CN107587976B - 风力涡轮机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及风力涡轮机。一种风力涡轮机（1），包含：轮毂（6）；叶片（5）；叶片轴承（10），其连接到轮毂（6）并允许叶片（5）相对于轮毂（6）的旋转运动；和用于调节叶片（5）的桨距角（45）的调节装置（9），其中调节装置（9）包含至少一个致动器（11、12），并且其中当调节叶片（5）的桨距角（45）时，至少一个致动器（11、12）的调节力（F）的有效方向（20）相对于叶片轴承（10）的轴承平面（18）以角度（21）倾斜。风力涡轮机（1）的一个优势是，用于调节桨距角（45）的调节力（F）直接传递至叶片轴承（10）或轴承平面（18）中。另外，可减少或完全避免调节力（F）的击打点的偏移。
Description
技术领域
本发明涉及风力涡轮机。
背景技术
现代风力涡轮机转子叶片由纤维增强塑料构成。转子叶片通常包含具有倒圆的前缘和锋利的后缘的翼型件。转子叶片利用其叶片根部连接到风力涡轮机的轮毂。转子叶片通过调节装置连接到叶片轴承，所述调节装置构造成调节转子叶片的桨距角（pitchangle）。叶片轴承连接到轮毂并允许转子叶片相对于轮毂的旋转运动。调节装置包含产生调节力的致动器。
发明内容
本发明的一个目的是提供改进的风力涡轮机。
因此，提供风力涡轮机。该风力涡轮机包含：轮毂；叶片；叶片轴承，该叶片轴承连接到轮毂并允许叶片相对于轮毂的旋转运动；和用于调节叶片的桨距角的调节装置，其中调节装置包含至少一个致动器，并且其中当调节叶片的桨距角时，至少一个致动器的调节力的有效方向相对于叶片轴承的轴承平面以一个角度倾斜。
“风力涡轮机”目前指的是将风的动能转换为旋转能量的设备，所述旋转能量又可通过所述设备转换为电能。
“桨距角”表示在叶片绕其纵向轴线旋转时改变的角度。
调节力的“有效方向”表示致动器的支撑调节力的两个连接部分之间的方向。有效方向可被看作调节力的力矢量的方向。优选地，当调节桨距角时，调节力的有效方向相对于轴承平面改变。另外，风力涡轮机构造成使得当调节桨距角时角度的量改变。有效方向和有效方向的角度的这些改变可由致动器的一个连接部分的运动引起，同时另一个连接部分相对于轮毂保持不动。优选地，角度测量为大于或正好是1、2、3、4、5、6、7、8、9或10°。尤其，角度测量为在1和5°、5和10°、10和15°、15和20°、20和30°或30和45°之间。有效方向的角度优选是锐角或尖锐的角度。锐角或尖锐的角度测量为在大于0和90°之间。有效方向的角度可用力的角度表示。
“轴承平面”表示通过叶片轴承并构成叶片轴承的环元件的环平面的平面。轴承平面优选通过叶片轴承的外环元件和/或内环元件的尤其是面向轮毂的内表面与尤其是面向叶片的外表面之间的中心。优选地，轴承平面基本上垂直于叶片的纵向轴线。
风力涡轮机优选包含多于一个叶片。尤其，风力涡轮机包含三个或更多叶片。优选地，单独的调节装置和单独的叶片轴承与各个叶片关联。叶片轴承或每个叶片轴承优选包含摩擦轴承或滚动接触轴承。
该风力涡轮机的优势如下。调节力直接传递至叶片轴承或轴承平面中。可减少或完全避免调节力的击打点（或作用点，attacking point）的偏移。因此，由于调节力，较小的弯矩传递至叶片轴承中。另外，可提供用于传递调节力的短的元件，使得可降低杠杆效应。
根据实施例，调节装置包含增强环，该增强环与叶片轴承的轴承平面平行布置。
增强环的优势如下。由于环元件的高抵抗力矩和高抗弯曲性，调节装置中需要的材料更少。由于材料定位在径向外部处，材料的分配是有优势的。从而，降低风力涡轮机的重量是可能的。另外，与没有环开口的元件相比，维修将会更好且更快。其可以更好地接近润滑脂分配部件。增强环增强了调节装置。另外，增强元件构造成接收至少一个致动器的调节力，尤其，接收连接到增强环的两个致动器的调节力。增强环优选具有圆环形状。尤其，增强环包含钢或由钢制成。优选地，提供两个增强环。增强环可定位在调节装置的面向轮毂的内侧处、调节装置的面向叶片的外侧处或在两侧处。
