專利名稱：一種風(fēng)力渦輪機及用于風(fēng)力渦輪機的傳動軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳動軸，尤其涉及一種用于風(fēng)力渦輪機的傳動軸，以及一種使用該傳動軸的風(fēng)力渦輪機。
背景技術(shù)：
轉(zhuǎn)子支撐型風(fēng)力渦輪機是一種已知的可供選擇的風(fēng)力渦輪機設(shè)計，輪轂及旋翼槳葉的結(jié)構(gòu)承載由設(shè)于所述風(fēng)力渦輪機主機架上的固定支撐軸來實現(xiàn)的。因為所述輪轂可以繞著所述支撐軸自由旋轉(zhuǎn)，從而結(jié)構(gòu)承載被傳遞到主機架上，而旋翼槳葉離心旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩則傳遞到所述發(fā)電機系統(tǒng)。美國專利US4757211公開了一種轉(zhuǎn)子支撐型風(fēng)力渦輪機，其中，所述轉(zhuǎn)子輪轂裝設(shè)于機器外殼的圓柱體部，所述轉(zhuǎn)子輪轂的結(jié)構(gòu)承載由所述機器外殼支撐。一輪轂軸從所述轉(zhuǎn)子輪轂延伸至變速箱，從而連接于發(fā)電機。所述的軸為一典型的剛性傳動軸。該系統(tǒng)的一個缺點為，為了補償從輪轂經(jīng)由輪轂軸傳遞的振動及彎矩，發(fā)電機及所述變速箱必須裝設(shè)于設(shè)置在機器外殼上的減振元件上。此外，輪轂通過韌性套管及減振元件裝設(shè)于機器外殼上。該減振元件在這些結(jié)構(gòu)中的使用還可以補償渦輪組件之間的錯位，例如，在輪轂與所述變速箱沒有很好對齊的情況下使用。所述減振元件在系統(tǒng)的使用過程會受到磨損，每3-5年需要更換一次，需要相對昂貴的維護費，且維護過程中，所述渦輪機停止工作的時間更長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于風(fēng)力渦輪機的傳動軸，該傳動軸有利于轉(zhuǎn)子支撐型風(fēng)力渦輪機設(shè)計的改良。本發(fā)明的目的在于提供一種水平軸風(fēng)力渦輪機，該風(fēng)力渦輪機具有一直徑至少為 50m的轉(zhuǎn)子，所述風(fēng)力渦輪機包括一風(fēng)力渦輪機主機架；一發(fā)電機系統(tǒng)；一轉(zhuǎn)子輪轂，所述轉(zhuǎn)子輪轂裝設(shè)在一設(shè)置在主機架上的剛性支撐軸上，其中，所述輪轂繞著所述支撐軸旋轉(zhuǎn)， 所述支撐軸將所述輪轂的結(jié)構(gòu)承載傳遞到所述主機架上，以及一剛性地連接于所述輪轂并從所述輪轂延伸的傳動軸，所述的傳動軸連接于所述發(fā)電機系統(tǒng)，以將扭力從所述輪轂傳遞到所述發(fā)電機系統(tǒng)，且所述傳動軸為機械各向異性軸，以減少在所述輪轂與所述發(fā)電機系統(tǒng)之間的傳遞的彎矩。較佳地，所述傳動軸包括至少一肋體，以使所述傳動軸易于彎曲。 在一優(yōu)選實施例中，所述發(fā)電機系統(tǒng)至少有一部分剛性地裝設(shè)于所述主機架上。這樣的結(jié)構(gòu)使所述轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)承載由所述風(fēng)力渦輪機主機架支承。由于所述傳動軸是各向異性的，意味著其在各個方向具有不同的機械性能-所述傳動軸對于彎矩具有彈性，以及高抗扭強度。因所述傳動軸體可能因所述傳動軸的風(fēng)琴狀結(jié)構(gòu)而易于偏離，所以所述至少一肋體的存在使得傳動軸具有額外的彈性。從而，所述傳動軸能將轉(zhuǎn)矩從所述轉(zhuǎn)子輪轂傳遞到所述發(fā)電機，但是能夠偏離以防止彎矩從所述轉(zhuǎn)子輪轂傳遞到所述發(fā)電機。例如，所述傳動軸可以吸收來至于所述轉(zhuǎn)子輪轂的彎矩。結(jié)果是，所述發(fā)電機系統(tǒng)可以部分或全部剛性地地裝設(shè)于所述風(fēng)力渦輪機的主機架上，無須使用減振元件來保護所述發(fā)電機系統(tǒng)。優(yōu)選地，所述傳動軸剛性地連接于所述發(fā)電機系統(tǒng)?？梢岳斫?，術(shù)語“剛性地裝設(shè)于”是指不使用減振元件而將組件固定，即，組件不是有彈性地裝于所述風(fēng)力渦輪機結(jié)構(gòu)上，例如，不需要使用橡膠墊架，減振器，轉(zhuǎn)矩臂，等?？梢岳斫?，術(shù)語“剛性地連接于”是指組件直接連接或組裝在一起，例如不需要減振元件和/或連接在一起的組件之間的沒有相互運動。由于所用的傳動軸具有彈性而可以吸收轉(zhuǎn)子與所述發(fā)電機系統(tǒng)之間的振動轉(zhuǎn)遞， 所以組件問的剛性裝設(shè)和連接可以實現(xiàn)，無需在風(fēng)力渦輪機結(jié)構(gòu)使用減振元件。優(yōu)選地，所述傳動軸包括連接所述轉(zhuǎn)子輪轂的第一末端以及連接所述發(fā)電機系統(tǒng)的第二末端，所述傳動軸包括至少一螺旋肋體，所述螺旋肋體在所述第一末端與所述第二末端之間延伸，且所述至少一螺旋肋體的螺旋方向與連接于所述第一末端的所述轉(zhuǎn)子輪轂的旋轉(zhuǎn)方向相反。優(yōu)選地，整個所述發(fā)電機系統(tǒng)剛性地裝設(shè)于所述風(fēng)力渦輪機的所述主機架上，無需在該系統(tǒng)上使用任何的減振元件。優(yōu)選地，所述發(fā)電機系統(tǒng)包括一連接于所述發(fā)電機的變速箱，所述變速箱剛性地裝設(shè)于所述主機架，所述傳動軸直接連接于所述變速箱以驅(qū)動所述發(fā)電機。在所述結(jié)構(gòu)中，所述發(fā)電機也可以剛性地裝設(shè)于所述主機架上。或者，所述發(fā)電機系統(tǒng)包括一剛性地連接于所述主機架的發(fā)電機，所述傳動軸直接連接于所述發(fā)電機。因為組件可以剛性地裝設(shè)于所述主機架，所以所述發(fā)電機系統(tǒng)不需要使用減振元件。由于沒有用到減振元件，故減振器失靈不再是渦輪機設(shè)計的問題。因此，所述渦輪機組件承載可以更容易地預(yù)測與模擬，其結(jié)果是，渦輪機結(jié)構(gòu)在設(shè)計階段可以更優(yōu)化。優(yōu)選地，所述剛性支撐軸設(shè)于所述主機架的第一末端，所述發(fā)電機系統(tǒng)可拆卸地裝設(shè)于所述主機架的第二末端，所述第二末端與所述第一末端相對。優(yōu)選地，所述發(fā)電機系統(tǒng)可拆卸地裝設(shè)于所述主機架的外表面。由于所述傳動軸具有足夠的彈性，以防止所述彎矩從所述輪轂傳遞到所述發(fā)電機系統(tǒng)，故組件裝設(shè)于所述渦輪機內(nèi)無需考慮負荷的問題。因此，由于所述渦輪機的組件可拆卸地裝設(shè)于所述主機架上，這提供了一種渦輪機的組裝式結(jié)構(gòu)并使得渦輪機安裝容易-組件可以容易地移走與更換，不需要復(fù)雜的安裝與拆卸操作?？梢岳斫?，所述可拆卸地安裝可以是剛性地裝設(shè)，即，不需要減振元件。本發(fā)明也提供一種用于風(fēng)力渦輪機的傳動軸，所述傳動軸包括一圓柱體部，該圓柱體部具有一連接所述風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子輪轂的第一末端及連接發(fā)電機系統(tǒng)的第二末端， 其特征在于，所述傳動軸于所述第一末端及所述第二末端之間被做成一定的形狀，以使得所述傳動軸易于彎曲。優(yōu)選地，所述傳動軸為機械各向異性軸，在彎矩方面相對具有彈性，在轉(zhuǎn)矩方面相對具有剛性，所述傳動軸包括至少一肋體，所述肋體使得所述傳動軸易于彎曲。優(yōu)選地，所述傳動軸為纖維合成的軸。