专利名称：风力涡轮机传动轴连接装置的制作方法
技术领域：
本文大体上涉及具有转子的风力涡轮机，该转子包括转子轴和多个转子叶片以及
轮毂。具体而言，本文涉及一种用于将风力涡轮机的传动轴与风力涡轮机机舱内的其它构 件相连的连接装置，例如，与齿轮箱轴相连。
背景技术：
风力涡轮机作为一种对环境安全且相对便宜的替代能源变得日益重要。由于存 在对改善风力涡轮机性能不断增加的需求，故已进行了一些努力来提供在风力涡轮机转子 轴与齿轮箱轴之间的安全连接，在机械传动系中该齿轮箱轴紧接在该风力涡轮机转子轴之 后。 因此，在风力涡轮机转子的转子轴与齿轮箱轴之间的良好机械连接就是个问题。 其中，关于连接装置所引起的常见问题有受限的刚性、维修周期以及可接近性。
发明内容
鉴于上述问题，提供了一种用于连接风力涡轮机传动轴的连接装置，该风力涡轮
机包括具有转子轴和轮毂的转子，以及具有齿轮箱输入轴的齿轮箱，所述连接装置包括具
有设置在转子轴处相对于转子轴的轴线对称的凹进部分的第一轴连接器件具有设置成相
对于齿轮箱输入轴的轴线对称的凸出部分的第二轴连接器件，其中，第二轴连接器件的凸
出部分与第一轴连接器件的凹进部分相接合以及用于将第二轴连接器件的凸出部分固定
在第一轴连接器件的凹进部分处的固定器件，在其中提供了摩擦接合连接。 根据另一个方面，提供了一种风力涡轮机，其包括具有转子轴和轮毂的转子、齿轮
箱，以及适于连接转子轴和齿轮箱输入轴的连接装置，该连接装置包括具有设置在转子轴
处相对于转子轴的轴线对称的凹进部分的第一轴连接器件；具有设置成相对于齿轮箱输入
轴的轴线对称的凸出部分的第二轴连接器件，其中，第二轴连接器件的凸出部分与第一轴
连接器件的凹进部分相接合；以及用于将第二轴连接器件的凸出部分固定在第一轴连接器
件的凹进部分处的固定器件，在其中提供了摩擦接合连接。 根据再一个方面，提供了一种用于连接风力涡轮机传动轴的连接装置，该风力涡 轮机包括具有转子轴和轮毂的转子，以及具有齿轮箱输入轴的齿轮箱，所述连接装置包括 可附接到转子轴上的转子轴法兰、可附接到齿轮箱输入轴上的齿轮箱轴法兰，以及适于连 接转子轴法兰和齿轮箱轴法兰的螺栓环。 其它示例性实施例则根据从属权利要求、说明书及附图。
在余下说明中，包括参照附图，对本领域的普通技术人员更为具体地阐述了本发 明(包括其最佳模式)的完整和能够实现的公开内容，在附图中 图1示出了包括管状塔架及可旋转机舱的风力涡轮机，该风力涡轮机具有带多个
4转子叶片和轮毂的转子； 图2示出了根据典型实施例的机舱的内部构件；
图3示出了连接装置的第一实施例的截面图；
图4示出了连接装置的另一实施例；
图5示出了连接装置的又一实施例； 图6为根据又一典型实施例的连接装置的截面图；以及 图7为示出根据典型实施例的用于连接风力涡轮机传动轴的方法的流程图。零件 清单100风力涡轮机101转子叶片102管状塔架103机舱104轮毂105风向106偏航 力矩107垂直轴线108桨距角109变桨力矩IIO连接装置lll齿轮箱112转子轴113 齿轮箱输出轴114齿轮箱输入轴115旋转轴线201收縮盘202环状元件203圆柱形元 件204凹进部分205第一凹进部分206第二凹进部分207凸出部分301转子轴法兰302 齿轮箱轴法兰303转子轴螺栓304齿轮箱轴螺栓305法兰连接器
具体实施例方式
