高速齒輪聯接器的製作方法

2023-05-23 23:35:21 1

專利名稱：高速齒輪聯接器的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於將旋轉的原動機和減速器互相連接的設備。更具體地，本發明涉及用於將例如燃氣輪機的高速驅動裝置和用於傳輸功率的齒輪式減速器互相連接的設備。
背景技術：
將例如燃氣輪機的高速驅動裝置與減速器互相連接的困難包括驅動裝置的軸線與減速器的高速輸入部的軸線之間的側向和/或角向未對準(偏差)的可能性。如果所述未對準/偏差被柔性部件吸收，則所述未對準/偏差可導致互相連接的設備由於疲勞而不適當地磨損並且可能失效。還可能發生原動機和/或減速器的可能的磨損或其它損壞。用於將高速驅動裝置和減速器互相連接的常規設備包括一個或多個在其外周邊處結合、而各內周邊通常通過ー個或多個軸連接到驅動裝置和減速器的較薄、柔性的環狀盤。由Vioth製造的「 Twin Tor」聯接器是這種常規聯接設備的ー個示例。此類常規聯接設備的缺點包括由於在高峰值負載下的較低安全裕度和對臨界(共振)頻率激勵的敏感性而引起的柔性盤的災難性疲勞失效的可能性。

發明內容
本發明的一方面包括ー種用於將高速驅動裝置與減速器互相連接的設備。該設備包括限定縱向軸線並具有相対的第一端和第二端的長形齒輪軸以及用於將該齒輪軸的第一端操作地連接到減速器的裝置。該設備還包括在齒輪軸的第二端處定位在驅動裝置上的齒輪聯接器，該齒輪聯接器軸對稱並包括徑向朝內和徑向朝外的花鍵組。花鍵組互相嚙合並提供1 1的傳動比。該齒輪聯接器還包括用於連接到驅動裝置的裝置。本發明的另一方面包括用於發電的設備。該發電設備包括具有驅動軸的燃氣渦輪發動機、具有高速輸入部的減速齒輪箱和將驅動軸與高速輸入部互相連接的聯接設備。該聯接設備具有限定縱向軸線並具有相対的第一端和第二端的長形齒輪軸、定位在齒輪軸的第一端並操作地連接到減速齒輪箱的高速輸入部的太陽齒輪、和與燃氣輪機驅動軸相鄰地定位在齒輪軸的第二端的齒輪聯接器。該齒輪聯接器包括徑向朝內和徑向朝外的互相嚙合的花鍵組並且具有1 1的傳動比。該齒輪聯接器還包括與燃氣輪機驅動軸互相連接的凸緣組件。徑向朝內的花鍵與凸緣組件相聯並且徑向朝外的花鍵與齒輪軸相聯。本發明另外的方面將部分地在下文的描述中陳述，且部分地將從描述變得顯而易見，或者可通過實施本發明而獲知。本發明的目的和優點將藉助於特別是在所附權利要求書中指出的元件和組合而實現和達到。應理解，前文的總體描述和下文的詳細描述只是示例性和說明性的，且並非對要求保護的發明的限制。結合在本說明書中且構成本說明書的一部分的附示了本發明的實施例，並且連同描述一起用於解釋本發明的原理。


圖1是燃氣輪機發電機的一部分的截面關係圖，該燃氣輪機發電機使用根據本發明的聯接設備來使燃氣輪機和減速器互相連接；圖2是圖1的聯接設備的等距視圖；圖3是圖2所示的聯接設備沿AA線的端視圖；圖4A是圖2所示的聯接設備沿AD的局部縱向截面圖；圖4B是圖4A的細節的截面圖；圖4C是圖4B的細節的截面圖；和圖4D是圖4B的細節沿AC的端部截面圖。
