专利名称：用于发电系统的负载连接件的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及用于在轴间传递转矩负载的负载连接件，并且更具体地，涉及这样的用于发电系统的负载连接件该负载连接件设计成在系统的相连设备中同时防止传递过大转矩负载以及出现超速情況。
背景技术：
发电系统通常包括通过轴系连接至发电机的转矩产生设备(例如，燃气涡轮机、蒸汽涡轮机和/或其它的旋转式发动机)。例如，在直接驱动式燃气涡轮机系统中，燃气涡轮机可以包括转子轴，转子轴连接至发电机相应的轴。这些轴通常通过刚性负载连接件彼此连接，负载连接件的一端固定地连接至转子轴，而另一端固定地连接至发电机轴。因此，施加给转子轴的转矩负载可以通过负载连接件传递至发电机轴。 在少数情况中，能够导致过载转矩(S卩，明显大于系统的正常操作转矩负载的转矩峰值)通过系统的轴和负载连接件传递的瞬态扭转事件(transient torsional events)发生在发电系统内。例如，当发电机内的电气设备短路时，可能发生瞬态扭转事件。此外，当发电机在与电网同步但不同相(out-of-phase while being synced)的时候,可能发生瞬态扭转事件。为了适应这样的扭转事件，已经将负载连接件设计成在过载转矩发生时释放轴的转矩承载能力。例如，众所周知，负载连接件包括剪切段，剪切段设计成在转矩负载变得过大时断裂或破裂，从而允许轴相对于彼此旋转。但是，这样的轴的分离能够造成发电系统内的相连设备的超速情況。例如，当在燃气涡轮机系统中发电机轴与转子轴分离时，发电机惯量(intertia)在限制燃气涡轮机的速度方面不再有效，从而会导致由于燃气涡轮机到达超过润轮机部件的设计操作速度的操作速度而造成转子失效(rotor bust)。因此，这样的负载连接件在技术上将是受欢迎的该负载连接件构造成在过大转矩负载出现时使连接的轴旋转地脱离并且在转矩负载恢复正常操作水平时使这些轴旋转地再次接合。
发明内容
本发明的各个方面以及优点将会在下文的说明书中进行部分阐述，或者是通过说明书可以显而易见的，或者是可以通过实施本发明而学到的。在ー个方面中，本发明公开ー种用于在第一轴与第二轴之间传递转矩负载的负载连接件。该负载连接件通常可以包括构造成固定地连接至第一轴的第一轴段和构造成固定地连接至第二轴的第二轴段。第二轴段可以摩擦地配合到第一轴段内，使得在第一轴段与第二轴段之间可限定摩擦界面。此外，摩擦界面可以构造成使得第一轴段和第二轴段在转矩负载超过转矩阈值时旋转地脱离，并且在转矩负载减小到转矩阈值或者减小到小于转矩阈值时旋转地再次接合。所述第一轴段和所述第二轴段围绕公共轴线同心地布置；所述摩擦界面定向成基本平行于所述公共轴线，或者所述摩擦界面相对于所述公共轴线成角度。所述第一轴段在所述摩擦界面处包括第一摩擦表面，所述第二轴段在所述摩擦界面处包括第二摩擦表面，所述第一摩擦表面和所述第二摩擦表面包括表面涂层。所述表面涂层包括碳化钨、氮化钛、碳化钛、碳化铬、钴铬合金和钴铬钨合金中的至少ー种。在另ー个方面中，本发明公开ー种用于在第一轴与第二轴之间传递转矩负载的负载连接件。该负载连接件通常可以包括连接轴，该连接轴具有构造成固定地连接至第一轴的第一轴部和构造成固定地连接至第二轴的第二轴部。该负载连接件还可以包括形成在连接轴中、位于第一轴部与第二轴部之间的剪切特征设计。剪切特征设计可以构造成在转矩负载超过转矩阈值时失效。此外，该负载连接件还可以包括在连接轴内轴向延伸的支承轴，从而在剪切特征设计失效时向第一轴部和第二轴部中的至少ー个提供径向支承。支承轴可以摩擦配合到连接轴内，使得支承轴与第一轴部和第二轴部中的至少ー个之间限定了摩擦界面。所述支承轴包括固定地连接至所述第一轴和所述第二轴中的ー个的第一端以及布置在所述连接轴内的第二端。所述摩擦界面轴向布置在大致邻近所述剪切特征的位置。 所述第一轴部和所述第二轴部中的至少ー个包括布置在所述摩擦界面处的第一摩擦表面，所述支承轴包括布置在所述摩擦界面处的第二摩擦表面，所述第一摩擦表面和所述第二摩擦表面包括表面涂层。