因所述傳動軸被做成合適的形狀，而使得當(dāng)轉(zhuǎn)矩從所述轉(zhuǎn)子輪轂傳遞到所述發(fā)電機系統(tǒng)時，允許所述傳動軸沿著其縱向軸彎曲，所述傳動軸可以起到將轉(zhuǎn)矩從所述轉(zhuǎn)子輪轂傳遞到所述發(fā)電機，同時可以偏離以防止彎矩從所述轉(zhuǎn)子輪轂傳遞到所述發(fā)電機的作用。當(dāng)轉(zhuǎn)矩沒有在所述轉(zhuǎn)子輪轂與所述發(fā)電機之間傳遞時，所述傳動軸也可以彎曲，例如， 在低風(fēng)情況下。所述傳動軸在風(fēng)力渦輪機中的使用，意味著其他風(fēng)力渦輪機組件可以更牢固地剛性裝設(shè)于所述風(fēng)力渦輪機的主機架上，且減少用于保護所述風(fēng)力渦輪機組件的減振元件的需要。所述傳動軸可以為機械各向異性，這就是說所述傳動軸在不同方向具有不同的機械性能。所述彎曲可以被描述為，在與所述傳動軸的縱向中心線垂直的方向上，所述第一末端與所述第二末端之間的位移。然而，可以理解，所述傳動軸并不限于此彎曲動作，其他彎曲結(jié)構(gòu)也可以被使用，例如，沿所述傳動軸長度方向的局部彎曲。所述傳動軸的主要有益效果如下1.增加彎曲彈性，減少風(fēng)力渦輪機的軸承的受力。2.增加所述傳動軸的抗彎穩(wěn)定性，可能會減少設(shè)備制造的材料用量。3.所述傳動軸的造型可使傳動軸制造方法得到改良，從而節(jié)約材料，并可以進一步增加彎曲彈性。優(yōu)選地，所述至少一肋體橫貫至所述傳動軸的縱向軸線。所述肋體的存在，對所述傳動軸進行了加固，同時允許所述傳動軸自身的彎曲。優(yōu)選地，所述的至少一肋體為螺旋狀。所述螺旋狀肋體的使用使得所述傳動軸的得以加固，并同時允許所述傳動軸彎曲，也適合于將所述轉(zhuǎn)矩通過所述傳動軸從所述轉(zhuǎn)子輪轂傳遞到發(fā)電機系統(tǒng)。優(yōu)選地，所述至少一螺旋肋體從所述第一末端延伸至所述第二末端。由于所述螺旋肋體在所述傳動軸的全長范圍內(nèi)進行延伸，從而使得所述肋體的受力沿整個傳動軸分布。然而，可以理解，所述螺旋肋體也可以僅僅在所述傳動軸的部分長度范圍延伸。優(yōu)選地，所述纖維在所述至少一肋體的位置，所述纖維在與所述傳動軸中心軸線垂直的平面延伸。在所述傳動軸上常規(guī)排布的纖維(即纖維排布于未設(shè)有肋體的傳動軸上)，是在與所述傳動軸的中心軸線平行的平面方向延伸(即相對所述傳動軸的表面水平)。相反地， 在傳動軸的肋體上的纖維是在垂直方向延伸，遠離所述傳動軸的中心線。如此的排列設(shè)計增加了所述傳動軸的彎曲彈性，但不影響所述傳動軸的抗扭剛性。此外或作為選擇，所述傳動軸可以包括多個沿著所述傳動軸的排布的螺旋肋體。 在所述螺旋肋體從所述第一末端延伸于所述第二末端的情況下，所述多個肋體可設(shè)計為沿著所述傳動軸的主體平行排列。優(yōu)選地，所述一系列螺旋肋體沿著所述傳動軸的長度方向被隔開。
這使得不同的肋體沿著所述傳動軸主體被設(shè)置在不同的位置。優(yōu)選地，所述傳動軸被設(shè)置為，所述至少一螺旋肋體的纏繞方向與連接于所述第一末端的風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子輪轂的旋轉(zhuǎn)方向相反。根據(jù)所述風(fēng)力渦輪機的傳動軸的定位，所述螺旋肋體的纏繞被改裝，從而使所述肋體的纏繞方向與所述風(fēng)力渦輪機的傳動軸的旋轉(zhuǎn)方向相反。這增強了所述傳動軸在扭轉(zhuǎn)力方面的強度及硬度?？梢岳斫獾?，所述傳動軸可以包括若干個螺旋肋體，所述螺旋肋體具有不同的纏繞方向。優(yōu)選地，所述傳動軸為一中空軸，所述傳動軸的外表面為螺紋狀。優(yōu)選地，所述傳動軸的內(nèi)表面為螺紋狀。所述傳動軸的特定形狀可以只是出現(xiàn)在所述傳動軸的外表面，或者選擇性的，可延伸穿過中空圓柱體傳動軸壁。優(yōu)選地，所述螺旋肋體具有45° -85°的螺旋角。所述螺旋角為所述螺旋線與所述傳動軸的中心軸線之間的夾角?？梢岳斫獾?，所述傳動軸可以包括多個螺旋肋體，所述多個的螺旋肋體的螺旋角是不同的。優(yōu)選地，所述中空的或管狀的傳動軸的壁的厚度選擇為在10mm-400mm之間的任一合適的尺寸。優(yōu)選地，所述傳動軸包括一復(fù)合材料，這些納米復(fù)合材料可包括納米粘土，碳納米管，納米硅。優(yōu)選地，所述傳動軸由電絕緣材料構(gòu)成。這可以防止受到雷擊時電流的傳輸，該電流的傳輸可能損壞所述風(fēng)力渦輪機組件。優(yōu)選地，所述傳動軸至少: 長。更好地，所述傳動軸至少7m長。優(yōu)選地，所述傳動軸具有至少為Im的外徑。優(yōu)選地，所述風(fēng)力渦輪機具有至少為2MW的最大額定功率。優(yōu)選地，所述傳動軸包括一復(fù)合纖維軸，基本上所有的纖維朝平行方向纏繞。優(yōu)選地，至少50% -95%的纖維朝平行方向纏繞。由于所述纖維朝向相同方向，抗扭強度將集中于該方向。由于風(fēng)力渦輪機的傳動軸只在一個方向旋轉(zhuǎn)，所以基本上所有的扭轉(zhuǎn)力將按該方向傳遞到所述發(fā)電機。從而，一效率更高的傳動軸結(jié)構(gòu)可以被選擇使用。本發(fā)明進一步提供一風(fēng)力渦輪機，其包括一轉(zhuǎn)子輪轂；一發(fā)電機系統(tǒng)；以及一傳動軸，該傳動軸包括一圓柱體部，所述圓柱體部具有一連接于所述轉(zhuǎn)子輪轂的第一末端以及一連接于所述發(fā)電機系統(tǒng)的第二末端，其特征在于所述傳動軸為一機械各向異性軸，所述傳動軸的第一末端及所述第二末端之間具有至少一肋體，以使得所述傳動軸易于彎曲。優(yōu)選地，所述至少一肋體為螺旋狀。優(yōu)選地，所述傳動軸被設(shè)置為，所述至少一螺旋肋體的螺旋方向與連接于第一末端的轉(zhuǎn)子輪轂的旋轉(zhuǎn)方向相反。特別是，本發(fā)明提供一種水平軸風(fēng)力渦輪機，具有一直徑至少為50m的轉(zhuǎn)子，所述風(fēng)力渦輪機包括一風(fēng)力渦輪機主機架；一發(fā)電機系統(tǒng)，所述發(fā)電機系統(tǒng)的至少有部分被剛性地裝設(shè)于所述主機架；一轉(zhuǎn)子輪轂，所述轉(zhuǎn)子輪轂裝設(shè)于設(shè)置在所述主機架上的剛性支撐軸，所述轉(zhuǎn)子輪轂繞著所述支撐軸旋轉(zhuǎn)，所述支撐軸將所述轉(zhuǎn)子輪轂的結(jié)構(gòu)承載傳遞到所述主機架上，以及一傳動軸，該傳動軸剛性地連接于所述轉(zhuǎn)子輪轂，并從所述轉(zhuǎn)子輪轂延伸，所述的轉(zhuǎn)子輪轂連接于所述發(fā)電機系統(tǒng)，將轉(zhuǎn)矩從所述轉(zhuǎn)子輪轂傳遞到所述發(fā)電機系統(tǒng)，所述傳動軸為機械各向異性軸，其具有至少一肋體，所述肋體被用于限制彎矩在所述轉(zhuǎn)子輪轂與所述發(fā)電機系統(tǒng)之間傳遞。優(yōu)選地，所述機械各向異性軸為一以上所述的軸。這樣的結(jié)構(gòu)使得所述轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)承載被所述風(fēng)力渦輪機的主機架支撐。由于所述傳動軸為各向異性的，這意味著所述傳動軸在不同方向具有不同的機械性能-所述傳動軸相對于彎矩是具有彈性的，并具有高的扭轉(zhuǎn)強度。因而，所述傳動軸可以將轉(zhuǎn)矩從所述轉(zhuǎn)子輪轂傳遞到所述發(fā)電機，但能偏離以防止彎矩從所述轉(zhuǎn)子輪轂傳遞到所述發(fā)電機，從而減少軸承的磨損。結(jié)果是，所述發(fā)電機的一部分能剛性地裝設(shè)于所述風(fēng)力渦輪機的主機架上， 而不需要防振元件來保護所述發(fā)電機系統(tǒng)。優(yōu)選地，所述傳動軸為復(fù)合材料軸。優(yōu)選地，所述傳動軸選至以下的一種軸絲狀纏繞軸，預(yù)浸纖維合成軸，板條結(jié)構(gòu)軸。