CN106194606A - 变桨系统锁定布置结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种变桨系统锁定布置结构。公开了一种风力涡轮机的转子，其具有锁定风力涡轮机转子叶片的位置的变桨系统锁定布置结构。转子包括转子轮毂（1）和转子叶片，其中，转子叶片经由轴承（10）连接到轮毂，以按照变桨运动相对于轮毂（1）可旋转。所述转子叶片包括根部部段，并且所述根部部段包括板（2），所述板（2）至少部分地覆盖转子叶片的剖面。转子叶片相对于轮毂（1）的特定的预定旋转位置为锁定位置。轮毂（1）包括锁定掣子（20）。板（2）包括开口（7、9），并且当转子叶片处于锁定位置时，锁定掣子（20）至少部分地位于板（2）的开口（7、9）中。

Description

变桨系统锁定布置结构
技术领域
本发明涉及一种变桨系统锁定布置结构。
背景技术
风力涡轮机包括配有转子叶片的转子。转子将移动的空气的能量转化成转子的旋转能，所述旋转能随后在风力涡轮机的发电机中被转变成电能。
转子叶片以它们能够绕它们的纵向轴线旋转的方式被连接到转子的轮毂。因此，转子叶片能够执行相对于轮毂的变桨运动（pitch movement）。
需要所述变桨运动来控制转子的旋转速度和风力涡轮机的性能。
当风力涡轮机未处于操作中时，转子叶片被捕获（arrest）在停止位置。
在紧急状况下，需要在短时间内停止风力涡轮机的转子。为了快速地停止转子的旋转，使转子叶片进入到停止位置。在该停止位置，转子叶片的空气动力学形状不再被用于支持转子的旋转。此外，转子叶片以降低转子的旋转速度的方式与周围空气相互作用。
风力涡轮机中的紧急状况可能因技术问题的失去电网连接（如，失去可行的技术系统）而发生。
在紧急状况下，转子叶片被锁定在停止位置。转子叶片以如下方式被机械地锁定，即：不再需要另外的能量来将转子叶片维持在锁定位置。
转子叶片的锁定机构包括卡合停止（click-stop）装置，以允许转子叶片进入锁定位置，但不允许沿至少一个方向离开锁定位置。
已知利用掣子（pawl）、斜坡和凹口来构建锁定机构。掣子沿斜坡滑动以进入凹口。一旦掣子捕获在凹口中，转子叶片的位置就被锁定。
这些部分被安装至基部，例如安装至叶片轴承的加强板（reinforcement plate）。
这示出如下缺点，即：若干部分需要被安装在风力涡轮机中，并且在使用期间需要控制和维护这些部分，以确保它们的正常功能。
此外，弯矩被引入到板中，这是因为当锁定掣子作用在构建斜坡并且提供凹口的部分上时这些部分包括杠杆（lever）。因此，加强板需要被构建得足够刚硬，以承受引入到板中的弯矩。
因此，本发明的目的在于提供一种改进的布置结构作为锁定机构。
发明内容
本发明的目的通过独立权利要求1和14来实现。本发明的另外的特征在从属权利要求中公开。
公开了一种风力涡轮机的转子，其具有锁定风力涡轮机转子叶片的位置的变桨系统锁定布置结构。转子包括转子轮毂和转子叶片，其中，转子叶片经由轴承连接到轮毂，以按照变桨运动相对于轮毂可旋转。
所述转子叶片包括根部部段，并且所述根部部段包括板，所述板至少部分地覆盖所述转子叶片的剖面。所述转子叶片相对于轮毂的特定的预定旋转位置是锁定位置。所述轮毂包括锁定掣子。
所述板包括开口，并且当转子叶片处于锁定位置时，锁定掣子至少部分地位于所述板的开口中。
转子叶片的根部部段是所述叶片最接近轮毂的区域。因此，转子叶片在其根部部段的端部处连接到轮毂。
转子叶片的根部部段被直接地连接到轴承，所述轴承允许转子叶片相对于轮毂变桨距，并且所述轴承被附接到轮毂。