所述表面涂层包括碳化钨、氮化钛、碳化钛、碳化铬、钴铬合金和钴铬钨合金中的至少ー种。所述剪切特征包括围绕所述连接轴的外周限定的周向凹槽。在又ー个方面中，本发明公开ー种发电系统。该发电系统通常可以包括第一轴、第ニ轴以及构造成在第一轴与第二轴之间传递转矩负载的负载连接件。该负载连接件通常可以包括构造成固定地连接至第一轴的第一轴段和构造成固定地连接至第二轴的第二轴段。第二轴段可以摩擦地配合到第一轴段内，使得在第一轴段与第二轴段之间可限定摩擦界面。此外，摩擦界面可以构造成使得第一轴段和第二轴段在转矩负载超过转矩阈值时旋转地脱离，并且在转矩负载减小到转矩阈值或减小到小于转矩阈值时旋转地再次接合。所述第一轴连接至转矩产生设备，所述第二轴连接至发电机。所述转矩产生设备包括燃气涡轮机或者蒸汽涡轮机。所述第一轴段和所述第二轴段围绕公共轴线同心地布置。所述摩擦界面定向成基本平行于所述公共轴线，或者所述摩擦界面相对于所述公共轴线成角度。所述第一轴段在所述摩擦界面处包括第一摩擦表面，所述第二轴段在所述摩擦界面处包括第二摩擦表面，所述第一摩擦表面和所述第二摩擦表面包括表面涂层。所述表面涂层包括碳化钨、氮化钛、碳化钛、碳化铬、钴铬合金和钴铬钨合金中的至少ー种。參照说明书以及所附权利要求，本发明的这些和其它的特征、方面以及优点将得到更好地理解。结合在本说明书中并且构成本说明书一部分的附图显示了本发明的实施例并且与说明书一起用于对本发明的原理进行解释。
參照附图，说明书阐述了面向本领域普通技术人员的本发明的完整公开，这种公开使得本领域普通技术人员能够实现本发明，包括本发明的最佳模式，其中图I示出了根据本发明的各个方面的发电系统的ー个实施例的简化视图；图2示出了根据本发明的各个方面的负载连接件的一个实施例的横截面示意图，该负载连接件适于在所公开的发电系统内使用；图3示出了根据本发明的各个方面的负载连接件的另ー个实施例的横截面示意图，该负载连接件适于在所公开的发电系统内使用；以及图4示出了根据本发明的各个方面的负载连接件的又一个实施例的横截面示意图，该负载连接件适于在所公开的发电系统内使用。附图标记列表
权利要求
1.一种用于在第一轴(14)与第二轴(18)之间传递转矩负载的负载连接件(20)，所述负载连接件(20)包括 第一轴段(26)，所述第一轴段(26)构造成固定地连接至所述第一轴(14);以及 第二轴段(28)，所述第二轴段(28)构造成固定地连接至所述第二轴(18)，所述第二轴段(28)摩擦地配合到所述第一轴段(26)内，使得在所述第一轴段(26)与所述第二轴段(28)之间限定了摩擦界面(44)， 其中所述摩擦界面(44)构造成使得所述第一轴段(26)和所述第二轴段(28)在所述转矩负载超过转矩阈值时旋转地脱离、并且在所述转矩负载减小到所述转矩阈值或者减小到小于所述转矩阈值时旋转地再次接合。
2.根据权利要求I所述的负载连接件(20)，其特征在于所述第一轴段(26)和所述第ニ轴段(28)围绕公共轴线(50)同心地布置。
3.根据权利要求2所述的负载连接件(20)，其特征在于，所述摩擦界面(44)定向成基本平行于所述公共轴线(50)。
4.根据权利要求2所述的负载连接件(20)，其特征在于，所述摩擦界面(44)相对于所述公共轴线(50)成角度。
5.根据权利要求I所述的负载连接件(20)，其特征在于，所述第一轴段(26)在所述摩擦界面(44)处包括第一摩擦表面(52)，而所述第二轴段(28)在所述摩擦界面(44)处包括第二摩擦表面(54)，所述第一摩擦表面(52)和所述第二摩擦表面(54)包括表面涂层。
6.根据权利要求5所述的负载连接件(20)，其特征在于所述表面涂层包括碳化钨、氮化钛、碳化钛、碳化铬、钴铬合金和钴铬钨合金中的至少ー种。
