CN103726996B - 叶片变桨限位结构以及风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于风力发电机的叶片变桨限位结构以及具有该叶片变桨限位结构的风力发电机。所述叶片变桨限位结构包括设置在变桨轴承动圈或叶片法兰上的动挡块以及设置在变桨轴承固定圈上的静挡块，当变桨执行机构出现故障而叶片旋转超过正常工作角度范围时，静挡块与动挡块相接触而阻止叶片进一步旋转。因此，可以防止叶片在变桨执行机构出现故障的情况下旋转失控。

Description

叶片变桨限位结构以及风力发电机

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种风力发电机叶片变桨的限位结构以及采用该限位结构的风力发电机。

背景技术

变桨系统是风力发电机的重要组成部分，变桨系统根据风机控制策略的要求，使叶片通过变桨执行机构被限定在某个角度。在实际应用中，可以设定发电角度的范围在0°～5°之间（即桨距角在发电角度范围内风机正常发电），顺桨停机角度的范围在87°～90°之间。

在风力发电机中通常依靠旋转编码器来检测叶片的实际位置（桨距角），但是由于叶片的上述两个位置的重要性，变桨系统还设置有变桨距风力发电机叶片变桨限位功能，以根据运行需要将叶片限定在某个角度。

现有的风力发电机的叶片变桨限位功能是在变桨执行机构可以正常工作的条件下实现的，例如，在变桨执行机构能够正常工作时，通过挡块触发传感器检测叶片位置信息，传感器将位置信息传递给变桨控制系统，叶片位置信息作为执行变桨动作的依据。

然而，在风力发电机运行过程中，可能会出现变桨执行机构故障，例如，变桨电机制动失效，采用齿轮变桨形式的变桨齿轮轴断裂，采用同步齿形带变桨形式的齿形带断裂，采用液压变桨形式的驱动单元故障等。发生这些故障时，不但风机不能正常工作，还将导致叶片失控，叶片绕轴线360°自由旋转。叶片正常的变桨角度一般在0°～90°之间，叶片转到非正常角度范围，将会带来其他零部件的附加损害，极端情况叶片叶尖部位扫到塔筒，导致叶片折断，造成重大损失。然而，现有的风力发电机叶片的变桨限位结构不适用于变桨执行机构发生故障时，叶片角度超出正常范围的情况。

随着风电行业的发展，对风力发电机的安全提出了更高的要求。变桨执行机构故障发生的概率虽然较低，但一旦发生，有可能给风力发电机带来很大的损害。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种能够在变桨执行机构发生故障的情况下也能将叶片限位在特定角度范围内的限位结构，以及采用该限位结构的风力发电机。

此外，本发明的叶片变桨的限位结构还具有锁定功能，当将叶片限位在特定位置时，还能将叶片锁定在该位置。

根据本发明的一方面，提供了一种用于风力发电机的叶片变桨限位结构，所述叶片变桨限位结构包括设置在变桨轴承动圈或叶片法兰上的动挡块以及设置在变桨轴承固定圈上的静挡块，当变桨执行机构出现故障而叶片旋转超过正常工作角度范围时，静挡块与动挡块相接触而阻止叶片进一步旋转。

所述静挡块可具有朝向动挡块的倾斜表面，所述倾斜表面与变桨轴承动圈或叶片法兰之间可形成楔形空间，并且所述动挡块具有朝向静挡块的倾斜表面，当静挡块阻挡动挡块时，所述动挡块进入所述楔形空间而被锁定。

所述变桨轴承固定圈为变桨轴承内圈，所述静挡块形成在变桨轴承内圈上。

所述变桨轴承固定圈为变桨轴承外圈，所述静挡块形成在变桨轴承外圈上。

所述动挡块为弹性块，所述静挡块具有挡边，当动挡块被静挡块阻挡时，所述动挡块被所述挡边挡住，而不能反向移动。

所述动挡块包括间隔预定角度设置的第一动挡块和第二动挡块，所述静挡块位于第一动挡块和第二动挡块之间，所述第一动挡块和第二动挡块均具有朝向静挡块的倾斜表面，所述静挡块与制动环或叶片法兰相面对的表面的两端为分别朝向第一挡块和第二挡块的倾斜表面。

所述静挡块包括间隔预定角度设置的第一静挡块和第二静挡块，所述动挡块位于第一静挡块和第二静挡块之间，所述第一静挡块和第二静挡块均具有朝向动挡块的倾斜表面，所述动挡块与变桨轴承固定圈相面对的表面的两端为分别朝向第一静挡块和第二静挡块的倾斜表面。

所述静挡块通过螺栓安装在变桨轴承固定圈。

所述静挡块和/或动挡块的表面上设置有弹性垫。

所述动挡块与变桨轴承动圈或叶片法兰之间形成有切割口，从而是动挡块具有弹性。

根据本发明的另一方面，还提供了一种具有上述叶片变桨限位结构的风力发电机。

根据本发明的技术方案，即使在变桨执行机构出现故障的情况下，也能将叶片桨距角限制在特定范围内，从而防止叶片失控旋转而带来的损害。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1是根据本发明的一个示例性实施例的风力发电机叶片变桨的限位结构的主视图；

