CN118974429A - 联接组件 - Google Patents

Abstract

一种用于风力涡轮机(40)的转矩传递联接组件(1)，所述转矩传递联接组件(1)构造成将第一联接部分(2)联接到第二联接部分(3)，其中，所述第一联接部分(2)和所述第二联接部分(3)被构造成绕所述转矩传递联接组件(1)的纵向轴线(42)旋转，其中，所述第一联接部分(2)由沿所述纵向轴线(42)分布的第一轴承(48)和第二轴承(49)支撑，其中，所述第一联接部分(2)被轴承箱(13)包围，并且所述第一轴承(48)和所述第二轴承(49)被布置在所述第一联接部分(2)和所述轴承箱(13)之间，其中，所述第二联接部分(3)被第二联接部分壳体包围，其中，所述第一联接部分(2)和所述第二联接部分(3)通过多个紧固装置(6)刚性地联接。

Description

联接组件

技术领域

本发明涉及一种用于风力涡轮机的转矩传递联接组件，该转矩传递联接组件构造成将第一联接部分联接到第二联接部分。本发明还涉及一种风力涡轮机的传动系。

背景技术

风力涡轮机越来越多地被用于产生电能。风力涡轮机包括塔架和安装在塔架上的机舱，轮毂被附接到该机舱。转子被安装在该轮毂处并且联接到发电机。多个叶片从该转子延伸。这些叶片以如下方式定向，即：使得越过叶片的风使转子转动，从而驱动发电机。因此，叶片的旋转能被传送到发电机，然后该发电机将机械能转化成电并将电传送到电网。

风力涡轮机的传动系包括轴对轴或轮毂对轴的联接器(或称为联轴器，coupling)，以联接传动系的部件。例如，主轴承和齿轮箱之间的传动系的主轴被联接到齿轮箱输入轴或齿轮箱的行星架，以将转矩从主轴传送到齿轮箱。该联接器必须适于传送风力涡轮机的传动系的转矩，并且并非所有从现有技术(例如，汽车行业中)已知的联接器都适于传送由风力涡轮机产生的转矩。

从现有技术已知不同的轴对轴或轮毂对轴联接器。例如，收缩盘可用于实心轴布置结构。可替代地，带有摩擦垫片的螺栓接头可用于联接器。使用摩擦垫片降低了联接构件滑动的风险，这是因为摩擦垫片增加了两个联接部分之间的静摩擦系数。例如，具有部分嵌入的金刚石的涂覆钢垫片可用作摩擦垫片。然后，摩擦垫片被放置在轴对轴或轮毂对轴联接器的两个联接构件之间，并且金刚石压入到联接构件的表面中，以产生微形状配合(microform fit)，这会导致联接构件之间的显著摩擦增大。使用摩擦垫片允许以较小的滑动风险传送更高的转矩，并且是一种紧凑的解决方案，但是由于所使用的材料其非常昂贵。摩擦垫片在汽车行业中用于联接传动系的轴。然而，在风力涡轮机中使用摩擦垫片非常昂贵，这是因为与汽车行业相比，这些轴具有大得多的直径和传送的转矩。另外，摩擦垫片被限于传递超过一定转矩密度限制的转矩。另外，由于所述微形状配合，摩擦垫片的拆卸是困难的。可替代地，也可使用其他摩擦联接器，例如夹紧组，但它们的组装和拆卸也是困难的。

用于风力涡轮机的转矩传递联接器从现有技术也是已知的。文献US2019/0048938A1公开了一种借助于两个可旋转部分之间的形状配合联接器和将这两个可旋转部分压在一起的压缩环的两个可旋转部分之间的转矩传递联接器。然而，对于该联接器，第二可旋转部分被布置在第一可旋转部分的外周向表面处。因此，第二可旋转部分受到过度约束，使得第一可旋转部分在联接区域处装配在第二可旋转部分内。另外，联接器的转矩传递区域受到两个可旋转部分的重叠表面的限制。

风力涡轮机的技术的当前发展趋向于增加风力涡轮机的尺寸以便收集更多的风能，而具有更长的叶片和更高的塔架。由于风力涡轮机的增加的尺寸和风力涡轮机产生的更高载荷，传动系中的轴和联接器传递更高的转矩，并且使用具有更宽直径的轴。

