[發(fā)明專利]用于風(fēng)力渦輪發(fā)電機的軸和組裝風(fēng)力渦輪發(fā)電機的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010112591.3
• 申請日: 2010-01-22
• 公開（公告）號: CN101892944A
• 公開（公告）日: 2010-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: S·薩蒂安;B·S·貝奇帕利
• 申請（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F03D1/06
• 分類號: F03D1/06;F16C3/02;F03D9/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 朱鐵宏;劉華聯(lián)

技術(shù)領(lǐng)域

本文所描述的主題主要涉及風(fēng)力渦輪發(fā)電機，并且更具體地涉及一種用于幫助組裝風(fēng)力渦輪發(fā)電機的方法和軸。

背景技術(shù)

至少一些公知的風(fēng)力渦輪發(fā)電機包括具有多個葉片的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子往往聯(lián)接到定位在基座(例如，桁架或管狀塔架)頂上的殼體或機艙上。至少一些公知的公用級風(fēng)力渦輪機(即，設(shè)計成用以向公用電網(wǎng)提供電力的風(fēng)力渦輪機)具有帶預(yù)定形狀和尺寸的轉(zhuǎn)子葉片。轉(zhuǎn)子葉片將機械性的風(fēng)能轉(zhuǎn)變成所引起的葉片升力，葉片升力進(jìn)而產(chǎn)生機械轉(zhuǎn)矩，該機械轉(zhuǎn)矩經(jīng)由轉(zhuǎn)子軸驅(qū)動一個或多個發(fā)電機，隨后產(chǎn)生電力。發(fā)電機往往但并非總是通過齒輪箱可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到轉(zhuǎn)子軸上。齒輪箱將轉(zhuǎn)子軸的固有低轉(zhuǎn)速逐步升高來用于發(fā)電機，以將旋轉(zhuǎn)機械能有效地轉(zhuǎn)換成將饋入公用電網(wǎng)中的電能。還存在無齒輪的直接驅(qū)動式風(fēng)力渦輪發(fā)電機。

在組裝這些公知的風(fēng)力渦輪發(fā)電機期間，轉(zhuǎn)子軸由加工成最終尺寸和公差的高強度鋼合金的單個鍛件形成。這些合金通常為轉(zhuǎn)子軸的主要材料組成(makeup)，且包括昂貴的材料，如鉻(Cr)和鎳(Ni)。在鋼中有如此高百分比的合金含量有助于在制造工藝中的淬火工作期間使所有轉(zhuǎn)子軸材料形成均質(zhì)的性能。這些性能包括分布在整個轉(zhuǎn)子軸上的足夠的拉伸強度，由此整個轉(zhuǎn)子軸便可承受預(yù)期的負(fù)載和應(yīng)力，且從而避免形成易受高應(yīng)力的可能的有害影響的較弱區(qū)域。許多公知的轉(zhuǎn)子軸的重量超過8公制噸(8000千克(kg))(7.26美制噸或17,600磅(1b))。因此，這些合金材料的使用趨于顯著地增加轉(zhuǎn)子軸的制造成本。

如上文所述，許多公知的風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子軸具有大致均質(zhì)的強度性能。此外，這些公知的轉(zhuǎn)子軸在工作時通常會在轉(zhuǎn)子軸前部附近的區(qū)域經(jīng)受高應(yīng)力和在轉(zhuǎn)子軸后部中的區(qū)域經(jīng)受很低的應(yīng)力。轉(zhuǎn)子軸中應(yīng)力較高的區(qū)域要求用于制造轉(zhuǎn)子軸的材料具有適當(dāng)較高的諸如拉伸強度的機械性能。轉(zhuǎn)子軸中應(yīng)力較低的區(qū)域不需要較高的諸如拉伸強度的機械性能。