根据另外的实施例，增强环的内表面面向轮毂。
因此，增强环，尤其是增强环的内表面，可机械地连接到轮毂的内侧。
根据另外的实施例，调节装置包含至少一个环接口，该至少一个环接口将至少一个致动器连接到增强环。
因此，调节装置将调节力直接传递至增强环，使得所述环优选绕着其外圆形轮廓的中心旋转。当调节桨距角时，环接口相对于轮毂移动。从而，当环接口相对于轮毂移动时，角度的量改变。尤其，如果致动器伸长，角度的量相对于轴承平面减小，且反之亦然。
根据另外的实施例，至少一个环接口包含：内板，该内板连接到增强环的内表面；外板，该外板连接到增强环的外表面；支柱部分，该支柱部分使内板与外板连接；和凸缘，该凸缘包围在内板与另一个板之间的支柱部分并连接到至少一个致动器，其中内板和外板彼此平行布置。
因此，调节力通过凸缘传递到支柱部分，并通过内板和另一个板从支柱部分传递至增强环。凸缘允许绕着支柱部分的旋转运动。因此，避免了在至少一个致动器与增强环之间的张力。优选地，内板和外板平行于轴承平面布置。替代地，内板和外板相对于轴承平面倾斜。优选地，内板和外板设置为支架或支架部分。
根据另外的实施例，风力涡轮机进一步包含至少一个轮毂接口，该至少一个轮毂接口将至少一个致动器连接到轮毂。
因此，调节力通过轮毂接口被支撑在轮毂处。优选地，轮毂接口固定在轮毂处，使得相对运动是不可能的。优选地，轮毂接口包含用于接收调节力的反作用的尤其是突出的部分的支撑元件。
根据另外的实施例，所述至少一个轮毂接口包含：连接到轮毂的第一板；第二板，该第二板与第一板平行布置并连接到轮毂；支柱部分，该支柱部分使第一板与第二板连接；和凸缘，该凸缘包围在第一板与第二板之间的支柱部分并连接到至少一个致动器。
优选地，第一板和第二板设置为支架或支架部分。凸缘允许绕着支柱部分的旋转运动。因此，避免或减少了在至少一个致动器与轮毂之间的张力。
根据另外的实施例，第一板和第二板相对于叶片轴承的轴承平面以一个角度倾斜。
因此，当调节力的反作用传递到轮毂时，减少或完全避免了第一板和第二板的弯曲。优选地，角度测量为大于或正好是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10°。尤其，角度测量为在1和5°、5和10°、10和15°、15和20°、20和30°或30和45°之间。替代地，角度测量为在大于0且小于90°之间。
根据另外的实施例，风力涡轮机包含第一轮毂接口和第二轮毂接口，其中调节装置包含第一致动器、第二致动器、第一环接口和第二环接口，并且其中，第一致动器通过第一轮毂接口连接到轮毂，并通过第一环接口连接到增强环，并且其中，第二致动器通过第二轮毂接口连接到轮毂，并通过第二环接口连接到增强环。
优选地，第一轮毂接口和第二轮毂接口之间的角距离和/或第一环接口和第二环接口之间的角距离测量为120或180°。
根据另外的实施例，所述至少一个致动器包含液压缸、气动缸或电动马达。
优选地，致动器相对于轴承平面以有效方向的角度倾斜。
根据另外的实施例，调节装置包含支撑板，该支撑板与叶片轴承的轴承平面平行布置，并定位在调节装置的面向叶片的外表面上。
支撑板可直接或间接地连接到增强环。替代地，至少一个致动器连接到支撑板，使得当调节叶片的桨距角时，至少一个致动器的调节力的有效方向相对于叶片轴承的轴承平面成角度倾斜。优选地，叶片，尤其是叶片根部，连接到支撑板。
根据另外的实施例，支撑板是环状的或圆环状的。
优选地，支撑板是第二增强环。
根据另外的实施例，叶片连接到支撑板。
优选地，叶片或叶片根部连接到设置为增强环的支撑板。因此，增强环可充当叶片轴承与叶片或叶片根部之间的接口。
支撑板优选包含部分包围叶片或叶片根部的开口。
根据另外的实施例，调节装置包含连接环，该连接环构成调节装置的定位在叶片轴承的内侧处的径向外部。
优选地，充当轴承座的连接环，或者优选充当轴承座的另外的环元件连接到连接环的径向外部。
