CN106838034A - 一种水平轴海流能发电机用联轴器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有过载保护的水平轴海流能发电机用联轴器，包括输入法兰、传动法兰、传动轴、花键套、密封套一、密封套二、弹性部件、绝缘法兰及输出法兰，所述输出法兰与绝缘法兰之间设有过载保护装置。本发明的联轴器，变速箱的输出轴与联轴器的传动轴之间可允许一定的安装角度，足以补偿因振动、冲击引起的径向位移和角位移；花键啮合处形成润滑腔，对花键的啮合部长期进行润滑，防止花键的啮合部位产生磨损；弹性部件可以有效防止花键套产生轴向的窜动，避免花键的啮合部位产生偏磨；绝缘轴可以防止发电机端的寄生电流流向变速箱，当系统产生的扭矩过大时，绝缘法兰与输出法兰之间的过载保护装置使扭矩传输中断，起到对发电机组的保护作用。

Description

一种水平轴海流能发电机用联轴器

技术领域

本发明涉及海流能发电技术领域，具体涉及一种具有过载保护的水平轴海流能发电机用联轴器。

背景技术

随着传统不可再生能源的日益消耗，能源危机日益加重，可再生能源的开发备受青睐。在可再生能源领域中，海流能是一种清洁可再生能源，我国海流能储量丰富，其开发利用潜力巨大。相对波浪而言，海流能的变化平稳且有规律，具有能量密度大，规律性强，蕴藏量大等优点。和波浪能相比海流能发电的发展较为成熟，并具规模开发条件和商业化发展前景。

水平轴海流能发电机由于安装在海水中，安装和拆卸一次成本巨大，所以需要有免维护的功能，要求各零部件具有使用寿命长、可靠性高的特性，一般需要各零部件具备20年的使用寿命。

水平轴海流能发电机由于在海水中工作，所以密封显得特别重要，发电机形状一般为圆柱形，分级安装；安装和维护时人员一般不能进入，所以机组安装方式不同于一般的发电机组。

通常，一台海流能发电机内含一台联轴器用于联接齿轮箱高速轴与发电机主轴，海流能发电机组对联轴器的要求比较苛刻。海流能发电机组的联轴器要求在高速、重载条件下调整传动装置轴系扭转振动特性，补偿因振动、冲击引起的主、从动轴向、径向和角位移，吸收轴系因外部负载的波动而产生的额外能量，并不间断传递扭矩和运动。同时具有扭矩限制功能，当机组发生短路或过载时，联轴器上的扭矩超过了设定的扭矩，扭矩限制器便会产生分离，当过载情形消失后自行恢复联结，从而有效防止了机械损坏和昂贵的停机损失。海流能发电过程中电机的电机磁场不对称，由于安装及电机本身质量的原因引起电机磁场不对称，磁极分布不均匀误差，以及发生故障时，会产生寄生电流；电流通过联轴器传到齿轮箱会烧伤轴承和齿轮，减小齿轮箱的轴承和齿轮的使用寿命，因此联轴器的绝缘性能也是海流能发电联轴器的一个重要指标。为了防止寄生电流通过联轴器从发电机转子流向齿轮箱和主轴部件，要求联轴器的阻抗大于100MΩ，并能承受2KV电压。

现有的海流能发电系统中通常使用的联轴器主要是膜片联轴器和鼓齿形联轴器以及梅花联轴器。

普通膜片联轴器具有补偿不对中的能力强，传动效率高，能适应温差变化大等恶劣环境，并且能在冲击震动的条件下安全运行，结构简单，体积小重量轻，拆卸方便，并且能够准确的传递转速等优点。但是，普通膜片联轴器并不具有绝缘和过载保护功能，而且由于水平轴海流能发电机结构特殊，普通膜片联轴器没法安装，因为装配时处于封闭的环境，人不能进入机组。长期运行时，膜片会产生微动损伤，会缩短使用寿命。

鼓齿形联轴器径向尺寸小，承载能力大，可允许一定的角位移，适用于重载的传动，但是该联轴器也不具备绝缘和过载保护功能，并且没法安装，因为装配时处于封闭的环境，人不能进入机组。如果去掉花键润滑，联轴器的寿命就会降低，同时，由于轴的串动花键会产生微动损伤，会缩短使用寿命。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适用于水平轴海流能发电机的联轴器，该联轴器的安装角度可调，具有寿命长、绝缘、过载保护、缓冲等特性。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：一种水平轴海流能发电机用联轴器，至少包括：

