CN102128132B - 带有偏向系统的风力涡轮机以及对风力涡轮机进行偏向调整的方法 - Google Patents

带有偏向系统的风力涡轮机以及对风力涡轮机进行偏向调整的方法 Download PDF

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Abstract

一种风力涡轮机包括塔体和机舱，机舱可转动地安装在塔体上，且机舱的对准可由偏向系统进行调整，其中，该偏向系统具有至少一个调整驱动机、可转动的偏向轴承、至少一个制动盘、以及至少两个制动单元，制动单元向制动盘施加制动力矩，其中，至少一个制动单元上配备有具有第一摩擦系数的第一制动垫片，且至少一个制动单元配备有具有第二摩擦系数的第二制动垫片，其中，第一摩擦系数与第二摩擦系数是互不相同的。

Description

带有偏向系统的风力涡轮机以及对风力涡轮机进行偏向调整的方法
技术领域
本发明涉及一种带有偏向系统的风力涡轮机、以及用于对风力涡轮机进行偏向调整的方法。
背景技术
为了使风力涡轮机的功率输出达到最大、并降低风力涡轮机上的载荷，与机舱相连的风力涡轮机的转子要始终对正风的方向。通常情况下，风力涡轮机是由塔体和机舱组成的，机舱可转动地安装在塔体的顶端上。机舱上带有转子和发电机，转子带有至少一个转子叶片，发电机将由转子从风力中获取的扭力转变为电力。
已知的是：在风力涡轮机中，使用由马达驱动的偏向系统将机舱调整为风的方向。偏向系统通常被布置在塔体的顶端与机舱之间，此条件下，偏向系统的各个组成部件既可被布置在机舱中，也可被布置在塔体中。偏向系统具有至少一个调整驱动机和偏向轴承，调整驱动机中设置有齿轮箱，偏向轴承的内圈或外圈上设置有齿牙、或者与齿轮辋相连接。另外，偏向系统上设置有至少一个制动单元，该单元通常具有一个或几个与制动盘相配合的制动卡钳。每个制动卡钳上都带有制动垫片，当制动卡钳被夹紧时，制动垫片将紧贴在制动盘上。与调整驱动机相连的游齿轮与齿圈相啮合，以便于对机舱的偏向进行调整，由此能使机舱在塔体的顶部上转动。调整驱动机通常被固定在机舱上，而齿圈相对于塔体却是固定不动的。在完成了对机舱的偏向调整之后，利用制动单元使机舱保持不动。这些机构产生了机舱所必需的保持力矩。保持力矩被选定为很高的数值，从而，作用在转子上的风力不会改变机舱的偏向角度。
在对机舱执行偏向调整的过程中，为了防止机舱受转子以及可能出现的湍流风的激励而振荡，在调整偏向的过程中对机舱的运动施加阻尼。公知的是：甚至在实施偏向调整的过程中，也利用制动单元在制动盘上施加一定的残余保持力矩。
从文献DE10023440C1可了解到，现有技术中存在这样的方案：在对机舱实施偏向调整的过程中，留下偏向系统中的一个或两个制动单元实施制动接合，以保证调整过程中所必需的阻尼作用。在此条件下，调整驱动机被设置成这样：能克服所施加的残余保持力矩而对机舱进行调整。利用制动机构的残余保持力矩以及偏向调整中小的圆周速度，在制动卡钳与制动盘之间出现了所谓的粘滑效应。该粘滑效应出现在从静摩擦到滑动摩擦、以及从滑动摩擦到静摩擦的过渡时刻。由于粘滑效应而在塔体与机舱上产生的振荡会带来机械载荷。另外，粘滑效应的产生伴随着噪声的产生。有时粘滑效应所发出的声响会超过法律允许的数值，从而必须要将该风力涡轮机停车。
发明内容
本发明是基于如下的目的而作出的：提供一种带有偏向系统的风力涡轮机、以及对机舱的偏向进行调整，本发明能可靠地避免出现粘滑效应、以及粘滑效应所伴生的振荡和噪音。
根据本发明的风力涡轮机具有塔体和机舱，机舱可转动地安装在塔体上，且机舱对风向的对位调整借助于偏向系统进行调整。偏向系统具有至少一个驱动机、可转动的偏向轴承、偏向制动盘、以及至少两个制动单元，制动单元可在制动盘上施加保持力矩和/或制动力矩。其中的至少一个制动单元包括具有第一摩擦系数的第一制动垫片。根据本发明，至少一个的其它制动单元上配备有具有第二摩擦系数的第二制动垫片。根据本发明，第一、第二制动垫片的摩擦系数是互不相同的。利用具有不同摩擦系数的制动单元，能利用一个或多个制动单元提供机舱调整过程中所必需的制动力矩，这些制动单元中制动垫片的摩擦系数不会导致出现粘滑效应。因而，可避免在对机舱的偏向进行调整的过程中产生出噪音。利用偏向系统中两种不同的制动垫片，甚至能避免由粘滑效应所产生的冲击作用。
