CN102725521A - 风力涡轮机辅助驱动系统的锁定装置 - Google Patents

Abstract

一种用于驱动风力涡轮机部件的辅助驱动系统，该驱动系统包括马达、可操作地与所述马达连接的传动装置、以及致动器，所述致动器可操作地与所述传动装置连接以致动所述部件，其中该辅助驱动系统还设置有一个或更多个锁定件，所述一个或更多个锁定件能够与所述传动装置的部件互锁，从而锁定辅助驱动系统。

Description

风力涡轮机辅助驱动系统的锁定装置

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮机辅助驱动系统。

背景技术

现代的风力涡轮机通常用于将电力输送到电网中。这种风力涡轮机通常包括带有旋翼桨毂的转子以及多个叶片。在刮在叶片上的风力影响下转子被调整为旋转状态。转子轴的旋转直接驱动发电机转子或通过使用齿轮箱来驱动发电机转子。

通常设置在风力涡轮机上的两种重要的辅助系统是变桨系统（pitch system）和偏航系统。

使用变桨系统来调整风力涡轮机叶片的位置以适应变化的风力条件。在这方面，当风速增加时以产生更小的提升力（和拉力）的方式使风力涡轮机叶片旋转，这是公知的。以这种方式，即使风速增加，由转子传递给发电机的扭矩保持基本相同。另外，当风速增加时朝风力涡轮机叶片的停转位置旋转风力涡轮机叶片（以减小叶片上的提升力），这也是公知的。这些风力涡轮机有时被称之为“主动失速”风力涡轮机。当涡轮机暂时停转或由于例如进行维护而停止运行时，变桨可以另外用于朝旋转叶片的翼位置旋转叶片。

变桨系统通常包括电动马达或液压马达，电动马达或液压马达通过使用减速传动装置（有时称之为“减速器”或“减速驱动器”）来驱动致动齿轮。所述致动齿轮与设置在风力涡轮机叶片上的环形齿轮啮合，以将风力涡轮机叶片调整为旋转状态。但是，由变桨马达操作的其他致动机构也是公知的。

另外，针对转子的每一风力涡轮机叶片设置单独的变桨系统（包括单独的马达和单独的控制），这是公知的。设置共用的变桨系统，其中，转子上的所有叶片的俯仰角度都是相同的，这也是公知的。这种共用的变桨系统可包括一个单一马达或可包括多个马达，每一马达对应每一叶片。

如前所述，风力涡轮机上的辅助驱动系统的另一个例子是偏航驱动系统。在偏航驱动系统中，通常，带有合适的减速器的多个（电动或液压）马达用于驱动齿轮，所述齿轮与连接到发动机舱或风力涡轮机塔上的环形齿轮啮合。发动机舱从而沿风向或背离风向绕塔的纵轴线旋转。在一些公知的风力涡轮机中，设置有四个分离的偏航马达。在其他公知的风力涡轮机中，设置有六个分离的偏航马达。由于冗余原因设置所述的多个偏航马达。即使一个或更多个偏航马达中止运转，风力涡轮机仍能安全运行。设置多个偏航马达的另一个好处是可减小环形齿轮上的局部磨损。

周期性维护要求检查变桨系统和/或偏航系统。另外，有时偏航系统或变桨系统的部件需要被置换和/或维修。在这些情况下，风力涡轮机停转并脱离运行。维护人员可到塔上面根据计划进行维护或检查。原则上，在这种状态下通过设置在偏航马达和变桨马达上的制动器来阻止偏航马达和变桨马达旋转。但是，强阵风可引起风力涡轮机叶片和/或发动机舱缓慢旋转。这会使正在进行维护的维护人员处于危险情形中。因此，在相关的技术标准中通常要求设置用于这两种系统的附加机械锁定系统。

在这方面，维护人员携带机械锁定构件到塔上面，这是公知的。所述的机械锁定构件然后以使得锁定构件与设置在风力涡轮机叶片内的环形齿轮啮合的方式临时安装在风力涡轮机叶片中。以这种方式，叶片可被安全地锁定就位。这种布置方式的一个缺点是：安装（和卸掉）锁定构件可能需要大量时间，从而使得维护成本更高昂。另一个缺点是：维护人员必须将十分重的锁定构件和附带的工具从一个风力涡轮机带到另一个涡轮机上。另外，维护人员可能会遗忘一些或所有锁定构件及附带的工具，从而有时就必须推迟维护工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种风力涡轮机辅助系统，该系统至少部分减少上述缺点。

