CN102562456A - 用于风力涡轮机的液压偏航驱动系统及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于风力涡轮机的液压偏航驱动系统及其操作方法，其中所述偏航驱动系统包括：液压偏航马达，所述液压偏航马达用于调节风能系统的机舱的偏航角；至少一个液压泵，所述至少一个液压泵适于提供加压液压流体；液压管路系统，所述液压管路系统包括连接所述至少一个液压泵和所述至少一个液压偏航马达的至少一个管路；以及至少一个过压阀。所述至少一个过压阀连接到所述至少一个液压泵与所述至少一个液压马达之间的液压流体的至少一个流动路径。

Description

用于风力涡轮机的液压偏航驱动系统及其操作方法

技术领域

本发明总体涉及用于风力涡轮机的偏航调节的方法和系统，并且更具体地，本发明涉及用于风力涡轮机的液压偏航调节的方法和系统。

背景技术

至少一些已知的风力涡轮机包括塔架和安装在塔架上的机舱。转子可旋转地安装至机舱并且通过轴连接至发电机。多个叶片自转子延伸。叶片定向成使得经过叶片的风使转子转动并且使轴旋转，从而驱动发电机发电。

如果由风力涡轮机的转子叶片限定的平面不垂直于风，那么涡轮机仍然是可操作的，但是转子叶片以及转子叶片通过转子叶片毂和转子轴线连接至其上的机舱经受在这些部件上产生巨大负载的剪切力，从而产生磨损并且因此增加了维护的需要。典型地，转子连接至其上的机舱因此转动成直接面对风。为此目的，例如电子计算机的控制器接收风向和风速的测量数据并且控制马达以相应地调节机舱的偏航角。

典型地，至少一个马达是电动马达，该电动马达通过具有高传动比的齿轮使机舱转动。如果风改变方向，则机舱通过偏航驱动系统相应地进行转动，直到转子的平面再次垂直于风的方向。在这一过程中，只要转子平面不垂直于方向，风就会在机舱上施加可以抵抗偏航驱动马达的力的剪切力。如果阵风在这一过程中冲击风力涡轮机，则偏航驱动系统不得不承受尤其大的力，并且特别是，偏航马达不得不承受尤其大的力。

因此，偏航驱动马达的最大的可施加转矩必须适于使得偏航驱动系统可以将这样的转矩施加在机舱上：该转矩大于转子在强阵风或其它具有极限负载的情况下施加在机舱上的转矩。偏航马达必须产生的用于在阵风过程中使机舱移动的转矩明显大于用于在正常操作条件下调节偏航角所需的转矩。在极限情况中，施加在偏航马达上的转矩会是在标准操作条件下调节偏航角所需的转矩的四倍至五倍。

此外，偏航驱动系统的齿轮部件也必须设计成能够承受这些大的阵风力。总而言之，这些因素需要明显超过常规偏航驱动系统的马达和齿轮的尺寸，从而引起不期望的成本因素。

因此，期望具有这样的偏航驱动系统：该偏航驱动系统设计成呈现足以在正常操作条件下调节偏航角的最大转矩，但是相比常规偏航系统具有较小的最大转矩、并且适于对阵风引起的高转矩做出反应而不会受到损坏或者不会产生其它不期望的副作用。

发明内容

在一个方面中，本发明提供一种用于风能系统的偏航驱动系统。该系统包括：液压偏航马达，该液压偏航马达用于调节风能系统的机舱的偏航角；至少一个液压泵，该至少一个液压泵适于提供加压液压流体；液压管路系统，该液压管路系统包括连接至少一个液压泵和至少一个液压偏航马达的至少一个管路；以及至少一个过压阀。该至少一个过压阀连接到至少一个液压泵与至少一个液压马达之间的液压流体的流动路径。