在本发明的一种优选实施方式中，第一制动垫片的摩擦系数小于第二制动垫片的摩擦系数。由于制动垫片与制动盘之间的静摩擦作用，第二制动垫片能将机舱保持在给定的位置上。第一制动垫片被设置为允许制动垫片与制动盘之间产生滑动摩擦。但是，第一制动垫片的摩擦系数要足够高，以保证对调整运动的阻尼作用。
在一种优选实施方式中，具有第一制动垫片的制动单元与具有第二制动垫片的制动单元可被独立地启动。对偏向系统中各个制动单元的独立启动允许实现如下的操作：利用一定的制动压力对具有第一制动垫片的制动单元进行加压，使得机舱在偏向调整过程中的运动受到阻尼作用，但却能避免出现粘滑效应。在此情况下，避免出现粘滑效应的制动压力取决于第一摩擦系数。具有第二制动垫片的制动单元可被选择性地加压或卸压。
在一种优选实施方式中，围绕着联接在偏向轴承内轴承圈或外轴承圈上的制动盘，环形地布置各个制动单元。优选地是，使用由液压驱动的制动单元。作为备选措施，还可将制动盘固定到塔体或机架上。
在一种优选的实施方式中，可使用至少两种不同的制动压力对具有第一制动垫片的制动单元进行加压。按照这种方式，在使机舱保持静止时，可使用具有第一制动垫片的制动单元来增强保持力矩，或者在对机舱执行调整的过程中，使用该制动单元来施加制动力矩。
本发明的方法被用来在具有偏向系统的风力涡轮机上实施偏向调整，其中的偏向系统具有至少一个调整驱动机、可转动的偏向轴承、至少一个制动盘、以及至少两个制动单元。至少两个制动单元中的至少其中之一上配备有具有第一摩擦系数的第一制动垫片，且至少其中一个制动单元配备有具有第二摩擦系数的第二制动垫片。根据本发明，第一摩擦系数小于第二摩擦系数。在本发明的方法中，向具有第一制动垫片的至少一个制动单元施加第一制动压力。另外，将配备有第二制动垫片的至少一个制动单元释放。本发明的方法还包括步骤：启动调整驱动机，以克服由具有第一制动垫片的至少一个制动单元所施加的制动压力，对偏向进行调整。在完成了偏向调整操作之后，为了将机舱保持在预定的位置上，随后将向具有第二制动垫片的至少一个制动单元施加第二制动压力。在本发明的方法中，与制动垫片相适应的制动力矩是由其制动垫片的摩擦系数较小的那些制动单元产生的，从而可避免在调整过程中产生粘滑效应。
在本发明方法的优选实施方式中，具有第二制动垫片的制动单元的制动压力随后还被施加到那些配备有第一制动垫片的制动单元上。按照这种方式，甚至这些制动单元也有助于对机舱经过调整的偏向进行保持。
在本发明方法的优选实施方式中，为了对调整运动进行阻尼而施加到具有第一制动垫片的制动单元上的第一制动压力与完成调整操作之后所施加的制动压力不同，后者的制动压力是为了将机舱保持不同，其中优选地是，第一制动压力小于第二制动压力。
在优选的实施方式中，施加到具有第一制动垫片的制动单元上的第一制动压力等于为了使机舱保持不动而施加到具有第二制动垫片的制动单元上的制动压力。在此情况下，第一制动垫片必须要具有如下的摩擦系数：如果施加的是为产生保持力矩的制动压力，则该摩擦系数允许对调整运动施加阻尼作用。在制动压力只具有一个数值的情况下，具有第一制动垫片的制动单元将始终是由该制动压力进行加压，而具有第二制动垫片的制动单元的制动压力却可选择性地切换为该数值或零。
附图说明
下文将借助于附图对本发明的示例性实施方式作详细介绍，在附图中：
图1是风力涡轮机的偏向系统的剖面图；
图2是风力涡轮机上偏向系统的示意图；以及
图3示意性地表示了用于对偏向系统的制动单元进行控制的液压系统。
具体实施方式
