CN105308343B - 用以减轻转矩反向的风力涡轮机联接件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种风力涡轮机发电系统，该风力涡轮机发电系统包括风力涡轮机，所述风力涡轮机连接至具有输出轴的增速齿轮箱。还提供具有输入轴的发电机。联接件使输入轴和输出轴互连。所述联接件包括与高摩擦滑动能力并行的高扭转卷绕和/或位移能力，以使得在正常操作期间存在很少或不存在摩擦滑动并且在瞬时转矩反向期间，涡轮机驱动系统中的负荷减少，因而使得齿轮箱轴承上的冲击负荷减少。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年9月26日以同一标题提交的未决的美国临时申请序号61/882,856的权益，所述申请以引用的方式完全并入本文。
技术领域
本发明在本文中涉及插入在风力涡轮机与发电机之间的联接件。具体来说，本发明涉及被构造成消除转矩反向对风力涡轮机发电机系统中的齿轮箱轴承的不良影响的这样一种联接件。
背景技术
在过去几十年中已安装了超过100,000兆瓦和多兆瓦的风力涡轮机，几乎全部使用了与增速器类似的结合有齿轮箱的驱动系统，驱动系统安置在涡轮机叶片与发电机之间。齿轮箱被设计成具有20年的寿命，但通常需要在5至10年或更少的时间进行修复或更换。齿轮箱轴承的轴向断裂逐渐成为风电场投资回报的主要成本因素。瞬时转矩反向期间的冲击负荷已被认为是这种损坏的根本原因。最近的研究表明，非常规模式的轴承损坏(称为白色浸蚀区域(WEA)损坏)导致轴承的轴向断裂。WEA损坏实际上是微观材料变化，在其中可能引发断裂并且断裂扩展的轴承滚道正下方形成超硬内含物像长条。严重的和快速的微观塑性变形被怀疑是WEA损坏的原因。
在转矩反向期间，齿轮箱轴承的负荷区突然移位180度。轴承辊径向地冲击到滚道上，同时从螺旋齿轮发生高的轴向负荷反向。冲击负荷和轴向地面牵引负荷的幅度和速率二者确定轴承内座圈中WEA塑性变形的可能性。驱动链的弹簧质量系统的扭转固有频率越高，转矩变化率越大，并且因此当辊冲击轴承内座圈时，应变率更高。当风力涡轮机的大小增大时，快速轴承负荷区反向期间的高应变率以及高的冲击应力似乎超过其中在轴承内座圈中引发WEA损坏的阈值。一旦引发，正常的辊负荷即可在仅仅一年或两年内引起轴向断裂和轴承失效。
在风力涡轮机发电机系统中，高惯性表征整个系统，从涡轮机叶片、主轴、齿轮箱高速联接件到发电机自身。实际上，最高的惯性通常位于该系统的两端，即位于叶片和发电机处。在转矩反向时，系统的高惯性可显著影响系统部件的全部，尤其是齿轮箱。在美国专利申请公开US 2012/045335中所描述的非对称性转矩限制离合器系统描述了这个问题的解决方案。替代解决方案考虑到增加系统的扭转卷绕(包括叶片、主轴、齿轮箱、高速轴/联接件和发电机中的某些)，这会降低固有频率。如果这单独进行，则可能会在涡轮机驱动系统中引起其他问题；诸如涡轮机其他零件中的谐振频率问题。例如，已知的是，齿轮箱与发电机之间的联接间隔件可具有有问题的轴向固有频率，这可能会引起间隔件元件的谐振和破坏。正常操作期间系统固有频率的任何变化都可能使得涡轮机的再认证成为必需。
必须以不影响涡轮机正常操作的方式来增加扭转卷绕。这可通过与高的扭转卷绕和/或位移能力并行的高的摩擦滑动能力来完成。例如，如果摩擦转矩设置为额定涡轮机转矩的40％，那么在介于20％与100％的额定涡轮机转矩的正常操作期间不存在滑动，如从图1显而易见。发生摩擦滑动的唯一时间是驱动系统看到总转矩变化超过额定涡轮机转矩的80％时，例如启动和关闭期间的短暂时期。仅在超过摩擦滑动设置的偶发的系统瞬时转矩反向期间出现显著的滑动。应当考虑的是，摩擦转矩设置应当这样以适应正常启动和关闭操作期间的某些小的滑动，从而使得摩擦表面保持干净并且无腐蚀。
