CN102979673A - 变桨锁定系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于带转子风力涡轮机的变桨锁定系统，该转子包括至少一个可变桨叶片，所述至少一个叶片为常规变桨叶片，其与所述转子通过接口相连，或者为至少一个局部变桨叶片，所述至少一个局部变桨叶片包括外侧叶片部分和内侧叶片部分，叶片部分通过接口相互连接，所述接口包括变桨轴承装置，该变桨轴承装置具有第一轴承套圈和第二轴承套圈，用于将叶片的至少一部分相对于所述转子偏距。变桨锁定系统包括用于与至少一个齿元件相互配合的可移动扇形齿轮，变桨锁定系统还包括致动器，该致动器用于启动扇形齿轮并使其移至与所述齿元件啮合，从而锁定变桨轴承装置。通过启动扇形齿轮，扇形齿轮移至与齿元件接触，从而在实际位置锁定变桨轴承。

Description

变桨锁定系统

技术领域

本发明涉及一种用于带有转子的风力涡轮机的变桨锁定系统，所述转子包括至少一个可变桨叶片，所述至少一个叶片为常规变桨叶片，其与所述转子通过接口相连，或者所述至少一个叶片为至少一个局部变桨叶片，所述至少一个局部变桨叶片包括外侧叶片部分和内侧叶片部分，其中，所述外侧叶片部分和所述内侧叶片部分通过接口相互连接，所述接口包括变桨轴承装置，该变桨轴承装置具有第一轴承套圈和第二轴承套圈，用于使至少一部分所述叶片相对于所述转子偏距，其中，所述变桨锁定系统包括可移动的扇形齿轮，该扇形齿轮用于与至少一个齿元件相互配合，所述扇形齿轮可滑动地连接至所述第一轴承套圈或所述第二轴承套圈中的一个，所述扇形齿轮固定连接于所述第一轴承套圈或所述第二轴承套圈中的另一个，所述变桨锁定系统进一步包括致动器，该致动器用于启动所述可移动扇形齿轮、并使其沿平行于轴承套圈径向的方向滑动/移动，与所述齿元件啮合，从而锁定所述变桨轴承装置。

背景技术

众所周知，风力涡轮机有某种类型的制动系统或锁定系统，在维修过程中或其他情形下，当需要使转子处于安全的静止状态时，其用于将涡轮机的转子制动和/或锁定于特定位置。同样，将风力涡轮机的各个叶片锁定于特定位置的系统也是人们所熟知的。

用于将风力涡轮机叶片倾斜至特定位置的零件之间会产生松弛和磨损，针对这一问题，DE 10 2004 017 323 A1教导了解决方案。通过使用某种类型的锁定机构可以解决该问题，例如，在相应的孔内设置螺栓；或者可以通过在变桨轴承中设置某种类型的制动机构。这种制动系统可以是盘式制动器、磁力制动器或鼓式制动器。通过使用螺栓锁定机构，可以非常简单地解决问题，然而叶片可能仅被锁定于预定的位置，从而使得该解决方案稍显静态。通过使用制动系统，能够使叶片处于非常特定的位置，但安装制动系统是相当复杂的，此外，该制动系统也不足以十分安全地锁定叶片。

US 2011/0044813 A1也公开了一种变桨锁定系统，其用于将变桨轴承系统锁定于固定位置，但该系统的缺点是，只能将变桨轴承锁定在一个或多个特定的位置，并不允许动态的、自由的选择锁定位置。该系统具有和上述系统相同的缺陷。

EP 1 167 754 A2涉及一种用于风力涡轮机转子的锁定机构，其中，所述锁定机构整合在了盘式制动系统中。在该系统的一个实施例中，通过扇形齿轮将制动盘锁定于固定位置，在另一个实施例中，制动盘则可由锁定件转动。

