CN103415699A

CN103415699A - 用于风力涡轮机叶片的桨距角调节装置

Info

Publication number: CN103415699A
Application number: CN2012800093471A
Authority: CN
Inventors: 贝恩德·齐克特
Original assignee: Areva Wind GmbH
Current assignee: Edwin Co., Ltd.
Priority date: 2011-02-16
Filing date: 2012-01-20
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2032-01-20
Also published as: CA2826803A1; JP2014508879A; TWI557317B; WO2012110278A1; EP2489873A1; PL2489873T3; PT2489873E; BR112013020791A2; KR20140008387A; TW201237263A; US9644607B2; US20130330191A1; CN103415699B; JP5612229B2; KR101778105B1; ES2430817T3; DK2489873T3; EP2489873B1

Abstract

一种用于调节风力涡轮机的叶片的桨距角的风力涡轮机叶片桨距角调节装置（1），包括：电动桨距电机（M）以及桨距制动器组件（7），所述电动桨距电机（M）能够输出最大电机转矩Tm；所述桨距制动器组件（7）能够产生最大制动器组件转矩Tb;其特征在于：所述桨距制动器组件（7）包括多个单独的桨距制动器（11，12），每个所述桨距制动器（11，12）能够产生最大单体制动器转矩Tsb，所述最大制动器组件转矩Tb等于所有最大单体制动器转矩Tsb的总和，以及所述最大电机转矩Tm高于任何一个所述桨距制动器的最大单体制动器转矩Tsb。

Description

用于风力涡轮机叶片的桨距角调节装置

技术领域

本发明涉及一种用于调节风力涡轮机叶片的桨距角的风力涡轮机叶片的桨距角调节装置，所述装置包括电动桨距电机和桨距制动器组件，所述电动桨距电机能够输出最大电机转矩Tm，所述桨距制动器组件能够产生最大制动器组件转矩Tb。

背景技术

具有叶片桨距角调节装置的桨距控制系统可从现有技术中获知。

在这些系统中，每个转子叶片分别通过专用的叶片桨距角调节装置即电子机械传动器来调节桨距。每个所述传动器包括电动桨距电机、减速器和电磁桨距制动器。

默认情况下，所述桨距制动器处于制动状态。为了调节所述桨距角，所述桨距制动器被释放，并且所述桨距电机驱动叶片围绕其纵向轴线进行旋转运动。当达到所需的桨距角时，所述桨距制动器回到其默认的制动状态并且使旋转的叶片停下。

这种叶片桨距角调节装置具有的缺点是，当所述桨距制动器故障时不再可能控制叶片的桨距。当发生所述桨距制动器故障时，所述桨距制动器无法被释放并且所述桨距电机因此在制动器闭合的情况下运行。这可引起电机的电路过载并损坏所述电机。不管怎样，所述桨距电机都不能转动叶片。因此，所述风力涡轮机失去其调节桨距的能力，不再能适应变化的风力状况，并且承受由空气动力学不平衡引起的危险的高负载的风险。

所述问题的解决方法在于提供一种具有大功率桨距电机的叶片桨距角调节装置，所述装置能够在制动器故障的情况下克服桨距制动器的制动力。然而，这一解决方法增加了所述桨距电机的尺寸、成本和重量，因此所述解决方法不是令人满意的。

发明内容

因此，本发明的目标在于提供一种小尺寸、低重量和低成本的叶片桨距角调节装置，所述叶片桨距角调节装置甚至能够在桨距制动器故障的情况下调节叶片桨距。

通过一种风力涡轮机叶片桨距角调节装置来取得上述目标，所述装置用于调节风力涡轮机的叶片的桨距角，所述装置包括电动桨距电机和桨距制动器组件，其中所述电动桨距电机能够输出最大电机转矩Tm，所述桨距制动器组件能够产生最大制动器组件转矩Tb，其特征在于，所述桨距制动器组件包括多个单独的桨距制动器，每个所述桨距制动器能够产生最大单体制动器转矩Tsb，所述最大制动器组件转矩Tb等于所有的最大单体制动器转矩Tsb的总和，以及所述最大电机转矩Tm高于任何一个所述桨距制动器的最大单体制动器转矩Tsb。