如果高的扭转卷绕受到扭转弹簧的影响，如本发明的实施方案中所考虑的那样，那么扭转弹簧速率可以是非对称的，以使得对于位移的一部分来说，反向上的弹簧速率可能低于或接近零。任何反向转矩事件都仅在也就是说40％的正常涡轮机转矩的摩擦电阻下滑动。反向行进角需要是充分的以吸收驱动系统的反向瞬时卷绕能量。对于发电机以1000rpm或更大操作的典型涡轮机来说，这可能需要进行10至50度或更大的扭转运动。对于具有较低发电机速度的涡轮机来说，所需的扭转位移将更低，在1至5度/100rpm的范围内。
现有风力涡轮机的典型联接系统被设计成在齿轮箱与发电机之间具有显著并行的角和轴向轴失配能力，以适应轻质基板结构的挠曲。这些联接系统典型地具有零候虫并且是非常扭转刚性的，具有非常少的卷绕能力。这些扭转特征对于防止在驱动系统和涡轮机部件中出现谐振问题是极其重要的。某些联接系统装配有摩擦转矩限制器，这些限制器被设置为额定涡轮机转矩的150％至200％。这些限制器意欲保护联接件免受非常高的转矩过载诸如发电机短路的影响。这些转矩限制器已被证明在保护驱动系统尤其是齿轮箱免受瞬时转矩反向的影响方面是无效的，瞬时转矩反向对齿轮箱轴承的冲击负荷可能会大大缩短生命。
利用了与低摩擦阻尼并行的扭转卷绕的联接系统诸如Spaetgens专利No.2,909,911和Lech专利No.4,5548,311已存在了很长时间。它们通常用于内燃机。它们的扭转卷绕能力用于将该系统的固有频率调整到设备的操作范围之外。它们与扭转卷绕并行的摩擦阻尼部件通常非常小并且用于控制离合器板以及空转和转移期间的齿轮咔嗒噪声和损坏。这些类型的联接件通常与发动机离合器整合在一起，该发动机离合器的摩擦滑动设置非常高并且与扭转卷绕能力串行而非并行。Lech是很好的示例。并行的摩擦部件具有非常低的摩擦滑动设置。
本发明成功的关键之处在于联接系统，该联接系统具有高的扭转卷绕和/或位移能力以及高的摩擦滑动能力以仅仅在瞬时转矩反向事件期间仅仅显著地阻尼该系统(参看图1)。具有以1000至1800rpm操作的高速发电机的典型涡轮机将需要在转矩设置为涡轮机额定转矩的至少10％的情况下进行至少10度的反向滑动。理想地，反向滑动在40％反向转矩下会超过20度。现有技术中在任何地方都不存在驱动系统，该驱动系统具有能够改良高转矩反向的扭转位移和/或卷绕与扭转摩擦阻尼的这样一种组合。对于风力涡轮机的独特的有挑战性的反向来说，这当然不是正确的。
发明内容
鉴于上述内容，本发明第一方面在风力涡轮机驱动系统中提供具有非对称扭转性质的改进的风力涡轮机联接件，以保护齿轮箱轴承免于因扭转反向而受损。
本发明另一方面提供在前向方向上在正常操作期间具有非常少的卷绕或扭转位移而在反向方向上具有显著的扭转卷绕和/或位移的风力涡轮机联接系统。
本发明另一方面提供很容易适应现有风力涡轮机联接件以增强操作和耐用性的风力涡轮机联接系统。
本发明另一方面在风力涡轮机系统中提供与扭转卷绕和/或位移并行的摩擦滑动能力。
本发明另一方面提供具有充分高的摩擦滑动能力以至于在正常操作期间存在很少或不存在滑动的风力涡轮机联接系统。
本发明另一方面提供在针对全额定转矩的启动期间和关闭期间具有少量摩擦滑动的风力涡轮机联接系统。
本发明另一方面提供在转矩反向期间具有充分的摩擦滑动以吸收可能以另外方式在齿轮箱轴承中引发轴向断裂的冲击负荷的损坏能量的风力涡轮机联接件。
本发明另一方面提供在将涡轮机重新启动到全转矩时将其自身自动重设至前向操作位置的风力涡轮机联接件。
本发明另一方面提供具有对称设计的风力涡轮机联接件，该联接件能够以上述非对称方式操作以使得该装置可用于风力涡轮机发电机的顺时针和逆时针前向操作二者。