根据另外的实施例，增强环连接到连接环的第一端，支撑板连接到连接环的第二端。
优选地，增强环、连接环和支撑板构造成当调节桨距角时一起旋转。
本发明的另外可能的实施方式或替代的解决方案还包括关于实施例的以上或以下描述的特征中的本文没有明确提及的组合。本领域的技术人员还可添加单独的或独立的方面和特征至本发明的最基本的形式。
附图说明
结合附图，本发明的另外的实施例、特征和优势将从随后的描述和从属权利要求变得显见，其中：
图1是根据一个实施例的风力涡轮机的透视图；
图2是根据一个实施例的风力涡轮机转子叶片的透视图；
图3是根据一个实施例的轮毂和调节装置的透视图；
图4是轮毂和调节装置的截面图；
图5是轮毂和调节装置的另外的截面图；
图6是轮毂和调节装置的另外的截面图；以及
图7是轮毂和调节装置的另外的截面图。
在附图中，相似的附图标记标示相似或功能等同的元件，除非另有说明。
具体实施方式
图1示出了根据实施例的风力涡轮机1。
风力涡轮机1包含连接到布置在机舱3内的发电机（未示出）的转子2。机舱3布置在风力涡轮机1的塔4的上端处。
转子2包含三个叶片5。叶片5直接或间接地连接到风力涡轮机1的轮毂6。这种种类的转子2可具有例如范围从30米到160米或甚至更长的直径。叶片5受到高的风载荷。同时，叶片5需要是轻量的。由于这些原因，在现代风力涡轮机1中的叶片5由纤维增强复合材料制成。其中，由于成本的原因，玻璃纤维通常优选于碳纤维。常常使用采用单向纤维垫形式的玻璃纤维。
图2示出了根据一个实施例的叶片5。
叶片5包含：空气动力学设计部分7，其被成形用于风能的最佳探测；和用于将叶片连接到轮毂6的叶片根部8。
图3示出了根据一个实施例的轮毂6和调节装置9。
调节装置9布置在叶片轴承10内，并构造成调节叶片5的桨距角。叶片轴承10连接到轮毂6，并通过调节装置9允许叶片5相对于轮毂6的旋转运动。调节装置9包含至少一个致动器11、12。优选地，调节装置包含第一致动器11和第二致动器12。至少一个致动器11、12构造成调节叶片5的桨距角，并包含液压缸、气动缸或电动马达。轮毂6包含三个开口部分13、14、15，叶片轴承10定位在所述三个开口部分处。优选地，开口部分13、14、15具有圆形形状。
图4示出了轮毂6和调节装置9的截面图。
叶片轴承10包含摩擦轴承或滚动接触轴承，并连接到轮毂6。另外，叶片轴承10包含至少一个环状元件16、17。优选地，第一圆环状元件16固定到轮毂6，第二圆环状元件17固定到调节装置9，其中第二圆环状元件17构造成相对于第一圆环状元件16旋转。轴承平面18通过叶片轴承10，并构成至少一个环元件16、17的环平面。优选地，轴承平面18通过叶片轴承10的外环元件和/或内环元件16、17的尤其是面向轮毂6的内表面与尤其是面向叶片5的外表面之间的中心。优选地，轴承平面18基本上垂直于叶片5的纵向轴线19（也见图2）。
至少一个致动器11、12产生调节力F，该调节力F支撑在轮毂6上并使叶片5绕着其纵向轴线19旋转。在调节叶片5的桨距角时，至少一个致动器11、12的调节力F的有效方向20相对于叶片轴承10的轴承平面18以角度21倾斜。优选地，角度21测量为大于或正好是1、2、3、4、5、6、7、8、9或10°。尤其，所述角度测量为在1和5°、5和10°、10和15°、15和20°、20和30°或30和45°之间。替代地，角度21测量为在0和90°之间。优选地，在调节桨距角时，调节力F的有效方向20相对于轴承平面18改变。另外，风力涡轮机1构造成使得在调节桨距角时角度21的量改变。
图5示出了轮毂6和调节装置9的另外的截面图。
调节装置9包含增强环22，该增强环22与叶片轴承10的轴承平面18平行布置。增强环22可具有圆环形状。调节装置9进一步包含支撑板23，该支撑板23与叶片轴承10的轴承平面18平行布置，并定位在调节装置9的面向叶片5的外表面24上。支撑板23的外表面可构成调节装置9的外表面24。优选地，支撑板23是环状的或圆环状的。叶片5直接或间接连接到支撑板23。调节装置9进一步包含连接环25，该连接环25构成调节装置9的定位在叶片轴承10的内侧26处的径向外部。增强环22连接到连接环25的第一端27a，其中支撑板23连接到连接环25的第二端27b。因此，当调节叶片5的桨距角时，增强环22、连接环25、支撑板23和叶片5相对于轮毂6基本上绕叶片5的纵向轴线19旋转。