具體實施例方式圖1描繪了ー總體通過標號10表示的旋轉設備，其用於將高速驅動裝置與減速器互相連接。在所描繪的實施例中，該高速驅動裝置是具有輸出軸或驅動軸14和外殼16的燃氣渦輪發動機12。圖1中描繪的減速器18包括行星齒輪系20、齒輪式高速輸入連接部22 和減速器外殼對。在所描繪的設備中，渦輪驅動軸14的所產生的速度可介於約15000RPM 與40000RPM之間，並且傳輸到齒輪聯接器10的功率可介於約500KW與3000KW之間。如圖所示，驅動裝置外殼16和減速器外殼M可在接合部沈處連接以組成發電機組28。可分離的接合部26還提供對聯接設備10的訪問以便進行組裝、維修等。根據本發明，該聯接設備包括一限定縱向軸線並具有相對的軸向端部的長形齒輪軸。如文中體現的，且首先參考圖1和2，聯接設備10包括具有縱向軸線32和相對的軸向端34、36的長形齒輪軸30。齒輪軸30可以是中空(如所描繪的)或實心的。齒輪軸30的長度可取決於具體應用。適合齒輪軸30的材料包括高強度鋼，比如表面硬化或滲氮鋼。此外，根據本發明，該聯接設備包括用於將齒輪軸的第一端可操作地連接到減速器的裝置。如文中體現的，軸向相對端34配置有太陽齒輪38以在高速輸入部22處與行星齒輪系20嚙合。優選地，太陽齒輪的齒38a、並且還優選地太陽齒輪38的齒側面可呈冠形， 以補償/適應(accommodate)齒輪軸軸線32與軸線高速輸入連接部22之間可能的角向未對準/偏差。行星齒輪系20中的齒輪齒20a由此也可以適當地呈冠形。本領域的技術人員將認識到並了解，取決於高速輸入部的構型，齒輪軸端部34可具有除太陽齒輪38以外的、用於連接到減速器的「裝置」。例如且非限制性的，如果要用於發電機組觀中的減速器具有作為高速輸入部的花鍵軸，則軸向齒輪軸端部34可構造為帶有內花鍵的匹配套環。此外，根據本發明，聯接設備包括定位在另ー齒輪軸軸向端部處的齒輪聯接器。該齒輪聯接器是軸對稱的、並且包括提供1 1的傳動比的互相嚙合的徑向朝外和徑向朝內的花鍵組。該齒輪聯接器還包括用於連接到驅動裝置的裝置。如文中體現的且參考圖 4A-4D，總體通過標號40表示的齒輪聯接器包括定位在齒輪軸端部36的徑向延伸部44上的一組朝外的花鍵42。聯接齒輪40還包括凸緣組件50，該凸緣組件50包括一凸緣構件52， 該凸緣構件52具有與齒輪軸端部36的徑向延伸部44軸向相鄰地定位的徑向延伸部54。 凸緣構件52還包括一套環部100，該套環部100與齒輪軸端部36隔開並具有用於連接到燃氣輪機12的花鍵驅動軸14的內花鍵102(參看圖1和幻。其它凸緣組件-驅動裝置連接「裝置」當然也是可能的，取決於渦輪驅動軸的構型，如本領域的技術人員所了解的。例如，如果渦輪驅動軸14包括帶有朝內的花鍵的套環，則齒輪聯接器可包括裝備有花鍵外伸軸的凸緣組件50。凸緣組件50還包括齒圈構件58，該齒圈構件58上設置有一組徑向朝內的花鍵 64。齒圈58通過多個沿角度方向隔開的螺栓60和螺母緊固件62附接到凸緣構件52上。 如圖4A-4D中最佳所示，花鍵組42和64互相嚙合並構造成將所需的扭矩/功率從燃氣輪機驅動軸15傳輸到齒輪軸端部36。互相嚙合的花鍵組42和64提供1 1的傳動比。此外，如從圖4A-4C顯而易見，包括凸緣組件50的齒輪聯接器40關於軸線32呈軸對稱，從而有利於高速旋轉。優選地，相對於朝內的花鍵64組，該組徑向朝外的花鍵42的表面可例如通過硬塗層表面硬化，以便提供在花鍵64上的優先磨損。