图1是根据本发明的风力涡轮机的偏向系统2的剖视图。该偏向系统被安装在机舱（图中未示出）的机架4（局部示出）上。该偏向系统被用来使机舱相对于风力涡轮机（局部示出）的塔体6进行转动。在此情况下，该转动运动基本上是围绕着塔体的纵向轴线进行的。快进偏向轴承8的内圈10被固定到机架4上。对应的外圈12上设置有齿圈14，且该外圈被固定到塔体6上。在外圈12与塔体6之间设置有制动盘16。
借助于齿轮箱20，调整驱动机18对游齿轮22进行驱动，游齿轮22与齿圈14相啮合。通过启动调整驱动机18，可以使机架4带着机舱绕塔体的纵向轴线转动。
另外，如图中示意性表示出的那样，机架4上设置有具有制动卡钳24的制动单元，制动卡钳包夹着制动盘16。
在图示的实例中，制动卡钳24是利用中央液压单元以液压方式驱动的，中央液压单元被布置在机舱的机架4上。在完成了对风向的对位调整之后，通过使与机架4相连的制动卡钳24与固定到塔体上的制动盘16相接合，可将机舱保持在给定的对准度上。在此条件下，向制动卡钳施加压力，该压力产生出保持力矩。各个制动垫片17被安装到制动卡钳24上。
图2中的示意性透视图表示了风力涡轮机中安装在机架4上的偏向系统。在图示的实例中，设置有十四个制动单元B1到B14，这些制动单元与环形的制动盘16相接合。
图2所示的制动单元B1到B14具有不同的制动垫片。制动单元B1和B14上配备有滑动垫片。该滑动垫片允许制动垫片与制动盘之间在执行调整过程中产生滑动摩擦，并施加与制动垫片相适应的制动力矩。例如，通过添加石墨，可使得滑动垫片的摩擦系数小于用于对偏向系统进行保持的制动垫片的摩擦系数。选择摩擦系数较小的滑动垫片可确保对偏向系统的阻尼作用，同时，利用滑动垫片较小的初始分离扭矩能避免在调整过程中出现粘滑效应。
其它的制动单元B2到B13上配备有作为制动垫片的保持垫片。该垫片的摩擦系数高于滑动垫片的摩擦系数，其产生出使机舱保持不动所必需的保持力矩。
为了使机舱保持不动，向制动单元B1到B14施加了保持压力PH，该压力产生出所必需的保持力矩。在需要机舱随风转向的情况下，可将制动单元B2到B13的压力卸除。与此同时，向制动单元B1和B14施加制动压力PB，在图示的实例中，该压力小于保持压力PH，且该制动压力产生出与滑动垫片相适应的制动力矩。该制动力矩允许配备有滑动垫片的制动卡钳在制动盘上产生预定的滑动。制动压力PB被设定为这样：使得制动力矩足以保证对机舱运动的阻尼作用。在另一方面，由于滑动垫片的分离力矩较小，所以可避免由粘滑效应产生出噪音。
图3中的示意图表示了用于对偏向系统的制动单元进行驱动的液压系统。通过压力管线31和33，中央液压单元30为制动单元B1到B14的制动卡钳提供了液压介质。为了使机舱保持不动，向制动单元B1到B14的所有制动卡钳都施加保持压力PH。该压力是经压力管线31和33施加的，其中，制动单元B2到B13的制动卡钳由压力管线31专供。
在机舱的偏向调整过程中，利用3/2-端口阀34将制动卡钳B2到B13卸压。为此目的，将3/2-端口阀34关闭，由此切断了液压介质经管线31、流动控制逆止阀36、以及管线35的流动。对于制动卡钳B1和B14而言，液压压力被减小到制动压力PB。为此目的，中断中央液压单元30的供压，并将2/2-端口阀38开启。切断经管线39和33从制动单元B1和B14流出的液压介质，其中，流量控制阀40将压力限制到制动压力PB。
附图标记列表：
2    偏向系统
4    机架
6    塔体
8    偏向轴承
10   内圈
12   圈
14   齿圈
16   制动盘
18   调整驱动机
20   齿轮箱
22   游齿轮
24   制动卡钳
30   中央液压单元
31   压力管线
33   压力管线
34   3/2-端口阀
35   管线
36   流动控制逆止阀
38   2/2-端口阀
39   管线
40   流量控制阀
B1-B14  制动卡钳B1-B14