由于新开发的风力涡轮机的传动系的尺寸不断增加，如文献US 2019/0048938A1中公开的用于转矩传递联接器的过度约束的联接构件是不利的。传动系部分的联接技术不应成为传动系部件的尺寸设定中的限制因素。换言之，联接器应适于提供一种紧凑的解决方案，以将多个轴或一个轴联接到轮毂，而不必修改联接构件的尺寸。

过度约束的联接构件的一个问题在于，在联接组件的各部分的旋转期间发生的错位导致变形和剪切，因为系统受到约束，而没有留下任何自由度以用于抵消这些错位，这些错位可能由系统中的振动或者旋转部分的加速或减速引起。这种变形可能会导致联接组件的完全失效，并且缩短部件的使用寿命。

对于风力涡轮机中使用的联接组件，对陆上风力涡轮机的主要设计限制之一来自对内陆场景的运输、起重和物流限制。这种框架的最限制性的方面之一是：机舱的宽度，即有限的运输限制；以及高度。

跟随市场的需求，随着风力涡轮机的功率输出增长，齿轮箱也随之增长。齿轮箱的第一级的尺寸及其比率是健康设计的关键，并且其受到机舱的宽度约束的限制。齿轮箱在其第一级上居中并与主轴布置结构对准，并且该事实将齿轮箱的每一侧上的通道限制为相等值。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种转矩传递联接组件，其克服了从现有技术中已知的问题。

另外，本发明的目的在于提供一种风力涡轮机的经典的4点传动系，其中来自转子并被传送到齿轮箱上的输入转矩，为了将其转换到更高的速度，而反作用到风力涡轮机的主结构上。

这通过根据权利要求1的转矩传递联接组件和根据权利要求14的传动系来实现。

根据本发明，一种用于风力涡轮机的转矩传递联接组件包括第一联接部分和第二联接部分，其中，所述转矩传递联接组件被构造成将第一联接部分联接到第二联接部分。该第一联接部分和第二联接部分因此是可旋转部分，例如轮毂或轴。

根据本发明，该第一联接部分和第二联接部分被构造成绕转矩传递联接组件的纵向轴线旋转。例如，如果第一联接部分和第二联接部分是轴，则两个轴都绕转矩传递联接组件的纵向轴线旋转，该纵向轴线也是两个轴的纵向轴线。

根据本发明，第一联接部分由沿该纵向轴线分布的第一轴承和第二轴承支撑，其中，第一联接部分被轴承箱包围，并且第一轴承和第二轴承被布置在第一联接部分和轴承箱之间。

第一轴承和第二轴承可沿该纵向轴线分布，以支撑第一联接部分的旋转。

根据本发明，第二联接部分被第二联接部分壳体包围。第二联接部分壳体可支撑第二联接部分部件以及保护收容在内的部件。

根据本发明，第一联接部分和第二联接部分通过多个紧固装置刚性联接。该刚性联接防止可能由第一和第二联接部分两者的旋转而导致的联接之后的错位，使得转矩能够高效地从第一联接部分传递到第二联接部分。

根据本发明，轴承箱通过多个联接法兰来联接到第二联接部分壳体，其中，每个联接法兰通过弹性装置联接到轴承箱。弹性装置是如下装置：其根据部件相对彼此的相对位置而在由该弹性装置联接的部件之间产生力，并且其具有在部件之间不施加力的中性位置。这种联接的目的在于具有柔性联接，并且由此，能够通过为转矩传递联接组件提供附加的自由度，而反作用于第二联接部分壳体相对轴承箱的横向位移。

该柔性联接是反作用机构，其通过避免转矩传递联接组件的结构、特别是轴承箱和第二联接部分壳体的结构的不受控制和不期望的横向移位，来减轻由转矩传递联接组件的旋转部分的加速和减速引起的反作用转矩。该柔性联接被构造成以易控和阻尼的方式对该转矩起反作用，使得联接组件的内部和外部部件接收可管控的载荷传递。

