CN102465830B - 桨距平衡系统 - Google Patents

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Abstract

本发明描述一种用于风力涡轮机的部分变桨距转子叶片的平衡方法和系统。平衡元件安装在该转子叶片的浆距系统上，免除了进行复杂平衡操作的需要，该复杂平衡操作可能影响转子叶片主体的结构稳定性。描述了一种方法，其中，可采用适合的补偿平衡配重设于桨距系统上，该配重基于已知的用到的标准叶片延伸件和转子叶片部分的顶部和根部重量来选择。

Description

桨距平衡系统
技术领域
本发明涉及一种用于平衡风力涡轮机叶片，特别是部分变桨距风力涡轮机叶片的系统和方法。
背景技术
在风力涡轮机的构造中，必需精确平衡两叶转子或三叶转子。否则在启动和运转的过程中，该涡轮机可能有问题。通常，一些平衡配重置于叶片的根部以及顶端。近来，为了使所有的叶片达到同样的自重力矩，优选的方法是仅在顶端增加重量。
已知的平衡系统的一个例子见于丹麦专利DK176901B1。其涉及在叶片主体中形成孔，以用于沿着该叶片增加平衡配重。实际中，填充非常柔软的玻璃纤维叶片外壳内的孔是相对困难的。另外，该平衡配重需要特定的腔室，这导致额外的生产成本。进一步，存在的潜在风险是平衡配重可能落下并损坏内在叶片，或者最坏的情形是从涡轮机扔出几百米。
美国专利US2008/124216A1以及同族的中国专利CN101821496A公开了一种风力涡轮机，其包括三个叶片，其中，该三个叶片是部分变桨距叶片，每个叶片包括内叶片部分和外叶片部分。桨距系统用于相对于内叶片部分改变外叶片部分的桨距，但是该文件没有以任何方式公开关于平衡该叶片的细节。
本发明的目的是提供给一种用于现代风力涡轮机叶片的可选的平衡系统。
发明内容
因此，提供用于风力涡轮机的部分变桨距转子叶片，所述转子叶片具有至少35米的长度，该叶片包括：
内叶片部分；
外叶片部分；
设于所述内叶片部分和外叶片部分之间的桨距系统，所述桨距系统包括至少一连接于轴承的第一部分的第一法兰和至少一连接于所述轴承第二部分的第二法兰，并且该桨距系统进一步包括桨距装置，所述桨距装置用于相对于所述内叶片部分改变所述外叶片部分的桨距，其中，所述桨距系统包括至少一个联接于所述桨距系统的平衡元件，以平衡所述部分变桨距叶片。
由于桨距系统能够用于保持必要的用于平衡转子叶片的平衡配重，这允许轻松交换平衡配重(即，配重可相对简单的加入或脱离桨距系统)，增加了转子叶片的结构稳定性(不需要对转子主体或轮廓做出根本的变动，以容纳所述配重)，并且增强了安全性(由于平衡配重不需要设于叶片顶端，降低了平衡配重扔出叶片的机会，例如，在恶劣的天气条件期间)。
优选地，所述桨距系统包括至少一个用于收容一个或多个平衡元件的支架。所述平衡元件可用钢铁，铅或其他合适的可设于所述支架上的材料制成。该术语支架可理解为一种宽泛的术语，例如支架最简单的形式可以是整体结构的一部分，平衡元件设于该整体结构上。然而，支架也可制成特定的形状和外观，以适合于收容一个或多个特定设计的平衡元件。本发明的优选地实施例中，一个或多个支架刚性连接于上述的桨距系统的第一和第二法兰。该支架在桨距系统中具有结构用途以及保持一个或多个平衡元件的用途。
优选地，至少一个所述部分变桨距转子叶片上的联接于所述桨距系统的平衡元件是可多处定位的平衡元件。用可多处定位的平衡元件，可将同样的平衡元件定位在桨距系统上的不同的位置上。这不仅允许相对于，例如，顶部末端的重量和桨距系统的重量，平衡叶片，而且允许在与该叶片长度垂直的平面中平衡转子叶片。
优选地，所述至少一个平衡元件至少部分地由桨距装置构成。通过简单地在桨距系统上移动该桨距装置，叶片的平衡就能够被改变或修正。