本发明的各个实施方案的前述和其他方面(单独或组合地获得)是通过风力涡轮机发电系统的改进来实现的，该发电系统包括连接至具有高速输出轴的增速齿轮箱的风力涡轮机和具有输入轴的发电机，所述改进包括：联接系统使所述输出轴与所述输入轴互连，所述联接系统使得其转矩路径的一部分在扭转卷绕和位移部件的至少一者与扭转阻尼部件之间分开。扭转阻尼部件可为在前向方向上设置为额定涡轮机转矩的至少10％的摩擦滑动部件。类似地，反向驱动方向上的摩擦滑动设置可等于额定涡轮机转矩的至少10％。对于发电机以1000rpm或更大操作的涡轮机来说以及对于具有在1至5度/100rpm范围内的较低发电机速度的涡轮机来说，反向方向上的扭转旋转位移运动选自由至少10度或更大组成的组。可在联接系统中在压力板与端板之间提供零后冲连接。
在针对发电机速度超过1000rpm的本发明的优选实施方案中，并行的卷绕和摩擦滑动位于发电机轴上并且为了改造的便利性和安全性而提供适配器板以配合涡轮机的现有挠性联接件。根据本发明，旋转运动的一部分为在前向或反向上无扭转卷绕情况下的摩擦滑动并且其中仅摩擦滑动部分为至少10度。可以设想的是，在超出前向方向上的转矩阈值后提供硬停止，并且可以设想，所述阈值高于额定涡轮机转矩的120％。
联接系统的扭转运动在操作期间具有非对称动作，以使得接合死区的唯一时间是在超过摩擦滑动阈值的转矩反向期间。尤其优选的是，非对称动作自动发生并且摩擦滑动设置高于额定涡轮机转矩的20％，但小于额定涡轮机转矩的100％。摩擦滑动和卷绕元件的设计是优选对称的，以允许用在风力涡轮机上，这些风力涡轮机具有可在正常前向旋转中在顺时针方向或逆时针方向上驱动发电机的齿轮箱设计。
在操作中，联接系统的设计是对称的而其对转矩反向的响应是非对称的，其中在轴旋转方向上的滑动能力延长，并且滑动转矩设置是充分高的以仅仅在瞬时扭转事件期间发生，这些瞬时扭转事件通常包括转矩反向和瞬时转矩事件。对于超过1000rpm的发电机速度来说，正常启动和关闭期间的扭转运动通常小于10度，而瞬时转矩反向期间的扭转运动超过10度。虽然扭转弹簧对于卷绕动作来说是优选的，但应当设想的是，可将扭转弹簧更换为处于剪切状态的弹性体材料、处于压缩状态的弹性体材料、处于压缩状态的金属弹簧、处于弯曲状态的金属弹簧以及气体弹簧。无论如何都希望相同的扭转卷绕部件在前向方向以及反向方向上提供卷绕。
本发明还考虑到在风力涡轮机驱动系统中提供扭转阻尼以减小转矩反向的幅度和快度并且减轻所产生的针对驱动系统部件的有破坏性的冲击负荷的方法，所述方法包括：检测超过第一预设阈值的驱动系统转矩反向；使扭转卷绕能量消散在驱动系统中，同时使所述反向转矩维持处于所述第一预设阈值；检测超过第二预设阈值的正转矩；以及使涡轮机驱动系统回到前向操作。驱动系统在前向方向上操作，发电而不会影响该系统的基本前向扭转特征，同时在反向方向上提供扭转阻尼，并且将参考的第一阈值设置为在发电机的额定功率下小于涡轮机转矩的100％。再次，通过摩擦滑动自动实现转矩反向检测并且消散扭转卷绕，这有效地减小了反向转矩的幅度并且使转矩反向幅度增大的速度减缓。
在本发明的某些实施方案中，第一和第二预设阈值相同并且摩擦滑动动作是与在正常前向操作期间偏转的扭转弹簧并行提供的，以使得涡轮机发电机驱动系统中的转矩负荷由摩擦滑动和弹簧偏转共享。摩擦滑动为驱动系统部件的卷绕和展开提供滞后阻尼，对于转矩反向期间的扭转位移运动的至少一部分来说，扭转弹簧优选具有零转矩负荷死区，并且其中在死区运动结束时发生附加的反向扭转偏转弹簧动作。提供了附加的反向扭转弹簧动作，该附加的反向扭转弹簧动作是与前向扭转弹簧动作对称的，因而实现单元的双向操作。
