CN112377534B - 风电联轴器 - Google Patents

Abstract

一种风电联轴器，包括制动盘、第一法兰、中间轴、第二法兰和第三法兰。中间轴具有齿轮箱侧和发电机侧，齿轮箱侧和发电机侧分别固定设置有法兰盘，制动盘和第一法兰由连杆连接，第一法兰与中间轴齿轮箱侧法兰盘连接，第二法兰和第三法兰由连杆连接，第二法兰与中间轴发电机侧法兰盘连接；每个连杆均设有由金属弹性套和碟簧组构成的金属弹性关节组件，第一法兰与中间轴齿轮箱侧法兰盘之间设有销套绝缘组件。本发明实现了变形补偿性能和绝缘性能的分离，同时销套绝缘组件使用钢基绝缘材料，在生产制造上更为简便，精度也更容易控制，便于实现量产，为国内风电联轴器量产奠定了基础。

Description

风电联轴器

技术领域

本发明属于风电机组联轴器技术领域，更具体地涉及一种风电联轴器。

背景技术

风电机组联轴器连接风力发电设备的发电机与齿轮箱高速轴，使用上既要传递大转矩，又要满足高的绝缘性能，并且在过载时能自动保护，同时还要补偿由于发电机与齿轮箱两轴不对中而产生的径向、轴向和角向位移。由于风电机组工作工况恶劣，维护困难，本领域通常要求风电联轴器免维护使用20年。

现有风电联轴器多依赖进口，结构形式多为连杆式或膜片式，分别采取不同的方式满足以上各个性能。对于膜片式联轴器，补偿性能主要依靠膜片，绝缘性能依靠中间体的玻璃钢。对于轴孔垂直的连杆式联轴器，补偿性能依靠连杆关节的天然橡胶体，绝缘性能也依靠连杆关节的天然橡胶体。对于轴孔平行的连杆式联轴器，与垂直连杆式联轴器类似，绝缘性能与补偿性能均依靠连杆关节处天然橡胶体。无论哪种结构形式，生产制造上均有较大的难度，工艺复杂。特别地，对于使用橡胶实现补偿性能的连杆联轴器，橡胶体处于长期疲劳变形的工况，存在提前老化的危机。

发明内容

本发明旨在设计一种风电联轴器，可在传递大转矩的同时，实现自动变形补偿两轴位移，并且保持两端绝缘。

本发明的风电联轴器包括中间轴、制动盘、第一法兰、第二法兰、第三法兰，其中：

所述中间轴具有靠近齿轮箱的齿轮箱侧和靠近发电机的发电机侧，所述中间轴的齿轮箱侧和发电机侧分别固定设有一个法兰盘，所述制动盘和第一法兰设置在中间轴的齿轮箱侧，所述第二法兰和第三法兰设置在中间轴的发电机侧，所述制动盘通过齿轮箱侧连杆组件连接于第一法兰，所述第一法兰与中间轴的齿轮箱侧法兰盘连接，所述第二法兰通过发电机侧连杆组件连接于第三法兰，所述第二法兰与中间轴的发电机侧法兰盘连接；

所述齿轮箱侧连杆组件由第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆组成，每根连杆的两端均设有平行轴孔，第一连杆的一端轴孔与第二连杆的一端轴孔相邻，第三连杆的一端轴孔与第四连杆的一端轴孔相邻，且所述第一连杆的一端轴孔和第二连杆的一端轴孔、所述第三连杆的一端轴孔和第四连杆的一端轴孔均通过螺杆与制动盘连接；第一连杆的另一端轴孔与第三连杆的另一端轴孔相邻，第二连杆的另一端轴孔与第四连杆的另一端轴孔相邻，且所述第一连杆的另一端轴孔和第三连杆的另一端轴孔、所述第二连杆的另一端轴孔和第四连杆的另一端轴孔均通过螺杆与第一法兰连接；所述发电机侧连杆组件与所述齿轮箱侧连杆组件具有相同的结构；

