CN101915211A - 风力发电机组及其变桨系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于风力发电机组的变桨系统，包括变桨轴承(23)，还包括相互配合的第一锁定件(24)和第二锁定件(25)，所述第一锁定件(24)与所述变桨轴承(23)的轴承内圈(232)固定连接，所述第二锁定件(25)与所述风力发电机组的轮毂(22)固定连接，所述第一锁定件(24)和所述第二锁定件(25)可选择地在锁定动力部件的作用下锁紧。本发明所提供的变桨系统改善了变桨轴承的工作环境和受力状态，延长了变桨轴承的使用寿命，降低了变桨轴承卡死可能性，进而提高了变桨系统的可靠性。本发明还公开了一种包括上述变桨系统的风力发电机组。

Description

风力发电机组及其变桨系统

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，特别是涉及一种用于风力发电机组的变桨系统。本发明还涉及一种包括上述变桨轴承的风力发电机组。

背景技术

风能作为一种环保能源，在发电领域得到了广泛的应用，风力发电越来越受到人们的重视。

风力发电就是把风的动能转变成机械能，再把机械能转化为电能的一种发电方式，现有技术中，通常利用风力发电机组实现风能向电能的转换。

请参考图1，图1为现有技术中一种典型的风力发电机组的结构示意图。

如图中所示，风力发电机组包括风轮13、发电机12和塔筒11，工作过程中，风作用在风轮13的叶片131上，产生气动扭矩，叶片131的根部将扭矩传递给轮毂，进而带动主轴、变速箱内的齿轮以及发电机的旋转轴旋转，产生电能，而塔筒11主要用于支撑风力发电机组的风轮13和发电机12。

由于自然界的风的风速是不断地变化的，如果风力发电机组的叶片131的状态始终不变，必然会使输入的转速不断变化，影响所发电能的质量，为了使风作用到叶片131上的作用力基本保持不变，进而保证输入的转速基本恒定，就需要根据风速的大小不断改变风力发电机组的叶片131的迎风角，变浆控制系统就是为了实现上述目标而设置的；当风速发生变化时，变浆控制系统的变浆轴承132的轴承内圈22在变浆控制系统的驱动系统的作用下转动，带动叶片131转动，实现叶片131的迎风角的改变，保证转速的恒定输入，提高风力发电机组所发电能的稳定性。

另一方面，当发电机转速过高或者遇到其他需要紧急停车的情况时，变桨控制系统控制叶片131处于大体平行于风的方向，配合机械刹车进行顺桨刹车，如果变桨控制系统出现故障不能顺桨刹车时，很有可能会出现风机的叶片折断、飞车、起火甚至倒塌的危险。

因此，保证变桨控制系统的可靠性就显得尤为重要。

而在工作过程中，变桨控制系统的变桨轴承主要承受径向力、轴向力和倾覆力矩，受力大小随着风速、叶片位置以及叶片迎风角度的变化而不断变化，因此变桨轴承的受力比较复杂；另一方面，安装于变桨轴承的叶片通常为弹性结构，这就造成了无论叶片处于工作状态还是非工作状态，叶片都会承受交变性、随机性的载荷而发生颤振，由于叶片与变桨轴承的内圈连接，因此，叶片的颤振会通过变桨轴承的内圈、滚珠、外圈传递至与变桨轴承的外圈连接的轮毂，在此过程中，变桨轴承的各部件之间相互磨损，并且还承受振动载荷、冲击载荷等疲劳载荷，使得变桨轴承的受力更加复杂，在实际运行中会发生因变桨轴承损坏卡死的现象。因此，保证变桨控制系统的可靠性，首先应当保证变桨轴承的可靠性。

因此，如何改善变桨轴承的受力状态，延长变桨轴承的使用寿命，降低变桨轴承卡死的可能性，就成为本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种变桨系统，该变桨系统改善了变桨轴承的工作环境和受力状态，能够延长变桨轴承的使用寿命，降低变桨轴承卡死的可能性，进而提高变桨系统的可靠性。本发明的另一目的是提供一种包括上述变桨系统的风力发电机组。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于风力发电机组的变桨系统，包括变桨轴承，还包括相互配合的第一锁定件和第二锁定件，所述第一锁定件与所述变桨轴承的轴承内圈固定连接，所述第二锁定件与所述风力发电机组的轮毂固定连接，所述第一锁定件和所述第二锁定件可选择地在锁定动力部件的作用下锁紧。