通过提供具有数个单独的桨距制动器的桨距制动器组件，全部的制动力和所述桨距制动器发生故障的风险被分散在数个制动器上，而不是分布在一个致动器上。如果所述单独的桨距制动器的其中一个发生故障，所述桨距电机仅须克服这一故障的所述单独的桨距制动器的部分的制动力以调节桨距。因此，可保持所述桨距电机小于现有技术的解决方案中使用的大功率桨距电机。

文献RU2354845C1公开了一种叶片桨距角调节装置，所述装置利用风力涡轮机的动能代替电动桨距电机来进行桨距调节。

根据优选的实施例，本发明的装置具有一个或数个下述的单独的特征或所有技术上可行的特征组合：

-所述最大制动器组件转矩Tb高于所述最大电机转矩Tm；

-用于控制所述桨距制动器使其共同制动的装置；

-所述桨距制动器的每一个都是自身具有动力供给的自给式制动单元；

-所述桨距制动器组件包含两个桨距制动器；

-每个所述桨距制动器的最大单体制动器转矩Tsb是所述桨距制动器组件的最大制动器组件转矩Tb的一半；

-驱动轴，所述驱动轴被连接到所述桨距电机和所述桨距制动器组件上，以便被所述桨距电机驱动和被所述桨距制动器组件制动；

-连接到所述桨距电机上的减速齿轮。

本发明还涉及一种包括转子的风力涡轮机，所述转子包括轮毂、至少一个叶片和叶片桨距角调节装置，所述叶片为便于叶片桨距角的调节而绕桨距轴线可旋转地安装在所述轮毂上，所述叶片桨距角调节装置用于调节所述叶片的桨距角。

附图说明

参考附图对本发明的非限制性示例的下述描述进行阅读，将更好地理解本发明，其中：

图1为根据本发明的叶片桨距角调节装置的示意性侧视图。

具体实施方式

参考附图，图中示出了叶片桨距角调节装置1。所述装置位于风力涡轮机的转子轮毂（未示出）中。所述装置1的一端2与齿圈3啮合。所述齿圈3被固定到转子叶片（未示出）的下端。所述齿圈3和所述转子叶片可相对于所述转子轮毂绕桨距轴线旋转，所述桨距轴线大体上相应于所述转子叶片的纵向轴线。

从图的左边到右边，所述叶片桨距角调节装置1包括小齿轮4、减速齿轮5、驱动轴6、电动桨距电机M和桨距制动器组件7。

所述桨距电机M能够输出最大电机转矩Tm。

所述驱动轴6被连接到所述电机M上以便被所述电机M驱动，并且所述驱动轴6具有驱动端9和制动端10。所述驱动端9被连接到所述减速齿轮5上，并进而被连接到所述小齿轮4上。所述小齿轮4与所述齿圈3啮合。

在所示的示例中，所述桨距制动器组件7包括两个单独的桨距制动器11和12。如果需要的话，所述桨距制动器组件7可包括多于两个的单独的桨距制动器。在所示的示例中，所述桨距制动器11和12围绕所述电机轴6的制动端10，并且被布置为互相紧挨。然而，所述桨距制动器11和12还可被布置在所述桨距电机M和所述减速齿轮5之间。另一可能的布置是使其中一个桨距制动器位于所述桨距电机M和所述减速齿轮5之间，而另一桨距制动器位于所述制动端10处。使一个桨距制动器位于所述电机M和所述减速齿轮5之间的优点是在更换所述电机M期间可保持所述转子叶片锁定于合适的位置。

所述桨距制动器11、12为自锁类型，这就意味着，在默认情况下，所述桨距制动器11、12处于制动状态。

每个所述桨距制动器11、12都是自身具有动力供给的自给式制动单元。因此，每个所述桨距制动器11、12能够与另一个独立地运行。具体来说，所述桨距制动器11甚至能够在所述桨距制动器12故障的情况下运行，并且反之亦然，即所述桨距制动器12能够在所述桨距制动器11故障的情况下运行。优选地，所述桨距制动器11和12为电磁制动器。在另一实施例中（未示出），所述桨距制动器为液压制动器。