所述至少一个过压阀适于在这样的情况下打开：如果所述至少一个泵与所述至少一个液压马达之间的至少一个流动路径中的压力超过预定值；或者，如果由风通过风力涡轮机的转子和机舱施加在所述至少一个液压马达上的转矩超过预定限制。所述至少一个过压阀构造成使得：在由风施加在所述机舱上的偏航转矩超过预定阈值的情况下，所述至少一个过压阀打开，并且作为对由风施加的转矩的反应，所述机舱能够进行转动。所述偏航驱动系统进一步包括：至少一个液压罐，所述至少一个液压罐通过至少一个第二管路连接至所述至少一个液压泵；以及，至少一个第三管路，所述至少一个第三管路连接所述至少一个液压偏航马达和所述至少一个液压罐。所述预定值为从50巴至500巴。所述至少一个液压泵是流体动力学泵和流体静力学泵中的一种。所述至少一个液压马达是流体动力学马达和流体静力学马达中的一种。所述至少一个液压泵是齿轮泵、径向活塞泵和轴向活塞泵中的一种。所述至少一个马达是叶片马达、轴向柱塞马达和径向柱塞马达中的一种。所述罐由2巴至30巴的压力进行加压，且处于大气压力下。

本发明还提供一种风能系统，其包括：塔架；机舱；转子；以及偏航驱动系统。所述偏航驱动系统包括：至少一个液压偏航马达，所述至少一个液压偏航马达用于调节所述风能系统的机舱的偏航角；至少一个液压泵，所述至少一个液压泵适于提供加压液压流体；液压管路系统，所述液压管路系统包括连接所述至少一个液压泵和所述至少一个液压偏航马达的至少一个管路；以及至少一个过压阀；其中，所述至少一个过压阀连接到所述至少一个液压泵与所述至少一个液压马达之间的液压流体的至少一个流动路径。

在另一个方面中，本发明提供一种用于改变风力涡轮机的机舱的偏航角的方法。该方法包括以下步骤：提供偏航驱动系统，该偏航驱动系统包括：液压偏航马达，该液压偏航马达用于调节风能系统的机舱的偏航角；至少一个液压泵，该至少一个液压泵适于提供加压液压流体；液压管路系统，该液压管路系统包括连接至少一个液压泵和至少一个液压偏航马达的至少一个管路；以及至少一个过压阀，其中，该至少一个过压阀连接到至少一个液压泵与至少一个液压马达之间的液压流体的流动路径；以及对至少一个液压偏航马达进行致动，从而改变机舱的偏航角。

所述方法进一步包括以下步骤：当所述至少一个液压泵与所述至少一个液压马达之间的至少一个流动路径中的压力超过预定值时，打开所述至少一个过压阀；当所述至少一个流动路径中的压力已降低至预定值以下时，关闭所述至少一个过压阀；通过对所述液压马达进行致动而继续改变所述机舱的偏航角。所述方法进一步包括以下步骤：关闭位于至少一个液压罐与至少一个液压马达之间的流动路径中的至少一个切换阀；关闭位于连接至所述至少一个液压马达的第一液压管路中的至少一个切换阀，并且关闭位于连接至所述至少一个液压马达的第二液压管路中的至少一个切换阀。其中，至少一个第一过压阀位于所述第一切换阀与所述至少一个液压马达之间的流动路径中，并且至少一个第二过压阀位于所述第二切换阀与所述至少一个液压马达之间的流动路径中。

通过从属权利要求、说明书以及附图，本发明的其它方面、优点以及特征是显而易见的。

附图说明

参照附图，说明书的其余部分面向本领域普通技术人员更具体地阐述并完整公开了本发明，这种公开使得本领域普通技术人员能够实现本发明，包括本发明的最佳模式，其中：

图1是示例性风力涡轮机的透视图。

图2是图1所示的风力涡轮机的一部分的放大剖视图。

图3是根据实施例的偏航驱动系统的透视图。

图4是根据另一个实施例的偏航驱动系统的透视图。

图5是根据又一个实施例的偏航驱动系统的透视图。

图6是根据其它实施例的偏航驱动系统的透视图。

                          机舱                16

附图标记列表：            转子                18

风力涡轮机      10        可旋转的毂          20

塔架            12        转子叶片            22

支承系统        14        叶片根部            24

负载传递区域      26            传动系            64

方向              28            桨距组件          66

旋转轴线          30            传感器            70

桨距调节系统      32            桨距轴承          72

                                桨距驱动马达      74

                                桨距驱动齿轮箱    76

变桨轴线          34            桨距驱动小齿轮    78

控制系统          36            超速控制系统      80

偏航轴线          38            电缆              82

处理器            40            电力发电机        84

发电机            42            腔                86

转子轴            44            内表面            88

齿轮箱            46            外表面            90

高速轴            48            纵向轴线          116

连接件            50            液压泵            210

支承件            52            罐                216

支承件            54            液压管路          212，214，

偏航驱动马达      244，254                        218，222，223

气相柱            58            齿轮              254，240

前支承轴承        60            过压阀            220，221

后支承轴承        62

具体实施方式

现在将详细地参照多个实施例，其中的一个或更多个示例示于各个附图中。每个示例都以对发明进行解释的方式给出，并不对本发明构成限制。例如，作为一个实施例的一部分示出或进行描述的特征能够用于其它实施例或者结合其它实施例使用，从而产生更多的实施例。期望本发明包括这些改型以及变型。