在第一方面，本发明提供了一种用于驱动风力涡轮机部件的辅助驱动系统，该辅助驱动系统包括马达、可操作地与所述马达连接的传动装置以及致动器，该致动器可操作地与所述传动装置连接以致动所述部件，其中所述辅助驱动系统还设置有一个或更多个锁定件，所述一个或更多个锁定件可与所述传动装置的部件互锁以锁定所述辅助驱动系统。

在这方面中，由于锁定件可与传动装置（不是直接与风力涡轮机部件）互锁，因而该锁定件可相对容易地与传动装置组合成一体。由于锁定件必须承受的载荷相对较低，因而通常可减小该锁定件的尺寸。

在优选实施例中，所述一个或更多个锁定件包括锁定元件，所述锁定元件可位于第一位置和第二位置上，在第一位置该锁定元件与所述传动装置的部件互锁以锁定辅助驱动系统，在第二位置该锁定元件不与所述传动装置互锁。在这些实施例中，所述一个或更多个锁定件可基本设置在传动装置壳体的外侧上；其中所述锁定元件穿过所述壳体以与所述传动装置的部件互锁。在这些实施例中，更优选的情况为：，锁定件固定安装在所述壳体上。在这些实施例中特别容易锁定风力涡轮机部件：维护人员仅需将锁定元件的位置从第二位置切换到第一位置，就可安全地进行维护工作。另外，因为锁定件固定安装在风力涡轮机上，因而维护人员不会遗忘锁定件。很显然，在本发明的范围内，锁定件和锁定元件可以采用任何合适的结构形式。

在本发明的一个方面中，传动装置包括减速传动装置。风力涡轮机中的辅助驱动系统通常包括马达，该马达通过减速传动装置可操作地连接到致动器上，该减速传动装置将低扭矩的高速旋转转变为高扭矩的低速旋转。在某些实施例中，减速传动装置包括附加轮盘，以使所述一个或更多个锁定件可与所述附加轮盘互锁。在优选实施例中，所述附加轮盘设置在减速传动装置的第一传动级处。减速传动装置的第一传动级（如果包括多传动级）处的扭矩最小，从而使得锁定件需要承受减小的载荷，并仍能安全地锁定住风力涡轮机部件。

所述附加轮盘例如可包括凹口，其中锁定元件可进入这种凹口中以锁定该附加轮盘，由此将驱动系统锁定就位。在这些实施例中锁定元件例如可采用销或活塞或柱塞的结构形式。

在其他实施例中，所述附加轮盘可具有齿，以使锁定元件可与所述齿啮合，从而锁定所述附加轮盘，由此将驱动系统锁定就位。所述附加轮盘例如可以是齿轮，该齿轮不与其它齿轮啮合，但仅具有如下作用：在需要将驱动系统锁定就位时，该齿轮与锁定件互锁。因为对于传递贯穿所述传动装置的扭矩而言，该轮盘并不是必须的，因而该轮盘可被认为是“附加的”。在本发明的这些实施例中，附加轮盘的主要作用是与锁定件相互配合。

不管致动器、传动装置以及与传动装置连接的马达的瞬时位置如何，为了确保驱动系统可被安全地锁定，可以采用如下几种布置方式：可设置多个锁定件与单一的轮盘相结合；可设置单一的锁定件与多个轮盘相结合；可设置多个锁定件与多个轮盘相结合；可设置单一的锁定件与单一的轮盘相结合。所述轮盘还可包括一排或更多排凹口或齿。所述锁定件还可包括一个或更多个锁定元件。

在某些实施例中，马达是电动马达。在其他实施例中，马达例如可以是液压马达。

在本发明的一个方面中，所述辅助驱动系统是风力涡轮机变桨系统。根据本发明的辅助驱动系统可使用在变桨系统中，而不论其是共同的变桨系统还是单独的变桨系统、还是主动失速系统或其他系统。在某些实施例中，风力涡轮机变桨系统还可包括附加的临时锁定构件，该锁定构件可以下列方式临时安装：使锁定构件与风力涡轮机叶片上的传动装置互锁。对于大多数维护目的而言，可与变桨系统的传动装置互锁的锁定件足以将风力涡轮机叶片锁定就位。但是，在某些情况下，必须对传动装置本身进行维护。为了进行此种维护，可设置附加的锁定构件。

在本发明的另一方面，所述辅助驱动系统是风力涡轮机偏航系统。风力涡轮机通常可包括多个偏航马达如四个或六个马达。为了在维护期间将发动机舱锁定就位，可致动所述多个偏航马达的一个或更多个锁定件。

