CN110214228B - 调整和/或驱动单元、具有此类调整和/或驱动单元的风力涡轮机以及用于控制此类调整和/或驱动单元的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及调整和/或驱动单元,所述调整和/或驱动单元可以用于风力涡轮机中以设定所述风力涡轮机的短舱的方位角或转子叶片的俯仰角度,其中此类调整和/或驱动单元具有用于旋转被安装成相对于彼此旋转的两个组合件的至少两个致动驱动器,并且具有用于控制所述致动驱动器的控制装置,所述控制装置通过一种方式控制所述致动驱动器,使得在所述两个组合件的所述旋转期间和/或在所述组合件静止时,所述致动驱动器彼此支撑。本发明进一步涉及具有此类调整和/或驱动单元的风力涡轮机,以及用于控制此类调整和/或驱动单元的方法。根据本发明,所述致动驱动器经过连接以便彼此通信,并且每个致动驱动器具有用于根据负载确定装置的负载信号来去中心化地调整所提供的扭矩的控制模块,所述负载确定装置确定每个致动驱动器的个别负载,其中,所述致动驱动器的所述控制模块被配置成在从另一致动驱动器接收到指示已经达到所述其它致动驱动器的过载的负载信号之后以辅助转矩量改变其自身的扭矩,从而缓解所述其它致动驱动器。
Description
技术领域
本发明涉及调整和/或驱动单元,所述调整和/或驱动单元可以用于风力涡轮机中以设定所述风力涡轮机的短舱的方位角或转子叶片的俯仰角度,或者用于例如起重机或挖掘机的回转机构等其它大回转机构中,其中此类调整和/或驱动单元具有用于旋转被安装成相对于彼此旋转的两个组合件的至少两个致动驱动器,并且具有用于控制所述致动驱动器的中央控制装置,所述中央控制装置通过一种方式控制所述致动驱动器,使得在所述两个组合件的所述旋转期间和/或在所述组合件静止时,所述致动驱动器彼此支撑。本发明进一步涉及具有此类调整和/或驱动单元的风力涡轮机,以及用于控制此类调整和/或驱动单元的方法。
背景技术
在经受较大的外加负载的大型旋转驱动器中,例如在风力涡轮机的方位调整驱动器或吊臂起重机的回转机构的情况下,通常使用多个致动驱动器,所述多个致动驱动器一起调整将要旋转的两个组合件。所述致动驱动器在这里可以包括例如呈电动机的形式的电机,所述电机经由例如行星齿轮传动装置等传动装置来驱动例如小齿轮等驱动齿轮,所述小齿轮啮合到嵌齿轮中以使所述嵌齿轮旋转。将要调整的组合件可以是(例如)大滚动轴承和/或大滑动轴承的两个轴承座圈,通过所述两个轴承座圈将短舱或承载所述短舱的塔件围绕竖直轴线可旋转地安装在风力涡轮机的塔处,或者将吊臂起重机的回转平台安装在所述吊臂起重机的履带行走装置上。随后可以通过旋转所述两个轴承座圈来使所述短舱相对于所述塔旋转,或者可以使所述回转平台相对于底盘旋转。
在这里由于齿轮齿中的游隙而产生传动系统中的移动,使得短舱或回转平台可以对在尽管使用了多个致动驱动器的情况下例如呈旋转振动的形式的不想要的动态作出反应。传动系统中的所述移动和弹性在这里可能具有多种原因,例如,除了小齿轮与嵌齿轮之间的齿啮合中的齿隙之外,还有所使用的传动装置中的柔性或通常紧固到仅具有有限刚度的对应的机器载架的致动驱动器的安装方面的柔性。
为了不具有由于此类移动而在风力涡轮机的短舱调整方面太大的动态影响,以前常常使用(例如)液压行车制动器并且与特定制动力相抵地使组合件彼此调整,即,将行车制动器应用于调整并且提供由致动驱动器克服的特定制动力。因此,可以监测和抑制由于传动系统中的弹性而引起的不想要的动态波动。然而,在这里不利的是,在驱动器处可能会出现增加的磨损,致动驱动器自身的尺寸必须设计成过大,以便不仅能够自身施加调整力,而且能够克服制动力,并且此外,行车制动器自身必须经过相应配置,并且必须为其提供构造空间。同时,行车制动器经受高度磨损和大量维修工作。
另一方面,还已经提出无需此类行车制动器或在不需要行车制动器的制动力的情况下执行调整移动,并且替代地使致动驱动器彼此支撑。例如,文献DE 10 2008 013 864B4示出了对风力涡轮机的方位调整装置的致动驱动器的此类支撑。其中提出了在多个致动驱动器上划分主轴中的所需的总驱动转矩,其中致动驱动器中的至少一者以较小的反转矩作用于期望的旋转方向,以实施致动驱动器彼此的支撑。为此,向致动驱动器指定速度差在20转/分钟到100转/分钟的范围内的不同期望速度,从而产生将等于其它致动驱动器的驱动转矩的5%至10%的数量级的相反转矩。
还通过EP 2 290 230 B1知晓用于风力涡轮机的短舱的方位调整系统,所述方位调整系统使用多个致动驱动器进行操作,所述多个致动驱动器与相应的单独的控制器相关联,并且所述控制器彼此通信并且与较高控制等级的控制器通信。在此方面,在第一操作模式下,所有致动驱动器将在相同旋转方向上工作,以使短舱旋转进风,而在第二操作模式下,致动驱动器彼此支撑,其中短舱将固定在旋转静止处。
通过文献DE 10 2007 049 386 A1、DE 10 2013 207 322和US2007/0158926 A1知晓用于风力涡轮机的短舱的其它致动系统。
通过多个致动驱动器的此类支撑操作,可以明显地将由于传动系统中的游隙而产生的不想要的动态影响减少至特定程度。然而,在不利的条件下,例如在较高的变化负载下,却还可能会出现对所述动态影响的建立和/或不足的抑制。另一方面,在平静阶段(例如,小风阶段)(其中实质上将不需要对动态影响进行较大抑制),不必要地加载致动驱动器和传动系统。
另一方面,此类致动驱动器系统可能会发生过载,这可能会导致损坏个别致动驱动器的损坏或毁坏部件。因为个别致动驱动器无法被配置成使得它们在涡轮机具有通过力锁定的方式操作的多个致动驱动器的情况下个别地相应地传输总的力,所以在非对称负载的情况下可能会出现驱动器的过载。如果每个驱动器个别地被配置成使得其可以单独地传输总的最大负载,那么涡轮机整体将被严重超尺寸设计。因此,致动驱动器通常被配置成使得它们一起施加致动力,并且所需的总的致动扭矩和力是分布的。
在前述可能的过载的情况下,可能会在难以更换的部件处部分地出现毁坏,其中在被毁坏的那个区中具有最大的损坏,所有驱动器将它们的力引入那个区中,从那时起,通过一些致动驱动器进行的紧急操作于是也不再可能。在前述种类的嵌齿轮驱动器例如用于风力涡轮机的方位模块中或例如起重机的大回转机构中的情况下,嵌齿轮或此类嵌齿轮的齿腹的毁坏使得整个涡轮机在非常长的静止时间内不动,因为拆除嵌齿轮并非那么容易。
为了避免此类型的较大损坏和此类较长的静止时间,已经提出在不大关键的部件中安装预定断裂点以便保护更关键的部件免受毁坏,并且能够更容易地更换在预定断裂点处毁坏的部件。举例来说,EP 2 280 191 B1示出了所述类型的致动驱动器,其中因为致动驱动器的输出轴具有预定断裂点(例如,呈直接在输出轴或与其连接的轴凸缘中的对应凹口的形式),所以保护大嵌齿轮免受毁坏。所述输出轴在这里置于与嵌齿轮配合的小齿轮与传动装置之间,电动机经由所述传动装置来驱动所述输出轴。
致动驱动器的输出轴处的此类机械预定断裂点显然保护致动驱动器的嵌齿轮还有传动装置免受毁坏或损坏,并且仅必须更换相对更简单、更便宜的部件。只不过还存在用于修理的静止时间并且存在对应的收得率损失。
发明内容
从此出发,本发明的根本目的是提供一种改进的调整和/或驱动单元、一种用于控制此类调整和/或驱动单元的改进的方法,以及一种具有此类调整和/或驱动单元的改进的风力涡轮机,其避免现有技术的缺点并且以有利方式使得现有技术进一步发展。将尤其实现可靠的过载保护,其避免或至少缩短调整和/或驱动单元以及配备有所述调整和/或驱动单元的涡轮机的静止时间。在此方面,将优选同时实现对传动系统中的移动的改进补偿,这甚至在不利的条件下也可靠地抑制对调整角位置的不想要的动态影响,同时减少致动驱动器和传动系统的负载和磨损并且使得具有更少的致动驱动器的解决方案成为可能。
