[发明专利]一种使风力涡轮与发电机轴互连的不对称扭矩限制器

说明书

相关申请的交叉参考

本案是2010年8月18日提交的共同未决专利申请12/858,688的部分接续案。

技术领域

本文中本发明属于电力传输装置的领域，且更特别地说属于风力涡轮中使用的扭矩限制离合器。明确地说，本发明涉及一种用于保护风力涡轮免受由扭矩反向造成的轴承和齿轮损坏。本发明提供一种在风力涡轮上使用的不对称的扭矩限制耦合系统，其中正向扭矩限制离合器和反向扭矩限制离合器以成对的关系提供，且所述反向扭矩限制离合器的特有滑动扭矩是所述正向扭矩限制离合器的特有滑动扭矩的一小部分。本发明专注于提供这样一种扭矩限制离合器配置作为现有系统的改进方案或作为原始设备。

背景技术

在过去十年已经安装数万风力涡轮，几乎全部是使用并入定位在涡轮叶片与发电机之间的变速箱作为增速器的类似传动系统。变速箱通常经过专门设计且希望确保轴承和齿轮适当对齐以采取其专门的设计负载。这些设计负载通常集中在正向操作旋转方向上。但是，已经发现高反向扭矩会影响变速箱的轴承和齿轮的寿命。在扭矩反向期间，齿轮和轴承变成未对准，在接触表面上引起高度集中的负载。即使是中等的反向扭矩峰值也会损坏未对准的轴承和齿轮。存在多种操作状态，包括传动系和变速箱中的扭转振动，其中一些会在反向传动方向上造成严重扭转。这些状态会发生在(a)当电接触器将风力涡轮发电机接合到栅格时启动之后；(b)在紧急制动期间；(c)在当卡钳制动器接合时的常规制动期间；(d)在栅格断开连接事件期间；和(e)在各种电力故障和控制失效的任一种期间。

虽然用于风力涡轮的变速箱通常设计有20年的轴承和齿轮寿命，但已经发现风力涡轮设计中的变速箱的平均寿命是7年到11年的级别。变速箱更换的成本极高，不仅是直接成本，在停工期也是如此。事实上，据信许多风力涡轮设计中的过早变速箱故障已经成为反向扭矩负载的主要原因，因为未曾提供有效保护。许多风力涡轮具有传统的摩擦扭矩限制耦合件，通常设置在风力涡轮的额定扭矩的150％至200％。这些不会对反向负载下的未对准的轴承和齿轮提供保护。本发明专注于一种不对称的扭矩限制器耦合系统，其中设置在标准正向方向上的高扭矩和设置在反向方向上的低扭矩会显著改进变速箱寿命。

发明概要

根据前述内容，本发明的第一方面是提供一种风力涡轮扭矩限制离合器系统，其中在正向和反向操作方向上都提供变速箱保护。

本发明的另一方面是提供一种风力涡轮扭矩限制离合器系统，其中提供具有不对称性质的双向保护。

本发明的又一方面是提供一种风力涡轮扭矩限制离合器系统，其中提供反向扭矩限制器，其特有滑动扭矩是正向方向上的特有滑动扭矩的一小部分。

本发明的又一方面是提供一种风力涡轮扭矩限制离合器系统，其中离合器机构被封围、密封和干燥，且在惰性气体环境中操作。

本发明的又另一方面是提供一种风力涡轮扭矩限制离合器系统，其包括用于监视叶片轴与发电机轴之间的相位角和滑动来评定关联到变速箱的扭矩的系统。

本发明的又一方面是提供一种风力涡轮扭矩限制离合器系统，其易于适应现有风力涡轮用于增强的操作和耐久性。

通过风力涡轮发电系统中的改进来实现在进行详细描述时显而易知的本发明的前述和其它方面，所述风力涡轮发电系统包括连接到具有高速输出轴的增速变速箱的风力涡轮，和具有输入轴的发电机，所述改进处包括：耦合系统，其使所述输出轴与输入轴互连，所述耦合系统是不对称的，其在第一正向旋转传动方向上具有第一特有滑动扭矩，且在第二反向旋转传动方向上具有第二特有滑动扭矩，所述第二特有滑动扭矩被设置成大致为零。

本发明的其它方面通过一种使风力涡轮与发电机轴互连的不对称扭矩限制器达成，其包括：输入壳体和输出毂；超速机构，其插入在所述输入壳体与输出毂之间；第一扭矩限制机构，其和所述输入壳体与输出毂之间的所述超速机构串联互连；和第二扭矩限制机构，其和所述输入壳体与输出毂之间的所述超速机构并联互连。

附图简述

为了全面了解本发明的各个方面和结构，应参考下文详细描述和附图，其中：

图1是根据先前技术的风力涡轮发电机的功能示意图；

图2是本发明的第一实施方案的功能示意图，特别调适为具有传统扭矩限制器的现有耦合系统的翻新方案；

图3是之前不包括扭矩限制器的风力涡轮发电机的翻新方案的功能示意图；

图4是根据本发明的具有不对称的扭矩限制耦合件且作为原始设备实施的风力涡轮发电机的功能示意图；