CN107850041B - 用于风轮机叶片变桨系统的节段式变桨环 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用在风轮机的叶片变桨系统中的节段式变桨环。所述节段式变桨环由通过不同过程制造的多个节段形成。特别地，一个或者多个所述节段通过轧制过程形成，并且一个或者多个所述节段通过浇铸过程形成。这些节段是弧形的或者包括联合限定所述变桨环的基本圆形的外周的弧形部。

Description

用于风轮机叶片变桨系统的节段式变桨环

技术领域

本发明总体涉及风轮机，并且更具体地说，涉及用在风轮机的叶片变桨系统中的变桨环。本发明还涉及制作变桨环的方法。

背景技术

风轮机通常包括具有由风驱动的大叶片的转子。叶片将风的动能转换成旋转机械能。通常，机械能经由传动系传递至发电机，然后发电机将能量转换成电能。

大部分现代风轮机通过使叶片相对于风变桨而控制功率输出。因此，各个叶片借助变桨系统安装至轮毂，变桨系统允许叶片与轮毂之间的相对移动。变桨系统包括变桨轴承，此变桨轴承通常包括同心布置的内轴承环与外轴承环。轴承环中的一者(或者内环或者外环)附接至叶片并且另一者附接至轮毂。

变桨系统还包括驱动系统，此驱动系统包括一个或者多个诸如电动机或者液压致动器之类的变桨驱动装置。驱动装置用于使附接至叶片的轴承环相对于附接至轮毂的轴承环转动以便调节叶片的桨距(即，使叶片绕其纵轴线转动)。

申请人的在先PCT申请WO 2012/069062中描述了用于风轮机叶片的变桨系统的实施例。图1示出了WO 2012/069062中描述的现有技术变桨系统的分解立体图。参照图1，变桨系统20包括轴承22、第一联接构件24和第二联接构件26以及驱动系统28。更具体地说，轴承22包括安装至轮毂6的内轴承环30以及安装至叶片的外轴承环32。第一联接构件24位于轮毂6与内轴承环30之间。第二联接构件26位于叶片与外轴承环32之间。驱动系统28包括液压致动器34，此液压致动器连接至第一联接构件24以及第二联接构件26，从而驱动系统28能使内轴承环30相对于外轴承环32旋转并因此使叶片相对于轮毂6变桨。

图1中所示的第一联接构件24和第二联接构件26均包括用于附接至相应的轴承环30、32的变桨环。第一联接构件24进一步包括板，而第二联接构件26包括横梁。各个联接构件24、26的板与横梁提供用于液压致动器34的安装点。除了提供用于致动器34的安装点之外，联接构件24、26中一者或者两者可设计成缓解轴承环30、32中的载荷例如以确保载荷绕轴承环30、32的外周均匀分布。这避免不均匀磨损轴承环30、32并且延长变桨轴承22的使用寿命。

由于期望捕获更多的有效风能，久而久之风轮机叶片的总体尺寸显著增加。例如，目前电站级的风轮机叶片的基部直径超过4.5米。这需要诸如轴承环之类的变桨系统部件的尺寸相似。因为叶片尺寸越来越大，所以变桨系统部件的尺寸将来必定进一步增大。

变桨系统的一些部件(例如包括联接构件24、26的变桨环)通过浇铸形成。通常，变桨环由钢浇铸成单体件。然而，随着这样的变桨环的直径变得非常大，使变桨环形成单体铸件愈发有挑战性并且愈发昂贵。

本发明的一个目的是解决以上概述的问题以提供这样一种用于变桨系统的部件，此部件更易于制造并且制造起来更便宜，并且此部件提高布置的结构完整性。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种用在风轮机的叶片变桨系统中的节段式变桨环。所述节段式变桨环包括一个或者多个轧制节段以及一个或者多个浇铸节段。所述轧制节段与所述浇铸节段是弧形的或者包括联合限定所述变桨环的基本圆形的外周的弧形部。所述浇铸节段通过浇铸过程制造并且所述轧制节段通过轧制过程制造。

当前的叶片变桨环通常浇铸成单体部分或者单体件，并且由于环中央中的大量真空区并且由于减小的结构完整性，以此方式浇铸的直径越来越大的叶片变桨环变得有问题。本发明的有利之处在于，叶片变桨环由更容易制造的多个(较小的)节段形成，对于电站级的风轮机尤其如此。

