专利名称：风轮机、将风轮机的传动系的第一传动系部件联接到该传动系的第二传动系部件上的方 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风轮机、联接方法及风轮机的使用，所述风轮机包括传动系，该传 动系具有至少一个用于将第一传动系部件连接到第二传动系部件的联接器，所述方法用于 将风轮机的传动系的第一传动系部件联接到传动系的第二传动系部件上。
背景技术：
现有技术中已知的风轮机包括锥形风轮机塔筒和位于塔筒顶部的风轮机机舱。具 有多个风轮机叶片的风轮机转子通过低速轴连接到该机舱，该低速轴从机舱前面向外伸 出，如图1中所示。随着大型现代风轮机在尺寸和电力输出二者上变得越来越大，通过风轮机的传动 系_亦即 从转子到发电机_传送转矩的问题变得更显著。传动系通常包括多个互连的传动系部件，例如转子、主轴、一个或多个齿轮箱、制 动系统、过载保护系统和发电机，其中不同的传动系部件通过某种可拆卸或可卸下的联接 器互连，从而能将转矩在各部件之中或之间传送，而同时能卸下和/或更换各个传动系部 件。在传动系中设置联接器的一种已知方法是使用所谓的收缩盘。该收缩盘通过将锁 紧螺钉夹持负荷转变成施加到安装好的部件的轴上的径向接触压力而起作用，从而“收缩” 到轴上。理想地，这种类型的联接器将产生零齿间隙机械干涉配合，然而，宽摩擦接合(如 大转矩传送所需的)对轴弯曲和旋转负荷很敏感，因为这可以引起微滑移和随后的磨损或 摩擦腐蚀。另外，当转矩超过接合能力时，联接器可能滑移且局部焊接在一起。一旦发生这 种情况，联接器将很难再次移开，并且移开通常将破坏接合的轴中之一或全部两个。从欧洲专利申请EP1445484A1还已知为风轮机设置摩擦联接器，该摩擦联接器利 用螺栓在一个或多个盘的径向延伸表面上产生夹持力。然而，这种类型联接器复杂而很难 拆卸。因此，本发明的一个目的是为风轮机的传动系提供有利的转矩传送联接技术。
发明内容
本发明提供一种包括传动系的风轮机。该传动系包括至少一个转子、一发电机和 至少一个联接器，该转子用于将风力转变成转子轮毂的旋转，以便提供驱动转矩，该发电机 用于将驱动转矩的至少一部分转变成电力，该联接器用于将第一传动系部件连接到第二传 动系部件，以便在所述部件之间传送所述驱动转矩。该联接器包括第一联接器部分，该第一 联接器部分具有第一联接区，第一联接区与第二联接器部分的第二联接区连接，由此在所 述联接器的运行期间将驱动转矩从所述联接区之一传送到所述联接区中的另一个，其中第 一联接区设有第一形配合结构(positive engagingstructure)，该第一形配合结构接合第 二联接区的对应的第二形配合结构，其中第一和第二形配合结构二者分别从第一和第二联接器部分的外周边附近或外周边处向内延伸。将风轮机制成使得所有传动系部件在风轮机的运行期间始终保持完美而刚性的对准实际上是不可能的或者至少很复杂且造价昂贵。尤其是由于通过风轮机的传动系传送 的负荷经常改变，这特别例如因经常改变的风向、风速、转子上的风剪力、气象条件和对应 的运行参数如摆动角、叶片的桨距角、偏航角的改变以及当然由于转子持续旋转而使从各 个叶片传送的负荷的任何变化都在各传动系部件的至少某个上起旋转矩阵或径向力作用。因此，为联接区设置相互接合的形配合结构是有利的，因为由此可以保证大转矩 负荷始终基本上在不磨损联接器的情况下传送。在本发明的一方面中，所述第一和第二联接区包括轴向机构，该轴向机构用于通 过所述联接器至少朝一个方向传送轴向负荷。通过为联接区设置用于通过联接器至少朝一个方向传送轴向负荷的轴向负荷机 构，可以保证，如果轴向负荷是通过联接器传送，则联接区的不同区域处稍微被拉开或更牢 固地压缩在一起或二者。这是有利的，因为即使这种设计在理论上允许联接器中的轴向运 动，该联接器也能在基本没有磨损的情况下处理该轴向运动，且由于各联接区包括相互接 合的形配合结构，所以联接器的转矩传送质量基本上不受轴向负荷的影响，即使这是通过 旋转的径向负荷完成也如此。在本发明的一方面中，所述轴向机构这样设置，S卩，建立所述联接区，以使它们不 与所述联接器的旋转轴线平行。