图2是图1的限位结构的局部立体示图；

图3是图1的限位结构的局部放大示图；

图4示出了叶片处于锁定状态的局部放大示图；

图5是根据本发明另一示例性实施例的风力发电机叶片变桨的限位结构的主视图；

图6示出根据另一示例性实施例的叶片处于锁定状态的局部放大示图。

具体实施方式

本发明构思提出了一种在风力发电机变桨机构失效的情况下仍然能使叶片可靠限位的限位结构。所述限位结构包括设置在变桨轴承固定圈上的静挡块以及设置在变桨轴承动圈（制动环）或叶片法兰上的动挡块。在变桨机构失效而叶片旋转角度超出正常工作角度范围时，动挡块与静挡块接触，从而阻挡叶片进一步旋转。由此，使叶片的桨距角限制在设定范围内，而防止叶片360°自由旋转。此外，动挡块和静挡块之间可以形成楔形接触，从而通过楔形结构实现制动，使得叶片被锁定在限位位置。以下，参照附图来详细说明本发明的示例性实施例。

图1是根据本发明的一个示例性实施例的风力发电机叶片变桨限位结构的主视图；图2是图1的限位结构的局部立体示图；图3是图1的叶片变桨限位结构的局部放大示图；图4示出了叶片处于锁定状态的局部放大示图。

如图1和图2所示，变桨轴承10（这里为变桨轴承内圈，还可称为变桨轴承固定圈）通过螺栓固定安装在轮毂100上，制动环20（这里为变桨轴承外圈，还可称为变桨轴承动圈）可转动地安装在变桨轴承10的外圆周上。风机发电机叶片（未示出）安装在制动环20上，通过变桨执行机构（未示出）驱动制动环20相对于轮毂100转动，从而调整和控制叶片的桨距角。

在图1-4所示的示例中，根据本发明示例性实施例的叶片变桨限位结构包括从制动环20的内圆周表面上突出的动挡块21和22，以及设置在变桨轴承20上的静挡块30，静挡块30位于第一动挡块21和第二动挡块22之间。

当变桨执行机构失效，叶片顺时针旋转超过正常工作范围而到达第一限位位置时，静挡块30阻挡第一动挡块21，防止叶片进一步顺时针旋转。当变桨执行机构失效，叶片逆时针旋转超过正常工作范围而到达第二限位位置时，静挡块30阻挡第二动块22，防止叶片进一步逆时针旋转。因此，通过动挡块和静挡块将叶片的旋转限制在设定范围内，可以防止叶片360度自由旋转带来的损害。

如图1-3所示，静挡块30与制动环20相面对的表面左右两端形成为朝向动挡块的倾斜面，从而在静挡块30的外侧表面与制动环20的内圆周表面之间形成楔形结构。具体地，在静挡块30左右两侧与制动环20之间形成楔形空间33、34。动挡块21和22的外侧表面为朝向静挡块30的倾斜面。当动挡块21或22与静挡块30接触时，两者之间以倾斜表面相接触。当在惯性作用下，动挡块21或22进入静挡块30和制动环20之间形成的楔形空间33、34中时，通过楔形结构的自锁作用，动挡块21或22被卡住，从而限制了叶片的自由转动，如图4所示。

为了减少冲击力，在静挡块30的外侧表面上还可设置弹性垫31，防止静挡块30与动挡块21或22的刚性碰撞。显然，也可将弹性垫设置在动挡块21、22上，或者在静挡块30与动挡块21、22上均设置弹性垫。可使用橡胶、聚氨酯、聚四氟乙烯等具有弹性的材料制作弹性垫。

图5和图6示出了根据本发明另一示例性实施例的叶片变桨限位结构。如图5和图6所示，可将动挡块21和22设置为具有弹性，当动挡块21或22与静挡块30接触时，动挡块21或22被压缩，冲击能量被吸收。还可在静挡块30的两边的边缘设置突起，形成挡边40。当动挡块进入楔形空间后，动挡块回弹，挡边40即可将动挡块限制在楔形空间内（如图6所示）。可以利用钢材的弹性，在动挡块部位开槽，使得动挡块具有弹性。

作为示例，在叶片结构允许的条件下，动挡块21和22可以与叶片集成，直接设置在叶片法兰上，或者采用玻璃钢预埋、螺纹连接等方式固定在叶片内壁上；静挡块30可与变桨轴承10一体形成，也可通过连接变桨轴承10与轮毂100的螺栓安装在变桨轴承上，相对轮毂固定。

通常情况下，叶片正常的变桨范围α为0°-90°，图1所示为叶片处于90°角度时的状态。如果变桨执行机构结构失效，在风载或叶片偏心力矩作用下顺时针旋转超过90°时，制动环20左侧的动挡块21与静挡块30的左侧接触，在叶片旋转的惯性力作用下，动挡块21进入静挡块30与制动环20之间的楔形结构内，通过楔形的自锁作用，动挡块21被卡住。当叶片逆时针旋转超出0°时，制动环20右侧的动挡块22与静挡块30的右侧接触，并进入楔形结构而被锁定。