在优选实施方式中，变桨环包括多个轧制节段以及多个浇铸节段。在此实施方式中，轧制节段与浇铸节段交替布置以限定变桨环的外周。

一个或者多个轧制节段可通过冷轧制过程形成。“冷轧制”指的是在待轧制的材料的再结晶温度以下进行制造过程。例如，钢的再结晶温度可以在大约400℃与700℃之间。然而，通常，可在大约室温下进行冷轧制过程。待轧制的一个或者多个节段的期望的形状以及尺寸的一致性使得这些节段适于通过冷轧制制造。

相比一个或者多个浇铸节段，一个或者多个轧制节段可形成变桨环的所述外周的更大部分。相比等同的浇铸过程，轧制制造过程更简单并且成本效益更大。因此，利用轧制节段制造变桨环的更大比例的外周是有利的，并且使由轧制节段形成的变桨环的比例最大化尤其有利。

然而，通过浇铸形成节段式叶片变桨环的至少一部分是有利的。虽然叶片变桨环可以是大致的圆形，但是叶片变桨环通常包括更复杂形状的部分，例如具有用于连接或者附接至变桨系统的其他部件的一体化形成的特征。这些复杂形状的部件不太适于通过轧制形成并且因此便于通过浇铸形成这些部件。因此，通过利用轧制节段与浇铸节段的组合，本发明使叶片变桨环的重量以及成本最小化同时增大了制造的容易度。

变桨环可具有任何适当数量的轧制节段以及浇铸节段。在优选实施方式中，相比所述一个或者多个浇铸节段，所述一个或者多个轧制节段具有更大的周向长度。这有利地允许由轧制部件形成的变桨环的比例最大化同时使所需的轧制部分的数量最小化，因此简化变桨环的制造过程以及组装过程，并且提供成本效益的解决方案。然而，可构想的是，轧制节段均可具有短于浇铸节段的周向长度，相比浇铸节段，这些轧制节段仍可以结合形成变桨环的更大部分的外周。相比轧制节段的周向长度比浇铸节段的周向长度更大的情况，这样的实施方式将需要相对更多的轧制节段。

相比所述一个或者多个浇铸节段，所述一个或者多个轧制节段可由更硬的材料形成。更硬的材料提供期望的更硬的节段。浇铸过程需要稍微软点的材料以便获得期望的形状，并因此进一步有利的是使由轧制部件形成的变桨环的比例最大化以便使变桨环的强度最大化。

在优选实施方式中，一个或者多个轧制节段的径向宽度小于所述一个或者多个浇铸节段的弧形部的径向宽度。各个节段在径向方向上必须足够宽以确保节段式变桨环维持足够的刚度并且不太柔性。直径逐渐增大的节段式变桨环需要增大其径向宽度以维持刚度，这会增大材料成本以及重量。通过轧制制造的节段可比通过浇铸制造的节段窄，同时仍提供足够的刚度。因此，对于轧制节段而言有利的是比浇铸节段窄以便减少材料成本以及重量。

节段式变桨环可包括桥接元件，此桥接元件跨越轧制节段与浇铸节段之间的接口。通过不同过程制造的节段可导致在这些节段之间的接合处/接口处刚度不一致。这可能产生变桨环的易于在高应力下变形的薄弱点。因此，桥接元件构造成横过所述接口提供基本一致的刚度。

桥接元件可定位在由轧制节段与浇铸节段的相邻的阶梯式端部限定的凹口内。因此，桥接元件可有利地与变桨环的表面齐平。这确保节段式变桨环的外圆周的厚度基本一致。从一致的厚度防止形成更多的薄弱点的结构角度来看这是有利的。而且就风轮机的组装而言，有利之处在于，当厚度基本一致的节段式变桨环位于叶片基部与轴承环之间时，变桨环可绕整个外周支靠叶片基部以及轴承环，节段式变桨环不形成可引起进一步的结构问题的间隙。