优选地，所述第一锁定件和所述第二锁定件二者中的一者设置有夹持部，另一者设置有被夹持部，所述被夹持部位于所述夹持部的内部，在所述锁定动力部件的作用下，所述夹持部可选择地夹紧所述被夹持部。

优选地，所述夹持部包括上夹持片和下夹持片，二者相对的一侧均设置有摩擦片。

优选地，所述锁定动力部件为液压制动器。

优选地，所述锁定动力部件为电磁制动器。

优选地，所述锁定动力部件的数目为多个，且各所述锁定动力部件沿所述变桨轴承的周向均匀分布。

优选地，所述锁定动力部件的数目为4个。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种风力发电机组，包括叶片和与所述叶片的根部固定连接的变桨系统，所述变桨系统为如上述任一项所述的变桨系统。

本发明所提供的用于风力发电机组的变桨系统，包括变桨轴承，还包括相互配合的第一锁定件和第二锁定件，第一锁定件与变桨轴承的轴承内圈固定连接，第二锁定件与风力发电机组的轮毂固定连接，第一锁定件和第二锁定件可选择地在锁定动力部件的作用下锁紧。这样，在工作过程中，当风速发生变化需要变桨或者风速过大需要变桨进行顺桨制动时，锁定动力部件撤销锁紧力，使第一锁定件和第二锁定件解除锁定关系，从而，变桨轴承的轴承内圈就可以在变桨系统的驱动系统的作用下带动与其固定连接的叶片旋转，改变叶片的迎风角，达到保证输入风速稳定，以及辅助刹车的作用；当风速比较稳定不需要进行变桨时，第一锁定件和第二锁定件在锁定动力部件的作用下锁紧，从而使得叶片颤振运动通过变桨轴承的轴承内圈传递至第一锁定件，第一锁定件再将颤振运动经过与其锁紧的第二锁定件传递至风力发电机组的轮毂，避免了叶片的颤振运动在变桨轴承的轴承内圈、滚珠和轴承外圈之间传递，减小了变桨轴承所承受的振动载荷和冲击载荷等疲劳载荷，改善了变桨轴承的工作环境和受力状态。可以看出，第一锁定件和第二锁定件的设置，使得变桨轴承的轴承内圈可以根据需要直接与轮毂连接，使变桨轴承可以同时发挥定桨距型轴承和变桨距型轴承的优势，能够在保证变桨需要的基础上，将叶片的颤振运动等所引起的冲击载荷直接传递至轮毂，改善变桨轴承的受力状态，延长变桨轴承的使用寿命，降低变桨轴承卡死的可能性，进而提高变桨系统的可靠性

在一种优选实施方式中，本发明所提供的用于风力发电机组的变桨系统的第一锁定件和第二锁定件二者中的一者设置有夹持部，另一者设置有被夹持部，被夹持部位于夹持部的内部，在锁定动力部件的作用下，夹持部可选择地夹紧被夹持部。这样，第一锁定件和第二锁定件就可以很方便地通过夹紧方式实现二者的锁定，同时还保证了第一锁定件和第二锁定件具有比较简单的结构，减小了变桨轴承成本的增加。

在另一种优选实施方式中，本发明所提供的用于风力发电机组的变桨系统的锁定动力部件的数目为多个，且各锁定动力部件沿变桨轴承的周向均匀分布。这样，第一锁定件和第二锁定件就可以在变桨轴承的周向多个位置进行锁定，不仅提高了锁定的可靠性和平衡性，而且减小了锁定位置所承受的作用力，延长了第一锁定件和第二锁定件的使用寿命。

