CN104471241B - 具有倾斜调节系统的风能设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风能设备，所述风能设备具有至少一个倾斜调节系统以用于调节风能设备的至少一个转子翼片的倾斜，其中倾斜调节系统具有至少一个电液压的驱动器，所述驱动器为了产生压力具有沿转动方向转动的不可调控的电动机。

Description

具有倾斜调节系统的风能设备

技术领域

本发明涉及一种带有倾斜调节系统的风能设备，该倾斜调节系统用于调节风能设备的至少一个转子翼片，以及一种用于风能设备的倾斜调节系统。

背景技术

风能设备的转子叶片调节也称作倾斜调节系统。风能设备(WEA)中的转子叶片调节在此用于在风速增大的情况下对转子进行转速调整。如果超过所谓的额定风速，那么经由控制逻辑将转子叶片转动或倾斜避开该风。最大的枢转角度在此为大约90°，这对应于所谓的拖曳位置(Fahnenstellung)。在达到关断速度时所述拖曳位置用于使转子停下。风能设备通常实施成具有三个转子叶片，其中每个转子叶片配备有一个调节系统。在此，也提及所谓的单个转子叶片调节。

现今的倾斜调节系统通常是液压系统或电动系统。

在液压的倾斜调节系统中，转子翼片具有不带齿部的叶片轴承，所述叶片轴承能够借助液压的枢转缸枢转。由液压的枢转缸产生的轴向运动经由安装在大滚动轴承或叶片轴承上的铰接板转换成轴承件的并进而转子的旋转运动。用于操控液压的枢转缸的电能经由滑环体从机器壳体传输到转子中。此外，使用转动馈通件，经由所述转动馈通件能够将液压能从机器壳体连同在那里设置在中央的液压机组中传输到转子中。

由于液压调节，完全消除齿接合，这当然在当今在存在的液压系统中已经是这种情况。在中央液压系统中在风能设备的并进而由此产生的进入转子的供应线路的机器壳体中存在缺点。机器壳体和转子之间的接口必须实施成具有耗费的转动馈通件。因此，必须引导液压供应装置穿过整个主传动装置，这使相应耗费的空心轴是不可缺少的。

在已知的电动系统中，将具有外齿部或内齿部的叶片轴承与枢转驱动器组合使用。在此，也存在下述解决方案，在所述解决方案中，将齿部用皮带传动装置替代。由电动机产生的转矩经由具有驱动小齿轮的行星齿轮传动装置传输到转子翼片的叶片轴承的齿部上，由此引起转子翼片的枢转运动。电动机电连接到转子中。因此，将电能经由滑环体从机器壳体传输到转子中。

当然，在基于经由转动驱动器的调节的电动系统中，由于只有小的调节角度，所以始终在齿部上出现关于形成磨损的问题，这尤其在所谓的0°位置、即接通和额定速度之间的调节范围之间存在。

从WO 2009/064264中已经已知了一种风能设备，所述风能设备具有带有电液压的驱动器的倾斜调节系统，其中电液压的驱动器的组件设置在风能设备的转子中。通过将电液压的驱动器设置在轮毂或转子中，能够省去穿过轮毂或转子与吊舱之间的转动连接装置的液压的馈通件。在所述已知的电液压的布置中的电动机是受到调控或控制的，使得根据马达调控或控制能够设定液压流体的体积流。此外，所述已知的风能设备已经具有液压储存器，经由所述液压储存器，在故障情况下，该系统将转子翼片置于安全位置中。

根据现有技术的现今的电机械的调节系统和上述电液压的致动器需要昂贵的功率电子装置。在可用的设备中，迄今也尚未实现紧凑的解决方案，所述解决方案具有全部必需的功能，例如正常运行、在停电情况下紧急倾斜和机械锁定在安全位置中。

