本發(fā)明包括在風(fēng)輪機(jī)領(lǐng)域中，更具體地，涉及能夠改變轉(zhuǎn)子軸與水平面形成的傾斜角(傾斜)的裝置。

背景技術(shù)：

轉(zhuǎn)子軸傾斜的初衷不是與風(fēng)向?qū)?zhǔn)。相反，設(shè)想增大葉片和塔架之間的空間以防止碰撞。這種增大是非常顯著的逆風(fēng)，因?yàn)樽畲蟮娜~片偏轉(zhuǎn)朝向塔架彎曲。在這種情況下，傾斜導(dǎo)致一定的水平風(fēng)偏差，當(dāng)風(fēng)具有垂直分量(特別是在復(fù)雜地形上)時(shí)，該水平風(fēng)偏差會(huì)惡化。然而，該效應(yīng)與順風(fēng)轉(zhuǎn)子相反。首先，最大的葉片偏轉(zhuǎn)面向外，并且因此不需要傾斜。然而，該角度改善了與垂直風(fēng)力分量的對(duì)準(zhǔn)。因此，由于需要葉片偏轉(zhuǎn)而在逆風(fēng)轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生能量的缺點(diǎn)變成順風(fēng)轉(zhuǎn)子的優(yōu)點(diǎn)，甚至成為了進(jìn)一步改進(jìn)的機(jī)會(huì)。可適應(yīng)風(fēng)向的可變傾斜能夠始終產(chǎn)生可能的最大能量。因此，具有用于主動(dòng)改變傾斜的系統(tǒng)使得能量產(chǎn)生(AEP)增加且相應(yīng)的能量成本(COE)降低。

在這方面，在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)存在通過(guò)主動(dòng)傾斜控制系統(tǒng)尋求這種改進(jìn)得以應(yīng)用的發(fā)明。因此，帶來(lái)新穎性的不是控制該傾斜，而是在框架和偏航系統(tǒng)之間采用的機(jī)械方案，以有效地確保傾斜的這種變化。本發(fā)明將用于根據(jù)風(fēng)向使轉(zhuǎn)子偏航以及改變傾斜的兩種裝置集成在單個(gè)裝置中。

傾斜變化系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)包括大量的專利，但是大多數(shù)是用于逆風(fēng)風(fēng)輪機(jī)并且是復(fù)雜的控制系統(tǒng)，其采用了不同的測(cè)量并且接合用于改變傾斜角的裝置以改善發(fā)電性能。鑒于前文，在這方面的背景發(fā)展的研究限于傾斜控制系統(tǒng)，其介紹了一些適用于順風(fēng)風(fēng)輪機(jī)的詳細(xì)方案。

專利US2004/0076518介紹了一種方案，其中旋轉(zhuǎn)軸的傾斜度改變并吸收由轉(zhuǎn)子的陀螺進(jìn)動(dòng)產(chǎn)生的負(fù)載，因?yàn)檗D(zhuǎn)子不斷地適應(yīng)風(fēng)向。傾斜運(yùn)動(dòng)通過(guò)從塔架懸掛并支撐機(jī)艙的壓載執(zhí)行。這使組件旋轉(zhuǎn)并使機(jī)艙傾斜。還允許將致動(dòng)器添加到壓載以強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)。還集成了轉(zhuǎn)子速度控制系統(tǒng)，其使用風(fēng)輪機(jī)的自重作為所述控制的參數(shù)。

專利EP1683965描述了一種控制系統(tǒng)，并且當(dāng)在水平面和風(fēng)輪機(jī)旋轉(zhuǎn)軸之間建立特定角度時(shí)，偏心元件或凸輪(104、105和106)接合機(jī)艙的端部并改變傾斜角，導(dǎo)致機(jī)艙在偏航點(diǎn)上傾斜。這使機(jī)艙能夠“點(diǎn)頭”直到其與風(fēng)向(Q)對(duì)準(zhǔn)，在該點(diǎn)處偏航停止。機(jī)艙偏航點(diǎn)在基座上，作為偏航系統(tǒng)，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)點(diǎn)頭運(yùn)動(dòng)。偏心元件包括一些使活塞伸出和縮回的致動(dòng)器。然而，使致動(dòng)器能夠根據(jù)偏航來(lái)旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)是使機(jī)艙(4)在致動(dòng)器支撐件(13)上移動(dòng)的帶凹口輪的復(fù)雜系統(tǒng)。分叉鉸接的布局改變整個(gè)風(fēng)輪機(jī)并且完全調(diào)節(jié)機(jī)艙或框架的整體設(shè)計(jì)，使其大大地復(fù)雜化，這是因?yàn)槠洳辉试S負(fù)載反應(yīng)發(fā)生在最靠近塔架(外部)的部件上，而是發(fā)生在中心軸上。這將會(huì)使得所述結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜和昂貴。