锁定位置是能够锁定或在变桨运动的至少一个方向上能够防止转子叶片的变桨运动的位置。在锁定位置，锁定掣子以锁定掣子能够移动到所述板中的开口中的方式与所述开口对准。因此，只要锁定掣子存在于所述开口中，锁定掣子就阻碍板的进一步运动，并且因此，阻碍转子叶片相对于轮毂的进一步运动。
当风力涡轮机的转子叶片被变桨距（pitched into）到锁定位置时，锁定掣子存在于根部部段的板中的开口中。当转子叶片的进一步变桨运动发生时，转子叶片的板将开始相对于轮毂和锁定掣子移动。所述板的开口的边缘紧靠在锁定掣子的表面上。锁定掣子相对于轮毂固定，因而锁定掣子防止转子叶片的进一步变桨运动。
当板紧靠在锁定掣子的表面上时，力被引入板中。这些力被直接引入板中开口的侧壁中，并且因此，引入板所限定的平面中。因此，没有弯矩发生在板中。因此，所述板能够利用较少的材料来构造。
此外，没有需要将力从锁定掣子传递到板中的部分被附接到板。
因此，节省了材料和安装时间。
公开了一种风力涡轮机的转子，其具有锁定风力涡轮机转子叶片的位置的变桨系统锁定布置结构。转子包括转子轮毂和转子叶片，其中，转子叶片经由轴承连接到轮毂，以按照变桨运动相对于轮毂可旋转。所述转子叶片包括根部部段，并且所述根部部段包括板，所述板至少部分地覆盖转子叶片的剖面。所述轮毂包括锁定掣子。所述板包括开口。锁定掣子以如下方式与所述开口相互作用，即：锁定掣子被引入所述开口中，以相对于轮毂锁定转子叶片的位置。
在一个优选实施例中，根部部段是加强板，以加强所述轴承。
因此，通过锁定掣子无需附加的板或元件来锁定转子叶片的位置。
锁定掣子包括大体上垂直于所述板布置的纵向轴线，并且锁定掣子沿所述纵向轴线可移动，以移动到处于所述板中的开口中以及从之撤回。
因此，锁定掣子能够移动到处于所述板中的开口中以及从所述开口中移出，以锁定和释放转子叶片的位置。
锁定掣子包括弹簧，以沿锁定掣子的纵向轴线在所述板的方向上推锁定掣子。
因此，锁定掣子沿板的方向被推压，并且一旦所述开口处于供锁定掣子进入所述开口的相应位置，锁定掣子就将被推到所述开口中。因此，当到达锁定位置时，转子叶片的位置将被捕获。这通过使用弹簧力被动地发生，从而不需要锁定掣子的主动控制的运动。因此，锁定掣子在紧急状况下也将捕获转子叶片的位置。
锁定掣子包括促动器，其使锁定掣子沿锁定掣子的纵向轴线移动。
因此，锁定掣子能够以主动控制的方式来移动。锁定掣子能够从所述开口撤回，例如，用于从锁定位置释放转子叶片。
所述促动器是液压促动器。
在使转子叶片旋转的变桨驱动单元是液压单元的情况下，在轮毂中已可获得液压系统。因此，在风力涡轮机的轮毂中无需其他类型的系统。
锁定掣子包括锁定件，其将锁定掣子的位置捕获在处于所述板中的开口中。
锁定掣子的锁定件是对于本领域技术人员而言已知的捕获锁定掣子的位置的机械布置结构。它防止锁定掣子沿锁定掣子的纵向轴线的任何运动。
因此，锁定掣子将停留在所述板的开口中，并且转子叶片将停留在锁定位置。这关系到在使用和维护期间人员和风力涡轮机的安全。
所述板包括实现转子叶片的多个锁定位置的多个开口。
为了风力涡轮机的安全操作，转子叶片的若干位置是相关的，其中，必须可以限制转子叶片的运动，或防止转子叶片的进一步运动。
所述板中的至少一个开口被盖（cover）封闭，其中，盖沿垂直于所述板的方向移位，以允许锁定掣子存在于所述板的开口中。
因此，所述板以不透液体的方式被封闭，而锁定掣子仍能够存在于所述板的开口中。
因此，防止了例如液压流体进入到转子叶片中的任何分布。
所述盖包括供锁定掣子沿着滑动的斜坡，使得锁定掣子能够沿转子叶片相对于轮毂的一个旋转方向从所述开口中滑出。
因此，当在变桨旋转期间所述开口对准于锁定掣子时，锁定掣子将进入所述开口，其中，锁定掣子能够从任何方向进入所述开口。