现将更为详细地参照各个示例性实施例，在附图中示出了其中的一个或多个实 例。各个实例通过举例的方式提供而非意在进行限制。例如，示为或描述为一个实施例的 一部分的特征可用于其它实施例或结合其它实施例来使用，以产生又一个实施例。本公开 内容意图包括此类修改和变型。 下文将阐述多个实施例。在这种情况下，相同的结构特征在附图中由相同的参考 标号标示。附图中所示的结构并未按真实比例绘制，而是仅便于对实施例的更好理解。
图1示出了包括管状塔架102和机舱103的风力涡轮机100，该机舱103可围绕垂 直轴线107旋转。围绕垂直轴线107的旋转由围绕轴线107的偏航力矩106提供。此外， 风力涡轮机包括具有多个转子叶片101和轮毂104的转子。 通过施加偏航力矩106，引导可围绕垂直轴线107旋转的机舱103朝向来风方向 105。当具有多个转子叶片101的转子旋转时，风力涡轮机的转子轴112就受到驱动。转子 轴112通过连接装置110连接到齿轮箱111上。齿轮箱输出轴113用来驱动用于产生电能 的装置，例如发电机(图1中未示出)。由于具有风向105的来风作用力，可产生如图1中 所示的变桨力矩109。 此外，有可能改变各个独立的转子叶片101的桨距角108。风力涡轮机传动系的大 部分为风力涡轮机转子轴112与下游构件之间的连接部分。 一般而言，转子轴112与下游 构件之间的连接相对于重量、故障、维修周期等而言是关键问题。 图2示出了根据典型实施例的风力涡轮机传动系的构件。如图2中所示，具有轮 毂104和转子叶片101的风力涡轮机转子连接到风力涡轮机100的转子轴112上。风力涡 轮机的传动系还包括具有齿轮箱输入轴114和齿轮箱输出轴113的齿轮箱111，以便使转子 轴112的旋转频率适合于在齿轮箱输出轴113处所需的旋转频率。连接装置110提供成用 于连接转子轴112和齿轮箱输入轴114。 图3更为详细地示出了根据典型实施例的连接装置110。图3为连接装置110的 截面图，示出了转子轴112和齿轮箱输入轴114的连接。在图3中所示的典型实施例中，转 子轴112具有设置成相对于转子轴112的旋转轴线115对称的凹进部分。齿轮箱输入轴114具有设置成相对于齿轮箱输入轴114的旋转轴线115对称的凸出部分。齿轮箱输入轴 114的凸出部分与转子轴112的凹进部分相接合。 这里应当注意的是，尽管图中示出的为直轴，但也有可能提供在轴连接位置处具 有至少一个梯级部分的轴。 此外，提供了收縮盘201，其适于围绕转子轴112周边进行配合。收縮盘201在转 子轴112与齿轮箱输入轴114之间提供了摩擦接合连接。 因此，具有设置成相对于转子轴112的轴线对称的凹进部分的第一轴连接器件和 具有设置成相对于齿轮箱输入轴114的轴线对称的凸出部分的第二轴连接器件由固定器 件固定，在该典型实施例中，固定器件提供为收縮盘201。这里应当注意，转子轴112的轴线 和齿轮箱输入轴114的轴线二者均与图3中所示的旋转轴线115重合。
—般而言，第一轴连接器件为风力涡轮机100转子轴112的端部，而第二轴连接器 件为风力涡轮机100齿轮箱输入轴114(齿轮箱输入轴)的端部。 连接装置110可提供为在风力涡轮机100的齿轮箱输出轴113(齿轮箱从动轴) 与风力涡轮机100的输出轴之间的连接器件。因此，第一轴连接器件可为风力涡轮机100 齿轮箱从动轴113的端部，而第二轴连接器件可为风力涡轮机输出轴的端部。此外，第二轴 连接器件可为风力涡轮机100齿轮箱从动轴(齿轮箱输出轴)113的端部，而第一轴连接器 件可为风力涡轮机100输出轴的端部。