动挡块21、22与叶片轴向的相对位置可根据叶片限位所需要的角度确定。例如，在90°位置附近，要求在100°能够锁定；在0°位置附近，要求在-10°位置能够锁定。这样，叶片转动的角度范围，即使在变桨执行机构发生故障的情况下，也能被限制在-10°～100°。

对于静挡块通过螺栓安装在变桨轴承上的情形，在变桨执行机构修复后，可通过拆卸静挡块完成楔形自锁的接触，叶片即可重新获得变桨系统的控制。

虽然在上述实施例中，设置在制动环上的动挡块21、22为两块，而设置在变桨轴承上的静挡块30为一个，但是，作为可选方式，也可将在制动环上设置一个动挡块，而在变桨轴承上设置两个静挡块。在这种情况下，两个静挡块具有朝向动挡块的倾斜表面，与制动环的表面之间形成楔形空间，而动挡块的左右两端具有分别朝向静挡块的倾斜表面，从而在分别与左右两侧的静挡块接触时，可通过楔形结构被锁定。

此外，在上述实施例中，叶片安装在变桨轴承外圈20上，但是，本发明的叶片变桨限位结构也适用于叶片安装在变桨轴承内圈上的情形。对于叶片安装在变桨轴承内圈上的情形，制动环安装在叶片和变桨轴承外圈之间，动挡块设置在制动环的外圆周上，而静挡块设置在变桨轴承外圈上。

根据本发明示例性实施例的叶片变桨限位结构具有很强的通用性和适用性，可应用于各种变桨形式的风力发电机。另外，所述限位结构具有较高的实用价值，可以在不改变风力发电机原有结构的情况下设置静挡块和动挡块，因此，在不增加太多成本的情况下，可以显著提高风力发电机的安全和防护能力。此外，所述限位结构的结构简单、安装方便，作用可靠，维护简单。

虽然上面已经详细描述了本发明的示例性实施例，但本发明所属技术领域中具有公知常识者在不脱离本发明的精神和范围内，可对本发明的实施例做出各种的修改和变型。但是应当理解，在本领域技术人员看来，这些修改和变型仍将落入权利要求所限定的本发明的示例性实施例的精神和范围内。

Claims (8)

1.一种用于风力发电机的叶片变桨限位结构，其特征在于，所述叶片变桨限位结构包括设置在变桨轴承动圈或叶片法兰上的动挡块以及设置在变桨轴承固定圈上的静挡块，当变桨执行机构出现故障而叶片旋转超过正常工作角度范围时，静挡块与动挡块相接触而阻止叶片进一步旋转，并且将叶片锁定在特定位置，其中，所述静挡块具有朝向动挡块的倾斜表面，所述倾斜表面与变桨轴承动圈或叶片法兰之间形成楔形空间，并且所述动挡块具有朝向静挡块的倾斜表面，当静挡块阻挡动挡块时，所述动挡块进入所述楔形空间而被锁定，

其中，所述变桨轴承固定圈为变桨轴承内圈，所述静挡块形成在变桨轴承内圈上，或者，

所述变桨轴承固定圈为变桨轴承外圈，所述静挡块形成在变桨轴承外圈上。

2.如权利要求1所述的叶片变桨限位结构，其特征在于，所述动挡块为弹性块，所述静挡块具有挡边，当动挡块被静挡块阻挡时，所述动挡块被所述挡边挡住，而不能反向移动。

3.如权利要求1或2所述的叶片变桨限位结构，其特征在于，所述动挡块包括间隔预定角度设置的第一动挡块和第二动挡块，所述静挡块位于第一动挡块和第二动挡块之间，所述第一动挡块和第二动挡块均具有朝向静挡块的倾斜表面，所述静挡块与变桨轴承动圈或叶片法兰相面对的表面的两端为分别朝向第一挡块和第二挡块的倾斜表面。

4.如权利要求1或2所述的叶片变桨限位结构，其特征在于，所述静挡块包括间隔预定角度设置的第一静挡块和第二静挡块，所述动挡块位于第一静挡块和第二静挡块之间，所述第一静挡块和第二静挡块均具有朝向动挡块的倾斜表面，所述动挡块与变桨轴承固定圈相面对的表面的两端为分别朝向第一静挡块和第二静挡块的倾斜表面。

5.如权利要求1或2所述的叶片变桨限位结构，其特征在于，所述静挡块通过螺栓安装在变桨轴承固定圈。

6.如权利要求1或2所述的叶片变桨限位结构，其特征在于，所述静挡块和/或动挡块的表面上设置有弹性垫。

7.如权利要求2所述的叶片变桨限位结构，其特征在于，所述动挡块与变桨轴承动圈或叶片法兰之间形成有切割口。

8.一种具有如权利要求1-7中任一项所述的叶片变桨限位结构的风力发电机。