当转子叶片被变桨距到一个预定方向时，锁定掣子能够从所述开口中滑出，但将防止转子叶片沿另一方向进一步运动。
所述板包括至少两个开口，其中，一个开口包括具有斜坡的盖。
因此，所述板被制备成考虑到对风力涡轮机的安全操作而言所需的至少两个锁定位置。
所述位置中的一个是锁定位置，其中，锁定掣子能够沿所述斜坡滑动并且离开所述开口，以允许仅沿一个方向的进一步运动。因此，转子叶片能够被进一步变桨距，以到达至少第二锁定位置。
所述盖包括传感器，其感测锁定掣子在所述板的开口中的存在。
因此，能够检测锁定掣子在所述开口中的存在。因此，能够验证转子叶片的旋转位置被锁定。
所述传感器是电传感器。
因此，所述传感器能够被直接地连接到风力涡轮机的控制系统。
公开了一种在转子处锁定转子叶片的变桨位置的方法，所述方法操作根据本发明的布置结构。
所述方法包括如下步骤，即：使转子叶片以变桨运动相对于轮毂旋转，以及将锁定掣子引入到处于转子叶片的板中的开口中，以相对于轮毂锁定转子叶片的旋转位置。
所述方法还包括如下附加的步骤，即：通过使用弹簧的力，将锁定掣子推到处于所述板中的开口中，其中，锁定掣子包括弹簧，所述弹簧使锁定掣子沿锁定掣子的纵向轴线移动到所述板中的开口中。
附图说明
借助于附图更详细地示出了本发明。这些附图示出了优选的构造，并且不限制本发明的范围。
图1示出了转子叶片的变桨驱动器，
图2示出了剖切变桨锁定系统的剖面图，
图3示出了剖切变桨锁定系统的剖面图，
图4示出了现有技术水平的变桨锁定件。
具体实施方式
图1示出了转子叶片的变桨驱动器。
图1示出了用于转子叶片的变桨驱动系统。所述变桨驱动系统包括液压缸3，所述液压缸3在其一端处连接到轮毂1，并且在其另一端处通过连接点4连接到加强板2。
加强板2被连接到转子叶片，并且是相对于轮毂1与转子叶片一起可旋转的。当液压缸3扩展时，它暗示力进入到处于液压缸3和加强板2之间的连接点4中，并且使加强板2相对于轮毂1旋转。
为了在紧急情况下将转子叶片的桨距（pitch）捕获在特定位置，需要提供一种用于变桨的锁定系统。
用于变桨的锁定系统包括变桨锁定件5，所述变桨锁定件5被连接到风力涡轮机的轮毂1的支撑件6。变桨锁定件5包括驱动器和锁定掣子。
为将转子叶片的位置固定在特定的桨距角（pitch angle），锁定掣子通过变桨锁定系统的驱动移动到处于加强板中的开口中。
所述变桨系统的加强板2包括开口7、9，以与变桨锁定件5的锁定掣子相互作用。加强板2中的开口7、9是贯通开口，其允许变桨锁定件5的锁定掣子至少部分地移动通过加强板2。
当变桨锁定件5的锁定掣子移动通过加强板2的开口7、9时，防止了加强板2相对于轮毂1的进一步旋转运动。
加强板2中的开口7是包括斜坡8的略长的开口。变桨锁定件5的锁定掣子是弹簧加载的，并且开口7的斜坡8允许锁定掣子沿一个方向从开口7中移出。
开口9和加强板2未配有斜坡，因此一旦变桨锁定件5的锁定掣子被捕获在开口9中，就必须主动地从开口9移除锁定掣子，以允许加强板2相对于轮毂1进一步旋转运动。
图2示出了剖切变桨锁定系统的剖面图。
图2示出了剖切变桨锁定件5、加强板2和用于变桨锁定件5的开口7的剖面图。
加强板2被连接到转子叶片的变桨轴承10的内圈。因此，加强板2是与转子叶片一起可旋转的。
变桨轴承10的外圈被连接到风力涡轮机的轮毂1。因此，加强板2相对于风力涡轮机的轮毂1是可旋转的。
为在紧急情况下将转子叶片固定在停止位置，通过将变桨锁定件5的锁定掣子20引入到处于加强板2中的开口7中，防止了加强板2相对于轮毂1的进一步旋转运动。
变桨锁定件5通过支撑结构6连接到轮毂1。变桨锁定件5包括驱动器和锁定掣子20。所述驱动器被用于使锁定掣子20沿其纵向轴线的方向移动到加强板2的开口7中。
