CN102472246B - 用于风能发电厂的制动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于风能发电厂的制动装置(1)。设置有制动鼓(3)，该制动鼓作用在主轴上，尤其是作用在发电机和/或传动轴上。可径向朝向外侧调节的多个制动部件(5)作用在制动鼓(3)上，并且可通过中央流体缸单元(7)来调节，并且通过联接单元(9)沿主轴的周向方向或旋转方向固定。联接单元(9)可刚性地连接至相对于主轴固定的部件。制动鼓(3)、流体缸单元(7)和联接单元(9)分别包括中央通孔(38、78、98)，副轴(尤其是致动轴或所谓的变桨管)和/或主轴可穿过所述中央通孔，所述副轴可独立于主轴和制动装置(1)旋转。

Description

用于风能发电厂的制动装置

技术领域

本发明涉及一种用于风能发电厂的制动装置。制动装置具有制动鼓和多个制动部件，所述多个制动部件径向向外地作用在制动鼓上，并且液压缸单元作用在所述多个制动部件上。在这种情况下，制动部件通过联接单元沿周向方向被固定，所述联接单元能够以固定的方式连接至静止结构部件。

背景技术

取决于设计，这种类型的鼓式制动器通常被用于接合在轴端上。

对于风能发电厂而言，所谓的转子制动器是必需的，转子制动器可被设计成仅仅是保持制动器的形式，并且只需要将必需的保持力矩施加至静止的转子。转子制动器还可以设计成维护制动器的形式，于是该维护制动器除了用于转子的气动制动之外还用作第二独立的制动气统，并且在静止时还用作保持制动器。

在风能发电厂中，相对高的转矩出现在低转速的转子轮毂处，并且这种转矩被转化成在下游被连接的齿轮机构中具有较低转矩的较高转速。齿轮机构的输出轴（高转速，低转矩）驱动发电机，该发电机将旋转能转化为电能。已知的转子制动器通常被设计成盘式制动器（例如见DE3714859A1）的形式，并且以法向的方式分别作用在齿轮机构的输出轴或发电机的输入轴上。然而，盘式制动器具有缺陷，因为除了由于制动钳偏心接合在盘上而积聚实际的制动力矩的扭转力之外，盘式制动器还在待被制动的轴上施加横向力，并且这导致不期望的弯曲应力。尽管可通过使用在盘的外周上对称分布的多个制动钳单元来减少这种弯曲应力，但弯曲载荷不能被完全消除，这是因为这种类型的弯曲应力可由于制动部件的不均匀磨损或由于虽然是对称布置的、但制动力不均匀、非对称分布而出现在大量接合制动钳单元中。此外，这种类型的盘式制动器需要相对大量的空间，即，径向和轴向的空间。

适合于在轴端或在机动车领域中在轴颈上组装的鼓式制动器（例如见DE19906798A1）通常不能被用在风能发电厂的情况下的主轴（分别是齿轮机构的输出轴或发电机的驱动轴）上，这是因为一方面主轴持续地连接齿轮机构和发电机，并且另一方面，通常主轴被设计成供所谓的变桨管穿过的中空轴的形式，叶片的设置通过所述所谓的变桨管来实施。以转子速度旋转的变桨管还包含动力管线或液压管线，这些管线供应用于设置叶片的对应的设置驱动器，这些设置驱动器被容纳在轮毂中。连续轴或供应管线的这种传送不能利用常规的鼓式制动器来实施。

发明内容

因此，本发明的目的是提供这样一种制动装置，这种制动装置适合于制动呈鼓式制动器设计的主轴，而不需要驱动由此被不利地影响的叶片设置装置。

该目的由根据第一方面所述的制动装置实现。以这种方式，设置有作用在主轴上的制动鼓。所述主轴根据第二方面可以是发电机轴，或可以是齿轮机构的输出轴。此外，设置有多个制动部件，所述制动部件径向向外作用在制动鼓上并且通常包括制动垫本身和适当的制动垫支撑件。在这种情况下，中央流体缸单元作用在制动部件上，并且在制动期间使得所述制动部件抵靠制动鼓的内侧均匀地向外移动。在这种情况下，作用在制动部件上的周向力不是通过液压缸单元被吸收而是通过固定的联接单元被吸收，所述联接单元沿周向方向（也就是相对于制动鼓/主轴的旋转方向）固定制动部件。制动鼓、流体缸单元和联接单元都具有中央通孔，该中央通孔被同轴定向，并且该中央通孔能够被主轴自身或副轴穿过，所述副轴能独立于制动装置旋转。所述副轴根据第三方面可以是设置轴或变桨管，所述设置轴或变桨管被设置用于设置叶片设置机构。在这种情况下，这种设置轴或变桨管相应地通常以转子叶片轮毂的速度（大约14rpm）旋转。