桥接元件可由比形成所述一个或者多个轧制节段所用的材料强度高的材料形成。这确保由轧制节段中的一者经受的高应力不导致横过节段之间的接合处的桥接元件变形。

可选地，所述一个或者多个浇铸节段限定用于变桨驱动机构的安装部。这样的形状相对复杂的安装部更适于通过浇铸形成，并因此这有助于使变桨环的制造容易。包括安装部会便于变桨驱动机构与变桨环的连接。

变桨环可包括基本相同并且在直径方向上对置的第一浇铸节段与第二浇铸节段，还包括基本相同并且在直径方向上对置的第一轧制节段与第二轧制节段。这提供变桨环的相对两侧之间的对称，减少绕外周的薄弱点的危险。这也使所需的节段的数量最小化使得变桨环的形状更复杂的部分被浇铸而变桨环的其余部分通过轧制过程形成。在浇铸节段包括用于接纳变桨驱动机构的安装部的情况下，对称布置确保使叶片变桨过程中涉及的应力绕变桨环均匀分布。

节段式变桨环可包括连接于在直径方向上对置的第一浇铸节段与第二浇铸节段之间的梁。这样的梁进一步增大变桨环的结构完整性。梁优选是中空的细长构件。梁优选具有基本一致的截面。在使用中，梁可被高度加压。有利地，梁可通过热轧制过程形成。“热轧制”指的是在待轧制的材料的再结晶温度以上进行制造过程。发现产生的热轧制的梁的晶体结构是最优的，因为此晶体结构允许梁稍微扭曲并采取高度加压的构造而不断裂或者变形。

梁可在各个端处设置有切除部以允许端部接纳浇铸节段的安装部。切除部优选均具有弯曲端，这是有利的，因为弯曲端减小梁中的应力集中并且防止使用中梁中形成裂纹。梁可包括用于使缆线穿过梁的缆线保持器。缆线保持器可经由磁体连接至梁的本体。这有利地避免需要在梁的被高度加压的部分中设置孔。

节段式变桨环优选构造成用于直接或者间接安装至变桨轴承的内轴承环或者外轴承环，并且/或者构造成用于直接或者间接安装至风轮机叶片或者轮毂。特别地，各个节段可单独安装至轴承环并且/或者叶片或轮毂以辅助组装过程。节段可利用用于将轴承环安装至叶片或轮毂的相同的连接件(例如，螺栓)安装，因此使所需的部件的数量最少化。因此，轧制节段以及浇铸节段优选设置有对应位于供变桨环安装的轴承环以及/或者叶片或轮毂中的周向孔的多个周向孔。

