CN103527409A - 一种用于在紧急情况下制动风力机的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于在紧急情况下制动风力机的方法和装置。本发明的目的是在标准应急装置无法将风机桨叶的风机桨距角调整到功率限制的位置时，创建额外装置用作“第二应急装置”。所述方法用于在紧急情况下通过调整风机桨叶而使风力机减速，对于风力发电机，将借助于桨距控制或主动失速控制概念下的电力控制；对于风机桨叶，则用至少一个执行驱动机构以位置制动器来固定风机桨叶的位置，所述方法包括用以应对紧急情况的重复操作，以便能依据于所需的风机桨叶转动方向而打开位置制动器，所述位置制动器固定住风机桨叶以防纵摇，其中制动器打开，位置制动器是闭合的或被保持为闭合的。

Description

一种用于在紧急情况下制动风力机的方法和装置

技术领域

本发明涉及风力发电机领域，具体涉及一种用于在紧急情况系制动风力机的方法和装置。 

本发明涉及到风力发电机的轮毂和与旋转轴承相连的桨叶。通过电力、风力或液压的执行驱动器，每一片桨叶都能绕着自身长轴被转动，并通过安装在执行驱动器上的制动器停在预定的位置。对于执行驱动器，必须至少有一个传动机构，使其在旋转轴承上转动。旋转轴承由内环和外环构成，其中一个环用螺母固定在轮毂上，另外一个环固定在桨叶末端。转动套接桨叶的环，使桨叶绕自身长轴转动。此环可以为轴承的内环或者外环。为了限制在紧急情况下由风力产生的功率，减少发电量，桨叶将被转动至特定位置（逆桨），以减少风力对转子的作用。为了使每片桨叶在电力供应中断的情况下仍能转动，其执行驱动器需要配备一个或多个备用电源使桨叶能被转动和制动。 

背景技术

风机的变桨是为了实现转速控制（功率控制），使风机在额定输出功率范围内工作并且能利用风力制动。因此每一片桨叶配备一台或多台执行驱动器。变桨系统则控制桨叶在顺桨位置和逆桨位置之间转动，而主动失速系统则控制桨叶向逆桨方向转动。在风机故障的情况下，风机桨叶应尽可能向着逆桨位置转动，以降低转子转速（功率输出）。现有的变桨系统包括一套或多套电机模块和制动模块，使每一片桨叶能独立被转动和制动。由于桨叶的驱动器和制动器组合安装，当制动器对驱动器转轴作用时，风机的制动过程可能将会被中断，因为桨叶没有在适当位置被停止；特别是在驱动器失去转矩的情况下，而桨叶仍处于顺桨的位置。以上情况对于无需供电的机械制动机构，则存在弊端，即在失去对驱动器和制动器的控制时，桨叶难以被固定。 

对变桨驱动器（变桨电机）的误操作很可能导致风机损毁，特别是当风机转速超过安全范围时，将会对附近人员的生命安全构成极大威胁。 

根据技术指标，变桨驱动器须配有这样的制动机构：制动衬块固定于驱动器 外壳，制动盘随驱动器转轴转动。当制动器闭合时，驱动器转轴连同传动机构和桨叶将同时被制动。制动器也可被安装在电机与传动机构之间或与桨叶相连的齿带传动的变桨机构中。 

文档WO 99/23384描述了有关可变桨距角风机的信息，并概述了此技术的特点。桨叶的角度调整也可用于风机发电机转子的制动，只要将桨叶转动到逆桨的位置，风机就能通过风力进行制动。为了保证风机在供电故障时仍能通过桨距角调整进行制动，需要在桨叶上联接一种装置，这个装置能阻止桨叶向顺桨位置转动。而这个装置在风机正常运行时，将不对风机作用，使桨叶能在指定范围内任意转动，并停止在指定位置。 

文档EP1763126B1描述了有关变桨控制装置的信息，并详细介绍了以下装置：变桨控制系统和变压器，直流电容器回路，交流电源和备用电池（当电网故障时）。缺陷在于，当需要对电机在某一方向制动时，系统需要额外的联结器或后备电源。当变桨电机失灵或者是制动器无法打开时，桨距角便无法调整，因此此系统无法提供“冗余”的安全性。 

发明内容

本发明的目的在于提供为了向每一片桨叶提供“冗余”的安全性，针对由于变桨系统故障而无法调整桨距角，导致无法限制输出功率的情况，提供以下解决方案：一旦桨叶受到逆桨方向的转矩时，则让每一个制动器打开或者保持松开的状态；当桨叶受到顺桨方向转矩时，则马上闭合制动器。每片桨叶在设定范围内都能通过空气阻力让风机发电机转子减速。在主动失速系统中，桨叶将向逆桨方向转动。而此方案对风机的正常运作不产生任何影响，也不会大幅度地增加风机成本。即：一旦作用于桨叶纵轴的转矩试图使桨叶向降低转子驱动转矩的方向旋转时，则让每一个制动器打开或者保持松开的状态；在试图移动桨叶至最大工作位置（顺桨位置）的转矩情况下，这种旋转运动应该在最开始就被停止；无论如何，对于其相对应的桨叶，应该将其调整至空气动力学制动位置（叶片位置，vane position），又称为逆桨位置。当执行机构被用于主动失速系统时，进行转子的空气动力学制动时的每个桨叶的旋转是向失速方向（即：逆桨方向）移动。 

在一个或多个桨叶的紧急制动调节出现故障的情况下，上述功能通过本发明中所述的方法及装置来实现，通过旋转桨叶来实现的必要的空气动力学制动时通 过位置制动装置的受控下的开启和关闭来得到的，这取决于所述桨叶纵轴的转矩产生的方向。以这项技术为依据，桨叶桨距角在系统故障（供电）的情况下仍能被调整，利用风力使风机发电机转子减速。而制动器则依据桨叶转动的方向动作（打开或闭合）。 

