CN109424494B

CN109424494B - 用于风力涡轮机的轴

Info

Publication number: CN109424494B
Application number: CN201811026028.7A
Authority: CN
Inventors: E.莱马; C.米凯尔森
Original assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Priority date: 2017-09-04
Filing date: 2018-09-04
Publication date: 2021-10-12
Anticipated expiration: 2038-09-04
Also published as: US20190072080A1; EP3450743A1; DK3450743T3; US11009009B2; CN109424494A; EP3450743B1

Abstract

本发明涉及用于风力涡轮机的轴。具体公开了一种风力涡轮机（100），其包括能够围绕旋转轴线（Y）旋转的主轴（10）。所述主轴（10）包括：‑第一零件（11），其沿旋转轴线（Y）轴向延伸；‑至少一第二零件（12），其沿旋转轴线（Y）轴向延伸，所述第二零件（12）轴向地邻近于第一零件（11）；‑多个连接件（15），其用于将第二零件（12）固定到第一零件（11）。

Description

用于风力涡轮机的轴

技术领域

本发明涉及特别是用于风力涡轮机的具有大尺寸的轴。特别地但非排他地，本发明可有效应用于具有相当大尺寸的风力涡轮机的主轴。

背景技术

在风力涡轮机的技术领域中，部件正变得越来越大。特别地，这对于风力涡轮机的主轴来说是这样。

例如，已知建置用于如下所述风力涡轮机的主轴，所述风力涡轮机的长度可达到8米或8米以上，直径可达到4米或4米以上，且重量可达到近似80吨。

可通过铸造来制造风力涡轮机的主轴。然而，几乎不存在如下的制造商，他们可以铸造出超过上文指定的尺寸的单个物体。替代方法可以是通过锻造来制造轴，然而，这注定了成本高得多。

因此，仍然需要提供用于制造风力涡轮机的主轴的改进的设计和方法，它们在向轴提供所需规格的同时避免了上述不便，特别是就抗疲劳性与耐磨性来说。

发明内容

这种需求可由根据独立权利要求的主题来满足。本发明的有利实施例由从属权利要求来描述。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于风力涡轮机的主轴，所述主轴沿旋转轴线轴向延伸，所述主轴包括：

- 第一零件，其沿旋转轴线轴向延伸，

- 至少一第二零件，其沿旋转轴线轴向延伸，所述第二零件轴向地邻近于第一零件，

- 多个连接件，其用于将第二零件固定到第一零件。

根据本发明的第二方面，提供了一种风力涡轮机，其包括上述主轴。

根据本发明的第三方面，提供了一种制造用于风力涡轮机的主轴的方法，所述主轴沿旋转轴线轴向延伸，所述方法包括：

- 制造主轴的第一轴向延伸零件，

- 制造主轴的至少一第二轴向延伸零件，

- 通过多个连接件将第二零件固定到第一零件以使得第二零件沿旋转轴线轴向地邻近于第一零件。

有利地，轴被分成两个或更多个零件，这些零件借助于连接件联结在一起。每个零件更小并且可由多位制造商通过铸造方式来生产，而不涉及高的成本且因此解决了上文提到的问题。

特别地，根据本发明的实施例，多个连接件可包括应用于第一零件的第一凸缘和/或第二零件的第二凸缘的多个螺柱或多个螺钉或多个螺栓。

根据本发明的其他实施例，第一凸缘和第二凸缘中的一者相对于旋转轴线从相应的第一零件或第二零件的周向壁径向向外延伸，并且第一凸缘和第二凸缘中的另一者相对于旋转轴线从相应的第一零件或第二零件的周向壁径向向内延伸。特别地，至少一连接件可被提供在第一凸缘端和第二凸缘端中的一者与相应地第二零件或第一零件的周向壁之间。

有利地，此类类型的连接件提供了良好的抗疲劳性。

根据本发明的另外的实施例，主轴还包括：

- 至少一第三零件，其沿旋转轴线轴向延伸，所述第三零件轴向地邻近于第二零件，

- 多个连接件，其用于将第三零件固定到第二零件。

特别地，主轴的第一零件和第三零件可通过两个旋转轴承连接到风力涡轮机的机舱。

根据本发明的可能的实施例，主轴的第一零件和第三零件是锻造而成的，而中间的第二零件是铸造而成的。具有轴承在此处连接到主轴的锻造端提供了以下优点：

- 在锻造端处提供了使滑动轴承运转所需的表面硬度，这是铸铁在其纯铸铁的形式下所不能满足的，

- 可以以轴端零件的大小制造的铸铁结节（nodule）大小将不适合于使滑动轴承运转，

- 在锻造端处提供了密封运行表面所需的表面硬度，所述表面需要是硬质的以便实现轴上的耐磨性。

应注意，已参考不同的主题描述了本发明的实施例。特别地，已参考设备类型权利要求描述了一些实施例，而已参考方法类型权利要求描述了其他实施例。然而，本领域技术人员将从以上和以下描述中得知，除非其他声明，否则除了属于一种类型的主题的特征的任何组合以外，关于不同主题的特征之间（特别是设备类型权利要求的特征和方法类型权利要求的特征之间）的任何组合同样被视为由本申请公开。