在以上軸中，所述纖維可以在多種纖維類型中選擇，例如，玻璃，碳，玄武巖，芳綸，有機纖維。優(yōu)選地，所述發(fā)電機系統(tǒng)包括一連接于發(fā)電機的變速箱，所述變速箱剛性地裝設(shè)于所述主機架，所述傳動軸直接連接至所述變速箱，以驅(qū)動所述發(fā)電機。在該結(jié)構(gòu)中，所述發(fā)電機也可以剛性地裝設(shè)于所述主機架上?？晒┻x擇地，所述發(fā)電機系統(tǒng)包括一剛性地連接于所述主機架的發(fā)電機，所述傳動軸直接連接至所述發(fā)電機。由于所述組件能剛性地裝設(shè)于所述主機架上，故不需要對所述發(fā)電機系統(tǒng)的組件使用減振元件。由于減振元件沒有被使用，減振器故障不再成為風(fēng)力渦輪機設(shè)計的問題。因而，所述風(fēng)力渦輪機組件的承載可以更容易被預(yù)測與模擬，從而，風(fēng)力渦輪機結(jié)構(gòu)能在設(shè)計階段得到優(yōu)化。優(yōu)選地，所述剛性支撐軸設(shè)于所述主機架的第一末端，所述發(fā)電機系統(tǒng)可拆卸地裝設(shè)于所述主機架的相對的第二末端。優(yōu)選地，所述發(fā)電機系統(tǒng)可拆卸地裝設(shè)于所述主機架的外表面。由于所述傳動軸具有足夠的彈性以防止彎矩從所述轉(zhuǎn)子輪轂傳遞到所述發(fā)電機系統(tǒng)，故組件裝設(shè)于所述渦輪機內(nèi)無需考慮負載。因而，由于所述渦輪機的組件可拆卸地裝設(shè)于所述主機架上，從而產(chǎn)生了渦輪機的組裝式結(jié)構(gòu)，并使得渦輪機容易安裝-組件可以很容易地移走與更換，不需要復(fù)雜的安裝/拆卸操作。優(yōu)選地，所述剛性支撐軸可拆卸地裝設(shè)于所述主機架的所述第一末端。優(yōu)選地，所述風(fēng)力渦輪機包括至少兩套轉(zhuǎn)子輪轂軸承，所述軸承設(shè)于支撐軸上，所述轉(zhuǎn)子輪轂安裝于所述兩套軸承上。優(yōu)選地，所述傳動軸直接連接在所述轉(zhuǎn)子輪轂與所述發(fā)電機系統(tǒng)之間。由于所述傳動軸從所述轉(zhuǎn)子輪轂延伸，且所述轉(zhuǎn)子輪轂的結(jié)構(gòu)承載由剛性支撐軸和主機架支撐，故在風(fēng)力渦輪機中傳動軸不需要任何支撐。優(yōu)選地，所述傳動軸為一中空軸。優(yōu)選地，所述傳動軸的壁厚可以選擇為10mm-400mm之間任何適當(dāng)?shù)某叽?。例如?由碳纖維組成的傳動軸具有大約30mm的壁厚；而由玻璃組成的傳動軸具有大約80mm的壁厚。優(yōu)選地，所述傳動軸包括納米復(fù)合材料。所述納米復(fù)合材料可包括納米粘土，碳納米管，納米硅。 優(yōu)選地，所述傳動軸由電絕緣材料構(gòu)成，如此防止雷擊時電流的傳輸，而該電流傳
輸可能損壞所述渦輪機組件。 優(yōu)選地，所述傳動軸至少!Μ長。優(yōu)選地，所述渦輪機具有至少2MW的最大額定功率。優(yōu)選地，所述傳動軸包括一復(fù)合纖維軸，絕大部分的纖維處于平行的纏繞方向。優(yōu)選地，所述纖維有50% -95%排列在一個平行的纏繞方向。由于所述纖維處在相同方向，抗扭強度集中在該方向上。由于風(fēng)力渦輪機的傳動軸只在一個方向旋轉(zhuǎn)，所以絕大部分的轉(zhuǎn)矩將總是只能朝這個方向傳遞到所述發(fā)電機。從而，一更高效的傳動軸結(jié)構(gòu)可以被選擇使用，只需更少的材料就可以產(chǎn)生同樣的傳動軸性能。優(yōu)選地，所述發(fā)電機系統(tǒng)包括一永磁發(fā)電機。優(yōu)選地，所述傳動軸包括一纖維復(fù)合軸主體以及至少一連接法蘭，所述連接法蘭由適合栓接的剛性材料做成。所述連接法蘭連接于所述軸主體的至少一末端。由于所述連接法蘭由與所述軸主體的纖維基材不同的材料做成，這意味著，所述傳動軸與其他風(fēng)力渦輪機組件之間的栓接更牢固。優(yōu)選地，所述連接法蘭采用合適的金屬材料做成，例如，鐵。優(yōu)選地，所述纖維復(fù)合軸主體的至少一末端是向外擴展的，所述至少一連接法蘭包括一第一截頭錐形凸體，所述至少一連接法蘭的第一截頭錐形凸體容設(shè)于所述軸主體的至少一擴展部。所述軸主體設(shè)置一所述擴展部，使得所述連接法蘭更容易插入所述軸主體內(nèi)。這樣的結(jié)構(gòu)在形成纖維軸的固化過程中相對容易裝配。優(yōu)選地，所述傳動軸包括多枚銷釘，所述銷釘延伸于所述軸主體的至少一擴展部以及至少一連接法蘭的所述第一截頭錐形凸體之間，所述多枚銷釘將所述至少一連接法蘭保持于軸主體的所述至少一擴展部內(nèi)。所述若干枚銷釘?shù)氖褂?，?yōu)選所述若干枚銷釘沿著所述擴展部的內(nèi)部平行排列設(shè)置，使得所述纖維軸主體更牢固地連接于所述連接法蘭上，起到將所述連接法蘭牢固栓接于所述軸主體上。優(yōu)選地，所述傳動軸設(shè)置為，位于所述至少一擴展部的部分纖維繞著所述多枚的銷釘纏繞，使得所述至少一連接法蘭與所述軸主體之間的力均勻分布，以增強所述軸主體內(nèi)的銷釘?shù)谋３至?。所述纖維施加在所述擴展部上，在所述銷釘?shù)闹車p繞或與銷釘相互纏繞在一起，以增強所述軸主體內(nèi)的銷釘?shù)倪B接與保持力?？晒┻x擇地，可以設(shè)有多個孔，例如，通過在所述至少一擴展部鉆孔的方式形成。在所述軸主體的所述至少一擴展部內(nèi)，所述多個孔被排布以容設(shè)所述的若干枚銷釘，所述的若干枚銷釘從所述至少一連接法蘭的第一截頭錐形凸體延伸進入所述軸主體的至少一擴展部。優(yōu)選地，在所述軸主體的兩末端分別設(shè)有一連接法蘭，優(yōu)選地，第一連接法蘭栓接于所述轉(zhuǎn)子輪轂，而第二連接法蘭栓接于所述發(fā)電機。本發(fā)明進一步提供一種制造用于風(fēng)力渦輪機的傳動軸的方法，所述方法包括以下步驟1)提供一心軸；2)施加纖維和結(jié)合劑，在所述心軸的表面形成至少一纖維層；以及3)固化所述至少一纖維層，以使所述心軸形成一纖維復(fù)合傳動軸，所述心軸表面的至少一部分被制作成具有一特定形狀，使得所述至少一纖維層按照所述心軸表面輪廓而成型，按所述步驟成型的纖維軸，易于彎曲。優(yōu)選地，所述纖維被設(shè)置，從而相鄰的兩層纖維層基本上沿著所述心軸按同樣的方向排列。優(yōu)選地，所述心軸包括至少一設(shè)于其表面的肋體。通過提供一具有一特定形狀的心軸，使得具有特定形狀的傳動軸更容易形成，所述傳動軸可用于風(fēng)力渦輪機的改良設(shè)計中。優(yōu)選地，所述方法包括提供一具有至少一肋體的心軸的步驟。優(yōu)選地，所述方法包括提供一具有至少一螺旋肋體的心軸的步驟。優(yōu)選地，所述方法進一步包括步驟為，在固化所述至少一纖維層形成纖維復(fù)合傳動軸后，對所述傳動軸施加一扭轉(zhuǎn)力，以將所述傳動軸從所述心軸上移走。優(yōu)選地，所述施加步驟中包括，把大部分的纖維沿著所述傳動軸的主體，朝基本相同方向施加。優(yōu)選地，所述傳動軸包括一復(fù)合纖維軸，所述復(fù)合纖維軸的大部分纖維沿著所述傳動軸主體朝向相同方向，優(yōu)選地，至少50% -95%的纖維沿著所述傳動軸主體朝向相同方向。優(yōu)選地，大部分的纖維與所述傳動軸的中心軸線呈大約45度角。所述具有平行排列的纖維的傳動軸，在一個方向上將具有更高的抗扭強度。由于風(fēng)力渦輪機一股主要只需在一個方向上傳遞轉(zhuǎn)矩，結(jié)果是，風(fēng)力渦輪機的傳動軸由于在其結(jié)構(gòu)中使用一定量的纖維，而具有更高的抗扭強度。因此與現(xiàn)有使用的標準傳動軸具有同等級轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上，可以制造質(zhì)量更小的傳動軸。優(yōu)選地，所述方法進一步包括當(dāng)施加纖維至心軸時，旋轉(zhuǎn)所述心軸的步驟。