根据本发明,所述目的是通过根据权利要求1所述的调整和/或驱动单元、根据权利要求44所述的风力涡轮机以及根据权利要求45所述的用于控制此类调整和/或驱动单元的方法来实现。本发明的优选实施例是附属权利要求的主题。
因此提出了将致动驱动器自身配置成智能的,并且使它们彼此直接通信以快速地且没有延迟地避免个别致动驱动器的过载。至少当反映致动驱动器的个别检测到的负载的负载信号指示到达致动驱动器的过载时将所述负载信号传输到至少一个其它致动驱动器或所有其它致动驱动器,并且在那里由接收的致动驱动器的去中心化控制模块将所述负载信号转换为辅助转矩。如果致动驱动器将过载或至少接近过载报告给其它致动驱动器,那么其它致动驱动器中的至少一者将其所提供的转矩改变所述辅助转矩,使得寻求帮助的致动驱动器得以解围。在那里不需要较高等级的中央控制装置进行干预也不需要询问来提供所述辅助转矩。通过致动驱动器的去中心化控制模块彼此直接通信,可以避免例如在来自较高等级的中央控制装置的控制和与其通信方面的延迟,使得尤其可以有效地拦截所出现且将导致过载状态的电压峰。
致动驱动器的去中心化控制模块在这里尤其被配置成提供所述辅助转矩,同时至少临时地忽视由较高等级的中央控制装置指定的期望转矩。
所述辅助转矩在这里可以是当致动驱动器具有与寻求帮助的致动驱动器相同的工作方向时由致动驱动器提供的转矩的增加。替代地,所述辅助转矩还可以是当致动驱动器在与寻求帮助的致动驱动器相反的方向上(即,在支撑方向上)工作时的所述致动驱动器的转矩的减小。
在这里有利地根据寻求帮助的致动驱动器的负载信号可变地调适所述辅助转矩的量。如果寻求帮助的致动驱动器需要较大的支撑,那么另一致动驱动器可以提供较大的辅助转矩。如果寻求帮助的致动驱动器仅需要较小的支撑,那么可以将所述辅助转矩选择成较小。
在此方面,尤其当单个不同的致动驱动器无法单独地提供所需的辅助转矩时,还可以由多个致动驱动器提供辅助转矩。
相应的致动驱动器的每个去中心化控制模块可以有利地具有评估装置以至少能够评估其自身的负载确定装置的负载信号,但任选地还能够评估其它致动驱动器的负载信号。所述评估装置在这里有利地被配置成使得仅当对负载信号的评估实际上指示达到过载时将所述负载信号或从其得到的辅助信号转发或发送到其它致动驱动器。由此可以减少致动驱动器之间的数据流量或者使所述数据流量较小。所述评估装置可以尤其被配置成使得它们连续地或周期性地评估它们的自身的负载确定装置的负载信号,并且在到达临界负载状态时将所述负载信号转换为辅助信号,随后将所述辅助信号发送到其它致动驱动器中的至少一者。然而,一般来说,还将有可能仅使用一个评估装置来工作,所述一个评估装置于是评估所有致动驱动器的负载信号。
除了致动驱动器彼此之间直接通信之外,还可以有利地将负载确定装置的负载信号传送到较高等级的中央控制装置,其中所述较高等级的中央控制装置有利地被配置成依据所接收的负载信号来调适个别致动驱动器的期望转矩的设定。
有利的是,仅当已经发生辅助转矩的提供或对应的调节以避免个别致动驱动器的过载时发生所述对所述较高等级的中央控制装置的报告,可以这么说,所述提供或调节是直接在致动驱动器之间在内部直接提供的。
智能致动驱动器的控制模块因此用于形成智能过载保护,借此,可以避免个别致动驱动器的过载以及可能由此导致的损坏或甚至毁坏。根据本发明的一方面,因此提供一种过载保护装置,所述过载保护装置监测个别致动驱动器的负载状态并且将驱动转矩可变地分布到多个致动驱动器,使得在即将发生过载的情况下,限制或减少致动驱动器处的驱动转矩,并且至少一个其它致动驱动器通过控制设计和起助力作用的方式进行干预,但却仍可能提供总的期望的驱动转矩。
如果发现在驱动器或多个驱动器处的力或转矩或负载太大,或者预示会变得太大,那么其它驱动器的控制模块作出反应,使得其它驱动器具有较大的起助力作用效果,并且进行运转以使得所有致动驱动器在它们的容许范围内操作。
所述过载装置可以有利地被配置成使得在可能时最大程度地观测自身提供的驱动转矩的分布,并且出于过载保护的原因而提供的驱动转矩的特殊分布受到限制以使由其它致动驱动器提供的支撑尽可能小,以便实际上不让面临过载的相应的致动驱动器达到过载,或者至少不达到临界过载。因此中央控制装置弹性地使用作为支承而提供的驱动转矩(无论是通过起助力作用的方式作用的驱动转矩的增加还是相抵的支撑性驱动转矩的减小),并且尤其仅在保护其它致动驱动器免受过载所需的水平下提供所述驱动转矩。因此,可以在很大程度上维持调整和/或驱动装置的先前阐释的期望的操作特性(尤其是所阐释的支撑)。然而,在需要时,监测装置可以覆盖整个调整和/或驱动单元的此期望的正常行为(尤其是前述支撑)。
如果过载保护装置以所述方式进行干预,那么在本发明的有利发展中可以将此报告给较高等级的中央控制装置,(例如)以便能够经由远程监测在任何时间将其重建。为此,所述过载保护设备可以输出过载保护报告或者可以将所述报告提供给接口,较高等级的中央控制装置和/或远程监测装置随后可以从所述接口调用所述报告。
一般可以通过不同的方式来配置个别地确定作用在个别致动驱动器上的相应负载的所述负载确定装置。在本发明的进一步发展中,所述负载确定装置可以各自具有传感器元件,例如,可以通过所述传感器元件来测量作用在致动驱动器的输出轴上的负载。此类传感器元件尤其可以包括可以与致动驱动器的所述输出轴相关联的力和/或转矩和/或应变和/或扭转测量元件。一般可以使用先前阐释的传感器元件和/或负载检测器,借此,还可以出于支撑的目的来控制转矩分布,使得在这方面参考前面的描述。
根据所需的支承和/或根据转矩分布的当前操作状态,过载保护装置可以采取各种措施进行支承。举例来说,可以改变在期望的旋转方向上工作的致动驱动器的数目和/或在相反的支撑调整方向上工作的致动驱动器的数目以支承变得过载的致动驱动器。举例来说,如果四个致动驱动器在期望的旋转方向上工作并且两个致动驱动器在相反的支撑调整方向上工作,那么如果在期望的旋转方向上工作的致动驱动器中的一者或多者预示变得过载,那么例如可以切断在相反的支撑旋转方向上工作的致动驱动器中的一者或两者和/或将其切换为闲置。还可以任选地将以相反工作的支撑性致动驱动器中的一者或两者切换为不再通过支撑的方式相反地作用,而是同样地在期望的旋转方向上工作。
作为在相应方向上工作的致动驱动器的数目的此类改变的替代或补充,还可以改变在相同方向上工作的致动驱动器组内的驱动转矩分布,以保护或缓解变得过载的致动驱动器。举例来说,如果三个致动驱动器在期望的旋转方向上通过前述方式工作并且两个其它致动驱动器在相反的支撑性旋转方向上工作,那么当在期望的旋转方向上工作的第三个所述致动驱动器预示变得过载时,例如可以控制在期望的旋转方向上工作的致动驱动器中的一者或两者,使得它们提供更多的驱动转矩。
可以有利地将中央控制装置构成为使得首先尝试维持期望的支撑状态,即,在期望的旋转方向上工作的驱动转矩与在相反的旋转方向上工作的驱动转矩的比率,和/或首先在总体上来看保持支撑的强度(即,相反工作的驱动转矩的绝对水平)不变,或者通过先前阐释的方式依据外加负载来控制所述支撑的程度,并且在可能的情况下,通过在于相同方向上工作的致动驱动器之间可变地分布驱动转矩以避免个别致动驱动器的过载来避免个别致动驱动器的过载状态,并且仅在前述第一阶段(即,改变组内的驱动转矩分布)不再足以实现可靠的过载保护时改变相反工作的驱动转矩的所述比率,和/或它们的绝对水平。
一般可以根据控制设计方面通过不同的方式来实现个别致动驱动器处的驱动转矩的所述分布和改变,即,一方面限制和/或减小预示变得过载的致动驱动器处的驱动转矩,并且增加或减小在至少一个其它致动驱动器处以起助力作用或支撑的方式作用的驱动转矩。为此,过载装置可以尤其使用先前已经阐释的策略,即,举例来说,可变地改变期望速度的扩展,和/或由速度调节器改变致动驱动器的电机特性和/或个别期望速度设定,和/或依据由较高等级的速度调节器指定的期望速度来改变电机特性。