本发明的上文限定的方面以及另外的方面从下文中将要描述的实施例的示例中是明显的，并且参考实施例的示例进行解释。将在下文中参考实施例的示例来更加详细地描述本发明，但是本发明并不限于所述实施例的示例。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的包括主轴的风力涡轮机。

图2示出了根据本发明的实施例的用于风力涡轮机的主轴的示意性纵向截面图。

图3示出了图2的细节III的放大图。

图4示出了根据本发明的另一个实施例的用于风力涡轮机的主轴的示意性纵向截面图。

具体实施方式

附图中的图示是示意性的。应注意，在不同的附图中，相似或相同的元件设有相同的附图标记。

图1示出了根据本发明的风力涡轮机100。风力涡轮机100包括塔架101，塔架101安装在未描绘的根基（fundament）上。机舱102布置在塔架101的顶部上。

风力涡轮机100还包括风力转子103，风力转子103具有三个叶片104（在图1的透视图中，仅两个叶片104是可见的）。风力转子103能够围绕旋转轴线Y旋转。当以不同方式指定时，在下文中参考旋转轴线Y来理解术语轴向、径向以及周向。

叶片104相对于旋转轴线Y径向延伸。

风力涡轮机100包括发电机布置结构105，发电机布置结构105并不是本发明的特定部分且因此并未进一步详细描述。

风力转子103借助于可旋转主轴10与发电机布置结构105旋转地联接。提供了示意性地描绘的轴承组件108，以便将转子103保持就位。特别地，可使用滑动轴承108。可旋转主轴10沿旋转轴线Y延伸。

根据本发明，主轴10包括：

- 第一零件11，其沿旋转轴线Y轴向延伸，

- 至少一第二零件12，其沿旋转轴线Y轴向延伸，第二零件12轴向地邻近于第一零件11，

- 多个连接件15，其用于将第二零件12固定到第一零件11。

多个连接件15围绕旋转轴线Y分布。特别地，连接件15可围绕旋转轴线Y规律地分布。

图2和图3示出了主轴10的第一实施例。

主轴10是中空的，其在周向方向上由周向壁31、32（特别地，圆柱形壁）界定。主轴10的周向壁31、32限定：主轴10的内部18，其从旋转轴线Y径向延伸到周向壁31、32；以及主轴10的外部19，其从周向壁径向向外延伸。

第一零件11和第二零件12中的每一者包括周向壁的相应部分31、32。

第一零件11和第二零件12还分别包括第一凸缘21和第二凸缘22，多个连接件15应用于第一凸缘21和第二凸缘22。

第一凸缘21从第一零件11的周向壁31朝主轴10的外部19径向向外延伸。第二凸缘22从第二零件12的周向壁32朝向主轴10的内部18径向向内延伸。

多个连接件15包括多个轴向定向的螺柱16a、16b。多个螺柱16a、16b中的部分16a连接在主轴10的外部19上。每个螺柱16a被拧入提供在第二零件12的周向壁32上的相应轴向螺纹17a中，并穿过提供在第一零件11的第一凸缘21上的相应通孔41。螺柱16a利用相应的垫圈51和相应的螺母61被紧固到第一凸缘21。每个垫圈51和每个螺母61从第一零件11的周向壁31朝主轴10的外部19突出。

每个螺柱16b被拧入提供在第一零件11的周向壁31上的相应轴向螺纹17b中，并穿过提供在第二零件12的第二凸缘22上的相应通孔42。螺柱16b利用相应的垫圈52和相应的螺母62被紧固到第一凸缘22。每个垫圈52和每个螺母62从第二零件12的周向壁32朝主轴10的内部18突出。

在主轴10的内部18和外部19两者上都具有多个连接件15保证了主轴10的第一零件11与第二零件之间良好的连接，特别是当主轴10弯曲时。

作为替代例，根据本发明的其他实施例（未示出），代替多个螺柱16a、16b或与多个螺柱16a、16b一起的是，可使用多个螺钉和/或螺栓。

在图2和图3的实施例中，主轴10的第一零件11或第二零件12中的每一者可铸造或锻造而成。

根据本发明的另外的实施例（未示出），第一凸缘21和第二凸缘22中的每一者可径向向内或向外延伸。特别地，第一凸缘21和第二凸缘22两者都可径向向内或径向向外延伸，这些凸缘21、22通过相应的连接件15（螺柱、螺钉或螺栓）而连接。更特别地，第一凸缘21和第二凸缘22两者都可具有径向向内延伸的一部分和径向向外延伸的另一部分，凸缘21、22的每一对向内部分和向外部分通过相应的连接件15（螺柱、螺钉或螺栓）而连接。