如果磨損的話，花鍵64可易於通過在定期維修(包括現場維修)期間擰松並更換齒圈58而被更換。相比之下，更換ー組磨損的花鍵 42將要求更換齒輪軸30——其為更昂貴的構件。用於花鍵42的合適的硬化塗層是DLC (類金剛石塗層)，例如Balzers Balinit C10此外，齒圈58的相對「開放」的幾何結構允許花鍵組64的精確加工，可能加工到DIN標準的「等級5」。具體而言，與其中齒僅可藉助於切削形成的構型相比，齒圈58的開放幾何結構允許對花鍵組64的內齒進行磨削。磨削對齒尺寸和跳動(rim-out)提供了高得多的精度。磨損和不平衡將減少並且壽命將提高。在所描繪的實施例中，朝外的花鍵組42與齒輪軸30 「相聯」，而朝內的花鍵組64 與附接到凸緣構件52上的凸緣組件50 「相聯」。此「相聯」指的是在操作期間功率從朝內的花鍵組64向花鍵組42傳遞。在其它構型(未示出)中，可優選逆轉相應的「相聯」，例如其中帶有朝內的花鍵的齒圈直接附接到齒輪軸上，而朝外的花鍵直接附接到凸緣組件的另一個構件上。也認為此類結構在其最寬泛的背景下處於本發明的範圍內。此外，優選地可設置潤滑系統，以在旋轉操作期間潤滑朝內和朝外的花鍵組。如文中體現且如圖4A-4D所示，齒輪聯接器40包括油潤滑系統70。油潤滑系統70包括ー環形集油設備72，其通過用於附接齒圈58的相同的貫通螺栓60和螺母緊固件62附接到凸緣構件52上。集油設備72構造成截獲由與凸緣構件52相鄰地定位的靜止油供應源74供應的潤滑油。集油設備72具有一徑向向內彎曲的唇緣76，其定位成截獲從靜止源74的噴嘴78 噴射或滴落到旋轉的凸緣構件52上的油。由旋轉凸緣構件52導致的離心カ將油驅向集油設備72，形成如圖4B中通過箭頭F描繪的從噴嘴78至凸緣52然後至集油設備72的油潤滑流動路徑。凸緣構件52可設置有環形隆起部，例如80，以接觸和定位噴射或滴落的油。此外，油分配系統70包括多個位於凸緣構件部M中的軸向通孔82。通孔討用於在旋轉操作期間將油從集油設備72的儲槽83供給至鄰近花鍵組42和64井部分地由齒圈 58限定的環形聚油空間84。也就是說，油儲槽83和聚油設備84依靠離心力來將油保持在適當位置並使油流向花鍵組，如本領域的技術人員所了解的。在操作期間，聚油設備84中由被「保持」的油形成的環可為例如2至3毫米厚。再者，油潤滑系統70包括保持環86，其相對於流經互相嚙合的花鍵組42和64的潤滑油的方向位於互相嚙合的花鍵組42和64的下遊側。保持環86可為具有徑向向外的彈カ偏壓的可徑向張開、螺旋型的環，該環例如可從Smalley Steel Ring Company, Lake Zurich, IL獲得。保持環86安置在形成於花鍵組64中的環形凹槽88內，其中該凹槽的深度直徑決定了保持環86的實際外徑87，這是因為環86通過彈簧加載在凹槽88中就位。 如圖4D中最佳所示，可相對於花鍵64的齒根圓直徑90設定凹槽88的深度和因此保持環 86的外徑87，以提供用於調節通過互相嚙合的花鍵組42和64的潤滑油的流量的根部開ロ 92。流經根部開ロ 92的潤滑油此後通過離心力排放到由外殼16和24(參看圖1)形成的腔室內、被收集、並被排回到油供應源(未示出)。保持環86還用於防止齒輪軸30的軸向跳動。