这些功能将通过切断电磁阀的电源来实现。电磁阀连接一个或多个桨叶制动器，所述桨叶制动器可以被用于每片桨叶上的一个或多个装置，而制动器的开合亦可由传动带控制：当使用无源闭合制动器时，电磁阀掉电，分离杆打开，制动器闭合，此时制动将由连接分离杆的传动带根据桨叶转动方向来控制；当使用有源闭合制动器时，电磁阀掉电，制动器打开，制动则由与制动盘相连的传动带并根据桨叶转动方向来控制。为了实现无源闭合控制，当电磁阀断电时，无源闭合制动器的分离杆失去牵引，并使机械制动器闭合，原制动器外壳须能小角度转动。无源闭合制动器上的分离杆通过弹簧或连杆，并依据电机转轴转动方向，实现对机械制动器的控制（打开或闭合）。 

对于有源闭合制动，在电磁阀断电后，制动杆分离，原制动器外壳能小角度转动，并通过弹簧弹力和依据电机转轴转动方向，由连杆或传动带控制机械制动器。当使用无源闭合制动器时，且桨叶向顺桨位置方向转动，固定于电机转轴上的凸轮将推动摇杆，摇杆与分离杆之间由传动带相连，分离杆则又受到一端弹簧拉力归位，使机械制动器闭合。当桨叶仍具有向顺桨位置转动的趋势时，分离杆将始终停留在原始位置，原制动器外壳则会由于摩擦向同一方向转动，致使制动盘与制动衬块闭合。 

而当变桨驱动器（电机）无法提供转矩时，桨叶将由自身重力产生逆桨方向转矩（周期），此时制动器外壳将保持原有位置；当桨叶转至另一端时，桨叶自重将产生顺桨方向转矩，则制动器外壳将对摇杆作用使制动器闭合，从而使桨叶停止转动。在使用有源闭合制动器时，当桨叶转向逆桨位置，原制动器将不会被转动，与其外壳相连的制动杆亦不会被激活。当桨叶转动方向发生变化时，弹簧通过摇杆产生拉力，使制动杆保持原有位置，与其相联的制动器外壳将小角度转动，机械制动器中的连杆将在此方向转动的作用下，使机械制动器闭合，并当转动方向不变时，使机械制动器保持闭合。 

根据上述目的，本发明提供如下技术方案。 

本发明第一方面，提供了一种用于在紧急情况下通过调整风机桨叶而使风力 机减速的方法，其中对于风力发电机，利用基于桨距控制或主动失速控制原理的功率控制，对于每个所述风机桨叶，它们均配备有至少一个执行驱动机构以便相对彼此连续地比较执行驱动机构的扭矩，每个执行驱动机构均具有存储阈值，并且所述风机桨叶还配备有至少一个位置制动器，所述制动器可以是无源闭合或是有源闭合的，从而固持住风机桨叶的位置，并且它可以是封闭地或摩擦式地形成， 

其特征在于，存在一种应急装置，用于闭合或释放风机桨叶的一个或多个所述位置制动器（10），并且所述装置可以依据于所述风机桨叶的预定转动方向而使风机桨叶（29）停止旋转，或将其释放，并且所述装置若在减少的风能方向上旋转时，打开或分别保持打开至少一个位置制动器（10），从而影响所述转子，并且在旋转方向未料的情况下，闭合位置制动器（10）或制动器（10）或保持其闭合。 

较佳的，所述对扭矩的实际方向的检测是通过转动制动器外壳（10）来进行的。 

较佳的，在所述方法中，对于有源闭合位置制动器（10）的类型或无源闭合位置制动器（10）的类型，在由一个连接到风机桨叶（29）旋转体的装置启动后，执行位置制动器（10）的重复及机械启动式闭合，并将此用于对风机桨叶（29）中产生较少风能的位置进行检测。 

较佳的，在所述方法中，在禁用或释放后，借助于电磁阀（14）或任何其他类型的滑动装置（14）来释放一个锁定机构，从而允许所述位置制动器外壳（10）发生转动，或者，在释放该连锁装置以及由此所述制动器外壳（10）的可能转动，并在所述执行驱动机构（13）的扭矩作用下启动所连接的分离杆（11）之后，所述位置制动器（10）可以在较少风能的方向上自动地打开，从而有，在释放所述锁定机构并在所述执行驱动机构（13）的扭矩作用下启动所连接的分离杆（11）之后，能使所述制动器外壳（10）旋转。 

较佳的，在所述方法中，在禁用或释放之后，经由一个电磁阀（37）或任何类型的滑动装置（37）释放连锁装置（38）或闭锁（38），从而使位置制动器外壳（10）转动，并且在无单向离合器（42）作用的方向上用轮（34）转动可移动轮（35）之后，启动制动衬块（17），由此使传送带（36）拉动连杆（49），并且，在使电机转轴（19）旋转方向发生倒转之后，连杆（49）通过改变可移动轮（35）的旋转方向且因此通过弹簧（41）打开制动衬块（17）而松开所述传送带（36）上的拉力，并且所述位置制动器（10）的外壳受弹簧（44）作用返回到制动器打开的位 置（DBa），并且在启动所述电磁阀（37）之后，用传动带（45）拉动所述制动杆（38），且因此固定住所述位置制动器（10）使其不再转动。 

