件42的锥形表面48造成夹持盘52在径向膨胀，如在图4中由径向力线70所示的那样。如图5中的箭头所示，在促动动力装置68以沿着锥形外径表面48驱动夹持盘52时，维持流体64在压力之下。在加压流体维持夹持盘在其径向膨胀状态时，动力部件68将夹持盘52定位到沿着外径表面48的锁定位置，如由图5中的力线70所示。
一旦夹持盘52被定位到如图6所示的其锁定位置，释放在盘52上的流体压力将造成夹持盘在径向缩回且抵靠外径表面48夹持，如由图6中的力线70所示。喷射通道60可由任何形式的合适插塞62盖住以保持流体在通道60和凹槽58内。备选地，流体可从通道和凹槽58排出。动力部件68和相关联的推杆72可在此时脱离夹持盘52。
尽管联接布置40在本文中描述为用于风力涡轮传动系中将主传动轴联接到的齿轮箱或发电机输入轴的装置，但是应易于意识到该联接布置40可用于联接任何类型的轴向对准的轴，且本发明并不限于本文所示和描述的风力涡轮传动系构造。
虽然关于具体示例性实施例和其方法详细地描述了本主题，但是本领域技术人员应意识到在理解了前文的描述后，可易于做出这些实施例的更改、变型和等效物。因此，本公开内容的范围是举例说明且并无限制意义，且本主题并不排除包括本主题的这些修改、变型和/或添加，这对于本领域普通技术人员而言是显而易见的。

Claims (14)

1. 一种用于连接风力涡轮的传动系构件的联接布置，所述联接布置包括：
第一轴构件，其具有端部，且在所述端部中限定凹部，
第二轴构件，其与所述第一轴构件在轴向对准且安放于所述凹部内；
所述第一轴构件在与所述凹部同心的区域中包括外径表面；
单件夹持盘，其具有内径表面和限定于所述内径表面中在周向延伸的凹槽，所述夹持盘还包括限定于外径表面与所述凹槽之间的径向延伸的喷射通道；以及
其中，在向所述喷射通道内施加加压流体时，所述夹持盘在径向膨胀使所述夹持盘沿着所述第一轴构件的所述外径表面从释放位置滑动移动到锁定位置，且在释放流体压力时，所述夹持盘在径向缩回且夹持到所述第一轴构件的所述外径表面上以将所述第二轴构件联接到所述第一轴构件的所述凹部内。
2. 根据权利要求1所述的联接布置，其特征在于，所述联接布置被构造于主传动轴与齿轮箱输入轴之间，或者在主传动轴与发电机输入轴之间。
3. 根据权利要求1所述的联接布置，其特征在于还包括：限定于所述凹部的端部的结构，所述第二轴构件邻靠所述结构，所述第一轴构件的所述锥形外径表面大体上在轴向延伸到所述结构。
4. 根据权利要求1所述的联接布置，其特征在于包括：绕所述夹持盘在周向间隔开的多个所述喷射通道。
5. 根据权利要求1所述的联接布置，其特征在于，所述第一轴构件的所述外径表面和所述夹持盘的所述内径表面相对于所述联接布置的纵向轴线在径向呈锥形。
6. 一种风力涡轮，包括：
转子；
主传动轴，其联接到所述转子；
齿轮箱或发电机，其具有输入轴；
联接布置，其被构造于所述主传动轴与所述输入轴之间，所述联接布置还包括：
凹部，其限定于所述主传动轴或所述输入轴之一中，其中所述输入轴或主传动轴中的另一个具有同轴安放于所述凹部中的端部；
外径表面，限定于其中限定了所述凹部的所述主传动轴或所述输入轴中的一个上；
单件夹持盘，其具有内径表面和限定于所述内径表面中的在周向延伸的凹槽，所述夹持盘还包括限定于所述夹持盘的外径表面与所述凹槽之间的径向延伸的喷射通道；以及
其中，在向所述喷射通道内施加加压流体时，所述夹持盘在径向膨胀使所述夹持盘沿着所述外径表面从释放位置滑动移动到锁定位置，且在释放流体压力时，所述夹持盘在径向缩回且夹持到所述外径表面上以将所述主传动轴旋转地联接到所述输入轴。
7. 根据权利要求6所述的风力涡轮，其特征在于，所述凹部限定于所述输入轴中且所述主传动轴同轴安放于所述凹部中。
8. 根据权利要求6所述的风力涡轮，其特征在于包括绕所述夹持盘在周向间隔开的多个所述喷射通道。
9. 根据权利要求6所述的风力涡轮，其特征在于，所述外径表面和所述夹持盘的所述内径表面相对于所述联接布置的纵向轴线在径向呈锥形。
10. 一种用于旋转地连接在轴向对准的轴构件的联接布置，所述联接布置包括：
第一轴构件，其具有端部，且在所述端部中限定凹部，
第二轴构件，其与所述第一轴构件在轴向对准且安放于所述凹部内；
所述第一轴构件在与所述凹部同心的区域中包括外径表面；
单件夹持盘，其具有内径表面和限定于所述内径表面中的在周向延伸的凹槽，所述夹持盘还包括限定于外径表面与所述凹槽之间的径向延伸的喷射通道；以及
其中，在向所述喷射通道内施加加压流体时，所述夹持盘在径向膨胀使所述夹持盘沿着所述外径表面从释放位置滑动移动到锁定位置，且在释放流体压力时，所述夹持盘在径向缩回且夹持到所述外径表面上以将所述第二轴构件联接到所述第一轴构件的所述凹部内。
11. 根据权利要求10所述的联接布置，其特征在于，所述联接布置被构造于主传动轴与齿轮箱输入轴之间，或者在主传动轴与发电机输入轴之间。
12. 根据权利要求10所述的联接布置，其特征在于还包括：限定于所述凹部的端部的结构，所述第二轴构件邻靠所述结构，所述第一轴构件的所述锥形外径表面大体上在轴向延伸到所述结构。
13. 根据权利要求10所述的联接布置，其特征在于包括：绕所述夹持盘在周向间隔开的多个所述喷射通道。
14. 根据权利要求10所述的联接布置，其特征在于，所述第一轴构件的所述外径表面和所述夹持盘的所述内径表面相对于所述联接布置的纵向轴线在径向呈锥形。
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