Claims (10)

1.一种风力涡轮机，其包括塔体和机舱，机舱可转动地安装在塔体上，且所述机舱对风向的对位调整能够借助于偏向系统（2）进行调整，其中，所述偏向系统具有至少一个调整驱动机（18）、可转动的偏向轴承（10、12）、至少一个制动盘（16）、以及至少两个制动单元（B1－B14），所述至少两个制动单元能够在制动盘上施加制动力矩，其特征在于：制动单元（B1、B14）中的至少一个包括具有第一摩擦系数的第一制动垫片（17），且制动单元（B2－B13）中的至少一个包括具有第二摩擦系数的第二制动垫片（17），其中，所述第一摩擦系数和所述第二摩擦系数互不相同。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于：所述第一摩擦系数小于所述第二摩擦系数。
3.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于：具有第一制动垫片的所述至少一个制动单元（B1、B14）与具有第二制动垫片的至少一个制动单元（B2-B13）能够相互独立启动。
4.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于：制动单元（B1-B14）围绕着连接在偏向轴承内轴承圈或外轴承圈（10、12）上的制动盘环形地布置。
5.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于：制动单元（B1-B14）是由液压驱动的。
6.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于：利用至少两种不同的制动压力能够对具有第一制动垫片的所述至少一个制动单元（B1、B14）进行加压。
7.一种用于在风力涡轮机上执行偏向调整的方法，所述风力涡轮机包括偏向系统，该偏向系统具有至少一个调整驱动机（18）、可转动的偏向轴承（10、12）、至少一个制动盘（16）、以及至少两个制动单元（B1-B14），所述至少两个制动单元中的至少一个制动单元配备有具有第一摩擦系数的第一制动垫片，且制动单元中的至少一个配备有具有第二摩擦系数的第二制动垫片，其中，所述第一摩擦系数小于所述第二摩擦系数，所述方法具有如下的步骤：
向具有第一制动垫片的所述至少一个制动单元（B1、B14）施加第一制动压力；
将配备有第二制动垫片的所述至少一个制动单元（B2-B13）释放；
启动调整驱动机，以克服由具有第一制动垫片的所述至少一个制动单元所施加的制动压力，对偏向进行调整；以及
向具有第二制动垫片的所述至少一个制动单元施加第二制动压力，以保持调整后的偏向。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：向具有第一制动垫片的所述至少一个制动单元也施加第二制动压力，以保持调整后的偏向。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述第一制动压力与所述第二制动压力是不同的。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述第一制动压力等于所述第二制动压力。
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