输入法兰；

传动法兰，所述传动法兰的一端与输入法兰固定连接，另一端连接有外花键一；

传动轴，所述传动轴与传动法兰连接的一端连接有外花键二；

花键套，所述花键套内设有分别与外花键一和外花键二匹配连接的内花键；

密封套一，所述密封套一内部为阶梯孔，其中小直径孔套设于传动法兰上，大直径孔套设于花键套上，所述密封套一的内表面分别与传动法兰和花键套的外表面之间密封连接；

密封套二，所述密封套二内部为阶梯孔，其中小直径孔套设于传动轴上，大直径孔套设于花键套上，所述密封套二的内表面分别与传动轴和花键套的外表面之间密封连接，所述花键套的内壁、外花键一的外壁、外花键二的外壁、密封套一的阶梯面、密封套二的阶梯面、传动法兰的端面以及传动轴的端面共同围合形成润滑腔；

弹性部件，所述花键套与密封套一、密封套二之间分别设有沿传动轴的轴向压缩且相互平衡的弹性部件；

绝缘法兰，所述绝缘法兰与传动轴之间设有绝缘轴；

输出法兰，所述输出法兰与绝缘法兰之间设有过载保护装置。

一种优选的实施例，所述过载保护装置包括环状的过载保护压板，所述过载保护压板套设于输出法兰上并与绝缘法兰的法兰盘固定连接，所述输出法兰的法兰盘位于绝缘法兰的法兰盘与过载保护压板之间，所述输出法兰的法兰盘两侧设有摩擦片并分别与绝缘法兰的法兰盘、过载保护压板摩擦连接。

一种优选的实施例，所述过载保护压板与绝缘法兰的法兰盘之间通过螺栓与螺母固定连接，所述螺母与过载压板之间设有弹性垫圈。

一种优选的实施例，所述过载保护装置包括过载法兰和轴承法兰，所述过载法兰的法兰盘与绝缘法兰固定连接，所述轴承法兰的法兰盘与输出法兰固定连接，所述过载法兰的内壁与轴承法兰的外壁之间设有至少两圈轴承钢球。

一种优选的实施例，所述过载法兰靠近轴承法兰的一侧端面上沿圆周方向均布设有若干V型槽，所述V型槽中设有扭矩保护钢球；所述轴承法兰上设有环状凸台，所述环状凸台与轴承法兰的法兰盘之间设有环形腔，所述环状凸台设有与V型槽一一对应并容纳扭矩保护钢球轴向穿过的通槽，所述环形腔内设有与扭矩保护钢球对应的弹性结构。

一种优选的实施例，所述弹性结构包括与过载法兰固定连接的套筒及由套筒的端面径向延伸至环形腔内的弹性片。

一种优选的实施例，所述套筒与过载法兰螺纹连接。

一种优选的实施例，所述绝缘轴的两端与传动轴和绝缘法兰连接的端面均为锥形面。

一种优选的实施例，所述绝缘轴与传动轴和绝缘法兰之间的连接面上均穿设有若干螺钉。

本实施例的水平轴海流能发电机用联轴器，应用于水平轴海流能发电机组，其优势在于：

（1）外花键一、外花键二为鼓形齿，与花键套的内花键之间的尺侧间隙较齿轮传动大，允许产生一定的角位移，即变速箱的输出轴与联轴器的传动轴之间可允许一定的安装角度，足以补偿因振动、冲击引起的径向位移和角位移，更加适应海底多变的外部环境；

（2）花键套的内壁、外花键一的外壁、外花键二的外壁、密封套一的阶梯面、密封套二的阶梯面、传动法兰的端面以及传动轴的端面共同围合形成润滑腔，润滑腔中添加长寿命的润滑剂，对花键的啮合部长期进行润滑，防止花键的啮合部位产生磨损，从而提升使用寿命；

（3）花键套与密封套一、密封套二之间分别设有沿传动轴的轴向压缩且相互平衡的弹性部件，可以有效防止花键套产生轴向的窜动，避免花键的啮合部位产生偏磨，从而提升使用寿命；