本发明还考虑到通过扭转阻尼改造风力涡轮机发电机以减小转矩反向的幅度和快度的方法，所述方法包括：移除发电机轴上的联接毂；安装新的联接毂，允许风力涡轮机发电机驱动系统在前向方向上操作，发电而不会影响该系统的基本前向扭转特征，同时通过以下方法在反向方向上提供扭转阻尼：检测超过预设阈值的驱动系统转矩反向；使扭转卷绕能量消散在该系统中，同时使反向转矩维持处于预设阈值；检测正转矩；以及使涡轮机驱动系统返回到前向操作；以及选择并安装适配器板以配合现有的联接间隔件。
附图说明
为了完全理解本发明的各个方面、结构和操作，可以参照以下的详细描述和附图，附图中：
图1是介于齿轮箱与发电机之间的尤其适于改进现有联接系统的风力涡轮机联接系统的功能示意图；
图2是本发明的额定转矩百分比对位移角的驱动联接转矩的曲线图相对于其所更换的典型现有联接毂的扭转刚度的曲线图，该扭转刚度在正常操作期间通过竖直点划线所指示；
图3是与图2所示相同的转矩对位移角的曲线图，但示出了转矩反向和涡轮机重启期间的转矩和位移，现有联接系统的扭转刚度和零后冲用点划线示出；
图4是与图2和3所示相同但在涡轮机在与前向方向相反的方向上转动(例如，逆时针对顺时针)情况下的转矩对位移角的曲线图，展示了具有非对称性质的对称设计；
图5是适于实现该系统的联接件的横截面图；
图6是示出了提供扭转偏转的压缩弹簧之一的联接件的横截面图；
图7是本发明的联接件的截面图，示出了用于扭转偏转的压缩弹簧，以及用于摩擦板中的转矩螺栓的狭槽，以及用于控制摩擦元件上的力的蝶形弹簧；
图8是输入毂的视图，示出了用于转矩螺栓的孔以及用于允许扭转卷绕压缩弹簧在无压缩情况下旋转行进的狭槽，其中弹簧狭槽的端部使得能够在每次行进结束时压缩扭转卷绕弹簧；
图9是端板的视图，示出了转矩螺栓孔，以及用于使扭转卷绕弹簧运动和压缩的狭槽和用于蝶形弹簧的凹陷；
图10示出了摩擦板，该摩擦板具有粘结摩擦材料和用于压缩型弹簧的开口，该弹簧用于扭转卷绕，以及用于允许转矩螺栓相对于摩擦板旋转地转移的狭槽；以及
图11是利用零后冲驱动器配合到端板中以在两者之间转移转矩的压力板。
具体实施方式
现在参照附图，更具体来说参照图1，可以看出，根据现有技术制成的介于齿轮箱输出轴与发电机输入轴之间的风力涡轮机联接系统通常用数字10表示。该系统包括通过间隔联接件14联接至发电机19的齿轮箱12。本发明16取代发电机轴上现有的联接毂并且适应现有联接系统的间隔件。附图说明性地示出与扭转偏转和/或位移能力18并行的摩擦滑动能力17。
参照图2，可以理解与本发明的优选实施方案的扭转性能相比，现有风力涡轮机联接毂的扭转性能。现有联接毂通过扭转刚度和零后冲来表征，其中如通过近似竖直的点划线所示几乎不存在有用的扭转卷绕或角位移。相比之下，优选实施方案具有有用水平的扭转卷绕(转矩随角位移增大)和/或一些显著的扭转位移。与扭转卷绕和/或位移平行的是摩擦滑动能力，所述摩擦滑动能力优选被设置成允许在启动和关闭期间进行一些轻微的扭转位移。额定涡轮机转矩的40％的滑动设置示出为允许在启动和关闭期间进行这种轻微的摩擦滑动，并因而使得摩擦界面保持处于最佳条件。图2还示出有可能发生大的角位移，但其不会变得有效直到出现转矩反向，如图3所示。本领域技术人员可以了解，远远超过额定涡轮机转矩的50％的摩擦滑动设置可以防止在前向方向上的滑动。所述摩擦滑动设置仍然可能会在扭转反向模式下起作用，所述扭转反向模式是典型现代涡轮机中的偶发事件，因此必须很好地保护摩擦界面使其免受腐蚀和其他摩擦界面变化的影响，所述变化可引起粘附/滑动性能或在其静态转矩滑动释放设置下的不希望的增加。
图3示出在超出摩擦转矩设置阈值的转矩反向期间的优选实施方案的性能。这示出了提供大量角位移或后冲以及与摩擦滑动能力并行作用的扭转卷绕能力的效应。转矩反向已知会导致在齿轮箱轴承上形成负荷区反向，这导致滚轮冲击轴承滚道。这可能会导致轴承座圈破裂和失效。通过显著角位移的设计，摩擦滑动可以吸收可能会导致轴承损坏的冲击能量的大多数或全部。大多数转矩反向在严重的停止事件期间发生。图3表明，一旦重新启动涡轮机，当系统中的前向转矩超过摩擦滑动阈值时，优选实施方案即自动滑动回到正常操作。在反向角位移结束时，优选实施方案还具有扭转卷绕能力。如果所设计的角位移的量不足以充分吸收转矩反向能量，那么这提供了缓冲。某些硬停止还可被设计来限制扭转卷绕并且保护扭转卷绕弹簧免于受损。