在本發(fā)明目的中設(shè)想的裝置被開(kāi)發(fā)，其被認(rèn)為是通過(guò)將偏航和傾斜運(yùn)動(dòng)集成到單個(gè)模塊化元件中來(lái)提供對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在問(wèn)題的方案。因此，主要優(yōu)點(diǎn)將是方案的簡(jiǎn)單構(gòu)造、有效接合、通用性和最終成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的風(fēng)輪機(jī)安置在完全支撐傳動(dòng)系的環(huán)形過(guò)渡部件上。這種大型結(jié)構(gòu)將網(wǎng)格式塔架連接到機(jī)艙(在專利PCT/ES2014/000036中描述)，其不需要基座并且還包含偏航滾動(dòng)元件。

提出將用于改變傾斜的新裝置與原始結(jié)構(gòu)上的滾動(dòng)元件串聯(lián)安裝。其安裝在與專利PCT/ES2014/000037中描述的偏航系統(tǒng)元件相同的位置中，因而偏航系統(tǒng)和傾斜裝置集成在單個(gè)多軸接合元件中。因此，即使負(fù)載經(jīng)過(guò)該裝置朝向塔架傳遞，風(fēng)輪機(jī)負(fù)載的路徑也沒(méi)有發(fā)生變化。如果一個(gè)風(fēng)輪機(jī)類型不包括該裝置，則該風(fēng)輪機(jī)的其余部分不改變。這構(gòu)成了通用性方面的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)，可根據(jù)場(chǎng)地的需要將風(fēng)輪機(jī)設(shè)計(jì)為具有或不具有主動(dòng)系統(tǒng)。例如，如果風(fēng)持續(xù)水平或總是在相同方向上，則可以并入永久傾斜或甚至不傾斜。不包含主動(dòng)傾斜系統(tǒng)的風(fēng)輪機(jī)在這方面不會(huì)有額外的成本。

代替在端部具有兩個(gè)接合件以及在中心具有旋轉(zhuǎn)軸的點(diǎn)頭裝置(EP1683965)，新的建議提出通過(guò)三個(gè)接合點(diǎn)改變平行于轉(zhuǎn)子軸的機(jī)艙的基礎(chǔ)平面，這三個(gè)接合點(diǎn)代表用于明確限定平面的最少數(shù)目。

新裝置將傾斜控制系統(tǒng)和偏航系統(tǒng)集成到單個(gè)元件中，這是被設(shè)想為本發(fā)明的目的的組件。

本發(fā)明的另一目的是將該接合集成到功率控制系統(tǒng)中。三軸超聲波傳感器或兩個(gè)風(fēng)速計(jì)安裝在機(jī)艙的前端處，一個(gè)用于測(cè)量水平分量，另一個(gè)用于測(cè)量垂直分量。假定優(yōu)選實(shí)施方式的風(fēng)輪機(jī)是順風(fēng)的，這些風(fēng)速計(jì)的測(cè)量值不會(huì)由于穿過(guò)轉(zhuǎn)子葉片而失真，因此增大了它們的測(cè)量精度，并因此增大了依賴于這些風(fēng)速計(jì)的偏航系統(tǒng)和傾斜系統(tǒng)的精度。另外，考慮到機(jī)艙的寬直徑，傳感器和轉(zhuǎn)子之間的距離長(zhǎng)于15m，因此以一定程度的預(yù)期進(jìn)行測(cè)量。因此，偏航系統(tǒng)和傾斜系統(tǒng)的合成預(yù)期反應(yīng)與逆風(fēng)風(fēng)輪機(jī)相比將能夠減少由偶然陣風(fēng)引起的極端負(fù)載，并且甚至減輕疲勞負(fù)載譜。這些負(fù)載的減少將會(huì)明顯地導(dǎo)致尺寸能夠承受所述負(fù)載的零件的成本降低。

附圖說(shuō)明

下面是用于更好地理解本發(fā)明的一系列附圖的非常簡(jiǎn)要的說(shuō)明。這些附圖僅作為示例，并與本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式明確相關(guān)，但不限于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式。