第四至第七方面的进一步发展涉及制动鼓的布置。在这种情况下，根据第四方面，设置有肋结构，该肋结构径向延伸并且能在制动器操作期间改善制动鼓中的力和热的流动。根据第五方面的布置用作鼓的形式，该鼓特别刚硬并且在操作状况下是尺寸稳定的，而且允许进行长时间的操作以及较少的维护。第六和第七方面的特征改善了制动鼓的自冷却，并因此还通过经过制动装置的空气改善的冷却导向（对流）而改善了制动器的其它结构部件的自冷却。

一方面，根据第八方面的制动部件的布置通过制动垫改善了从实际的制动表面的区域以及制动部件的制动主体至环境的热消散，并因此防止了对液压缸单元的加热。另一方面，采用肋或网格结构的适当布置，尺寸稳定并且有利的基于铸造设计的制动部件是可能的。

第九至第十一方面的特征涉及根据第九方面的调节装置，该调节装置自动地使期望的通风间隙均匀化，并且以自动调节的方式保持通风间隙恒定。调节是根据第十方面通过接合在止动部件上的预加应力的凸轮部件来实现的，所述止动部件能够被对应于所述通风间隙的设置路径设定。在这种情况下，根据第十一方面，通风间隙能够通过抵抗弹簧力的设置部件（具体地，根据第十二方面为设置螺钉）来设定。这些步骤不论以组合的方式还是以单独的方式延长了制动装置的使用寿命，并且延长了维护间隔，尤其是在风能发电厂的情况下，这代表了非常大的成本因素。

根据第十三方面的回位装置确保了当制动器被通风时，每个制动部件都以可靠的方式保持在其通风设置，而与制动装置的安装位置无关，并且当主轴旋转时，每个制动部件不会在同样旋转的制动鼓上研磨。结果，防止了制动部件的不均匀的磨损，并且减少了磨损本身。第十四、第十五和第十六方面分别涉及用于风能发电厂的带有根据本发明的制动装置的发电机或齿轮机构单元（第十四方面）、用于风能发电厂的驱动系（第十五方面）以及风能发电厂本身（第十六方面），上述发电机或齿轮机构单元、驱动系以及风能发电厂都至少设置有根据本发明的制动装置。

附图说明

以下将参照附图通过举例来描述本发明的实施方式。在附图中：

图1是根据本发明的制动装置从轮毂侧看的立体图；

图2是图1示出的制动装置从后面看的立体图；

图3是图1示出的制动装置在没有制动鼓的情况下的视图；

图4是制动装置的剖面图；

图5是流体缸单元的剖面图；

图6是调节装置的细节图；

图7是没有制动鼓的制动装置的局部剖面（从轮毂侧看）的前视图；

图7A是回位装置的细节图（区域A）；

图8是另选的制动鼓的立体图；以及

图9是安装图。

具体实施方式

图1至图4示出了制动装置1的基本设计和功能，制动装置的主要部件是制动鼓3、四个制动部件5、中央流体缸单元7和设计成盘基部9的形式的联接单元。

制动鼓3具有杯状的设计，其包括筒形边缘31、基部32、轮毂区域33，该基部的中部支撑设置有通孔34的轮毂区域33，该制动鼓可借助于所述通孔而被联接至待被制动的轴。轮毂区域33、基部32和筒形边缘31通过肋结构35、36互相连接。在这种情况下，外肋35从毂区域33开始并穿过基部32延伸至对齐的内肋36（见图4），所述内肋36穿入筒形边缘31内。一方面，这些肋结构35、36改善了制动鼓3的机械强度，并且还改善了筒形边缘31和轮毂区域33之间的力流动。此外，设计用于空气涡旋的肋结构35、36，所述空气涡旋冷却位于制动鼓3内部的部件（制动部件5和流体缸单元7）。

基部32可任选地具有开口37，所述开口37可增强通风和冷却效果。在一种设计（图8）中，肋结构35’、36还可以涡轮机或推进器的方式形成，并可因此联合开口37一起来形成穿过制动装置1的目标空气流。具体地，在接连出现的频繁制动步骤的情况下，这可有可助于以可靠的方式（通风制动）使在制动期间产生的热消散到制动装置1之外，并且还可有助于减少结构部件（尤其是制动鼓3和制动部件5）的热负载。

