用于風(fēng)力渦輪機(jī)的角定位系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請要求于2012年8月27日提交的第EP 12382332.0號歐洲專利申請和于2012年8月29日提交的第61/719，864號美國臨時(shí)專利申請的權(quán)益。
[0002]本文公開了如在權(quán)利要求1的前序部分中限定的用于風(fēng)力渦輪機(jī)的角定位系統(tǒng)。本角定位系統(tǒng)旨在用于風(fēng)力渦輪機(jī)的變槳葉片機(jī)構(gòu)中。然而，本角定位系統(tǒng)并不受限于這種特定的應(yīng)用，并且可用于許多其他應(yīng)用中，例如，風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)艙偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。
[0003]本角定位系統(tǒng)主要包括可相互旋轉(zhuǎn)的第一元件和第二元件、以及用于驅(qū)動(dòng)所述可相互旋轉(zhuǎn)的第一元件和第二元件旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置。角定位系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置包括一個(gè)或多個(gè)液壓室，一個(gè)或多個(gè)液壓室至少由第一元件的第一部分和第二元件的第二部分限定。
[0004]本文中還公開了如在權(quán)利要求15的前序部分中限定且包括這種角定位系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)。所述風(fēng)力渦輪機(jī)中的角定位系統(tǒng)用于驅(qū)動(dòng)風(fēng)力渦輪機(jī)的可相互旋轉(zhuǎn)的第一元件和第二元件旋轉(zhuǎn)的目的。
【背景技術(shù)】
[0005]已知的風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)置有諸如葉片變槳機(jī)構(gòu)的角定位系統(tǒng)。
[0006]風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子包括轂和安裝在轂上的多個(gè)葉片。雖然葉片能夠直接螺栓固定至轂并隨后擱置于其上，但是葉片通常通過變槳機(jī)構(gòu)附接至轂。
[0007]變槳機(jī)構(gòu)用于根據(jù)風(fēng)速調(diào)節(jié)葉片的迎角以控制轂旋轉(zhuǎn)速度的目的。這通過使每個(gè)葉片繞其縱向軸線(即，從葉片根部延伸至葉片頂端的軸線)旋轉(zhuǎn)來執(zhí)行。
[0008]葉片的用于調(diào)節(jié)其迎角的旋轉(zhuǎn)取向允許對葉片上的負(fù)載進(jìn)行控制。通過以任何給定值來控制葉片槳距角度，能夠根據(jù)具體的電力生產(chǎn)需求來適當(dāng)?shù)乜刂戚炐D(zhuǎn)速度。
[0009]調(diào)節(jié)葉片的迎角也用于執(zhí)行轉(zhuǎn)子制動(dòng)功能的目的。這通過由風(fēng)力渦輪機(jī)變槳機(jī)構(gòu)將葉片移入葉片羽位置中來實(shí)現(xiàn)。該位置允許葉片免受可能導(dǎo)致故障的損壞和磨損。
[0010]已知的風(fēng)力渦輪機(jī)變槳機(jī)構(gòu)通常包括變槳軸承。如上所述，變槳軸承布置在旋翼轂與旋翼葉片之間以確保旋翼葉片相對于轂的適當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)。
[0011]變槳軸承通常包括多排(例如，兩排或三排)滾動(dòng)元件(一般為球)。滾動(dòng)元件將來自葉片的扭矩傳送到轂，并且抵抗運(yùn)轉(zhuǎn)工作負(fù)載。變槳軸承還包括多個(gè)軸承座圈，例如，外側(cè)較大的座圈軸承和內(nèi)側(cè)較小的軸承座圈的兩個(gè)軸承座圈。變槳軸承的滾動(dòng)元件設(shè)置在所述軸承座圈之間。