优选地，所述内叶片部分是叶片延伸件(也称为轮彀延伸件)。该内叶片部分可包括支架和位于根部末端的平衡元件，其中，该内叶片部分通常安装在轮彀上。根据本发明，部分变桨距叶片可在根部末端，桨距系统以及该叶片的顶部末端平衡。优选地，其仅在桨距系统平衡。
还提供了一种包括风力涡轮机塔架和设于该塔架上端部的风力涡轮机机舱的风力涡轮机，其具有轮彀和多个转子叶片，所述转子叶片具有至少35米的长度，其中，所述多个转子叶片至少包括一个上述的部分变桨距转子叶片。
进一步提供用于风力涡轮机叶片的部分变桨距系统，其中，该部分变桨距系统包括至少一个支架，该支架设置用于收容平衡元件，以平衡所述部分变桨距叶片。优选地，所述桨距系统进一步包括至少一个平衡元件。
还提供一种用于平衡风力涡轮机的部分变桨距转子叶片的方法，该方法包括以下步骤：
提供部分变桨距转子叶片，其包括内叶片部分，外叶片部分以及桨距系统，该桨距系统包括至少一连接于轴承的第一部分的第一法兰和至少一连接于所述轴承第二部分的第二法兰，并且该桨距系统进一步包括桨距装置，所述桨距装置用于相对于所述内叶片部分改变所述外叶片部分的桨距，和安装至少一个平衡元件至所述桨距系统上的支架上，以平衡所述转子叶片。
优选地，所述平衡元件基于所述转子叶片的特点选择。基于特点的意思是指转子叶片组件的尺寸方面，例如，组装的不接附任何平衡元件的转子叶片的平衡力矩。
优选地，所述内叶片部分包括大体中空的叶片延伸件部分，并且，所述安装步骤包括通过所述叶片延伸件部分的内部安装所述平衡元件至所述桨距系统。
由于所述叶片延伸件是中空的，并且由于平衡元件可安装至桨距系统(该桨距系统暴露于组装的叶片内部)，这意味着工人可以轻易地进入组装的叶片内部，根据需要向桨距系统增加或移除平衡配重。这免除任何在叶片主体内的复杂的钻孔等，以增加平衡配重，并且因此允许增强叶片结构的结构稳定性。因此，提供用于平衡部分变桨距转子叶片的方法的步骤可包括组装所述部分变桨距转子叶片，或者提供组装的转子叶片。
优选地，该方法进一步包括在平衡装置中测量所述转子叶片的平衡力矩的步骤，其中，所述平衡元件基于所述测量的所述转子叶片的平衡力矩来选择。
通常，叶片制造商提供关于需要的叶片延伸件和转子叶片的根部和顶部的重量的详细资料。从这些详细资料中，可计算出需要的平衡重量，桨距系统中需要该平衡重量，以实现整个组装叶片(即，叶片延伸件+桨距系统+转子叶片)的同样的重量力矩。
进一步，在损坏的或错误的平衡转子叶片的情形下，桨距系统根据需要提供相对简单地用于移除平衡配重的方法。
附图说明
现在将描述本发明的实施例，仅通过举例的方式，并参考相应的附图，其中：
图1是根据本发明的部分变桨距风力涡轮机的立体图；
图2是根据本发明的部分变桨距系统的立体图；
图3是根据本发明的部分变桨距系统的立体图，其具有用于定位桨距装置的四个支架。
具体实施方式
图1中，根据本发明的风力涡轮机总体上用1指示，其包括塔架2，机舱3以及具有第一转子叶片4和第二转子叶片5的两叶转子。每个转子叶片4、5设于机舱3上的轮彀6上。该转子叶片4、5是部分变桨距类型，意味着仅仅最外部的叶片部分7、8将会变桨距，而转子叶片4、5的最内部的叶片部分9、10将会相对于轮彀6在更加固定的位置。
大体上，最内部的叶片部分9、10由相对刚性的叶片延伸件(也被称为轮彀延伸件)形成。
从图1可以见到，最外部的叶片部分7、8处于变桨距位置，其中，由前缘和后缘描画出的平面大体上与转子平面垂直。进一步，转子叶片4指向风力方向11。