所述齿轮箱侧连杆组件和所述发电机侧连杆组件中的每个连杆上均设有金属弹性关节组件，所述金属弹性关节组件由金属弹性套和碟簧组构成，所述金属弹性套设置在每个连杆轴孔内，所述金属弹性套包括内套和外套，外套的外表面和内套的内表面均为球面，外套的内表面与内套的外表面相邻且中间留有间隙；所述碟簧组设置在每个连杆轴孔外端面的两侧，螺杆从连杆轴孔一侧插入，依次穿过一侧的碟簧组、金属弹性套、另一侧的碟簧组，从连杆轴孔另一侧穿出，超级螺母旋拧在螺杆端部，超级螺母的转动控制螺杆的头端面与超级螺母的端面之间的距离，将所述碟簧组预加载预压力；

所述第一法兰与中间轴的齿轮箱侧法兰盘由固定螺栓和锁紧螺母连接，并且在所述第一法兰与齿轮箱侧法兰盘之间设置有销套绝缘组件，所述销套绝缘组件包括：大垫片、内隔套、外隔套、内垫、外垫、碟簧，第一法兰套置于固定螺栓的螺栓头一侧，内隔套套装于固定螺栓外表面，外隔套套置于内隔套上，齿轮箱侧法兰盘套置于外隔套上，大垫片和内垫套设于内隔套并分别位于外隔套和齿轮箱侧法兰盘的两侧，外垫套设于固定螺栓上，一面贴合于内隔套和内垫的端面，另一面与套置于固定螺栓上的碟簧抵靠，锁紧螺母抵靠于碟簧旋拧在固定螺栓上。

优选地，在本发明的上述风电连轴器中，所述大垫片的直径大于所述第一法兰和所述中间轴的齿轮箱侧法兰盘的直径，所述外隔套的宽度等于所述中间轴的齿轮箱侧法兰盘的宽度，所述内隔套的宽度大于所述外隔套和所述中间轴的齿轮箱侧法兰盘的宽度。

优选地，在本发明的上述风电连轴器中，所述大垫片、内隔套、外隔套、内垫、外垫均由钢基绝缘材料制成。

优选地，在本发明的上述风电连轴器中，所述金属弹性套的内套和外套在靠近轴孔端面处设有销孔，销插入销孔对所述内套和外套进行固定连接

本发明的风电联轴器实现了变形补偿性能和绝缘性能的分离，具有更好的稳定性，同时销套绝缘结构使用钢基特殊材料，解决了橡胶老化的问题，绝缘部位理论上承受正压力，满足海上风电设备的要求。在生产制造上更为简便，精度也更容易控制，便于实现量产，为国内风电联轴器量产打下了基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的风电联轴器的总体结构立体示意图。

图2是本发明的风电联轴器的剖视图。

图3是沿图2中A向的视图，示出本发明的风电联轴器中的连杆组件的结构示意图。

图4是本发明的风电联轴器中的金属弹性关节组件的结构示意图。

图5是本发明的风电联轴器中的金属弹性关节组件的金属弹性套的结构示意图。

图6是图2中B部的放大视图，示出本发明的风电联轴器中的销套绝缘组件的结构示意图。

附图标记说明：20-中间轴、201,202-法兰盘、21-制动盘、22-第一法兰、23-第二法兰、24-第三法兰、31-第一连杆、32-第二连杆、33-第三连杆、34-第四连杆、41-超级螺母、42-碟簧组、43-金属弹性套、43.1-内套、43.2-外套、43.3-销、44-螺杆、51-大垫片、52-内隔套、53-外隔套、54-内垫、55-外垫、56-碟簧、57-固定螺栓、58-锁紧螺母。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本发明的风电联轴器主要包括中间轴20、制动盘21、第一法兰22、第二法兰23、第三法兰24。风电联轴器的中间轴20一侧靠近齿轮箱，因此称之为齿轮箱侧，另一侧靠近发电机，因此称之为发电机侧。制动盘21和第一法兰22设置在中间轴20的齿轮箱侧，第二法兰23和第三法兰24设置在中间轴20的发电机侧。中间轴20的齿轮箱侧和发电机侧分别固定设有一个法兰盘201和202。制动盘21连接于第一法兰22，且第一法兰22与中间轴20的齿轮箱侧的法兰盘201连接。第二法兰23连接于第三法兰24，且第二法兰23与中间轴20的发电机侧的法兰盘202连接。