发明内容

因此，本发明的目的是，以有利的方式改进在开始提到类型的风能设备，尤其如下地改进，即风能设备在没有耗费的功率电子装置的情况下配设有紧凑的和功能更安全的倾斜系统。

所述目的根据本发明通过具有根据本发明的实施例的特征的风能设备来实现。其中提出，提供一种风能设备，所述风能设备具有至少一个倾斜调节系统以用于调节风能设备的至少一个转子翼片的倾斜，其中倾斜调节系统具有至少一个电液压的驱动器，所述驱动器具有至少一个液压缸、至少一个液压储存器、至少一个调节阀、至少一个电动机泵单元和至少一个控制单元，其中至少，包括至少一个液压缸和至少一个液压储存器在内的液压构件组合成设备并且设置在风能设备的转子中或设置在风能设备的转子上，其中电液压的驱动器为了产生压力具有至少一个沿转动方向转动的不可调控的电动机。

有利地，不可调控的电动机能够以仅一个转动方向驱动一个或多个泵。应用多个泵在此能够实现以不同的调节速度进行致动器调节，由此能够在高的负载下减小马达驱动力矩。

本发明的优选的设计方案通过如下的描述得出。

因此，电液压的驱动器的液压缸能够具有锁定装置，使得至少一个锁定销接合到活塞杆的至少一个凹部中。由于在活塞杆中的所述锁定，能够省去否则常见的外部锁定装置。至少一个锁定销能够有利地设有位置识别系统以检测其位置。

根据本发明的另一个有利的设计方案，用于松开锁定装置的机构直接与液压储存器的压力耦联，使得当液压储存器以预定的压力加载时，松开锁定装置。由此，也可以省去附加的阀。

为了调控不同的调节速度，可以设有至少两个由马达驱动的泵，所述泵能够经由可切换的旁通阀接通或关断。

至少一个另外的泵可以仅有在施加的外部负载小于预设的阈值时才接通。

完全特别优选的是，在调节缸移动时，一个缸室与泵连接，而其他的缸室与储存容器连接。

当至少一个储存器为了将至少一个翼片移动到安全位置中在相对于液压系统的压力水平升高的压力上加载时，在本发明中得出特别的优点。由此，实现故障保护系统，使得在存在于机器空间中的控制和能量供给单元失效的情况下也能够操作倾斜系统，以便转动转子翼片离开风。

当全部液压的构件设置都在中央的阀板上或者至少经由所述阀板彼此连接时，得到电液压的致动器的特别紧凑的结构形式。

有利地，可以将电动机和液压泵安装在液压储存器的预载的罐中。由此，马达能够被流体冷却并且总体上更小地构造。

根据本发明的另一设计方案，在电液压的致动器上在底部侧上构成有具有低刚性的附加的支承轴承，使得致动器的液压缸的轴向力经由主轴承导入到毂结构中，其中附加的支承轴承仅承担重力和/或惯性力的引起围绕液压缸的轴线的转矩的分量。

风能设备可以具有至少两个转子翼片，所述转子翼片设置在转子上。在此，每个转子翼片可以各配设有一个液压的调节单元。

此外，本发明涉及一种用于风能设备的倾斜调节系统，其具有根据本发明的实施例所述的倾斜调节系统特征。

附图说明

现在，本发明的其他细节和优点根据在附图中示出的实施例来详细阐述。

附图示出：

图1示出在风力增大时处于第一位置的转子叶片调节的示意图；

图2示出在风力增大时处于第二位置的转子叶片调节的示意图；

图3示出具有电动倾斜调节系统的风能设备的上部部分的示意图；

图4示出具有液压的倾斜调节系统的风能设备的上部部分的示意图；

图5示出具有根据本发明的倾斜调节系统的风能设备的上部部分的示意图；

图6示出第一实施方式的液压的调节单元的示意图；

图7示出第二实施方式的液压的调节单元的示意图；

图8示出液压缸关于转子翼片的叶片轴承的第一布置变型形式；

图9示出液压缸关于转子翼片的叶片轴承的第二布置变型形式；

图10示出液压缸关于转子翼片的叶片轴承的第三布置变型形式；

图11示出液压缸关于转子翼片的叶片轴承的第四布置变型形式；

图12示出根据本发明的电液压的致动器的液压油路图；

图13至图15示出根据图12的液压油路图的细节以阐述本发明；

图16示出根据本发明的致动器的立体图；

图17示出贯穿根据图16的致动器的一部分的剖面图，和

图18示出贯穿根据图16的致动器的细节的另一个剖面图。

具体实施方式

图1示出转子叶片11或转子翼片11的转子叶片调节的示意图。在图1中示出，转子翼片11处于称作为0°区的位置中，如这从包含在图1中的曲线图中得出。转子翼片11可以借助于倾斜调节装置40’调节，所述倾斜调节装置作用于叶片轴承90。