图1中，还可以见到，最内部的叶片部分9、10的前缘和后缘大体上指在与转子平面相同的平面上。转子叶片5最内部的叶片部分10的前缘上可见到翅片14。第二转子叶片5的最内部的叶片部分10设有第二翅片15，据此，整个系统的稳定性增强，例如在高风速下停止时。将被理解的是本发明的系统可以应用至任何具有或者不具有上述翅片14、15的部分变桨距系统。
参见图2，用于改变部分变桨距风力涡轮机叶片的桨距的桨距系统总体上用20指示。该桨距系统20包括叶片延伸件圆形法兰22，该圆形法兰22联接于外叶片圆形法兰24。上述两个法兰22，24彼此对齐设置，并且所述外叶片圆形法兰24可用于相对于所述叶片延伸件圆形法兰22有角度的旋转，例如，在箭头25指示的方向上。
锯齿状嵌齿轮26联接与所述叶片延伸件圆形法兰22。所述外叶片圆形法兰24的内表面包括锯齿状轨道28，其中，所述锯齿状嵌齿轮26设置在该轨道上运行。
控制连接件30设于所述叶片延伸件圆形法兰22之上，所述控制连接件设置用于驱动所述锯齿状嵌齿轮26，故所述外叶片圆形法兰24可以相对于所述叶片延伸件圆形法兰22可控制的旋转。
使用中，所述叶片延伸件圆形法兰22螺接于所述风力涡轮机的最内部叶片部分9、10(例如，通过图2中的螺栓)，并且所述外叶片圆形法兰24螺接于所述风力涡轮1的最外部的叶片部分7、8，所以，该最外部的叶片部分7、8可以通过法兰22、24的相对旋转相对于最内部的叶片部件9、10变桨距。
控制信号/动力通过控制连接件30设于桨距系统20。该控制连接件30通过桨距齿轮31联接于嵌齿轮26。该桨距齿轮31安装至桨距系统20的支架34上。可以理解的是，图2示出桨距齿轮31，但其他没有齿轮的方法也能够使用并且连接在法兰22和24之间。
为了适当的平衡风力涡轮机1的叶片4、5，桨距系统20进一步包括至少一个平衡元件或平衡配重32，该平衡元件或平衡配重32安装在设于所述叶片延伸件圆形法兰22上的延伸件或支架34上。选择该平衡元件32用于给叶片4、5增加补偿重量，以确保风力涡轮机1平衡。
已知最内部和最外部的叶片部分7、8、9、10的重量，以及桨距系统20本身的重量，可以选择适当重量的平衡元件32，用于有问题的风力涡轮机叶片4、5。
参见图3，用于改变部分变桨距风力涡轮机叶片的桨距的桨距系统总体上用20指示。该桨距系统20安装在叶片部分7、8、9、10上，并且设计有四个用于桨距齿轮装置31的支架34。通过从一个支架34到另一个支架34改变该桨距齿轮装置31的位置，改变了该桨距齿轮装置31的重力分布。这是另一种平衡风力涡轮机叶片4、5的方法，其允许非常精准正确的平衡微调。
在叶片延伸件和外叶片在同样的工厂中制造并且相应的平衡的情形下，它们在根部末端和顶部末端可具有同样的重量。当叶片放在一起时，这导致同样的自重力矩，所以当这些元件与部分变桨距系统组合时，需要进行进一步的平衡。这可以仅通过增加补偿重量至一个(或两个)桨距系统来完成。
在一些情形下，叶片延伸件和叶片的根部和顶部重量事先知道。通过进行计算，可以计算出所有叶片在桨距系统上需要多大的重量来完成同样的自重力矩。这种方法不需要增加任何补偿重量至叶片或叶片延伸件。这是优选的方法，由于增加重量至钢制桨距系统比玻璃纤维叶片或延伸件容易。另外，在错误平衡转子的情形下，容易增加或带走更多的重量。在更换雷击损坏的叶片的情形下，这是一个优点。
其他情形下，转子可组装在一起，包括外叶片，桨距系统以及叶片延伸件。组装的叶片能够随后提升至平衡装置上，并且需要增加至叶片上的额外重量能够通过在叶片的变桨距区域设置测量尺度来测量。因此，工人能够随后爬进叶片延伸件部分，并且增加补偿重量至桨距系统。这种方法允许在叶片组装之后轻松平衡叶片。
当平衡元件32设置为条状物，例如铅条时，将会理解的是，该平衡元件可具有任何适当的构造，并且联接至桨距系统20的任何合适的部分。