根据本发明的另一方面，提供一种具有变桨系统的风轮机，此变桨系统包括以上所述的节段式变桨环。

本发明还提供一种制作以上所述的节段式变桨环的方法。特别地，所述方法包括：利用轧制过程制造一个或者多个轧制节段；并且利用浇铸过程制造一个或者多个浇铸节段。

所述轧制过程可以是冷轧制过程。特别地，这可手工进行以使节段的精度最大化。

所述方法可包括提供用于跨越轧制节段与浇铸节段之间的接口的一个或者多个桥接元件。

此外，或者另选地，所述方法可包括制造用于连接于在直径方向上对置的第一浇铸节段与第二浇铸节段之间的梁。所述方法优选包括利用热轧制过程形成梁。

所述方法可包括将节段式变桨环直接或者间接安装至变桨轴承的内轴承环或者外轴承环，并且/或者直接或者间接安装至风轮机叶片或者轮毂。所述方法可包括单独安装各个节段。

以上在根据设备表述时的本发明的上下文中描述的可选特征同样适用于根据方法表述时的本发明，反之亦然。出于简明的原因，一般避免重复这样的特征。

附图说明

已经作为背景描述了图1，并且图1示出了用于风轮机的现有技术变桨系统的分解立体图。

为了能更容易理解本发明，现在将参照其余附图以非限制性实施例的方式描述本发明的实施方式，在附图中：

图2是根据本发明的风轮机的前视图，此风轮机包括经由相应的变桨系统附接至中央轮毂的三个叶片；

图3A是根据本发明的实施方式的节段式变桨环，此变桨环包括轧制并浇铸的节段，并且包括位于节段之间的桥接元件；

图3B是图3A的变桨环的分解图；

图3C是图3A与图3B的变桨环的梁；

图4示出了用于通过轧制过程制造图3A的变桨环的轧制节段中的一者的辊的布置的一个实施方式；

图5是图3A的桥接元件中的一者的立体图；

图6是图3A的位于轧制节段与浇铸节段之间的接合处的变桨环的视图；以及

图7示出了图6的接合处的示意性侧视图。

具体实施方式

图2是根据本发明的风轮机100的前视图。风轮机100包括塔架102、位于塔架102的顶端的机舱104以及安装至机舱104的转子轮毂组件106。转子轮毂组件106包括加接至中央轮毂110的三个风轮机叶片108。叶片108布置成使转子轮毂组件106在风沿基本垂直于页面并且垂直深入页面中的方向作用在叶片108上时旋转。中央轮毂110连接至容纳在机舱104中的主轴，主轴又连接至也位于机舱104中的发电机。中央轮毂110使主轴转动并且此旋转能被发电机转换成电力。

各个风轮机叶片108均借助变桨系统安装至中央轮毂110，此变桨系统类似于参照图1作为背景描述的变桨系统。因此，图1的介绍应是关于变桨系统的总体结构。能在WO2012/069062中找到变桨系统的进一步的细节，特此通过援引合并WO 2012/069062的内容。然而，与现有技术变桨系统相比，本发明的变桨系统包括代替现有技术变桨系统的一个或者多个浇铸部件的一个或者多个节段式变桨环。

图3A示出了根据本发明的一个实施方式的节段式变桨环140。要理解，节段式变桨环140提供图1中所示的变桨系统的联接构件26的另选。

参照图3A，节段式变桨环140基本是圆形的并且由四个节段形成，这四个节段包括借助轧制过程制造的两个轧制节段142a、142b以及借助浇铸过程制造的两个浇铸节段144a、144b。如图3A中所示，轧制节段142a、142b以及浇铸节段144a、144b均形成变桨环140的外周部分。轧制节段142a、142b绕变桨环140的外周与浇铸节段144a、144b交替布置，使得各个轧制节段142a、142b均位于浇铸节段144a、144b之间。在本实施方式中，两个轧制节段142a、142b基本相同，并且两个浇铸节段144a、144b基本相同。因此，各个轧制节段142a、142b在直径方向上对置，并且同样地，各个浇铸节段144a、144b在直径方向上对置。

在此实施例中，变桨环140的直径约为4.5米，但是变桨环140可以是任一合适的直径。变桨环140的节段形式有助于经济地制造任一合适尺寸的变桨环(包括超过4.5米的非常大的直径的变桨环)。

变桨环140还包括四个呈基本扁平的弧形板的形式的桥接元件146，这些桥接元件桥接轧制节段142a、142b与浇铸节段144a、144b，并且稍后将更详细地论述这些桥接元件。

各个浇铸节段144a、144b均包括：弓形部148a、148b(即，弧形部)，所述弓形部形成变桨环140的外周的一部分；以及连接件部150a、150b，所述连接件部从各个弓形部148a、148b向内基本径向延伸。弓形部148a、148b的径向方向上(即，在由图3A中的R标示的方式上)的宽度基本一致。连接件部150a、150b限定用于变桨驱动机构的安装点。具体地说，在此实施例中，各个连接件部150a、150b均包括接纳部152a、152b，所述接纳部构造成接纳变桨系统的驱动构件(例如液压致动器)。

对置的浇铸节段144a、144b的连接件部150a、150b借助钢制的“横杆”154(也称作“梁”154)相互连接。梁154通过防止变桨环140以及/或者变桨轴承变形而向变桨系统结构提供额外的强度，并且稍后将进一步详细描述此方面。

各个浇铸节段144a、144b均进一步包括多个孔156，这些孔在周向上沿浇铸节段的弓形部148a、148b的周向长度均等隔开。周向总体由图3A中的C标示。各个孔156均沿纵向方向(即，沿总体由图3A中的T标示的方向)延伸穿过浇铸节段144a、144b的厚度。当变桨环140安置在风轮机100中时，纵向方向大致平行于叶片的纵轴线。孔156用于接纳诸如螺栓之类的安装装置以将浇铸节段144a、144b安装至叶片108并且/或者安装至叶片变桨轴承环(例如，图1中的外轴承环32)。具体地说，孔156与叶片108的基端中的相应孔以及/或者与轴承环中的相应孔对准以允许安装。孔156于浇铸过程中形成在节段144a、144b中。

