專利名稱：用于風力渦輪傳動軸的單件聯(lián)接件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體而言涉及在風力渦輪中的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件之間的聯(lián)接件(coupling)，且特定而言涉及可例如用于將風力潤輪傳動軸(wind turbine drive shaft)聯(lián)接到齒輪箱軸或直接聯(lián)接到發(fā)電機的單件夾持盤(single-piece clamping disk)。
背景技術(shù)：
壓縮或收縮聯(lián)接件(也被稱作“收縮盤”)廣泛地用于傳動系中以將旋轉(zhuǎn)軸聯(lián)接到另一構(gòu)件，諸如齒輪箱或發(fā)電機。在許多常規(guī)的風力渦輪設(shè)計中，例如，收縮聯(lián)接件用于將主傳動軸(“低速軸”)固定到齒輪箱上。這種聯(lián)接件可相當大，常常重量在約2，000 Ib的范圍內(nèi)且各種維護過程需要移除收縮聯(lián)接且隨后附連收縮聯(lián)接件。例如，在齒輪箱中的低速軸密封件的檢查或替換(也被稱作“前密封件”)可僅通過移除收縮聯(lián)接件來實現(xiàn)。風力被認為是目前可用的最清潔最環(huán)保的能源且風力渦輪在此方面受到了越來越多的關(guān)注?，F(xiàn)代風力渦輪可能相當大，許多設(shè)計具有超過100米的轉(zhuǎn)子高度。但是，風能的成本/利益經(jīng)濟為始終考慮的因素。產(chǎn)生能量的成本(包括構(gòu)建和維護風力渦輪)不能超過這些利益。就此而言，持續(xù)地做出努力來提供可靠、更低復雜性和更經(jīng)濟的風力渦輪的構(gòu)件。因此，該行業(yè)將受益于在任何形式風力渦輪構(gòu)造中在主傳動軸與齒輪箱軸之間以及在任何其它聯(lián)接軸之間改進的、牢固聯(lián)接件。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方面和優(yōu)點將在下文的描述中部分地陳述，或者可從該描述顯而易見，或者可通過實踐本發(fā)明而學習。根據(jù)本發(fā)明的方面，提供一種用于連接風力渦輪的傳動系構(gòu)件的聯(lián)接布置(coupling arrangement)。該聯(lián)接布置包括第一軸構(gòu)件,其具有端部,在端部中限定凹部，以及第二軸構(gòu)件，其與第一軸構(gòu)件在軸向?qū)是野卜庞诎疾績?nèi)。第一軸構(gòu)件在與凹部同心的區(qū)域中具有外徑表面(outer diameter surface)。此同心外徑表面可呈錐形。單件夾持盤安置于第一軸構(gòu)件周圍且包括內(nèi)徑表面，內(nèi)徑表面具有匹配第一軸構(gòu)件的同心外徑表面的構(gòu)造。該夾持盤包括在內(nèi)徑表面中限定的周向延伸的凹槽，以及限定于夾持盤的外徑表面與凹槽之間的至少一個徑向延伸的噴射通道。對于此構(gòu)造，在向噴射通道內(nèi)施加加壓流體時，夾持盤在徑向膨脹且允許夾持盤沿著第一軸構(gòu)件的同心外徑表面從釋放位置滑動移動到鎖定位置。在釋放流體壓力時，夾持盤在徑向縮回且夾持到外徑表面上以將第二軸構(gòu)件聯(lián)接到第一軸構(gòu)件的凹部內(nèi)。在一實施例中，第一軸構(gòu)件可為到齒輪箱或發(fā)電機的輸入軸，且第二軸構(gòu)件可為來自風力渦輪轉(zhuǎn)子的主傳動軸。在一不同實施例中，這些構(gòu)件可相反，使得第一軸構(gòu)件為主傳動軸且第二軸構(gòu)件為到齒輪箱的輸入軸。在另一方面，本發(fā)明還涵蓋具有如上文所討論的聯(lián)接布置的任何形式的風力渦輪。例如，示例性風力渦輪包括轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子具有與之聯(lián)接的主傳動軸。主傳動軸利用聯(lián)接布置而旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到齒輪箱的輸入軸，該聯(lián)接布置包括限定于主傳動軸或變速箱輸入軸之一中的凹部，其中輸入軸或主傳動軸中的另一個具有同軸安放于凹部中的端部?？蔀殄F形表面的外徑表面限定于其中限定了凹部的徑向外側(cè)構(gòu)件上。