CN101548102B - 风力发电装置的螺距驱动装置以及风力发电装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够防止螺距驱动装置的可靠性受损的风力发电装置的螺距驱动装置以及风力发电装置。其特征在于，设置有：相对于旋翼毂围绕轴线进行旋转驱动风车旋翼并改变螺距角的缸体(12)和连杆(13)；在上述旋翼毂之间，可围绕第一旋转轴线(L1)和第二旋转轴线(L2)进行旋转支承上述缸体(12)的缸体轴承(14，15)，所述第一旋转轴线大致平行于上述风车旋翼的轴线延伸，所述第二旋转轴线在分别与上述第一旋转轴线(L1)以及与上述缸体(12)和连杆(13)的轴线交叉的方向延伸；在上述风车旋翼的端面能够旋转地支承连杆(13)端部的连杆轴承(16)。

Description

风力发电装置的螺距驱动装置以及风力发电装置
技术领域
本发明涉及风力发电装置的螺距驱动装置以及风力发电装置。
背景技术
在使用风力发电装置的风车中，公知的是，固定风车旋翼的螺距角的风车和螺距角可变的风车。
作为使上述风车旋翼的螺距角改变的机构，已知例如一种将液压缸中连杆的直线移动转换为围绕风车旋翼的轴线旋转的机构(例如，参照专利文献1)。
除了上述专利文献1记载的机构之外，还已知由耳轴机构将液压缸围绕1根轴能够旋转地支承在旋翼毂上，并且将连杆端部围绕1根轴能够旋转地支承在风车旋翼上的螺距可变机构。
由这种螺距可变机构，液压缸和连杆在与风车旋翼的轴线正交的平面内，能够围绕中心旋转地保持耳轴机构。由于连杆的端部被支承在离开风车旋翼的轴线的位置上，因此，将连杆的直线移动转换为围绕风车旋翼的轴线的旋转。
专利文献1  特开平5-194237号公报
然而在这种螺距驱动机构中，在由于风力发电设备大型化等原因而使得液压缸和连杆的行程变长时，有可能使耳轴机构和液压缸之间的安装部的结构容易变形，并且作用在与耳轴结构的旋转轴线正交的轴线周围的负荷变大。
另外，有可能由于作用在大型风车旋翼上的力，风车旋翼的根部或旋翼毂自身可能产生变形，作用在与耳轴结构的旋转轴线正交的轴线周围的负荷变大。
如果这种负荷增大，则液压缸的密封部件磨耗，施加在耳轴结构上的结构负担变大，就存在螺距驱动机构经过长时间后的可靠性可能受损的问题。
除了上述问题之外，在螺距驱动机构中，为了防止液压缸的密封部件的磨耗等，对风车旋翼的旋转面的平行度的要求非常严格，在螺距驱动机构的组装操作时，必须特别注意。
发明内容
本发明用于解决上述问题，本发明的目的是提供一种能够防止螺距驱动装置的可靠性受损的风力发电装置的螺距驱动装置以及风力发电装置。
为了实现上述目的，本发明提供下述方式。
本发明的第一方式提供一种风力发电装置的螺距驱动装置，其包括相对于旋翼毂围绕轴线进行旋转驱动风车旋翼并改变螺距角的缸体和连杆；在上述旋翼毂之间，可围绕第一旋转轴线和第二旋转轴线旋转地支承上述缸体的缸体轴承，所述第一旋转轴线大致平行于上述风车旋翼的轴线延伸，所述第二旋转轴线在分别与上述第一旋转轴线以及与上述缸体和连杆的轴线交叉的方向延伸；在上述风车旋翼的端面能够旋转地支承上述连杆端部的连杆轴承。
根据本发明的第一方式，缸体和连杆被支承为可围绕与风车旋翼的轴线大致平行的第一旋转轴线、以及与第一旋转轴线交叉的第二旋转轴线旋转。因而，例如由于风车旋翼承受风力并在旋翼毂和风车旋翼的安装部上产生变形而作用在缸体和连杆上的力，通过缸体和连杆围绕第二旋转轴线旋转而被吸收。
另一方面，通过缸体和连杆伸缩而使得风车旋翼围绕轴线旋转并改变螺距角时，缸体和连杆随着风车旋翼的旋转而围绕第一旋转轴线旋转。
因而，在弯曲方向上作用在缸体和连杆上的力由缸体轴承吸收，能够防止缸体的密封部等的磨耗进一步发展。另外，能够降低本发明的螺距驱动装置的组装时所要求的装配公差。
在上述发明中，优选上述缸体轴承设置有第一缸体轴承和第二缸体轴承，第一缸体轴承具有从上述缸体沿大致平行于上述第一旋转轴线延伸的第一耳轴和能够旋转地支承该第一耳轴的第一支架，第二缸体轴承具有从上述第一支架沿大致平行于上述第二旋转轴线延伸的第二耳轴和能够旋转地支承该第二耳轴的第二支架。