如果联接区与联接器的旋转轴线平行，则其中一个联接区必须装配到另一个中， 像例如常规键槽轴连接、六花键插口连接或收缩盘(shrink-disc)联接。但这些联接或连 接类型在传送轴向负荷时较差，且它们当受到来自轴弯曲的旋转负荷或穿过轴承的不平衡 负荷时，特别易于磨损。只要联接区不与联接器的旋转轴线平行，就可为联接器设置能至少朝一个方向传 送轴向负荷的轴向机构，并因此实现如果联接器受旋转负荷影响，则能通过联接器在基本 上不磨损它的情况下传送不平衡负荷。在本发明的一方面中，所述联接区建立成相对于所述联接器的旋转轴线成45°和 135°之间，优选地在80°和100°之间例如90°的面角(面角，faceangle)，以便建立所 述轴向机构。如果面角变得低于45°或高于135°，则各联接区当遭受例如来自转矩传送部分 或来自使联接区保持紧密接触的固定机构的轴向负荷时有楔入的趋势，这在最坏的情况下 将使得不能拆卸联接器。然而，只要联接区建立在现有面角范围内，联接器部分就不会楔 入，且在这个面角范围内联接器另外增强它的自动对准能力。将联接区定位成相对于联接器的旋转轴线成90°的面角是有利的，因为它使得制 造工艺更简单并由此降低了成本，以及因为它减少了当装配或拆卸联接器时沿轴向移动的 需求，因而简化了装配过程。在本发明的一方面中，所述第一和第二联接区的所述第一和第二形配合结构由交 替的凸起和凹部形成。合于与对应凹部结合的凸起_例如齿、销、旋钮或联接区的表面的任何其它种类 的突出将增加联接区传送转矩的能力-尤其是相对于摩擦联接器或收缩联接器。当凸起和凹部接合时，大大减少了联接器滑移的危险，因而在不影响联接器传送转矩的质量或其拆 卸能力的情况下增加了联接器的使用期限。 在本发明的一方面中，所述第一和第二联接区的所述形配合结构形成为基本径向 延伸的齿。为了有效地传送转矩，重要的是使形配合结构基本横向于旋转方向建立，因此齿 沿径向延伸是有利的。另外，齿是利用联接区的有效方式，因此齿将保证转矩在较大面积上被传送，从而 减少了局部应力和微滑移的危险。甚至更进一步，从联接器的中心朝基本上所有方向径向延伸的齿还可为联接器提 供处理径向负荷的能力，因为至少其中某些齿总是与径向负荷的方向无关地锁紧联接器朝 向径向方向的运动。在本发明的一方面中，所述第一联接区和/或第二联接区的所述形配合结构在所 述联接区中整体形成。形配合结构必须能将大转矩负荷传送到联接区，通过在各联接区中整体形成形配 合结构可消除任何滑移和磨损的危险。在本发明的一方面中，所述第一联接器部分或所述第二联接器部分在所述第一传 动系部件和所述第二传动系部件中整体形成。同样，联接器部分必须能将大转矩负荷传送到传动系部件，通过在各传动系部件 中整体形成联接器部分可消除任何滑移和磨损的危险。另外，能避免联接器部分和传动系 部件之间昂贵而复杂的联接或连接。在本发明的一方面中，所述第一传动系部件和所述第二传动系部件的至少其中之 一从下述一组部件中选定，这组部件包括传动系轴、主轴、主轴承、联轴器、制动器、齿轮 箱、转子轮毂和发电机。因此实现了本发明的有利的实施例。在本发明的一方面中，所述第一传动系部件或所述第二传动系部件是所述风轮机 齿轮箱的旋转轴，例如所述齿轮箱的太阳轮轴或输入轴。齿轮箱常常是风轮机中最复杂的机械单元，因此重要的是齿轮箱或至少齿轮箱的 主要部分无论是在维护、修理、更换的情况下还是简单地接近时都能拆卸。因此本发明的联 接器用于风轮机齿轮箱的联接器转矩传送部分尤其有利。另外，齿轮箱的行星齿轮每个都仅必须传送总转矩负荷的一部分，且所有在太阳 轮之后的齿轮或轴都在增大的转速下运行，从而使转矩减小。因此，输入轴和太阳轮轴是齿 轮箱的最紧张的转矩传送部分，因此利用本发明的联接器来将转矩传送部分联接到齿轮箱 的太阳轮或输入轴上是特别有利的。在本发明的一方面中，所述旋转轴的所述第一或第二联接区限定所述传动系部件 的外周边。使联接区限定传动系部件的 外周边是有利的，因为使得传动系的安装和拆卸更简 单，以及因为大直径的联接区对转矩更坚固。在本发明的一方面中，所述第一联接区和所述第二联接区包括固定机构，该固定 机构用于至少在所述联接器的运行期间基本上保持所述第一联接区相对于所述第二联接区的轴向位置。