较佳的，在所述方法中，对在电力故障情况下使所述转子减速的支持也可以通过至少临时地保持发电机上的负载而实现。 

较佳的，在所述方法中，当发生故障时，在所述无源闭合位置制动器（10）处执行禁用电磁阀（14），且因此在所述位置制动器（10）的外壳处释放了较小旋转角，其中通过在叶片位置的方向上的旋转运动，所述位置制动器外壳（10）的转动使所述制动器发生机械增强型释放，且因此确保风机桨叶（29）在所述叶片位置方向上旋转，所闭合的位置制动器（10）在工作位置方向上的旋转使所述位置制动器（10）保持闭合，且保持在当前位置，如果所述风机桨叶（29）在工作位置方向上产生旋转运动，那么枢转的位置制动器（10）则已经在较小转动之后再次闭合，因此使所述风机桨叶停止转动，如果所述执行驱动机构（13）运行，对于未打开的位置制动器（10），转换器单独地禁用所述锁定装置，所述锁定装置阻止了所述位置制动器（10）的机械释放，因此正常运行下阻止所述位置制动器（10）的角转动的所述电磁阀（14）将被切断，其中，还经由叶片位置方向上的电机扭矩，实现了所述位置制动器（10）的机械增强型释放，并且在此情况下经由所述电机扭矩，将分离杆（11）永久地拉到“打开”位置，从而使所述位置制动器（10）无法被电力释放，也无法在叶片位置方向上阻止所述风机桨叶（29），如果确保电力供应，那么在叶片位置区域中启动所述电磁阀（14），而所述位置制动器（10）的转动则被阻止，因此经由弹簧（25）使所述分离杆（11）保持在空档位置，并且随后使所述位置制动器（10）仅可经由所述位置制动器（10）处的所述电磁阀（14）被释放，对于所述风力机的自动开启，所述电磁阀（14）阻止了所述位置制动器（10）的可能旋转角，并且所述分离杆（11）保持在空档位置，因此，所述位置制动器（10）的释放仅可以用电动方式完成。 

较佳的，在所述方法中，在无故障运行过程中，当使用至少一个有源闭合位置制动器（10）时，借助于提起或推动磁体（37），将可移动轮（35）固持成与轮34不接触，并且所述可移动轮（35）与所述风机桨叶（29）相接触，同时，所述轮（34）被固定在所述执行驱动机构（13）的所述电机转轴（16）上并以摩擦方式连接到所述制动盘（33）上，而在有故障的情况下，当不再受所述电磁阀（37）固持时，在弹簧（40）力的作用下将实现所述可移动轮（35）的接触，与此同时， 所述制动器外壳（10）以较小旋转角释放，并且所述电磁阀释放所述可移动轮（35），从而使得所述可移动轮（35）与所述轮（34）相接触，从而引起与所述电机转轴（16）的摩擦式或连锁式连接，并且在所述风机桨叶（29）在工作位置方向上发生旋转的运行模式中，电机转轴（16）可能在此方向发生旋转，从而引起传动带（36）拉动制动杆（33）或制动盘（33），并且其中，所述风机桨叶（29）在由所述风机桨叶产生较低能量的方向上发生转动的运行模式中，通过改变所接触可移动轮（35）的旋转方向，用于启动所述位置制动器（10）的拉紧转子或致动装置得以释放，所述位置制动器（10）的外壳执行旋转角进入到空档位置，与此同时，一旦制动衬块（17）被释放且由此所述风机桨叶（29）的旋转被释放到气动制动方向，所述制动器外壳（10）上的弹簧（41）便将该外壳再次拉动到空档位置。 

较佳的，在所述方法中，通过所述风力机的每次自动启动，在所述启动期间，执行对每个风机桨叶（29）的所述机械式制动器释放的功能检查，其中这依据于转子位置进行。 

较佳的，在所述方法中，所述功能检查中出现故障将会限制最大桨距角以及转子的转速，或者会致使所述风力机减速。 

本发明第二方面，提供了一种用于执行所述方法的装置，所述装置用于在紧急情况下通过调整风机桨叶（29）来使风力机减速，其中对于风力机，将使用根据桨距控制或主动失速控制原理的功率控制，对于每个风机桨叶（29）则用至少一个执行驱动机构（13）以及至少一个位置制动器（10）以保持风机桨叶（29）的位置， 

其特征在于， 

所述执行驱动机构（13）与配备有制动衬块（17）和法兰盘（12）的位置制动器（10）相连接，所述位置制动器（10）的外壳可以被调整某个角度，所述位置制动器（10）具有分离杆（11）或手动制动杆，并且所述法兰盘（12）具有连接到滑动装置（14）的连接件（21）， 

并且强力弹簧（25）被布置在所述连接装置（21）的相反方向上，另外还存在由传动带（27）实现的与弹簧（28）的机械耦合，所述弹簧（28）靠近所述风机桨叶（29）的限位键（31）进行安装，并且所述执行驱动机构（13）的凸轮（30）可在摇杆（23）的范围内接触到，所述摇杆由传动带（22）连接到连接装置（21），并且一个辅助弹簧（26）被布置在摇杆（23）与法兰盘（12）之间。 

优选的，所述装置还具有一种带有制动衬块（17）的位置制动器（10），所述制动衬块与所述执行驱动机构（13）的所述电机转轴（16）相连接，并且所述位置制动器（10）通过螺栓（10.1）固定在法兰盘（12）上，其中所述法兰盘（12）的一端比所述位置制动器（10）的所述外壳要高，在此处，具有辅助弹簧（26）、强力弹簧（25），在强力弹簧（25）的相反方向中存在电磁阀（14）的连接件（21）以及传动带（27）；而其另一端连接到弹簧（28），其中布置有凸出部分的凸轮（30），该凸出部分对应于与所述位置制动器（10）相连接的摇杆（23），其中所述摇杆（23）具有辅助弹簧（26）和传送带（22），所述弹簧在第二端（12）处连接到所述法兰盘，所述传送带在所述摇杆（23）处附接到所述辅助弹簧（26）的锚定点，所述摇杆（23）连接到所述电磁阀（14）的所述连接件（21），所述制动器（10）具有带有小弹簧（19）的分离杆（11），所述分离杆（11）用一个较小力拉向空档位置，所述法兰盘（12）通过至少一个固定连接件（24）可旋转地连接到所述执行驱动机构（13）的外壳，从而确保所述位置制动器外壳（10）能旋转某角度，并且所述风机桨叶（29）具有与所述弹簧（28）相对应的限位键（31）。 

优选的，在所述装置中，在所述位置制动器（10）后方位于其轴（16）上的现有执行驱动机构（19）中的每一者均具有位于其外壳上的制动衬块（17），位于所述轴（16）处的可滑动制动盘（33），以及弹簧（41、48），所述制动盘（33）具有连接到所述轴（16）的齿轮轴（39）， 

并且进一步包含齿轮（34）或摩擦轮（34），所述轮倾斜或压在可移动轮（35）上，因此所述可移动轮（35）可以进行旋转运动，并且所述轮（34）具有连接到所述风机桨叶（29）的连接件， 