如果采用上述结构，则缸体和连杆由上述第一缸体轴承围绕第一旋转轴线被能够旋转地支承，并且，缸体、连杆和第一缸体轴承由第二缸体轴承围绕第二旋转轴线被能够旋转地支承。
因而，由在旋翼毂和风车旋翼的安装部上产生的变形而作用在缸体和连杆上的力，通过缸体、连杆和第一缸体轴承围绕第二旋转轴线旋转而被吸收。另一方面，在改变风车旋翼的螺距角时，缸体和连杆随着风车旋翼的旋转而围绕第一旋转轴线旋转。
在上述发明中，希望上述连杆轴承是球面轴承。
如果采用上述结构，则通过使用球面轴承作为连杆轴承，在连杆的端部和风车旋翼之间，在弯曲方向上作用在缸体和连杆上的力由连杆轴承吸收。因而，能够更可靠地防止缸体的密封部等的磨耗进一步发展，并且能够降低本实施例的螺距驱动装置在组装时所要求的装配公差。
本发明的第二方式提供一种风力发电装置，其具有多个承受风力的风车旋翼、围绕上述风车旋翼的轴线能够旋转地支承该风车旋翼并由上述风车旋翼而被旋转驱动的旋翼毂、上述本发明记载的螺距驱动装置、利用上述旋翼毂的旋转进行发电的发电设备。
根据本发明的第二方式，通过使用本发明第一方式的螺距驱动装置，能够防止螺距驱动装置的可靠性受损，因此，能够防止风力发电装置的可靠性受损。
根据本发明第一方式的风力发电装置的螺距驱动装置和第二方式的风力发电装置，由于旋翼毂和风车旋翼的安装部产生的变形而作用在缸体和连杆上的力，通过缸体和连杆围绕第二旋转轴线旋转而被吸收。另一方面，在改变螺距角时，缸体和连杆随着风车旋翼的旋转而围绕第一旋转轴线旋转。也就是说，在弯曲方向上作用在缸体和连杆上的力由缸体轴承吸收，因此，实现所谓的能够防止螺距驱动装置的可靠性受损的效果。
附图说明
图1是说明依据本发明一种实施例的风力发电装置的结构的视图。
图2是说明图1的旋翼毂的结构的局部放大图。
图3是说明图2的螺距驱动部和风车旋翼的位置关系的模式图。
图4是说明图2的螺距控制部的结构的分解模式图。
图5是说明图4的螺距驱动部的结构的分解模式图。
图6是说明图2的螺距驱动部中风车旋翼等的变形的吸收的模式图。
附图标记说明
1风力发电装置  4旋翼毂  6风车旋翼  7发电设备  11螺距驱动装置  12缸体  13连杆  14第一缸体轴承(缸体轴承)  15第二缸体轴承(缸体轴承)  16连杆轴承  L1内轴线(第一旋转轴线)  21缸体耳轴(第一耳轴)  22内支架(第一支架)  L2外轴线(第二旋转轴线)31支架耳轴(第二耳轴)  32外支架(第二支架)
具体实施方式
下文将参照图1～6说明依据本发明一种实施例的风力发电装置。
图1是说明依据本实施例的风力发电装置的结构的视图。
风力发电装置1是图1所示那样的进行风力发电的装置。风力发电装置1设置有立设在基座B上的支柱2、设置在立柱2上端的机舱3、可围绕大致水平轴线旋转并设置在机舱3上的旋翼毂4、覆盖旋翼毂4的毂盖盒5、多个围绕旋翼毂4的旋转轴线放射状地安装的风车旋翼6、利用旋翼毂4的旋转进行发电的发电设备7。
而且，虽然在本实施例中说明了适用于使用3个风车旋翼6的例子，但是，风车旋翼6的数量并不局限于3个，也适用于2个的情况或者多于3个的情况，并没有特殊限定。
支柱2如图1所示具有从基座B向上方(图1的上方)延伸的柱状结构，例如也可以具有由多个单元在上下方向上相连的结构。机舱3设置在支柱2的最上部。当支柱2由多个单元构成时，在设于最上部的单元上设置机舱3。
如图1所示，机舱3能够旋转地支承旋翼毂4，并且内部收容有利用旋翼毂4的旋转进行发电的发电设备7。
图2是说明图1的旋翼毂结构的局部放大图。
如图1和2所示，多个风车旋翼6放射状地围绕旋翼毂4的旋转轴线安装在旋翼毂4上，其周围由毂盖盒5覆盖。
使风车旋翼6围绕风车旋翼6的轴线旋转并改变风车旋翼6的螺距角的螺距驱动装置11与风车旋翼6一对一地安装在旋翼毂4上。