通过浇铸过程优选于通过例如焊接过程制造节段144a、144b。这是因为据发现浇铸零件不太容易疲劳并且更容易制作。利用浇铸过程也更容易满足节段的某些要求(例如，嵌入孔156以及变桨驱动安装特征)。

轧制节段142a、142b是弧形的，并且径向方向上(即，在由图3A中的R标示的方式上)的宽度基本一致。类似于浇铸节段144a、144b，各个轧制节段142a、142b均包括多个孔160，这些孔在周向C上沿轧制节段142a、142b的周向长度均等隔开以有助于安装至叶片并且/或者安装至叶片变桨轴承环(例如，图1中的外轴承环32)。在板材轧制成期望的形状后，将孔160嵌入或者钻入到节段142a、142b中。

轧制节段142a、142b的径向宽度(即，径向方向R上的宽度)稍微小于浇铸节段144a、144b的弓形部148a、148b的相应的径向宽度。这是因为，相比浇铸过程，轧制过程允许使用较硬的钢，并因此相比浇铸节段，轧制节段能制成具有减小的宽度(并因此具有减小的材料成本)同时仍提供足够的刚度。具体地说，在此实施例中，各个轧制节段142a、142b的R方向上的宽度均约为118毫米并且各个浇铸节段144a、144bR方向上的宽度均约为125毫米。

因此，从成本的角度来看，相比浇铸节段144a、144b，轧制节段142a、142b形成变桨环140的更大比例的外周是有益的。因此，在此实施例中，各个轧制节段142a、142b的周向长度均大于浇铸节段144a、144b的弓形部148a、148b的周向长度。具体地说，在此实施例中，各个轧制节段142a、142b均跨越变桨环140的外周的约130°，并且各个浇铸节段144a、144b均跨越变桨环140的外周的约50°。注意，各个轧制节段142a、142b在T方向上的厚度基本等于各个浇铸节段144a、144b在T方向上的厚度。具体地说，各个节段142a、142b、144a、144b的厚度均约为166毫米。

轧制是普遍公知的制造过程，但是此公知轧制过程先前不认为用于形成风轮机用的变桨系统的部件。因此，以下提供此过程的简要论述，这对于轧制技术领域中的技术人员而言将是熟悉的。

变桨环140的各个轧制节段142a、142b由正方形或者矩形钢片材形成。片材前后穿过一系列不同类型的辊以便达到期望的形状与尺寸。例如，如在图4的示意图中示出的，可借助一组三个辊158a、158b、158c(一个辊在片材上方并且两个辊在片材下方，第一辊158a大致位于另两个辊158b、158c的上方的中央)获得节段142a的弓形形状。在本实施方式中，手工进行轧制过程，因为这更高程度地控制节段的成形，并且一般使得不怎么变形。

通过所谓的“冷轧”制造轧制节段142a、142b，这指的是制造过程通常在大约室温下(但是更具体地说在金属的再结晶温度以下)发生。这提供比在更高温度下制造的节段的强度高的节段142a、142b。节段142a、142b的基本一致的截面使得这些节段适于通过轧制制造，同时比等同的浇铸节段提供更大的强度。

因为包括两个弓形部以及一个连接部的节段144a、144b的形状更复杂，所以这些节段被认为相比通过轧制更适于通过浇铸形成。

再参照图3A，上文已经简要地提过，桥接元件146设置在轧制节段142a、142b与浇铸节段144a、144b之间。各个桥接元件146均跨越轧制节段142a、142b与浇铸节段144a、144b之间的接口。在图3B的分解图中能更清楚地看到桥接元件146。现在将参照图5至图7更详细地描述桥接元件146的形式及功能。