加强板2中的开口7包括斜坡8，以允许变桨锁定系统的锁定掣子20仅沿一个方向从开口7中移出。
加强板2中的开口7被盖板11覆盖。盖板11相对于轮毂1封闭转子叶片的空间，以防止来自轮毂的油、脂或松散物体进入转子叶片或反之。
盖板11能够是密封板。
图3示出了剖切变桨锁定系统5的剖面图。
变桨锁定系统5包括与处于加强板2中的开口9相互作用的锁定掣子20。变桨锁定系统5内的锁定掣子20通过驱动器来主动地移动，并且此外，通过弹簧19来被动地移动。
在紧急情况下，弹簧19将锁定掣子20推到开口9中，以将转子叶片的变桨位置（pitch position）锁定在停止位置。
变桨锁定系统的锁定掣子20与加强板2中的开口9相互作用。它通过引起到加强板2中的力来防止转子叶片的进一步旋转运动。该力在加强板2的平面中产生到加强板2中。
因此，在变桨锁定件5的锁定掣子20和加强板2之间不存在杠杆力（lever force）。因此，变桨锁定件5不引起到加强板2中的弯矩。
加强板2中的开口9被盖板11覆盖。盖板11密封转子叶片内的空间，并且因此，防止溢油、脂或松散物体从转子叶片运动到风力涡轮机的轮毂中，或反之。此外，盖板11还限制变桨锁定件5的锁定掣子20的运动。
盖板11还能配有传感器，以检测变桨锁定件5的锁定掣子20在加强板2的开口9中的存在。
图4示出了现有技术水平的变桨锁定件。
图4示出了现有技术水平的变桨锁定系统。变桨锁定件15与连接到加强板12的两个块体18相互作用。
在紧急情况下，因此在当需要将转子叶片的角位置捕获在停止位置的情况下，锁定掣子从变桨锁定件15延伸。锁定掣子是弹簧加载的，并且能够移上斜坡18并将它自身锁定到块体18之间的间隙中，以锁定转子叶片的位置。
锁定掣子与连接到加强板12的块体18的侧面（sides）相互作用。因此，变桨锁定件15的锁定掣子产生到加强板12中的力在块体18的侧面所组成的杠杆上产生。
块体18的侧面处的杠杆导致产生到加强板12中的弯矩。加强板12需要被设计成是足够刚硬的（或脊状的，ridged）以承受块体18的侧面的杠杆所引起的弯矩。
附图中的图示是按照示意性的形式。要注意的是，在不同的附图中，相似或相同的元件设有相同的附图标记。
尽管已参照优选的实施例详细地描述了本发明，但要理解的是，本发明不受所公开的示例限制，并且在不脱离本发明的范围的情况下，本领域技术人员能够对其作出许多附加的修改和变型。
应当注意的是，遍及本申请“一”、“一个”或“一种”的使用不排除复数，并且“包括”不排除其他的步骤或元件。此外，可以组合与不同的实施例相关联描述的元件。还应注意的是，权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。

Claims (15)

1. 具有锁定风力涡轮机转子叶片的位置的变桨系统锁定布置结构的风力涡轮机的转子，
－其中，转子包括转子轮毂（1）和转子叶片，
－其中，所述转子叶片经由轴承（10）连接到所述轮毂，以能够按照变桨运动相对于所述轮毂（1）旋转，
－其中，所述转子叶片包括根部部段，并且所述根部部段包括板（2），所述板（2）至少部分地覆盖所述转子叶片的剖面，
－其中，所述转子叶片相对于所述轮毂（1）的特定的预定旋转位置是锁定位置，
－其中，所述轮毂（1）包括锁定掣子（20），
其特征在于：
－所述板（2）包括开口（7、9），并且当所述转子叶片处于所述锁定位置时，所述锁定掣子（20）至少部分地位于所述板（2）的开口（7、9）中。
2. 根据权利要求1所述的风力涡轮机的转子，其特征在于，处于所述根部部段处的所述板（2）是加强板，以加强所述轴承（10）。