圖1示出了順風(fēng)風(fēng)輪機(jī)的全景視圖。

圖2是轉(zhuǎn)子、傳動(dòng)系、環(huán)形部件和部分塔架的立體圖。

圖3是上圖的橫截面圖。

圖4示出了偏航滾動(dòng)系統(tǒng)的細(xì)節(jié)，沿著較粗的線界定其輪廓。前述都屬于現(xiàn)有技術(shù)。

圖5a和圖5b是處于待機(jī)位置并接合的本發(fā)明的裝置的示意圖。

圖6a和圖6b示出了根據(jù)盛行風(fēng)在環(huán)形部件和部分塔架上的該裝置的新接合點(diǎn)。

圖7a和圖7b示出了具有用來(lái)吸收桿的彎曲的雙接合氣缸的另一實(shí)踐實(shí)施方式。

圖8a示出了在偏航系統(tǒng)系上支撐接合氣缸的平臺(tái)的俯視圖布局。圖8b示出了較大平臺(tái)的細(xì)節(jié)。

圖9示出了圖3的橫截面，其中，傾斜裝置以不同的角度添加在兩個(gè)位置(a和b)中，在前致動(dòng)器和后致動(dòng)器之間具有互補(bǔ)接合和相反方向。

圖10示出了用固體塊替換該裝置以靜態(tài)地詳細(xì)說(shuō)明在沒(méi)有垂直風(fēng)向變化的位置處所需的傾斜角。

圖11示出了一種變型，其中，傾斜變化系統(tǒng)安裝在環(huán)形部件和塔架之間，不與偏航系統(tǒng)集成，而是通過(guò)塔架的主支腿與結(jié)構(gòu)的載荷路徑串聯(lián)。

圖12是偏航和傾斜系統(tǒng)的前視圖，并且另選的圖12b顯示了一個(gè)新的實(shí)踐實(shí)施方式，其中，一些活塞被設(shè)計(jì)用于吸收水平或剪切載荷的引導(dǎo)件所替換，由此防止了活塞桿彎曲，從而避免了如圖7所示的要使其加倍的需要。

具體實(shí)施方式

在圖1中，用于改變傾斜角的裝置安裝在具有至少兩個(gè)葉片(1)的水平軸風(fēng)輪機(jī)上，該葉片由風(fēng)定向并且位于具有至少三個(gè)支腿的網(wǎng)格式塔架(2)上。在機(jī)艙(3)和塔架(2)之間設(shè)有環(huán)形連接部件(4)。兩個(gè)風(fēng)速計(jì)(5)安裝在機(jī)艙(3)的前端處，一個(gè)用于測(cè)量水平分量(5’)，另一個(gè)用于測(cè)量垂直分量(5”)。這些測(cè)量值反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)指示機(jī)艙(3)相對(duì)于水平地平面應(yīng)移動(dòng)的度數(shù)。

如圖2和圖3所示，網(wǎng)格式塔架(2)支撐環(huán)形連接部件(4)并且在一端上支撐轉(zhuǎn)子(9)，環(huán)形連接部件(4)將三角形臺(tái)架(6)安置在其上并且容納發(fā)電機(jī)(7)和主軸(8)。環(huán)形連接部件(4)的頂部具有形成偏航系統(tǒng)的一部分的環(huán)或滾動(dòng)軌道(10)。該偏航系統(tǒng)包括前述環(huán)(10)和三個(gè)滾動(dòng)支撐點(diǎn)(11)，每一個(gè)滾動(dòng)支撐點(diǎn)均位于由臺(tái)架(6)形成的三角形的每個(gè)頂點(diǎn)上。

如圖4所示，臺(tái)架(6)通過(guò)包括滾動(dòng)環(huán)(10)及其相應(yīng)的滾動(dòng)支撐點(diǎn)(11)的滾動(dòng)系統(tǒng)安置在環(huán)形連接部件(4)上。滾動(dòng)環(huán)(10)具有在基部為倒T形且在頂部為圓形的截面。在支撐點(diǎn)(11)(圖中用較粗的線示出的殼體)，在此更具體地，示出了接合滾動(dòng)環(huán)(10)的滾動(dòng)元件(12)。前述是如專利PCT/ES2014/000037中描述的當(dāng)前現(xiàn)有技術(shù)。

圖5a示出了包括支撐點(diǎn)(11)的殼體，支撐點(diǎn)包括滾動(dòng)元件(圖中未示出)。該支撐點(diǎn)(11)沿滾動(dòng)環(huán)(圖中未示出)移動(dòng)，并且其頂部通過(guò)活塞(14)連接到臺(tái)架(6)，該活塞在與其相應(yīng)的氣缸(15)聯(lián)接前，橫過(guò)結(jié)合到板(6)的板(16)。圖5b示出了一旦氣缸(15)開(kāi)始操作，活塞(14)如何經(jīng)由聯(lián)接到臺(tái)架(6)的板(16)進(jìn)行推動(dòng)，并且當(dāng)該活塞伸出時(shí)，以特定角度α(傾斜角)移動(dòng)支撐傳動(dòng)系的作為移動(dòng)件的臺(tái)架(6)。隨著傾斜角增大，活塞(14)的下端鉸接(17)并以相同的測(cè)量值α逐漸傾斜。包括偏航滾動(dòng)系統(tǒng)和傾斜角變化系統(tǒng)的組件被標(biāo)記為裝置(13)。

