CN110546377B - 用于风力涡轮机的转子轴的振动连接的接头 - Google Patents

Abstract

一种用于风力涡轮机的转子轴的振动连接的接头，其包括：箱形轮毂，限定了纵向轴线并且设置有纵向相对并且彼此对准的一对孔；机轴头部，适于连接到转子轴并且具有一对枢轴，一对枢轴设计成插入轮毂的孔中并且具有圆柱形外表面和横向端部边缘；以及一对铰链，放置在一对孔的高度处，以促进枢轴到轮毂的振动连接。每个铰链包括：至少一个滑动轴承，安装在对应的枢轴的外表面上；多个阻尼器元件，与枢轴的端部边缘可操作地相互作用；以及连接装置，适于使所述至少一个滑动轴承与多个阻尼器元件相互连接，从而获得一体化组件。

Description

用于风力涡轮机的转子轴的振动连接的接头

技术领域

本发明涉及用于移动构件的机械连接的技术领域，并且本发明的主题是一种用于风力涡轮机的转子轴的振动连接的接头。

背景技术

众所周知，双叶片式风力涡轮机可以设置有转子，该转子包括与机轴的端部接合的振动轮毂。

它们还可以设置有适于施加到具有俯仰控制系统的涡轮机（其中叶片通过轴承连接到轮毂）以及具有偏航控制系统的涡轮机（其中叶片被刚性地固定到轮毂）的振动轮毂。

在小型涡轮机中，振动轮毂使用包括两个轴承的铰链，轴承中的每一个是通过交替地叠加圆柱形金属层和由弹性体材料制成的圆柱形层而获得的。

因为不可能生产出大块的均质的弹性体材料，所以由弹性体材料的圆柱形层组成的铰链具有相对较小的尺寸。

此外，即使在小型涡轮机的情况下，这种类型的铰链的维护也特别复杂。

相反，众所周知振动轮毂被用于大型涡轮机中，该振动轮毂包括由多个不同的弹性体元件制成的轮毂，多个不同的弹性体元件由弹性体材料和金属材料的交替层组成。

在这种类型的轮毂中，弹性体元件承受由叶片传递到涡轮机轴的所有负载。

更具体地，这些元件承受通过扭矩和气动升力、通过转子的重力以及通过转子绕铰链的振动产生的力矩所施加的应力。

此外，为了允许弹性体元件在压缩条件下操作，在组装时它们经受切向变形作用，该切向变形作用是通过使弹性体材料的层在由一对斜面界定的座内彼此滑动而获得。

通过这种方式，弹性体元件的预加载是间接产生的，而在涡轮机操作期间，材料主要经受被添加到预加载的作用中的循环切向变形作用。

在这种类型的轮毂中，为了保证装置随时间的持续作用，弹性体元件尺寸过大并且以冗余的方式用于铰链中。

对于非常大的涡轮机，这种类型的铰链可能过于繁琐。

此外，包括这种类型的铰链的轮毂的尺寸相当大，这增加了系统的总成本。

发明内容

本发明旨在通过提供一种由机械元件和弹性体元件的组合构成的振动轮毂的混合形式来克服以上描述的解决方案的局限性。

本发明旨在通过提供一种用于在风力涡轮机的转子与机轴之间的振动连接的接头来解决上述技术问题，其中所述接头具有长的持续时间并且不需要频繁的维护。

本发明的另一个目的是提供一种用于在风力涡轮机的转子与机轴之间的振动连接的接头，该接头即使在极端的操作条件下也可以确保这些部件的连接。

本发明的另一个目的是提供一种用于风力涡轮机的转子与机轴之间的振动连接的接头，该接头相对紧凑并且可以用于所有类型的风力涡轮机中。

本发明的另一个目的是提供一种用于在风力涡轮机的转子与机轴之间的振动连接的接头，该接头可以容易地安装并且可以容易地检查涡轮机部件。

此外，本发明的又一个同样重要的目的是提供一种用于在风力涡轮机的转子与机轴之间的振动连接的接头，该接头易于制造并且具有相对较低的生产成本。

这些目的通过根据本发明的一种用于风力涡轮机的转子与机轴之间的振动连接的接头来实现。

本发明基于“混合”型的紧凑解决方案，其中一些负载通过自润滑或者可用润滑脂润滑的滑动轴承从轮毂传递到涡轮机的机轴，而其他负载则由涡轮机通过弹性体元件传递给轮毂。

在作为本发明主题的接头中，由工作转子的重量产生的循环力和由转子围绕铰链的振动产生的循环力矩被一系列弹性体元件抵消，弹性体元件分别在转子的重力作用下被压缩，并且由于在转子的振动过程中产生的力矩而受到切向变形的作用。