用于风力涡轮机的变桨轴承装置的制动系统或锁定系统通常设于变桨轴承的外套圈和内套圈之间，该变桨轴承通常为球轴承。所述外套圈常固定至风力涡轮机的轮毂，而所述内套圈则固定至叶片。从而使叶片可沿叶片的轴向倾斜-转动。这一运动经常通过电机和齿轮机构或液压机构来实现。这些机构通常以链齿轮的方式运行，该链齿轮设于所述轴承内套圈上的齿元件上。变桨轴承装置可保持在指定位置，但零件的齿介于链齿轮和齿元件之间的接口上；零件之间总是有些松弛。此外，这些机构并不能为变桨轴承装置提供安全的机械锁定。

上述解决方案中，EP 1 167 754 A2的方案也用于在某些特定位置阻止旋转运动。在一个实施例中，这可以通过将齿制动片推送至与回转环上的齿元件啮合来实现。然而，这只有在制动片与齿元件上的齿匹配时，才能与制动片啮合。换言之，只有在这两部分完全匹配时，制动才会起作用。这通常不可能发生，尤其是在维修工作过程中。如果变桨齿轮被阻挡了，并且不得不对其进行维修或更换，在对变桨轴承进行任何操作之前，能够相对于外套圈对内套圈进行完全锁定，这非常重要。利用上述的任何一种解决方案，这是不可能实现的，而且必须要用到许多皮带、滑轮和其他工具，这既耗费时间，而且仍然不能安全地锁定各个部分。

上述系统均未公开这样一种用于风力涡轮机的变桨锁定系统，其解决了系统中预防松弛的问题，同时又是坚固而稳健的锁定系统，其包括机械锁，锁定的位置是完全独立的，这意味着变桨轴承装置可在每个可能的位置锁定。

发明目的

本发明的一个目的是提供一种变桨锁定系统，该变桨锁定系统用于风力涡轮机上的变桨轴承装置，所述变桨锁定系统设有机械锁，所述机械锁可在所述变桨轴承装置的每一个可能的位置启动。此外，本发明的另一个目的是与所述变桨轴承装置的结构件相互配合，以便在所述结构内最大限度的减少需要安装的附件。

发明内容

如上所述，本发明涉及一种用于风力涡轮机的变桨锁定系统，其包括变桨轴承装置，该变桨轴承装置具有第一轴承套圈和第二轴承套圈，用于使至少一部分叶片相对于转子倾斜。本发明涉及一种与变桨轴承装置联用的变桨锁定系统，其用于传统变桨控制式风力涡轮机，本发明还涉及变桨轴承装置，该变桨轴承装置适用于作为局部变桨风力涡轮机而熟知的风力涡轮机类型，所述变桨轴承装置设于内侧叶片部分和外侧叶片部分之间。

进一步，所述变桨锁定系统包括可移动的扇形齿轮，该可移动的扇形齿轮用于与至少一个齿元件相互配合，所述扇形齿轮可滑动地连接至所述第一轴承套圈或所述第二轴承套圈中的一个，所述扇形齿轮固定连接于所述第一轴承套圈或所述第二轴承套圈中的另一个，所述变桨锁定系统还包括致动器，该致动器用于启动所述可移动扇形齿轮、并使其沿平行于轴承套圈径向的方向滑动/移动，与所述齿元件啮合，从而锁定所述变桨轴承装置。

所述扇形齿轮启动后，移至与所述齿元件接触，从而在实际位置锁定所述变桨轴承。如果纯粹为了锁定变桨轴承，可以安装齿元件，然而，优选地，该齿元件和用于通过为该目的而设置的装置，使所述外侧叶片部分倾斜的齿元件相同。通常所述变桨轴承包括沿着该轴承件之一的内边缘的齿元件，该齿元件与齿轮机构机械啮合，通过该齿轮机构，可移动所述变桨轴承。通过使用相同的用于锁定变桨轴承的齿元件，不再需要安装除了可移动扇形齿轮之外的其他装置，当可移动扇形齿轮与齿元件相互配合时，其将转子锁定。