因此，在风力增大时的这种调节在图2中示出，其中所谓的“倾斜区”不仅在图2的下部中示出的曲线图中而且也在转子翼片11的示意图中用虚线示出。风在图1和图2中，风用附图标记W表示。

图3示出已知的具有电动倾斜调节系统40’的风能设备10’。在此，在塔12’上安装风能设备10’的机器壳体14’。在机器壳体14’中，设备控制装置20’在中央设置并进而可相对容易地接近。借助于设备控制装置20’，提供用能量E并且用信号S供应给倾斜调节系统40’和方位角控制装置60’。方位角控制装置60’在此设置在机器壳体14’的底部侧并且允许机器壳体14’和转子16’根据风向进行跟踪。

由在机器壳体14’中的设备控制装置20’在转子16’中传输信号S和能量E经由滑环30’进行，所述滑环允许在转子16’旋转时也确保供给信号S和能量E。倾斜调节装置40’为电动倾斜调节装置，所述电动倾斜调节装置作为故障保护系统50’分别具有蓄电池。每个单独的转子翼片配设有自己的倾斜调节装置40’，其中转子叶片然而在图3中没有示出。

图4示出已知的风能设备10”，所述风能设备类似于在图3中示出的风能设备10’构造。尤其地，存在类似的组件如设备控制装置20”和方位角控制装置60”。在此，也将设备控制装置20”设置在风能设备10”的机器壳体14”中。借助于方位角控制装置60”，可使机器壳体14”和转子16”根据风向进行跟踪，即相对于位置固定的塔12”进行相对运动。此外，存在方位角制动器90”。

经由滑环30”将能量E和信号S从设备控制装置20”传输到设置在转子16”中的倾斜控制装置40”中。但是，所述倾斜控制装置40”为液压致动器，所述液压致动器附加地需要供应液压流体F。对此，液压机组70”中央地设置在机器壳体14”中。用液压流体F进行液压供应在该情况下经由转动馈通件80”进行，所述转动馈通件例如能够以通道例如空心轴的形式在风能设备10”的传动装置中实现。

在此，每个单独的没有详细示出的转子翼片也配设有倾斜调节装置40”。作为故障保护系统在此设有压力储存器75”，借助于所述压力储存器例如可使没有详细示出的转子翼片11转离该风。

在图4中示出的具有液压的倾斜调节装置的系统具有下述优点，能够实现单独的倾斜调节系统40”，使得仅打开唯一的控制阀就足以例如能够使转子翼片转离该风。当然，随之而来的是如下缺点，由于设置在机器壳体14”中的液压机组70”，必须设有流体接头80”，所述流体接头是非常耗费的。

这种流体接头80”在图3示出的风能设备10”的系统中并不必要，因为在此仅一个滑环30”允许用于由设备控制装置20”传输能量E和信号S。当然，在此，倾斜调节系统40”明显更复杂地构造，以便能够确保倾斜调节的所需要的精度和安全性。

在图5中示出的根据本发明的风能设备10的设计将迄今已知的根据图3的电动倾斜调节装置40’和根据图4的液压的倾斜调节装置40”的设计结合。

在根据本发明的风能设备10中，所述风能设备同样具有位置固定的塔12和借助于方位角控制装置60可相对于塔12转动的机器壳体14。在机器壳体14上以可转动的方式支承转子16。在机器壳体14中还在中央并且以可接近的方式设置有设备控制装置20，其中借助于设备控制装置20可以用信号S和能量E供应给倾斜调节系统的液压的调节单元40和方位角控制装置60。将信号S和能量E传输到转子16中经由滑环30进行。通过分配到三个全部设置在转子16中的分散的液压的调节单元40上，可以省去借助于液压机组70”的中央的液压供应，如根据图4的风能设备是这种情况。