优选地，调节装置9包含第二增强环。支撑板23可以是第二或第三增强环。
另外，调节装置9包含将至少一个致动器11、12连接到增强环22的至少一个环接口28。轮毂6包含作为增强元件的突出部分29，其中至少一个致动器11通过至少一个轮毂接口30也被连接到突出部分29。至少一个轮毂接口30包含：第一板31，该第一板31连接到轮毂6的突出部分29；和第二板32，该第二板32与第一板31平行布置并也被连接到轮毂6的突出部分29。至少一个轮毂接口30进一步包含：支柱部分33，该支柱部分33使第一板31与第二板32连接；和凸缘34，该凸缘34包围在第一板31与第二板32之间的支柱部分33，并连接到至少一个致动器11。
第一板31和第二板32相对于叶片轴承10的轴承平面18以角度35倾斜。优选地，角度35和调节力F的有效方向20的角度21相同。替代地，角度35小于调节力F的有效方向20的角度21。尤其，角度35测量为在1和5°、5和10°、10和15°、15和20°、20和30°或30和45°之间。
图6示出了轮毂6和调节装置9的另外的截面图。
至少一个环接口28包含：内板36，该内板36连接到增强环22的内表面37；和外板38，该外板38连接到增强环22的外表面39。至少一个环接口28进一步包含：支柱部分40，该支柱部分40使内板36与外板38连接；和凸缘41，该凸缘41包围在内板36与另一板38之间的支柱部分40，并被连接到至少一个致动器11。优选地，内板36和外板38彼此平行布置，并可与轴承平面18平行。
图7示出了轮毂6和调节装置9的另外的截面图。
凸缘41相对于内板和外板36、38倾斜。优选地，凸缘41相对于叶片轴承10的轴承平面18以角度21倾斜。另外，由于当调节桨距角时角度21的量可改变，凸缘41也可类似地改变其倾斜。优选地，调节力F击打（或作用，attack）在增强环22的内表面37与支撑板23的外表面24之间的区域44中。因此，调节力F可从至少一个致动器11、12直接传递至叶片轴承10中。优选地，调节力F直接传递到轴承平面18中。
优选地，风力涡轮机1包含第一轮毂接口30和第二轮毂接口42（图3）。调节装置9包含第一致动器11、第二致动器12、第一环接口28和第二环接口43（图3）。第一致动器11通过第一轮毂接口30连接到轮毂6，并通过第一环接口28连接到增强环22。第二致动器12通过第二轮毂接口42连接到轮毂6，并通过第二环接口43连接到增强环22。优选地，第一轮毂接口30设置为与第二轮毂接口42相对。第一环接口28可与第二环接口43相对。因此，两个调节力优选地调节一个叶片5的桨距角。
桨距角基本上可以看作是调节装置9中的尤其是环元件16、17、增强环22、和/或支撑板23的部分相对于轮毂6（图3）的旋转角度45。
尽管已根据优选的实施例描述了本发明，但对于本领域的技术人员来说显然的是，修改在所有实施例中是可能的。
Claims (15)
1.一种风力涡轮机（1），包含：轮毂（6）；叶片（5）；叶片轴承（10），所述叶片轴承（10）连接到轮毂（6），并允许叶片（5）相对于轮毂（6）的旋转运动；和用于调节叶片（5）的桨距角（45）的调节装置（9），其中，所述调节装置（9）包含至少一个致动器（11、12），并且其中，当调节叶片（5）的桨距角（45）时，由所述至少一个致动器（11、12）所产生的调节力（F）的有效方向（20）相对于叶片轴承（10）的轴承平面（18）以角度（21）倾斜。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中，所述调节装置（9）包含增强环（22），所述增强环（22）与叶片轴承（10）的轴承平面（18）平行布置。
