[實用新型]動力傳輸系統(tǒng)及具有該系統(tǒng)的風力渦輪機

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320027948.7
• 申請日: 2013-01-10
• 公開（公告）號: CN203114537U
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: D·希爾德;D·斯科特;G·約翰斯通;P·利維
• 申請（專利權(quán)）人: 諾邁士科技有限公司
• 主分類號: F03D11/02
• 分類號: F03D11/02
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 蘇娟;朱利曉

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及用于風力或者水力渦輪機的動力傳輸系統(tǒng)。更具體地，本實用新型涉及一種用于將轉(zhuǎn)矩從風力渦輪機的轉(zhuǎn)子傳遞到齒輪箱同時使得結(jié)構(gòu)偏差和制造公差的負作用最小的布置。?

背景技術(shù)

風力渦輪機動力傳輸系統(tǒng)通常包括支承在轉(zhuǎn)子軸上的空氣動力學轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子軸本身支承在一個或多個軸承上，軸承相對于渦輪機結(jié)構(gòu)支承軸同時允許圍繞轉(zhuǎn)子軸線轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子軸連接到增速齒輪箱，其通常包括多個行星和/或平行齒輪級。該齒輪箱的輸出然后通過另一軸連接到產(chǎn)生電輸出的發(fā)電機。?

除了引起圍繞主軸線轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)矩載荷，轉(zhuǎn)子軸還受到離軸線載荷，主要是圍繞與主軸線垂直的軸線的力矩。這些載荷造成轉(zhuǎn)子軸和支承結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)。如果這些載荷和偏轉(zhuǎn)被傳遞到齒輪箱，它們會對齒輪和軸承具有損害作用，導致過早失效。?

歷史上看，這已導致這樣的渦輪機設(shè)計，其中齒輪箱的重量主要通過轉(zhuǎn)子軸和齒輪箱輸入構(gòu)件之間的剛性連接支承，且齒輪箱殼體和渦輪機結(jié)構(gòu)之間具有第二連接，該第二連接被設(shè)計成只抵抗圍繞主軸線的轉(zhuǎn)矩，同時允許整個齒輪箱響應于轉(zhuǎn)子軸的偏轉(zhuǎn)而在其他方向上自由運動，由此防止在齒輪箱自身中產(chǎn)生有害的力。?

隨著渦輪機動力輸出增加，該方法變得不那么有效。增加的輸入轉(zhuǎn)矩和增加的齒輪箱質(zhì)量的需求要求轉(zhuǎn)子軸和齒輪箱輸入構(gòu)件之間的連接部非常大，并且由于螺栓或者重型干涉配合的數(shù)量非常多，組裝耗時。另外，增加的齒輪箱質(zhì)量(特別是在認為將發(fā)電機直接安裝到齒輪箱的順風端是有利時)向?qū)X輪箱輸入構(gòu)件支承在齒輪?箱殼體中的軸承中引入了非常高的載荷。?

因此，可以認為將齒輪箱直接并基本剛性地安裝到臺板是有利的。這減少了上述問題，但需要結(jié)合適應結(jié)構(gòu)偏轉(zhuǎn)、制造公差和會引起齒輪箱輸入構(gòu)件關(guān)于轉(zhuǎn)子軸不對準的其他影響的一些其他措施。?

這種補償在一些現(xiàn)有設(shè)計中通過在轉(zhuǎn)子軸和齒輪箱輸入構(gòu)件之間的連接部中包含彈性體元件來實現(xiàn)。由于這些元件比動力傳輸系統(tǒng)的其他元件的硬度低得多，可以適應所述不對準而不產(chǎn)生高的反作用載荷。然而，由于反復加載、大氣和流體污染以及暴露于紫外線造成的退化，目前的彈性體技術(shù)不能匹配風力渦輪機所需的(通常)20年設(shè)計壽命。這就需要在渦輪機壽命內(nèi)進行反復更換。?