所述过载保护装置可以在控制设计的过载保护不再够用时提供用于在需要时防止过载的负面后果的其它措施。具体来说,过载保护装置可以提供或包括过载制动器,可以在负载确定装置报告一个或多个致动驱动器处的即将发生的过载时在个别致动驱动器或所有致动驱动器中致动所述过载制动器。具体来说,在致动驱动器被机械阻塞时,可以通过致动所述过载制动器来防止进一步的损坏。
作为可以有利地依据负载确定装置的信号而被致动的此类过载保护制动器的替代或补充,还有可能在将与将要旋转的部件啮合的输出齿轮连接到传动装置的输出轴的区域中有利地提供致动驱动器中的预定断裂点,电机经由所述传动装置来驱动所述输出轴。
另外有利地提出根据在将要调整的组合件行进时的外加负载来调适致动驱动器相对于彼此的支撑,以便不会不必要地给致动驱动器加载,但另一方面还实现足够的支撑且因此在不利的条件下抑制动态影响。在此方面,所述中央控制装置包括用于依据将要调整的组合件上的可变外加负载来可变地设定所述致动驱动器的支撑的水平的支撑设定装置,可以通过负载确定装置来确定所述可变外加负载。如果由于外加负载而需要较高的支撑,那么所述支撑设定装置提供更较高的和/或充分高的支撑,而如果条件准许不会不必要地给致动驱动器加载,那么可以提供较小的支撑。通过根据将要调整的组合件的外加负载来智能地调适对致动驱动器的支撑,可以使用尺寸较小和/或更少的致动驱动器,并且可以避免过早的磨损,同时还可以确保在不利的条件下将不想要的动态影响减到最少,所述组合件具体来说是将要旋转的短舱和与其紧固或与起重机的回转机构紧固的转子。在此过程中减少了维修工作。
支撑设定装置可以尤其被配置成使得对致动驱动器的支撑随着外加负载增加和/或随着负载波动增加而增加,同时可以随着外加负载减小和/或在外加负载仅有较小的波动或没有波动的情况下设定对致动驱动器的较小支撑。
具体来说,当提供足够数目的阶段(例如,三个或更多个阶段,尤其还是五个或更多个阶段)但仅两个阶段也能够足够时,对所述支撑的逐步调整一般便可以是足够的。这可以简化对致动驱动器的控制并且避免中央控制装置或调节装置的过多的计算操作。然而,替代地,可以提供对支撑的连续调整以实现根据外部边界条件尽可能细地调适支撑。
一般可以通过不同的方式来确定或考虑外加负载,其中能够直接或间接地进行负载确定。
在本发明的有利的进一步发展中,可以提供风检测装置,所述风检测装置检测风场的风力和/或风向和/或均匀性,使得可以依据检测到的风力和/或风向和/或风力波动和/或风向波动来可变地调适支撑。具体来说,支撑设定装置可以被配置成在由于阵风和/或风向转变而使得风力增加和/或风场的不均匀性增加时增加致动驱动器的支撑。举例来说,在达到特定限值(例如,小于10米/秒或小于5米/秒)的较低风力下,提供例如在20N·m的范围内较小的支撑,而在预定风限制以上(例如,大于10米/秒)的较高风力下,提供例如在30N·m或更大的范围内的较高的支撑。作为使用风力限制进行逐范围设定的替代,在这里还可以任选地在使用抑制部件时提供多级调整或无级调整,以便避免必须在每个极小的风力变化下调适中央控制装置。
作为考虑风力的替代或补充,可以考虑风场的风向和/或不规律性,(例如)使得在风向来回振荡的情况下且/或在风场中具有较大的波动(这交替地增加不同致动驱动器上的负载)的情况下,设定对称的支撑,其中在期望的旋转方向上的转矩下操作的致动驱动器的数目与在抵制所述期望的旋转方向的转矩下的致动驱动器的数目相同。因此,如果风来回振荡或者如果风场大体上不规律,使得总的来说在一个致动驱动器组上出现波动很大的负载并且在另一致动驱动器组上出现波动很大的负载,那么支撑设定装置可以使得(例如)与两个致动驱动器相抵地支撑两个致动驱动器或者与三个致动驱动器相抵地支撑三个致动驱动器,即,两个致动驱动器向前驱动调整移动,而两个其它致动驱动器制动所述调整移动,或者在所述三抵三设定的情况下,三个致动驱动器向前驱动所述调整移动,同时三个致动驱动器与其相抵地操作。还可以在旋转单元静止时对应地支撑致动驱动器,例如二抵二,或三抵三,或者呈不同的星座。
另一方面,如果风向导致致动驱动器仅一侧被加载或不对称地加载,那么支撑设定装置可以提供非对称的支撑,其中依据外加负载不对称地加载多个致动驱动器的方向,比制动调整移动的致动驱动器更多的致动驱动器会驱动调整移动,或反之亦然,比制动此调整移动的致动驱动器更少的致动驱动器会向前驱动所述调整。还可以在静止时对应地提供此类非对称的支撑。
在这里可以由支撑设定装置考虑到风况基于负载的其它参数或指示符来替代地或另外设定使用在相反的方向上工作的相同数目或不同数目的致动驱动器的对致动驱动器的此类对称或非对称的支撑。举例来说,支撑设定装置可以例如通过评估致动驱动器的功耗来评估致动驱动器上的实际出现的负载,以便确定是否存在整体对称的负载或非对称的负载,随后,于是可以通过所述方式来设定对称或非对称的支撑。
具体来说,负载确定装置(作为直接风检测和/或风场检测的替代或补充)可以确定致动驱动器处的负载发展和/或转矩发展,以便根据所述负载发展和/或转矩发展来可变地设定对致动驱动器的支撑的水平和分布。负载确定装置可以有利地包括用于确定至少一个致动驱动器处出现的负载幅度的负载幅度确定器,其中支撑设定装置能够被配置成在更大的负载幅度下提供更大的支撑。此方法是基于以下考虑因素:在风载荷波动更大和/或风场更加不规律的情况下,在致动驱动器处引发的负载更多地波动和/或所引发的负载幅度更大。
可以有利地提供所述负载幅度确定器以在预定的、优选(例如)数秒的短时间范围内通过未经过滤的负载信号来确定负载幅度,例如最大值和最小值,并且通过在特定时间间隔内出现的所述最大值和最小值来确定负载幅度。
一般可以通过不同的方式来获取由负载确定装置使用的用于确定致动驱动器处的负载的负载信号。举例来说,可以通过转矩测量装置来测量致动驱动器处和/或相关联的传动装置处和/或传动系统元件处出现的转矩,其中能够评估转矩信号的未经过滤的幅度。替代地或另外,可以通过应变测量装置(例如,应变仪)来确定致动驱动器的部件和/或传动系统的部件处出现的应变或变形,以便通过所述方式根据应变信号来确定幅度。而且,替代地或另外,还可以通过力传感器或力测量装置来测量(例如)关于致动驱动器的支承元件或传动系统元件的反作用力,以便从其确定由波动的风载荷引发的负载幅度。
替代地或另外,还可以通过与致动驱动器的输出轴相关联的传感器元件来测量致动驱动器的负载和/或作用在致动驱动器上的负载,其中依据配置,传感器元件能够直接附接到输出轴,或者连接到与所述输出轴连接或者支撑所述输出轴的部件。举例来说,扭力计可以附接到输出轴并测量输出轴的扭转。替代地或另外,应变仪可以检测输出轴或与其连接的部件的变形。替代地或另外,测力计和/或转矩仪可以检测在输出轴处或在与其连接的部件(例如,轴凸缘或轴承凸缘)处的力和/或转矩。
与传感器元件相关联的相应的致动驱动器的所述输出轴可以有利地在驱动齿轮(具体来说,是与所述部件中的将要旋转的一个部件啮合的小齿轮)与传动装置之间延伸,通过驱动器(例如,电动机或液压电机)经由所述传动装置来驱动所述输出轴。所述输出轴处的传感器元件的布置可以提供对系统的尤其处于风险下的部件处的实际负载的准确确定。具体来说,在此可以非常准确地估计在嵌齿轮处出现的由于输出轴处的所测得的负载而引起的齿腹负载。
所述负载确定装置有利地被配置成使得可以单独地或个别地确定在每个致动驱动器处个别地出现的负载。
作为测量此类机械值的替代或补充,还可以通过致动驱动器的电气参数来确定负载转矩和/或驱动器负载。举例来说,可以通过功耗波动和/或电压波动和/或通过在变频器处出现的参数来计算负载幅度。