本说明书所述的实施例包括具有液压偏航驱动系统的风力涡轮机系统，当经受大的风力时，该液压偏航驱动系统具有改进的特性。更具体地，该偏航驱动系统设计成使得液压系统中的阀可以在由阵风引起的高负载的过程中打开，使得机舱可以响应于风力或者由于风力而抵抗偏航马达施加的转矩进行移动，或者换句话说，机舱可以由于高负载而“滑移”并且因此被动地对风力做出反应。

如本说明书所使用的，术语“叶片”意在代表在相对于周围流体处于运动时提供反作用力的任何装置。如本说明书所使用的，术语“风力涡轮机”意在代表从风能产生旋转能量的任何装置，并且更具体地，代表将风的动能转化成机械能的任何装置。如本说明书所使用的，术语“风力发电机”意在代表从由风能产生的旋转能量产生电力的任何风力涡轮机，并且更具体地，代表将由风的动能转化而来的机械能转化为电力的任何风力涡轮机。如本说明书所使用的，术语“偏航驱动系统”意在代表用于除了操纵，还对风力涡轮机的机舱的偏航角进行调节的系统。如此处所使用的，术语“过压阀”意在代表适于在压力超过预定阈值时从液压系统释放压力的任何装置或系统。即，过压阀可以是机械过压阀，但也可以是例如能够通过传感器检测压力并且基于从传感器信号获得的信息对释放阀进行控制的系统。

图1是示例性风力涡轮机10的透视图。在示例性实施例中，风力涡轮机10是水平轴线风力涡轮机。或者，风力涡轮机10可以是竖直轴线风力涡轮机。在示例性实施例中，风力涡轮机10包括从支承系统14延伸的塔架12、安装在塔架12上的机舱16以及连接至机舱16的转子18。转子18包括可旋转的毂20和至少一个转子叶片22，该至少一个转子叶片22连接至毂20并且自毂20向外延伸。在示例性实施例中，转子18具有三个转子叶片22。在备选实施例中，转子18包括多于或少于三个的转子叶片22。在示例性实施例中，塔架12由钢管制成，以限定支承系统14与机舱16之间的腔(图1中未示出)。在备选实施例中，塔架12是具有任何合适高度的任何合适类型的塔架。

转子叶片22围绕毂20间隔设置，以便于使转子18旋转，从而使来自风的动能能够转换成可用的机械能，并且接着转换成电能。通过将叶片根部24在多个负载传递区域26连接至毂20，转子叶片22配合至毂20。负载传递区域26具有毂负载传递区域和叶片负载传递区域(二者均未在图1中示出)。在转子叶片22上产生的负载通过负载传递区域26传递至毂20。

在一个实施例中，转子叶片22具有处于从大约15米(m)至大约91m的范围内的长度。或者，转子叶片22可以具有使风力涡轮机10能够如本说明书所述地起作用的任何合适的长度。例如，叶片长度的其它非限制性示例包括10m或小于10m、20m、37m或者大于91m的长度。随着风从方向28撞击转子叶片22，转子18围绕旋转轴线30进行旋转。随着转子叶片22进行旋转并且经受离心力，转子叶片22也经受多个力和力矩。这样一来，转子叶片22可以自中立的或者非偏转的位置偏转和/或旋转至偏转位置。

此外，转子叶片22的桨距角或叶片桨距，即判定转子叶片22相对于风的方向28的投影的角度，可以通过桨距调节系统32进行改变，以通过调节至少一个转子叶片22相对于风矢量的角位置而对风力涡轮机10产生的负载和电力进行控制。示出了用于转子叶片22的变桨轴线34。在风力涡轮机10的操作过程中，桨距调节系统32可以改变转子叶片22的叶片桨距，使得转子叶片22可以移动至顺桨位置(feathered position)，使得至少一个转子叶片22相对于风矢量的投影(perspective)提供了朝向风矢量进行定向的转子叶片22的最小表面积，从而有利于减小转子18的转速并且/或者有利于转子18的停转。