图4示出以反向方式提供扭转卷绕能力的另一个原因：设计的对称性。图4也与图2和3相同，但示出了将扭转卷绕能力设计到反向方向上的另一个优点：所述设计变成对称的以使得该单元可同样地操作，而不管发电机的正常旋转方向是顺时针的还是逆时针的。这消除了将用于相同尺寸的风力涡轮机的两个不同单元制造和存货的需要，该风力涡轮机在发电机上具有不同的旋转方向。
现在参照图5，从示出了优选实施方案的细节的截面图中可以理解本发明。适配器20使联接间隔件14连接至输入毂22。转矩螺栓24使端板26以通过螺栓间隔件25控制的间距夹持至输入毂22。端板26使得在压力板28上提供必需力的蝶形弹簧32保持抵靠在摩擦材料30上以控制滑动转矩设置。使该摩擦材料附着至摩擦板34，该摩擦板通过螺栓38固定值输出毂40。轴承36维持输入与输出的同心性。“缩紧盘”轴锁紧装置42使输出夹持至发电机轴。
图6是与图5类似的截面图，示出了提供用于扭转卷绕的装置的多个压缩弹簧50之一。图7是示出了利用转矩螺栓24压缩在正常操作位置中的压缩弹簧50之一的示意性端视图，这些转矩螺栓位于狭槽52在摩擦板34中的行程末端附近。这些狭槽末端提供了针对转矩螺栓的硬停止，以保护压缩弹簧免于过分拉紧。还示出了多个蝶形弹簧32。这些蝶形弹簧为摩擦表面30上的特有滑动转矩提供了必要的轴向力。
图8示出了具有用于容纳转矩螺栓24的孔58的输入毂22的细节。狭槽54为压缩弹簧50提供了间隙，以使得当通过蝶形弹簧32所设置的摩擦转矩阈值被超过时，能够在输入与输出之间进行旋转运动。狭槽末端56在角位移的极端接触压缩弹簧50以在扭转位移的每个末端提供所需的扭转卷绕能力。
图9是端板26的视图，该端板示出了与狭槽54匹配的狭槽60，用于相对于压缩弹簧进行旋转运动。还示出了类似的狭槽末端。还示出了用于碟形弹簧的凹陷62。
图10是摩擦板34的视图，该摩擦板示出了用于使转矩螺栓进行相对运动的狭槽66和用于包含压缩弹簧50的开口68。
图11是具有翼片70的压力板28的视图，这些翼片示出为将转矩带到端板的装置。
可以设想的是，各种实施方案通常具有扭转卷绕和扭转位移的组合，对于具有以1000rpm或更大运行的发电机的典型涡轮机来说，其将超过10度并且优选为大约20至60度或更大。对于具有较低发电机速度的涡轮机来说，所需的扭转位移将较低，在1至5度/100rpm的范围内。
还可以设想的是，各种实施方案通常具有超过涡轮机转矩的10％的摩擦转矩设置，以使得正常的涡轮机转矩波动不会引起不必要的滑动和磨损。该摩擦转矩设置优选在20％至50％的范围内，但也可以超过50％。最优选的设置为30％至45％，以便在正常的启动和关闭期间提供少量的滑动。这使得摩擦界面在可能损坏轴承的偶发转矩反向事件期间处于其最佳性能。
因此，可以看出，本发明的各个方面已经通过上文提出和描述的结构得到满足。虽然依照专利法，这里只列出了本发明的最佳已知的和优选的实施方案并进行详细描述，但本发明并不限于此。因此，要理解本发明的真正范围和广度，应当参照随附权利要求。
Claims (33)
1.一种风力涡轮机发电系统，其包括：
连接至具有高速输出轴的增速齿轮箱的风力涡轮机和具有输入轴的发电机；
使所述输出轴与所述输入轴互连的联接系统，所述联接系统使其转矩路径的一部分在扭转卷绕和位移部件中的至少一者与扭转阻尼部件之间分开，所述阻尼部件为在前向方向上设置为额定涡轮机转矩的至少10％的摩擦滑动部件，并且对于发电机以1000rpm或更大操作的涡轮机来说以及对于具有在1至5度/100rpm范围内的较低发电机速度的涡轮机来说，反向方向上的扭转旋转位移运动选自由至少10度或更大组成的组；