为了确定调整和/或驱动单元上的非对称负载或作用在调整和/或驱动单元上的负载的不对称性程度,负载确定装置还可以被配置成确定致动驱动器的平均转矩,其中能够将由致动驱动器提供的转矩的平均值或在时间窗口内求平均的值视为平均转矩。举例来说,如果确定视为整体的致动驱动器必须提供在特定旋转方向上旋转的特定值的转矩以便完成预定旋转角度或者维持此预定旋转角度,那么可以假设非对称负载作用在风力涡轮机或非对称负载作用在将要调整的组合件上。依据所确定的平均转矩的量和/或持续时间,支撑设定装置可以可变地设定支撑,使得在一个方向上旋转的致动驱动器的数目增加和/或降低在相反的旋转方向上旋转的致动驱动器的数目。举例来说,如果测量不断地或者在相对长的周期内越来越向左拉的转矩,或者在波动负载的情况下,如果测量主要向左拉的转矩,那么可以增加向右旋转的致动驱动器的数目和/或可以减小向左旋转的致动驱动器的数目。替代地或另外,还可以通过以下方式在一个旋转方向或另一旋转方向上将支撑移位:例如增加在一个方向上旋转的致动驱动器的转矩和/或减小在另一方向上旋转的致动驱动器的转矩。
例如通过致动驱动器的平均转矩的前述确定而对调整和/或驱动单元上的非对称负载的所述确定还可以用于确定风向,这可以比通过风力计直接测量风向更准确,并且可以用于精确地在风中使风力涡轮机的短舱或转子行进。举例来说,中央控制装置可以一直重新调整设定的角度,直到不再确定非对称负载或外加负载的不对称性变得最小为止。
为了还能够精确地确定外加负载和/或甚至在静止时在致动驱动器处引发的转矩或负载,一般可以遵循不同的程序。举例来说,当对应的致动驱动器在操作中时,可以通过变频器来计算转矩。替代地或另外,当切断电机并且关闭静止制动时,可以经由例如呈测量凸缘和/或应变仪(例如,经由电机或制动器壳体处的应变仪)的形式的先前已经提及的转矩测量装置和/或负载测量装置来测量驱动器和/或制动器的固定结构部分处的转矩。
作为通过测量凸缘或应变仪来确定此类转矩的替代或补充,还可以通过监测驱动齿轮处或传动系统的元件(尤其是致动驱动器的输出小齿轮)处的旋转角度来确定转矩。如果致动驱动器的刚度是已知的,那么可以使用静止的致动驱动器,更精确地使用静止的电机和/或静止的制动器通过驱动齿轮处(尤其是输出小齿轮处)的角度变化来计算转矩的变化。即,特定的转矩变化伴有特定角度变化。为了能够确定转矩的绝对水平,在切断之前的致动驱动器的驱动器转矩可以用作基础,从而能够经由旋转角度测量来确定相对于此基础的变化,并且因此始终能够确定转矩的绝对值。
作为设定调整支撑的替代或补充,在静止时确定的负载还可以用于尽可能平滑地设计在制动器与电机之间的切换程序(即,从制动静止到致动移动,或者相反地从电机操作到制动静止操作)。举例来说,可以观测通过前述方式确定的负载转矩,使得可以在极小负载时进行切换,以便不会使传动装置过载,甚至当电机和制动器一起使转子固定短暂时间时也如此。替代地或者另外,制动转矩和电机转矩的总和可以受到监测,并且受到致动驱动器中央控制装置限制。
替代地或另外,用于设定支撑的支撑设定装置可以考虑到至少一个转子叶片的攻角或俯仰角度。为此,可以提供俯仰角度或叶片角度检测装置,支撑设定装置可以依据其信号来改变对致动驱动器的支撑。举例来说,支撑设定装置可以在通常在较高风力和/或较高涡轮机功率下设定的俯仰角度下比在较低风力和/或较低涡轮机功率下设定的俯仰角度下设定更高的支撑。这可以基于以下考虑因素:在对应的俯仰角度下,对应较高或较低的动态负载作用在需要对应较高或较低支撑的短舱上或者使其足够。支撑设定装置可以有利地与俯仰角度致动器系统直接通信,从而考虑到在使致动驱动器彼此支撑时的俯仰角度。
替代地或者另外,还可以考虑风力涡轮机提供的涡轮机功率来设定致动驱动器的支撑。举例来说,可以在较高的涡轮机功率下设定较大的支撑,并且在较低的涡轮机功率下设定较小的支撑。此方法是基于以下考虑因素:较大的动态力一般在较高的涡轮机功率下拉动短舱,并且因此在使短舱行进到不同的方位角时需要致动驱动器的较大的支撑来实现对不想要的动态影响的安全抑制。
一般可以由支撑设定装置通过不同的方式来实现支撑的设定。具体来说,可以有利地提供支撑设定装置以进行以下操作:改变使用在第一旋转方向上的转矩工作的致动驱动器的数目和/或使用在相反的旋转方向上的转矩操作的致动驱动器的数目,从而以期望的方式设定支撑,并且具体来说,改变支撑的水平。
替代地或者另外,支撑设定装置可以通过可变地改变针对致动驱动器预先指定的期望速度的扩展来设定致动驱动器的支撑。为此,可以相对于本身将要实行的期望速度来降低至少一个致动驱动器的期望速度,并且随后在所述期望速度下对应地调整组合件,和/或可以相对于所述期望速度来提高至少一个致动驱动器的期望速度。
依据期望的支撑水平,在这里可以在不同量的期望速度扩展下进行操作,其中举例来说,在制动致动驱动器与驱动致动驱动器之间的在100转/分钟至500转/分钟或者200转/分钟至500转/分钟的范围内的期望速度差能够是足够的和有利的,但还能够提供大于500转/分钟并且具体来说是1000转/分钟至5000转/分钟的更高的速度差。举例来说,可以在增加或者减小约3000转的许多行进移动的期望速度下实现合理或合适的支撑。另一方面,还可以考虑小于100转/分钟的速度差。
通过有利的方式,支撑设定装置可以被配置成改变致动驱动器的电机特性以便更平滑地或更准确地设定或调适支撑。
具体来说,在本发明的有利的进一步发展中,可以提供与多个致动驱动器中的每一者相关联的特定于电机的速度调节器,所述速度调节器指定相应的相关联的致动驱动器的转矩,并且接收回相关联的致动驱动器的实际速度。在这里可以提供较高等级的速度调节器,所述较高等级的速度调节器针对特定于电机的速度调节器指定相应的期望速度。
此较高等级的速度调节器可以有利地考虑到多个输入参数,尤其是指定组合件的期望的调整的期望的旋转角度,例如,风力涡轮机短舱的期望的方位角或期望的方位角调整,并且此外,有利的是,另外考虑到风速信号和/或重现基于外加负载而作用在组合件上的转矩(例如,风转矩)的转矩信号,和/或重现致动驱动器处的负载幅度的负载幅度信号和/或如上文阐释的其它参数,例如俯仰角度。较高等级的速度调节器随后依据所述输入参数针对特定于电机的速度调节器指定相应的期望速度。
特定于电机的所述速度调节器可以依据指定的期望速度和/或与期望速度的差和/或与将要提供的期望的转矩的差和/或期望的转矩与实际转矩之间的差来改变相应电机的电机特性,以便(例如)使电机更平滑,并且从而保护传动装置或使得传动装置更耐用,或者,在需要时,使得电机更严格,从而更强地抵消传动系统中的动态影响。还可以任选地考虑不同参数以使速度调节器调整电机特性,特性曲线调整随后依据所述参数来进行。
特定于电机的较高等级的速度调节器和/或速度调节器可以被配置成(例如)P调节器的形式。可以有利地将限制模块布置在特定于电机的P调节器的下游,所述限制模块向为电机提供的期望转矩提供限制。
尤其可以提供此类P速度调节器以影响致动驱动器的特性的分级。可以指定取决于P部分的速度差以实现特定的支撑转矩。
鉴于对致动驱动器的支撑进行智能控制或调节,调整和/或驱动单元可以在没有行车制动器的情况下运作,或者可以在不应用行车制动器的情况下执行调整程序,虽然还是可以提供此类行车制动器。
不管是否存在此类行车制动器,调整和/或驱动单元可以具有例如呈闩锁的形式的静止制动器或通过形状匹配的方式而操作的保持制动器,并且可以有利的是,仍然还可以在较长的静止时间内或任选地在仅较短的静止时间内被自动地致动。举例来说,此类静止制动器可以阻止前述大滚动轴承和/或大滑动轴承以缓解致动驱动器和存在的任何传动装置,且/或可以与致动驱动电机与驱动小齿轮或驱动齿轮之间的传动装置相关联以便牢固地保持传动轴。替代地或另外,所述静止制动器还可以任选地在一个或多个致动驱动电机处接合。
在本发明的有利的进一步发展中,所述致动驱动器可以各自具有电动机。然而,替代地,还将可能提供液压电机。与此独立地,致动驱动器还可以包括一个或多个传动级以便将电机速度逐步升高或逐步降低至期望的小齿轮或驱动齿轮速度。