制动部件都包括制动垫支撑件51，该制动垫支撑件带有弯曲的外表面，在该弯曲的外表面上固定有摩擦垫52。摩擦垫52的外表面类似地以筒形的方式弯曲，并且对应于在制动期间所接合的制动鼓3的筒形边缘31的内表面。

制动垫支撑件51的内部具有开孔肋/网格结构53，一方面，该开孔肋/网格结构将作用于制动垫支撑件51的内侧上的设置力传递到外表面，并因此传递到摩擦垫52，最终传递到制动鼓3的筒形边缘31。另一方面，网格结构53允许可观地节省材料，从而使得制动垫支撑件51可以从适当地成形的挤出轮廓切削而成，或者可以以铸件的形式形成。此外，网格结构53改善了热从摩擦垫52到环境的消散，这在网格结构53具有沿轴向方向（即，沿着轴线10）从其穿过的流时特别有效。

沿周向方向，制动部件5由支撑棱柱91支撑，支撑棱柱固定在盘基部9上，并且在制动垫支撑件51的侧面开始沿轴向方向延伸并沿径向方向以滑动的方式引导。在这种情况下，支撑棱柱91借助于固定装置92以稳固的方式固定在盘基部9上。在一种设计（未示出）中，支撑棱柱91还可在盘基部9上以一体的方式形成（例如，模制或铸造）。制动部件5沿轴向方向借助于横向的紧固板93固定，而紧固板又被紧固在支撑棱柱91上（见图7）。在另一侧，制动部件由盘基部9或适当的紧固板紧固。制动部件5还借助于回位装置71保持在流体缸单元7上，回位装置71的设计和功能将在下文进行描述。以这种方式，制动部件5在所有方向都被固定，它们的运动路径由制动鼓3的筒形边缘31的内侧限制为径向朝向外侧。

在本实施方式中，流体缸单元7被设计成液压块的形式，所述液压块具有大致正方形的轮廓。两个设置活塞72的端部都突出在四个外侧中的每一侧上，设置活塞72的端面分别接合制动部件5和制动垫支撑件51的内侧。设置活塞72通过筒形空间76中的擦试装置73和O形圈75而朝向内侧从外界密封，所有筒形空间76都以连通的方式互相连接，并通过液压连接件联接至液压管线77，流体缸单元7中的筒形空间76和连接管线可借助于前述液压管线77完全充满液压流体。在筒形空间76中，所附接的液压控制装置（未示出）积聚将设置活塞72向外挤压的设置压力，以使得在制动期间，这些设置活塞72将制动部件5径向向外压靠制动鼓3的筒形边缘31的内侧。为了中断制动步骤，减少液压管线77和筒形空间中的压力，并且中断制动动作。此外，回位装置71（请参见图7）将制动部件5拉回到其通风设置。

为了防止液压可能渗入到制动装置1的内部，擦试装置73和O形圈75之间的中间空间76b通过管线79以连通的方式互相连接。例如，如果流压流体现在穿过有缺陷的O形圈75向外溢出到中间空间78中，则该流压流体将通过管线79而被移除，使得没有制动流体会流入制动装置1的内部。管线79附接有适当的检测器（未示出），这样的检测器可以任选地在流体溢出的情况下触发警报。

对于每个制动部件5，回位装置71都包括四个回位部件710，这些回位部件都包括螺杆712，该螺杆在其一端被固定在制动垫支撑件中的螺纹孔713中，并且借助于螺母714a而防止被拧松。螺杆712穿过流体缸单元7中的通孔715以及设置弹簧716，该设置弹簧相对于流体缸单元7被支撑在止动件717上，并且接合衬套718上的压力，所述衬套718由螺杆712上的两个螺母714b保持。在这种情况下，经由螺纹孔713联接至螺杆712的制动垫支撑件51由每个设置弹簧716径向向内拉动，通过衬套718和螺母714b接合在螺杆712上，并且以这种方式，在筒形空间中的压力减少之后，设置弹簧716从制动鼓3释放制动部件5，以使得制动鼓3再次释放联接至其上的轴，所述每个设置弹簧716经由衬套718和螺母714b接合在螺杆712上。借助于回位装置71，确保了所有制动部件5都可以完全从制动鼓3释放，而完全与它们的装配位置无关。以这种方式，一方面，防止了否则将会由于磨削操作而产生的磨损。同时，在轴线10水平延伸的情况下，防止了摩擦垫52以不均匀的方式被磨损，这是因为，在以这种方式安装的情况下，制动部件5的一部分将由于重力的原因而占据其通风设置，而制动部件5的另一部分由于类似的重力的原因而将通过其摩擦垫52抵靠制动鼓3的内侧，并将被磨损。