根据本发明的用于风力涡轮机的变桨锁定系统，所述扇形齿轮设于夹具上，所述夹具包括用于调整夹具的装置，该装置可沿与所述径向部分垂直或完全垂直的方向，相对于所述齿元件调整所述夹具。由于所述夹具可使扇形齿轮相对于所述齿元件，确切地定位在的正确位置，通过设置夹具，可将所述变桨轴承系统锁定于任何可能的位置。通过本发明的解决方案，可将变桨轴承系统锁定在任何特定的角位置，而且不依赖于为此而与几个特定位置之一匹配的锁定螺栓或孔。

该夹具可设有长孔，以便在锁定所述变桨轴承系统之前进行手动定位和固定，然而，该夹具也可以做成更加自动化的。

在本发明的变桨锁定系统的一个优选实施例中，所述齿元件为圆弧形状，所述齿设于所述圆弧的内侧。这使所述变桨锁定系统可以和变桨轴承的其他零件一同安装在叶片的内侧。

根据本发明的用于风力涡轮机的变桨锁定系统，在一个优选实施例中，其包括扇形齿轮，该扇形齿轮包括至少两个齿，所述至少两个齿用于与所述齿元件上的至少两个相对应的齿啮合。与仅啮合一个齿相比，通过啮合至少两个齿，优选更多个齿，可实现非常强的、稳健的和牢固的锁定，极小的接触区域承担了负载，该区域中，锁定元件上的一个齿与另一个零件上的两个齿的侧面啮合，反之亦然。

根据本发明的用于风力涡轮机的变桨锁定系统，其包括夹具，如前所述，该夹具用于相对于所述扇形齿轮的径向进行垂直调整，该夹具可以设计成自动垂直调整，所述装置包括至少一个与所述径向互不平行的导轨，从而该导轨与所述齿元件成不等于90°的角度，该导轨用于在垂直方向引导包括所述带扇形齿轮的夹具。如果和/或当各个部分的齿处于碰撞位置，将所述夹具和扇形齿轮设于滑块上，所述滑块由所述至少一个导轨引导。通过在滑块上安装扇形齿轮，可以将扇形齿轮移至某位置，在该位置可达到准确且精确的锁定。所述导轨确保滑块沿预定轨道移动，以实现扇形齿轮和齿元件之间准确而理想的啮合。

在本发明的用于风力涡轮机的变桨锁定系统的一个优选实施例中，所述夹具包括偏置装置，该偏置装置用于使所述滑块向着所述齿元件的方向偏移。通过设置所述偏置装置，例如一个或多个机械弹簧，在驱动滑块时，滑块总是被推向啮合和锁定位置。下文将通过附图中的例子以及对这些附图的详细描述，对该实施例以及其他实施例进行解释。

在本发明的用于风力涡轮机的变桨锁定系统的一个实施例中，至少一个导轨与所述径向非平行设置，从而与所述齿元件形成不等于90°的角度，且与所述变桨轴承装置基本处于同一平面。当驱动所述扇形齿轮移向所述齿元件，从而实现零件之间的啮合，所述扇形齿轮总是被引导或被推至齿匹配的位置。换言之，安装在滑块上的扇形齿轮被引导至垂直/横向的运动，并且在完全啮合和锁定之前达到理想的位置。

在本发明的用于风力涡轮机的变桨锁定系统的一个实施例中，所述扇形齿轮上的齿与所述齿元件的齿的形状相同。在本发明的另一个实施例中，所述扇形齿轮上的齿与所述齿元件上的齿形状互补。在最后一个提及的情形中，由于所述齿元件上的齿的承载负荷面被完全覆盖，这达到了非常牢固的锁定。这种方式，使在两个工作的齿零件之间具有更大的接触面积。