为了另外抵消传动系统中的不想要的移动和由此导致的动态影响并且支持对致动驱动器支撑的调节且简化维修和修理,根据本发明的另一方面,可以将所述至少两个致动驱动器进行组合,所述组合件在此相对于彼此可旋转,并且中央控制装置包含任选地提供的多个速度调节器以形成预先组装的安装模块或安装组合件,可以通过即插即用的模块的方式将所述安装模块或安装组合件组装在将要相对于彼此旋转的两个涡轮机零件之间,尤其是在风力涡轮机的塔与其短舱或承载所述短舱的塔件之间。集成到安装模块中并且相对于彼此可旋转的组合件有利地包括为此目的的连接件,所述其它涡轮机部件可以通过所述连接件以简单的方式连接到所述安装模块。这些连接件尤其可以包括机械紧固构件,例如,可释放的销连接。然而,所述连接件还可以包括电气和/或技术信号和/或技术供能连接件,例如电源线连接器、信号线路连接器和/或液压连接器,使得安装模块可以通过简单的方式连接或链接到将要连接的涡轮机部件。
为了增加致动驱动器的内部扭转刚度,在本发明的有利的进一步发展中,可以通过两侧处的安装来提供输出侧处的驱动齿轮处的负载的至少大致对称的布置。在上面提供所述驱动齿轮(具体来说,驱动小齿轮)的致动驱动器的输出轴、尤其是致动驱动器的传动装置的输出轴可以由轴承沿径向被支承在驱动齿轮的两侧处,其中除了径向支承之外,还能够任选地拦截轴向分量。
在两侧处提供的轴承在这里可以集成到相应的致动驱动单元中,例如,可以支撑轴,所述轴支承驱动单元(尤其是其传动装置)的壳体处的驱动小齿轮的两侧处的输出小齿轮。替代地,可以将所述轴承中的至少一者直接支承在致动驱动单元所紧固到的组合件处。举例来说,所述组合件在这里可以包括接纳容器和/或相互间隔开的两个轴承载架,其中可以将致动驱动单元放置到所述轴承载架中,使得可以将轴承中的至少一者直接支承在所述组合件处。即使将两个轴承都集成到致动驱动单元和其壳体中并且被支承在那里,致动驱动单元所紧固到的组合件也可以具有此类轴承容器或此类所提供的轴承载架,以将致动驱动单元固定地支承在所述两个轴承的区域中。在此可以实现进入所述组合件的直接力流并且将轴承力直接引入所述组合件中。
先前所述的可以相互旋转的组合件可以(例如)形成较大的滚动轴承和/或大滑动轴承的轴承座圈,或者包括所述轴承座圈或者紧固到所述轴承座圈,其中致动驱动器有利地能够设置在由所述轴承座圈限定的内部空间内。此类大滚动轴承和/或大滑动轴承可以形成(例如)方位轴承,所述方位轴承一方面可以具有用于连接到风力涡轮机的塔的上端区段的连接件,且/或另一方面可以具有用于连接风力涡轮机短舱和/或承载所述短舱的塔件的连接件。
然而,一般来说,调整和/或驱动单元还可以用于其它调整工作,例如作为起重机或者挖掘机的回转机构或旋转驱动器,但所述用作风力涡轮机的方位调整驱动器和/或俯仰角度调整驱动器带来特殊的优势。
通过将调整和/或驱动单元的所述部件进行组合以形成预先组装的安装模块,不仅可以实现将要连接的组合件的底座的增加的刚性从而减少不想要的动态影响,而且还可以实现其它各种优点,例如由于轴承处的刚性连接器构造而实现的较小的轴承大小。一方面,可能已经在涡轮机制造商处进行了个别部件的安装,从而产生相当大的物流优势。另一方面,在风力涡轮机短舱中或设备舱中留有更多空间,因为致动驱动器被移置到在塔与设备舱之间的所述安装模块中。如此以增加逃离路线并且如此以有助于对涡轮机的主要传动系统的接近。
另一方面,可以更容易接近附接在预先组装的安装组中的驱动器,借此,有助于维修、修理和更换。然而,尤其可以避免致动驱动器和方位轴承的先前惯用的底座(例如,常规风力涡轮机的当前机器载架)的柔和性和弹性。
附图说明
将关于优选实施例和相关联的图式更详细地阐释本发明。在图式中示出:
图1:风力涡轮机的示意性透视表示,所述风力涡轮机包括在本发明的有利的进一步发展中被配置成方位安装模块的用于调整短舱的方位角的调整和/或驱动单元;
图2:处于不同的安装位置的图1的方位安装模块的示意性表示;
图3:根据本发明的另一配置的类似于图2的方位模块的示意性表示,根据所述方位模块,致动驱动器被集成于在彼此相反的方向上定向的模块中;
图4:来自前面的图的方位模块的致动驱动器的示意性表示,其中在部分视图(a)中示出在嵌齿轮与壳体环之间的滑动轴承,以及在驱动小齿轮的仅一侧处的支承件,并且其中在部分视图(b)中示出紧固到方位模块的致动驱动单元的驱动小齿轮的对称的两边安装,其中部分视图4(c)示出致动驱动器与辊轴承和滑动轴承的两个另一有利的安装选项,另一部分视图4(d)示出致动驱动器的轴承座圈,其中在所述轴承座圈中提供有轴承凹部,并且部分视图4(e)示出所述轴承座圈的横截面,其中在所述轴承座圈中安装有致动驱动器;此外,部分视图4(f)示出轴承座圈中的连接销的布置;此外,部分视图4(g)示出致动驱动器以及通过销固定到旋转单元的外部环的另一安装选项,并且图4(h)示出根据另一实施例的类似于部分视图4(d)的轴承座圈,根据所述实施例,所述轴承座圈在一侧上具有用于致动驱动器的开放的凹口状轴承凹部,使得可以与旋转单元的旋转轴线横向地推动致动驱动器;
图5:具有总共六个致动驱动器的方位模块的示意性表示,其中示出处于不同的支撑状态的致动驱动器以说明所述支撑的逐步切换;
图6:速度-转矩图,其中示出不同控制的致动驱动器和由此产生的支撑转矩的电机特性;
图7:用于控制或调节前面的图中的调整和/或驱动单元的致动驱动器的中央控制装置或调节装置的示意性表示;
图8:具有也用于测量在静止时所引发的转矩的转矩测量装置的致动驱动单元的示意性剖视截面图,其中在部分视图(a)中,提供测量凸缘作为在制动器与致动驱动单元的电机之间的转矩测量装置,并且在部分视图(b)中,在定子或电机壳体与连接器凸缘之间提供对应的测量凸缘,并且在部分视图(c)中,示出负载传感器的布置;
图9:引发风力涡轮机的调整和/或驱动单元的外加负载的风场的透视示意性表示,其中除了风场的地形表示之外,示出了空间固定系统中的相关联的风速变化的图解表示,以及风力涡轮机的转子叶片的共旋转系统中的风速变化的图解表示;以及
图10:智能致动驱动器彼此之间的直接通信的透视示意性表示,以便在一个致动驱动器有过载风险的情况下直接在其它致动驱动器处提供起助力作用和缓解的转矩。
具体实施方式
如图1中所示,风力涡轮机1的转子3可以围绕水平转子轴线可旋转地安装在短舱24处或布置在塔2上的设备舱处,并且可以围绕竖直轴线旋转以能够使转子3与风向对准。可以通过本身已知的方式将发电机、发电机的控制组合件以及额外的能量转换器组合件和辅助组合件容纳在所述短舱24中。
围绕水平转子轴线可旋转地安装在短舱24处的转子轮毂4承载围绕纵向的转子叶片轴线可旋转地安装在转子轮毂4处的多个转子叶片5,使得转子叶片的攻角或俯仰角度可以适应工况,尤其适应风速和风力涡轮机的接通状态。为此,可以通过本身已知的方式提供俯仰调整和/或驱动单元。
为了将短舱24移动到期望的角位置,即,行进到期望的方位角,在塔2与短舱24之间提供调整和/或驱动单元20,所述调整和/或驱动单元被配置和预先组装成方位安装模块,并且包含方位轴承7,所述方位轴承相对于塔2提供短舱24的竖直旋转轴线。所述方位轴承7在这里可以被配置成大滚动轴承和/或滑动轴承,并且可以包括例如通过图4(a)中示出的滑动轴承10或者图4(b)中示出的滚动轴承110而相对于彼此可旋转地安装的两个轴承座圈8和9。
所述轴承环8和9(任选地,模块壳体环与其刚性附接)界定大致圆柱形内部空间,在所述圆柱形内部空间中容纳了多个致动驱动器11以使轴承座圈8和9相对于彼此旋转,并且所述轴承座圈具有合适的连接件以紧固到塔2或短舱24或承载所述短舱的塔件。
如图4的部分视图(a)示出,举例来说,可以将致动驱动器11紧固到两个相互间隔开的轴承载架21,所述两个轴承载架可以形成为(例如)板状。致动驱动器11可以包括电动机22,所述电动机经由传动装置23来驱动小齿轮25,所述小齿轮25与刚性地连接到两个轴承座圈中的另一者的嵌齿轮26啮合,使得小齿轮25的旋转导致两个轴承座圈8和9相对于彼此的旋转。