因此，联接法兰可被视为反作用转矩臂，其构造成减轻转矩传递联接组件的反作用力。该反作用被分散在转矩传递联接组件的外围部分上，从而将附加载荷降低到可忽略的水平。

根据本发明的一个优选实施例，轴承箱包括用于每个联接法兰的轭部，以用于将联接法兰联接到轴承箱。该轭部可从轴承箱的外表面突出，以便于与联接法兰联接。

根据本发明的另一个优选实施例，所述弹性装置为弹簧，例如贝氏弹簧垫圈(belleville washer)、螺旋弹簧或盘。优选地，所述弹簧为橡胶弹簧。

根据本发明的另一个优选实施例，所述弹性装置包括弹性体。弹性体是公知的弹性装置。

根据本发明的另一个优选实施例，所述弹性装置包括钢。

根据本发明的另一个优选实施例，所述弹性装置包括多个弹簧。

根据本发明的另一个优选实施例，该多个联接法兰均匀地绕轴承箱的周界分布。这对于在所有法兰之间分配载荷是特别有利的。

根据本发明的另一个优选实施例，该多个联接法兰由两个法兰组成。根据本发明的另一个优选实施例，该多个联接法兰由三个法兰组成。根据本发明的另一个优选实施例，该多个联接法兰由四个法兰组成。根据本发明的另一个优选实施例，该多个联接法兰由五个法兰组成。根据本发明的另一个优选实施例，该多个联接法兰由六个法兰组成。根据本发明的另一个优选实施例，该多个联接法兰由七个法兰组成。根据本发明的另一个优选实施例，该多个联接法兰由八个法兰组成。根据本发明的另一个优选实施例，该多个联接法兰由九个法兰组成。根据本发明的另一个优选实施例，该多个联接法兰由十个法兰组成。根据本发明的另一个优选实施例，该多个联接法兰由十一个法兰组成。根据本发明的另一个优选实施例，该多个联接法兰由十二个法兰组成。根据本发明的另一个优选实施例，该多个联接法兰由十三个法兰组成。根据本发明的另一个优选实施例，该多个联接法兰由十四个法兰组成。

根据本发明的另一个优选实施例，该多个联接法兰包括至少两个法兰。根据本发明的另一个优选实施例，该多个联接法兰包括至少三个法兰。根据本发明的另一个优选实施例，该多个联接法兰包括至少四个法兰。根据本发明的另一个优选实施例，该多个联接法兰包括至少五个法兰。根据本发明的另一个优选实施例，该多个联接法兰包括至少六个法兰。根据本发明的另一个优选实施例，该多个联接法兰包括至少七个法兰。根据本发明的另一个优选实施例，该多个联接法兰包括至少八个法兰。根据本发明的另一个优选实施例，该多个联接法兰包括至少九个法兰。根据本发明的另一个优选实施例，该多个联接法兰包括至少十个法兰。根据本发明的另一个优选实施例，该多个联接法兰包括至少十一个法兰。根据本发明的另一个优选实施例，该多个联接法兰包括至少十二个法兰。根据本发明的另一个优选实施例，该多个联接法兰包括至少十三个法兰。根据本发明的另一个优选实施例，该多个联接法兰包括至少十四个法兰。

根据本发明的另一个优选实施例，每个联接法兰至少部分地被相应的轭部围绕，其中，弹性装置被布置在每个联接法兰的两个相对侧处。为此，该轭部可包括沿径向方向延伸的两个轭部法兰，以用于围绕联接法兰。因此，两个轭部法兰从纵向轴线径向向外突出，从而部分或完全地围绕相应的联接法兰。然后，在直接面向轭部法兰的联接法兰的两侧上，弹性装置被布置在距纵向轴线的特定径向距离处。如果轭部法兰完全围绕联接法兰，则还可在联接法兰的外部径向表面上添加第三弹性装置。

根据本发明的另一个优选实施例，轭部形成为轴承箱的一体部分，这意味着轭部和轴承箱形成为单体。整体连接可利用例如焊接的永久接合方法来实现，该永久接合方法将各个部件的表面永久地接合在一起，以创建单一部件，该单一部件无法在没有相当大损伤的情况下分离成原始的各个部件。也可在轴承箱的生产期间实现整体连接。在这种情况下，模具包括轴承箱的形状以及轭部的形状两者。