转子的扭矩和气动升力以及转子本身的重力产生作用在铰链上的径向力。

这些力由两对自润滑轴承抵消，轴承通常可以使用润滑脂或者类似的润滑剂进一步润滑。

每对轴承由彼此径向叠加的自润滑球形金属套筒和自润滑圆柱形金属套筒构成。

在下文中更详细地描述的本发明的其他目的是通过根据本发明的一种用于风力涡轮机的转子与机轴之间的振动连接的接头来实现的。

附图说明

在以下对于用于在风力涡轮机的转子与机轴之间进行振动连接的接头的优选但非限制性实施例的详细描述中，具体参考附图，清楚地阐述了本发明的优点和特征，附图中：

- 图1示出了用于在风力涡轮机的转子与机轴之间的振动连接的接头的侧视图；

- 图2示出了图1中所示的接头的侧视截面图；

- 图3示出了图2的一部分的透视截面图；

- 图4示出了图3的第一细节的放大侧视图；

- 图5示出了图3的第二细节的侧视图。

具体实施方式

本发明的主题是一种用于在风力涡轮机的转子与机轴之间的振动连接的接头，该转子包括由轮毂和叶片组成的组件，接头在附图中由附图标记1表示。

接头1包括限定纵向轴线L的基本上盒形的转子轮毂2。

轮毂2设计成容纳适于连接至涡轮机的转子轴S的机轴头部3，并且设置有沿纵向方向L但是彼此相对排列的至少一对孔4。

机轴头部3基本上为T形，并且设置有旨在与转子轴S连接的圆柱端5和两个相对端6，两个相对端6限定了沿纵向轴线L布置的一对圆柱形枢轴7。

枢轴7具有圆柱形外表面8和基本上横向的端部边缘9。

接头1还包括一对铰链10，一对铰链10放置在轮毂2的成对的孔4的高度处，以促进枢轴7与轮毂2的振动连接。

轮毂2通常包括大致呈矩形或者圆柱形的箱形金属结构11，转子的叶片12连接至该箱形金属结构11。

每个铰链10包括至少一个滑动轴承13，该滑动轴承13安装在对应的枢轴7的外表面8上，以便允许枢轴7相对于纵向轴线L的受控旋转以及其相对于纵向轴线L的轴向位移。

此外，每个铰链10设置有多个弹性阻尼器元件14，其与轮毂2和枢轴7的端部边缘9相互作用，以抑制沿着纵向方向L以及围绕纵向方向L在枢轴与轮毂2之间作用的振动。

还提供了连接装置15，其与轮毂2成一体，并且被设计成包含滑动轴承13并且允许多个阻尼器元件14以形成一体化组件16的方式连接至枢轴7。

如图3中所示，连接装置15包括基本上圆柱形的纵向部分17，该纵向部分17适于至少部分地插入轮毂2的孔4中并且连接到轮毂2。纵向部分17还被设计为限定用于滑动轴承13的壳体18。

铰链10的纵向部分17通过多个第一连接螺钉19连接到轮毂2，第一连接螺钉19穿过在连接环中形成的环孔21。

连接装置15还包括基本上横向的圆环，该圆环被放置成与相应的枢轴的端部边缘接触并且接合到圆柱形的纵向部分。

圆环22将通过合适的连接螺钉接合到枢轴7的端部边缘9，并且适于允许将多个阻尼器元件14容纳在其中。

如在图3和图4中更详细地示出，滑动轴承13包括可滑动地配合在机轴头部3的对应枢轴7的外表面8上的圆柱形自润滑的第一衬套24，以及可滑动地安装在第一衬套24上并且通过座26锚固到纵向部分17的自润滑的第二衬套25。

座26借助于铰链10的纵向部分17通过合适的螺钉27或者类似的连接元件固定到轮毂。

滑动轴承13具有在第一衬套24上和在第二衬套25上分别获得的两个球形滑动内表面28、29。

球形滑动内表面28、29的存在允许枢轴7不相对于纵向轴线L对准，从而避免了在施加工作负荷期间在纵向部分17与枢轴7之间的角位移的情况下存在任何过载和约束。

第一衬套24具有基本上圆柱形的外表面30，该外表面30有助于确保其围绕纵向轴线L自由旋转，并且允许沿轴线在枢轴7与轮毂2之间轴向位移。

方便地，座26具有锥形壁31，该锥形壁31被放置成与自润滑的第二衬套25的基本上圆柱形的外表面32接触。

座26的纵向位置可以以将第二衬套25相对于轮毂2锁定在其位置的方式来调节。

以这种方式，可以在预定的操作时间之后改变自润滑的第二衬套25的角位置，以使其以一定角度重新定位并且改变其球形滑动内表面29设计成与第一衬套24的球形滑动内表面28接触的部分。