單件夾持盤繞外側(cè)構(gòu)件安置且包括內(nèi)徑表面，內(nèi)徑表面匹配軸構(gòu)件的外徑表面的構(gòu)造。該夾持盤包括在內(nèi)徑表面中限定的周向延伸的凹槽，以及限定于夾持盤的外徑表面與凹槽之間的至少一個徑向延伸的噴射通道。如上文所討論，在向噴射通道內(nèi)施加加壓流體時，夾持盤在徑向膨脹使得夾持盤沿著錐形外徑表面從釋放位置滑動移動到鎖定位置，且在釋放流體壓力時，夾持盤在徑向縮回且夾持到錐形外徑表面上以將主傳動軸旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到輸入軸。盡管本發(fā)明的描述將在本文中描述為它們關(guān)于在風力渦輪中的主傳動軸與齒輪箱軸之間的改進的聯(lián)接構(gòu)造，但是應(yīng)意識到這只是出于說明本聯(lián)接件的特別適用的實施例的目的。本發(fā)明并不限于用于風力渦輪中且可應(yīng)用于需要在對準的旋轉(zhuǎn)軸之間的牢固聯(lián)接的任何情形。例如，用于旋轉(zhuǎn)地連接軸向?qū)实妮S構(gòu)件的聯(lián)接布置可包括第一軸構(gòu)件，其具有端部，在端部中限定凹部，以及第二軸構(gòu)件，其與第一軸構(gòu)件在軸向?qū)是野卜庞诎疾績?nèi)。第一軸構(gòu)件在與凹部同心的區(qū)域中包括外徑表面，外徑表面可為錐形表面。單件夾持盤安置于第一軸構(gòu)件周圍且包括內(nèi)徑表面，內(nèi)徑表面接合第一軸構(gòu)件的外徑表面以及限定于內(nèi)徑表面中的周向延伸的凹槽。夾持盤還包括限定于盤的外徑表面與凹槽之間的徑向延伸的噴射通道。在向噴射通道內(nèi)施加加壓流體時，夾持盤在徑向膨脹使得夾持盤沿著軸構(gòu)件的外徑表面從釋放位置滑動移動到鎖定位置。在釋放流體壓力時，夾持盤在徑向縮回且夾持到外徑表面上以將第二軸構(gòu)件聯(lián)接到第一軸構(gòu)件的凹部內(nèi)。參考下文的描述和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的這些和其它特點、方面和優(yōu)點將會更好地理解。附圖合并于本說明書中并構(gòu)成說明書的部分，附圖示出本發(fā)明的實施例且與描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。
本發(fā)明的全面并可實施的公開內(nèi)容(包括其對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言的最佳實施方式)參考附圖在說明書中陳述，在附圖中
圖1為可合并根據(jù)本發(fā)明的方面的聯(lián)接件的風力渦輪的透視 圖2為根據(jù)本發(fā)明的方面的聯(lián)接布置的實施例的截面 圖3至圖6為聯(lián)接布置的實施例的截面順序操作圖；以及 圖7為聯(lián)接布置的實施例的軸向截面圖。附圖標記構(gòu)件 10風力渦輪
12塔架 14機艙 16葉片 18轉(zhuǎn)子槳轂 20主凸緣 22主轉(zhuǎn)子軸 23高速軸 24齒輪箱 26發(fā)電機 28齒輪箱輸入軸 40聯(lián)接布置 42第一軸構(gòu)件 44端部 46凹部 48錐形外徑 50第二軸構(gòu)件 51軸線 52夾持盤 54外徑表面 56內(nèi)徑表面 58凹槽 60噴射通道 62插塞 63密封件 64流體 66肩部 68動力裝置 72 RAM 70力線 74方向線。
具體實施例方式現(xiàn)將詳細地參考本發(fā)明的實施例，其一個或多個示例在附圖中示出。以解釋本發(fā)明的方式提供每個示例，且并不意味著限制本發(fā)明。實際上，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，在不偏離本發(fā)明的范圍或精神的情況下可做出各種修改和變型。舉例而言，作為一個實施例的部分示出或描述的特點可用于另一實施例以得到又一實施例。因此，預期本發(fā)明涵蓋屬于所附權(quán)利要求和其等效物內(nèi)的這些修改和變型。圖1示出常規(guī)構(gòu)造的風力渦輪10。風力渦輪10包括塔架12和安裝于其上的機艙14。多個風力渦輪葉片16安裝于轉(zhuǎn)子槳轂18上，而轉(zhuǎn)子槳轂18連接到主凸緣20上，主凸緣20轉(zhuǎn)動主轉(zhuǎn)子軸22。