3. 根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机的转子，其特征在于，所述锁定掣子（20）包括大体垂直于所述板（2）布置的纵向轴线，并且所述锁定掣子（20）能够沿所述纵向轴线移动，以移动到处于所述板（2）中的开口（7、9）中以及从之撤回。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机的转子，其特征在于，所述锁定掣子（20）包括弹簧（19），以沿所述锁定掣子（20）的纵向轴线在所述板（2）的方向上推所述锁定掣子（20）。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机的转子，其特征在于，所述锁定掣子（20）包括促动器，所述促动器使所述锁定掣子（20）沿所述锁定掣子（20）的纵向轴线移动。
6. 根据权利要求5所述的风力涡轮机的转子，其特征在于，所述促动器是液压促动器。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机的转子，其特征在于，所述锁定掣子（20）包括锁定件，以将所述锁定掣子（20）的位置捕获在处于所述板（2）中的开口（7、9）中。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机的转子，其特征在于，所述板（2）包括实现所述转子叶片的多个锁定位置的多个开口（7、9）。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机的转子，其特征在于，处于所述板（2）中的至少一个开口（7、9）被盖（11）封闭，其中，所述盖（11）沿垂直于所述板（2）的方向移位，以允许所述锁定掣子（20）存在于所述板（2）的开口（7、9）中。
10. 根据权利要求9所述的风力涡轮机的转子，其特征在于，所述盖（11）包括供所述锁定掣子（20）沿着滑动的斜坡（8），使得所述锁定掣子（20）能够沿所述转子叶片相对于所述轮毂（1）的一个旋转方向从所述开口（7）中滑出。
11. 根据权利要求9或10中任一项所述的风力涡轮机的转子，其特征在于，所述板（2）包括至少两个开口（7、9），其中，一个开口（7）包括具有斜坡（8）的盖（11）。
12. 根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机的转子，其特征在于，所述盖（11）包括传感器，所述传感器感测所述锁定掣子（20）在所述板（2）的开口（7、9）中的存在。
13. 根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机的转子，其特征在于，所述传感器是电传感器。
14. 在根据权利要求1至13中任一项所述的转子处锁定转子叶片的变桨位置的方法，其中，所述方法包括如下步骤：
－使所述转子叶片按照变桨运动相对于轮毂（1）旋转，
－将锁定掣子（20）引入到处于所述转子叶片的板（2）中的开口（7、9）中，以相对于所述轮毂（1）锁定所述转子叶片的旋转位置。
15. 根据权利要求14所述的在转子处锁定转子叶片的变桨位置的方法，其中，所述锁定掣子（20）包括弹簧（19），所述弹簧（19）使所述锁定掣子（20）沿所述锁定掣子（20）的纵向轴线移动到处于所述板（2）中的开口（7、9）中，并且所述方法包括如下附加的步骤：
－通过使用所述弹簧（19）的力，将所述锁定掣子（20）推到处于所述板（2）中的开口（7、9）中。
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