由于这种技术方案，将有可能改变在衬套24、25的球形滑动内表面28、29之间的接触面积，从磨损区域到仍未磨损区域，并且从而延长滑动轴承13的操作寿命。

优选地，可以设置未在附图中示出的润滑装置，该润滑装置被设计用于促进润滑剂液体在衬套24、25的球形滑动内表面28、29之间的受控分布。

例如，球形滑动内表面28、29可以用润滑脂润滑，并且可以在铰链中获得在附图中不可见的合适的润滑脂供给通道。

可以定期地恢复润滑脂的供给，并且润滑装置可以是手动或者自动类型的。

此外，润滑脂可以从枢轴的内部和从壳体的外部定期添加。

接头还可以包括弹性密封件33或者弹性体隔膜，其定位在滑动轴承13的端部处并且适于收集从滑动轴承13的球形滑动内表面28、29泄漏的过量润滑剂液体。

每个阻尼器元件14包括限定其端部的一对端部金属板34。

在端部金属板34内部，存在交替地叠加的具有平面、凹面或者不同形状的金属材料层35和弹性体材料层36。

可以通过固化工艺获得弹性体材料层36。

如图5中看到的，材料层35、36可以沿着其自身的展开和重叠轴线X相互重叠。

方便地，如在图3中可以更好地看到的，当阻尼器元件14的展开轴线X基本上平行于纵向轴线L时，阻尼器元件14将定位在圆环22上。

阻尼器元件14将沿着圆环22的圆周被容纳，并且每个阻尼器元件的端部金属板34可以被引入形成在圆环22的外表面37上的合适的凹部中。

端部金属板34将借助于第二连接螺钉38或者其他类似元件接合至圆环22的外表面37。

每个阻尼器元件14的另一端部金属板34可以使用第三连接螺钉39或者等效的连接元件锚固到金属环孔的圆形环区段40上。

圆形环区段继而可以借助于第四连接螺钉41固定到铰链10的纵向部分17。

方便地，可以在环孔的圆形环区段40与纵向部分17之间插入环形间隔件42，其中，环形间隔件42具有预定的厚度s，该预定的厚度s适于在紧固第四连接螺钉41期间促进弹性体材料层36的轴向预压缩。

环孔的圆形环区段40的这种特定构造使得有可能分别且彼此独立地组装、预加载和替换阻尼器元件14。

弹性体材料层36的预压缩可以通过利用具有不同厚度的间隔件替换环形间隔件42来改变。

阻尼器元件14的尺寸可以设计成使得铰链10具有涡轮机的功能设计所需的轴向刚度和扭转刚度。

此外，阻尼器元件14对于抑制由轮毂2纵向传递至机轴头部3的枢轴7的负载非常重要。

此外，阻尼器元件14有助于抑制由轮毂2横向传递至枢轴7的负载。

接头1可以包括盖43，该盖43设置有闭合检查通路44，通过该通路可以定位各种类型的传感器（本文未示出），并且设计成监测作用在铰链10的部件上的应力。

铰链10的部件可以通过附图中未显示的合适的孔从轮毂2的内部进行检查。

此外，未在图中示出的测力传感器也可以在圆形环区段40与对应的阻尼器元件14之间插入，其中，测力传感器被设计为控制铰链10的轴向力。

即使该描述仅涉及在风力涡轮机领域中的接头的使用，该应用也不应被认为是限制本发明的范围，因为作为本发明主题的装置也可以安装在陆地和水下的其它机械连接构件，只要它们起着将机轴与轴套以振动方式连接的作用。

可以根据其他变型实施例来实施本发明，所有这些变型都落入本文所要求保护和描述的发明特征的范围内；这些技术特征可以借助于不同但技术上等效的部件和材料来获得；本发明可以以任何形状和尺寸实施，只要它们与其预期用途兼容即可。

在权利要求书和说明书中添加的附图标记和符号旨在使文本更易于理解，并且不得视为旨在限制其意欲标识的对象或者过程的技术范围的要素。

Claims (11)

1.一种用于风力涡轮机的转子轴（S）的振动连接的接头（1），包括：

箱形轮毂（2），限定了纵向轴线（L）并且具有纵向相对并且彼此对准的一对孔（4）；

机轴头部（3），设计为连接至所述转子轴（S）并且具有一对圆柱形的枢轴（7），所述枢轴（7）设计成插入所述轮毂（2）的所述孔（4）中，所述枢轴（7）中的每一个枢轴具有圆柱形外表面（8）和横向端部边缘（9）；