其中所述反向方向上的摩擦滑动设置等于所述额定涡轮机转矩的至少10％；
所述联接系统的所述摩擦滑动部件在压力板与端板之间具有零后冲连接。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机发电系统，其中所述扭转卷绕和摩擦滑动部件位于所述发电机的所述输入轴上。
3.一种风力涡轮机发电系统，其包括：
连接至具有高速输出轴的增速齿轮箱的风力涡轮机和具有输入轴的发电机；
使所述输出轴与所述输入轴互连的联接系统，所述联接系统使其转矩路径的一部分在扭转卷绕和位移部件中的至少一者与扭转阻尼部件之间分开，所述阻尼部件为在前向方向上设置为额定涡轮机转矩的至少10％的摩擦滑动部件，并且对于发电机以1000rpm或更大操作的涡轮机来说以及对于具有在1至5度/100rpm范围内的较低发电机速度的涡轮机来说，反向方向上的扭转旋转位移运动选自由至少10度或更大组成的组；
其中为了改造的便利性和安全性而提供适配器板以配合所述涡轮机的现有挠性联接件。
4.一种风力涡轮机发电系统，其包括：
连接至具有高速输出轴的增速齿轮箱的风力涡轮机和具有输入轴的发电机；
使所述输出轴与所述输入轴互连的联接系统，所述联接系统使其转矩路径的一部分在扭转卷绕和位移部件中的至少一者与扭转阻尼部件之间分开，所述阻尼部件为在前向方向上设置为额定涡轮机转矩的至少10％的摩擦滑动部件，并且对于发电机以1000rpm或更大操作的涡轮机来说以及对于具有在1至5度/100rpm范围内的较低发电机速度的涡轮机来说，反向方向上的扭转旋转位移运动选自由至少10度或更大组成的组；
其中所述扭转旋转位移运动的一部分为在前向或反向上无扭转卷绕情况下的摩擦滑动；以及
对于以1000rpm或更大操作的发电机来说以及对于具有至少1度/100rpm的较低发电机速度的涡轮机来说，仅摩擦滑动部分为至少10度。
5.一种风力涡轮机发电系统，其包括：
具有高速输出轴的增速齿轮箱的风力涡轮机和具有输入轴的发电机；
使所述输出轴与所述输入轴互连的联接系统，所述联接系统使其转矩路径的一部分在扭转卷绕和位移部件中的至少一者与扭转阻尼部件之间分开，所述阻尼部件为在前向方向上设置为额定涡轮机转矩的至少10％的摩擦滑动部件，并且对于发电机以1000rpm或更大操作的涡轮机来说以及对于具有在1至5度/100rpm范围内的较低发电机速度的涡轮机来说，反向方向上的扭转旋转位移运动选自由至少10度或更大组成的组；
其中在超出前向方向上的转矩阈值后存在硬停止。
6.根据权利要求5所述的风力涡轮机发电系统，其中所述转矩阈值高于额定涡轮机转矩的120％。
7.一种风力涡轮机发电系统，其包括：
具有高速输出轴的增速齿轮箱的风力涡轮机和具有输入轴的发电机；
使所述输出轴与所述输入轴互连的联接系统，所述联接系统使其转矩路径的一部分在扭转卷绕和位移部件中的至少一者与扭转阻尼部件之间分开，所述阻尼部件为在前向方向上设置为额定涡轮机转矩的至少10％的摩擦滑动部件，并且对于发电机以1000rpm或更大操作的涡轮机来说以及对于具有在1至5度/100rpm范围内的较低发电机速度的涡轮机来说，反向方向上的扭转旋转位移运动选自由至少10度或更大组成的组；
其中所述扭转旋转位移运动在操作期间具有非对称动作以使得接合零转矩死区扭转位移的唯一时间是在超过摩擦滑动阈值的转矩反向期间。
8.根据权利要求7所述的风力涡轮机发电系统，其中所述非对称动作是自动的。
9.根据权利要求7所述的风力涡轮机发电系统，其中所述摩擦滑动设置大于所述额定涡轮机转矩的20％并且小于100％。