優(yōu)選地，所述施加纖維的步驟包括，當(dāng)心軸旁邊的夾具沿著所述心軸的長度方向推進時，從所述的夾具施加纖維。在一優(yōu)選實施例中，當(dāng)所述夾具沿著所述心軸長度方向向前推進，將所述纖維施加于所述心軸上時，所述心軸在第一方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)所述夾具沿著所述心軸長度方向的反方向推進，將所述纖維施加于所述心軸上時，所述心軸在一相反的第二方向旋轉(zhuǎn)。結(jié)果是，第二纖維層與第一纖維層具有同樣的方向，與法線具有同樣的角度，這與用已知方法進行交叉施加相鄰兩纖維層是相反的。在當(dāng)所述夾具到達所述心軸的末端時， 簡單地通過改變控制所述心軸旋轉(zhuǎn)的電機的極性，就可實現(xiàn)所述心軸旋轉(zhuǎn)方向的改變。所述過程可以根據(jù)需要重復(fù)多遍，從而形成所需要的多層纖維層。最終，從所述夾具上施加于所述心軸上的纖維沿著所述心軸的主體朝上基本相同方向，與法線具有基本相同的夾角。優(yōu)選地，所述提供一心軸的步驟中，包括提供一錐形心軸。所述心軸可以包括一圓錐平截頭體。所述圓錐平截頭體的應(yīng)用，使得所述傳動軸可以更容易地從所述心軸上卸下。


下面結(jié)合附圖及本發(fā)明具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明，該實施例僅作為本發(fā)明的一種實施方式，對本發(fā)明范圍不作限制，其中圖1 (a)為本發(fā)明第一實施例的傳動軸的俯視圖；圖1(b)為圖1(a)所示傳動軸的立體圖；圖2(a)為本發(fā)明第二實施例的傳動軸的俯視圖；圖2(b)為圖2(a)所示傳動軸的立體圖；圖3(a)為圖2(a)所示傳動軸的局部的截面放大圖；圖3(b)為圖2(a)所示傳動軸的一肋體的纖維排列圖；圖4為圖1 (a)所示傳動軸以及與該傳動軸相對應(yīng)的心軸的立體圖；圖5為用于形成另一種傳動軸的另一種心軸的立體圖；圖6為一種具有本發(fā)明傳動軸的風(fēng)力渦輪機的第一實施例圖；圖7為一種具有本發(fā)明傳動軸的風(fēng)力渦輪機的第二實施例圖；圖8為本發(fā)明實施例中的傳動軸連接結(jié)構(gòu)立體圖，及圖9為圖8所示傳動軸連接結(jié)構(gòu)截面放大圖。
具體實施例方式如圖1所示，為本發(fā)明第一實施例的用于風(fēng)力渦輪機的一種傳動軸用標號100標示。所述傳動軸100包括一中空的圓柱形的主體102，所述主體102具有第一末端10 及第二末端102b。所述傳動軸100的主體102的外表面具有凸起的螺旋肋體104，所述肋體 104沿著所述傳動軸從所述第一末端10 向所述第二末端102b延伸。所述螺旋肋體104 具有一大約45度的螺旋角(即所述螺旋肋體與所述傳動軸的中心軸線之間的夾角)。所述傳動軸100的這種合適的形狀設(shè)置，例如螺旋肋體104，使得所述傳動軸100 相比已知的直壁傳動軸，更容易彎曲。圖2為本發(fā)明傳動軸的第二實施例，該傳動軸以標號200標示。同樣的，所述傳動軸200包括一中空的圓柱形的主體202，所述主體202具有第一末端20 及第二末端202b。 所述傳動軸200的主體102的外表面具有凸起的螺旋肋體204，所述肋體204沿著所述傳動軸從所述第一末端20 向所述第二末端202b延伸。在本實施例中，所述螺旋肋體204具有一大約85度的螺旋角(即所述螺旋肋體與所述傳動軸的中心軸線之間的夾角)。圖3(a)為所述傳動軸200的橫截面放大圖。在所述傳動軸202的內(nèi)表面上設(shè)有螺旋肋體206，與設(shè)置于所述傳動軸202外表面的螺旋肋體204相對應(yīng)。在本實施例中，可以視為在所述傳動軸200的中空的主體202的內(nèi)表面及外表面均設(shè)有肋體。應(yīng)了解的，所述轉(zhuǎn)動軸的主體102，202的形狀可有多種合適的形狀供選用，例如， 所述肋體可以是具有任何適當(dāng)?shù)穆菪?例如在45° -85°之間)；所述肋體可以只是沿著所述傳動軸的主體的一部分延伸；可以設(shè)有幾種不同的肋體；所述肋體可以是與所述傳動軸的中心軸線呈直角；可以設(shè)有多個肋體，每一個肋體具有不同的螺旋角；可以設(shè)有一組相互平行的肋體，等。所述傳動軸的任何合適的結(jié)構(gòu)都可以被采用，例如，所述傳動軸可以設(shè)置有肋體或螺紋線，這些肋體或螺紋線可以設(shè)于內(nèi)表面或外表面，亦或者同時設(shè)于內(nèi)表面及外表面。在圖3(a)所示的實施例中，所述螺旋肋體204的橫截面為V-型，可以理解，所述肋體的橫截面可以為任何合適的螺紋狀，例如，V型螺紋、惠氏螺紋、管狀螺紋、圓頂螺紋、圓螺紋、愛克姆螺紋、梯形螺紋、鋸齒螺紋、德國鋸齒螺紋、方螺紋、鎧裝管螺紋、等。進一步應(yīng)了解的，所述傳動軸100，200的內(nèi)部還可以設(shè)有加固部件。所述加固部件可以包括棒，輻條，板，泡狀體，等。所述加固部件用于保持所述傳動軸的主體結(jié)構(gòu)的整體性。如圖3(b)所示，由于所述肋體沈0的存在，該圖展現(xiàn)了纖維在傳動軸250上的相對方向。通常的纖維基材軸，纖維一股是在所述傳動軸250的表面沿水平方向排列(如箭頭A所指方向)。當(dāng)所述纖維到達肋體260時，所述纖維向一個基本垂直的方向移動(箭頭 B所指方向)，遠離所述傳動軸的縱向中心軸線。在回到垂直方向并朝向所述傳動軸的中心軸線(箭頭C所指方向)之前，所述纖維可以再次在水平方向排列。當(dāng)所述纖維退出所述肋體260時，返回水平方向(箭頭D所指示)。因為纖維基材軸的剛性的形成有部分原因是所述纖維沿著所述轉(zhuǎn)動軸的長度方向以同樣的方向平行排列，而圖3(b)中所述纖維方向發(fā)生了改變，即從相對水平方向到垂直方向再到水平方向，因為所述纖維有幾乎90度的方向改變，使得整個傳動軸具有更高的彈性。從而，所述轉(zhuǎn)動軸在抵抗彎矩方面的剛度減弱。然而，由于所述纖維持續(xù)地以同樣的方向從所述第一末端到達所述第二末端，故所述肋體的使用，不會對所述傳動軸的抗扭剛度造成損害。參照圖3(a)所示的實施例，一個適當(dāng)?shù)睦唧w傳動軸的尺寸包括位于所述內(nèi)肋體 206表面之間大約為400mm的內(nèi)徑(圖3 (a)中以距離A所示)、位于所述內(nèi)肋體206的基部之間的大約為500mm的內(nèi)徑B、位于所述外肋體204表面之間大約為640mm的外徑C、相鄰的內(nèi)肋體206和外肋體204之間大約為70mm的角距離(圖中距離D所示)。此種傳動軸設(shè)計提供了一種具有至少一肋體而使得傳動軸易于彎曲的彈性傳動軸?？梢岳斫獾氖?，本發(fā)明的所述傳動軸不限于這些特定的尺寸。一種特別的構(gòu)建方法被用于制造復(fù)合纖維傳動軸，該復(fù)合纖維傳動軸的大部分纖維同一方向排列，即是說，利用纖維施加于一旋轉(zhuǎn)的心軸以形成一個中空纖維軸。在這樣的系統(tǒng)中，心軸以一特定的方向旋轉(zhuǎn)(例如順時針方向)，而與所述心軸相鄰并沿著所述心軸的長度方向推進的夾具將纖維施加于所述旋轉(zhuǎn)的心軸表面。被施加的纖維與所述心軸的中心線成一角度(例如與法線成45度)。所述夾具沿著所述心軸長度方向來回推進，使得在所述心軸表面上形成連續(xù)的纖維層。所述纖維被固定以形成中空的傳動軸?？梢灶A(yù)見的是，傳動軸100，200可以是任何合適的結(jié)構(gòu)，例如，具有一薄壁不銹鋼內(nèi)管的中空復(fù)合軸，鋼內(nèi)管有助于防止軸分層和彎曲變形。在一種被推薦的新的制造方法中，在纖維的施加階段，所述夾具以與法線成α的第一角度施加第一纖維層。當(dāng)所述夾具于第一次到達所述心軸的末端后，所述心軸反向旋轉(zhuǎn)(例如所述心軸的旋轉(zhuǎn)方向從順時針方向變?yōu)槟鏁r針方向)，所述夾具沿著所述心軸往回走，從而使得第二層纖維與所述第一纖維在同一方向，與法線成α角，這與已知方法制作的相鄰兩層纖維呈交叉排布剛好相反。