圖6a和圖6b示出了支撐連接部件(4)的塔架(2)的示意圖，其中特別地有三個(gè)裝置(13)，每一個(gè)裝置均由幾個(gè)活塞和氣缸的組形成。根據(jù)風(fēng)向V，滾動(dòng)元件使機(jī)艙偏航，并且傾斜系統(tǒng)(13)上的三個(gè)點(diǎn)中的一個(gè)點(diǎn)總是保持與風(fēng)向V對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)風(fēng)向由于垂直風(fēng)力分量而改變時(shí)，該裝置也改變其傾斜角α。傾斜角的典型起始范圍可以是±15°。然而，考慮到風(fēng)向?qū)嶋H上從不具有負(fù)的垂直分量(向下)，則接合范圍更具體是在0°到10°之間。在這種情況下，考慮到運(yùn)動(dòng)將總是在一組前部氣缸(15)和兩組后部氣缸之間分配，每個(gè)活塞(14)運(yùn)行的路徑的最大距離將小于1m。

圖7a和圖7b示出了本發(fā)明的第二實(shí)踐實(shí)施方式，其中，接合是通過(guò)兩排活塞(14和14’)及其相應(yīng)的氣缸(15和15’)而不是通過(guò)單一一排來(lái)執(zhí)行的?；钊M橫過(guò)其相應(yīng)的板(16)，并且氣缸擱置在其相應(yīng)的板(16)上。兩個(gè)活塞的使用吸收了剪切負(fù)載以防止使用單個(gè)活塞時(shí)桿會(huì)發(fā)生的彎曲。

圖8a示出了板(16)的俯視圖布局，當(dāng)被接合氣缸推動(dòng)時(shí)，上述兩排活塞穿過(guò)該板。最靠近轉(zhuǎn)子的板(16’)較大，因?yàn)槠浔绕渌鼉蓚€(gè)板承受更大的負(fù)載，這伴隨著第一個(gè)板的操作。圖8b示出了具有10個(gè)孔的該板(16’)的細(xì)節(jié)，根據(jù)該特定實(shí)施方式改變傾斜角所需的相應(yīng)五對(duì)活塞通過(guò)這10個(gè)孔，但是最終實(shí)施中的活塞數(shù)可以變化并將依賴于載荷和詳細(xì)設(shè)計(jì)。因此，通過(guò)板(16’)，轉(zhuǎn)子附近的裝置(13’)伸出其活塞，另兩個(gè)裝置(13)縮回其活塞，使得傾斜角是如圖9a和圖9b所示的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)之和。

存在第二實(shí)施方式，其中垂直風(fēng)力分量足夠恒定，使得傾斜角變化總是相同的。在這種情況下，風(fēng)輪機(jī)可配備安裝在支撐件(11)上的墊片(18)，該墊片包括滾動(dòng)元件和固定到支撐傳動(dòng)系的臺(tái)架(6)的板(16)，如圖10所示。在所述實(shí)施方式中，用于調(diào)節(jié)傾斜角的固定裝置(13’)可以安裝在環(huán)形部件(4)和塔架(2)之間，如圖11所示。

最后，圖12a示出了由引導(dǎo)件(19)幫助承受(15)剪切應(yīng)力而不過(guò)度增加氣缸(15)數(shù)量的另一替代方案。圖12b示出了在該新實(shí)施方式中如何執(zhí)行運(yùn)動(dòng)，其中，至少兩個(gè)氣缸(15)已由支撐至少兩個(gè)桿(20)的一些引導(dǎo)件(19)代替。所述桿(20)在底部鉸接(17)并且聯(lián)接到椽子(21)，所述椽子又通過(guò)其自身的鉸接(17)將其緊固到偏航元件所包含的支撐結(jié)構(gòu)(11)。椽子(21)附接到支撐結(jié)構(gòu)(11)。引導(dǎo)件(19)附接到板(16)。當(dāng)對(duì)傾斜系統(tǒng)進(jìn)行接合時(shí)，通過(guò)鉸接附接到偏航元件的新桿(20)沿著引導(dǎo)件(19)滑動(dòng)，在吸收水平運(yùn)動(dòng)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)其垂直運(yùn)動(dòng)。這在圖12b中的左側(cè)示出，其中，活塞(14)縮回在氣缸(15)中，而在圖12b中的右側(cè)，兩個(gè)活塞(14)均伸出。桿(20)相對(duì)于引導(dǎo)件(19)滑動(dòng)，當(dāng)所述桿(20)保持在相同的豎直平面上時(shí)，該引導(dǎo)件已被升高。