至少在某种程度上，风轮机传动系的联接器必须能通过吸收轴向负荷或通过将轴 向负荷向下传送到传动系来处理这些轴向负荷。通过利用固定机构来保持联接区的相互位 置，可保证轴向负荷通过联接器传送，而基本上不影响联接器的尤其是与磨损有关的任何 部分。在本发明的一方面中，所述固定机构是机械固定机构，例如螺钉、螺栓或铆钉。机械固定机构成本低并且安装和拆卸简单，因此使用它们来使联接区彼此相对固 定是有利的。在本发明的一方面中，所述第一传动系部件和/或所述第二传动系部件的至少其 中之一是空心的。
同样外径的厚壁式空心轴和实心轴基本上对转矩具有同样的强度，但空心轴能制 成在径向上更具有挠性并且重量更小，或者空心轴能制成在显著更低的重量下具有几乎相 等的刚度(实质是好得多的刚度/重量比)。本发明的联接器可供传送轴向负荷和转矩二 者，而基本上没有负荷穿过联接器的中心，因为材料基本上不需要传送负荷，所以将转矩传 送部分制成空心以节约联接器的重量并保证挠性是有利的。在本发明的一方面中，所述联接器还包括径向负荷传送机构，该径向负荷传送机 构用于在所述第一联接器部分和所述第二联接器部分之间传送径向负荷的至少一部分和/ 或用于使所述第一联接器部分和所述第二联接器部分相互对准。对某些联接器构型来说，形配合结构不能实现联接器自动定心和自动对准，因此 为联接器设置径向负荷传送机构是有利的，该径向负荷传送机构用于穿过联接器传送径向 负荷，而基本上不使形配合结构受到应力。在本发明的一方面中，所述联接器是自动定心和/或自动对准的，因为所述第一 和第二形配合结构分别从第一和第二联接器部分的外周边附近或外周边处的位置向内延 伸。由于形配合结构相互接合，所以能实现联接器自动定心/自动对准，这意味着风 轮机的传动系方面的极大优点，在所述风轮机的传动系处负荷在大小、方向和数值方面一
直改变。在本发明的一方面中，所述第二传动系部件的所述第二联接区包括中心孔(开 孔，开口)，所述第一驱动系部件能穿过该中心孔安装和装卸。为第二联接区设置中心孔是有利的，因为第一传动系部件能从第一传动系部件侧 安装和装卸，这将提供更多的自由空间以便实施作业。本发明还提供用于将风轮机的传动系的第一传动系部件联接到该传动系的第二 传动系部件上的方法。该方法包括以下步骤-为第一传动系部件设置第一联接器部分，该第一联接器部分包括第一联接区，并 且为第二传动系部件设置第二联接器部分，该第二联接器部分包括第二联接区，以及-通过将第一联接区的形配合结构与第二联接区的对应形配合结构接合来使第一 联接器部分和第二联接器部分结合，由此第一联接区和第二联接区能至少朝一个方向穿过 联接器传送轴向负荷。通过将联接区布置成使它们能至少朝一个方向传送轴向负荷，可以保证当穿过联接器传送轴向负荷时，该联接器由于接合形配合结构而保持或甚至改善了传送转矩的能力。这是有利的，因为提高了联接器传送旋转负荷、变动负荷以及变动的不平衡负荷的能 力，该方法减少了滑移的危险并由此减少了磨损的危险。在本发明的一方面中，所述方法是用于联接根据上述风轮机中任一种的风轮机中 的传动系部件的方法。更进一步，本发明提供根据上述风轮机中任一种的风轮机的使用，其中所述风轮 机是兆瓦级风轮机。风轮机功率输出越大，则风轮机或至少某些风轮机部分也必须具有大的物理尺寸 (实际尺寸)。额定功率输出大于1兆瓦的风轮机必须通过传动系传送很大的转矩，从而使 得常规联接器变得较少有效或较不耐用。另外，在如此之大的风轮机的情况下，不平衡的负 荷-或者最坏情况下变动的不平衡负荷-由于大传动系构造的更灵活的性质而对联接器有 很大影响，并因此在兆瓦级风轮机中使用本发明的联接器尤其有利。
下面将参照
本发明，在附图中图1示出现有技术中已知的大型现代风轮机，如从前面看到的，图2示出机舱的简化的剖视图，如从侧面看到的，图3示出包括外部固定机构的联接器实施例的剖视图，如从侧面看到的，图4示出包括内部固定机构的联接器实施例的剖视图，如从侧面看到的，图5示出第一联接器部分的实施例，如从前面看到的，图6示出包括第一联接器部分的齿轮的剖视图，如从侧面看到的，图7示出太阳轮的局部剖视图，如从侧面看到的，图8示出包括倾斜式联接区的联接器的剖视图，如从侧面看到的，以及图9A、9B和9C示出对应形配合结构的三个不同实施例的剖视图，如从侧面看到 的。