10.根据权利要求7所述的风力涡轮机发电系统，其中所述摩擦滑动和所述扭转卷绕元件的设计是对称的以允许用在风力涡轮机上，所述风力涡轮机具有可以是顺时针也可以是逆时针前向旋转的齿轮箱设计。
11.一种风力涡轮机发电系统，其包括：
具有高速输出轴的增速齿轮箱的风力涡轮机和具有输入轴的发电机；
使所述输出轴与所述输入轴互连的联接系统，所述联接系统使其转矩路径的一部分在扭转卷绕和位移部件中的至少一者与扭转阻尼部件之间分开，所述阻尼部件为在前向方向上设置为额定涡轮机转矩的至少10％的摩擦滑动部件，并且对于发电机以1000rpm或更大操作的涡轮机来说以及对于具有在1至5度/100rpm范围内的较低发电机速度的涡轮机来说，反向方向上的扭转旋转位移运动选自由至少10度或更大组成的组；
其中所述联接系统的设计是对称的并且其对转矩反向的响应是非对称的，其中在轴旋转的任一方向上的滑动能力延长。
12.一种风力涡轮机发电系统，其包括：
连接至具有高速输出轴的增速齿轮箱的风力涡轮机和具有输入轴的发电机；
使所述输出轴与所述输入轴互连的联接系统，所述联接系统使其转矩路径的一部分在扭转卷绕和位移部件中的至少一者与扭转阻尼部件之间分开，所述阻尼部件为在前向方向上设置为额定涡轮机转矩的至少10％的摩擦滑动部件，并且对于发电机以1000rpm或更大操作的涡轮机来说以及对于具有在1至5度/100rpm范围内的较低发电机速度的涡轮机来说，反向方向上的扭转旋转位移运动选自由至少10度或更大组成的组；
其中滑动转矩设置是充分高的以仅仅在瞬时转矩事件期间发生；
其中所述瞬时转矩事件包括转矩反向、关闭和启动以及从所述瞬时转矩事件恢复；
并且其中正常启动和关闭期间的扭转运动小于10度。
13.根据权利要求12所述的风力涡轮机发电系统，其中瞬时的所述转矩反向期间的超过所述摩擦滑动设置的扭转运动大于10度。
14.一种风力涡轮机发电系统，其包括：
连接至具有高速输出轴的增速齿轮箱的风力涡轮机和具有输入轴的发电机；
使所述输出轴与所述输入轴互连的联接系统，所述联接系统使其转矩路径的一部分在扭转卷绕和位移部件中的至少一者与扭转阻尼部件之间分开，所述阻尼部件为在前向方向上设置为额定涡轮机转矩的至少10％的摩擦滑动部件，并且对于发电机以1000rpm或更大操作的涡轮机来说以及对于具有在1至5度/100rpm范围内的较低发电机速度的涡轮机来说，反向方向上的扭转旋转位移运动选自由至少10度或更大组成的组；
其中所述扭转卷绕部件使用选自由以下组成的组的元件中的至少一者：处于剪切状态的弹性体材料、处于压缩状态的弹性体材料、处于压缩状态的金属弹簧、处于弯曲状态的金属弹簧以及气体弹簧。
15.根据权利要求14所述的风力涡轮机发电系统，其中相同的扭转卷绕部件在前向方向以及反向方向上提供卷绕。
16.一种在风力涡轮机驱动系统中提供扭转阻尼以减小转矩反向的幅度和快度并且减轻所产生的针对驱动系统部件的有破坏性的冲击负荷的方法，其中所述方法包括：
检测超过第一预设阈值的驱动系统转矩反向；使扭转卷绕能量消散在所述驱动系统中，同时使反向转矩维持处于所述第一预设阈值；
检测超过第二预设阈值的正转矩；以及
使所述涡轮机驱动系统返回到前向操作；
其中允许风力涡轮机发电机驱动系统在前向方向上操作，从而发电而不会影响所述系统的基本前向扭转特征，同时在反向方向上提供扭转阻尼。
17.根据权利要求16所述的方法，其中将所述第一预设阈值在所述发电机的额定功率下设置为小于涡轮机转矩的100％。
18.根据权利要求17所述的方法，其中通过摩擦滑动自动实现所述转矩反向检测并且消散扭转卷绕。
19.根据权利要求18所述的方法，其中扭转位移角足以导致所述摩擦滑动动作有效地减小反向转矩的幅度并且使所述转矩反向幅度增大的速度减缓。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述风力涡轮机发电机以大于1000rpm的速度操作并且成角度的扭转位移超过10度。