可替代地，轭部可以是轴承箱的单独部分。在这种情况下，轭部通过半永久性接合方法可释放地连接到轴承箱，例如螺栓、铆钉、螺钉或其他已知的接合方法。例如，轭部可通过螺母螺栓连接来安装在轴承箱上。

根据本发明的另一个优选实施例，紧固装置为螺栓、螺钉、销、铆钉、螺纹或螺柱。因此，联接组件的第一联接部分和第二联接部分可通过螺栓、螺钉、销、铆钉、螺纹、螺柱或者用于紧固的其他纵向紧固件来联接。

根据本发明的另一个优选实施例，转矩传递联接组件被布置在风力涡轮机的传动系处。

根据本发明的另一个优选实施例，第一联接部分是传动系的主轴承的主轴。

根据本发明的另一个优选实施例，第二联接部分为传动系的齿轮箱的齿轮箱输入轴，并且第二联接部分壳体为齿轮箱壳体。

根据本发明的另一个优选实施例，轴承箱被刚性地安装在风力涡轮机的机舱的底座框架上。

根据本发明的另一个优选实施例，第一轴承被装配在轴承箱处的第一座中，并且第二轴承被装配在轴承箱处的第二座中。

根据本发明的另一个优选实施例，第一轴承被装配在第一联接部分处的第三座中，并且第二轴承被装配在第一联接部分处的第四座中。

根据本发明的另一个优选实施例，第一轴承和第二轴承是包括多个滚动元件的滚子轴承。

根据本发明的另一个方面，风力涡轮机的传动系包括主轴承和齿轮箱，其中，该主轴承和齿轮箱借助于转矩传递联接组件来联接。

根据本发明的另一个优选实施例，

第一轴承和第二轴承被布置在主轴承处，其中，第一轴承为前轴承，并且第二轴承为后轴承，其中，该多个联接法兰被布置在后轴承的径向外部部分上。这是特别有利的，因为这种布置结构允许后轴承处的共面转矩分布，从而显著减少附加载荷。

根据本发明的另一个优选实施例，齿轮箱壳体包括两个联接法兰，其悬置到四个弹性装置上，以用于减轻和阻尼齿轮箱的位移。在该实施例中，每个联接法兰至少部分地被相应的轭部围绕，其中，弹性装置被布置在每个联接法兰的两个相对侧处。优选地，该四个弹性装置为四个橡胶弹簧。

该实施例对于当前现有技术的传动系设计特别有用，因为当前设计不允许传动系的任何横向增长，这是由于运输和吊装机舱中的困难，当传动系横向增长时，该机舱在尺寸上会增加。在一个优选实施例中，两个联接法兰分别布置在齿轮箱壳体的上部部分和下部部分处，使得传动系仅在高度上增长，而不会横向增长，从而允许更紧凑的传动系和更小的机舱，而同时能够利用传动系传送更高的载荷。

附图说明

为了便于理解本发明的特征并作为本说明书的组成部分，附上一些附图，在具有说明性而非限制性的附图标记的这些附图上，呈现了以下附图：

图1示出了风力涡轮机的透视图；

图2示出了机舱内的传动系；

图3示出了传动系的一部分的剖视图；

图4示出了图3中所示的传动系的透视图；

图5示出了第一联接部分和第二联接部分之间的联接接口的剖视图；

图6示出了转矩传递联接组件的柔性联接器的透视图。

具体实施方式

图1示出了风力涡轮机40。风力涡轮机40包括轮毂43，其连接到布置在机舱45内的发电机(未示出)。轮毂43包括三个风力涡轮机叶片44。机舱45被布置在包括多个塔架部段的塔架41的上端处。穿过机舱45和轮毂43的纵向轴线42作为虚线示出。

图2示出了机舱45内的传动系30。存在两种主要类型的风力涡轮机40，即具有齿轮箱32的风力涡轮机以及直接驱动式无齿轮的风力涡轮机40。这里，示出了包括齿轮箱32的传动系30，但是用于直接驱动式无齿轮的风力涡轮机40的没有齿轮箱32的传动系30也适于本发明。