[0012]在常見的風(fēng)力渦輪機(jī)變槳機(jī)構(gòu)的變槳軸承中，變槳軸承座圈中的一個(gè)(例如，夕卜側(cè)軸承座圈)連接至轂，而變槳軸承座圈中的另一個(gè)(例如，內(nèi)側(cè)軸承座圈)連接至葉片根部(或者有時(shí)連接至擴(kuò)展部)
[0013]標(biāo)準(zhǔn)變槳機(jī)構(gòu)還包括變槳驅(qū)動(dòng)器。常見的變槳驅(qū)動(dòng)器包括電機(jī)(例如電動(dòng)伺服電機(jī))、驅(qū)動(dòng)小齒輪、以及與小齒輪嚙合的環(huán)形齒輪。環(huán)形齒輪附接至變槳軸承的內(nèi)側(cè)軸承座圈。內(nèi)側(cè)軸承座圈的旋轉(zhuǎn)驅(qū)引起變槳軸承的外側(cè)軸承座圈的旋轉(zhuǎn)，并由此驅(qū)動(dòng)附接至其的旋翼葉片的旋轉(zhuǎn)。這使得葉片槳距角度被改變。因此，如上所述，變槳驅(qū)動(dòng)器主動(dòng)使葉片沿其縱向軸線旋轉(zhuǎn)以使它們精確地定位角度，以調(diào)節(jié)迎角。在文獻(xiàn)US2012114487中公開了該機(jī)構(gòu)的一個(gè)示例。
[0014]例如，其他驅(qū)動(dòng)裝置可包括使每個(gè)旋翼葉片旋轉(zhuǎn)期望的槳距角度的液壓致動(dòng)器。在文獻(xiàn)EP2458203中公開了一個(gè)示例。
[0015]眾所周知，葉片變槳中的角位移很小。風(fēng)力渦輪機(jī)的變槳機(jī)構(gòu)允許葉片繞其縱向軸線從0°至90°旋轉(zhuǎn)。當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)在正常條件下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，葉片槳距角度可根據(jù)風(fēng)速并由此根據(jù)功率在約0°至約25°的范圍中變化。當(dāng)風(fēng)速為約25m/s至30m/s時(shí)，葉片槳距角度可為90°以停止風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子從而保護(hù)組件。因此，常見風(fēng)力渦輪機(jī)變槳機(jī)構(gòu)中的所有滾動(dòng)元件并不是都被充分使用。
[0016]當(dāng)旋翼葉片通過已知的變槳機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)時(shí)，生成高徑向力。這導(dǎo)致變槳機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)小齒輪和環(huán)形齒輪的齒部的高磨損。負(fù)載集中在軸承座圈的特定區(qū)域上，而這可能導(dǎo)致故障。
[0017]此外，風(fēng)力渦輪機(jī)變得越來越大，并且相應(yīng)地，葉片變得越來越重。軸承以非常小的接觸區(qū)域(即，滾動(dòng)元件與軸承座圈的接觸區(qū)域)為基礎(chǔ)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。越大的軸承將會(huì)越細(xì)長，并因此將生成越大的變形。這可能不期望地?fù)p害了滾動(dòng)元件與軸承座圈之間良好的負(fù)載傳遞。
[0018]因此需要能夠至少減輕上面所公開的缺點(diǎn)的、可用于風(fēng)力渦輪機(jī)中的例如變槳葉片結(jié)構(gòu)和/或其他旋轉(zhuǎn)部分中的角定位系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]本文公開了如在權(quán)利要求1中限定的用于風(fēng)力渦輪機(jī)的角定位系統(tǒng)。還公開了如在權(quán)利要求15中限定的包括所述角定位系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)。本風(fēng)力渦輪機(jī)中的角定位系統(tǒng)適用于驅(qū)動(dòng)可相互旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)元件中的至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)。有利的實(shí)施方式在從屬權(quán)利要求中進(jìn)行了限定。