附图说明

下面仅通过非限制性的例子，参照附图来描述本发明的具体实施方式，附图如下：

图1a-1c示出了根据本发明的辅助驱动系统的第一实施例；

图2a和2b示出了根据本发明的辅助驱动系统的第二实施例；

图3示出了根据本发明的辅助驱动系统的第三实施例；

图4a和4b示出了根据本发明的辅助驱动系统的第四实施例；

图5a和5b示出了根据本发明的辅助驱动系统的第五实施例；

图6a-6c示出了可与本发明结合使用的附加锁定构件。

具体实施方式

图1a示出了根据本发明的辅助驱动系统的第一实施例。图1a所示的辅助驱动系统例如可以是变桨驱动系统或偏航驱动系统。该驱动系统包括马达200。马达200通常是电动马达，但是也可使用任何其它类型马达如液压马达。马达200的输出轴205与减速传动装置100的第一传动级110连接。该实施例中的减速传动装置100包括三个传动级：第一传动级110、第二传动级120和第三传动级130。

第一传动级110包括太阳齿轮111，该太阳齿轮由马达200的输出轴205驱动。太阳齿轮111与行星齿轮112啮合，该行星齿轮进而又与固定在减速器壳体140内的环形齿轮113啮合。行星齿轮112与行星齿轮架114连接，从而该行星齿轮架将扭矩传递给第二传动级太阳齿轮121。减速传动装置的第二传动级120和第三传动级130分别包括行星齿轮122、132、环形齿轮123、133以及行星齿轮架124、134。第三传动级行星齿轮架134可操作地连接到一致动器上。有利地，所述致动器可以是小齿轮。在变桨系统情况下，所述小齿轮可与设置在风力涡轮机叶片上的环形齿轮啮合以将叶片调整至旋转状态。在偏航驱动系统的情况下，所述小齿轮可与设置在塔上或发动机舱上的环形齿轮啮合以使发动机舱相对于塔的纵轴线旋转。

减速传动装置的应用目的是将马达200的输出轴205的相对快速旋转转变为致动器的低速旋转。同时，输出轴205的相对扭矩的旋转被转变成致动器的更高扭矩的旋转。在本发明的范围内，可以改变减速传动装置的传动级数、以及所使用的传动装置的类型（如并行式、外摆线式、锥形形式）。

在图1的实施例中，减速传动装置100的第一传动级设置有附加轮盘150，该附加轮盘连接到第一传动级太阳齿轮111。另外，为了能够将风力涡轮机部件安全地锁定就位而设置有锁定件300。所述锁定件300能够位于某位置，在该位置所述锁定件与所述附加轮盘150互锁以锁定辅助驱动系统。第一个优点是：锁定件300自身的尺寸可相对较小、重量可相对较轻。减速传动装置的该传动级的扭矩较低。相对小的锁定件300从而可确保锁定住风力涡轮机部件。相对于现有技术而言，该实施例的第二个优点是：锁定件可固定安装在减速传动装置的壳体140上。从而不会遗忘所述锁定件300，并且不需要每次维护时都要安装和卸掉所述锁定件300。

在该实施例中，环绕附加轮盘150的外周设置有多个凹口153。在锁定件300的“锁定”位置，该锁定件的锁定元件350穿过减速传动装置的壳体140，然后进入所述凹口153之一，从而将减速传动装置100、马达200和风力涡轮机部件安全地锁定就位。

在该实施例中，附加轮盘150与太阳齿轮111一起形成为一个整体式元件。在其他实施例中，它们可形成为能够以合适方式相互固定在一起的两个单独的部件。例如，所述附加轮盘可与一轴套一起安装在马达输出轴上，而马达轴则连接至减速传动装置的第一传动级。也可以采用其他布置形式。

在图1a中，还示出了锁定件300位于其“解锁”位置。锁定件300可采用各种形式。一种选择形式（如图1c所示）是：锁定件300设置有环形物310，从而可将锁定件从解锁位置旋转到锁定位置，反之亦然。可设置槽口330，该槽口可与设置在所述环形物上的插入件320相匹配。环形物310还可设置有合适的弹性机构。最后，锁定件300还包括锁定元件350，该锁定元件与设置在轮盘150上的凹口153互锁。所述锁定元件350可采用任何合适形式：锁定元件例如可以是销、活塞或柱塞。锁定元件还可以具有圆环形、矩形或任何其他形状截面，只要锁定元件可与凹口153互锁即可。在所示出的实施例中，销350进入凹口153中。但是，在可供选择的实施例中，可设置销或其他元件而与两凹口以及轮盘在这两凹口之间的部分相匹配。