所述可移动轮（35）经电磁阀（37）固持不受所述轮（34）的影响，并且作为一反作用力，有一弹簧（40）附接到所述电磁阀（37）， 

传送带（36）具有在所述制动盘（33）处接触至少一个点的触点，并且所述传送带受可移动以及可旋转的可移动轮（35）以及重定向点的引导，并且所述传送带（36）与另一条传送带（36）传送带，所述传送带（36）连接到所述制动盘（33），并且具有所述风机桨叶末端位置弹簧（43）， 

制动杆（38）被布置在所述制动器外壳（10）处，所述制动杆（38）具有在所述制动杆（38）与可移动轮（35）之间受引导的弹簧（46）和传动带（45），并且在所述电磁阀（37）作用下可进行拉伸；以及 

所述风机桨叶末端位置弹簧（43）与所述风机桨叶（29）的阻止装置相对应。 

优选的，在所述装置中，具有单向离合器（42）的所述连杆（49）与所述轮（35）相连接。 

优选的，所述装置被布置在所述执行驱动机构处、齿轮箱上、制动器（10）上，或在中间点处，并且所述传动带（20、22、27、36、45）至少部分替换为连杆。 

本发明中所提及的概念中，“顺桨位置”是指：在气流中，桨叶所处位置，使桨叶下方空气压强强于桨叶上方空气压强；针对风力发电机，则为能使发电机转子加速的桨叶位置；“逆浆位置”是指：在气流中，桨叶所处位置，使桨叶上方空气压强强于桨叶下方空气压强；针对风力发电机，则为能使发电机转子减速的桨叶位置。在本发明所提及的概念中，“有源闭合制动器”（active brake），即：主动制动器，是指：在通电才会闭合的，断电后打开的制动器，因为断电后制动器处于开放状态，所以要用制动杆（brake lever）使其闭合；而“无源闭合制动器”（passive brake）即：被动制动器，通电后才会打开，断电后闭合，因为断电后制动器处于闭合状态，所以要使用分离杆（manual release-lever）使其打开。 

依据此专利设计的风机系统将在以下情况中运行： 

a在风机自动启动的过程中，程序需对风机转子及桨叶和机械制动器将进行测试。另外，测试需要根据风机转子位置进行。若测试不通过，则风机需要停机维护。 

b在使用无源闭合的制动器时，当桨叶向逆桨位置转动时，机械制动器将松开；当桨叶到达逆桨位置时，机械制动器闭合，此过程将通过限位器（机械结构）实现。通过对电磁阀的控制，亦可实现对基于桨叶转动方向动作的机械制动器进行控制。 

c在使用有源闭合的制动器时，当桨叶转至逆桨位置，机械制动器将受到限位器（机械结构）作用闭合，使桨叶停止转动。 

d电磁阀在故障发生时被关闭，无源闭合制动器或有源闭合制动器将被激活。制动器的开合将由电机转轴转动方向来确定，转动的方向则由控制方式和驱动方式以及桨叶所在位置是否能制动来确定。 

e使用电力驱动系统运行时，需要对其转矩进行监控，以确定电机制动器是否 闭合，或桨叶是否需要被转动，并由此确定风机是否在安全状态下工作。若制动器处于闭合状态（故障），而桨距角又需要被调整时，电机转矩会增大，则系统自动切断电磁阀和电机电源，打开制动器，以实现桨距角调整。当使用有源闭合制动器时，则需要同时切断对原制动器的供电，使桨叶的转动受机械制动器控制。 

f在运输、装配和维护过程中，变桨电机转轴在断电情况下应被制动器锁定。当风机需要维护时，变桨电机转轴另一端（无机械制动）需要被锁定。当使用有源闭合制动器时，且系统失去供电或是供电有扰动的情况下，电机可通过带制动杆的机械结构使制动器闭合。 

g通过桨叶自重和风力所产生的转矩促使桨距角的调整。在电网扰动或故障（掉电）的情况下，发电机转速将沿功率-转速曲线逐渐减速。另外，在使用机械制动的同时，也可通过消耗发电机功率来产生阻力矩，从而降低发电机转子转速。消耗发电机功率的电路可安装在逆变器中或在逆变器和发电机之间，或者直接使发电机与电网相连。 

本发明中的设备是对现有风机系统针对供电故障或变浆电机故障情况下的安全保障措施，能使失去控制转矩的桨叶逐步转向逆桨位置。相对于以往的安全标准，此系统能明显降低风机的损毁的可能性。 

附图说明

以下为此专利工作原理的示意图。 

图1为用于在紧急情况下，用于风力发电机减速装置的侧视图和剖视图的组合视图：供电故障时，电磁阀关闭，桨叶在逆桨位置，分离杆归位，机械制动器闭合。 

图2为用于在紧急情况下，用于风力发电机减速装置的侧视图及剖视图：供电故障时，电磁阀关闭，分离杆归位，机械制动器闭合。 

图3为用于在紧急情况下，用于风力发电机减速装置的侧视图和剖视图的组合：供电故障时，电磁阀关闭，摇杆受凸轮作用使分离杆归位，机械制动器闭合。 

图4：为用于在紧急情况下，用于风力发电机减速装置的侧视图和剖视图的组合，其中使用的是有源闭合制动器。 

具体实施方式

通过切断电磁阀14，可以实现对轮毂上的可旋转安装的风机桨叶29进行额外的应急调节。因此，执行驱动机构13的轴的末端具有带有制动衬块17的位置制动器10，所述位置制动器10通过螺栓10.1固定到法兰盘12上。 