21.根据权利要求19所述的方法，其中所述风力涡轮机发电机在低于1000rpm的速度下操作并且成角度的扭转位移超过度/100rpm。
22.根据权利要求18所述的方法，其中将所述摩擦滑动阈值设置为介于额定涡轮机操作转矩的20％与80％之间。
23.根据权利要求20所述的方法，其中所述第一预设阈值和所述第二预设阈值相同。
24.根据权利要求18所述的方法，其中所述摩擦滑动动作与在正常前向操作期间偏转的扭转弹簧并行，以使得所述涡轮机发电机驱动系统中的转矩负荷由摩擦滑动和弹簧偏转共享。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述摩擦滑动为所述驱动系统部件的卷绕和展开提供滞后阻尼。
26.根据权利要求24所述的方法，其中对于转矩反向期间的扭转位移运动的至少一部分来说，所述扭转弹簧具有零转矩负荷死区。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述风力涡轮机发电机以大于1000rpm的速度操作并且所述扭转位移运动的所述零转矩负荷死区超过10度。
28.根据权利要求26所述的方法，其中所述风力涡轮机发电机以低于1000rpm的速度操作并且所述扭转位移运动的所述零转矩负荷死区超过1度/100rpm。
29.根据权利要求26所述的方法，其中在所述零转矩负荷死区的运动结束时发生附加的反向扭转弹簧动作。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述附加的反向扭转弹簧动作是与前向扭转弹簧动作对称的，因而实现双向操作。
31.根据权利要求30所述的方法，其中对于发电机操作速度超过1000rpm的风力涡轮机来说，总的扭转弹簧偏转和所述零转矩负荷死区超过10度。
32.根据权利要求30所述的方法，其中对于发电机操作速度低于1000 rpm的风力涡轮机来说，总的扭转弹簧偏转和所述零转矩负荷死区超过1度/100rpm。
33.一种通过扭转阻尼改造风力涡轮机发电机以减小转矩反向的幅度和快度的方法，其中所述方法包括：
移除发电机轴上的联接毂；
安装新的联接毂，允许所述风力涡轮机发电机驱动系统在前向方向上操作，发电而不会影响所述系统的基本前向扭转特征，同时通过以下方法在反向方向上提供扭转阻尼：检测超过预设阈值的驱动系统转矩反向；使扭转卷绕能量消散在所述系统中，同时使所述转矩反向维持处于所述预设阈值；检测正转矩；以及使所述风力涡轮机发电机驱动系统返回到前向操作；以及
选择并安装适配器板以配合现有的联接间隔件。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: Ohio, USA Applicant after: PT TECH, Inc. Address before: Ohio, USA Applicant before: Timken holding Co. |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20180705 Address after: Ohio, USA Applicant after: Timken holding Co. Address before: Ohio, USA Applicant before: AEROTORQUE Corp. |
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| GR01 | Patent grant | ||
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