本发明所提供的风力发电机组的有益效果与变桨系统的有益效果类似，在此不再赘述。

附图说明

图1为现有技术中一种典型的风力发电机组的结构示意图；

图2为本发明一种具体实施方式所提供的变桨系统的结构示意图；

图3为图2所示的A部分的放大示意图；

图4为本发明一种具体实施方式所提供的变桨系统的第一锁定件的结构示意图；

图5为本发明一种具体实施方式所提供的变桨系统的第二锁定件的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种变桨系统，该变桨系统改善了变桨轴承的工作环境和受力状态，能够延长变桨轴承的使用寿命，降低变桨轴承卡死的可能性，进而提高变桨系统的可靠性。本发明的另一核心是提供一种包括上述变桨系统的风力发电机组。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图2和图3，图2为本发明一种具体实施方式所提供的变桨系统的结构示意图；图3为图2所示的A部分的放大示意图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的用于风力发电机组的变桨系统包括变桨轴承23、第一锁定件24和第二锁定件25，第一锁定件24和第二锁定件25相互配合，变桨轴承包括轴承内圈232、轴承外圈231和滚珠233，第一锁定件24与变桨轴承23的轴承内圈232固定连接，轴承内圈232还与叶片21固定连接，第二锁定件25与风力发电机组的轮毂22固定连接，第一锁定件24和第二锁定件25根据需要能够选择地在锁定动力部件的作用下锁紧。

其中，如图3所示，第一锁定件24、轴承内圈232和叶片21三者可以通过同一连接螺栓连接，轴承外圈231还通过连接螺栓与轮毂22固定连接；另外，变桨轴承23通常采用内齿圈或无齿圈的双列四点轴承。

工作过程中，当风速发生变化需要变桨或者风速过大需要变桨进行顺桨制动时，锁定动力部件撤销锁紧力，使第一锁定件24和第二锁定件25解除锁定关系，从而，变桨轴承23的轴承内圈232就可以在变桨系统的驱动系统的作用下带动与其固定连接的叶片21旋转，改变叶片21的迎风角，达到保证输入风速稳定，或者辅助刹车的作用，此时，叶片21的动能依次通过轴承内圈232、滚珠233和轴承外圈231传递至轮毂22，带动发电机的转轴旋转；当风速比较稳定不需要进行变桨时，第一锁定件24和第二锁定件25在锁定动力部件的作用下锁紧，从而使得叶片21颤振运动以及叶片21所吸收的风能通过变桨轴承23的轴承内圈232传递至第一锁定件24，第一锁定件24再将颤振运动经过与其锁紧的第二锁定件25直接传递至风力发电机组的轮毂22，避免了叶片21的颤振运动在变桨轴承23的轴承内圈232、滚珠233和轴承外圈231之间传递，减小了变桨轴承23所承受的振动载荷和冲击载荷等疲劳载荷，改善了变桨轴承23的工作环境和受力状态。

可以看出，第一锁定件24和第二锁定件25的设置，使得变桨轴承23的轴承内圈232可以根据需要直接与轮毂22连接，使变桨轴承可以同时发挥定桨距型轴承和变桨距型轴承的优势，能够在保证变桨需要的基础上，将叶片212的颤振运动等所引起的冲击载荷直接传递至轮毂22，改善变桨轴承23的受力状态，延长变桨轴承23的使用寿命，降低变桨轴承卡死的可能性，进而提高变桨系统的可靠性。

请参考图4和图5，图4为本发明一种具体实施方式所提供的变桨系统的第一锁定件的结构示意图；图5为本发明一种具体实施方式所提供的变桨系统的第二锁定件的结构示意图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的用于风力发电机组的变桨系统的第一锁定件24包括第一连接部241和被夹持部243，第一连接部241开设有第一连接孔242，第一锁定件24通过穿过第一连接孔242的连接螺栓与轴承内圈232连接，被夹持部243固定于第一连接部241的一侧；第二锁定件25包括第二连接部252和夹持部251，第二连接部252开设有第二连接孔253，第二锁定件25通过穿过第二连接孔253的连接螺栓与轮毂22连接，夹持部251位于第二连接部252的上方，被夹持部243始终处于夹持部251的内部，在锁定动力部件的作用下，夹持部251能够选择地夹紧被夹持部243，实现第一锁定件24和第二锁定件25的连接。

当然，夹持部也可以属于第一锁定件24，此时，被夹持部就属于第二锁定件；另一方面，夹持部与连接部的位置关系也并不限于以上所述的情况，其他能够实现夹持部夹紧被夹持部的方式都是可以的。