在示例性实施例中，每个转子叶片22的叶片桨距都由控制系统36单独进行控制。或者，所有转子叶片22的叶片桨距可以由控制系统36同时进行控制。此外，在示例性实施例中，随着方向28发生变化，可以围绕偏航轴线38对机舱16的偏航方向进行控制，以相对于方向28定位转子叶片22。

在示例性实施例中，控制系统36示为在机舱16内处于中心位置，但是，控制系统36可以是遍及风力涡轮机10、位于支承系统14上、位于风力发电厂内和/或位于远程控制中心的分布式系统。控制系统36包括处理器40，处理器40构造成执行本说明书所述的方法和/或步骤。此外，许多本说明书所述的其它部件包括处理器。如本说明书所使用的，术语“处理器”并不限于本领域内称作计算机的集成电路，而是广义地指控制器、微型控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路以及其它的可编程电路，并且这些术语在本说明书中是可以互换使用的。应当理解，处理器和/或控制系统还能包括存储器、输入通道和/或输出通道。

在本说明书所述的实施例中，存储器可以不具有限制意义地包括例如随机存取存储器(RAM)的计算机可读介质以及例如闪速存储器的计算机可读非易失性介质。或者，也可以使用软盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)和/或数字通用光盘(DVD)。同样，在本说明书所述的实施例中，输入通道不具有限制意义地包括传感器以及/或者例如鼠标和键盘的与操作者接口相关的计算机外围设备。此外，在示例性实施例中，输出通道可以不具有限制意义地包括控制装置、操作者接口监视器和/或显示器。

本说明书所述的处理器对由多个电气装置和电子装置传输的信息进行处理，多个电气装置和电子装置可以不具有限制意义地包括传感器、致动器、压缩机、控制系统和/或监测装置。这些处理器可以物理地位于例如控制系统、传感器、监测装置、桌面计算机、膝上型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)柜和/或分布式控制系统(DCS)柜中。RAM和储存装置对将由处理器执行的信息和指令进行储存和传送。RAM和储存装置还能够用于在处理器执行指令的过程中储存并且向处理器提供临时变量、静态(即不发生改变的)信息和指令或者其它的中间信息。所执行的指令可以不具有限制意义地包括风力涡轮机控制系统控制命令。指令的执行顺序并不限于硬件电路和软件指令的任何具体结合。

图2是风力涡轮机10的一部分的放大剖视图。在示例性实施例中，风力涡轮机10包括机舱16和毂20，毂20可旋转地连接至机舱16。更具体地，毂20通过转子轴44(有时称作主轴或低速轴)、齿轮箱46、高速轴48和连接件50连接至位于机舱16内的发电机42。在示例性实施例中，转子轴44设置成与纵向轴线116共轴。转子轴44的旋转可旋转地驱动齿轮箱46，齿轮箱46接着驱动高速轴48。高速轴48通过连接件50可旋转地驱动发电机42并且高速轴48的旋转有利于通过发电机42产生电力。齿轮箱46和发电机42由支承件52和支承件54进行支承。在示例性实施例中，齿轮箱46利用双重路径几何结构驱动高速轴48。或者，转子轴44通过连接件50直接连接至发电机42。

机舱16还包括偏航驱动机构或偏航马达244，偏航驱动机构和偏航马达244可以用于使机舱16和毂20在偏航轴线38(示于图1中)上旋转，以控制转子叶片22相对于风的方向28的投影。机舱16还包括至少一个气相柱58，气相柱58包括风向标和风速计(均未示于图2中)。柱58向控制系统36提供可以包括风向和/或风速的信息。在示例性实施例中，机舱16还包括主前支承轴承60和主后支承轴承62。

前支承轴承60和后支承轴承62有利于转子轴44的径向支承和对齐。前支承轴承60在毂20附近连接至转子轴44。后支承轴承62在齿轮箱46和/或发电机42附近设置在转子轴44上。或者，机舱16包括能够使风力涡轮机10如本说明书所公开地起作用的任何数目的支承轴承。转子轴44、发电机42、齿轮箱46、高速轴48、连接件50及任何相关的紧固件、支承件以及/或者包括但不限于支承件52和/或支承件54的固定装置以及前支承轴承60和后支承轴承62，有时称作传动系(drive train)64。