主轉(zhuǎn)子軸22經(jīng)由聯(lián)接布置40而聯(lián)接到齒輪箱24，如在下文中更詳細地描述。齒輪箱24經(jīng)由高速軸23而連接到發(fā)電機26。葉片16經(jīng)由軸22和齒輪箱24將風的動力轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機械能以利用發(fā)電機26來發(fā)電。應(yīng)意識到任何形式的風力渦輪構(gòu)造可合并根據(jù)本發(fā)明的聯(lián)接件40，且圖1所描繪的風力渦輪10的類型只是出于說明目的。例如，風力渦輪10可為直接驅(qū)動的風力渦輪，其中轉(zhuǎn)子槳轂18的輸出直接利用如本文所述的聯(lián)接件40聯(lián)接到發(fā)電機26。
圖2示出了聯(lián)接布置40的實施例，其用于連接軸向?qū)实妮S構(gòu)件，例如風力渦輪10(圖1)內(nèi)的軸構(gòu)件。例如，聯(lián)接布置40可用于將主傳動軸22連接到齒輪箱輸入軸28。聯(lián)接布置40包括第一軸構(gòu)件42，第一軸構(gòu)件42具有端部44，端部44中限定了凹部46。在一特定實施例中，第一軸構(gòu)件42為風力渦輪傳動系的主傳動軸22(圖1)。聯(lián)接布置40包括第二軸構(gòu)件50，第二軸構(gòu)件50沿著軸線51與第一軸構(gòu)件42在軸向?qū)?。第二軸構(gòu)件50安放于所述凹部46內(nèi)。第一軸構(gòu)件42與凹部46大體上同心(在徑向外側(cè))的區(qū)域中包括外徑表面48，如圖2所示。此外徑表面48可具有各種輪廓，包括平行于軸線51的平坦輪廓，或者成角度或相對于軸線51改變軸向的輪廓。在附圖所示的特定實施例中，外徑表面48相對于軸線51在徑向成錐形。聯(lián)接布置40包括單件夾持盤，大體上為52，其繞第一軸構(gòu)件42與凹部46大體上同心地安置。夾持盤52具有內(nèi)徑表面56,內(nèi)徑表面56與第一軸構(gòu)件42的外徑表面48相對安置。內(nèi)徑表面56具有“匹配”或?qū)?yīng)于外徑表面48輪廓的輪廓，使得隨著夾持盤52在徑向縮回，這些表面沿著相應(yīng)表面的長度大體上均勻地接合。例如，如圖2所描繪的那樣，內(nèi)徑表面56具有匹配外徑表面48的錐形輪廓的錐形輪廓。周向延伸的流體傳導凹槽或通道58限定于夾持盤52的內(nèi)徑表面56中。至少一個徑向延伸的噴射通道60限定于夾持盤52的外徑表面54與凹槽58之間。噴射通道60提供用于將加壓流體噴射到凹槽58內(nèi)的流體途徑。在圖2的實施例中，第二軸構(gòu)件50被圖示為到齒輪箱24的輸入軸28(圖1)。輸入軸28安放于主傳動軸構(gòu)件22中的凹部46內(nèi)直到可由凹部46內(nèi)的肩部、在軸構(gòu)件28與凹部46之間的錐形配合或者限定齒輪箱輸入軸28插入到凹部46內(nèi)的極限的任何其它類型的接合結(jié)構(gòu)(在圖2中大體上表示為66)所限定的點。圖3示出一實施例，其中與圖2的構(gòu)造相比，第一軸構(gòu)件42和第二軸構(gòu)件50的取向相反。在此實施例中，例如，第一軸構(gòu)件42可為齒輪箱輸入軸，而第二軸構(gòu)件50可為風力渦輪構(gòu)造的主傳動軸，其中，主傳動軸安置于齒輪箱輸入軸的凹部46內(nèi)。在圖3中，夾持盤52被示出相對于錐形外徑表面48處于初始釋放位置。提供一個或多個動力裝置68來相對于軸構(gòu)件42、50在軸向移動夾持盤52。動力裝置68可為例如促動推桿(rams) 72的液壓驅(qū)動的裝置。可提供任何形式的適當原動力來用于此目的，包括電動馬達、液壓裝置等。應(yīng)意識到本發(fā)明并不限于促動夾持盤52的任何特定手段或裝置。應(yīng)意識到任何數(shù)量和圖案的噴射通道60可設(shè)于夾持盤52的周圍。例如,參看圖7，多個噴射通道60繞夾持盤52的外徑表面54在周向間隔開。在備選實施例中，可利用單個噴射通道60。參看圖4，加壓流體64從任何合適的加壓流體源引入到噴射通道60內(nèi)。任何合適的密封件63(圖2)可沿著凹槽58的相對側(cè)設(shè)置以在聯(lián)接過程中限制加壓流體泄漏，包括可壓縮的密封件、迷宮密封、金屬密封件等。