这里应当注意，图2和图3中并未示出风力涡轮机 100的输出轴。 当收縮盘201在转子轴112上收縮时，通过使用摩擦接合来连接转子轴112和齿 轮箱输入轴114。 图4为连接装置110的另一典型实施例的示图。如图4中所示，所有构件设置为 围绕旋转轴线115成圆柱形对称。图4为连接装置110的截面图。如前文所述，转子轴112 示为具有设置为围绕旋转轴线115成圆柱形对称的凹进部分。 齿轮箱输入轴114具有凸出部分207，其中，凸出部分具有圆柱形对称性，以及其 外径小于转子轴112凹进部分的内径。转子轴112凹进部分的内壁与齿轮箱输入轴114的 凸出部分207的外表面之间的空间由提供为膨胀元件的环状圆柱形元件202填充。
如果环状元件202膨胀使得齿轮箱输入轴114和转子轴112对称地连接，则转子 轴112和齿轮箱输入轴114便通过摩擦接合来连接。 因此，具有设置成相对于齿轮箱输入轴114的旋转轴线115对称的凸出部分的第 二轴连接器件穿入转子轴112的凹进部分中，其中，在凹进部分与凸出部分之间提供了空 间。该空间由环状元件202填充，该环状元件202设置成相对于齿轮箱输入轴114的旋转 轴线115对称。环状元件装入在凹进部分与凸出部分之间的空间中，以便在凸出部分、环状 元件202和凹进部分之间提供摩擦接合连接。 图5示出了根据另一典型实施例的连接装置100。如前文所述(图3、图4)，转子 轴112具有设置成相对于旋转轴线115对称的凹进部分。同图3和图4中所示的实施例相 比，齿轮箱输入轴114还具有凹进部分。第一凹进部分205对应于转子轴112，其中，第二凹 进部分206对应于齿轮箱输入轴114。 如图5中所示，齿轮箱输入轴114连同其凹进部分206 —起装入在转子轴112的 凹进部分205中。这里应当注意，旋转轴线115为转子轴112和齿轮箱输入轴114的中心轴线。因此，具有凹进部分204的第一轴连接器件设置成相对于转子轴112的旋转轴线115 对称，其中，具有第二凹进部分206的第二轴连接器件设置成相对于齿轮箱输入轴114的旋 转轴线115对称。 第二轴连接器件的第二凹进部分206与第一轴连接器件的第一凹进部分205相接 合。在第二凹进部分206内，圆柱形元件203分别设置成相对于转子轴112和齿轮箱输入 轴114的旋转轴线115对称。圆柱形元件203与第一轴连接器件的第一凹进部分205相接 合。 此外，摩擦接合连接由环状元件202提供，该环状元件202设置在齿轮箱输入轴 114的第二凹进部分206的内表面与圆柱形元件203的外表面之间。 环状元件202可提供为膨胀元件，以便该元件的膨胀致使在转子轴112与齿轮箱 输入轴114之间的摩擦接合连接。因此，作为膨胀元件的环状元件202提供了将凹进部分 固定在凸出部分处。此外，有可能的是将固定器件提供为收縮盘，该收縮盘同轴地设置成围 绕第一轴连接器件(图5中未示出)。 这里应当注意，转子轴112和齿轮箱输入轴114的凹进部分和凸出部分可分别互 换。因此，有可能的是将齿轮箱输入轴114的凸出部分插入转子轴112的凹进部分中。此 外，有可能的是将转子轴112的凸出部分插入齿轮箱输入轴114的凹进部分中。在典型的 实施例中，转子轴112由高强度钢制成，且因此可承受高应力，使得根据典型实施例，转子 轴112包括凹进部分，其中，齿轮箱输入轴114具有凸出部分。
此外，转子轴112的轴承和齿轮箱输入轴114的轴承可具有相同的直径。