在示例性实施例中，毂20包括桨距组件66。桨距组件66包括一个或更多个桨距驱动系统68和至少一个传感器70。每个桨距驱动系统68都连接至相应的转子叶片22(示于图1中)，以用于沿变桨轴线34对相关的转子叶片22的叶片桨距进行调整。三个桨距驱动系统68中只有一个示出在图2中。

在示例性实施例中，桨距组件66包括连接至毂20以及相应的转子叶片22(示于图1中)的至少一个桨距轴承72，以用于使相应的转子叶片22围绕变桨轴线34旋转。桨距驱动系统68包括桨距驱动马达74、桨距驱动齿轮箱76和桨距驱动小齿轮78。桨距驱动马达74连接至桨距驱动齿轮箱76，使得桨距驱动马达74向桨距驱动齿轮箱76施加机械力。桨距驱动齿轮箱76连接至桨距驱动小齿轮78，使得桨距驱动小齿轮78通过桨距驱动齿轮箱76带动进行旋转。桨距轴承72连接至桨距驱动小齿轮78，使得桨距驱动小齿轮78的旋转使桨距轴承72进行旋转。更具体地，在示例性实施例中，桨距驱动小齿轮78连接至桨距轴承72，使得桨距驱动齿轮箱76的旋转使桨距轴承72和转子叶片22围绕变桨轴线34旋转，以改变叶片22的叶片桨距。

桨距驱动系统68连接至控制系统36，以用于根据从控制系统36接收的一个或更多个信号对转子叶片22的叶片桨距进行调节。在示例性实施例中，桨距驱动马达74是能够使桨距组件66如本说明书所述地起作用的由电力和/或液压系统进行驱动的任何合适的马达。或者，桨距组件66可以包括任何合适的结构、构造、布置以及/或者例如但不限于液压缸、弹簧和/或伺服机构的部件。此外，桨距组件66可以由例如但不限于液压流体的任何合适的装置，以及/或者例如但不限于感应弹簧力和/或电磁力的机械动力进行驱动。在某些实施例中，桨距驱动马达74由从毂20的转动惯量和/或向风力涡轮机10的部件供给能量的储存能源(未示出)提取的能量进行驱动。

桨距组件66还包括一个或更多个超速控制系统80，以用于在转子超速过程中对桨距驱动系统68进行控制。在示例性实施例中，桨距组件66包括至少一个超速控制系统80，该至少一个超速控制系统80可通信地连接至相应的桨距驱动系统68，用以独立于控制系统36对桨距驱动系统68进行控制。在一个实施例中，桨距组件66包括多个超速控制系统80，多个超速控制系统80中的每个都可通信地连接至相应的桨距驱动系统68，以独立于控制系统36对相应的桨距驱动系统68进行操作。超速控制系统80还可通信地连接至传感器70。在示例性实施例中，超速控制系统80通过多个电缆82连接至桨距驱动系统68以及传感器70。或者，超速控制系统80可使用任何合适的有线和/或无线通信装置可通信地连接至桨距驱动系统68以及传感器70。在风力涡轮机10的正常操作过程中，控制系统36对桨距驱动系统68进行控制以调节转子叶片22的桨距。在一个实施例中，当转子18在转子超速过程中进行操作时，超速控制系统80取代控制系统36，使得控制系统36不再对桨距驱动系统68进行控制，而超速控制系统80对桨距驱动系统68进行控制以使转子叶片22移动至顺桨位置(feathered position)，从而减慢转子18的旋转。

电力发电机84连接至传感器70、超速控制系统80以及桨距驱动系统68，以向桨距组件66提供动力来源。在示例性实施例中，在风力涡轮机10的操作过程中，电力发电机84向桨距组件66提供连续的动力来源。在备选实施例中，在风力涡轮机10的电力损失事件中，电力发电机84向桨距组件66提供动力。电力损失事件可以包括电网损失、涡轮机电气系统的失灵和/或风力涡轮机控制系统36的故障。在电力损失事件中，电力发电机84起作用，以向桨距组件66提供电力，使得桨距组件66能够在电力损失事件中进行操作。