将会理解的是，当两叶风力涡轮机在实施例示出时，本发明可以容易的应用至任何采用部分变桨距叶片的风力涡轮机的设计中。
以上的系统提供了精确平衡系统的优点，该系统不需要在叶片中形成任何用于增加补偿配重的开口，该开口可能影响叶片的完整性。另外，运行中，松散的配重从叶片扔出的风险降低。
本发明不限于本文所描述的实施例，并且可以在不脱离本发明的范围内被修改或适用。

Claims (9)

1.用于风力涡轮机(1)转子的部分变桨距转子叶片(4，5)，所述转子叶片(4，5)具有至少35米的长度，所述叶片(4，5)包括：
内叶片部分(9，10)；
外叶片部分(7，8)；
设于所述内叶片部分(9，10)和外叶片部分(7，8)之间的桨距系统(20)，所述桨距系统(20)包括至少一连接于轴承的第一部分的第一法兰(22)和至少一连接于所述轴承第二部分的第二法兰(24)，并且该桨距系统(20)进一步包括桨距装置(30，31)，所述桨距装置(30，31)用于相对于所述内叶片部分(9，10)改变所述外叶片部分(7，8)的桨距，其特征在于，所述桨距系统(20)包括至少一个联接于所述桨距系统(20)的平衡元件(30，31，32)，以平衡所述转子，以及所述桨距系统(20)包括至少一个支架(34)，用于收容所述至少一个平衡元件(30，31，32)。
2.如权利要求1所述的转子叶片，其特征在于，至少一个所述部分变桨距转子叶片(4，5)上的联接于所述桨距系统(20)的平衡元件(30，31，32)是可多处定位的平衡元件(30，31，32)。
3.根据权利要求1所述的转子叶片，其特征在于，所述至少一个平衡元件(30，31，32)通过桨距装置(30，31)构成。
4.根据权利要求1所述的转子叶片，其特征在于，所述内叶片部分(9，10)是叶片延伸件。
5.包括风力涡轮机塔架(2)和设于该塔架(2)上端部的风力涡轮机机舱(3)的风力涡轮机(1)，其具有轮彀(6)和多个转子叶片(4，5)，所述转子叶片(4，5)具有至少35米的长度，其特征在于，所述多个转子叶片(4，5)包括至少一个如权利要求1所述的部分变桨距转子叶片(4，5)。
6.用于平衡风力涡轮机(1)的具有部分变桨距转子叶片(4，5)的转子的方法，该方法包括以下步骤：
提供包括内叶片部分(9，10)，外叶片部分(7，8)以及桨距系统(20)的部分变桨距转子叶片，该桨距系统(20)包括至少一连接于轴承的第一部分的第一法兰(22)和至少一连接于所述轴承的第二部分的第二法兰(24)，并且该桨距系统(20)进一步包括桨距装置(30，31)，所述桨距装置(30，31)用于相对于所述内叶片部分(9，10)改变所述外叶片部分(7，8)的桨距，和
安装至少一个平衡元件(30，31，32)至所述桨距系统(20)上的支架(34)上，以平衡所述转子。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述平衡元件(30，31，32)基于所述转子叶片(4，5)的特点选择。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述内叶片部分(9，10)包括大体中空的叶片延伸件部分(9，10)，并且，所述安装步骤包括通过所述叶片延伸件部分(9，10)的内部安装所述平衡元件(30，31，32)至所述桨距系统(20)。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括在平衡装置中测量所述转子叶片(4，5)的平衡力矩的步骤，其中，所述平衡元件(30，31，32)基于所述测量的所述转子叶片(4，5)的平衡力矩来选择。
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