此外，如图1所示，制动器10包括带有小型弹簧19的分离杆11，该分离杆11用一个较小力拉至空挡位置。 

法兰盘12使用固定连接件24可旋转地连接到执行驱动机构13的外壳上。通过法兰盘12的旋转，在位置制动器10的外壳上释放一个较小的旋转角度。 

如果需要转到叶片位置，以及在位置制动器10的电动打开失败，并且位置制动器10阻止电机转轴16，或者一个或多个执行驱动机构13未产生扭矩的情况下，在应急系统发生故障的时候，阻止位置制动器10的外壳进行旋转的电磁阀14被切断，并且通过强力弹簧25和连接件21将分离杆11拉至“有源闭合激活”位置（图2）。在电机转轴16向着叶片方向以及位置制动器10的闭合制动衬块17的旋转运动期间，所述位置制动器10的外壳通过电机转轴16以较小角度旋转。此种旋转角度用来借助于传动带22将摇杆23保持在“空挡”位置并且用来通过弹簧拉力转动，同时通过额外的传动带将位置制动器10的分离杆11拉动到“释放”位置。在无故障操作时，所述摇杆23通过辅助弹簧26远离凸轮30。如果逆时针旋转的凸轮30的方向未改变，那么此位置被一直保持到机械弹簧28经由风机桨叶29上的限位键31检测到所述风机桨叶29的叶片位置，并且用传动带27将分离杆11与弹簧力相抵地拉入空挡位置为止。因此，位置制动器10的重复释放无效，从而使得所述位置制动器10仅可电控。 

如果风机桨叶29连同电机转轴16在工作位置的方向上旋转，那么凸轮30在顺时针方向旋转，所述凸轮30启动摇杆23的重新设置，并且通过拉动传动带22，强力弹簧25再次被拉紧，并且小型弹簧19将分离杆11拉入空挡位置，如图1所示。图3示出此功能的倾斜位置。同时，位置制动器10的外壳再次旋转（顺时针）入某一位置，在所述位置中，有源闭合电磁阀14可以阻止所述外壳旋转。由辅助弹簧26拉动的摇杆23再次位于与电机转轴16一起旋转的凸轮30的啮合区域外部。因此，位置制动器10可以通过驱动器13与电机转轴16的扭矩或通过来自重力的扭矩，并且另外如果适用，通过风机桨叶29的桨叶轴处的气动学作用而重复地打开。 

对于用无源闭合制动器系统的旋转桨叶的防摩擦旋转，分离杆11被锁定在空 挡位置，例如，用于维护或运输，而在有源闭合制动器10的版本中，加压的锚板（pressed anchor-plate）33的位置是可锁定的。这样防止了电机转轴16的意外释放。 

对于位置制动器的释放，提供以下额外的选择： 

a）分离杆11以特定方式移动，使得仅减少约90%的制动扭矩。因此，只要电机转轴16的旋转方向未改变，就维持位置制动器10的扭转。当对位置制动器10的总体结构进行设置时，需要制动衬块17不会完全地释放，并且因此保持位置制动器10的外壳上的较小扭矩，所述扭矩将分离杆11保持在释放位置。 

b）作为一个变体，使用额外的弹簧制动器（辅助制动器），所述弹簧制动器的扭矩被设置成较小值，并且所述弹簧制动器的外壳连接到作为主要制动器10的位置制动器10上。当发生故障时，辅助制动器无法以机械方式打开。因此，一旦电机转轴16在叶片位置的方向上发生旋转，所述主要制动器10的外壳便被保持在“分离杆启动”位置。当改变旋转方向时，制动器10的外壳被转到“制动杆空挡位置”方向，其中如果电励磁未被打开，主要制动器10则闭合。这样使得电机转轴16能够向着叶片位置的方向旋转。闭合的制动器朝着工作位置的旋转会保持所述制动器闭合，并且保持当前的位置。 

c）通过使用有源闭合制动器，也可以实现位置制动器10的强行打开和闭合功能。此种类型的制动器在启动时闭合制动衬块17，并且在断电时打开所述制动衬块17。为实现此目的，在执行向着工作位置的旋转时，并且在到达叶片位置之后，通过弹簧力闭合制动衬块17。对模式“阻止风机桨叶向着工作位置方向的旋转”或“保持在叶片位置”进行检测和触发也通过电磁阀来实现，并且根据位置制动器外壳10的旋转运动的方向，以及通过摇杆23的释放来实现。通过风机桨叶29处的失速来调节转子输入功率的变桨系统使用相同的运行模式，并且随后用风机桨叶29上的最少风能以及影响风能的转子旋转体来将风机桨叶29保持在控制范围中。 

使用有源闭合或无源闭合位置制动器10会引起装置的类似运行方式，但不同之处在于，对于无源闭合位置制动器10，需要分离杆11来释放制动，而使用有源闭合位置制动器10则需要将制动衬块17通过额外的装置闭合至制动盘33。 

在调节风机桨叶29时，则有，在转子的一次转动期间，通过风机桨叶29的风力和重力来在每个风机桨叶29上检测所形成的扭矩，其中这会交替地朝着工作位置以及在叶片位置的方向上的往返过程中发生，同时风机桨叶29相应地进行设 计，使得其惯性中心在风机桨叶转轴中心的外部。 

本发明应看作对已知安全装置的补充，其中在发生故障的情况下，一个或多个执行驱动机构13不会传递扭矩，在任何情况下都使得对应受影响的风机桨叶29逐渐转向逆桨位置，并且与先进技术的状态相比，这里通过使用应急装置，风力机的损坏风险明显减少。 

下文将描述在风机桨叶29的传动系统中使用一个或多个有源闭合位置制动器10的版本的设计、结构和功能。 

在发生故障的情况下，所述情况不允许通过驱动机构上的一个或多个执行驱动机构13将扭矩传递到风机桨叶29，制动器10将不再是可控制的，因此桨叶29将在每次转子转动时在气动减速与气动加速之间回旋往复。因此，不存在倾斜用于连续减小转子速度（没有更多能作用于转子的气动减速）的风机桨叶调整。为了解决这个问题，现有执行驱动机构13中的每一者都具有法兰盘13，并且在旋转轴16上存在布置的齿轮34或摩擦轮34，在所述齿轮或摩擦轮上或在所述齿轮或摩擦轮中，另一可移动轮35可以倾斜或者可以被径向地按压，从而可以承受旋转运动。在正常运行期间，可替换的可移动轮35借助于提起或推动磁体37不与轮34接触，所述磁体连接到风机桨叶29的旋转。只要不再受磁体37保持，就会通过弹簧40的弹力与可移动轮35相接触。检测到的故障也会引起位置制动器10的外壳经由弹簧46通过锁定杆38的释放而以较小角度释放，这可以用相同的电磁体37来执行，所述电磁体37将可移动轮35设置成自由的，从而引起轮35到轮34的摩擦啮合。如果变桨系统中不存在异常，那么锁定杆38通过传动带45来保持，所述传动带45通过拉动电磁阀37被拉紧，从而防止制动器外壳10的旋转，并且使电磁制动器的正常动作。因此，电磁体37的断开件使得实现到电机转轴16的压入配合或适形连接，并且能够进行具有确定旋转角度的制动器外壳10的可能旋转，这可以从风机桨叶的扭矩方向中以机械方式检测出，因此制动器10以机械方式受到控制。除了机械检测，纯机械的转动方向检测也可通过其他传感器替代，而其缺点在于，传感器电路需要独立供电（后备电源）。 