传动系30包括沿穿过机舱45的纵向轴线42布置的主轴承31、齿轮箱32和发电机33。

图3示出了传动系30的各部分，包括：主轴10，其为转矩传递联接组件1的第一联接部分2；以及齿轮箱输入轴34，其为转矩传递联接组件1的第二联接部分3。

纵向轴线42是主轴10和齿轮箱输入轴34的旋转轴线，其也是叶片44所联接到的转子的旋转轴线。

主轴10在第一端处、即在图3的左侧处设有转子附接法兰，以将主轴10刚性地连接到轮毂43，例如借助于螺栓。在其他实施例中，主轴10可通过端面齿连接(hirthconnection)、组合销螺栓连接或者确保转矩传送的某种其他布置结构来联接到轮毂43。此外，尽管转子附接法兰被示出为与主轴10的其余部分一体形成，但它也可以替代地是栓接或以其他方式固定到主轴10的单独部件。

在第二端处，即在图3的右侧处，主轴10通过多个紧固装置6连接到齿轮箱输入轴34，使得主轴承31联接到齿轮箱32。因此，第一联接部分2和第二联接部分3通过紧固装置6刚性地连接到彼此。

主轴10通过主轴承31承载并且由轴承箱13支撑。轴承箱13包围主轴10，并且基本上与纵向轴线42平行延伸。轴承箱13借助于设有孔的法兰刚性地安装在机舱结构的底座框架上，如在图4中可以看到的。

主轴承31包括沿主轴10的纵向轴线42分布的第一轴承48和第二轴承49，以支撑主轴10沿纵向轴线42的旋转。在图3中所示的实施例中，第一和第二轴承48、49是包括滚动元件47的滚子轴承46，但是它们中的任何一个都可替代地是任何其他类型的轴承，例如流体膜轴承。

第一轴承48比第二轴承49更靠近轮毂43定位。第一轴承48，或者更具体而言，第一轴承48的外圈，装配在轴承箱13处的第一座中。第二轴承49比第一轴承48更靠近齿轮箱32定位。第二轴承49的外圈装配在轴承箱13处的第二座中。第一轴承48和第二轴承49的内圈装配在主轴10处的相应座中。

轴承箱13通过柔性联接器连接到齿轮箱壳体35。该柔性联接器围绕主轴10与齿轮箱输入轴34之间的接口，并且包括多个联接法兰4，每个联接法兰4通过弹性装置5联接到轴承箱13的轭部14。

图4示出了图3中所示的传动系30的透视图。如图3中所示，齿轮箱壳体35通过多个联接法兰4联接到轴承箱13。

图5示出了第一联接部分2和第二联接部分3之间的联接接口的剖视图。如在该图中可以看到的，每个联接法兰4均部分地被相应的轭部14围绕。弹性装置5被布置在每个联接法兰4的两个相对侧处，并且联接法兰4分布在距纵向轴线42一定径向距离处。

轭部14形成为轴承箱13的一体部分。轴承箱13由轴承49支撑，该轴承49是包括多个滚动元件47的滚子轴承46。

在该剖视图中，可以看到主轴10，其为第一联接部分2，该第一联接部分2被联接到第二联接部分3，该第二联接部分3为齿轮箱输入轴34。主轴10包括构造为螺栓的多个紧固装置6。

图6示出了转矩传递联接组件1的柔性联接器的透视图。如图5中所见，每个联接法兰4均部分地被相应的轭部14围绕，该轭部14包括沿径向方向延伸的两个轭部法兰，以用于围绕联接法兰4。弹性装置5被布置在每个轭部法兰和每个联接法兰4之间。

附图标记

1 转矩传递联接组件

2 第一联接部分

3 第二联接部分

4 联接法兰

5 弹性装置

6 紧固装置

10 主轴

13 轴承箱

14 轭部

30 传动系

31 主轴承

32 齿轮箱

33 发电机

34 齿轮箱输入轴

35 齿轮箱壳体

40 风力涡轮机

41 塔架

42 纵向轴线

43 轮毂

44 叶片

45 机舱

46 滚子轴承

47 滚动元件

48 第一轴承

49 第二轴承

Claims (15)