所述叶片桨距角调节装置1还包括用于控制所述桨距制动器11、12以使所述桨距制动器11、12起一个桨距制动器的作用的装置（未示出）。

每个所述桨距制动器11、12能够产生最大单体制动器转矩Tsb（分别为Tsb1和Tsb2）。因此，所述桨距制动器组件7能够产生最大制动器组件转矩Tb，Tb=Tsb1+Tsb2。在所述示例中，Tsb1=Tsb2，使得Tb=2*Tsb1=2*Tsb2。

在一可替代的实施例中，Tsb1=2*Tsb2，使得Tsb2=Tb/3且Tsb1=2*Tb/3。

所述电机M和所述桨距制动器11、12被选择为：Tb>Tm>Tsb。

正常的桨距操作

所述叶片桨距角调节装置1以下述方式操作，以便调节相关的转子叶片的桨距：

首先，桨距制动器控制装置同时提供动力给两个单独的制动器11、12，以便释放所述桨距制动器组件7。然后，所述桨距电机M被通电并且驱动所述驱动轴6。因此，经由所述减速齿轮5，所述小齿轮4旋转，这导致所述齿圈3和所述附连的转子叶片进行旋转。当达到所需的桨距角时所述桨距电机M停止并且所述桨距制动器控制装置使所述两个单独的制动器11、12失去动力，以便制动所述驱动轴6并因此制动所述转子叶片。

在正常的桨距操作下，所述控制装置控制所述桨距制动器11、12的方式为：使所述桨距制动器11和12作为一个桨距制动器来操作。所述控制装置以同步的方式控制所述桨距制动器11、12。

在桨距制动器故障的情况下的桨距操作

如果所述单独的制动器11、12的其中一个故障且因此不能被释放，由于最大电机转矩Tm高于最大单体制动器转矩Tsb，所述桨距电机M能克服故障的单独的制动器的制动力并且将风力叶片的桨距调节到安全的顺桨位置以便避免对所述风力涡轮机的损坏。剩余的桨距制动器可被释放以允许调节转子叶片的桨距。依靠使所述剩余的桨距制动器11、12失去动力，所述转子叶片在此期间可被可靠地维持在所需的位置处。

因为所述两个独立的制动器11、12同时故障的可能性很低，所以所述桨距电机M仅需要足够的动力去克服一个单独的故障的制动器的部分的制动力。因此，所述桨距电机M可具有紧凑的尺寸又不危及风力涡轮机的安全。

Claims

1.一种风力涡轮机叶片桨距角调节装置（1），用于调节风力涡轮机的叶片的桨距角，该装置包括：

电动桨距电机（M），所述电动桨距电机（M）能输出最大电机转矩Tm；以及

桨距制动器组件（7），所述桨距制动器组件（7）能产生最大制动器组件转矩Tb;

其特征在于：

所述桨距制动器组件（7）包括多个单独的桨距制动器（11，12），每个所述桨距制动器（11，12）能产生最大单体制动器转矩Tsb，

所述最大制动器组件转矩Tb等于所有的最大单体制动器转矩Tsb的总和，以及

所述最大电机转矩Tm高于任何一个所述桨距制动器的最大单体制动器转矩Tsb。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述最大制动器组件转矩Tb高于所述最大电机转矩Tm。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的装置，进一步包括用于控制所述桨距制动器（11，12）以使所述桨距制动器（11，12）共同制动的装置。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其中所述桨距制动器的每一个都是自身具有动力供给的自给式制动单元。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中所述桨距制动器组件包含两个桨距制动器（11，12）。

6.根据权利要求5所述的装置，其中每个所述桨距制动器的最大单体制动器转矩Tsb等于所述桨距制动器组件的最大制动器组件转矩Tb的一半。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的装置，进一步包括驱动轴（6），所述驱动轴（6）被连接到所述桨距电机和所述桨距制动器组件上，以便被所述桨距电机驱动以及被所述桨距制动器组件制动。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的装置，进一步包括连接到所述桨距电机上的减速齿轮（5）。

9.一种包括转子的风力涡轮机，所述转子包括：

-轮毂，

-至少一个叶片，所述叶片为便于叶片桨距角的调节而绕桨距轴线可旋转地安装在所述轮毂上，以及

-根据权利要求1-8中任一项所述的叶片桨距角调节装置，所述装置用于调节所述叶片的桨距角。