制动盘21通过由第一连杆31、第二连杆32、第三连杆33、第四连杆34组成的齿轮箱侧连杆组件与第一法兰22连接，每根连杆的两端均设有平行轴孔。其中，第一连杆31的一端轴孔与第二连杆32的一端轴孔相邻，第三连杆33的一端轴孔与第四连杆34的一端轴孔相邻，且第一连杆31的一端轴孔和第二连杆32的一端轴孔、第三连杆33的一端轴孔和第四连杆34的一端轴孔均通过螺杆与制动盘21连接；第一连杆31的另一端轴孔与第三连杆33的另一端轴孔相邻，第二连杆的32另一端轴孔与第四连杆34的另一端轴孔相邻，且第一连杆31的另一端轴孔和第三连杆33的另一端轴孔、第二连杆32的另一端轴孔和第四连杆34的另一端轴孔均通过螺杆与第一法兰22连接。

本发明的风电联轴器在使用过程中，若齿轮箱侧顺时针旋转，则制动盘21带动第一法兰22进行顺时针旋转，此时，第一连杆31和第四连杆34受到拉力，第二连杆32和第三连杆33受到压力，各连杆左右摆动。

类似地，第二法兰23通过发电机侧连杆组件与第三法兰24连接，发电机侧连杆组件与上述齿轮箱侧连杆组件的结构、功能以及连接关系相同，例如，发电机侧连杆组件由第五连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆共计四根连杆构成，每根连杆的两端均设有两平行轴孔，其中，第五连杆的一端轴孔与第六连杆的一端轴孔相邻，第七连杆的一端轴孔与第八连杆的一端轴孔相邻，且第五连杆的一端轴孔和第六连杆的一端轴孔、以及第七连杆的一端轴孔和第八连杆的一端轴孔均通过螺杆与第二法兰23连接；第五连杆的另一端轴孔与第七连杆的另一端轴孔相邻，第六连杆的另一端轴孔与第八连杆的另一端轴孔相邻，且第五连杆的另一端轴孔和第七连杆的另一端轴孔、以及第六连杆的另一端轴孔和第八连杆的另一端轴孔均通过螺杆与第三法兰24连接。

连接制动盘21和第一法兰22的齿轮箱侧连杆组件以及连接第二法兰23和第三法兰24的发电机侧连杆组件中，每个连杆上均设有金属弹性关节组件，每个金属弹性关节组件的结构、功能以及连接关系均类似，以下以连接第二法兰23和第三法兰24的发电机侧连杆组件中的金属弹性关节组件为例进行说明。

金属弹性关节组件由金属弹性套43和碟簧组42构成，金属弹性套43由内套43.1和外套43.2构成，金属弹性套43设置在每个连杆轴孔内，外套43.2的外表面和内套43.1的内表面均为球面，外套43.2的内表面与内套43.1的外表面相邻且中间留有一定间隙C。作为外套43.2和内套43.1之间的固定连接方式，例如可以是：外套43.2和内套43.1靠近轴孔端面处设置有销孔，销43.3插入销孔对外套43.2和内套43.1进行固定连接。每个连杆轴孔外端面的两侧均设置有碟簧组42。螺杆44从连杆轴孔一侧插入，依次穿过一侧的碟簧组42、金属弹性套43、另一侧的碟簧组42，从连杆轴孔另一侧穿出，然后超级螺母41旋拧在螺杆44端部，并通过超级螺母41的转动控制螺杆44的头端面与超级螺母41的端面之间的距离，由此将碟簧组42预加载一定的预压力，然后紧固超级螺母41。通过上述预压力的设置，可以使风电联轴器在使用过程中连杆左右摆动但能维持其理论位置不变，且保持连杆组件的弹性状态。