由此，当风从旋翼毂4的旋转轴线方向与风车旋翼6接触时，在风车旋翼6上产生使旋翼毂4围绕旋转轴线旋转的力，旋翼毂4被旋转驱动。
图3是说明图2的螺距驱动部和风车旋翼的位置关系的模式图。
如图2和3所示，螺距驱动装置11配置在旋翼毂4和风车旋翼6之间，是使风车旋翼6围绕轴线旋转并控制螺距角的装置。
在螺距驱动装置11上设置了通过伸缩来控制螺距角的缸体12和连杆13、配置在旋翼毂4和缸体12之间的第一缸体轴承(缸体轴承)14及第二缸体轴承(缸体轴承)15、配置在风车旋翼6和连杆13之间的连杆轴承16。
图4是说明图2的螺距控制部的结构的分解模式图，图5是说明图4的螺距驱动部结构的分解模式图。
如图3～5所示，缸体12是内部配置有连杆13的圆筒状部件，通过将油等被加压后的流体供给到内部，沿着缸体12的轴线将连杆13推出或拉入。
缸体12和第一缸体轴承14及第二缸体轴承15一起配置在旋翼毂4上，而且，缸体12与连杆13一起被配置成与Y-Z平面大致平行延伸，而该Y-Z平面是与风车旋翼6的端面大致平行的面。
连杆13是形成为圆柱形的部件，是配置得大致与缸体12的轴线同轴并沿着该轴线能够直线移动的部件。
连杆轴承16配置在连杆13的前端，经由连杆轴承16，连杆13能够旋转地固定在风车旋翼6的端面上。连杆轴承16被构成为球面轴承，是能够吸收围绕图中X轴线和Y轴线的旋转的轴承。
第一缸体轴承14是可围绕内轴线(第一旋转轴线)L1旋转地支承缸体12的轴承，该内轴线L1沿着风车旋翼6的轴线也就是沿X轴线延伸。
如图4和5所示，第一缸体轴承14包括一对轴承耳轴(第一耳轴)21和一对内支架(第一支架)22。
一对缸体耳轴21是从缸体12的圆筒面沿着风车旋翼6的轴线方向也就是X轴线方向延伸的圆筒状部件。
一对内支架22是从Y轴的正方向和负方向夹着缸体12和缸体耳轴21，并能够围绕内轴线L1旋转地支承缸体12的部件。
在一个内支架22中的与另一内支架22对向的面上，形成有能够收容缸体耳轴21的半圆筒状的内凹部23。另外，在内支架22和缸体12之间，形成了允许缸体12围绕内轴线L1旋转的间隙。
在内凹部23与缸体耳轴21之间配置了内轴衬(图中未示)。将缸体耳轴21配置在内轴衬的内部，内轴衬是使缸体耳轴21顺利地旋转的部件。
第二缸体轴承15是可围绕外轴线(第二旋转轴线)旋转地支承缸体12和第一缸体轴承14的轴承，该外轴线L2沿着大致正交于内轴线L1的Y轴线延伸。
第二缸体轴承15包括一对支架耳轴(第二耳轴)31和一对外支架(第二支架)32。
一对支架耳轴31是从内支架22的外面沿着Y轴线方向延伸的圆筒状部件。
一对外支架32是从Y轴的正方向和负方向夹则内支架22和支架耳轴31，并能够围绕外轴线L2旋转地支承缸体12和内支架22的部件。
在外支架32中的与支架耳轴31对向的位置，形成有内部能够收容支架耳轴31的圆筒状的外孔33。另外，在外支架32和内支架22之间，形成了允许缸体12和内支架22围绕外轴线L2旋转的间隙。
在外孔33和支架耳轴31之间配置了外轴衬(图中未示)。将支架耳轴31配置在外轴衬的内部，外轴衬是使缸体耳轴21顺利地旋转的部件。
例如图1所示，发电设备7可以是设置有旋翼毂4的旋转驱动力被传送并进行发电的发电机、将发电机发出的电转换为规定频率的交流电(例如50Hz或60Hz的交流电)的变压器的发电设备。
下文将对由上述结构组成的风力发电装置1的发电方法进行简略说明。
在风力发电装置1中，来自旋翼毂4的旋转轴线方向并与风车旋翼6接触的风力被转换为使旋翼毂4围绕旋转轴线旋转的动力。
该旋翼毂4的旋转被转送到发电设备7，发电设备7发出符合电力供给对象要求的电力，例如频率为50Hz或60Hz的交流电。
这里，至少在进行发电期间，为了使风力有效地作用在风车旋翼上，适宜通过使机舱3在水平面内旋转来使旋翼毂4朝向上风头。
下文将说明螺距驱动装置11对风车旋翼6的螺距角的控制。
螺距驱动装置11如图3所示，通过使连杆13从缸体12伸出或缩入缸体，使风车旋翼6围绕轴线旋转，使螺距角改变。