根据另一典型实施例，螺栓环提供为连接器件。图6为连接装置110的截面图，其 中，图6中所示的细节包括转子轴法兰301、齿轮箱轴法兰302，以及用于将各传动轴(如转 子轴112)连接到连接装置110上的转子轴螺栓303。另一方面，提供了齿轮箱轴螺栓304， 以便将连接装置110连接到齿轮箱轴114(图6中未示出)上。此外，提供了法兰连接器 305，以便将转子轴法兰301和齿轮箱轴法兰302彼此进行连接。 图7为根据又一典型实施例的用于连接风力涡轮机传动轴的方法的流程图。在第 一步骤Sl，提供了具有凹进部分的第一轴连接器件。凹进部分设置成相对于转子轴的旋转 轴线115对称(见图3至图6)。然后，该程序进行至步骤S2，其中，设置成相对于齿轮箱输 入轴的旋转轴线115对称的第二轴连接器件的凸出部分插入在第一传动轴连接器件的凹 进部分中。 然后，在步骤S3，第二轴连接器件的凸出部分固定在第一轴连接器件的凹进部分 处，在其中提供了摩擦接合连接。圆柱形元件可设置成相对于转子轴的旋转轴线115对称， 其中，圆柱形元件与第一轴连接器件的第一凹进部分相接合。 此外，可提供第二轴连接器件，其具有设置成相对于齿轮箱输入轴的旋转轴线115 对称的第二凹进部分，其中，第二轴连接器件的第二凹进部分与第一轴连接器件的第一凹 进部分相接合。此外，通过圆柱形元件的膨胀，第二凹进部分受到压挤以便与第一凹进部分 相配合。除了固定器件，还可提供螺栓环。 根据典型实施例，圆柱形元件可设置成相对于转子轴的轴线对称，其中，圆柱形元 件与第一轴连接器件的第一凹进部分相接合。 此外，可提供第二轴连接器件，其具有设置成相对于齿轮箱输入轴的轴线对称的第二凹进部分，其中，第二轴连接器件的第二凹进部分与第一轴连接器件的第一凹进部分
相接合。根据典型实施例，通过圆柱形元件的膨胀，朝向第一凹进部分压挤第二凹进部分。 本发明已基于在附图中所示的实施例进行了描述，并且根据这些实施例显现出其
它的优点和变型。然而，本发明并不限于以具体用语所描述的实施例，而是可以采用适合的
方式进行修改和变化。采用适合的方式将一个实施例的单独特征和特征组合与另一个实施
例的特征和特征组合相结合以便得到其它的实施例，均落在本发明的范围内。 本领域技术人员清楚的是，基于本文所教导的内容，可在不脱离所披露的本发明
及其更宽泛方面的情况下进行变化和修改。也就是说，文中上述的所有实例均旨在为示例
性的而非进行限制。
权利要求
一种用于连接风力涡轮机(100)的传动轴的连接装置(110)，所述风力涡轮机(100)包括具有转子轴(112)和轮毂(104)的转子，以及具有齿轮箱输入轴(114)的齿轮箱(111)，所述连接装置(110)包括第一轴连接器件，其具有设置在所述转子轴(112)处相对于所述转子轴(112)的轴线对称的凹进部分(204)；第二轴连接器件，其具有设置成相对于所述齿轮箱输入轴(114)的轴线对称的凸出部分(207)，其中，所述第二轴连接器件的凸出部分(207)与所述第一轴连接器件的凹进部分(204)相接合；以及固定器件，其用于将所述第二轴连接器件的凸出部分(207)固定在所述第一轴连接器件的凹进部分(204)处，在其中提供了摩擦接合连接。
2. 根据权利要求l所述的连接装置(IIO)，其特征在于，所述固定器件为同轴地设置成 围绕所述第一轴连接器件的收縮盘(201)。