此外，任何合適的密封件可通過將凹槽58和夾持盤52的相對的機械加工面成形而得到。加壓流體填充內(nèi)部凹槽58且被施加充分壓力來相對于第一軸構(gòu)件42的錐形表面48造成夾持盤52在徑向膨脹，如在圖4中由徑向力線70所示的那樣。如圖5中的箭頭所示，在促動動力裝置68以沿著錐形外徑表面48驅(qū)動夾持盤52時，維持流體64在壓力之下。在加壓流體維持夾持盤在其徑向膨脹狀態(tài)時，動力部件68將夾持盤52定位到沿著外徑表面48的鎖定位置，如由圖5中的力線70所示。一旦夾持盤52被定位到如圖6所示的其鎖定位置，釋放在盤52上的流體壓力將造成夾持盤在徑向縮回且抵靠外徑表面48夾持，如由圖6中的力線70所示。噴射通道60可由任何形式的合適插塞62蓋住以保持流體在通道60和凹槽58內(nèi)。備選地，流體可從通道和凹槽58排出。動力部件68和相關(guān)聯(lián)的推桿72可在此時脫離夾持盤52。盡管聯(lián)接布置40在本文中描述為用于風力渦輪傳動系中將主傳動軸聯(lián)接到的齒輪箱或發(fā)電機輸入軸的裝置，但是應(yīng)易于意識到該聯(lián)接布置40可用于聯(lián)接任何類型的軸向?qū)实妮S，且本發(fā)明并不限于本文所示和描述的風力渦輪傳動系構(gòu)造。雖然關(guān)于具體示例性實施例和其方法詳細地描述了本主題，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)意識到在理解了前文的描述后，可易于做出這些實施例的更改、變型和等效物。因此，本公開內(nèi)容的范圍是舉例說明且并無限制意義，且本主題并不排除包括本主題的這些修改、變型和/或添加，這對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種用于連接風力渦輪的傳動系構(gòu)件的聯(lián)接布置，所述聯(lián)接布置包括第一軸構(gòu)件，其具有端部，且在所述端部中限定凹部，第二軸構(gòu)件，其與所述第一軸構(gòu)件在軸向?qū)是野卜庞谒霭疾績?nèi)；所述第一軸構(gòu)件在與所述凹部同心的區(qū)域中包括外徑表面；單件夾持盤，其具有內(nèi)徑表面和限定于所述內(nèi)徑表面中在周向延伸的凹槽，所述夾持盤還包括限定于外徑表面與所述凹槽之間的徑向延伸的噴射通道；以及其中，在向所述噴射通道內(nèi)施加加壓流體時，所述夾持盤在徑向膨脹使所述夾持盤沿著所述第一軸構(gòu)件的所述外徑表面從釋放位置滑動移動到鎖定位置，且在釋放流體壓力時，所述夾持盤在徑向縮回且夾持到所述第一軸構(gòu)件的所述外徑表面上以將所述第二軸構(gòu)件聯(lián)接到所述第一軸構(gòu)件的所述凹部內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)接布置，其特征在于，所述聯(lián)接布置被構(gòu)造于主傳動軸與齒輪箱輸入軸之間，或者在主傳動軸與發(fā)電機輸入軸之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)接布置，其特征在于還包括限定于所述凹部的端部的結(jié)構(gòu)，所述第二軸構(gòu)件鄰靠所述結(jié)構(gòu)，所述第一軸構(gòu)件的所述錐形外徑表面大體上在軸向延伸到所述結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)接布置，其特征在于包括繞所述夾持盤在周向間隔開的多個所述噴射通道。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)接布置，其特征在于，所述第一軸構(gòu)件的所述外徑表面和所述夾持盤的所述內(nèi)徑表面相對于所述聯(lián)接布置的縱向軸線在徑向呈錐形。