可以理解的是，所述纖維可以被用作連續(xù)多層的纖維基材的層，其中所述連續(xù)各層彼此之間及與最里層的心軸均具有相應(yīng)的黏附力。當(dāng)所述纖維層施加在所述心軸上時， 所述相應(yīng)的黏附力足以臨時地將所述纖維層固定，如此，當(dāng)所述心軸旋轉(zhuǎn)方向反向時，所述纖維層不會從所述心軸上松開。一旦所述夾具回到所述心軸上的起始位置，其立即返回并重新沿著所述心軸繼續(xù)向前，所述心軸的旋轉(zhuǎn)方向恢復(fù)到原來的方向(如恢復(fù)到順時針方向)。一旦所述夾具到達所述心軸的末端時，所述心軸旋轉(zhuǎn)方向的改變可以簡單地通過改變控制所述心軸旋轉(zhuǎn)的電機的極性來實現(xiàn)。以上過程可以根據(jù)需要多次重復(fù)，從而形成需要形成的多層纖維層。所以，從所述夾具施加到所述心軸的纖維層，沿著所述心軸以同樣的方向排布，并與法線成同樣的角度 α ο以此種平行排布的纖維形成的傳動軸在一個方向上具有更大的抗扭強度。由于風(fēng)力渦輪機的傳動軸通常只需要在一個方向上傳輸扭矩，這樣，對于使用同樣數(shù)量的纖維，所述風(fēng)力渦輪機的傳動軸具有更高的抗扭強度，從而，可以制造出與目前使用的標準軸具有相同扭轉(zhuǎn)等級但又質(zhì)量更小的傳動軸。優(yōu)選地，所述傳動軸包括復(fù)合纖維軸，所述復(fù)合纖維軸的大部分纖維沿著所述軸在同樣的方向上排布，優(yōu)選地，至少有50% -95%的纖維按照同樣的方向排布。優(yōu)選地，用于形成以上所述的傳動軸100，200的一種制作方法，可以包括使用一個制造成特定形狀的的心軸。圖4顯示了一種用作舉例說明的心軸300，該心軸300用于形成第一實施例中的傳動軸100的結(jié)構(gòu)。在這樣的方法中，如圖4所示，所使用的心軸300可以包括設(shè)于其表面的螺旋肋體 302。如前所述，纖維層被施加于所述心軸300的表面。在這種情況下，所述纖維層按照心軸300的形狀而成形，固定在在所述心軸300的表面及所述螺旋肋體302上。當(dāng)足夠的纖維層被施加于所述心軸300上之后，與所述心軸300的形狀及所述肋體302的輪廓相對應(yīng)的一種復(fù)合傳動軸100就此形成。一旦所述傳動軸100形成，通過對所述傳動軸100施加一個適當(dāng)?shù)呐まD(zhuǎn)力，所述傳動軸100可以相對容易地從所述心軸300移走——即，所述軸100可以從所述心軸300擰開。圖4所示的心軸300是用于形成所述傳動軸100，位于所述心軸300表面的所述螺旋肋體302具有一 45度的螺旋角，用于在所述傳動軸100上形成具有相同的螺旋角的肋體 104?？梢岳斫獾?，根據(jù)在所述傳動軸100上需要形成的螺紋或肋體的輪廓，任何合適的形狀和/或尺寸的肋體都可以用于所述心軸300的表面。此外，所述心軸300可以包括在其表面的任何合適的肋體或肋體形的排列。可以理解的，所述心軸300可以為可以形成一種易于彎曲的傳動軸100的任何形式的形狀。此外，可以理解的，不同的常規(guī)形狀的心軸300均可以被采用。參照圖5，展示了用于形成本發(fā)明所述傳動軸的另一心軸的結(jié)構(gòu)實施例，該心軸用標號400標示。在該實施例中，所述心軸400包括一錐形的，基本為圓錐形的主體，及設(shè)于所述心軸400表面的螺旋肋體402。同樣地，所述纖維層被施加于所述心軸400的表面，所述纖維層的輪廓跟隨所述心軸400的肋體402的表面而形成。固化后，所述纖維層形成具有合適的螺旋肋體10 的傳動軸100a。由于所述心軸為錐形(或圓錐形)，通過施加一個適當(dāng)?shù)呐まD(zhuǎn)力或捻轉(zhuǎn)力，成型的所述軸IOOa可以容易地從所述心軸400移走——即，相比非錐形的心軸，所述軸100更容易從所述心軸300擰開。
可以理解的，具有任何錐度的心軸400可以被采用，同樣，所述心軸400的也可以為任何形狀均可，例如，所述心軸可以包括一圓錐形主體，一平截頭圓錐主體，等。此種圓錐形主體用于把所述成型的傳動軸從所述心軸更容易地移走，例如，在所述軸體積相對較大的情況下，例如，大于三米的長度。圖5中所示的成型的傳動軸IOOa的實施例，所述傳動軸IOOa的外表面為錐形或圓錐形，但可以理解的是，所述錐形心軸400可以用于制造任何合適形狀的傳動軸結(jié)構(gòu)。尤其是，由于所述傳動軸IOOa形成于所述錐形心軸400上，故所述傳動軸IOOa的內(nèi)表面為錐形，但也可以通過對該過程的設(shè)置，使得所述傳動軸的內(nèi)表面不為錐形，例如，適當(dāng)?shù)貙⒏嗟睦w維層施加于所述心軸400的細端。可以理解的，根據(jù)本發(fā)明，其他制造傳動軸的方法均可以被采用。例如，復(fù)合材料可以施用于心軸的表面，在某些區(qū)域施加更多的復(fù)核材料，使得適當(dāng)?shù)睦唧w或螺紋形成于所述心軸上。使用中，所述傳動軸100，200被裝配在風(fēng)力渦輪機系統(tǒng)，其中，所述軸100，200的所述第一末端102a，20 連接于風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子輪轂，所述軸100，200的所述第二末端 102b, 202b連接于發(fā)電機系統(tǒng)。由于所述傳動軸100，200于所述第一末端和第二末端之間形成特定形狀，使得傳動軸100、200可在兩末端的剛性固定點之間彎曲，從而，當(dāng)轉(zhuǎn)矩從所述第一末端102a，20 傳遞到所述第二末端102b，202b時，使所述軸100，200易于彎曲。此種能夠彎曲的傳動軸， 可以減少風(fēng)力渦輪機的制造所需的元件，例如減少對減振元件的需要。現(xiàn)以優(yōu)選的風(fēng)力渦輪機實施例作為參考。請參照圖6，風(fēng)力渦輪機以標號10標示。所述風(fēng)力渦輪機10包括一塔部12及一渦輪主機架14，所述主機架14位于所述塔部12的上端，其具有一向風(fēng)側(cè)14a以及一背風(fēng)側(cè)14b。第一穿孔16a及第二穿孔16b分別設(shè)于所述向風(fēng)側(cè)Ha及所述背風(fēng)側(cè)14b，所述穿孔16a，16b彼此位于同一直線上，使得軸可以穿過所述向風(fēng)側(cè)Ha及所述背風(fēng)側(cè)14b而貫穿于所述主機架14中。所述主機架14可在所述塔部12的頂部旋轉(zhuǎn)，以糾正所述風(fēng)力渦輪機10的偏航角，使得所述渦輪機一直朝向風(fēng)的方向。一支撐軸18設(shè)于所述主機架14的向風(fēng)側(cè)14a，其牢固地裝設(shè)于所述主機14上。 所述支撐軸18包括一圓柱管狀主體，所述圓柱管狀主體固定于所述第一穿孔16a旁，并與所述第一穿孔16a同心。在圖6中，所述支撐軸18通過螺栓19栓接于所述主機架14上， 可以理解的，任何將所述支撐軸18固定于所述主機14上的合適的方式均可以使用。優(yōu)選地，所述支撐軸18可拆卸地安裝于所述主機架14上，以使得所述支撐軸18可從所述風(fēng)力渦輪機10上移走，例如，出于維護保養(yǎng)的目的。所述風(fēng)力渦輪機10還包括一轉(zhuǎn)子，以標號20標示，所述轉(zhuǎn)子20裝設(shè)有多個旋翼漿木(圖中未示)。所述轉(zhuǎn)子20具有一轉(zhuǎn)子輪轂22，所述轉(zhuǎn)子輪轂22包括一前法蘭M及一擋圈26，所述擋圈沈懸掛于所述前法蘭M的渦輪機側(cè)Ma。通過將所述轉(zhuǎn)子輪轂22裝設(shè)于所述支撐軸18上，而將所述轉(zhuǎn)子20設(shè)于所述風(fēng)力渦輪機10上。通過設(shè)于所述支撐軸18和所述擋圈沈之間的兩套軸承^a，28b,使得所述擋圈沈與所述支撐軸18環(huán)繞配合，所述軸承^a，28b使得所述轉(zhuǎn)子輪轂22可繞著所述支撐軸18旋轉(zhuǎn)。