發(fā)明內(nèi)容

在一個方面，提供了一種組裝風(fēng)力渦輪發(fā)電機的方法。組裝風(fēng)力渦輪發(fā)電機的方法包括用具有第一強度性能值的第一鋼合金來制造軸的第一部分。該方法還包括用具有第二強度性能值的第二鋼合金來制造軸的第二部分。第一強度性能值大于第二強度性能值。該方法還包括將軸的第二部分焊接到軸的第一部分上。

在另一方面，提供了一種風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子。該轉(zhuǎn)子包括用具有第一強度性能值的第一鋼合金制成的軸的第一部分。該轉(zhuǎn)子還包括用具有第二強度性能值的第二鋼合金制成的軸的第二部分。第一強度性能值大于第二強度性能值。軸的第二部分焊接到軸的第一部分上。

在又一個方面，提供了一種風(fēng)力渦輪發(fā)電機。該風(fēng)力渦輪發(fā)電機包括齒輪箱和發(fā)電機中的至少一者。該風(fēng)力渦輪發(fā)電機還包括包含有輪轂的轉(zhuǎn)子。該轉(zhuǎn)子還包括用具有第一強度性能值的第一鋼合金制成的軸的第一部分。軸的第一部分聯(lián)接到輪轂上。該轉(zhuǎn)子還包括用具有第二強度性能值的第二鋼合金制成的軸的第二部分。第一強度性能值大于第二強度性能值。軸的第二部分聯(lián)接到軸的第一部分上以及聯(lián)接到齒輪箱和發(fā)電機中的至少一者上。

本文所述的方法和轉(zhuǎn)子軸通過在通常經(jīng)受較高應(yīng)力和負(fù)載的轉(zhuǎn)子軸的前部中使用強度較高、更為穩(wěn)健的鋼合金而有助于組裝風(fēng)力渦輪發(fā)電機。相比之下，在通常經(jīng)受較低的應(yīng)力和負(fù)載的轉(zhuǎn)子軸的后部中使用強度較低、穩(wěn)健性較差的鋼合金。轉(zhuǎn)子軸的前部和后部通過閃光焊、窄坡口(groove)鎢電極惰性氣體保護(hù)焊(GTAW)、氣體保護(hù)金屬極電弧焊(GMAW)、藥芯焊絲電弧焊(FCAW)、激光束焊接、復(fù)合式(hybrid)激光束焊、電阻焊和摩擦焊中的至少一種來焊接到彼此上。利用本文所述的方法來制造轉(zhuǎn)子軸的一個技術(shù)效果在于材料成本較低。

附圖說明

圖1為示例性風(fēng)力渦輪發(fā)電機的簡圖；

圖2為可結(jié)合圖1中所示的風(fēng)力渦輪發(fā)電機使用的機艙的截面簡圖；

圖3為可結(jié)合圖1中所示的風(fēng)力渦輪發(fā)電機使用的示例性轉(zhuǎn)子軸的簡圖；

圖4為可用于制造圖3中所示的轉(zhuǎn)子軸的示例性閃光焊構(gòu)造的簡圖；

圖5為可用于制造圖3中所示的轉(zhuǎn)子軸的示例性電弧焊構(gòu)造的簡圖；

圖6為可用于制造圖3中所示的轉(zhuǎn)子軸的示例性電弧焊接部(weld)的一部分的簡圖；

圖7為可用于制造圖3中所示的轉(zhuǎn)子軸的備選電弧焊接部的一部分的簡圖；

圖8為可用于制造圖3中所示的轉(zhuǎn)子軸的示例性激光焊構(gòu)造的簡圖；

圖9為可用于制造圖3中所示的轉(zhuǎn)子軸的示例性電阻焊構(gòu)造的簡圖；

圖10為可用于制造圖3中所示的轉(zhuǎn)子軸的示例性摩擦焊構(gòu)造的簡圖；

圖11為圍繞圖3中所示的轉(zhuǎn)子軸的至少一部分延伸的軸承的簡圖；