（4）传动法兰与传动轴之间通过花键联接，由于花键联接为非刚性连接，对变速箱端的震动和冲击起到一定的缓冲作用；

（5）传动轴与绝缘法兰之间设置绝缘轴，防止发电机端的寄生电流流向变速箱，从而有效保证变速箱的使用寿命；

（6）当系统产生的扭矩过大时，绝缘法兰与输出法兰之间的过载保护装置使扭矩传输中断，起到对发电机组的保护作用，从而延长发电机组的使用寿命。

附图说明

图1为一种水平轴海流能发电机组的连接示意图；

图2为实施例一的水平轴海流能发电机用联轴器的结构示意图；

图3为图2所示A部的局部放大示意图；

图4为实施例二的水平轴海流能发电机用联轴器的结构示意图；

图5为实施例三的水平轴海流能发电机用联轴器的结构示意图；

图6为实施例三中过载法兰的结构示意图；

图7为实施例三中轴承法兰的剖视结构示意图；

图8为实施例三中轴承法兰的侧视图；

图9为实施例三中弹性结构的结构示意图；

图10为实施例四的水平轴海流能发电机用联轴器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语 “上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1所示为水平轴海流能发电机组的连接示意图，机架6上固定安装箱体5，箱体内依次连接有变速箱2、联轴器3和发电机4，其中联轴器3用于将变速箱2和发电机4连接在一起，变速箱2的输入轴7延伸至箱体5的外部，输入轴的自由端连接叶片1。发电原理为，通过海水的流动带动叶片1旋转，叶片1的旋转产生的扭矩依次通过变速箱和联轴器传递至发电机，由发电机产生电流。下面将重点对联轴器的结构进行详细介绍。

实施例一

本实施例的水平轴海流能发电机用联轴器，如图2、图3所示，输入法兰10的一端与变速箱2的输出端固定连接，另一端与传动法兰30固定连接，其中输入法兰10上连接有刹车盘20。传动法兰30的另一端与传动轴40通过花键联接，下面详细介绍花键联接结构。

其中传动法兰30靠近传动轴40的一端固定连接有外花键一81，传动轴40与传动法兰30连接的一端连接有外花键二86，作为优选，外花键一81与传动法兰30之间、外花键二86与传动轴40之间均过盈连接，并通过平键82传递扭矩。本实施例中，外花键一81和外花键二86通过花键套80连接在一起。花键套80内设有分别与外花键一81和外花键二86匹配连接的内花键，需要说明的是，外花键一81和外花键二86为鼓形齿，分别与外花键一81和外花键二86匹配连接的内花键之间具有齿侧间隙，用于补偿因振动、冲击引起的轴向位移。

本实施例中，还包括密封套一70，该密封套一70内部为阶梯孔，其中小直径孔套设于传动法兰30上，大直径孔套设于花键套80上。其中大直径孔的内表面与花键套80的内表面之间设有密封圈74，小直径孔的内表面与传动法兰30外表面之间设有密封圈74，从而实现密封连接。作为优选，密封圈74为O型密封圈。作为优选，密封套一70的小直径孔的内壁上设有环形的减重槽72，该减重槽7的两侧均通过密封圈74密封。

对应地，还包括密封套二71，该密封套二71内部为阶梯孔，其中小直径孔套设于传动轴上，大直径孔套设于花键套上，所述密封套二的内表面分别与传动轴和花键套的外表面之间密封连接。本实施例中，所述花键套的内壁、外花键一的外壁、外花键二的外壁、密封套一的阶梯面、密封套二的阶梯面、传动法兰的端面以及传动轴的端面共同围合形成润滑腔83。通常，由于传动法兰和传动轴为空心件，需要在传动法兰和传动轴相对的端面处塞入闷塞73，以保证润滑腔83的密封性。该润滑腔内添加长寿命的润滑剂，通常要求可以使用20年的润滑剂，以对花键的啮合部长期进行润滑，减小花键的啮合部位磨损，从而提升联轴器的使用寿命。作为优选，密封套二71的小直径孔的内壁上设有环形的减重槽72。

作为本实施例的特别之处，花键套80与密封套一70、密封套二71之间分别设有沿传动轴的轴向压缩且相互平衡的弹性部件。一种优选的结构，花键套80的中部径向向外延伸有环状的凸台，该凸台两侧的端面分别与密封套一70、密封套二71的端面相对。其中凸台两侧的端面上沿圆周方向均布设有至少两组盲孔84，每组盲孔84包括相互对称且分别面向密封套一70、密封套二71的盲孔。盲孔内放置压缩弹簧85，压缩弹簧85的自由端分别与密封套一70、密封套二71的端面接触，用于提供预紧力，防止花键套产生轴向的窜动，即使在震动与冲击作用下产生了一定的轴向窜动，由于相互对称压缩弹簧的平衡作用，可以使花键套的窜动恢复。

为了防止发电机端的寄生电流传递至变速箱损坏变速箱内的齿轮与轴承等零部件，本实施例中在绝缘法兰50与传动轴40之间设有由有机非金属绝缘材料制成的绝缘轴41。其中绝缘轴41的两端与传动轴和绝缘法兰连接的端面均为锥形面，锥形面可以增大连接处的表面积，使得连接强度更高。为了进一步增加连接的强度，绝缘轴41与传动轴40和绝缘法兰50之间的连接面上均穿设有若干螺钉42。