雖然油供應系統70的其它構型和位置是可能的，但將集油設備72定位在凸緣構件部M的與齒圈58相対的一側上允許使凸緣組件50平衡，以防止在高速操作期間扭曲。 也就是說，集油設備72的尺寸和構造可設計成防止凸緣構件部M朝軸線32 「開花」或傾斜，以便在高速操作期間維持花鍵組64相對於花鍵組42的平行度。另外，環58和集油設備72在操作期間可通過凸緣構件部M的邊沿94定心。再者，在所公開的油潤滑系統70 的構型中，凸緣構件部M中的通孔82的位置和數量在很大程度上與花鍵64的式樣無關， 從而容許更大的設計靈活性。對本領域的技術人員來說，通過對說明書的閱讀和對在此公開的本發明的實踐， 本發明的其它實施方式將是顯而易見的。應認為說明書和示例只是示例性的，本發明的真實範圍和精神通過所附的權利要求指出。
權利要求
1.ー種用於將高速驅動裝置與減速器互相連接的設備，所述設備包括長形的齒輪軸，其限定縱向軸線並且具有相対的第一端和第二端；用於將所述齒輪軸的所述第一端操作地連接到所述減速器的裝置；和齒輪聯接器，其在所述齒輪軸的所述第二端定位至所述驅動裝置，所述齒輪聯接器呈軸對稱並包括徑向朝內的花鍵組和徑向朝外的花鍵組，所述組互相嚙合並且提供1 1的傳動比，所述齒輪聯接器還包括用於連接到所述驅動裝置的裝置。
2.根據權利要求1的設備，其中，所述減速器具有帶高速輸入部的行星齒輪系，並且其中用於連接所述第一端的所述裝置包括定位在所述齒輪軸第一端上的太陽齒輪，所述太陽齒輪構造成與所述行星齒輪系互相嚙合。
3.根據權利要求2的設備，其中，所述太陽齒輪和所述行星齒輪系中互相嚙合的花鍵兩者均呈冠形，以補償可能的角向偏差。
4.根據權利要求1的設備，其中，徑向朝外的花鍵具有硬塗層，並且其中所述齒輪聯接器包括可更換的構件，徑向朝內的花鍵位於所述可更換的構件上。
5.根據權利要求1的設備，還包括用於在旋轉運動期間潤滑所述朝內的花鍵組和朝外的花鍵組的系統，所述系統具有靜止的潤滑油源，其中所述齒輪聯接器包括構造成截獲從靜止的所述源供應的油的集油設備。
6.根據權利要求5的設備，其中，潤滑系統還包括開ロ，所述開ロ用於調節通過互相嚙合的朝內的花鍵和朝外的花鍵的潤滑油流量，並且與所述集油設備流體連通。
7.根據權利要求6的設備，其中，潤滑系統還包括一位於朝內的花鍵和朝外的花鍵附近的聚油設備，所述開ロ經由該聚油設備與所述集油設備流體連通。
8.根據權利要求6的設備，其中，所述齒輪聯接器包括定位在朝內的花鍵和朝外的花鍵附近的保持環，並且其中所述保持環構造和定位成限定所述開ロ。
9.根據權利要求1的設備，其中，所述高速驅動裝置是具有渦輪軸的渦輪，其中徑向朝外的花鍵定位在齒輪軸第二端上，並且其中所述齒輪聯接器包括具有可更換的構件的凸緣組件，徑向朝內的花鍵定位在所述可更換的構件上。
10.根據權利要求9的設備，其中，所述渦輪軸的操作速度介於約15000RPM與約 40000RPM 之間。
11.根據權利要求9的設備，其中，經所述渦輪軸傳輸的功率介於約500KW與約3000KW 之間。
12.根據權利要求1的設備，其中，朝外的花鍵定位在齒輪軸第二端上，並且其中所述齒輪聯接器包括具有齒圈的凸緣組件，所述齒圈具有所述朝內的花鍵組，所述凸緣組件包括用於將所述齒圈連接到所述驅動裝置的凸緣構件。