3. 根据权利要求l所述的连接装置(IIO)，其特征在于，所述第一轴连接器件为所述风 力涡轮机(100)的转子轴(112)的端部，以及所述第二轴连接器件为所述风力涡轮机(100) 的齿轮箱输入轴(114)的端部。
4. 根据权利要求l所述的连接装置(IIO)，其特征在于，所述第二轴连接器件还具有设 置成相对于所述齿轮箱输入轴(114)的轴线对称且与所述第一轴连接器件的第一凹进部 分(205)相接合的第二凹进部分(206)，以及其中，提供了圆柱形元件(203)，所述圆柱形元 件(203)设置成相对于所述转子轴(112)的轴线对称，且适于与所述第二轴连接器件的第 二凹进部分(206)相接合，以及适于形成摩擦接合连接。
5. 根据权利要求4所述的连接装置(IIO)，其特征在于，适于形成摩擦接合连接的环状 元件(202)提供在所述第二凹进部分(206)的内表面与所述圆柱形元件(203)的外表面之 间。
6. 根据权利要求4所述的连接装置(IIO)，其特征在于，所述圆柱形元件(203)为膨胀 元件，所述膨胀元件朝向所述第一凹进部分压挤所述第二凹进部分(206)。
7. 根据权利要求l所述的连接装置(IIO)，其特征在于，所述第二轴连接器件的凸出部 分(207)穿入所述第一轴连接器件的凹进部分(204)中，其中，在所述凹进部分(204)与所 述凸出部分(207)之间提供了空间，以及其中，提供了环状元件(202)，所述环状元件(202) 设置成相对于所述齿轮箱输入轴(114)的轴线对称，且装入在所述凹进部分(204)与所述 凸出部分(207)之间的所述空间中，其中，在所述凸出部分(207)、所述环状元件(202)以及 所述凹进部分(204)之间提供了摩擦接合连接。
8. 根据权利要求7所述的连接装置(IIO)，其特征在于，所述环状元件(202)为提供将 所述凹进部分(204)固定在所述凸出部分(207)处的膨胀元件。
9. 一种用于连接风力涡轮机(100)的传动轴的连接装置(IIO)，所述风力涡轮机 (100)包括具有转子轴(112)和轮毂(104)的转子，以及具有齿轮箱输入轴(114)的齿轮箱 (lll)，所述连接装置(110)包括可附接到所述转子轴(112)上的转子轴法兰； 可附接到所述齿轮箱输入轴(114)上的齿轮箱轴法兰；以及 适于连接所述转子轴法兰和所述齿轮箱轴法兰的螺栓环。
10.根据权利要求9所述的连接装置(110)，其特征在于，提供了适于将所述转子轴法 兰和所述齿轮箱轴法兰进行彼此连接的法兰连接器。
全文摘要
本发明涉及风力涡轮机传动轴连接装置。提供了用于连接风力涡轮机(100)传动轴的连接装置(110)，该风力涡轮机包括具有转子轴(112)和轮毂(104)的转子以及具有齿轮箱输入轴(114)的齿轮箱(111)。该连接装置(110)包括具有设置在转子轴(112)上相对于转子轴轴线对称的凹进部分(204)的第一轴连接器件，具有设置成相对于齿轮箱输入轴轴线对称的凸出部分(207)的第二轴连接器件，以及用于将第二轴连接器件的凸出部分(207)固定在第一轴连接器件的凹进部分(204)处的固定器件，其中，第二轴连接器件的凸出部分(207)与第一轴连接器件的凹进部分(204)相接合。提供了摩擦接合连接。
文档编号F03D11/00GK101769227SQ20091025234
公开日2010年7月7日 申请日期2009年11月26日 优先权日2008年11月26日
发明者C·贝克, E·希德丁, S·汤马森, Y·布洛休斯 申请人:通用电气公司