在该实施例中，示出了锁定件300包括环形物310，该环形物带有合适的弹性机构。但是，在本发明的范围内，可使用任何其他的合适机构。优选地，锁定件也可以某种方式被固定在“锁定”或“解锁”位置上。在这方面，可避免下述情况发生：在维护人员没有直接介入的情况下，锁定元件350自动地位于某位置处。

图2示出了根据本发明的辅助驱动系统的可供选择的实施例。在该实施例中，附加轮盘150设置有多个齿155（而不是如图1的实施例所述的多个凹口153）。锁定件300的销350在其“锁定”位置与所述齿155啮合。

在图2中，还示出了第二锁定件400设置在减速传动装置壳体140的外侧上。在这方面，可以确保：无论锁定件300，400的瞬时位置如何，通过合适布置锁定件300、400，并且通过合适确定锁定件300、400与齿155的尺寸，可使锁定件300或400位于“锁定”位置上并与齿155啮合。参照图2b所示的尺寸A、B和C，如果这些尺寸满足下列条件：A≥B+2C；并且如果两锁定件相对于彼此合适布置，则可保证两锁定件中的至少一个可与齿155啮合。

图3示出了根据本发明的辅助驱动系统的另一实施例。锁定件500包括两个销540和560。不管轮盘的瞬时位置如何，从而也不管驱动系统的致动器的瞬时位置如何，销540和560之一可在其“锁定”位置与轮盘150上的齿155互锁。

图4a示出了根据本发明的辅助驱动系统的另一实施例。设置有单独的附加轮盘150，但是该附加轮盘包括两排凹口153和157。锁定件600包括两个销640和660。以如下方式布置凹口153和157使得：无论轮盘的瞬时位置如何，销640，660之一能进入设置在轮盘上的凹口中。图4b示出了锁定件600位于“解锁”位置和“锁定”位置上。

图5a和5b示出了根据本发明的辅助驱动系统的另一实施例。附加轮盘包括两排凹口153、157。锁定件700偏心地安装在壳体140上，从而根据情况而使得该锁定件的销750可与凹口153对准，同样根据情况也可与凹口157对准（比较图5a和5b）。无论轮盘150的瞬时位置如何，通过对偏心安装的锁定件700重新定位，则可使该锁定件的销750总能与一凹口互锁。附图标记770表示环绕锁定件700设置的密封件。

在图4和5中，单独的轮盘设置有两排凹口。但是请注意：在本发明的其他实施例中，可设置两个分开的轮盘，每个轮盘设置有一排凹口。可供选择地，很显然可用齿替代凹口，而不会改变锁定系统的功能。

图6a和6b示出了风力涡轮机叶片的变桨系统。该变桨系统包括变桨马达200，该变桨马达通过合适的传动装置100可操作地与变桨致动器（传动小齿轮60）连接。传动小齿轮60与设置在风力涡轮机叶片上的环形齿轮45啮合。风力涡轮机叶片由变桨支撑件30环绕其外周支撑。从而可致动变桨马达来使风力涡轮机绕其纵轴线旋转，从而实现所需的变桨位置。

无论什么时候需要将风力涡轮机叶片安全锁定就位时，可使用临时锁定构件50（进一步在图6c中示出）。所述锁定构件50包括基座57，该基座可与风力涡轮机桨毂10的一部分连接。为了达到效果，基座57位于所述桨毂上，而一保持环56位于基座顶部上。可使用中心销51来合适定位所述基座。然后可通过多个螺栓52紧固连接所述保持环56、桨毂10以及基座57。

基座57还设置有一个或更多个齿55，该齿与环形齿轮45啮合以将风力涡轮机叶片安全锁定就位。使用这种锁定构件50来锁定风力涡轮机叶片的一个缺点是：需要将该锁定构件携带到塔上、还需针对每个叶片而对该锁定构件进行安装和拆卸。安装和拆卸过程是费力的，且该锁定构件会被遗忘且该锁定构件可能较重。因而，通过图1-5示出了用于锁定工具的改进方法和系统。但是，在本发明的驱动系统自身不能用于锁定风力涡轮机部件，例如减速传动装置维护的情况下，附加的锁定构件50可与本发明的驱动系统结合使用以进行维护。