当系统产生较大的扭矩时，为了防止大扭矩对发电机造成损坏，在输出法兰60与绝缘法兰50之间设有过载保护装置。本实施例中，过载保护装置包括环状的过载保护压板51，该过载保护压板51套设于输出法兰60上并与绝缘法兰50的法兰盘固定连接。其中输出法兰60的法兰盘位于绝缘法兰50的法兰盘与过载保护压板51之间，输出法兰60的法兰盘两侧设有摩擦片52并分别与绝缘法兰的法兰盘、过载保护压板51摩擦连接。绝缘法兰端传递传递过来的扭矩通过摩擦片的摩擦传递至输出法兰，进一步传递至发电机。当绝缘法兰端传递过来的扭矩过大时，摩擦片52与绝缘法兰的法兰盘、过载保护压板51的表面会产生打滑现象，使得扭矩传输中断，从而保护发电机组避免因大扭矩而受损坏。需要说明的是，该摩擦片的动、静摩擦系数比较接近，避免过载打滑时产生较大的冲击。

一种优选的实施例，过载保护压板51与绝缘法兰50的法兰盘之间通过螺栓与螺母固定连接，所述螺母与过载压板之间设有弹性垫圈53。当摩擦片52产生磨损时，弹性垫圈53会进行位移补偿，并且弹性垫圈53还用于标定过载压板对摩擦片的压力，从而标定过载扭矩，保证连接的可靠性，提升联轴器的使用寿命。

本实施例中，输入法兰10与输入轴（变速箱2的输出轴）之间过盈连接，并通过平键82传递扭矩。输出法兰60与输出轴（发电机4的输入轴）之间过盈连接，并通过平键82传递扭矩。

实施例二

本实施例的水平轴海流能发电机用联轴器的结构如图4所示，该实施例与实施例一的区别在于，输入法兰10与输入轴（变速箱2的输出轴）之间及输出法兰60与输出轴（发电机4的输入轴）之间的连接方式不同。由于过盈连接不便于拆卸，本实施例中，输入法兰10和输出法兰60的内壁设有锥形涨紧面，还包括与锥形涨紧面匹配的涨紧套11，该涨紧套11具有一定的弹性，涨紧套11的外壁为与锥形涨紧面匹配的内锥面，涨紧套11的端盖与输入法兰10或输出法兰60的端面之间通过轴向旋紧的螺钉连接，并可通过螺钉的旋紧程度控制法兰与轴的连接强度。该结构与平键传递扭矩的连接方式相比，拆卸更加方便，且连接更加可靠。

实施例三

图5所示为本实施例联轴器的结构示意图，本实施例与实施例一的区别在于，过载保护装置的结构不同。

本实施例中，所述过载保护装置包括过载法兰90和轴承法兰100，其中过载法兰90的法兰盘与绝缘法兰50固定连接，轴承法兰100的法兰盘与输出法兰60固定连接。本实施例中，过载法兰90的内壁与轴承法兰100的外壁之间设有至少两圈轴承钢球94。作为优选，如图6所示，过载法兰90的内壁设有两圈内沟道91，如图6所示，轴承法兰100的外壁上对应设置两圈外沟道103，设置两圈轴承钢球94的目的在于，防止过载法兰90与轴承法兰100之间产生倾斜。

本实施例中，如图6所示，过载法兰90靠近轴承法兰100的一侧端面上沿圆周方向均布设有若干V型槽92，该V型槽92中设有扭矩保护钢球95。对应地，如图7、图8所示，轴承法兰100上设有环状凸台101，所述环状凸台101与轴承法兰的法兰盘之间设有环形腔104，所述环状凸台101上设有与V型槽92一一对应并容纳扭矩保护钢球95轴向穿过的通槽102，所述环形腔104内设有与扭矩保护钢球95对应的弹性结构。

一种优选的实施例，如图9所示，弹性结构包括与过载法兰螺纹固定连接的套筒111及由套筒的端面径向延伸至环形腔内的弹性片112。

本实施例中过载保护装置的原理如下，绝缘法兰将扭矩传递至过载法兰，过载法兰将扭矩通过扭矩保护钢球95传递至轴承法兰，进而由轴承法兰传递至输出法兰。如果系统产生的扭矩过大，则扭矩保护钢球95会从V型槽92滑出并挤压弹性片112，此时扭矩传递中断，防止发电机组因扭矩过大而损坏。扭矩恢复正常后，扭矩保护钢球95在弹性片112的回弹力作用下重新进入V型槽。其中弹性片112还用于标定对扭矩保护钢球95的压力，从而标定过载扭矩。