具体实施例方式图1示出现代风轮机1，该风轮机包括放在地基上的塔筒(塔架)2和设置在塔筒 顶部的风轮机机舱3。风轮机转子4包括三个风轮机叶片5，该三个叶片5从共用轮毂11 延伸并连接到该共用轮毂11上，所述风轮机转子4通过主轴26连接到机舱3，该主轴26从 机舱3的前面向外伸出。图2示出机舱3的简化的剖视图，如从侧面看到的。机舱3存在多种变型和配置，但在大多数情况下，大型现代风轮机1的传动系13 几乎总是包括下列部件中的一个或多个转子4、齿轮箱6、主轴26、一个或多个联接器12、 某种制动系统7和发电机8。现代风轮机1的机舱3还可包括转换器9、逆变器(未示出) 和附加的外围设备如附加动力处理设备、控制柜、液压系统、冷却系统及更多。然而，在机舱3的这个实施例中，传动系13不包括这种常规主轴26，因为空心轮毂 11直接附接到齿轮箱6的输入轴上-更具体地说，附接到齿轮箱6的行星齿轮箱级的行星 架上_并因此转子4由齿轮箱6的轴承承载。
在另一实施例中，轮毂11可附接到多个常规主轴26上，所述主轴26可通过一个 或多个主轴承承载转子4的负荷或至少负荷的一部分。主轴26的另一端则通常通过某种 联接装置联接到齿轮箱6的输入轴上。包括机舱部件6、7、8、9、12、26的整个机舱3的重量由负荷承载结构10承载。机 舱3中的某些传动系部件6、7、8、9通常安放在和/或联接到该共用的负荷承载结构10上。 在这个简化的实施例中，负荷承载结构10仅例如以基架的形式沿着机舱3的底部延伸，一 部分或全部部件6、7、8、9连接到所述基架上。在另一实施例中，负荷承载结构10可包括齿 轮钟(钟形齿轮，锥齿轮，gear bell)，该齿轮钟将转子4的负荷传送到塔筒2上和/或负 荷承载结构10可包括多个互连的部分，例如网络结构。在本发明的这个实施例中，传动系13在正常操作中相对于与塔筒2垂直的平面、 与贯穿塔筒2的中心轴线垂直的平面和水平面建立8°的角度NA。传动系13成角度设置 使得转子4能相应地倾斜，例如以便保证叶片5不碰撞塔筒2、补偿在转子4的顶部和底部 处风速的差异等。图3示出包括外部固定机构24的联接器12的实施例的剖视图，如从侧面所看到 的。在本发明的这个实施例中，联接器12包括第一联接器部分16，该第一联接器部分 16在 第一传动系部件14中整体形成，所述第一传动系部件14在这个实施例中是用于从转 子轮毂11向风轮机齿轴箱6的输入轴传递转矩的轴26。同样，联接器12包括第二联接器部分17，该第二联接器部分17在第二传动系部件 15中整体形成，所述第二传动系部件15在这个实施例中是风轮机齿轮箱6的输入轴。如上所述，在某些风轮机实施例中，转子轮毂11基本上直接连接到无输入轴式齿 轮箱6的环齿轮、行星架或其它部分上，而第一传动系部件14则可以是齿轮箱6的输出轴， 第二传动系部件15可以是发电机8，或者在本发明的另一实施例中，第一传动系部件14或 第二传动系部件15可以是发电机输入轴、制动系统7的输入或输出轴、主轴26、轮毂11的 输出轴或风轮机传动系13的任何其它转矩传送部分。也有可能利用本发明来将一中间凸缘安装在例如风轮机主轴26和齿轮箱输入轴 之间，该中间凸缘基本上是圆盘，所述圆盘与例如制动盘、编码器凸缘或转子锁紧装置两个 桎物上同等的齿啮合。可以仅使用一个螺栓连接来将所有三个构件固定在一起。在本发明的另一实施例中，联接器部分16、17之一或二者也可以与转矩传送部分 14、15分开形成，例如，联接器部分16、17可通过收缩接合、螺栓接合、键接合或其它接合或 者它们的任何组合附接到转矩传送部分14、15上。在本发明的这个实施例中，第一联接器部分16包括第一联接区18，该第一联接区 18在联接器部分16中整体形成，同样，第二联接器部分17包括第二联接区19，该第二联接 区19在联接器部分17中整体形成。在本发明的另一实施例中，联接区18、19也可以与联接器部分分开形成，例如，联 接区18、19可通过收缩接合、螺栓接合、键接合、销接合或其它接合或它们的任何组合附接 到联接器部分16、17上。