一对铰链（10），位于一对所述孔（4）附近，以促进所述枢轴（7）与所述轮毂（2）的振动连接；

其中每个所述铰链（10）包括：

滑动轴承（13），安装在对应枢轴（7）的圆柱形外表面（8）上，以允许所述滑动轴承（13）相对于同一轴线（L）轴向位移；

多个弹性阻尼器元件（14），与所述枢轴（7）的所述端部边缘（9）可操作地相互作用，以抑制沿所述纵向轴线（L）并且围绕所述纵向轴线（L）施加在所述阻尼器元件（14）上的振动；

连接装置（15），用于将所述滑动轴承（13）往复连接到多个所述阻尼器元件（14），以便于形成一体化组件（16）；

其中每个滑动轴承（13）包括插入在所述枢轴（7）的圆柱形外表面（8）上的自润滑的第一衬套（24）和可滑动地安装在所述第一衬套（24）上并且通过座（26）锚固到纵向部分（17）的自润滑的第二衬套（25），

并且其中所述连接装置（15）包括基本上圆柱形的纵向部分（17），所述纵向部分设计成插入所述轮毂（2）的所述孔（4）中并且限定用于至少一个所述滑动轴承（13）的壳体（18），所述纵向部分（17）通过具有第一连接螺钉（19）的环孔（21）接合到所述轮毂（2），

其特征在于，每个滑动轴承（13）具有分别在自润滑的所述第一衬套（24）和自润滑的所述第二衬套（25）上获得的两个球形滑动内表面（28、29），所述球形滑动内表面（28、29）彼此相互接触，以允许相应的所述枢轴（7）相对于所述纵向轴线（L）不对准，并避免在施加工作载荷期间所述纵向部分（17）和所述枢轴（7）之间发生角位移的情况下存在任何过载和约束。

2.根据权利要求1所述的接头，其中，所述连接装置（15）包括接合到所述纵向部分（17）并且与相应的枢轴（7）的端部边缘（9）接触的横向圆环（22），所述圆环（22）设计用于容纳多个所述阻尼器元件（14）。

3.根据权利要求1所述的接头，其中，所述座（26）连接至所述连接装置（15）的所述纵向部分（17）。

4.根据权利要求3所述的接头，其中，所述座（26）具有与自润滑的所述第二衬套（25）的圆柱形外表面（32）接触的锥形壁（31），所述座（26）可纵向调节以选择性地阻挡所述第二衬套（25）相对于所述轮毂（2）的位置。

5.根据权利要求1所述的接头，其中，设置有润滑装置以促进润滑剂液体在所述第一衬套（24）和所述第二衬套（25）的所述球形滑动内表面（28、29）与所述第一衬套（24）的圆柱形外表面（30）之间以及与所述第二衬套（25）的圆柱形外表面（32）之间的受控分布。

6.根据权利要求5所述的接头，其中，设置有一对弹性密封件（33），所述弹性密封件（33）位于每个滑动轴承（13）的端部，以收集从所述滑动轴承（13）的所述球形滑动内表面（28、29）以及从所述第一衬套（24）的圆柱形外表面（30）和所述第二衬套（25）的圆柱形外表面（32）溢出的多余的润滑剂液体。

7.根据权利要求2所述的接头，其中，每个阻尼器元件（14）包括一对端部金属板（34），并且金属材料层（35）与弹性体材料层（36）交替放置在一对所述端部金属板（34）之间，所述金属材料层（35）和所述弹性体材料层（36）沿预定的细长轴线（X）重叠。

8.根据权利要求7所述的接头，其中，多个所述阻尼器元件（14）沿着所述圆环（22）的延伸方向布置，同时多个所述阻尼器元件（14）的细长轴线（X）基本上平行于所述纵向轴线（L）。

9.根据权利要求8所述的接头，其中，所述阻尼器元件（14）中的每一个阻尼器元件容纳在形成于所述圆环（22）的外表面（37）的相应的凹部中，每个阻尼器元件（14）的端部金属板（34）通过第二连接螺钉（38）锚固到所述圆环（22）的外表面（37）。

10.根据权利要求9所述的接头，其中，每个阻尼器元件（14）的另一端部金属板（34）通过第三连接螺钉（39）锚固到对应的圆形环区段（40），所述圆形环区段（40）反过来通过第四连接螺钉（41）接合到所述铰链（10）的所述纵向部分（17）。

11.根据权利要求10所述的接头，其中，设置有环形间隔件（42），所述环形间隔件（42）具有预定的厚度（s）并且插入在所述圆形环区段（40）与所述纵向部分（17）之间，从而当所述弹性体材料层（36）被所述第四连接螺钉（41）预加载时，促进所述阻尼器元件（14）的所述弹性体材料层（36）的轴向预加载。

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