例如在连杆13从缸体12伸出时，由于连杆13的端部固定在离开风车旋翼6的轴线的位置，因而围绕轴线旋转的力作用在风车旋翼6上。如果风车旋翼6围绕轴线旋转，则缸体12和连杆13通过第一缸体轴承14围绕内轴线L1旋转。同时，即使在连杆轴承16上，连杆13和风车旋翼6也围绕与X轴大致平行的轴线相对旋转。
另一方面，当连杆13拉入缸体12时，与上述场合相同，风车旋翼6围绕轴线旋转，缸体12和连杆13通过第一缸体轴承14围绕内轴线L1旋转。
下文将对本实施例的特征即螺距驱动装置11中风车旋翼6的根部和旋翼毂4之间的相对变形的吸收进行说明。
图6是说明图2的螺距驱动部内风车旋翼等的变形的吸收的模式图。
例如在风力强等场合下，若施加在风车旋翼6上的负荷增大，则如图6中点划线所示，在风车旋翼6的根部或旋翼毂4等处产生变形。此时，产生风车旋翼6的端面围绕Y轴旋转的变形。
这样，则缸体12和连杆13通过第二缸体轴承15围绕外轴线L2旋转，风车旋翼6的根部(端面)和旋翼毂4之间的相对变形被吸收。
通过上述结构，缸体12和连杆13被支承为可围绕与风车旋翼6的轴线大致平行的内轴线L1、以及与其交叉的外轴线L2旋转。因此，由于风车旋翼6承受风力并在旋翼毂4和风车旋翼6的安装部上产生变形而作用在缸体12和连杆13上的力，通过缸体12和连杆13围绕外轴线L2旋转而被吸收。
另一方面，通过缸体12和连杆13伸缩而使风车旋翼6围绕轴线旋转并改变螺距角时，缸体12和连杆13随着风车旋翼6的旋转而围绕内轴线L1旋转。
因而，在弯曲方向上作用在缸体12和连杆13上的力由第一缸体轴承14和第二缸体轴承15吸收，能够防止缸体12的密封部等的磨耗进一步发展，能够防止损害螺距驱动装置11的可靠性。
另外，能够降低本实施例的螺距驱动装置11在组装时所要求的装配公差。
缸体12和连杆13由第一缸体轴承14被支承为可围绕内轴线L1旋转。缸体12、连杆13和第一缸体轴承14由第二缸体轴承15被支承为可围绕外轴线L2旋转。
因此，由于在旋翼毂4和风车旋翼6的安装部上产生的变形而作用在缸体12和连杆13上的力，通过缸体12、连杆13和第一缸体轴承14围绕外轴线L2旋转而被吸收。另一方面，在改变风车旋翼6的螺距角时，缸体12和连杆13随着风车旋翼6的旋转而围绕内轴线L1旋转。
通过使用球面轴承作为连杆轴承16，在连杆13的端部和风车旋翼6之间，在弯曲方向上作用在缸体12和连杆13上的力由连杆轴承16吸收。因而，能够更可靠地防止缸体12的密封部等的磨耗进一步发展，并且能够进一步降低本实施例的螺距驱动装置11在组装时所要求的装配公差。

Claims (3)

1.一种风力发电装置的螺距驱动装置，其特征在于包括：
缸体和连杆，其相对于旋翼毂围绕轴线进行旋转驱动风车旋翼并改变螺距角；
缸体轴承，其配置在上述缸体与上述旋翼毂之间，支承上述缸体使其围绕第一旋转轴线和第二旋转轴线旋转，所述第一旋转轴线大致平行于上述风车旋翼的轴线延伸，所述第二旋转轴线的延伸方向分别与上述第一旋转轴线以及与上述缸体和连杆的轴线交叉；
连杆轴承，其在上述风车旋翼的端面支承上述连杆端部使其能够旋转，
上述缸体轴承设置有第一缸体轴承和第二缸体轴承，所述第一缸体轴承具有从上述缸体沿大致平行于上述第一旋转轴线延伸的第一耳轴和能够旋转地支承该第一耳轴的第一支架，第二缸体轴承具有从上述第一支架沿大致平行于上述第二旋转轴线延伸的第二耳轴和能够旋转地支承该第二耳轴的第二支架。
2.如权利要求1所述风力发电装置的螺距驱动装置，其特征在于：上述连杆轴承是球面轴承。
3.一种风力发电装置，其具有多个承受风力的风车旋翼、围绕上述风车旋翼的轴线能够旋转地支承该风车旋翼并由上述风车旋翼而被旋转驱动的旋翼毂、如权利要求1或2所述的螺距驱动装置、利用上述旋翼毂的旋转进行发电的发电设备。
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