6.一種風力渦輪,包括轉(zhuǎn)子；主傳動軸，其聯(lián)接到所述轉(zhuǎn)子；齒輪箱或發(fā)電機，其具有輸入軸；聯(lián)接布置，其被構(gòu)造于所述主傳動軸與所述輸入軸之間，所述聯(lián)接布置還包括凹部，其限定于所述主傳動軸或所述輸入軸之一中，其中所述輸入軸或主傳動軸中的另一個具有同軸安放于所述凹部中的端部；外徑表面，限定于其中限定了所述凹部的所述主傳動軸或所述輸入軸中的一個上； 單件夾持盤，其具有內(nèi)徑表面和限定于所述內(nèi)徑表面中的在周向延伸的凹槽，所述夾持盤還包括限定于所述夾持盤的外徑表面與所述凹槽之間的徑向延伸的噴射通道；以及其中，在向所述噴射通道內(nèi)施加加壓流體時，所述夾持盤在徑向膨脹使所述夾持盤沿著所述外徑表面從釋放位置滑動移動到鎖定位置，且在釋放流體壓力時，所述夾持盤在徑向縮回且夾持到所述外徑表面上以將所述主傳動軸旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到所述輸入軸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風力渦輪，其特征在于，所述凹部限定于所述輸入軸中且所述主傳動軸同軸安放于所述凹部中。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風力渦輪，其特征在于包括繞所述夾持盤在周向間隔開的多個所述噴射通道。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風力渦輪，其特征在于，所述外徑表面和所述夾持盤的所述內(nèi)徑表面相對于所述聯(lián)接布置的縱向軸線在徑向呈錐形。
10.一種用于旋轉(zhuǎn)地連接在軸向?qū)实妮S構(gòu)件的聯(lián)接布置，所述聯(lián)接布置包括第一軸構(gòu)件，其具有端部，且在所述端部中限定凹部，第二軸構(gòu)件，其與所述第一軸構(gòu)件在軸向?qū)是野卜庞谒霭疾績?nèi)；所述第一軸構(gòu)件在與所述凹部同心的區(qū)域中包括外徑表面；單件夾持盤，其具有內(nèi)徑表面和限定于所述內(nèi)徑表面中的在周向延伸的凹槽，所述夾持盤還包括限定于外徑表面與所述凹槽之間的徑向延伸的噴射通道；以及其中，在向所述噴射通道內(nèi)施加加壓流體時，所述夾持盤在徑向膨脹使所述夾持盤沿著所述外徑表面從釋放位置滑動移動到鎖定位置，且在釋放流體壓力時，所述夾持盤在徑向縮回且夾持到所述外徑表面上以將所述第二軸構(gòu)件聯(lián)接到所述第一軸構(gòu)件的所述凹部內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的聯(lián)接布置，其特征在于，所述聯(lián)接布置被構(gòu)造于主傳動軸與齒輪箱輸入軸之間，或者在主傳動軸與發(fā)電機輸入軸之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的聯(lián)接布置，其特征在于還包括限定于所述凹部的端部的結(jié)構(gòu)，所述第二軸構(gòu)件鄰靠所述結(jié)構(gòu)，所述第一軸構(gòu)件的所述錐形外徑表面大體上在軸向延伸到所述結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的聯(lián)接布置，其特征在于包括繞所述夾持盤在周向間隔開的多個所述噴射通道。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的聯(lián)接布置，其特征在于，所述第一軸構(gòu)件的所述外徑表面和所述夾持盤的所述內(nèi)徑表面相對于所述聯(lián)接布置的縱向軸線在徑向呈錐形。
全文摘要
本申請涉及用于風力渦輪傳動軸的單件聯(lián)接件。其中，提供一種用于連接例如風力渦輪的傳動系構(gòu)件的軸構(gòu)件的聯(lián)接布置。該聯(lián)接布置包括第一軸構(gòu)件，其具有端部，在端部中限定凹部，以及第二軸構(gòu)件，其與第一軸構(gòu)件在軸向?qū)是野卜庞诎疾績?nèi)。第一軸構(gòu)件在與凹部同心的區(qū)域中具有外徑表面。單件夾持盤具有匹配的內(nèi)徑表面和限定于內(nèi)徑表面中的周向延伸的凹槽，以及限定于夾持盤的外徑表面與凹槽之間的徑向延伸的噴射通道。在向噴射通道內(nèi)施加加壓流體時，夾持盤在徑向膨脹使夾持盤沿著外徑表面從釋放位置滑動移動到鎖定位置。在釋放流體壓力時，夾持盤在徑向縮回且夾持到外徑表面上以將第二軸構(gòu)件聯(lián)接到第一軸構(gòu)件的凹部內(nèi)。
文檔編號F16D1/05GK103032476SQ20121036730
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者H.H.考拉, S.D.托馬森 申請人:通用電氣公司