在这个实施例中，第一联接区18包括第一形配合结构20，该第一形配合结构20的 形式为覆盖整个第一联接区18的交替的凸起22和凹部23 ；第二联接区19包括对应的第二形配合结构32，该第二形配合结构32的形式也为覆盖整个第二联接区19的交替的凸起 22和凹部23。在本发明的这个实施例中，第一和第二形配合结构20、32 二者分别从第一和第二 联接器部分16、17的外周边33处的位置向内延伸。在本发明的这个实施例中，联接器12包括轴向机构，该轴向机构取基本上垂直于 联接器12的旋转轴线31建立的联接区18、19的形式，其中两个联接区18、19相对于所述 旋转轴线31的面角A为90°。因此联接器12能将轴向力从其中一个联接区18、19传送到 另一个联接区18、19。在本发明的这个实施例中，联接器12还包括固定机构，该固定机构用于使联接区 18、19保持始终相互接合_因此保证联接器12的转矩传送质量，并且使得联接器12能传送 轴向负荷，所述轴向负荷会试图将联接区18、19拉开。在这个实施例中，固定机构24是螺栓，该螺栓24贯穿第一联接器部分16的固定 孔27并接合第二联接器部分17中的带螺纹的固定孔27 ；但在另一实施例中，固定机构24 可以是夹子、螺钉、铆钉等。这两个联接器部分16、17可以是带螺纹的，或者联接器部分16、 17均不包括螺纹，而螺栓或螺钉则可包括螺母。
在这个实施例中，固定机构24是布置在联接区18、19中的圆上的多个螺栓；而在 本发明的另一实施例中，固定机构24可以布置在联接器18、19外的圆上，在联接区18、19 内部居中，在联接区18、19的内部或外部不对称。固定机构24可以是一个居中布置的螺栓 /螺母或其任何组合。然而，优选的是固定机构24布置在弯曲的中性平面处。在本发明的这个实施例中，联接器12还包括径向负荷传送机构25，该径向负荷传 送机构25至少用于帮助对准两个联接器部分16、17，并通过联接器12传送径向负荷。在本发明的这个实施例中，径向负荷传送机构25作为分开的(独立的)套筒(套 管，spigot)形成，该套筒接合并引导这两个联接器部分16、17，而在另一实施例中，径向负 荷传送机构25可以与联接器部分16、17中的一个一体形成，并且接合联接器部分16、17中 的另一个，就像联接区18、19那样接合。图4示出包括内部固定机构24的联接器12的实施例的剖视图，如从侧面所看到 的。在这个实施例中，凸起22和凹部23由基本相同的径向延伸的齿构成，所述齿形成 在第一联接区18和第二联接区19 二者的表面中。通过使联接区18、19之一的齿的顶部在 接合期间倾斜地移动，以便将一个联接区18、19上的齿的顶部放置在另一个联接区18、19 上的齿的顶部之间，这两个联接区18、19的齿20、32当被引到一起时将啮合，并且只要联接 区18、19保持紧密接触，联接器12就能基本上无齿隙地传送大的转矩负荷，这对存在变动 和反向负荷的应用场合如风轮机1是十分有利的。因为由固定机构施加的用于保持联接器部分16、17的对准的力基本上全都在联 接器12的轴向方向上，并且因为基本上作用在联接器12上的所有其它力都是转矩或轴向 力，所以该联接器设计能实现联接器部分16、17和转矩传送部分都可以是空心的。这是很 大的优点，因为由此可以引导钢丝、导线、软管、管道、杆或等穿过中心，或甚至允许人员穿 过联接器12的中心进入。另外，可显著减少转矩传送部分14、15的重量，而不减小它们传 送转矩的能力，并且对刚度(硬度)的影响也很小。