在示例性实施例中，桨距驱动系统68、传感器70、超速控制系统80、电缆82以及电力发电机84均位于由毂20的内表面88限定的腔86中。在具体实施例中，桨距驱动系统68、传感器70、超速控制系统80、电缆82以及/或者电力发电机84直接或间接地连接至内表面88。在备选实施例中，桨距驱动系统68、传感器70、超速控制系统80、电缆82以及电力发电机84相对于毂20的外表面90进行定位，并且可以直接或间接地连接至外表面90。

图3示出了用于风力涡轮机的偏航驱动系统的示例性实施例。该系统包括液压偏航马达244，以用于围绕偏航轴线38对风能系统的机舱16(示于图1和图2中)的偏航角进行调节。为此目的，马达244驱动齿轮254，齿轮254与刚性地连接至风力涡轮机的塔架12(示于图2中)的大齿轮240(示于图2中)相配合。液压泵210通过管路212、214向马达244提供加压液压流体(未示出)。如果泵在使用中，则管路212、214中的加压流体将使马达244转动，并且马达将通过齿轮254使机舱相对于刚性地固定至风力涡轮机的塔架12的齿轮240进行运动。因此，可以改变风力涡轮机的机舱相对于风力涡轮机的塔架的偏航角，并且可以将其上安装有转子的机舱调节成面向风的方向。泵210典型地由承担液压流体的贮存器的罐216进行供给。在液压流体流过马达之后，液压管路218引导液压流体从马达244回到罐216中。

过压阀220位于连接泵210和马达244的管路212、214之间。该阀典型地适于使得其并不影响、或者仅仅不显著地影响液压流体通过管路212、214从泵至马达的流动。该阀进一步适于使得如果管路212、214中的流体的压力超过某个预定值(在下文中也称作阈值)，则阀打开并且通过管路222释放过压。过压阀220位于液压泵与液压马达之间的液压流体的流动路径中。

在液压马达244使机舱16转动的过程中，如果出现并不垂直地和对称地对转子产生影响的强阵风，则转子18将在机舱16上施加高转矩并且将尝试使机舱16转动。存在一些在偏航系统中产生尤其高的转矩的负载情况。首先，高负载可能是对风力涡轮机的紧急停止做出的反应，尤其是对如果所有叶片的桨距角没有同时减小时做出的反应。如果在停止过程中，至少一个转子叶片的桨距角仍然显著大于其他叶片的桨距角，则可能在机舱上出现可能为正常操作条件下的偏航驱动转矩的5倍的强转矩，从而可能在偏航驱动系统上出现可能为正常操作条件下的偏航驱动转矩的5倍的强转矩。此外，由于阵风是典型地限于局部区域的现象，因此阵风可能仅作用在转子的一侧上。在这种情况下，转子的一侧受到明显较高的风力的影响，从而同样在偏航驱动系统中引起了高负载。由于在调节过程中，马达通常是防止机舱16围绕其偏航轴线38自由地进行旋转的唯一装置，因此这种影响机舱的转矩最终导致作用在马达244上的转矩。为了更好的理解，应当注意到，所有描述成由于高负载而存在问题的场景都涉及这样的情况：在这些情况中，风施加在机舱上的转矩与偏航驱动系统所施加的用于使机舱-转子系统转动的转矩方向相反。在相反情况中，风引起的转矩沿与马达转矩相同的方向进行作用。由于马达接着在某种程度上得到风引起的转矩的帮助，因此该相反情况通常是非临界(non-critical)的。

在示例性实施例中，风引起的转矩作用在马达244上、并且因此引起液压系统中压力的增大。如果压力达到预定值，则过压阀220打开并且通过管路222释放压力。因此，机舱可以沿与其先前通过马达244进行移动的方向相反的方向进行移动，从而使机舱相对于偏航马达的转矩滑移。除了滑移，在打开的过压阀的促动下，机舱甚至还可以抵抗偏航马达施加的转矩转动例如达到180°的相当大的角度。在阵风结束之后，液压系统中的压力减小，并且过压阀220关闭。因此，马达244将沿初始方向继续对机舱16进行驱动。当然，偏航驱动系统接着必须首先使机舱转动回到滑移事件之前的位置，并且接着继续使机舱转动至这样的角位置：该角位置是调节过程的初始目标。

阀220的阈值压力典型地达到超过风力的程度，该风力在单独的风力涡轮机之间变化显著。作为非限制性示例的范围，过压阀220可以适于在这样的条件下打开：在偏航调节过程中，速度为大约15m/s至25m/s，更典型地为17m/s至23m/s的水平阵风以相对于转子的旋转轴线成45度的角度作用在风力涡轮机的转子上。