通過這樣的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)承載或所述轉(zhuǎn)子20的重量，從所述支撐軸18傳到所述主機架14上，從而傳遞到所述風(fēng)力渦輪機10上。所述轉(zhuǎn)子輪轂22直接裝設(shè)于所述支撐軸18上，即，所述轉(zhuǎn)子20與所述支撐軸18之間不使用避震元件?？梢岳斫獾模m然圖6中所示實施例中的顯示了兩套軸承^aJ8b，但是任何合適數(shù)量的軸承都可以用于支撐所述轉(zhuǎn)子20的重量并允許轉(zhuǎn)子輪轂22繞著所述支撐軸18旋轉(zhuǎn)。在圖6所述轉(zhuǎn)子輪轂22中，所述擋圈沈通過所述螺栓27栓接于所述轉(zhuǎn)子輪轂22 的前法蘭M上，可以理解的，任何形式的轉(zhuǎn)子輪轂結(jié)構(gòu)均可使用，例如單鑄鐵結(jié)構(gòu)。一渦輪機傳動軸30從所述第一末端30a開始延伸，該所述第一末端30a連接于所述前法蘭M的渦輪機側(cè)Ma，所述渦輪機傳動軸30向著背風(fēng)側(cè)14b的方向延伸，穿過所述支撐軸18，進入所述主機架14的內(nèi)部，一直到達第二末端30b。所述傳動軸30為機械各向異性，即所述傳動軸30在不同方向具有不同的機械性能。尤其是，所述傳動軸30在受到彎矩力時容易彎曲，并具有高的扭轉(zhuǎn)強度。根據(jù)所述風(fēng)力渦輪機結(jié)構(gòu)，所述傳動軸30只需要將所述轉(zhuǎn)子20的旋轉(zhuǎn)力傳遞到所述風(fēng)力渦輪機的發(fā)電機-所述傳動軸30不支撐所述轉(zhuǎn)子 20的任何結(jié)構(gòu)承載。所以，承軸或輥子在該結(jié)構(gòu)中不是必要的。優(yōu)選地，所述傳動軸30做成一定的形狀以當(dāng)轉(zhuǎn)矩從所述轉(zhuǎn)子20傳遞到所述發(fā)電機時，能夠產(chǎn)生彎曲。更好地，所述傳動軸30包括至少一設(shè)于其主體上的肋體(圖中未示)， 優(yōu)選為螺旋肋體。所述傳動軸30包括至少一螺旋肋體，優(yōu)選地，所述螺旋肋的纏繞方向與所述風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子20的旋轉(zhuǎn)方向相反。在此種結(jié)構(gòu)情況下，所述螺旋肋體提供的結(jié)構(gòu)力起到了抵消所述傳動軸30旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生于其上的扭轉(zhuǎn)力的作用。所以，所述傳動軸30用于加強這些扭矩力的效果，從而使所述傳動軸的性能增強。由于所述傳動軸30對彎矩力具有彈性，所以使得所述傳動軸30基本上防止任何彎曲力從所述轉(zhuǎn)子20傳遞到任何發(fā)電機組件(例如，產(chǎn)生方向偏離或軸末端移位的結(jié)果)， 因此減少所述組件的磨損。優(yōu)選地，出于生產(chǎn)一種具有高強度扭轉(zhuǎn)力并對彎矩力具有彈性的復(fù)合傳動軸目的而制造的復(fù)合傳動軸被使用。合適的復(fù)合傳動軸的例子中包括絲纏繞型的傳動軸、預(yù)浸纖維傳動軸(即預(yù)灌注復(fù)合纖維的傳動軸)、板條結(jié)構(gòu)型的傳動軸(所述傳動軸由多條采用， 例如，縱向的方式或螺旋方式排列的板條形成，這些板條形成一管狀的傳動軸，相鄰板條之間使用柔性黏合劑結(jié)合。)所述風(fēng)力渦輪機10進一步包括一發(fā)電機，該發(fā)電機為圖中以標號32標示，其位于所述主機架14的背風(fēng)側(cè)14b。所述發(fā)電機32包括一機殼34，一附著于所述機殼34上的發(fā)電機定子36，一設(shè)于所述機殼34內(nèi)的發(fā)電機轉(zhuǎn)子38。所述發(fā)電機轉(zhuǎn)子38裝設(shè)于所述傳動軸30的延伸部53上。所述延伸部53通過所述軸承40支撐于所述機殼34內(nèi)，從而所述發(fā)電機轉(zhuǎn)子38可以在所述機殼34內(nèi)旋轉(zhuǎn)。所述發(fā)電機轉(zhuǎn)子38相對于所述發(fā)電機定子36的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致所述發(fā)電機32產(chǎn)生電能?？梢岳斫獾氖牵鲲L(fēng)力渦輪機10可以以任何適當(dāng)?shù)臋C械裝置連接所述發(fā)電機32，使得產(chǎn)生的電能可以被傳輸?shù)诫娋W(wǎng)。其他發(fā)電機結(jié)構(gòu)可以預(yù)見，例如，所述傳動軸30可以在所述主機架14內(nèi)延伸并穿過所述背風(fēng)側(cè)14b，在此種結(jié)構(gòu)情況下，所述發(fā)電機轉(zhuǎn)子38可以直接裝設(shè)于所述傳動軸30上。
所述發(fā)電機32設(shè)于所述主機14的所述背風(fēng)側(cè)14b，所述發(fā)電機32進一步包括一發(fā)電機連接部42，該發(fā)電機連接部42連接于所述發(fā)電機轉(zhuǎn)子38，所述發(fā)電機連接部42經(jīng)所述第二穿孔16b延伸進入所述主機14的內(nèi)部。所述傳動軸30的所述第二末端30b與所述發(fā)電機連接部42相連接。相應(yīng)地，所述傳動軸30直接連接于所述發(fā)電機轉(zhuǎn)子38，形成了直接驅(qū)動的設(shè)備。優(yōu)選地，所述發(fā)電機32是可拆卸地裝設(shè)于所述風(fēng)力渦輪機的主機架14上的，在圖 6中，所述發(fā)電機機殼34通過螺栓44連接于所述主機架14的背風(fēng)側(cè)14b?？梢岳斫獾氖牵?將所述發(fā)電機32連接于所述主機架14的任何合適方式均可采用。由于風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子支撐結(jié)構(gòu)意味著所述轉(zhuǎn)子20的結(jié)構(gòu)承載由所述主機架14 及所述風(fēng)力渦輪機的塔部12支撐，還由于所述傳動軸30具有足夠的彈性以防止彎矩從所述轉(zhuǎn)子輪轂22傳遞到所述發(fā)電機32，所以，所述發(fā)電機上除了從所述傳動軸30傳輸來的轉(zhuǎn)矩外，沒有其他反作用力。由于沒有其他反作用力，可以避免所述發(fā)電機32安裝于所述風(fēng)力渦輪機10上時，負載平衡的需要，從而，所述發(fā)電機32可以剛性地裝設(shè)于所述主機架14 上，即不需要防震元件。然而，可以理解的是，如上所述，帶有便于傳動軸彎曲的至少一螺旋肋體的傳動軸，也可以使用于帶有非剛性裝設(shè)于所述主機架上的發(fā)電機系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機中。由于所述結(jié)構(gòu)中不使用防震元件，所以防震故障在風(fēng)力渦輪機設(shè)計中不再是問題，在設(shè)計階段，所述風(fēng)力渦輪機組件的性能能更準確地模擬。所述渦輪組件的磨損效果能夠更好地被預(yù)測，所以，更可靠，更高效率和更好建模的組件可以應(yīng)用到在那些應(yīng)力和應(yīng)變最多的位置，例如，轉(zhuǎn)子輪轂軸承^aJ8b，發(fā)電機軸承40。由于所述發(fā)電機32基本不需要承受的反作用力，所以不變的空氣間隙穩(wěn)定地維持在所述發(fā)電機定子36和發(fā)電機轉(zhuǎn)子38之間，從而所述發(fā)電機的可靠性增強。此外，由于所述發(fā)電機不需要針對所述轉(zhuǎn)子20的結(jié)構(gòu)承載引起的力進行承載平衡，所述風(fēng)力渦輪機 10中的發(fā)電機32的安裝操作更容易。