因此，也不需要将液压管路从机器壳体14穿引到转子16中。液压的调节单元40以电学的方式运行，即借助于也包括滑环30的相应的信号和能量馈送装置，能够将能量E和信号S从设备控制装置20引导至倾斜调节系统的相应的液压的调节单元40。因此，为倾斜调节系统的液压的调节单元40，所述液压的调节单元以电学的方式运行或者以电学的方式受到操控。作为故障保护系统，每个液压的调节单元40分别配设有能量储存器50。

这种液压的调节单元40的第一实施方式在图6中以示意图示出。在此，为具有差动缸41的实施方式，所述差动缸具有活塞室42和环形室43。借助于活塞杆44，能够对转子翼片11进行调节，但是这没有在图6中详细示出。对差动缸41的相应操控借助于用于液压流体的罐49、泵46和具有阀45的控制块进行。泵46在此借助于马达47驱动，所述马达经由控制装置48获得相应的马达控制信号。泵46和马达47也可以称作为电动机泵单元。因为旋转的转子16不能够实现液压的调节单元40的限定的运行位置，所以罐49在图6示出的实施例中加载有弹簧力或弹簧压力X，使得没有空气能够到达液压循环。原则上也可考虑的是，替代弹簧压力，用气体压力进行加载。

图7示出根据本发明的倾斜调节系统的液压的调节单元140的另一实施例，所述倾斜调节系统例如能够替代根据图5的液压的调节单元40使用。液压的调节单元140为具有同步缸141的调节单元，所述同步缸具有第一活塞室142和第二活塞室143。根据活塞室142、143的填充，活塞杆端部144、144’相应地从同步缸141移入或移出。

此外，液压的调节单元140类似于根据图6的调节单元40构造。在此，作为液压系统也设有罐149、泵146和具有阀145的控制块。同样地，泵146借助于马达147驱动，其中泵146和马达147可称作为电动机泵单元并且其中马达147经由控制装置148来操控。同样地，如在图6中的根据液压的调节单元40的罐49中那样，在此也设有弹簧压力X，使得没有空气能够到达液压的调节单元140的液压循环。图8至图11示出液压的调节单元40或140的缸41或141的布置变型形式。

在图8中示出第一变型形式，其中使用差动缸41并且可通过差动缸41产生的轴向运动经由在大滚动轴承90上的没有详细示出的铰接板转变成旋转运动，所述大滚动轴承为转子叶片11的叶片轴承90。如这从图8中得到的那样，在此，选择差动缸41的或所述差动缸41的活塞的冲程路径，使得能够完全地穿过从0°至90°的整个所期望的叶片调节范围。

如果需要使用具有较小的结构长度的差动缸，那么如这在图9中示出的那样，如下选择其他的变型形式：选择两个差动缸41。所述差动缸能够如在图9中示出的那样同向地设置，或者但是也可如在图10中示出的那样异向地设置。

在根据图10的布置中，液压的布线具有如下的优点：其中一个差动缸41的活塞室42分别与另一个差动缸41的环形室43液压地连接。所述差动缸一起将轴向运动经由叶片轴承90上的没有详细示出的铰接板转变成转子叶片11的旋转运动。所述液压的布线的主要优点是避免油体积差。因此，液压的调节单元40所需要的罐49能够最小化，这对结构大小和重量有有利影响。

另一个实施方式在于，如在图11中示出的那样使用同步缸141。由于分别铰接在大滚动轴承90的铰接点或铰接板上的活塞杆端部144、144’的移入和移出，对没有详细示出的转子翼片11的调节(参加图1和图2)同样能够如在根据图8至图10的实施方式中那样进行。活塞杆端部144和144’固定在大轴承活塞90的固定部件上的铰接点上。由于缸150的往复移动(参见图7)，经由连杆或栓能够对没有详细示出的转子翼片11(参见图1和图2)进行调节。借助于连杆，将缸150的轴向运动经由叶片轴承90上的没有详细示出的铰接板转变成转子叶片11的旋转运动。