本发明还包括一种风力涡轮机，其包括至少一个变桨锁定系统，其中，所述风力涡轮机为双叶片风力涡轮机。

本发明还包括一种方法，其用于操作上述用于风力涡轮机的变桨锁定系统，其中，所述方法包括至少以下步骤：

-使所述夹具相对于所述齿元件定位；

-操作所述致动器，以使所述扇形齿轮向所述齿元件移动。

通过定位所述夹具，不管是手动或者或多或少自动地使用长孔或导轨，在所述扇形齿轮移向所述齿元件之前或期间，可相对于所述齿元件上的齿，将所述扇形齿轮的位置调整至理想位置。

根据本发明方法的一个实施例，所述方法还包括至少以下步骤：

-操作所述致动器，以将所述扇形齿轮向着所述齿元件推送，并使其与所述齿元件上的齿接触，从而使所述滑块移向径向和垂直于径向方向相结合的方向，

-继续操作所述致动器，直至所述滑块沿所述垂直方向移动了足够的距离，所述距离取决于所述齿元件上的齿与所述扇形齿轮上的齿之间的相对位置，直到所述扇形齿轮与所述齿元件完全啮合。

附图说明

下文将通过举例的方式，结合附图，对本发明的实施方式进行阐述，其中：

图1显示了含有变桨锁定系统的变桨轴承。

图2显示了变桨轴承装置在解锁状态下的等距视图。

图3显示了变桨轴承装置在锁定状态下的等距视图。

图4显示了具有横向可调夹具的变桨锁定系统。

图5显示了具有自动横向可调夹具的变桨锁定系统的第一位置。

图6显示了具有自动横向可调夹具的变桨锁定系统的第二位置。

图7显示了具有自动横向可调夹具的变桨锁定系统的第三位置。

在下文中，将依次对附图进行描述，附图中所见的各个零件和位置在不同附图中以相同的数字表示。并非某个具体附图上所有的零件和位置都必须与该附图一同讨论。

附图标记列表：

1  变桨轴承装置

2  第一轴承套圈

3  第二轴承套圈

4  变桨锁定系统

5  变桨驱动器

6  变桨齿轮

7  齿元件

8  致动器

9  扇形齿轮

10 支架

11 结构件/加劲辐条

12 横向可调夹具

13 长孔

14 螺栓和螺母

15 侧杠

16 导轨

17 弹簧

18 滑块

具体实施方式

由图1可见，变桨轴承装置1具有第一轴承套圈2和第二轴承套圈3，该变桨轴承装置1包括变桨锁定系统4和变桨驱动器5。在第一轴承套圈2上，变桨驱动器5设有变桨齿轮6，该变桨齿轮6与第二轴承套圈3上的齿元件7相互配合。通过启动变桨驱动器5，变桨齿轮6将会旋转，并从而使第二轴承套圈3相对于第一轴承套圈2旋转。通常将局部变桨叶片的内侧部分安装到第一轴承套圈2的法兰，将其外侧部分安装到第二轴承套圈3的法兰，然而，反过来安装也是可行的。通常在这种机制中，变桨齿轮6与齿元件7仅有一个齿啮合，这样的话，尽管变桨驱动5是自锁式的，也无法提供足够的锁定。

变桨锁定系统4包括致动器8，该致动器8用于使扇形齿轮9移至与齿元件7啮合。通过这种技术手段，扇形齿轮上的多个齿可与齿元件7啮合，实现了非常刚性和牢固的锁定。

图2显示了变桨轴承装置1在解锁状态下的等距视图，其中，可见变桨锁定系统4的设置是很简单的。致动器8和扇形齿轮9设在支架10上，并且固定至与第一轴承套圈2相连的结构件/加劲辐条11上。

图3是图2所示的同一个等距视图，不过，在该图中，致动器8被启动，将扇形齿轮9推至与齿元件7啮合，从而锁定所述变桨轴承装置1。致动器8可以是液压地、气动地、电动地或者甚至是手动地进行操作。如图所示，致动器8的目的在于促使扇形齿轮9与齿元件7啮合。