参照图5，此图孤立地示出了桥接元件146中的一者。桥接元件146是弧形的并且截面大致是矩形的。此桥接元件的曲率半径基本相当于轧制节段142a、142b以及浇铸节段144a、144b(图3A)的曲率半径以便匹配轧制节段142a、142b以及浇铸节段144a、144b的曲率。桥接元件146的纵向方向(即，T方向，参见图3A)上的厚度基本一致并且径向方向(即，R方向，参见图3A)上的宽度基本一致。特别地，各个桥接元件146的径向宽度均稍微大于各个浇铸节段144a、144b的径向宽度。具体地说，在此实施例中，各个桥接元件146的径向宽度均约为135毫米。而且，各个桥接元件146的T方向上的厚度约为30毫米。

桥接元件146包括多个孔162，这些孔用于使用用于将变桨环140安装至叶片108以及叶片变桨轴承环的相同的螺栓及孔156、160将桥接元件146连接至轧制节段142a、142b以及浇铸节段144a、144b。此实施方式中的桥接元件146具有对应变桨环140的七个周向孔162的弓形长度。发现桥接元件146的此长度对于横过变桨环140的轧制节段142a、142b与浇铸节段144a、144b之间的接口提供一致的刚度是最优的。桥接元件146另外借助插入通过另外的孔164的螺钉或者螺栓附接至轧制节段142a、142b以及浇铸节段144a、144b。

图6示出了图3A的变桨环140的一部分的近视图，此图特别地示出了桥接元件146、轧制节段142a以及浇铸节段144a之间的连接。在标示轧制节段142a与浇铸节段144a之间的接口的箭头A处大致看到浇铸节段144a的弓形部148a的径向宽度稍微大于轧制节段142a的径向宽度。如先前提及的，这是因为相比轧制节段142a，浇铸的弓形部148a由更软的钢制造，因此弓形部148a的较大的宽度用于满足强度要求。由于不同制造技术的限制而使用较软的钢。

在此实施方式中，浇铸节段144a、144b由高延展性材料形成，并且具体地说，在此实施例中，由具有约220兆帕屈服强度以及约170千牛顿每平方毫米弹性模量的球墨铸铁形成。与之相比，在此实施例中，轧制节段142a、142b由具有约355兆帕屈服强度以及约210千牛顿每平方毫米弹性模量的钢形成。

因为浇铸的弓形部148a与轧制节段142a由不同技术以及不同材料形成，所以接口A处可能存在刚度差异。这可能是有问题的，因为横过轧制节段142a以及浇铸节段144a的一致的刚度更可取以确保不在安装螺栓上施加过大的应力，过大的应力会减少安装螺栓的寿命。例如，安装螺栓的寿命可能预计约为25年。横过接口A的刚度差异也可能不利地影响变桨轴承的轴承环，导致变桨轴承的不均匀磨损，这也是不期望的。

因此，桥接元件146的目的是确保横过轧制节段142a与浇铸节段144a之间的接口A的刚度基本一致。因此，桥接元件146的主要目的是有助于变桨环140的结构完整性而不是有助于使节段142a、144a相互连接。因此，为了顺利地履行其功能，桥接元件146比节段142a、144a具有更高的强度要求，并因此由高强度、高质量的钢形成。此外，如以上提及的，由于桥接元件146的更高的强度要求，桥接元件146的径向方向(或者R方向)上的宽度大于弓形部148a的径向方向上的宽度。具体地说，在此实施例中，桥接元件146由具有约690兆帕屈服强度以及约210千牛顿每平方毫米弹性模量的高级钢形成。

图7示出了图6中标示的接口A处的轧制节段142a、浇铸节段144a以及桥接元件146的示意性剖面图。在图7中能看到，桥接元件146装配在由相应的轧制节段142a与浇铸节段144a的阶梯式端部168、170限定的凹口166内。阶梯式端部168、170适当地设定尺寸使得桥接元件146的上表面172与轧制节段142a的上表面174以及浇铸节段144a的上表面176基本齐平。为了方便，术语“上”用于指如图7中所示的各个表面的取向。

尽管图3A中看起来连接在一起了，但是优选在桥接元件146利用螺钉以及孔164连接至节段142a、142b、144a、144b之前，各个轧制节段142a、142b与浇铸节段144a、144b将利用通过孔156、60的螺栓均单独安装至叶片108以及/或者叶片变桨轴承。因为各个节段沉重，所以这便于变桨系统的组装。