13.根據權利要求12的設備，其中，所述凸緣構件包括與所述齒輪軸第二端隔開的帶花鍵的套環。
14.根據權利要求12的設備，其中，所述凸緣組件還包括集油設備，其中所述凸緣構件具有構造成徑向約束所述齒圈和所述集油設備的徑向外邊沿，並且其中所述凸緣構件、所述齒圈和所述集油設備構造成在高速操作期間提供自定心。
15.根據權利要求12的設備，其中，所述凸緣組件還包括用於在操作期間截獲從靜止的源供應的潤滑油的集油設備，其中所述齒圈和所述集油設備被固定在所述凸緣構件的軸向相對側上，並且其中所述齒圈、所述凸緣構件和所述集油設備構造成在高速操作期間維持朝內的花鍵與朝外的花鍵彼此之間的平行度。
16.根據權利要求15的設備，其中所述齒圈構造成具有一聚油設備，該聚油設備用於在操作期間收集潤滑油井用於將所述潤滑油供應至所述朝內的花鍵和朝外的花鍵，並且其中聚油設備和集油設備儲槽經由多個位於所述凸緣構件中的通孔流體連通。
17.根據權利要求15的設備，其中，互相嚙合的所述朝內的花鍵和朝外的花鍵構造成允許潤滑油從所述聚油設備軸向地流經互相嚙合的花鍵。
18.根據權利要求17的設備，其中，所述齒輪聯接器包括定位在所述互相嚙合的朝內的花鍵和朝外的花鍵附近的保持環，以限定構造成調節通過互相嚙合的花鍵的潤滑油的流速的開ロ。
19.根據權利要求18的設備，其中，所述齒圈包括環形凹槽，所述環形凹槽形成在所述朝內的花鍵中並構造成使得所述保持環的外徑與所述朝內的花鍵的齒根圓直徑相距預定距離。
20.一種用於發電的設備，包括 具有驅動軸的燃氣渦輪發動機； 具有高速輸入部的減速齒輪箱；和將所述驅動軸與所述高速輸入部互相連接的聯接設備，其中所述聯接設備包括(a)長形的齒輪軸，其限定縱向軸線並且具有相対的第一端和第二端；(b)太陽齒輪，其定位在所述齒輪軸的第一端處並操作地連接到所述減速齒輪箱的高速輸入部；和(c)齒輪聯接器，其在所述燃氣輪機驅動軸附近定位在所述齒輪軸的第二端處，所述齒輪聯接器包括徑向朝內和徑向朝外的互相嚙合的花鍵組並具有1 1的傳動比，所述齒輪聯接器還包括與所述燃氣輪機驅動軸互相連接的凸緣組件，其中徑向朝內的花鍵與所述凸緣組件相聯、且徑向朝外的花鍵與所述齒輪軸相聯。
全文摘要
聯接設備包括齒輪軸(30)，齒輪軸(30)在一個軸端(34)處包括用於連接到減速齒輪箱的太陽齒輪(38)。太陽齒輪(38)驅動齒輪箱內的行星齒輪系(20)。聯接設備在齒輪軸另一端(36)上具有與齒圈(58)的內花鍵(64)嚙合的外花鍵(42)，齒圈(58)通過螺栓(60)和螺母(62)連接到聯接凸緣構件(54)。凸緣構件(54)經互相嚙合的花鍵將高扭矩從高速渦輪軸(14)傳輸到齒輪軸(30)。內花鍵(64)和外花鍵(42)的齒通過渦輪側的靜止噴射源(74)經由安裝在凸緣構件(54)上、與齒圈(58)相面對的集油設備(72)保持被潤滑。潤滑油在操作期間從集油設備(72)經凸緣構件(54)中的孔(82)流向互相嚙合的花鍵(42，64)。集油設備(72)和齒圈(58)兩者均通過位於凸緣構件(54)上的邊沿(94)定心。
文檔編號F16D3/18GK102597559SQ201080044468
公開日2012年7月18日 申請日期2010年9月29日 優先權日2009年10月2日
發明者A·阿內瑪 申請人:歐普拉技術有限公司