3.根据权利要求2所述的风力涡轮机，其中，所述增强环（22）的内表面（37）面向轮毂（6）。
4.根据权利要求2或3所述的风力涡轮机，其中，所述调节装置（9）包含至少一个环接口（28、43），所述至少一个环接口（28、43）将所述至少一个致动器（11、12）连接到所述增强环（22）。
5.根据权利要求4所述的风力涡轮机，其中，所述至少一个环接口（28、43）包含：内板（36），所述内板（36）连接到所述增强环（22）的内表面（37）；外板（38），所述外板（38）连接到所述增强环（22）的外表面（39）；支柱部分（40），所述支柱部分（40）使所述内板（36）与所述外板（38）连接；和凸缘（41），所述凸缘（41）包围在所述内板（36）与所述外板（38）之间的所述支柱部分（40）并连接到所述至少一个致动器（11、12），其中，所述内板（36）和所述外板（38）彼此平行布置。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的风力涡轮机，进一步包含至少一个轮毂接口（30、42），所述至少一个轮毂接口（30、42）将所述至少一个致动器（11、12）连接到所述轮毂（6）。
7.根据权利要求6所述的风力涡轮机，其中，所述至少一个轮毂接口（30、42）包含：第一板（31），所述第一板（31）连接到所述轮毂（6）；第二板（32），所述第二板（32）与所述第一板（31）平行布置并连接到所述轮毂（6）；支柱部分（33），所述支柱部分（33）使所述第一板（31）与所述第二板（32）连接；和凸缘（34），所述凸缘（34）包围在所述第一板（31）与所述第二板（32）之间的支柱部分（33），并连接到所述至少一个致动器（11、12）。
8.根据权利要求7所述的风力涡轮机，其中，所述第一板（31）和所述第二板（32）相对于所述叶片轴承（10）的轴承平面（18）以角度（35）倾斜。
9.根据权利要求4所述的风力涡轮机，进一步包含第一轮毂接口（30）和第二轮毂接口（42），其中，所述调节装置（9）包含第一致动器（11）、第二致动器（12）、第一环接口（28）和第二环接口（43），并且其中，所述第一致动器（11）通过第一轮毂接口（30）连接到轮毂（6），并通过第一环接口（28）连接到增强环（22），并且其中，所述第二致动器（12）通过第二轮毂接口（42）连接到轮毂（6），并通过第二环接口（43）连接到增强环（22）。
10.根据权利要求1至3中的任一项所述的风力涡轮机，其中，所述至少一个致动器（11、12）包含液压缸、气动缸或电动马达。
11.根据权利要求1至3中的任一项所述的风力涡轮机，其中，所述调节装置（9）包含支撑板（23），所述支撑板（23）与叶片轴承（10）的轴承平面（18）平行布置，并定位在调节装置（9）的面向叶片（5）的外表面（24）上。
12.根据权利要求11所述的风力涡轮机，其中，所述支撑板（23）是环状的或圆环状的。
13.根据权利要求11所述的风力涡轮机，其中，所述叶片（5）连接到所述支撑板（23）。
14.根据权利要求1至3中的任一项所述的风力涡轮机，其中，所述调节装置（9）包含连接环（25），所述连接环（25）构成调节装置（9）的定位在叶片轴承（10）的内侧（26）处的径向外部。
15.根据权利要求2所述的风力涡轮机，其中，所述调节装置（9）包含支撑板（23），所述支撑板（23）与叶片轴承（10）的轴承平面（18）平行布置，并定位在调节装置（9）的面向叶片（5）的外表面（24）上；其中，所述调节装置（9）包含连接环（25），所述连接环（25）构成调节装置（9）的定位在叶片轴承（10）的内侧（26）处的径向外部；其中，所述增强环（22）连接到所述连接环（25）的第一端（27a），并且其中，所述支撑板（23）连接到所述连接环（25）的第二端（27b）。
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