因此，所述發(fā)電機32可以作為單一的單元結(jié)構(gòu)，容易地裝設(shè)于所述風(fēng)力渦輪機的主機架14上。不需要復(fù)雜的承載平衡操作，使得所述發(fā)電機 32裝設(shè)于所述風(fēng)力渦輪機10上或從所述風(fēng)力渦輪機10上拆卸更為簡單，并且使得將一個新的發(fā)電機(例如為了升級的需要)替換現(xiàn)有的發(fā)電機32更簡單，從而減少所述風(fēng)力渦輪機的總停機時間。同樣地，所述轉(zhuǎn)子20也可以作為單一的單元結(jié)構(gòu)，維護或更換時，所述的轉(zhuǎn)子20 更容易地從所述風(fēng)力渦輪機的主機架14上被拆卸下來。請參照圖7，為本發(fā)明風(fēng)力渦輪機的第二實施例，圖中以標號11標示。出于簡要的目的，與第一實施例相同的部件，使用與第一實施例中相同的標號，以上描述的相關(guān)部分可以應(yīng)用到圖7實施例中的描述。在圖7所示的實施例中，所述風(fēng)力渦輪機11進一步包括一變速箱46，所述變速箱 46具有一輸入耦合部48及一輸出耦合部50，所述變速箱46通過基部47剛性地裝設(shè)于所述主機架14上。所述傳動軸30通過所述輸入耦合部48直接連接于所述變速箱46上，所述變速箱46通過副軸52連接于所述發(fā)電機32上，所述副軸52延伸于所述變速箱輸出耦合部50和所述發(fā)電機連接部42之間?？梢岳斫獾?，所述副軸52如同所述傳動軸30 —樣， 受到彎矩力時具有彈性，以防止所述變速箱46和所述發(fā)電機32之間有任何彎矩的傳遞。
與第一實施例中的所述傳動軸32相似，所述傳動軸30能防止彎矩從所述轉(zhuǎn)子輪轂22傳遞到所述變速箱，所述變速箱不需要對所述轉(zhuǎn)子輪轂22進行承載平衡。從而，所述變速箱46能剛性地裝設(shè)于所述主機架14上。優(yōu)選地，所述變速箱46可拆卸地裝設(shè)于所述主機架14上，在維護或更換，能容易地從所述風(fēng)力渦輪機11上把變速箱46移走。圖6和圖7中所示的主機架14是一基本封閉的結(jié)構(gòu)，但可以理解的是，其他合適的結(jié)構(gòu)也可以被采用，例如，一個開放的搖籃結(jié)構(gòu)，使得相對容易地接觸到內(nèi)部的組件。所述傳動軸30為中空管狀結(jié)構(gòu)，可以理解，任何合適的傳動軸類型均可以被使用。所述傳動軸30的壁厚可以優(yōu)選為小于10mm，小于20mm，小于30mm，小于40mm，等。厚度可高達400mm?？梢赃M一步理解的是，所述傳動軸30可以由任何合適的納米復(fù)合材料制成，例如納米粘土，碳納米管，納米硅等。優(yōu)選地，所述傳動軸30包括一電氣絕緣材料-這樣可以在發(fā)生雷擊時，防止高電流傳輸?shù)剿鲲L(fēng)力渦輪機的組件上?？梢岳斫獾氖牵鰝鲃虞S30可以選擇任何合適的長度，例如長于0. Im,長于lm，長于3m，長于5m，長于7m，長于 9m，長于Ilm等?？梢岳斫獾模景l(fā)明適用于任何風(fēng)力渦輪機，例如，最大額定功率在2麗以上，3麗以上，4WM以上，最大至35MW以上的渦輪機等。優(yōu)選地，該系統(tǒng)用于變速風(fēng)力渦輪機。所述傳動軸30可以使用任何合適的制造方法和技術(shù)制造，比如真空輔助樹脂傳遞模塑(VARTM)，手糊成型，注塑成型，樹脂傳遞模塑(RTM)，噴霧糊等。可以理解的是，本設(shè)計中的所述發(fā)電機32可以為一永磁發(fā)電機(PMG)，同步發(fā)電機，異步發(fā)電機，雙饋發(fā)電機等。所述傳動軸30可以設(shè)定有一最大轉(zhuǎn)矩承受能力，即當(dāng)作用于所述傳動軸的轉(zhuǎn)矩大于該最大承受能力時，所述傳動軸可能被破壞。從而，當(dāng)轉(zhuǎn)矩突然增大時，可以保護所述發(fā)電機的組件和/或變速箱46免受損壞，例如，突然一陣大風(fēng)作用于所述風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子上時。所述傳動軸30可以設(shè)置為具有一額定的扭振頻率，遏制超過該頻率的扭轉(zhuǎn)振動。 能夠抑制高頻率扭轉(zhuǎn)振動，可減少翹起或齒槽轉(zhuǎn)矩對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。電動機齒槽轉(zhuǎn)矩是所述轉(zhuǎn)子的永久磁鐵和所述永久磁鐵(PM)機的定子槽之間相互作用引起的轉(zhuǎn)矩，能導(dǎo)致高頻急動轉(zhuǎn)矩。由于所述傳動軸30能抑制這些高頻扭動振動，故能防止該“急動”傳遞到所述轉(zhuǎn)子20和所述渦輪機旋翼槳木，而急動傳遞到所述轉(zhuǎn)子20和所述渦輪機旋翼槳木通常會導(dǎo)致所述渦輪產(chǎn)生噪音?？梢岳斫獾?，所述成型的傳動軸可以包括任何合適的附件，以將所述傳動軸連接于所述風(fēng)力渦輪機的組件上，例如，所述傳動軸的第一末端及第二末端上設(shè)有法蘭，用于栓至所述風(fēng)力渦輪機上。任何其他合適的附件均可以被使用。請參照圖8和圖9，為本發(fā)明的傳動軸連接方式的實施例，傳動軸用標號500標示。 為使圖清晰，所述傳動軸500未示出肋體，但是可以理解的，所述傳動軸500可以包括如上所述的任何合適的肋體。所述傳動軸500包括一圓柱形中空主體501，所述主體具有第一末端500a及第二末端500b。所述第一及第二末端500a，500b朝遠離所述傳動軸中心線的方向向外展開， 分別形成第一擴展部及第二擴展部502，504，增大了所述第一末端和所述第二末端500a， 500b的直徑。
所述傳動軸500進一步包括第一連接法蘭508及第二連接法蘭510，所述第一連接法蘭508位于所述傳動軸500的第一末端500a上，所述第二連接法蘭510位于所述傳動軸500的第二末端500b上。所述第一連接法蘭及第二法蘭508，510分別包括圓形螺栓口 508a，510a，以栓于所述風(fēng)力渦輪機合適組件上，例如風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子輪轂，發(fā)電機轉(zhuǎn)子， 連接于發(fā)電機系統(tǒng)的變速箱，等。所述第一連接法蘭和第二連接法蘭508，510分別進一步包括第一截頭錐形凸體 512和第二截頭錐形凸體514 (見圖8中輪廓線)。所述第一截頭錐形凸體512和所述第二截頭錐形凸體514分別收納于所述第一擴展部502及所述第二擴展部504。所述第一截頭錐形凸體和所述第二截頭錐形凸體512，514上設(shè)有多個孔，所述孔用于插入一系列的銷釘 506。所述銷釘506朝向遠離所述傳動軸的中心線方向，從所述截頭錐形凸體512，514的表面凸出，容設(shè)于所述傳動軸主體501的所述擴展部502，504。(該結(jié)構(gòu)，在圖9所示的放大截面圖能看得更詳細，該截面圖顯示所述截頭錐形凸體512容設(shè)于所述第一擴展部502內(nèi)的部分。)在一優(yōu)選實施例中，所述傳動軸主體501由纖維基材組成，所述第一連接法蘭及第二連接法蘭由剛性材料組成，例如，金屬，如鋼。相對纖維基料的傳動軸主體501，第一連接法蘭及第二連接法蘭更適合栓于所述風(fēng)力渦輪機上。在第一實施例，所述纖維基材傳動軸可以制造為一標準傳動軸主體，其具有擴展末端，對應(yīng)于擴展部502和504。對應(yīng)于所述連接法蘭上的截頭錐形凸體上的孔，所述擴展末端設(shè)有若干小孔，例如，這些小孔通過在所述展開部上鉆洞形成。一系列的銷釘被容設(shè)于所述擴展末端的小孔中，并延伸貫穿所述連接法蘭的孔，以將所述連接法蘭固定于所述傳動軸的主體上。在一所述纖維基材軸的優(yōu)選的結(jié)構(gòu)中，所述傳動軸主體501被加工成為一標準的纖維纏繞結(jié)構(gòu)，所述連接法蘭308，310具有所述若干銷釘306，所述銷釘306從所述截頭錐形凸體的表面凸出，定位于所述傳動軸主體的兩末端。