在阵风过程中存在至少两种不同的操作情况，其不同之处在于阵风将转矩施加在机舱上所沿的方向。如果阵风所施加的转矩与马达244使机舱转动所沿的方向相反，则适用上述场景。换句话说，如果阵风阻碍了由马达引起的机舱的移动。由于马达必须在承受由阵风引起的导致管路212、214中压力增大的转矩的条件下工作，因此这是过压阀将打开的典型情况。在其它可能的情况中，阵风使机舱沿与马达244转动机舱的方向相同的方向进行转动。在这种情况下，系统的反应在很大程度上取决于液压系统的构造以及所使用的泵和马达的类型。在实施例中，应用了额外的制动系统，使得在偏航调节过程中，可以在阵风沿与马达相同的方向作用时阻止机舱转动过快。

过压阀打开时所处的压力的阈值或限值在很大程度上取决于单独的使用情况，具体而言，取决于风力涡轮机的尺寸以及所使用的液压泵和马达系统的具体类型。作为非限制性示例，如果液压泵以300巴(bar)的标准压力传输液压流体，则阈值可以设定成330巴至500巴，更典型地，设定为从350巴至450巴。在其它实施例中，阈值可以是从50至500巴。

液压泵210和液压马达244都既可以属于流体动力学类型也可以属于流体静力学类型。作为非限制性示例，泵可以是齿轮泵、径向活塞泵或者轴向活塞泵，而马达可以是齿轮马达和叶片马达、轴向柱塞马达或径向柱塞马达。不同类型的马达和泵的优点及其如何彼此结合对于本领域内技术人员而言是公知的。

根据所选择的液压马达的类型，马达的移动方向通过马达中的内部机构进行改变；在这种情况下，只使用一个从泵至马达的压力管路，该压力管路装备有过压阀220。其它类型的马达要求各个方向都具有一个供给液压供给管路(feed hydraulic feed line)，并且移动方向取决于用作供给管路的管路。为了选择移动方向，阀(未示出)典型地用于在两个管路中的任意一个之间进行切换。本说明书所述的实施例能够使用任意一种类型。为了举例说明的目的，假设的两个管路中只有一个示于附图中，并且未示出切换阀。在如上文所述的具有两个供给管路的应用中，必须认为附图中的每个供给管路212、214都代表双管路，并且在这种情况下，每个双管路都具有其自身的过压阀220。尽管为了举例说明的目的，本说明书所述的所有实施例都示为具有从液压泵至液压马达的单管路，但是需要强调的是，所述的实施例同样代表具有双供给管路的实施例，各个供给管路用于各个移动方向。此外，需要强调的是，在所述实施例中，液压马达包括用于改变移动方向的机构，并且这些机构为了举例说明的目的而没有示出。本领域技术人员将理解哪些标准方法和细节为了举例说明的目的而没有示于附图中，并且将使用自己的标准知识对其进行增加。

图4示出了另一个实施例。其中，第二过压阀221设置在从液压马达244导入罐216的管路218中。当过压阀221在超过其阈值压力打开时，过剩压力通过管路223释放到罐216中。这一构造在例如罐216从2巴的压力加压至50巴的压力的实施例中可能是有用的，更典型地，在罐216从5巴加压到30巴的实施例中可能是有利的。因此，过压阀221典型地调节成在与罐中的压力相等的压力下打开。

图5示出了又一个实施例，其中利用了多个液压马达244。在该实例中，描述了两个马达，但是实施例可以包括更高数量的马达，例如三个、四个或者五个，或者具体情况下技术上行得通的任何数目。在这种情况下，管路214在离开泵210之后分为与马达数目相等的多个管路。

图6示出了液压偏航驱动系统的再一个示例性实施例的示意图。其基于图4所示的具有两个过压阀220、221的实施例。在图6所示的示例性实施例中，偏航马达224是流体静力学马达，并且系统进一步装备有能够在完全打开状态与关闭状态之间进行切换的两个切换阀228、230。一个切换阀位于过压阀220的上游，而另一个切换阀228位于过压阀221与罐216之间。切换阀间接地用作固定元件，以阻碍机舱围绕偏航轴线38进行移动。当两个切换阀都关闭时，由于切换阀阻塞了流动，因此封装在管路213、214、218、219以及偏航马达244中的液压流体不能沿任一方向流动。因此，由于关闭的切换阀不允许液压流体通过偏航马达244流动，也就意味着流体静力学马达不能围绕偏航轴线38进行转动，并且因此机舱不能围绕偏航轴线38进行转动，从而阻碍了机舱围绕其偏航轴线38进行转动。因此，图6所示的系统用作用于机舱的一种固定制动。

