[發明專利]用于發電系統的負載連接件

無效

• 申請號: 201210090664.2
• 申請日: 2012-03-21
• 公開（公告）號: CN102691730A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: N·S·格雷厄姆;P·S·迪馬斯焦;D·V·巴奇
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F16D7/02
• 分類號: F16D7/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李強;譚祐祥

技術領域

本發明總體涉及用于在軸間傳遞轉矩負載的負載連接件，并且更具體地，涉及這樣的用于發電系統的負載連接件：該負載連接件設計成在系統的相連設備中同時防止傳遞過大轉矩負載以及出現超速情況。

背景技術

發電系統通常包括通過軸系連接至發電機的轉矩產生設備(例如，燃氣渦輪機、蒸汽渦輪機和/或其它的旋轉式發動機)。例如，在直接驅動式燃氣渦輪機系統中，燃氣渦輪機可以包括轉子軸，轉子軸連接至發電機相應的軸。這些軸通常通過剛性負載連接件彼此連接，負載連接件的一端固定地連接至轉子軸，而另一端固定地連接至發電機軸。因此，施加給轉子軸的轉矩負載可以通過負載連接件傳遞至發電機軸。

在少數情況中，能夠導致過載轉矩(即，明顯大于系統的正常操作轉矩負載的轉矩峰值)通過系統的軸和負載連接件傳遞的瞬態扭轉事件(transient?torsional?events)發生在發電系統內。例如，當發電機內的電氣設備短路時，可能發生瞬態扭轉事件。此外，當發電機在與電網同步但不同相(out-of-phase?while?being?synced)的時候，可能發生瞬態扭轉事件。

為了適應這樣的扭轉事件，已經將負載連接件設計成在過載轉矩發生時釋放軸的轉矩承載能力。例如，眾所周知，負載連接件包括剪切段，剪切段設計成在轉矩負載變得過大時斷裂或破裂，從而允許軸相對于彼此旋轉。但是，這樣的軸的分離能夠造成發電系統內的相連設備的超速情況。例如，當在燃氣渦輪機系統中發電機軸與轉子軸分離時，發電機慣量(intertia)在限制燃氣渦輪機的速度方面不再有效，從而會導致由于燃氣渦輪機到達超過渦輪機部件的設計操作速度的操作速度而造成轉子失效(rotor?bust)。

因此，這樣的負載連接件在技術上將是受歡迎的：該負載連接件構造成在過大轉矩負載出現時使連接的軸旋轉地脫離并且在轉矩負載恢復正常操作水平時使這些軸旋轉地再次接合。

發明內容

本發明的各個方面以及優點將會在下文的說明書中進行部分闡述，或者是通過說明書可以顯而易見的，或者是可以通過實施本發明而學到的。

在一個方面中，本發明公開一種用于在第一軸與第二軸之間傳遞轉矩負載的負載連接件。該負載連接件通常可以包括構造成固定地連接至第一軸的第一軸段和構造成固定地連接至第二軸的第二軸段。第二軸段可以摩擦地配合到第一軸段內，使得在第一軸段與第二軸段之間可限定摩擦界面。此外，摩擦界面可以構造成使得第一軸段和第二軸段在轉矩負載超過轉矩閾值時旋轉地脫離，并且在轉矩負載減小到轉矩閾值或者減小到小于轉矩閾值時旋轉地再次接合。

所述第一軸段和所述第二軸段圍繞公共軸線同心地布置；所述摩擦界面定向成基本平行于所述公共軸線，或者所述摩擦界面相對于所述公共軸線成角度。所述第一軸段在所述摩擦界面處包括第一摩擦表面，所述第二軸段在所述摩擦界面處包括第二摩擦表面，所述第一摩擦表面和所述第二摩擦表面包括表面涂層。所述表面涂層包括碳化鎢、氮化鈦、碳化鈦、碳化鉻、鈷鉻合金和鈷鉻鎢合金中的至少一種。

在另一個方面中，本發明公開一種用于在第一軸與第二軸之間傳遞轉矩負載的負載連接件。該負載連接件通常可以包括連接軸，該連接軸具有構造成固定地連接至第一軸的第一軸部和構造成固定地連接至第二軸的第二軸部。該負載連接件還可以包括形成在連接軸中、位于第一軸部與第二軸部之間的剪切特征設計。剪切特征設計可以構造成在轉矩負載超過轉矩閾值時失效。此外，該負載連接件還可以包括在連接軸內軸向延伸的支承軸，從而在剪切特征設計失效時向第一軸部和第二軸部中的至少一個提供徑向支承。支承軸可以摩擦配合到連接軸內，使得支承軸與第一軸部和第二軸部中的至少一個之間限定了摩擦界面。

所述支承軸包括固定地連接至所述第一軸和所述第二軸中的一個的第一端以及布置在所述連接軸內的第二端。所述摩擦界面軸向布置在大致鄰近所述剪切特征的位置。所述第一軸部和所述第二軸部中的至少一個包括布置在所述摩擦界面處的第一摩擦表面，所述支承軸包括布置在所述摩擦界面處的第二摩擦表面，所述第一摩擦表面和所述第二摩擦表面包括表面涂層。所述表面涂層包括碳化鎢、氮化鈦、碳化鈦、碳化鉻、鈷鉻合金和鈷鉻鎢合金中的至少一種。所述剪切特征包括圍繞所述連接軸的外周限定的周向凹槽。