在恒定的制动操作期间，为了使摩擦垫52和制动鼓3的磨损均匀化，一个调节装置80都在流体缸单元7和每个制动部件5（见图6）之间作用。调节装置80包括凸轮盘81，该凸轮盘的直径沿周向方向以蜗形的方式增加。凸轮盘81固定在设置轴82上，该设置轴以可旋转的方式与轴线10平行地容纳在流体缸单元7中。在这种情况下，螺旋弹簧84通过横向销83接合在设置轴82上，所述螺旋弹簧设定凸轮盘81，使得凸轮盘81采用这样一种设置，在这种设置中，凸轮盘81的直径增加（请参见图6中箭头P的方向）。凸轮盘81的外表面接合在设置部件上，该设置部件被相应地布置在制动部件5或制动垫支撑件51中，并且被布置成可沿径向方向移动制动间隙路径d。为此目的，在本实施方式中，设置了被插入制动垫支撑件51中的对应凹槽86中的止动销85。在这种情况下，止动销85的端面85b部分地伸出到在此处被设置为盲孔的形式的凹槽86之外；凸轮盘81接合在端面85b上。止动销85在内部被螺旋弹簧87向外挤压（朝凸轮盘81的方向），所述螺旋弹簧87被支撑在盲孔的基部上。然而，设置路径由止动螺钉88限制，止动螺钉88接合在止动销85的头部中的凹槽85a中，并且以穿过螺旋弹簧87的方式将止动销85固定到制动垫支撑件51中。止动螺钉的拧入深度由衬套90的被该止动螺钉88穿过的长度设定。以这种方式，止动销85的设置路径d以及因此的通风间隙也被确定。因此可通过选择衬套长度和止动螺钉88的拧入深度来改变通风间隙。

在制动位置中，摩擦垫52抵靠制动鼓3的筒形边缘31的内侧。在这种情况下，止动销85采用这样一种设置（示出在图6中），在这种设置中，止动销85击打止动螺钉88的头部。同时，端面85b抵靠凸轮盘81的边缘。凸轮盘81上的设置力在横向销83和螺旋弹簧84的长度上能够被设置，这样的设置力适应于螺旋弹簧87的力，使得预压紧的凸轮盘81不能使盲孔86中的止动销85移动。相反地，止动销85的操作面（抵靠凸轮盘的端面85b）和凸轮盘81的边缘面被设计成使得在制动通风期间，当制动垫支撑件51被回位装置71沿流体缸单元7的方向向内拉动时，由止动销85作用在凸轮盘81上的力不会导致凸轮盘81改变其旋转设置。这确保了制动部件5或制动垫支撑件51都始终只向内移动间隙宽度d。

如果在制动步骤期间（在制动鼓3和/或摩擦垫52上）发生磨损，则与预设定的间隙d相比，制动部件5和因此的制动垫支撑件51沿制动鼓的方向进一步向外移动。在这种情况下，止动销85的端面85b从凸轮盘81稍微拧松，并且释放凸轮盘。接合在横向销83上的弹簧84确保：那么凸轮盘81沿箭头的方向旋转得如此远以致其边缘面将再次抵靠止动销85的端面85b。以这种方式，通风间隙d再次被确定，并且在制动装置的下次释放或通风期间，制动部件5可以再次被通风的量为d。

回位装置71的设置弹簧716和调节装置80的螺旋弹簧87相互适应，使得当筒形空间中的压力减少时，设置弹簧716可克服螺旋弹簧87的力。

为了防止调节装置80变脏，止动销85由擦试装置91密封。

图9示出了在风能发电厂中的制动装置1的典型安装情形。制动装置1能够通过附接凸缘12联接至主轴14。主轴14可以是风能发电厂的齿轮机构的输出轴，或可以是布置在下游的发电机的输入轴。然而，发电机轮毂还可以通过附接凸缘12被附接。