在示出的所有实施例中，减速传动装置设置有附加轮盘150以提供一种锁定所述传动装置的方式。但是，在本发明的范围内，可提供其它解决办法。例如，如果传动装置包括并行的齿系，设置一种可直接与这种传动装置啮合的锁定件是有益的。或者，实际上可通过某些形式的并行的齿系形成“附加轮盘”。

另外，尽管包括环绕轮盘的外周布置的锁定元件（如齿，槽口）的实施例在许多方面是有益的，但是在本发明的范围内，也可提供其它解决办法：例如在轮盘上设置许多通孔。

在本发明所示出的的所有实施例中，锁定件实质上与传动装置的第一传动级互锁。但是，在本发明的其他实施例中，锁定件300可被设置为与减速传动装置的第二传动级或第三传动级啮合或互锁。但是，锁定这些传动级所要求的扭矩更高。

尽管通过某些优选实施例和例子公开了本发明，但是本领域的普通技术人员将理解：本发明超出了在此具体公开的这些实施例的范围而扩展至本发明的其他可供选择的实施例和/或本发明的其他使用方式、各种改进形式以及等同形式。从而，在此公开的本发明的范围不应局限于前述具体实施例，而应仅由下面的权利要求书的合理解释来确定本发明的范围。

Claims (17)

1.一种用于驱动风力涡轮机部件的辅助驱动系统，该系统包括马达、用于致动所述部件的致动器、以及传动装置；该传动装置能够操作地与马达连接以由该马达驱动，该传动装置能够操作地与所述致动器连接以驱动该致动器，

其中，该辅助驱动系统还设置有一个或更多个锁定件，所述一个或更多个锁定件能够与所述传动装置的部件互锁以锁定所述辅助驱动系统。

2.根据权利要求1的辅助驱动系统，其中所述一个或更多个锁定件包括锁定元件，所述锁定元件能够位于第一位置和第二位置上，其中在该第一位置锁定元件与所述传动装置的部件互锁以锁定辅助驱动系统，在该第二位置，锁定元件不与所述传动装置互锁。

3.根据权利要求2的辅助驱动系统，其中所述一个或更多个锁定件大体上设置在传动装置的壳体的外侧上，其中，所述锁定元件在所述第一位置穿过所述壳体以与所述传动装置的部件互锁。

4.根据权利要求2或3的辅助驱动系统，其中所述一个或更多个锁定件与所述辅助驱动系统固定设置在一起。

5.根据权利要求1-4中的任一权利要求的辅助驱动系统，其中所述传动装置包括减速传动装置。

6.根据权利要求1-5中的任一权利要求的辅助驱动系统，其中所述传动装置包括多个传动级。

7.根据权利要求5或6的辅助驱动系统，其中所述减速传动装置包括附加轮盘，其中所述一个或更多个锁定件能够与所述附加轮盘互锁。

8.根据权利要求7的辅助驱动系统，其中所述减速传动装置包括至少两个附加轮盘，其中所述一个或更多个锁定件能够与所述附加轮盘中的至少一个轮盘互锁。

9.根据权利要求7的辅助驱动系统，其中减速传动装置的第一传动级包括所述附加轮盘。

10.根据权利要求7-9中的任一权利要求的辅助驱动系统，其中所述一个或更多个附加轮盘包括环绕该轮盘外周布置的齿或凹口，所述一个或更多个锁定件的至少一个锁定元件能够分别与所述齿或凹口互锁。

11.根据权利要求7的辅助驱动系统，其中所述辅助驱动系统包括第一锁定件和第二锁定件，所述减速传动装置包括单个的附加轮盘，其中，

在所述附加轮盘的第一位置中，所述第一锁定件能够与所述附加轮盘互锁，

在所述附加轮盘的第二位置中，所述第二锁定件能够与所述附加轮盘互锁。

12.根据权利要求12的辅助驱动系统，其中所述附加轮盘包括两排凹口或齿。

13.根据权利要求1-12中的任一权利要求的辅助驱动系统，其中所述传动装置包括至少一个行星式传动级。

14.根据权利要求1-10中的任一权利要求的辅助驱动系统，其中所述辅助驱动系统为风力涡轮机变桨系统。

15.根据权利要求11的风力涡轮机变桨系统，还包括附加的临时锁定构件，该临时锁定构件能够以如下方式临时安装：该临时锁定构件与风力涡轮机叶片上的传动装置锁定。

16.根据权利要求1-10中的任一权利要求的辅助驱动系统，其中所述辅助驱动系统是风力涡轮机偏航系统。

17.一种风力涡轮机，其包括一个或更多个根据权利要求1-16中的任一权利要求的辅助驱动系统。

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