运行模式为： 

a）使风机桨叶29朝着顺桨位置旋转，以及 

b）使风机桨叶29朝着逆桨位置或在产生风能较少的方向上旋转。 

在a）情况下，电机转轴16在工作位置的方向上可能发生的旋转引起对制动 盘33的拉动，这经由通过传动带36与可移动轮35连接的杆49产生，从而使在齿轮轴39处适形可滑动的制动盘33靠着与制动器外壳10相关联的制动衬块17被拉动，因此弹簧41被拉紧。在制动衬块17闭合的情况下，发生制动器外壳10到达限位键DBz的较小旋转，随后电机转轴16减速。因此，传动带36具有滑动连接件47，所述滑动连接件47作为与旋转制动盘33的轴16接触的滑动触点47，并且在连杆49不再拉动传动带36之后，滑动触点借助于弹簧48被再次释放，因此制动盘33不再挤压制动衬块17。 

为了使得制动器外壳10可以旋转，位置制动器10的外壳与磁体37的断开件同时从针对旋转锁定的位置释放。在无故障的系统中，此种锁定借助于锁定杆38来提供，所述锁定杆38通过经由传动带45拉动电磁阀37来对弹簧46施加拉力，并且所述系统在制动器法兰盘32或制动器外壳10处与锁定杆38啮合，因此，在电磁阀37通电并且轮34和35的连接被禁用的情况下，制动器外壳不可能发生旋转。现在，风机桨叶29无法在某一方向上旋转，在所述方向上，增加的扭矩将通过风力作用在转子上。在没有故障的运行期间，制动器根据技术指标中的状态运行。 

根据情况b），当风机桨叶29向着逆桨位置的方向或在产生较低风能的方向上旋转时，用于启动位置制动器10的夹持或调节机构再次被释放，并且制动盘33通过至少一个弹簧41不再挤压制动衬块17。这通过使可移动轮35的旋转方向反向来实现，方式是经由闭合的制动衬块17旋转制动器外壳10的位置，使轮34和35能够旋转运动，从而消除传动带36的拉力，并且制动盘33经由弹簧41再次与制动衬块17脱离。拉力弹簧48可以取消行动点的滑动运动，从而让制动轮毂33自由旋转。只要轮34随着轮35并且经由单向离合器42随着牵引传动带36的相关绕线装置在这个方向上一起旋转，那么传动带36保持在某一位置，在所述位置中，手动制动杆49未通过单向离合器42致动，并且在制动盘33的释放之后，单向离合器42允许滑动轮35进一步旋转。因此，风机桨叶29被释放，从而能向转子的气动减速位置的方向上旋转。制动杆33保持在空挡位置，直到开始一个新的循环为止。 

即使在本发明的风力机处的所有风机桨叶变桨系统发生故障的情况下，转子仍然会减速至较低的转速。 

因此，不会对在叶片位置中自由旋转的风机桨叶29产生重大影响，并且提出 了一种风机桨叶末端位置弹簧43，用于在桨叶29到达预定区域之后执行对所述制动器的机械闭合。确定这个部分的机械传感器主动地拉动或推动制动杆33，并且风机桨叶29将被停止。例如，通过缩短用于制动器启动的传送带36来实现停止。有利的是，例如，在一秒之后以及在风机桨叶29已减速之后，使用阻尼器来再次释放传动带36。 

直到将变桨系统重启至无故障的正常模式之前，每个风机桨叶29在工作位置的方向上的转动受到制动器扭矩的阻止。 

有源闭合制动器10的此种锁定功能也可以有利地用于在没有电源的情况下稳固住风机桨叶29，用于运输、维护或服务，方式是用机械力靠着制动衬块17按压制动盘33。 

变桨系统再次处于无故障状态后，电磁阀37被启动，这样使得移动轮不相互接触。同时，锁定杆38被致动用于通过传动带45与弹簧46相抵地固定制动器外壳10。位置制动器10以电动方式被启动，使得制动器外壳10可以完全向着空档位置旋转，并且锁定机构38能够锁住，在短时间的执行驱动机构扭矩内，到达制动器外壳10的正常位置，锁定装置38可以与所述制动器外壳10啮合。制动器外壳10上的拉力弹簧44有助于使制动器外壳10运动到空档位置。执行驱动机构13可以返回到正常运行。制动器调节和/或替换轮35的空档位置有利地通过变桨或控制系统内的传感器进行监控。 

明显的是，传动带36、45可用杆替换。 

部件列表及运动方向 

10–原制动器（或制动盘，制动器外壳） 

10.1–螺栓 

11-分离杆 

12-法兰盘 

13-变桨电机，执行驱动机构，电机法兰盘 

14-电磁阀，平移装置 

16-电机转轴 

17-制动衬块,摩擦涂层 

19–小型弹簧 

20-传动带 

21-连接件 

22-传动带 

23-摇杆 

24–连接件 

25-强力弹簧 

26-辅助弹簧 

27-传动带 

28-弹簧（限位，缓冲） 

29–风机桨叶 

30–凸轮 

31–限位键 

32-制动器法兰盘 

33–制动盘（附带齿，制动杆） 

34–电机轴上的齿轮或摩擦轮 

35–可移动轮 

36-传动带 

37-电磁阀 

38-制动杆 

39-齿轮轴 

40-弹簧 

41-弹簧 

42–单向离合器 

43-弹簧（桨叶限位） 

44-弹簧（位于制动器外壳） 

45-传动带 

46-弹簧 

47-滑动连接件 

48-弹簧 

49–连杆 

VR–外浮动轮（outer relocatable wheel） 

DR-桨叶转动（rotor-blade rotation） 

DB-桨叶制动（brake rotation） 

DB-a制动松开（rotation“brake free”） 

DB-z制动闭合（rotation“brake closed”）。 

Claims (15)