通过设置在连杆轴孔内的外套43.2和内套43.1的球面设计，连杆的摆动转化为金属弹性套的球面滚动，不仅满足了机械结构的强度，而且金属弹性套随受力需求变形，最大限度减少滑动摩擦，延长使用寿命。

第二法兰23与中间轴20的发电机侧的法兰盘202之间的连接例如可以通过螺钉实现，当然也可以是第二法兰23与法兰盘202制成为一体结构。第一法兰22与中间轴20的齿轮箱侧的法兰盘201之间的连接通过固定螺栓57和锁紧螺母58实现，并且，在第一法兰22与法兰盘201之间设置有销套绝缘组件，实现中间轴齿轮箱侧和发动机侧的绝缘。

销套绝缘组件包括：大垫片51、内隔套52、外隔套53、内垫54、外垫55、碟簧56。优选地，第一法兰22套置于固定螺栓57的螺栓头一侧，内隔套52套装于固定螺栓57外表面，外隔套53套置于内隔套52上，法兰盘201套置于外隔套53上，外隔套53的宽度等于法兰盘201的宽度，内隔套52的宽度大于外隔套53和法兰盘201的宽度，大垫片51和内垫54套设于内隔套52并分别位于外隔套53和法兰盘201的两侧，外垫55套设于固定螺栓57上，一面贴合于内隔套52和内垫54的端面，另一面与套置于固定螺栓57上的碟簧56抵靠，锁紧螺母58抵靠于碟簧56旋拧在固定螺栓57上，由此将销套绝缘组件的各组件组合到一体。

在上述销套绝缘组件中，大垫片51的直径大于第一法兰22和法兰盘201的直径，隔断了第一法兰22和法兰盘201之间的端面接触，内隔套52和外隔套53隔断了法兰盘201和固定螺栓57之间的接触，内垫54和外垫55隔断了法兰盘201与锁紧螺母58之间的接触，从而，该销套绝缘组件实现了中间轴齿轮箱侧和发动机侧的可靠绝缘。

优选地，大垫片51、内隔套52、外隔套53、内垫54、外垫55均使用钢基绝缘材料制成。在受力时，由于变形已由连杆上设置的金属弹性关节组件实现，因此销套绝缘组件中的大垫片51、内隔套52、外隔套53、内垫54、外垫55均仅仅承受正压力，不发生变形，具有更好的受力稳定性，绝缘性能可以保持更久。

本发明的风电联轴器中的销套绝缘组件安装组装方法为：先将第一法兰22套装于固定螺栓57靠近于螺栓头的一侧，内隔套52套置于固定螺栓57上，接下来将大垫片51套置于内隔套52上，且大垫片51的一端面与第一法兰22贴合，外隔套53套设在内隔套52上，且外隔套53的一端面与大垫片51的另一端面贴合，然后将配置好的固定螺栓57插入到法兰盘201上，法兰盘套置于外隔套53上，将内垫54套设于内隔套52，且一端面贴合于法兰盘201和外隔套53共同形成的端面，另一端面贴合于套设在固定螺栓57的外垫55，碟簧56套设在固定螺栓57的远离螺栓头的一侧上，且一端面与外垫55抵靠，另一端抵靠于锁紧螺母58。通过旋转锁紧螺母58将固定螺栓57紧固，保证第一法兰22和法兰盘201之间的绝缘，并由此实现了中间轴齿轮箱侧和发动机侧的可靠绝缘。

综上所述，本发明的风电联轴器具通过连杆内金属弹性关节组件和销套绝缘组件实现了变形补偿性能和绝缘性能的分离，具有更好的稳定性。金属弹性关节组件可以满足变形和钢性要求，具有更高强度和更长的使用时间，销套绝缘组件的材料上使用钢基特殊材料，解决了橡胶老化的问题，同时绝缘部位仅承受正压力，满足海上风电设备的要求。在生产制造上更为简便，精度也更容易控制，便于实现量产，为国内风电联轴器量产打下了基础。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”、“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另一个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。同时，本文中使用的术语“连接”等应做广义理解，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等均以附图中表示的放置状态为参照。