當(dāng)正在被纏繞以形成所述傳動軸主體501的纖維到達所述末端500a，500b中的一末端及位于所述末端的法蘭時，所述纖維被施加到法蘭508、510的截頭錐形凸體512，514表面，大量的纖維在所述截頭錐形凸體512， 514表面的銷釘506周圍纏繞或與銷釘相互纏繞，從而實現(xiàn)從所述連接法蘭到所述傳動軸主體的力的均勻分配，使所述傳動軸500里的銷釘506能夠更穩(wěn)固，并增強所述傳動軸主體 501和所述連接法蘭508，510之間的連接。該實施例中，環(huán)繞所述的銷釘纏繞纖維，能更好地防止，在所述擴展部鉆洞時，對所述纖維的損害。以上所述的風(fēng)力渦輪機結(jié)構(gòu)，能減少重量，提高可靠性，易于維護和升級。本發(fā)明不限于所述的實施例，未脫離本發(fā)明范圍內(nèi)的修改與應(yīng)用均屬于本發(fā)明所涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種具有一直徑至少為50m的轉(zhuǎn)子的水平軸風(fēng)力渦輪機，所述風(fēng)力渦輪機包括一風(fēng)力渦輪機主機架；一發(fā)電機系統(tǒng)；一轉(zhuǎn)子輪轂，所述轉(zhuǎn)子輪轂裝設(shè)于一剛性支撐軸上，所述支撐軸設(shè)于所述主機架上，其中，所述轉(zhuǎn)子輪轂繞著所述支撐軸旋轉(zhuǎn)，所述支撐軸將所述轉(zhuǎn)子輪轂的結(jié)構(gòu)承載傳遞到所述主機架，以及一傳動軸，剛性地連接于所述轉(zhuǎn)子輪轂，并從所述轉(zhuǎn)子輪轂延伸，連接至所述發(fā)電機系統(tǒng)，以將轉(zhuǎn)矩從所述轉(zhuǎn)子輪轂傳遞到所述發(fā)電機系統(tǒng)，且所述傳動軸為機械各向異性軸，用于減少所述轉(zhuǎn)子輪轂與所述發(fā)電機系統(tǒng)之間的彎矩的傳遞，所述傳動軸包括至少一肋體， 該肋體使得所述傳動軸易于彎曲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機，其特征在于所述的至少一肋體為螺旋狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力渦輪機，其特征在于所述傳動軸包括連接所述轉(zhuǎn)子輪轂的第一末端以及連接所述發(fā)電機系統(tǒng)的第二末端，所述至少一肋體在所述第一末端與所述第二末端之間延伸，所述至少一螺旋肋體的纏繞方向與連接于所述第一末端的所述轉(zhuǎn)子輪轂的旋轉(zhuǎn)方向相反。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求1-3任一權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機，其特征在于所述傳動軸包括一復(fù)合纖維傳動軸，所述傳動軸的大部分纖維處于一平行纏繞的方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)力渦輪機，其特征在于在所述的至少一肋體的位置，所述傳動軸的纖維在一與傳動軸的中心軸線垂直的平面內(nèi)延伸。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求1-5中任一權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機，其特征在于所述傳動軸直接連接于所述轉(zhuǎn)子輪轂與所述發(fā)電機系統(tǒng)之間。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求1-6中任一權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機，其特征在于所述發(fā)電機系統(tǒng)的至少一部分剛性地安裝于所述主機架上。
8.一種用于風(fēng)力渦輪機的傳動軸，該傳動軸包括一圓柱體部，該圓柱體部具有一連接于所述風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子輪轂的第一末端及連接于發(fā)電機系統(tǒng)的第二末端，其特征在于， 所述傳動軸為一復(fù)合纖維機械各向異性軸，所述傳動軸對彎矩具有相對的彈性，在轉(zhuǎn)矩方面具有相對的剛性，所述傳動軸包括至少一使所述傳動軸易于彎曲的肋體，所述肋體位于所述第一末端和所述第二末端之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的傳動軸，其特征在于所述至少一肋體為螺旋狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳動軸，其特征在于所述至少一肋體從所述第一末端延伸至所述第二末端。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一權(quán)利權(quán)利要求所述的傳動軸，其特征在于所述傳動軸包括一纖維復(fù)合軸主體以及至少一由剛性材料構(gòu)成的適合栓接的連接法蘭，所述至少一連接法蘭與所述軸主體的至少一末端連接。
12.一制造用于風(fēng)力渦輪機的傳動軸的方法，所述方法包括以下步驟1)制造一心軸；2)施加纖維和結(jié)合劑，在所述心軸的表面形成至少一纖維層；以及3)固化所述至少一纖維層以形成一纖維復(fù)合傳動軸，所述心軸表面的至少部分包括至少一凸起的肋體，所述至少一纖維層的輪廓對應(yīng)所述心軸表面而形成，按所述固化步驟成型的具有肋體的纖維傳動軸，易于彎曲。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括以下步驟在固化所述至少一纖維層以形成所述纖維復(fù)合傳動軸之后，對所述傳動軸施加一扭力，將所述傳動軸從所述心軸上移走。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在所述制造一心軸的步驟中，所述心軸為一錐形心軸。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至權(quán)利要求14中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，進一步包括如下步驟當(dāng)所述纖維施加于所述心軸表面時，轉(zhuǎn)動所述心軸，所述施加所述纖維于所述心軸表面的步驟包括當(dāng)心軸旁的夾具沿著所述心軸的長度方向推進時，從夾具上向所述心軸表面施加纖維，當(dāng)所述夾具沿著所述心軸長度方向向前推進，并將所述纖維施加于所述心軸上時，所述心軸在第一方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)所述夾具沿著所述心軸長度方向的反方向推進，將所述纖維施加于所述心軸上時，所述心軸在一相反的第二方向旋轉(zhuǎn)，使得所述連續(xù)的纖維沿著所述心軸的主體，被處于同一個方向。
全文摘要
本發(fā)明描述一種用于風(fēng)力渦輪機的傳動軸，所述傳動軸被設(shè)計成一定的形狀以允許增加所述傳動軸的彎曲性，適合于在風(fēng)力渦輪機系統(tǒng)中，傳遞轉(zhuǎn)矩。所述傳動軸的所述形狀的一個例子為在所述傳動軸的表面具有螺旋狀肋體。本發(fā)明還描述了一種包含此種傳動軸的風(fēng)力渦輪機，以及用于制造此種傳動軸的方法。
文檔編號F03D11/02GK102287339SQ20111016706
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月21日
發(fā)明者A·V·雷布斯多夫 申請人:遠景能源(丹麥)有限公司