以上已经提及到，浇铸节段144a、144b借助梁154连接在一起。现在将参照图3C更详细地描述梁154。参照图3C，梁154是中空的细长部件。梁154沿其长度具有基本恒定的截面。在此实施方式中，梁154的截面基本是矩形的。梁154在第一端部190与第二端部192之间延伸，并且包括相互对置的第一侧表面194与第二侧表面196，第一侧表面194与第二侧表面196借助相互对置的第一边缘表面198与第二边缘表面200连接。梁154的各个端部设置有多个孔202。具体地说，第一侧表面194与第二侧表面196各自均包括位于梁154的相应的第一端部190与第二端部192处的八个孔。因此，在此实施方式中，梁154总共包括三十二个孔。第一侧表面194中的孔202与第二侧表面196中的孔202对准(即，对置)。

梁154的第一端部190与第二端部192还设置有各自的切除部204、206。具体地说，在此实施方式中，第一切除部204设置在梁的第一端190处的第一边缘表面198中，并且第二切除部206设置在梁的第二端192处的第二边缘表面200中。在图3C中看不到第二切除部206，但是例如在图3B中能看到此第二切除部。切除部204、206基本是U形形状的，并且包括弯曲端。因为在使用中梁154被高度加压，所以切除部204、206的弯曲端有利地避免梁154中的应力集中并因此避免梁154中出现裂纹。

如图3B中所示，变桨环140的对置的浇铸节段144a、144b的连接件部150a、150b包括用于梁的安装部208。梁154中的切除部204、206允许这些安装部208插入梁154的第一侧表面194与第二侧表面196之间。安装部208均设置有对应梁154的各个端部190、192处的孔202的一组八个孔(附图中不可见)。梁154借助延伸穿过梁154的各个端部190、192中的孔202并且穿过安装部208中的相应的孔的十六个螺栓连接至连接件部150a、150b。

梁154由钢制成并通过轧制形成。因为在使用中梁154被高度加压，所以梁154必须能够扭曲而不断裂。发现热轧制过程用于形成梁154是最优的。热轧制过程涉及将钢加热至其再结晶温度以上并且使钢在足够高的温度下成形以允许金属晶体在成形操作后再形成至其正常形状。产生的热轧制的梁的晶体结构允许梁在使用过程中被高度加压而不断裂或者变形。

参照图3B，在此实施方式中，缆线保持器210安装至梁154的第一表面194。缆线保持器210允许缆线穿过变桨环140。缆线保持器210是在各个端处设置有孔212的薄的细长构件。缆线保持器210在各端处借助螺栓214固定至梁154。螺栓214是以上描述的用于将梁154连接至浇铸节段144a、144b的螺栓中的一者。因此，如图3B中所示，这些螺栓另外延伸穿过缆线保持器210中设置的孔212。磁体216设置在缆线保持器210的中央部分与梁154之间。磁体216将缆线保持器210的中央部分联接至梁154。磁体216的使用特别有利，因为这避免需要设置在梁154的中央部分中的孔。因为梁154在使用过程中被高度加压，所以此位置中的孔会损害梁154的结构完整性并导致梁154的裂纹或者其他这样的故障。

可在不脱离本发明的如所附权利要求中限定的范围的情况下对以上实施方式做出多种变型。

例如，在所描述的实施方式中变桨环140是待安装至变桨轴承与叶片108之间的单独部件，然而变桨环140可改作是变桨轴承或者叶片108的一体部分。特别地，变桨环140可与安装至叶片108的变桨轴承环形成一体。

虽然在所描述的实施方式中变桨环140具有四个节段(两个轧制节段以及两个浇铸节段)，但是可使用任一适当数量的轧制节段以及任一适当数量的浇铸节段。

虽然以上实施方式代表图1中所示的变桨系统的联接构件26的另选，但是应理解本发明不限于此方面。例如，根据本发明的包括轧制部分以及浇铸部分的变桨环可代替图1中的第一联接构件24使用。因此，这样的变桨环将连接在图1中所示的内轴承环30与轮毂6之间。