在图4中，可见变桨锁定系统4，其中致动器8和扇形齿轮9设于夹具12上，所述夹具可沿垂直于径向的方向横向调整，且该夹具设在与第一轴承套圈2固定连接的结构件/加劲辐条11上。由于可以在长孔13中相对于齿元件7/第二轴承套圈3调整夹具12，变桨锁定系统4可精确定位于正确的位置，这使得可以在任何位置锁定变桨轴承装置1。在夹具12定位之后，可以通过螺栓和螺母14，手动将该夹具12固紧于结构件/加劲辐条11上，或者也可以使用图中并未示出的机械的、半自动的或完全自动的系统，将夹具12固紧于正确的位置。

进一步，扇形齿轮9设于夹具12上，且介于两侧杠15之间，两侧杠15在回缩位置（如图所示）和工作位置之间移动时引导扇形齿轮9，当两侧杠15处于工作位置时，扇形齿轮9与齿元件7啮合。在图1、2和3中，扇形齿轮9由致动器8和支架10操纵。

图5示出了另一种解决方案，其中可见，变桨锁定系统4处于第一位置，且设有另一种横向/垂直可调夹具12。变桨锁定系统4包括与扇形齿轮9相连的致动器8，扇形齿轮9由侧杠15引导。在这种情形下，扇形齿轮9的齿与齿元件7上的齿相对，因此除非夹具12进行横向/垂直调整，否则变桨锁定系统4不能啮合。由于致动器8和扇形齿轮9设在滑块18上，当变桨锁定系统4通过向致动器8施压的方式启动时，滑块18会来回滑动，通过这种结构，可以自动实现夹具12的横向/垂直调整。夹具12和扇形齿轮9设于所述滑块18上，并且与导轨16相连，导轨16不平行于半径方向，从而与齿元件7形成不等于90°的角度，这允许横向调整。在非工作位置，夹具12/滑块18通过弹簧17保持在图5所示的位置。弹簧17通常为任何种类的机械弹簧，但也可以是空气弹簧或弹性体或其他类型的弹性材料。

由图6可见，同样的结构处于第二位置，其中，夹具12/滑块18顶着弹簧17向后滑动，从而使扇形齿轮9的齿朝着垂直于变桨轴承装置径向的方向横向移动。

在图7中，可见具有横向可调夹具12的变桨锁定系统4的第三位置。此时，通过导轨16的引导，夹具12/滑块18进一步往后移、移至与侧面垂直，到达确切的位置，在该确切的位置，扇形齿轮9上的齿正好与齿元件7上的齿之间相匹配。

本发明并不限于以上所描述的实施例，并且在不脱离本发明权利要求的保护范围下，可以进行修改或调整。

Claims (12)

1.一种用于带有转子的风力涡轮机的变桨锁定系统（4），所述转子包括至少一个可变桨叶片，所述至少一个叶片为常规变桨叶片，其与所述转子通过接口相连，或者所述至少一个叶片为至少一个局部变桨叶片，所述至少一个局部变桨叶片包括外侧叶片部分和内侧叶片部分，所述外侧叶片部分和所述内侧叶片部分通过接口相互连接，所述接口包括变桨轴承装置（1），所述变桨轴承装置（1）具有第一轴承套圈（2）和第二轴承套圈（3），用于使至少一部分所述叶片相对于所述转子倾斜，其中所述变桨锁定系统（4）包括可移动的扇形齿轮（9），所述扇形齿轮（9）用于与至少一个齿元件（7）相互配合，所述扇形齿轮（9）可滑动地连接至所述第一轴承套圈（2）或者第二轴承套圈（3）中的一个，而所述齿元件（7）固定连接至所述第一轴承套圈（2）或者第二轴承套圈（3）中的另一个，所述变桨锁定系统（4）还包括致动器（8），该致动器（8）用于启动并使所述可移动的扇形齿轮（9）沿着与所述轴承套圈（2,3）径向平行的方向滑动/移动，并与所述齿元件（7）啮合，从而锁定所述变桨轴承装置（1），其特征在于：所述扇形齿轮（9）设于夹具（12）上，所述夹具（12）包括用于调整所述夹具（12）的装置（13,16），所述装置（13,16）沿与所述径向部分垂直或完全垂直的方向，相对于所述齿元件（7）调整所述夹具（12）。