如图4的部分视图(b)示出,相应的致动驱动器11的输出小齿轮25还可以有利地被支承或安装在两侧处,具体来说,至少大致对称地安装。在此方面,在传动侧处提供的轴承L1可以支承轴W,所述轴W承载致动驱动器11的壳体(尤其是其传动装置壳体)中的小齿轮25。除了传动侧处的此轴承L1之外,可以通过第二轴承L2来支承承载小齿轮25的轴W,所述第二轴承位于小齿轮25的远离传动装置23的侧上。一般同样可以在传动装置壳体的区段中提供此额外的轴承L2,并且在所述区段处支承所述轴承。然而,如图4的部分视图(b)示出,所述轴承L2还可以设置在方位模块A的区段中,以便将小齿轮25或轴W直接支承在方位模块处。为此,方位模块A可以具有轴承容器T0,所述轴承容器延伸到塔2中,并且致动驱动器11可以与所述轴W一起插入到所述轴承容器中。替代地,组合件或连接接口还可以位于不同点处。举例来说,图4(b)中示出的输出轴W可以形成组合件,所述组合件经由轴承L1和L2而集成到方位模块A中,并且所述组合件可以通过插入式齿状连接而与致动驱动器11的输出元件(例如,上一个传动级的行星架)啮合。
可以将在小齿轮25的两侧处提供的轴承L1和L2有利地直接支承在方位模块A的结构载架部分处,以便产生直接的力流。
在根据图4(b)的实施例的运动学逆转中,还将可能以类似的方式不将致动驱动器11紧固到方位模块,而是紧固到方位模块所连接到的塔模块。
此外,将可能倒转在图4(b)中示出的设置,并且可以说是倒置地设置致动驱动器11,如图2中以类似的方式进行说明。
图4(c)的部分视图示出具有悬置的致动驱动器布置的另一安装选项,根据所述布置,在驱动小齿轮向上设置的情况下安装致动驱动器,使得输出轴W从小齿轮25向下延伸到设置在小齿轮25下方的传动装置23。电动机22继而可以设置在传动装置23下方。
通过悬置的方式设置的致动驱动器11在这里继而保持在于部分视图4(d)中示出的轴承座圈9a处,举例来说,可以将所述轴承座圈紧固到塔的上端并且可以连接到固定的轴承座圈9,其中销连接B能够同时使轴承座圈9和9a彼此紧固并且紧固到塔(参见图4(c))。在图4(c)中示出的两个变体彼此不同之处在于,由小齿轮25驱动的可旋转的轴承座圈8通过滚动轴承或者通过滑动轴承而被支承在固定的轴承座圈9处。例如,如右侧和在那里示出的滑动轴承布置所说明,在这里可以相对于一个或两个部分9和9a来进行所述支承。
如部分视图4(d)所说明,轴承座圈9a可以具有凹部,可以在致动驱动器的纵轴的方向上将致动驱动器11推动或插入到所述凹部中,并且具体来说,可以向下移除或向上插入。另外,所述轴承座圈9a可以具有多个销凹部以能够插入销连接B的销。
部分视图4(e)的截面图示出安放在轴承座圈9a的凹部中的致动驱动器11和销连接B,其中,部分视图4(f)示出可以(例如)通过每第六个销孔中的销将致动驱动器11的轴承座圈9a预先组装在轴承座圈9处,其中可以提供螺纹以实现所述预先组装。在塔处进行组装时,随后可以通过螺母来放置和固定所有销,如图4(f)的右边部分视图所示。
根据部分视图4(g),将要旋转的轴承座圈8还可以形成外部座圈,而固定的轴承座圈9可以向内设置。
如部分视图4(h)示出,轴承座圈9a还可以具有朝向一侧开放的凹部Z,具体来说,朝向内侧开放,可以与致动驱动器的纵轴横向地将所述致动驱动器推动到所述凹部中。如果以水平定向来安装轴承座圈或轴承容器9a,那么可以将致动驱动器2水平地推进凹部Z中,其中致动驱动器2能够包括充分大的颈圈(在所绘制的实施例中是椭圆形的),所述颈圈覆盖狭槽形或凹口状凹部(参看图4(h))。
如图2所示,可以不同地安装致动驱动器2,或预先组装的方位模块可以采用不同的安装位置,例如,使得小齿轮25位于电动机22上方和/或位于安装模块27的上部边缘区段处。替代地,还可以提供颠倒安装的情形,其中向下设置的驱动小齿轮设置在安装模块27的下端区段处(参见图2)。依据安装模块的安装位置,致动驱动器11可以与塔2设置在固定位置,或者可以设置成与短舱24共同旋转。
在这里可以将致动驱动器11仅紧固到一个保持载架或轴承载架21,或者如图4中所示,紧固在相互间隔开的两个轴承载架21处。
如图3示出,还可以提供在彼此相反的方向上设置的致动驱动器,使得下部组的致动驱动器11在安装模块27的上端区段处具有向上设置的小齿轮或小齿轮25,并且不同组的致动驱动器具有向下设置的小齿轮25。
如图7所示,其中举例示出仅两个致动驱动器11,同样可以集成于安装模块27中的中央控制装置12可以具有特定于电机的多个速度调节器18a和18b,使得使单独的速度调节器与每个致动驱动器11相关联。特定于电机的这些速度调节器18a和18b可以(例如)被配置成P调节器,并且可以包括设置在下游的限制级28,所述限制级可以限制提供给致动驱动器11的期望转矩Msoll。特定于电机的所述速度调节器针对相应的相关联的致动驱动器11指定转矩,并且接收回相应的致动驱动器11的相应的所测得的速度ωist。
较高等级的速度调节器19针对特定于电机的每个速度调节器18a和18b指定期望速度ωsoll,其中能够通过不同的期望速度的设定来实施支撑,如图6中所说明。特定于电机的速度调节器18a和18b可能会影响相应的致动驱动器11的特性,进而使得致动驱动器更平滑或更严格,从而能够相应地保护传动装置并且使得传动装置更耐用,或者,只是实施此类更严格的支撑。
两个致动驱动器11的期望速度在这里可以相差(例如)约100转/分钟到500转/分钟,或者甚至更多,例如,相差3000转/分钟或者甚至更多,其中尤其能够通过特定于电机的速度调节器18a和18b将电机特性变化设定得更平坦。如图6说明,可以通过调整电机特性来实施支撑转矩ΔM,可以根据指定的不同的期望速度来使所述电机特性移位。
较高等级的速度调节器19在这里同样地可以被设计成P调节器,并且可以与特定于电机的速度调节器18a和18b一起形成支撑设定装置14,可以通过所述支撑设定装置按照期望的方式来可变地设定致动驱动器的支撑,如起初详细阐释。
如图7所示,较高等级的调节器19在这里可以在其输入侧处接收期望的方位角或期望的方位调整的期望的信号和对应的实际信号所述信号随后被转换为特定于电机的速度调节器的期望速度ωsoll。在此方面,较高等级的调节器19可以考虑到外加负载,其中尤其能够考虑风速vWind和/或从所述风信号得到或与所述风速相关的可能的风转矩,所述风转矩在短舱处和/或转子处接合,由此,确定特定于电机的不同的速度调节器18的期望速度的扩展或不同的期望速度,以便以期望的方式来设定支撑。
如图5说明,支撑设定装置14在这里可以改变在期望的旋转方向上驱动调整的致动驱动器11的数目,以及抵抗此类调整的致动驱动器11的数目。举例来说,在来回改变的风载荷以及在同一侧处或对称的总负载的情况下,可以在期望的旋转方向上工作的致动驱动器的数目与在与所述期望的旋转方向相反地工作的致动驱动器的数目相同,参见图5的左上角的表示,根据所述表示,三个致动驱动器11与三个致动驱动器11相抵地工作。其中,在一个旋转方向上工作的致动驱动器划有左影线(即,使用从右下到左上的影线),而在相反的方向上工作或制动的致动驱动器划有右影线,从而在图5中说明逐组支撑以及其变化性。
然而,依据风载荷和/或负载和/或期望的支撑,还可以设定不同的星座,例如五对一、四对二,或者六对零(参见图5的其它部分表示)。
依据风场的配置以及转子相对于风场的攻角,可以产生不同的风载荷和负载幅度。如图9说明,经由相关的横截面(例如,转子叶片扫过的横截面区域)会看到,风场一般是不均匀的,而是在此横截面的不同点处显示不同的风速,其中风速不仅能够在高度上增加,而且与其横向地变化。如图9的两个图解表示所说明,空间固定系统中的风速变化在这里暗示着转子叶片的共旋转系统中的由此得到的风速变化。
虽然当在特定时间点观测(有限的)横截面时风场可能在此有限的横截面中具有大致均匀的风向,即,在横截面上几乎不变的风向,但基本特征是不同的风速,还会随时间看到旋转的风向。
非对称(即,基本上单边)的风载荷主要是由到达转子的倾斜流产生,所述倾斜流可能会(例如)由于风向转向而出现。
负载幅度主要是由转子表面上的风速的不规律分布产生,如图9说明。例如,在图9中,风速在右上角最高。每当转子叶片穿过右上区段中的此较高风速时,由此在方位驱动器上产生转矩。为了能够更好地监测这些波动,调整和/或驱动单元可以通过起初详尽阐释的方式来使致动驱动器11彼此支撑,并且可以使用同样在起初阐释的参数来可变地控制所述支撑。