这样，第一锁定件24和第二锁定件25就可以很方便地通过夹紧方式实现二者的锁定，同时，第一锁定件24和第二锁定件25均具有比较简单的结构，减小了变桨轴承23以及变桨系统成本的增加。

具体地，夹持部253可以包括上夹持片2511和下夹持片2512，二者相对的一侧均设置有摩擦片2513。

本文所述的上下为将第二锁定件25按照图5中所示的位置放置时的上方和下方；摩擦片2513具体可以为其他具有一定弹性同时能够增大摩擦系数的其它装置。

摩擦片2513的设置，增大了夹持部253与被夹持部243之间的摩擦系数，使在锁定动力部件的作用下，夹持部253与被夹持部243之间的摩擦力增大，从而提高了第一锁定件24和第二锁定件25之间的锁紧效果；另一方面，摩擦片2513具有一定的弹性，从而避免了锁定动力部件由非工作状态进入工作状态时所造成的夹持部253与被夹持部243之间的碰撞，延长了第一锁定件24和第二锁定件25的使用寿命。

其中，锁定动力部件具体可以为液压制动器，通过液压作用使第一锁定件24和第二锁定件25锁紧；当然，锁定动力部件还可以为电磁制动器，在电磁力的作用下实现第一锁定件24和第二锁定件25的锁紧；锁定动力部件还可以为其他能够实现按照需要使第一锁定件24和第二锁定件25锁紧的装置，比如：弹簧。

为了提高第一锁定件24和第二锁定件25之间所定的可靠性，本发明所提供的用于风力发电机组的变桨系统的锁定动力部件的数目可以为多个，且各锁定动力部件沿变桨轴承23的周向均匀分布。

这样，就可以实现第一锁定件24和第二锁定件25在变桨轴承的周向多个位置的锁定，不仅提高了锁定的可靠性和平衡性，而且减小了锁定位置所承受的作用力，延长了第一锁定件和第二锁定件的使用寿命。

具体地，锁定动力部件的数目可以为4个，4个锁定动力部件不仅可以满足锁定可靠性和稳定性的要求，而且可以避免由于设置多个锁定动力部件而造成的安装复杂度的提高和成本的增加。

除了上述变桨系统，本发明还提供一种风力发电机组，包括叶片和与叶片的根部固定连接的变桨系统，变桨系统为上述的变桨系统，风力发电机组的其他各部分结构请参考现有技术，本文不再赘述。

以上对本发明所提供的风力发电机组及其变桨系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于风力发电机组的变桨系统，包括变桨轴承(23)，其特征在于，还包括相互配合的第一锁定件(24)和第二锁定件(25)，所述第一锁定件(24)与所述变桨轴承(23)的轴承内圈(232)固定连接，所述第二锁定件(25)与所述风力发电机组的轮毂(22)固定连接，所述第一锁定件(24)和所述第二锁定件(25)能够选择地在锁定动力部件的作用下锁紧。

2.根据权利要求1所述的用于风力发电机组的变桨系统，其特征在于，所述第一锁定件(24)和所述第二锁定件(25)二者中的一者设置有夹持部(251)，另一者设置有被夹持部(243)，所述被夹持部(243)位于所述夹持部(251)的内部，在所述锁定动力部件的作用下，所述夹持部(251)能够选择地夹紧所述被夹持部(243)。

3.根据权利要求2所述的用于风力发电机组的变桨系统，其特征在于，所述夹持部(251)包括上夹持片(2511)和下夹持片(2512)，二者相对的一侧均设置有摩擦片(2513)。

4.根据权利要求1所述的用于风力发电机组的变桨系统，其特征在于，所述锁定动力部件为液压制动器。

5.根据权利要求1所述的用于风力发电机组的变桨系统，其特征在于，所述锁定动力部件为电磁制动器。

6.根据权利要求1所述的用于风力发电机组的变桨系统，其特征在于，所述锁定动力部件的数目为多个，且各所述锁定动力部件沿所述变桨轴承(23)的周向均匀分布。

7.根据权利要求6所述的用于风力发电机组的变桨系统，其特征在于，所述锁定动力部件的数目为4个。

8.一种风力发电机组，包括叶片(21)和与所述叶片(21)的根部固定连接的变桨系统，其特征在于，所述变桨系统为如权利要求1至7任一项所述的变桨系统。

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