借助于栓，缸150的轴向运动经由叶片轴承90上的没有详细示出的滑杆转变成转子叶片11的旋转运动。

从中尤其得出下述优点：两个活塞室142和143是同样大的并且不出现油体积差。因此，液压的调节单元40所需要的罐49能够最小化，这对结构大小和重量有有利影响。

油供应能够可选地经由缸150或固定的活塞杆端部144和144’进行。

同步缸141的结构长度与转子叶片11的转动方向无关，因为所述转子叶片在两侧具有相同的力。

在图12中示出电液压的驱动器的整个液压油线路图。图13、图14和图15分别示出所述液压油路图的细节。根据所述细节图，详细阐述液压油路图的运行。图13和图14首先用于描述差动缸41的控制或调控。电动机100用于产生压力，所述电动机是具有仅一个转动方向的不可调控的电动机。所述电动机驱动第一泵102并且在需要时驱动其他泵104。也可能的是，以在此没有详细示出的方式和方法驱动其他泵。使用多个泵102、104能够实现以不同的调节速度进行致动器调节，由此能够在高负载下减小马达驱动力矩。在高负载下，在此仅借助泵移动。为了在拉力负载下限制移动速度，在四位三通阀106与低压罐108之间集成流量调节阀110。对致动器位置的调控经由四位三通阀106进行。在差动缸41与用作为控制阀的四位三通阀106之间可选地插入负载保持阀，以便在不利情况下使差动缸41的泄漏最小化。

借助112表示与储存容器108连接的止回阀。借助114表示可解锁的止回阀。116是二位二通座阀。

在图14中示出下述实施方式，所述实施方式与根据图13的实施方式略微不同。替代在根据图13的实施方式中使用的四位三通阀106与流量调节阀110的组合，在根据图14的实施变型形式中使用四位三通比例阀或伺服阀。因此，经由限定的调控算法能够实现更平缓的切换特性和对移动速度的限制，所述切换特性在翼片的惯性高的情况下会是需要的。

图15示出液压油路图的用于备用系统和锁定装置的一部分。

如从图15中获知的那样，高压储存器118’可以经由泵104加载，所述泵经由电动机100驱动。二位二通座阀120至100％通流。锁定销与在此示出的备用系统耦联，使得所述锁定销在高压储存器以工作压力预载时才打开。

在电能损耗的情况下，高压储存器经由二位二通座阀120与移出腔连接并且移入腔经由另一个二位二通座阀120与罐108连接。因此，缸自动地移出并且在所谓的“拖曳位置”中定位。随着高压储存器118中的压力水平降低，相应的锁定销下沉。

由根据图13或图14和图15的部分液压油路图组成的根据图12的总液压油路图因此能够实现，为了产生压力，在没有功率电子装置的情况下使用不受调控的电动机，所述电动机仅具有一个转动方向。不需要电动机的转动方向反转，因为为了液压缸的移动方向反转设有相应的阀106。至少一个液压缸的不同的调节速度通过以液压的方式接通或关断至少一个附加的泵来实现。如果需要进行连续调节，那么阀106能够由比例阀替换。由此，可以省去功率电子装置。

与其他已知的致动器不同，在此使用的致动器配设有锁定装置，由此能够取消否则常用的外部的锁定装置。松开锁定装置直接与紧急储存器118的压力耦联，由此确保，仅当紧急储存器以最大压力加载时，系统才能够进入运行。在此可以省去附加的阀。为了减少能量需要，借助于四位三通阀106(与其他已知的系统相反地)，调节缸41的一个缸室始终直接与泵102连接并且另一个缸室与储存容器108连接。为了调控不同的速度，应用两个或更多个泵102、104，所述泵由同一个马达100驱动。经由可切换的旁通阀，所述泵在需要时接通或关断。为了减小峰值负载，附加的阀仅在施加的外部负载小于限定值时才接通。调控能够路径或压力相关地进行。