如图8(a)和图8(b)示出,致动驱动器可以具有制动器B,以便能够在电机M静止时缓解所述电机和/或能够保持行进到的角位置。然而,如起初所阐释,调整和/或驱动单元一般还可以通过致动驱动器11自身或它们的电机而保持静止,而不需要实行此类制动器B。
为了能够精确地测量在切断电机M的情况下在静止时作用的负载,可以使转矩测量装置101与例如呈测量凸缘102的形式的致动驱动器11相关联。图8(a)在这里示出在制动器B的制动器壳体与电机M的固定电机壳体之间的此类测量凸缘102的安装变体。
替代地,还可以在电机M的电机壳体与连接器凸缘103之间提供此类测量凸缘102,以便测量作用在电机壳体与所述连接器凸缘之间的转矩。此类附接变体具有以下优势:在释放制动器B的情况下,即,当在电机操作期间经由电机M的空气间隙在输出轴与电机壳体之间传输转矩时也可以确定转矩。
如图8(c)示出,作为所述转矩测量装置101用作负载确定装置110的替代或补充,还可以在致动驱动器2中的每一者上提供传感器元件111,所述传感器元件也可以在驱动器旋转或移动的情况下测量负载和/或转矩和/或力。此类测量元件111尤其可以各自与致动驱动器2的输出轴W相关联,以便能够测量输出小齿轮与传动装置之间的负载。所述测量元件111在这里可以包括用于测量轴的扭转的扭力计,或者测力计或者应变仪等,以便测量负载相关的力和/或转矩和/或变形。
所述负载确定装置110在这里形成过载保护设备112的一部分,所述过载保护设备保护致动驱动器11免于过载,并且向中央控制装置12报告相应的致动驱动器2的相应的负载状态,所述中央控制装置一方面控制致动驱动器2并且将驱动转矩可变地分布到多个致动驱动器2,并且另一方面,至少当负载信号110s指示达到过载时,所述中央控制装置将驱动转矩直接分布到其它致动驱动器11。
为了避免过载状态,致动驱动器11彼此直接通信以通过去中心化的方式提供辅助转矩,这使致动驱动器摆脱变得过载。为此,致动驱动器11各自具有去中心化控制模块11s,所述去中心化控制模块分别被配置成从其它致动驱动器,具体来说是从它们的控制模块11s和/或从它们的负载确定装置110接收负载信号110s和/或辅助信号。
可以有利地通过可以是前述控制模块11s的部分的评估单元来评估所述负载信号110s。所述评估装置在这里可以有利地被配置成评估其“自身的”致动驱动器11的相应的负载信号110s。如果评估示出致动驱动器11预示进入过载状态或者已经进入过载状态,那么评估装置或控制模块11s将辅助信号发送到其它致动驱动器11中的至少一者,但有利地还发送到所有其它致动驱动器11。
致动驱动器11的控制模块11s在这里被配置成检查此类辅助信号,并且将所述辅助信号转换为缓解寻求帮助的致动驱动器的辅助转矩ΔM。如果同时将所述辅助信号发送到多个其它致动驱动器11,那么它们继而可以彼此通信以协调辅助转矩ΔM的提供,例如,使得将所述辅助转矩ΔM拆分为多个辅助部分转矩并且由多个致动驱动器11进行施加。替代地,可以与其它致动驱动器11进行比较,以确定哪个致动驱动器11具有最大备用,于是此致动驱动器11随后提供辅助转矩ΔM。
尤其可以通过致动驱动器11之间的此类网络状通信链路快速且几乎无延迟地提供所述辅助转矩ΔM。尤其可以保存去往较高等级的中央控制装置12的通信路径。
然而,还可以向较高等级的中央控制装置12建议所提供的辅助转矩ΔM和/或个别致动驱动器11的负载状态,于是中央控制装置12可以调适个别致动驱动器的转矩分布或控制。
尤其可以限制和/或减小预示变得过载的致动驱动器的驱动转矩。对尚未预示达到过载的至少一个另一致动驱动器2进行控制,使得所述至少一个另一致动驱动器在其是在与预示过载的致动驱动器相同的方向上驱动的情况下会被更多地加载,或者在其抵抗预示过载的驱动器时变得较少的支撑,如起初阐释。所述中央控制装置12在这里可以经由速度调节器18而工作和/或可以改变其它控制参数,例如起初针对驱动器的支撑而阐释。
如果技术性控制干预措施不够,那么过载保护装置112还可以采取其它措施,例如,启动在图8(a)和图8(b)中示出的制动器B,具体来说,以便能够拦截对致动驱动器2的机械阻挡而不会出现进一步的损坏。
此外,致动驱动器2还可以尤其在输出轴W的区域中具备预定断裂点,如图8(c)中所示,其中参考符号S示出输出轴W中的呈凹口的形式的预定断裂点。
Claims (49)
1.一种调整和/或驱动单元,所述调整和/或驱动单元尤其用于设定具有相对于彼此可旋转的两个组合件(8、9)的风力涡轮机的设备舱(24)的方位角,包括用于使所述两个组合件(8、9)相对于彼此旋转的至少两个致动驱动器(11a-n)以及用于控制所述致动驱动器(11)的中央控制装置(12),其中用于确定作用于相应的致动驱动器(11)的负载的相应的负载确定装置(110)与所述致动驱动器(11)相关联,其特征在于,所述致动驱动器(11)被连接起来以便彼此通信,并且每个致动驱动器具有控制模块(11s),用于依据负载确定装置(110)的负载信号对所提供的转矩进行去中心化的调整,其中所述致动驱动器(11)的所述控制模块(11s)被配置成在从其它致动驱动器(11)接收到指示所述其它致动驱动器(11)达到过载的负载信号(110s)之后以辅助转矩(ΔM)来改变其自身的转矩从而缓解所述其它致动驱动器(11);
所述致动驱动器(11)的去中心化控制模块(11s)被配置成在提供所述辅助转矩(ΔM)以缓解相应的其它致动驱动器(11)时至少临时地忽视由中央控制装置(12)指定的期望转矩(Msoll);
所述辅助转矩(ΔM)是对报告过载的所述其它致动驱动器起助力作用的更大转矩,或者是更小的反向支撑转矩。
2.根据权利要求1所述的调整和/或驱动单元,其中,所述去中心化控制模块(11s)依据从所述其它致动驱动器接收的负载信号来可变地调整所述辅助转矩(ΔM)的水平。
3.根据权利要求1或2所述的调整和/或驱动单元,其中,所述致动驱动器(11)中的至少一者具有评估装置(11a),用于评估其自身的负载确定装置(110)的负载信号和/或与其它致动驱动器(11)相关联的负载确定装置(110)的负载信号,并且用于产生辅助信号和/或过载信号以便发送到其它致动驱动器(11)的所述控制模块(11s)。
4.根据权利要求1或2所述的调整和/或驱动单元,其中,所述致动驱动器的所述去中心化控制模块(11s)和/或所述负载确定装置(110)还被配置成将负载信号发送到中央控制装置(12),其中所述中央控制装置(12)被配置成依据所有的负载信号来调整所述致动驱动器(11)的期望转矩(Msoll)的设定。
5.根据权利要求4所述的调整和/或驱动单元,其中,所述去中心化控制模块(11s)被配置成仅在调整和提供所述辅助转矩(ΔM)之后将负载信号(110s)发送到所述中央控制装置(12)。
6.根据权利要求1或2所述的调整和/或驱动单元,其中,所述负载确定装置(110)各自具有用于测量作用于相应的致动驱动器(11)的输出轴(W)的负载的相应的一个传感器元件(111)。
7.根据权利要求6所述的调整和/或驱动单元,其中,所述传感器元件(111)具有力测量元件和/或转矩测量元件和/或应变测量元件和/或扭力测量元件。
8.根据权利要求1所述的调整和/或驱动单元,其中,针对至少一个致动驱动器(11)提供转矩测定装置(101),用于测定在所述调整和/或驱动单元静止时在所述致动驱动器(11)处引发的转矩。
9.根据权利要求8所述的调整和/或驱动单元,其中,所述转矩测定装置(101)包括布置在制动壳体与电机壳体之间的测量凸缘(102),且/或具有布置在电机壳体与所述致动驱动器(11)的连接器凸缘之间的测量凸缘(102)。
10.根据权利要求8或9所述的调整和/或驱动单元,其中,所述转矩测定装置具有用于在所述致动驱动器静止时测定输出齿轮的旋转的旋转角度传感器。