在这个实施例中，固定机构24布置在联接器12的内侧，例如以便当联接器脱开接 合时使得相邻的外部轴承等能被拆下。在本发明的这个实施例中，联接器12不包括分开的径向负荷传送机构25，因为将 联接区18、19的形配合结构20、32形成为也可起径向负荷传送机构25的作用，如把形配合 结构20、32设计成锁止两个联接区18、19朝向所有径向方向的径向运动。将径向负荷传送机构25结合在联接区18、19的形配合结构20、32中是有利的，因 为不再需要机加工额外的径向负荷传送机构的表面或部分。对于非常高的径向负荷，尤其 是对于与磨损、摩擦腐蚀和胶粘剂磨损有关的有齿区的位移和相对运动的量的控制而言， 可能需要额外的定心机构。图5示出第一联接器部分16的实施例，如从前面所看到的。在本发明的这个实施例中，第一形配合结构20由径向延伸的齿形成，所述径向延 伸的齿形成在联接区18的表面中。所述齿的轮廓线全都穿过旋转中心31，以使齿在联接区 18的外周边33处比联接区18的内周边处宽。所示的联接器部分16由此能够在与对应的第二联接器部分17接合时传送径向负 荷，因为齿的形状也可锁止联接器部分16、17的相互径向运动。在本发明的这个实施例中，联接区18设有八个均勻间隔开的固定孔27，以用于容 纳固定机构24，该固定机构24强制使联接区18、19在一起。然而，在另一实施例中，联接 区18可设有其它数目的固定孔27-更多或更少，固定孔27可以设置在联接器部分16的别 处，或者，例如当联接区18、19通过夹具等固定在一起时联接器部分16可以不包括固定孔。图6示出包括第一联接器部分16的齿轮的剖视图，如从侧面所看到的。在这个实施例中，齿轮是行星式风轮机齿轮箱6的行星齿轮，但该齿轮也可以仅 为行星式风轮机齿轮箱6的太阳轮、风轮机齿轮传动级的齿轮或另外类型的适于传送风轮 机齿轮箱6中的大转矩负荷的齿轮。在这个实施例中，齿轮与长的空心轴整体形成，该空心轴终止在形成第一联接器 部分16的凸缘中。在凸缘的面向齿轮的侧面，联接器部分16设有联接区18，该联接区18 设有多个齿，所述齿横向于旋转方向形成，并用于与另一联接器部分17的第二联接区19接合。通过使联接区18的内径大于齿轮的外径，能实现穿过第二联接器部分17拆卸齿 轮，如图7所示。通过为齿轮提供较长而薄壁的轴，可以保证齿轮能相对于联接区18在横 向上并与联接区18的旋转轴线31的平行性相关地略微径向挠曲。这是有利的，因为由此 能补偿齿轮箱中任何临时或永久的未对准，而基本上不影响齿轮和联接器12传送转矩的 能力。图7示出太阳轮28的局部剖视图，如从侧面所看到的。在本发明的这个实施例中，图6中所示的齿轮被用作风轮机齿轮箱26的行星齿轮 级中的太阳轮28。通过齿轮轴和第一联接区18，由行星齿轮(未示出)与太阳轮28啮合 所产生的转矩被传送到第二传动系部件15上第二联接器部分17的第二联接区19上，该第 二传动系部件15取风轮机齿轮箱6的齿轮传动级的齿轮30的轮毂的形式。两个轴承29基本上保证第二传动系部件15和联接器12的对准，而长的太阳轮轴 保证太阳轮28在径向上的某种挠性。
在这个实施例中，联接区18、19通过大量螺栓24固定在接合位置中，所述螺栓24 相对于太阳轮28从联接器的后侧装配，因此允许简单地拆卸联接器12和太阳轮28。尤其是，当太阳轮28或行星轮是螺旋齿轮时，推力与转矩成正比。如果将螺旋角选择成使得它可“拉动”联接区18、19的齿面以使之接合时，该推力将与转矩传送需求成正 比地增加轴向预载荷。轴向方向上的负荷对相对于转矩和径向负荷的承重能力是决定性的。轴向负荷可以通过工作负荷或静态预加载例如螺栓实现。对联接器12的承重能力来说，有利的是在装 配期间施加比正常轴向负荷更高的负荷来调整粗糙度峰值，以及基本上通过局部产生某些 突出的齿增加齿间共享的负荷。很高的静态预加载还可有利地减少对齿精度变化的冲击， 尤其是对齿隙误差等的冲击。另外，第一和第二联接区18、19的表面之一或全部两个可以通过回火硬化，或者所述表面可以用其它方法处理或涂装，以便避免/减少摩擦腐蚀、摩擦腐蚀等危险。图8示出包括倾斜式联接区18、19的联接器12的剖视图，如从侧面所看到的。在本发明的这个实施例中，联接器12包括在第一传动系部件14中整体形成的第 一联接器部分16，所述第一传动系部件14在这个实施例中是制动系统7的输出轴，该联接 器12还包括在第二传动系部件15中整体形成的第二联接器部分17，所述第二传动系部件 15在这个实施例中是风轮机发电机8的输入轴。在本发明的这个实施例中，联接器12包括轴向机构21，其中联接区18、19建立 45°的面角A，由此使得联接区18、19能通过联接器12传送轴向负荷。