1.一种用于在紧急情况下通过调整风机桨叶而使风力机减速的方法，其中对于风力机，利用基于桨距控制或主动失速控制原理的功率控制，对于每个所述风机桨叶，它们均配备有至少一个执行驱动机构以便相对彼此连续地比较执行驱动机构的扭矩，每个执行驱动机构均具有存储阈值，并且所述风机桨叶还配备有至少一个位置制动器，所述制动器可以是无源闭合或是有源闭合的，从而固持住风机桨叶的位置，并且它可以是封闭地或摩擦式地形成，

其特征在于，

存在一种应急装置，用于闭合或释放风机桨叶的一个或多个所述位置制动器（10），并且所述装置可以依据于所述风机桨叶的预定转动方向而使风机桨叶（29）停止旋转，或将其释放，并且所述装置若在减少的风能方向上旋转时，打开或分别保持打开至少一个位置制动器（10），从而影响所述转子，并且在旋转方向未料的情况下，闭合位置制动器（10）或制动器（10），或保持其闭合。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

对扭矩的实际方向的检测是通过转动制动器外壳（10）来进行的。

3.根据前述权利要求中一项权利要求所述的方法，其特征在于，

对于有源闭合位置制动器（10）的类型或无源闭合位置制动器（10）的类型，在由一个连接到风机桨叶（29）旋转体的装置启动后，执行位置制动器（10）的冗余及机械启动式闭合，并将此用于对风机桨叶（29）中产生较少风能的位置进行检测。

4.根据前述权利要求中一项权利要求所述的方法，其特征在于，

在禁用或释放后，借助于电磁阀（14）或任何其他类型的滑动装置（14）来释放锁定机构，从而允许所述位置制动器外壳（10）发生转动，或者，在释放该连锁装置以及由此所述制动器外壳（10）的可能转动，并在所述执行驱动机构（13）的扭矩作用下启动所连接的分离杆（11）之后，所述位置制动器（10）可以在较少风能的方向上自动地打开，从而有，在释放所述锁定机构并在所述执行驱动机构（13）的扭矩作用下启动所连接的分离杆（11）之后，能使所述制动器外壳（10）旋转。

5.根据前述权利要求中一项权利要求所述的方法，其特征在于，

在禁用或释放之后，经由一个电磁阀（37）或任何类型的滑动装置（37）释放连锁装置（38）或闭锁（38），从而使位置制动器外壳（10）转动，并且在无单向离合器（42）作用的方向上用轮（34）转动轮（35）之后，启动制动衬块（17），由此使传送带（36）拉动连杆（49），并且，在使电机转轴（19）旋转方向发生倒转之后，连杆（49）通过改变可移动轮（35）的旋转方向且因此通过弹簧（41）打开制动衬块（17）而松开所述传送带（36）上的拉力，

并且所述位置制动器（10）的外壳受弹簧（44）作用返回到制动器打开的位置（DBa），并且在启动所述电磁阀（37）之后，用传动带（45）拉动所述制动杆（38），且因此固定住所述位置制动器（10）使其不再转动。

6.根据前述权利要求中一项权利要求所述的方法，

其特征在于，

对在电力故障情况下使所述转子减速的支持也可以通过至少临时地保持发电机上的负载而实现。

7.根据前述权利要求中一项权利要求所述的方法，

其特征在于以下特征：

当发生故障时，在所述无源闭合位置制动器（10）处执行禁用电磁阀（14），且因此在所述位置制动器（10）的外壳处释放了较小旋转角，其中通过在逆桨位置的方向上的旋转运动，所述位置制动器外壳（10）的转动使所述制动器发生机械强行释放，且因此确保风机桨叶（29）在所述逆桨位置方向上旋转，

所闭合的位置制动器（10）在顺浆位置方向上的旋转使所述位置制动器（10）保持闭合，且保持在当前位置，

如果所述风机桨叶（29）在顺桨位置方向上产生旋转运动，那么枢转的位置制动器（10）则已经在较小转动之后再次闭合，因此使所述风机桨叶停止转动，

如果所述执行驱动机构（13）运行，对于未打开的位置制动器（10），转换器单独地禁用所述锁定装置，所述锁定装置阻止了所述位置制动器（10）的机械释放，

因此正常运行下阻止所述位置制动器（10）的角转动的所述电磁阀（14）将被切断，其中，还经由逆桨位置方向上的电机扭矩，实现了所述位置制动器（10）的机械强行释放，并且在此情况下经由所述电机扭矩，将分离杆（11）持续地拉到“打开”位置，从而使所述位置制动器（10）无法被电力释放，也无法在逆桨位置方向上阻止所述风机桨叶（29），

如果确保电力供应，那么在叶片位置区域中启动所述电磁阀（14），而所述位置制动器（10）的转动则被阻止，因此经由弹簧（25）使所述分离杆（11）保持在空档位置，并且随后使所述位置制动器（10）仅可经由所述位置制动器（10）处的所述电磁阀（14）被释放，

对于所述风力机的自动开启，所述电磁阀（14）阻止了所述位置制动器（10）的可能旋转角，并且所述分离杆（11）保持在空档位置，因此，所述位置制动器（10）的释放仅可以用电动方式完成。