2.根据权利要求1所述的用于风力涡轮机的变桨锁定系统，其特征在于：所述齿元件（7）为圆弧形，所述齿设于所述圆弧内。

3.根据权利要求1或2所述的用于风力涡轮机的变桨锁定系统，其特征在于：所述扇形齿轮（9）包括至少两个齿，所述至少两个齿用于与所述齿元件（7）上的至少两个相对应的齿啮合。

4.根据权利要求1所述的用于风力涡轮机的变桨锁定系统，其特征在于：所述用于调整所述夹具的装置包括长孔（13），所述长孔（13）的纵向或多或少垂直于所述径向，所述夹具（12）中的所述长孔（13）所处平面平行于所述变桨轴承装置的平面。

5.根据权利要求1至4任一项所述的用于风力涡轮机的变桨锁定系统（4），其特征在于：所述夹具（12）包括相对于所述径向自动进行垂直调整的装置，所述装置包括至少一个导轨（16），该导轨（16）与所述径向互不平行，从而与所述齿元件（7）形成不等于90°的角度，该导轨（16）用于引导所述夹具（12），所述夹具（12）在垂直方向包括所述扇形齿轮（9），所述夹具（12）和所述扇形齿轮（9）设置在滑块（18）上，所述滑块（18）由所述至少一个导轨（16）引导。

6.根据权利要求1至5任一项所述的用于风力涡轮机的变桨锁定系统（4），其特征在于：所述夹具（12）包括偏置装置（17），所述偏置装置（17）用于使所述滑块（18）朝着所述齿元件（7）的方向偏移。

7.根据权利要求1至6任一项所述的用于风力涡轮机的变桨锁定系统（4），其特征在于：所述至少一个导轨（16）与所述径向互不平行，从而与所述齿元件（7）形成不等于90°的角度，且与所述变桨轴承装置（1）基本处于同一平面。

8.根据权利要求1至7任一项所述的用于风力涡轮机的变桨锁定系统（4），其特征在于：所述扇形齿轮（9）上的齿与所述齿元件（7）上的齿形状相同。

9.根据权利要求1至7任一项所述的用于风力涡轮机的变桨锁定系统（4），其特征在于：所述扇形齿轮（9）上的齿与所述齿元件（7）上的齿形状互补。

10.一种风力涡轮机，其包括前述任一项权利要求所述的变桨锁定系统（4），其特征在于：所述风力涡轮机为双叶片风力涡轮机。

11.一种方法，用于操作权利要求1至9所述的用于风力涡轮机的变桨锁定系统（4），其特征在于：所述方法包括至少以下步骤：

-使所述夹具（12）相对于所述齿元件（7）定位，

-操作所述致动器（8），使所述扇形齿轮（9）向着所述齿元件（7）移动。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括至少以下步骤：

-操作所述致动器（8），将所述扇形齿轮（9）朝所述齿元件（7）推送，并使其与所述齿元件（7）的齿接触，从而使所述滑块（18）移向径向和垂直于径向方向相结合的方向；

-进一步操作所述致动器（8），直至所述滑块（18）沿所述垂直方向移动了足够的距离，所述距离取决于所述齿元件（7）的齿与所述扇形齿轮（9）的齿之间的相对位置，直至所述扇形齿轮（9）与所述齿元件（7）完全啮合。

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