另外，通过以45°的面角A布置联接区18、19，还可保证联接器部分16、17由于联 接区18、19的锥形形状而变得更加自动对准。在这个实施例中，固定机构24垂直于联接区18、19设置，但在另一实施例中，固定 机构24能与联接器12的旋转轴线31平行地建立，或者沿取决于例如具体的联接器设计等 的其它方向建立。图9A、9B和9C示出相应形配合结构20、32的三个不同实施例的剖视图，如从侧面 所看到的。对于本领域技术人员来说，很显然，第一联接区18的第一形配合结构20和对应的 第二联接区19的第二形配合结构32能用多种方法形成。因此，图9A、9B和9C仅示出齿的三个实施例，该齿从外周边33朝联接器12的中 心径向向内延伸，以使齿的尺寸随直径增加而增加。但在另一实施例中，齿的形状可以在整 个联接区18、19中都是均勻的。图9A中所示的实施例示出，齿20、32基本上形成为普通齿轮齿。这些齿形成为使 得没有齿尖/齿根干涉，以便允许转矩通过齿面传送。这种齿20、32构型能将齿面定心，这 在具有相反转矩的大多数应用中_亦即在风轮机1中_是优选实施例。另外，图9A中所示的实施例使得各个齿可具有很宽的齿根，这是有利的，因为齿 根的形状对齿的承重能力来说是决定性的。图9B示出其中齿20、32由交替的方形凸起22和方形凹部23形成的实施例。为 了能装配这种联接器构型，齿之间必须有某种齿隙，因此，这种齿设计对于如风轮机1中存 在的不同和相反负荷不是特别有利。
图9A和9B中的齿构型使得第一联接区18的第一形配合结构20是第二联接区19的对应第二形配合结构32的可替换的复制品。然而，所述两个联接区18、19的形配合结构20、32也可以是不一样但相互对应的。图9C中示出其中两个联接区18、19的形配合结构20、32不同的实施例。对应的 凸形和凹形齿面可以有利地例如用于特定的自动定心、自动对准或转矩传送目的。上面已经参照转矩传送部分14、15、联接器12、形配合结构20、32等的具体例子举 例说明了本发明。然而，应该理解，本发明不限于上述特定示例，而是可在如权利要求所限 定的范围内进行多种变型设计和改变。标号明细表1、风轮机；2、塔筒；3、机舱；4、转子；5、叶片；6、齿轮箱；7、制动系统；8、发电机；9、逆变器；10、负荷承载结构；11、轮毂；12、联接器；13、传动系；14、第一传动系部件；15、第二传动系部件；16、第一联接器部分；17、第二联接器部分；18、第一联接区；19、第二联接区；20、第一形配合结构；21、轴向机构；22、凸起；23、凹部；24、固定机构；25、径向负荷传送机构；26、主轴；27、固定孔；28、太阳轮；29、轴承；30、齿轮系级的齿轮；
31、旋转轴线；32、第二形配 合结构；33、联接器部分的外周边；A、面角。
权利要求
一种风轮机，包括传动系，所述传动系至少包括转子，该转子用于将风力转变成转子轮毂的旋转，以提供驱动转矩，发电机，该发电机用于将所述驱动转矩的至少一部分转变成电力，和至少一个联接器，该联接器用于将第一传动系部件连接到第二传动系部件以便在所述部件之间传送所述驱动转矩，所述联接器包括第一联接器部分，该第一联接器部分具有第一联接区，该第一联接区与第二联接器部分的第二联接区连接，由此在所述联接器运行期间将所述驱动转矩从所述联接区中的一个传送到另一个，其中所述第一联接区设有第一形配合结构，该第一形配合结构接合所述第二联接区的对应的第二形配合结构，所述第一和第二形配合结构二者分别从第一和第二联接器部分的外周边附近或外周边处的位置向内延伸。
2.按照权利要求1所述的风轮机，其特征在于，所述第一和第二联接区包括轴向机构， 以用于通过所述联接器至少沿一个方向传送轴向负荷。
3.按照权利要求2所述的风轮机，其特征在于，所述轴向机构通过建立所述联接区以 使它们不与所述联接器的旋转轴线平行来提供。
4.按照权利要求2或3所述的风轮机，其特征在于，所述联接区建立成相对于所述联接 器的旋转轴线成45°至135°并优选80°至100°例如90°的面角，以便建立所述轴向机 构。
5.按照前述权利要求之一所述的风轮机，其特征在于，所述第一和第二联接区的所述 第一和第二形配合结构分别由交替的凸起和凹部形成。