制动装置的所有必要的结构部件，即，制动鼓3、流体缸单元7和盘基部9都具有中央开口38、78和98；与风轮机的转子轮毂一起旋转并且吸收至被设置的致动器的能量供给的副轴或所谓的变桨管穿过前述开口，转子叶片可借助于所述副轴或所谓的变桨管来设置。这种所谓的变桨管16独立于主轴14转动。中央开口38、78和98也可被设计成使得主轴14被完全引导穿过制动装置1，并且接着例如在端部被安装。由于特别紧凑的结构，呈制动鼓形式的制动装置1的设计允许制动装置1被完全容纳在发电机转子内，并且其不需要额外的结构空间。

为了防止发电机被制动灰尘弄脏，在盘基部9上设置有掩蔽物16，并且盘基部9和筒形边缘31之间的边缘间隙通过密封刷17而被额外地掩蔽。液压管线77和79都终止于连接件77a和79a，这些连接件被类似地容纳在盘基部中，并且制动装置可借助于这些连接件被致动。

本发明的其他设计和变形由所附权利要求限定。

Claims (16)

1.一种用于风能发电厂的制动装置（1），该制动装置具有：

制动鼓（3），该制动鼓作用在主轴上；

多个制动部件（5），所述多个制动部件径向向外地作用在所述制动鼓（3）上；

液压缸单元（7），该液压缸单元作用在所述制动部件上；以及

联接单元（9），该联接单元能够以固定的方式连接至相对于所述主轴静止的结构部件，并且所述联接单元沿周向或所述主轴的旋转方向固定所述制动部件（5），其中，所述制动鼓（3）、所述液压缸单元（7）和所述联接单元（9）均具有中央通孔（38、78、98），所述中央通孔能够被副轴和/或所述主轴自身穿过，所述副轴能独立于所述主轴以及所述制动装置（1）转动。

2.根据权利要求1所述的制动装置（1），其中，所述主轴是发电机轴。

3.根据权利要求1所述的制动装置（1），其中，所述副轴是设置轴或变桨管。

4.根据权利要求1所述的制动装置（1），其中，所述制动鼓（3）设置有肋结构（35、36），所述肋结构径向延伸并且用于传递载荷和热量。

5.根据权利要求4所述的制动装置（1），其中，所述肋结构（35、36）以穿过鼓基部（32）的方式从鼓边缘（31）的内侧延伸至轮毂区域（33）的外侧。

6.根据权利要求5所述的制动装置（1），其中，所述鼓基部（32）设置有用于通风目的的凹槽（37）。

7.根据权利要求6所述的制动装置（1），其中，具有所述凹槽的所述肋结构（35、36）形成推进器或涡轮结构，以使所述鼓的内部通风，并因此冷却所述制动部件（5）和所述液压缸单元（7）。

8.根据前述权利要求中任一项所述的制动装置（1），其中，所述制动部件（5）具有肋或网格结构（53），所述肋或网格结构被形成为沿轴向方向是可透气的。

9.根据权利要求1所述的制动装置（1），其中，在每个制动部件和所述液压缸单元（7）之间均作用有一个调节装置（80），所述调节装置在操作期间以自动调节的方式使制动表面的磨损在径向方向上均匀化，并因此保持通风间隙大致恒定。

10.根据权利要求9所述的制动装置（1），其中，所述调节装置（80）具有凸轮部件（81），所述凸轮部件沿操作方向（P）被预加应力，并且所述凸轮部件的操作面接合在被预加应力的止动部件（85）上，所述止动部件能以设置路径（d）移动，所述设置路径对应于所述通风间隙。

11.根据权利要求10所述的制动装置（1），其中，所述止动部件（85）的所述设置路径（d）能够通过设置部件（88、90）克服弹簧力来调节，并且因此所述通风间隙也能够通过设置部件（88、90）克服弹簧力来调节。

12.根据权利要求11所述的制动装置（1），其中，所述设置部件是设置螺钉（88）。

13.根据权利要求1所述的制动装置（1），其中，回位装置（71）将每个所述制动部件（5）保持在其通风设置，并且为每个制动部件（5）都设置有设置部件（72），在流体克服所述回位装置（71）的动作时的制动期间，所述制动部件（5）能够借助于所述设置部件进入其制动位置。

14.一种用于风能发电厂的发电机/齿轮机构单元，该发电机或齿轮机构单元具有根据前述权利要求中任一项所述的制动装置（1）。

15.一种用于风能发电厂的驱动单元，该驱动单元具有根据权利要求14所述的发电机或齿轮机构单元，其中，所述主轴是齿轮机构子组件的输出轴或由输入轴驱动的发电机轴，所述输入轴由风力驱动。

16.一种风能发电厂，该风能发电厂具有根据权利要求15所述的驱动单元。