图4示出了主轴10的第二实施例。相对于图2和图3的第一实施例，在此类第二实施例中，主轴10包括沿旋转轴线Y轴向延伸的第三零件13。第三零件13轴向地邻近于第二零件12。提供了多个连接件15以用于将第三零件13固定到第二零件12。多个连接件15围绕旋转轴线Y也分布在第二零件12与第三零件13之间的交界部处。特别地，连接件15可围绕旋转轴线Y规律地分布。

两个旋转轴承108分别将主轴10的第一零件11和第三零件13连接到风力涡轮机100的机舱102，因此向主轴10提供支撑并且允许主轴10围绕旋转轴线Y旋转。第一零件11和第三零件13由锻铁制成，而连接第一零件11和第三零件13的插入的第二零件12由铸铁制成。

Claims

1.一种风力涡轮机（100），包括能够围绕旋转轴线（Y）旋转的主轴（10），所述主轴（10）包括：

- 第一零件（11），其沿所述旋转轴线（Y）轴向延伸，所述第一零件（11）包括第一凸缘（21），

- 至少一第二零件（12），其沿所述旋转轴线（Y）轴向延伸，所述第二零件（12）包括第二凸缘（22），所述第二零件（12）轴向地邻近于所述第一零件（11），

- 多个连接件（15），其用于将所述第二零件（12）固定到所述第一零件（11），

其中，所述多个连接件（15）应用于所述第一零件（11）的第一凸缘（21）和/或所述第二零件（12）的第二凸缘（22），并且

其中，所述第一凸缘（21）和所述第二凸缘（22）中的一者相对于所述旋转轴线（Y）从相应的第一零件（11）或第二零件（12）的周向壁（31、32）径向向外延伸，并且所述第一凸缘（21）和所述第二凸缘（22）中的另一者相对于所述旋转轴线（Y）从相应的第一零件（11）或第二零件（12）的周向壁（31、32）径向向内延伸。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机（100），其中，多个连接件（15）包括多个螺柱（16a、16b）或多个螺钉或多个螺栓。

3.根据权利要求1所述的风力涡轮机（100），其中，至少一连接件（15）被提供在所述第一凸缘端（23）和所述第二凸缘端（24）中的一者与相应地所述第二零件（12）或所述第一零件（11）的周向壁（32、31）之间。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的风力涡轮机（100），其中，所述多个连接件（15）围绕所述旋转轴线（Y）分布。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的风力涡轮机（100），其中，所述主轴（10）还包括：

- 至少一第三零件（13），其沿所述旋转轴线（Y）轴向延伸，所述第三零件（13）轴向地邻近于所述第二零件（12），

- 多个连接件（15），其用于将所述第三零件（13）固定到所述第二零件（12）。

6.根据权利要求5所述的风力涡轮机（100），其中，所述风力涡轮机（100）还包括两个旋转轴承（108），所述两个旋转轴承（108）分别将所述主轴（10）的第一零件（11）和第三零件（13）连接到所述风力涡轮机（100）的机舱（102）。

7.一种用于风力涡轮机（100）的主轴（10），所述主轴（10）沿旋转轴线（Y）轴向延伸，所述主轴（10）包括：

8.根据权利要求7所述的用于风力涡轮机（100）的主轴（10），其中，所述主轴（10）还包括：

9.一种制造用于风力涡轮机（100）的主轴（10）的方法，所述主轴（10）沿旋转轴线（Y）轴向延伸，所述方法包括：

- 制造所述主轴（10）的第一轴向延伸零件（11），所述零件（11）包括第一凸缘（21），

- 制造所述主轴（10）的至少一第二轴向延伸零件（12），所述零件（12）包括第二凸缘（22），

- 通过多个连接件（15）将所述第二零件（12）固定到所述第一零件（11），以使得所述第二零件（12）沿所述旋转轴线（Y）轴向地邻近于所述第一零件（11），

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一零件（11）和/或所述第二零件（12）由铸铁制成。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述方法包括：

- 制造所述主轴（10）的至少一第三轴向延伸零件（13），

- 通过多个连接件（15）将所述第三零件（13）固定到所述第二零件（12）以使得所述第三零件（13）轴向地邻近于所述第二零件（12）。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一零件（11）和/或所述第二零件（12）和/或所述第三零件（12）中的任一者由锻铁制成。