7.一种用于在第一轴(14)与第二轴(18)之间传递转矩负载的负载连接件(20)，所述负 v载连接件(20)包括 连接轴(260)，所述连接轴(260)包括构造成固定地连接至所述第一轴(14)的第一轴部(262)和构造成固定地连接至所述第二轴(18)的第二轴部(264)； 剪切特征(266)，所述剪切特征(266)形成在所述连接轴(260)中，位于所述第一轴部(262)与所述第二轴部(264)之间，所述剪切特征(266)构造成在所述转矩负载超过转矩阈值时失效;以及 支承轴(274)，所述支承轴(274)在所述连接轴(260)内轴向延伸，从而在所述剪切特征(266)失效时向所述第一轴部(262)和所述第二轴部(264)中的至少ー个提供径向支承， 其中所述支承轴(274)摩擦配合到所述连接轴(260)内，使得在所述支承轴(274)与所述第一轴部(262)和所述第二轴部(264)中的至少ー个之间限定了摩擦界面(284)。
8.根据权利要求7所述的负载连接件(20)，其特征在于，所述支承轴(274)包括固定地连接至所述第一轴(14)和所述第二轴(18)中的ー个的第一端(276)、以及布置在所述连接轴(260)内的第二端(278)。
9.根据权利要求7所述的负载连接件(20)，其特征在于，所述摩擦界面(284)轴向布置在大致邻近所述剪切特征(266)的位置。
10.根据权利要求7所述的负载连接件(20)，其特征在于，所述第一轴部(262)和所述第二轴部(264)中的至少ー个包括布置在所述摩擦界面(284)处的第一摩擦表面(286)，所述支承轴(274)包括布置在所述摩擦界面(284)处的第二摩擦表面(288)，所述第一摩擦表面(286)和所述第二摩擦表面(288)包括表面涂层。
11.根据权利要求10所述的负载连接件(20)，其特征在于，所述表面涂层包括碳化钨、氮化钛、碳化钛、碳化铬、钴铬合金和钴铬钨合金中的至少ー种。
12.根据权利要求7所述的负载连接件(20)，其特征在于，所述剪切特征(266)包括围绕所述连接轴(260)的外周限定的周向凹槽(272)。
13.ー种发电系统(10),其包括 第一轴(14)； 第二轴(18);以及 负载连接件(20)，所述负载连接件(20)构造成在所述第一轴(14)与所述第二轴(18)之间传递转矩负载，所述负载连接件(20)包括 第一轴段(26)，所述第一轴段(26)固定地连接至所述第一轴(14);以及 第二轴段(28)，所述第二轴段(28)固定地连接至所述第二轴(18)，所述第二轴段(28)摩擦地配合到所述第一轴段(26)内，使得在所述第一轴段(26)与所述第二轴段(28)之间限定了摩擦界面(44)， 其中所述摩擦界面(44)构造成使得所述第一轴段(26)和所述第二轴段(28)在所述转矩负载超过转矩阈值时旋转地脱离、并且在所述转矩负载减小到所述转矩阈值或减小到小于所述转矩阈值时旋转地再次接合。
14.根据权利要求13所述的发电系统(10)，其特征在于，所述第一轴(14)连接至转矩产生设备(12)，所述第二轴(18)连接至发电机(16)。
15.根据权利要求14所述的发电系统(10)，其特征在于，所述转矩产生设备包括燃气涡轮机或者蒸汽涡轮机。
全文摘要
本发明公开一种用于发电系统的负载连接件，其位于第一轴(26)与第二轴(28)之间传递转矩负载(12)。所述负载连接件(20)通常可以包括构造成固定地连接至所述第一轴的第一轴段(26)和构造成固定地连接至所述第二轴(28)的第二轴(28)段。所述第二轴段(28)可以摩擦地配合到所述第一轴段(26)内，使得所述第一轴段(26)与所述第二轴段(28)之间限定了摩擦界面(44)。此外，所述摩擦界面(44)可以构造成使得所述第一轴段(26)和所述第二轴段(28)在所述转矩负载(12)超过转矩阈值(12)时旋转地脱离并且在所述转矩负载(12)减小到所述转矩阈值(12)或者减小到小于所述转矩阈值(12)时旋转地再次接合。
文档编号F16D7/02GK102691730SQ20121009066
公开日2012年9月26日 申请日期2012年3月21日 优先权日2011年3月21日
发明者D·V·巴奇, N·S·格雷厄姆, P·S·迪马斯焦 申请人:通用电气公司