还需要说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的范围。

Claims (3)

1.一种风电联轴器，包括中间轴、制动盘、第一法兰、第二法兰、第三法兰，其特征在于：

所述中间轴具有靠近齿轮箱的齿轮箱侧和靠近发电机的发电机侧，所述中间轴的齿轮箱侧和发电机侧分别固定设有一个法兰盘，所述制动盘和第一法兰设置在中间轴的齿轮箱侧，所述第二法兰和第三法兰设置在中间轴的发电机侧，所述制动盘通过齿轮箱侧连杆组件连接于第一法兰，所述第一法兰与中间轴的齿轮箱侧法兰盘连接，所述第二法兰通过发电机侧连杆组件连接于第三法兰，所述第二法兰与中间轴的发电机侧法兰盘连接；

所述齿轮箱侧连杆组件由第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆组成，每根连杆的两端均设有平行轴孔，第一连杆的一端轴孔与第二连杆的一端轴孔相邻，第三连杆的一端轴孔与第四连杆的一端轴孔相邻，且所述第一连杆的一端轴孔和第二连杆的一端轴孔、所述第三连杆的一端轴孔和第四连杆的一端轴孔均通过螺杆与制动盘连接；第一连杆的另一端轴孔与第三连杆的另一端轴孔相邻，第二连杆的另一端轴孔与第四连杆的另一端轴孔相邻，且所述第一连杆的另一端轴孔和第三连杆的另一端轴孔、所述第二连杆的另一端轴孔和第四连杆的另一端轴孔均通过螺杆与第一法兰连接；所述发电机侧连杆组件与所述齿轮箱侧连杆组件具有相同的结构；

所述齿轮箱侧连杆组件和所述发电机侧连杆组件中的每个连杆上均设有金属弹性关节组件，所述金属弹性关节组件由金属弹性套和碟簧组构成，所述金属弹性套设置在每个连杆轴孔内，所述金属弹性套包括内套和外套，外套的外表面和内套的内表面均为球面，外套的内表面与内套的外表面相邻且中间留有间隙，所述金属弹性套的内套和外套在靠近轴孔端面处设有销孔，销插入销孔对所述内套和外套进行固定连接；所述碟簧组设置在每个连杆轴孔外端面的两侧，螺杆从连杆轴孔一侧插入，依次穿过一侧的碟簧组、金属弹性套、另一侧的碟簧组，从连杆轴孔另一侧穿出，超级螺母旋拧在螺杆端部，超级螺母的转动控制螺杆的头端面与超级螺母的端面之间的距离，将所述碟簧组预加载预压力，以使所述风电联轴器在使用过程中连杆左右摆动但能维持理论位置不变，且保证连杆组件的弹性状态；

所述第一法兰与中间轴的齿轮箱侧法兰盘由固定螺栓和锁紧螺母连接，并且在所述第一法兰与齿轮箱侧法兰盘之间设置有销套绝缘组件，所述销套绝缘组件包括：大垫片、内隔套、外隔套、内垫、外垫、碟簧，第一法兰套置于固定螺栓的螺栓头一侧，内隔套套装于固定螺栓外表面，外隔套套置于内隔套上，齿轮箱侧法兰盘套置于外隔套上，大垫片和内垫套设于内隔套并分别位于外隔套和齿轮箱侧法兰盘的两侧，外垫套设于固定螺栓上，一面贴合于内隔套和内垫的端面，另一面与套置于固定螺栓上的碟簧抵靠，锁紧螺母抵靠于碟簧旋拧在固定螺栓上。

2.如权利要求1所述的风电联轴器，其特征在于，所述大垫片的直径大于所述第一法兰和所述中间轴的齿轮箱侧法兰盘的直径，所述外隔套的宽度等于所述中间轴的齿轮箱侧法兰盘的宽度，所述内隔套的宽度大于所述外隔套和所述中间轴的齿轮箱侧法兰盘的宽度。

3.如权利要求2所述的风电联轴器，其特征在于，所述大垫片、内隔套、外隔套、内垫、外垫均由钢基绝缘材料制成。

Images