在图16和图17中示出根据本发明的电液压的致动器120的结构形式。各个元件在此安装在中央的阀板122上或者经由所述中央的阀板彼此连接。在根据图16的视图中，示出罐108和储存器118。

在根据图17的剖面图中，示出罐108，液压流体122在所述罐中处于压力下，其中在所述罐中直接安装电动机100和液压泵102。由于所述结构方式，马达100能够是油冷却的并从而能够更小地构造。

从图18中可见其他细节。在此，示出贯穿活塞缸装置41的剖面图。如在此可见的那样，在活塞杆124中掏空出凹部126，锁紧栓128能够接合在所述凹部中。在锁定销上附加地设有由传感器和开关构成的位置识别系统，所述位置识别系统检测锁定销128的位置。由此确保，在缸实际位于安全位置中时才对锁定状态进行显示。

如从图16中可见的是，在阀板122的底侧上设有附加的支承轴承130，以便在此处没有示出的转子旋转时防止致动器120的摆动。支承轴承130以低刚性构成，尤其确保，缸的轴向力经由主轴承132导入到转子结构中，而支承轴承仅承担重力和/或惯性力的引起围绕液压缸的轴线的转矩的分量。

Claims (10)

1.一种风能设备，所述风能设备具有：至少两个转子翼片，所述转子翼片设置在转子上；和倾斜调节系统，用于调节所述转子翼片的倾斜，其中所述倾斜调节系统具有至少一个电液压的致动器，所述致动器具有至少一个液压缸、至少一个液压储存器、至少一个调节阀、至少一个电动机泵单元和至少一个控制单元，其中至少包括至少一个所述液压缸和至少一个所述液压储存器在内的液压构件组合成设备并且设置在所述风能设备的转子中，

其特征在于，

每个转子翼片分别配设有一个电液压的致动器，其中所述电液压的所述致动器为了产生压力具有至少一个仅沿一个转动方向转动的、不可调控的电动机，

电液压的所述致动器的所述液压缸具有锁定装置，使得至少一个锁定销接合到活塞杆中的至少一个凹部中，以及

用于松开所述锁定装置的机构直接与液压储存器的压力耦联，使得仅在所述液压储存器加载到预设的压力上时，所述锁定装置才松开。

2.根据权利要求1所述的风能设备，其特征在于，至少一个所述锁定销设有位置识别系统以用于检测其位置。

3.根据权利要求1或2所述的风能设备，其特征在于，为了设定不同的调节速度，设有至少两个由马达驱动的泵，所述泵能够经由能切换的旁通阀接通或关断。

4.根据权利要求3所述的风能设备，其特征在于，在施加的外部负载小于预设的阈值时，所述泵中的至少一个泵才接通。

5.根据权利要求1或2所述的风能设备，其特征在于，在调节缸移动时，一个缸室与所述泵连接，而另一个缸室与储存容器连接。

6.根据权利要求1或2所述的风能设备，其特征在于，至少一个储存器为了将至少两个转子翼片移动到安全位置中加载到相对于液压系统的压力水平升高的压力上。

7.根据上述权利要求1或2所述的风能设备，其特征在于，电液压的所述致动器的全部液压构件设置在中央阀板上或者至少经由所述中央阀板彼此液压连接。

8.根据权利要求1或者2所述的风能设备，其特征在于，不仅所述电动机而且液压泵装入所述液压储存器的预载的罐中。

9.根据权利要求1或2所述的风能设备，其特征在于，在电液压的所述致动器上在底部侧构成有具有低刚性的附加的支承轴承，使得电液压的所述致动器的所述液压缸的轴向力经由主轴承导入到毂结构中，其中附加的所述支承轴承仅承担重力和/或惯性力的引起围绕所述液压缸的轴线的转矩的分量。

10.一种用于根据权利要求1至9中任一项所述的风能设备的倾斜调节系统，其中所述风能设备具有：至少两个转子翼片，所述转子翼片设置在转子上，和所述倾斜调节系统用于调节所述转子翼片的倾斜。