上述系统和方法有利于产生成本和尺寸减小的偏航驱动系统，从而代替或取代尺寸巨大的常规偏航驱动系统。此外，一些本说明书所述的偏航驱动系统的实施例可以支持或代替常规制动系统，例如盘形制动。

本说明书对用于风力涡轮机的偏航驱动系统的系统和方法的示例性实施例进行了详细描述。该系统和方法并不限于本说明书所述的具体实施例，相反，可以与本说明书所述的其它部件和/或步骤独立地和单独地利用系统的部件和/或方法的步骤。此外，能够结合许多其它的转子叶片应用来实施和利用这些示例性实施例。

尽管本发明的各个实施例的具体特征可能会示于一些附图中而未示于其他附图中，但这仅仅是为了方便起见。根据本发明的原理，一个附图中的任何特征都可以结合任何其它附图的任何特征进行参考以及/或者要求保护。

本说明书使用示例对本发明进行了公开，其中包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实施本发明，其中包括制造和使用任何装置或系统并且执行所包含的任何方法。尽管本说明书已经对多个具体实施例进行了公开，但是本领域技术人员将认识到，权利要求的精神和范围允许同样有效的改型。特别是，上文所述的实施例的互相不排它的特征可以彼此结合。本发明的专利范围通过权利要求进行限定，并且可以包括本领域技术人员能够想到的其他示例。如果这些其它的示例包括与权利要求的字面语言没有区别的结构元件，或者如果这些其它的示例包括与权利要求的字面语言没有实质区别的等同结构元件，则期望这些其它的示例落入权利要求的范围中。

Claims (10)

1.一种用于风能系统的偏航驱动系统，其包括：

一个液压偏航马达，所述液压偏航马达用于调节风能系统的机舱的偏航角；

一个液压泵，所述液压泵适于提供加压液压流体；

一个液压管路系统，所述液压管路系统包括连接所述液压泵和所述液压偏航马达的第一管路；以及，

一个过压阀；

其中，所述过压阀连接到所述液压泵与所述液压马达之间的液压流体的流动路径。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述过压阀适于在这样的情况下打开：如果所述液压泵与所述液压马达之间的流动路径中的压力超过预定值。

3.根据权利要求1或2所述的偏航驱动系统，其特征在于，其进一步包括：

一个液压罐，所述液压罐通过一个第二管路连接至所述液压泵；以及，

一个第三管路，所述第三管路连接所述液压偏航马达和所述液压罐。

4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述预定值为从50巴至500巴。

5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述液压泵是一个流体动力学泵或一个流体静力学泵，并且所述液压马达是一个流体动力学马达或一个流体静力学马达。

6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述至少一个泵是齿轮泵、径向活塞泵或轴向活塞泵，并且所述至少一个马达是叶片马达、轴向柱塞马达或径向柱塞马达。

7.根据权利要求3至6所述的系统，其特征在于，所述罐利用从大气压力至30巴的压力进行加压。

8.一种风力涡轮机，所述风力涡轮机包括根据前述权利要求中任一项所述的系统。

9.一种用于改变风力涡轮机的机舱的偏航角的方法，所述方法包括以下步骤：提供偏航驱动系统，所述偏航驱动系统包括：一个液压偏航马达，所述液压偏航马达用于调节风能系统的机舱的偏航角；一个液压泵，所述液压泵适于提供加压液压流体；一个液压管路系统，所述液压管路系统包括连接所述液压泵和所述液压偏航马达的管路；以及，一个过压阀；其中，所述过压阀连接到所述液压泵与所述液压马达之间的液压流体的流动路径；以及，对所述液压偏航马达进行致动，从而改变所述机舱的偏航角。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：

当所述至少一个液压泵与所述至少一个液压马达之间的流动路径中的压力超过预定值时，打开所述至少一个过压阀；以及，

关闭位于所述液压罐与所述液压马达之间的流动路径中的切换阀。

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