8.根据权利要求1至5中一项权利要求所述的方法，

其特征在于，

在无故障运行过程中，当使用至少一个有源闭合位置制动器（10）时，借助于提起或推动磁体（37），将可移动轮（35）固持成与轮34不接触，并且所述可移动轮（35）与所述风机桨叶（29）相接触，同时，所述轮（34）被固定在所述执行驱动机构（13）的所述电机转轴（16）上并以摩擦方式连接到所述制动盘（33）上，而在有故障的情况下，当不再受所述电磁阀（37）固持时，在弹簧（40）力的作用下将实现所述可移动轮（35）的接触，与此同时，所述制动器外壳（10）以较小旋转角释放，并且所述电磁阀释放所述可移动轮（35），从而使得所述可移动轮（35）与所述轮（34）相接触，从而引起与所述电机转轴（16）的摩擦式或连锁式连接，并且在所述风机桨叶（29）在顺桨位置方向上发生旋转的运行模式中，电机转轴（16）可能在此方向发生旋转，从而引起传动带（36）拉动制动杆（33）或制动盘（33），并且其中，所述风机桨叶（29）在由所述风机桨叶产生较低能量的方向上发生转动的运行模式中，通过改变所接触可移动轮（35）的旋转方向，用于启动所述位置制动器（10）的拉紧转子或致动装置得以释放，所述位置制动器（10）的外壳执行旋转角进入到空档位置，与此同时，一旦制动衬块（17）被释放且由此所述风机桨叶（29）的旋转被释放到气动制动方向，所述制动器外壳（10）上的弹簧（41）便将该外壳再次拉动到空档位置。

9.根据前述权利要求中一项权利要求所述的方法，

其特征在于，

通过所述风力发电机的每次自动启动，在所述启动期间，执行对每个风机桨叶（29）的所述机械式制动器释放的功能检查，其中这依据于转子位置进行。

10.根据权利要求8所述的方法，

其特征在于，

所述功能检查中出现故障将会限制最大桨距角以及转子的转速，或者会致使所述风力发电机减速。

11.一种用于执行所述方法的装置，所述装置用于在紧急情况下通过调整风机桨叶（29）来使风力机减速，其中对于风力发电机，将使用根据桨距控制或主动失速控制原理的功率控制，对于每个风机桨叶（29）则用至少一个执行驱动机构（13）以及至少一个位置制动器（10）以保持风机桨叶（29）的位置，

其特征在于，

所述执行驱动机构（13）与配备有制动衬块（17）和法兰盘（12）的位置制动器（10）相连接，所述位置制动器（10）的外壳可以被调整某个角度，所述位置制动器（10）具有分离杆（11）或连杆，并且所述法兰盘（12）具有连接到滑动装置（14）的连接件（21），

并且强力弹簧（25）被布置在所述连接装置（21）的相反方向上，另外还存在由传动带（27）实现的与弹簧（28）的机械耦合，所述弹簧（28靠近所述风机桨叶（29）的限位键（31）进行安装，并且所述执行驱动机构（13）的凸轮（30）可在摇杆（23）的范围内接触到，所述摇杆由传动带（22）连接到连接装置（21），并且一个辅助弹簧（26）被布置在摇杆（23）与法兰盘（12）之间。

12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于以下特征：

具有一种带有制动衬块（17）的位置制动器（10），所述摩擦衬垫与所述执行驱动机构（13）的所述电机转轴（16）相连接，并且所述位置制动器（10）通过螺栓（10.1）固定在法兰盘（12）上，其中所述法兰盘（12）的一端比所述位置制动器（10）的所述外壳要高，在此处，具有辅助弹簧（26）、强力弹簧（25），在强力弹簧（25）的相反方向中存在电磁阀（14）的连接件（21）以及传动带（27）；而其另一端连接到弹簧（28），其中布置有凸出部分的凸轮（30），该凸出部分对应于与所述位置制动器（10）相连接的摇杆（23），其中所述摇杆（23）具有辅助弹簧（26）和传送带（22），所述弹簧在第二端（12）处连接到所述法兰盘，所述传送带在所述摇杆（23）处附接到所述辅助弹簧（26）的锚定点，所述摇杆（23）连接到所述电磁阀（14）的所述连接件（21），

所述制动器（10）具有带有小弹簧（19）的分离杆（11），所述分离杆（11）用一个较小力拉向空档位置，

所述法兰盘（12）通过至少一个固定连接件（24）可旋转地连接到所述执行驱动机构（13）的外壳，从而确保所述位置制动器外壳（10）能旋转某角度，并且所述风机桨叶（29）具有与所述弹簧（28）相对应的限位键（31）。

13.根据权利要求10和11所述的装置，所述装置具有有源闭合位置制动器（10），

其特征在于以下特征：

在所述位置制动器（10）后方位于其轴（16）上的现有执行驱动机构（19）中的每一者均具有位于其外壳上的制动衬块（17），位于所述轴（16）处的可滑动制动盘（33），以及弹簧（41、48），所述制动盘（33）具有连接到所述轴（16）的齿轮轴（39），

并且进一步包含齿轮（34）或摩擦轮（34），所述轮倾斜或压在可移动轮（35）上，因此所述可移动轮（35）可以进行旋转运动，并且所述轮（34）具有连接到所述风机桨叶（29）的连接件，

所述可移动轮（35）经电磁阀（37）固持不受所述轮（34）的影响，并且作为一反作用力，有一弹簧（40）附接到所述电磁阀（37），

传送带（36）具有在所述制动盘（33）处接触至少一个点的触点，并且所述传送带受可移动以及可旋转的可移动轮（35）以及重定向点的引导，并且所述传送带（36）与另一条传送带（36）传送带，所述传送带（36）连接到所述制动盘（33），并且具有所述风机桨叶末端位置弹簧（43），

制动杆（38）被布置在所述制动器外壳（10）处，所述制动杆（38）具有在所述制动杆（38）与可移动轮（35）之间受引导的弹簧（46）和传动带（45），并且在所述电磁阀（37）作用下可进行拉伸；以及

所述风机桨叶末端位置弹簧（43）与所述风机桨叶（29）的阻止装置相对应。

14.根据权利要求12所述的装置，

其特征在于，

具有单向离合器（42）的所述连杆（49）与所述可移动轮（35）相连接。

15.根据权利要求10至13所述的装置，

其特征在于，

发明的装置被布置在所述执行驱动机构处、齿轮箱上、制动器（10）上，或在中间点处，并且所述传动带（20、22、27、36、45）至少部分替换为连杆。

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