1.一种用于风力涡轮机(40)的转矩传递联接组件(1)，包括第一联接部分(2)和第二联接部分(3)，其中，所述转矩传递联接组件(1)被构造成将所述第一联接部分(2)联接到所述第二联接部分(3)，

其中，所述第一联接部分(2)和所述第二联接部分(3)被构造成绕所述转矩传递联接组件(1)的纵向轴线(42)旋转，

其中，所述第一联接部分(2)由沿所述纵向轴线(42)分布的第一轴承(48)和第二轴承(49)支撑，

其中，所述第一联接部分(2)被轴承箱(13)包围，并且所述第一轴承(48)和所述第二轴承(49)被布置在所述第一联接部分(2)和所述轴承箱(13)之间，

其中，所述第二联接部分(3)被第二联接部分壳体包围，

其中，所述第一联接部分(2)和所述第二联接部分(3)通过多个紧固装置(6)刚性地联接，

其特征在于，所述轴承箱(13)通过多个联接法兰(4)联接到所述第二联接部分壳体，

其中，每个联接法兰(4)通过弹性装置(5)来联接到所述轴承箱(13)。

2.根据权利要求1所述的转矩传递联接组件(1)，其中，所述轴承箱(13)包括用于每个联接法兰(4)的轭部(14)，以用于将所述联接法兰(4)联接到所述轴承箱(13)。

3.根据权利要求1或2所述的转矩传递联接组件(1)，其中，所述弹性装置(5)为弹簧，例如贝氏弹簧垫圈、螺旋弹簧或盘。

4.根据权利要求3所述的转矩传递联接组件(1)，其中，所述弹性装置(5)包括多个弹簧。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的转矩传递联接组件(1)，其中，每个联接法兰(4)至少部分地被相应的轭部(14)围绕，其中，所述弹性装置(5)被布置在每个联接法兰(4)的两个相对侧处。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的转矩传递联接组件(1)，其中，所述轭部(14)形成为所述轴承箱(13)的一体部分。

7.根据前述权利要求中任一项所述的转矩传递联接组件(1)，其中，所述紧固装置(6)为螺栓、螺钉、销、铆钉、螺纹或螺柱。

8.根据前述权利要求中任一项所述的转矩传递联接组件(1)，其中，所述转矩传递联接组件(1)被布置在所述风力涡轮机(40)的传动系(30)处。

9.根据权利要求8所述的转矩传递联接组件(1)，其中，所述第一联接部分(2)为所述传动系(30)的主轴承(31)的主轴(10)。

10.根据权利要求8或9所述的转矩传递联接组件(1)，其中，所述第二联接部分(3)为所述传动系(30)的齿轮箱(32)的齿轮箱输入轴(34)，并且所述第二联接部分壳体为齿轮箱壳体(35)。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的转矩传递联接组件(1)，其中，所述轴承箱(13)被刚性地安装在所述风力涡轮机(40)的机舱(45)的底座框架上。

12.根据前述权利要求中任一项所述的转矩传递联接组件(1)，其中，所述第一轴承(48)被装配在所述轴承箱(13)处的第一座中，并且所述第二轴承(49)被装配在所述轴承箱(13)处的第二座中。

13.根据前述权利要求中任一项所述的转矩传递联接组件(1)，其中，所述第一轴承(48)被装配在所述第一联接部分(2)处的第三座中，并且所述第二轴承(49)被装配在所述第一联接部分(2)处的第四座中。

14.一种风力涡轮机(40)的传动系(30)，包括主轴承(31)和齿轮箱(32)，其中，所述主轴承(31)和所述齿轮箱(32)借助于根据权利要求1至13所述的转矩传递联接组件(1)来联接。

15.根据权利要求14所述的传动系(30)，其中，第一轴承(48)和第二轴承(49)被布置在主轴承(31)处，其中，所述第一轴承(48)为前轴承，并且所述第二轴承(49)为后轴承，其中，多个联接法兰(4)被布置在所述后轴承的径向外部部分上。