本发明也不限于用在图1中所示的变桨系统中，图1中所示的变桨系统仅提供背景的实施例，在背景中可使用本发明的节段式变桨环。本发明的变桨环同样可结合到其他变桨系统布置中。其他变桨系统布置可例如改作具有连接至叶片的内轴承环以及连接至轮毂的外轴承环。节段式变桨环可附接在内轴承环或者外轴承环的两侧上。因此，节段式变桨环不一定需要定位在轴承环与叶片之间，或者轴承环与轮毂之间。节段式变桨环能直接或者间接安装至轴承环以及/或者叶片或轮毂。例如，诸如环或者板之类的其他中间构件可设置在变桨环与轴承环之间以及/或者变桨环与轮毂或叶片之间。本发明也可体现在用于风轮机叶片变桨系统中的任何其他环中并且不限于诸如图1中所示的那些联接构件之类的联接构件，图1中所示的联接构件提供了本发明的应用的一个实施例。

因此，仅仅为了阐明之目的提供本文中描述的实施方式，并且本文中描述的实施方式不理解成限制本发明的范围。

Claims (15)

1.一种用于在风轮机(100)的叶片变桨系统中使用的节段式变桨环(140)，所述节段式变桨环(140)包括一个或者多个轧制节段(142a、142b)以及一个或者多个浇铸节段(144a、144b)，其中，所述轧制节段(142a、142b)与所述浇铸节段(144a、144b)是弧形的或者包括联合限定所述节段式变桨环(140)的基本圆形的外周的弧形部。

2.根据权利要求1所述的节段式变桨环(140)，其中，所述一个或者多个轧制节段(142a、142b)通过冷轧制过程形成。

3.根据权利要求1或2所述的节段式变桨环(140)，其中，相比所述一个或者多个浇铸节段(144a、144b)，所述一个或者多个轧制节段(142a、142b)形成所述节段式变桨环(140)的所述外周的更大部分。

4.根据权利要求1所述的节段式变桨环(140)，其中，相比所述一个或者多个浇铸节段(144a、144b)，所述一个或者多个轧制节段(142a、142b)具有更大的周向长度。

5.根据权利要求1所述的节段式变桨环(140)，其中，相比所述一个或者多个浇铸节段(144a、144b)，所述一个或者多个轧制节段(142a、142b)由更硬的材料形成。

6.根据权利要求1所述的节段式变桨环(140)，其中，所述一个或者多个轧制节段(142a、142b)的径向宽度小于所述一个或者多个浇铸节段(144a、144b)的弧形部(148a、148b)的径向宽度。

7.根据权利要求1所述的节段式变桨环(140)，所述节段式变桨环(140)进一步包括桥接元件(146)，此桥接元件跨越轧制节段(142a、142b)与浇铸节段(144a、144b)之间的接口。

8.根据权利要求7所述的节段式变桨环(140)，其中，所述桥接元件(146)由比形成所述一个或者多个轧制节段(142a、142b)所用的材料强度高的材料形成。

9.根据权利要求1所述的节段式变桨环(140)，其中，所述一个或者多个浇铸节段(144a、144b)限定用于变桨驱动机构的安装部(208)。

10.根据权利要求1所述的节段式变桨环(140)，其中，所述节段式变桨环(140)包括多个轧制节段(142a、142b)以及多个浇铸节段(144a、144b)，并且其中，所述轧制节段(142a、142b)与所述浇铸节段(144a、144b)交替布置以限定所述节段式变桨环(140)的所述外周。

11.根据权利要求1所述的节段式变桨环(140)，所述节段式变桨环(140)进一步包括连接于在直径方向上对置的第一浇铸节段(144a)与第二浇铸节段(144b)之间的梁(154)。

12.根据权利要求11所述的节段式变桨环(140)，其中，所述梁(154)由热轧制过程形成。

13.根据权利要求1所述的节段式变桨环(140)，其中，所述节段式变桨环(140)包括基本相同并且在直径方向上对置的第一浇铸节段(144a)与第二浇铸节段(144b)，还包括基本相同并且在直径方向上对置的第一轧制节段(142a)与第二轧制节段(142b)。

14.一种具有变桨系统的风轮机(100)，此变桨系统包括前述权利要求中任一项所述的节段式变桨环(140)。

15.一种制作权利要求1至13中任一项所述的节段式变桨环(140)的方法，所述方法包括：利用轧制过程制造所述一个或者多个轧制节段(142a、142b)；并且利用浇铸过程制造所述一个或者多个浇铸节段(144a、144b)。