本实施例中，输入法兰10与输入轴（变速箱2的输出轴）之间过盈连接，并通过平键82传递扭矩。输出法兰60与输出轴（发电机4的输入轴）之间过盈连接，并通过平键82传递扭矩。

实施例四

本实施例的水平轴海流能发电机用联轴器的结构如图10所示，该实施例与实施例三的区别在于，输入法兰10与输入轴（变速箱2的输出轴）之间及输出法兰60与输出轴（发电机4的输入轴）之间的连接方式不同。由于过盈连接不便于拆卸，本实施例中，输入法兰10和输出法兰60的内壁设有锥形涨紧面，还包括与锥形涨紧面匹配的涨紧套11，该涨紧套11具有一定的弹性，涨紧套11的外壁为与锥形涨紧面匹配的内锥面，涨紧套11的端盖与输入法兰10或输出法兰60的端面之间通过轴向旋紧的螺钉连接，并可通过螺钉的旋紧程度控制法兰与轴的连接强度。该结构与平键传递扭矩的连接方式相比，拆卸更加方便，且连接更加可靠。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种水平轴海流能发电机用联轴器，其特征在于，至少包括：

输入法兰；

传动法兰，所述传动法兰的一端与输入法兰固定连接，另一端连接有外花键一；

传动轴，所述传动轴与传动法兰连接的一端连接有外花键二；

花键套，所述花键套内设有分别与外花键一和外花键二匹配连接的内花键；

密封套一，所述密封套一内部为阶梯孔，其中小直径孔套设于传动法兰上，大直径孔套设于花键套上，所述密封套一的内表面分别与传动法兰和花键套的外表面之间密封连接；

密封套二，所述密封套二内部为阶梯孔，其中小直径孔套设于传动轴上，大直径孔套设于花键套上，所述密封套二的内表面分别与传动轴和花键套的外表面之间密封连接，所述花键套的内壁、外花键一的外壁、外花键二的外壁、密封套一的阶梯面、密封套二的阶梯面、传动法兰的端面以及传动轴的端面共同围合形成润滑腔；

弹性部件，所述花键套与密封套一、密封套二之间分别设有沿传动轴的轴向压缩且相互平衡的弹性部件；

绝缘法兰，所述绝缘法兰与传动轴之间设有绝缘轴；

输出法兰，所述输出法兰与绝缘法兰之间设有过载保护装置。

2.按照权利要求1所述的联轴器，其特征在于，所述过载保护装置包括环状的过载保护压板，所述过载保护压板套设于输出法兰上并与绝缘法兰的法兰盘固定连接，所述输出法兰的法兰盘位于绝缘法兰的法兰盘与过载保护压板之间，所述输出法兰的法兰盘两侧设有摩擦片并分别与绝缘法兰的法兰盘、过载保护压板摩擦连接。

3.按照权利要求2所述的联轴器，其特征在于，所述过载保护压板与绝缘法兰的法兰盘之间通过螺栓与螺母固定连接，所述螺母与过载压板之间设有弹性垫圈。

4.按照权利要求1所述的联轴器，其特征在于，所述过载保护装置包括过载法兰和轴承法兰，所述过载法兰的法兰盘与绝缘法兰固定连接，所述轴承法兰的法兰盘与输出法兰固定连接，所述过载法兰的内壁与轴承法兰的外壁之间设有至少两圈轴承钢球。

5.按照权利要求4所述的联轴器，其特征在于，所述过载法兰靠近轴承法兰的一侧端面上沿圆周方向均布设有若干V型槽，所述V型槽中设有扭矩保护钢球；所述轴承法兰上设有环状凸台，所述环状凸台与轴承法兰的法兰盘之间设有环形腔，所述环状凸台设有与V型槽一一对应并容纳扭矩保护钢球轴向穿过的通槽，所述环形腔内设有与扭矩保护钢球对应的弹性结构。

6.按照权利要求5所述的联轴器，其特征在于，所述弹性结构包括与过载法兰固定连接的套筒及由套筒的端面径向延伸至环形腔内的弹性片。

7.按照权利要求6所述的联轴器，其特征在于，所述套筒与过载法兰螺纹连接。

8.按照权利要求1-7任一项所述的联轴器，其特征在于，所述绝缘轴的两端与传动轴和绝缘法兰连接的端面均为锥形面。

9.按照权利要求8所述的联轴器，其特征在于，所述绝缘轴与传动轴和绝缘法兰之间的连接面上均穿设有若干螺钉。