6.按照前述权利要求之一所述的风轮机，其特征在于，所述第一和第二联接区的所述 第一和第二形配合结构分别形成为基本径向延伸的相啮合的齿。
7.按照前述权利要求之一所述的风轮机，其特征在于，所述第一联接区的所述第一形 配合结构和/或所述第二联接区的所述第二形配合结构整体形成在对应联接区中。
8.按照前述权利要求之一所述的风轮机，其特征在于，所述第一联接器部分或所述第 二联接器部分在所述第一传动系部件或所述第二传动系部件中整体形成。
9.按照前述权利要求之一所述的风轮机，其特征在于，所述第一传动系部件和所述第 二传动系部件中的至少一个选自传动系轴、主轴、主轴承、联轴器、制动器、齿轮箱、转子轮 毂和发电机。
10.按照权利要求9所述的风轮机，其特征在于，所述第一传动系部件或所述第二传动 系部件是所述风轮机齿轮箱的旋转轴，例如所述齿轮箱的太阳轮轴或轴入轴。
11.按照权利要求10所述的风轮机，其特征在于，所述旋转轴的所述第一或第二联接 区限定所述传动系部件的外周边。
12.按照前述权利要求之一所述的风轮机，其特征在于，所述第一联接区和所述第二联 接区包括固定机构，以用于至少在所述联接器运行期间基本上至少保持所 述第一联接区相 对于所述第二联接区的轴向位置。
13.按照前述权利要求之一所述的风轮机，其特征在于，所述固定机构是机械固定机 构，例如螺钉、螺栓或铆钉。
14.按照前述权利要求之一所述的风轮机，其特征在于，所述第一传动系部件和/或所 述第二传动系部件中的至少一个是空心的。
15.按照前述权利要求之一所述的风轮机，其特征在于，所述联接器还包括径向负荷传 送机构，以用于将径向负荷的至少一部分在所述第一联接器部分和所述第二联接器部分之 间传送和/或用于使所述第一联接器部分和所述第二联接器部分相互对准。
16.按照前述权利要求之一所述的风轮机，其特征在于，所述联接器由于所述第一和第 二形配合结构分别从第一和第二联接器部分的外周边附近或外周边处的位置向内延伸而 自动定心和/或自动对准。
17.按照前述权利要求之一所述的风轮机，其特征在于，所述第二传动系部件的所述第 二联接区包括中心孔，所述第一传动系部件能通过该中心孔安装和拆卸。
18.一种用于将风轮机的传动系的第一传动系部件联接到所述传动系的第二传动系部 件的方法，所述方法包括以下步骤-为所述第一传动系部件设置第一联接器部分，该第一联接器部分包括第一联接区，并 为所述第二传动系部件设置第二联接器部分，该第二联接器部分包括第二联接区，以及-通过将所述第一联接区的第一形配合结构与所述第二联接区的对应第二形配合结构 接合来使第一联接器部分和第二联接器部分连结，由此使所述第一联接区和所述第二联接 区能通过所述联接器至少沿一个方向传送轴向负荷。
19.按照权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法是联接按照权利要求1-17之 一所述的风轮机的传动系部件的方法。
20.按照权利要求1-17之一所述的风轮机的使用，其特征在于，所述风轮机是兆瓦级 风轮机。
全文摘要
本发明涉及一种包括传动系的风轮机。该传动系包括用于将风力转变成转子轮毂的旋转以便提供驱动转矩的至少一个转子、用于将至少一部分驱动转矩转变成电力的发电机和用于将第一传动系部件联接到第二传动系部件上以便在部件之间传送所述驱动转矩的至少一个联接器。该联接器包括具有第一联接区的第一联接器部分，该第一联接区与第二联接器部分的第二联接区连接，由此在所述联接器运行期间将驱动转矩从联接区之一传送到另一个，其中第一联接区设有第一形配合结构，该第一形配合结构接合第二联接区的对应形配合结构，第一和第二形配合结构二者分别从第一和第二联接器部分的外周边附近或外周边处向内延伸。本发明还涉及用于将风轮机的传动系的第一传动系部件联接到传动系的第二传动系部件的方法以及风轮机的使用。
文档编号F01D5/02GK101849085SQ200880112950
公开日2010年9月29日 申请日期2008年10月22日 优先权日2007年10月23日
发明者A·贝奇, J·德姆特勒德, K·L·詹森 申请人:维斯塔斯风力系统有限公司