多種其他的現(xiàn)有設(shè)計通過使用特定聯(lián)接件來補償不對準和偏轉(zhuǎn)，該聯(lián)接件包括與每個部件相關(guān)的一組徑向突出的齒和具有兩組徑向突出齒的中間部件，其中一組接合與轉(zhuǎn)子軸相關(guān)的齒，另一組接合與齒輪箱輸入構(gòu)件相關(guān)的齒。通過向每個匹配齒對應用特定的幾何結(jié)構(gòu)，可以布置成使得每組齒允許圍繞著與主軸線垂直的軸線轉(zhuǎn)動，并且作為完整聯(lián)接件，這些轉(zhuǎn)動的效果結(jié)合起來允許沿著垂直于主軸線的軸線平移。這種聯(lián)接件通常稱為“齒輪聯(lián)接件”，除了在現(xiàn)有風力渦輪機中的使用外，它們是適應范圍廣泛的工業(yè)應用中的不對準的常見方法。然而，它們比用于轉(zhuǎn)子軸與齒輪箱連接的其他已知方法明顯更加復雜，引入了許多額外部件并需要良好潤滑。由于它們的操作模式涉及兩個金屬表面之間的滑動，因此它們將受到磨損。因此，它們在本應用中的使用對于渦輪機在其設(shè)計壽命上的可靠性而言具有風險。?

因此，可以看到，允許齒輪箱直接安裝到渦輪機結(jié)構(gòu)且又允許在沒有彈性體元件或滑動/磨損部件的情況下在轉(zhuǎn)子軸和齒輪箱輸入構(gòu)件之間進行連接的實用新型對于設(shè)計更大功率等級的可靠風力渦輪機來說是有利的。?

實用新型內(nèi)容

根據(jù)本實用新型的第一方面，提供一種用于增加風力渦輪機的轉(zhuǎn)子轂的轉(zhuǎn)速的動力傳輸系統(tǒng)，其包括：能夠被轉(zhuǎn)子轂圍繞主軸線驅(qū)動的轉(zhuǎn)子軸；具有齒輪箱輸入構(gòu)件的增速齒輪箱；支承轉(zhuǎn)子軸和齒輪箱的支承結(jié)構(gòu)；以及在逆風端連接到轉(zhuǎn)子軸并在順風端連接到齒輪箱輸入構(gòu)件的主軸。本實用新型的特征在于，主軸在逆風端連接到轉(zhuǎn)子軸的逆風端。主軸沿著主軸線在轉(zhuǎn)子軸內(nèi)側(cè)順風延伸，并在響應于圍繞主軸線的力矩以外的載荷方面具有比轉(zhuǎn)子軸、齒輪箱殼體和支承結(jié)構(gòu)大的柔性。這意味著轉(zhuǎn)子軸和齒輪箱輸入構(gòu)件之間的徑向和傾斜不對準得到適應。?

優(yōu)選地，支承結(jié)構(gòu)包括支承轉(zhuǎn)子軸圍繞主軸線轉(zhuǎn)動的軸承布置，所述軸承布置抑制轉(zhuǎn)子轂和轉(zhuǎn)子軸在受到圍繞動力傳輸系統(tǒng)的主軸線的轉(zhuǎn)矩以外的載荷時的運動。這意味著該軸承布置允許轉(zhuǎn)子軸圍繞主軸線轉(zhuǎn)動同時限制其他方向的運動。這意味著除了圍繞主軸線的力矩以外的轉(zhuǎn)子轂上的所有載荷經(jīng)過轉(zhuǎn)子軸、轉(zhuǎn)子軸承以及轉(zhuǎn)子軸殼體傳遞到支承結(jié)構(gòu)。?

優(yōu)選地，支承結(jié)構(gòu)包括轉(zhuǎn)子軸殼體，并且軸承布置位于轉(zhuǎn)子軸殼體和轉(zhuǎn)子軸之間。優(yōu)選地，軸承布置包括至少一個軸承。?