[0020]本角定位系統(tǒng)包括可相互旋轉(zhuǎn)的第一元件和第二元件。在角定位系統(tǒng)被應(yīng)用到風(fēng)力渦輪機(jī)中的變槳葉片機(jī)構(gòu)的【具體實(shí)施方式】中，可相互旋轉(zhuǎn)的第一元件和第二元件分別對應(yīng)于風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片和轂。
[0021]角定位系統(tǒng)還包括用于驅(qū)動(dòng)所述元件中的至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置。驅(qū)動(dòng)裝置包括至少一個(gè)液壓室。液壓室的體積通過第一元件和第二元件在旋轉(zhuǎn)平面上的相對位置來限定。此處，旋轉(zhuǎn)平面為布置成與兩個(gè)元件的旋轉(zhuǎn)軸線基本成直角的平面。因此，根據(jù)第一元件和第二元件的相對角旋轉(zhuǎn)、并因此根據(jù)第一部分與第二部分之間的角距離，一個(gè)或多個(gè)液壓室將具有更大或更小的體積。作為這種布置的結(jié)果，液壓室中的至少一個(gè)的擴(kuò)大使得元件相對于彼此旋轉(zhuǎn)。
[0022]在本角定位系統(tǒng)的一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，液壓室的體積至少通過第一元件的第一部分和第二元件的第二部分來限定。第一元件和第二元件的部分可分別為其沿著彼此相反的方向延伸的凸出部。
[0023]在本角定位系統(tǒng)的替代實(shí)施方式中，液壓室可通過第一元件和第二元件中的一個(gè)的至少兩個(gè)相互隔開的部分之間的空間來限定。在這種情況下，相互隔開的部分也是從所討論的元件徑向延伸的凸出部。在該實(shí)施方式中，第一元件和第二元件中的另一個(gè)的相應(yīng)的凸出部被允許在液壓室內(nèi)側(cè)滑動(dòng)，由此限定了相對應(yīng)的可變體積的副室。
[0024]本角定位系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置還包括泵裝置，如上所述，泵裝置用于將諸如油的液壓流體注入液壓室中以使液壓室擴(kuò)大。泵裝置為液壓閉合回路的一部分。
[0025]本角定位系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置還包括控制裝置?？刂蒲b置適于控制泵裝置，并因此適于精確地控制可相互旋轉(zhuǎn)的第一元件和第二元件的旋轉(zhuǎn)。
[0026]在葉片變槳機(jī)構(gòu)中，控制流體注入液壓室的時(shí)間和壓力允許葉片根據(jù)風(fēng)速準(zhǔn)確地旋轉(zhuǎn)精確的迎角，并由此根據(jù)條件和電力需求有效地控制風(fēng)力渦輪機(jī)的轂的旋轉(zhuǎn)速度。液壓室的擴(kuò)大使葉片以受控制的方式變槳距而不磨損該齒部的內(nèi)側(cè)部分。
[0027]在設(shè)置有多個(gè)液壓室的實(shí)施方式中，泵裝置被布置成使兩個(gè)相鄰的液壓室連接至彼此，以使流體從一個(gè)液壓室泵送到另一個(gè)液壓室。液壓室可被分組成多個(gè)液壓室組。更具體地，驅(qū)動(dòng)裝置可包括覆蓋第一元件和第二元件的不同角度的多個(gè)液壓室組。每個(gè)液壓室組可具有與其相關(guān)聯(lián)的泵裝置。
[0028]所有液壓室均能夠覆蓋O至90度范圍的角度。在一些實(shí)施方式中，優(yōu)選的是，液壓室組中的至少一個(gè)液壓室可覆蓋O至24度范圍的角度。這些值表示第一元件或第二元件的周長上的角度擴(kuò)展。第一元件和第二元件的橫截面通常為圓形。
[0029]本角定位系統(tǒng)還可包括至少一個(gè)軸承布置。軸承布置可為常規(guī)類型，即，包括布置成兩排或更多排的多個(gè)滾動(dòng)元件。滾動(dòng)元件可包括適于支承高負(fù)載并減小摩擦的至少