11.根据权利要求1或2所述的调整和/或驱动单元,其中,所述控制模块(11s)被配置成根据过载保护的方面来调整驱动转矩的分布,并且在过载保护需要时修改反向支撑的分布。
12.根据权利要求1或2所述的调整和/或驱动单元,其中,所述致动驱动器(11)的所述控制模块(11s)被配置成使得由所述中央控制单元(12)指定的驱动转矩的分布很少地为过载保护的目的而被改变,并且仅将所述辅助转矩(ΔM)的大小确定为保护致动驱动器(11)免于过载所必需的大小。
13.根据权利要求1或2所述的调整和/或驱动单元,其中,在过载保护的技术性控制能力被完全用尽时,启动制动器(B)以保持和/或制动所述致动驱动器(11)。
14.根据权利要求1或2所述的调整和/或驱动单元,其中,所述致动驱动器(11)各自包括至少一个电动机。
15.根据权利要求1或2所述的调整和/或驱动单元,其中,所述中央控制装置(12)被配置成使驱动转矩(M)不同地分布在所述致动驱动器(11a-n)上,使得在所述组合件在期望的旋转方向上旋转和/或处于静止时,至少一个致动驱动器(11a)在一个旋转方向上的转矩下操作并且至少另一个致动驱动器(11e)在相反的旋转方向上的转矩下操作以反向支撑所述致动驱动器(11),其中所述中央控制装置(12)具有负载确定装置(13)来用于确定作用在所述组合件(8、9)上的可变外加负载,并且具有支撑设定装置(14)来用于依据作用在所要调整的所述组合件(8、9)上的所述可变外加负载而可变地设定对所述致动驱动器(11)的支撑的水平。
16.根据权利要求15所述的调整和/或驱动单元,其中,所述支撑设定装置(14)被配置成在外加负载增加的情况下和/或在负载波动增加的情况下步进式地或连续地增加对所述致动驱动器(11)的支撑。
17.根据权利要求15所述的调整和/或驱动单元,其中,所述负载确定装置(13)具有用于检测风力的风检测装置(15);并且其中所述支撑设定装置(14)被配置成在所检测的风力增加时增加对所述致动驱动器(11)的支撑。
18.根据权利要求15所述的调整和/或驱动单元,其中,所述负载确定装置(13)具有用于检测风向和/或风载荷的风检测装置(15),并且所述支撑设定装置(14)被配置成在风载荷来回振荡时设定对称支撑,在所述对称支撑中在一个旋转方向上的转矩下操作的致动驱动器(11a、b、c)与在相反的旋转方向上的转矩下操作的致动驱动器(11d、e、f)的数目相同,并且所述支撑设定装置(14)被配置成在风载荷导致所述致动驱动器的单边负载时设定非对称支撑,在所述非对称支撑中在一个旋转方向上的转矩下操作的致动驱动器多于在相反的旋转方向上的转矩下操作的致动驱动器,且/或在一个旋转方向上的转矩下操作的致动驱动器少于在相反的旋转方向上的转矩下操作的致动驱动器。
19.根据权利要求15所述的调整和/或驱动单元,其中,所述负载确定装置(13)具有用于确定出现在所述致动驱动器(11)中的至少一者处的负载幅度的负载幅度确定器;并且其中所述支撑设定装置(14)被配置成在所述负载幅度增加时增加对所述致动驱动器(11)的支撑。
20.根据权利要求15所述的调整和/或驱动单元,其中,所述负载确定装置(13)具有用于确定所述致动驱动器(11)的平均转矩的转矩确定器;并且其中所述支撑设定装置(14)被配置成依据所述平均转矩来改变对所述致动驱动器(11)的支撑。
21.根据权利要求20所述的调整和/或驱动单元,其中,所述支撑设定装置(14)被配置成,当平均转矩在一个旋转方向上越来越强地移动从而指示作用在所述调整和/或驱动单元上的负载的单边性增强时,更加不对称地支撑所述致动驱动器。
22.根据权利要求21所述的调整和/或驱动单元,其中,所述支撑设定装置(14)被配置成,当平均转矩在一个旋转方向上越来越强地移动从而指示作用在所述调整和/或驱动单元上的负载的单边性增强时,在一个旋转方向上操作更大数目的致动驱动器(11)和/或在相反的旋转方向上操作更小数目的致动驱动器(11)。
23.根据权利要求15所述的调整和/或驱动单元,其中,所述负载确定装置(13)具有用于检测至少一个转子叶片(5)的攻角或俯仰角度的叶片角度检测装置(16);并且其中所述支撑设定装置(14)被配置成依据所检测到的俯仰角度来设定对所述致动驱动器(11)的支撑的量。
24.根据权利要求23所述的调整和/或驱动单元,其中,所述支撑设定装置(14)被配置成,相比较于在对应于较低的风力和/或较低的涡轮机功率而设定的俯仰角度下,在对应于较高的风力和/或较高的涡轮机功率而设定的俯仰角度下设定更大的支撑。
25.根据权利要求15所述的调整和/或驱动单元,其中,所述负载确定装置(13)具有用于确定风力涡轮机功率的涡轮机功率确定装置(17);并且其中所述支撑设定装置(14)被配置成依据所确定的涡轮机功率来可变地设定对所述致动驱动器(11)的支撑的量。
26.根据权利要求25所述的调整和/或驱动单元,其中,所述支撑设定装置(14)被配置成,在较高的涡轮机功率下设定较大的支撑,并且在较低的涡轮机功率下设定较小的支撑。
27.根据权利要求1或2所述的调整和/或驱动单元,其中,所述负载确定装置(13)被配置成在所述调整和/或驱动单元静止时确定作用在所述调整和/或驱动单元上和/或作用在其致动驱动器(11)上的外加负载。
28.根据权利要求1或2所述的调整和/或驱动单元,其中,提供用于使所述致动驱动器(11)在制动操作与电机操作之间切换和/或在电机操作与制动操作之间切换的切换控制装置,以监测在所述致动驱动器(11)处引发的转矩,并且在最小转矩的阶段和/或在与平均转矩相比较低的转矩的阶段中执行切换程序。
29.根据权利要求15所述的调整和/或驱动单元,其中,所述支撑设定装置(14)被配置成通过以下操作来设定对所述致动驱动器(11)的支撑的水平:改变在一个旋转方向上的转矩下操作的致动驱动器(11)的数目和/或改变在相反的旋转方向上的转矩下操作的致动驱动器的数目。
30.根据权利要求15所述的调整和/或驱动单元,其中,所述支撑设定装置(14)被配置成通过可变地修改所述致动驱动器(11)的期望速度(ωsoll,mot)的扩展来设定对所述致动驱动器(11)的支撑的水平。
31.根据权利要求30所述的调整和/或驱动单元,其中,所述支撑设定装置(14)被配置成针对所述致动驱动器(11)中的至少一者指定与为至少一个其它致动驱动器(11)所指定的期望速度(ωsoll,mot)相差100转/分钟至500转/分钟的期望速度(ωsoll,mot)。
32.根据权利要求15所述的调整和/或驱动单元,其中,所述支撑设定装置(14)被配置成改变所述致动驱动器(11)的电机特性。
33.根据权利要求15所述的调整和/或驱动单元,其中,所述支撑设定装置(14)被配置成针对所述致动驱动器(11)中的至少一者指定与为所述致动驱动器(11)中的至少另一者所指定的期望转矩(Msoll2)相差至少10 Nm的期望转矩(Msoll1)。
34.根据权利要求1所述的调整和/或驱动单元,其中,所述中央控制装置(12)包括用于多个致动驱动器(11)中的每一者的特定于各个电机的速度调节器(18a-n),所述特定于各个电机的速度调节器(18a-n)指定相应的相关联的致动驱动器(11)的转矩,并且接收回所述相关联的致动驱动器(11)的实际速度,并且所述中央控制装置(12)包括比特定于各个电机的速度调节器(18a-n)等级更高的速度调节器(19),且所述等级更高的速度调节器(19)被配置成为特定于各个电机的速度调节器(18a-n)指定期望速度。
35.根据权利要求34所述的调整和/或驱动单元,其中,所述等级更高的速度调节器(19)具有用于接收多个输入信号的输入通道,所述多个输入信号包括待旋转的组合件(9)的至少一个期望旋转角度(φsoll)以及风速信号(vWind)和转矩信号(MWind),并且所述等级更高的速度调节器(19)被配置成依据所述期望旋转角度(φsoll)、所述风速信号(vWind)和所述转矩信号(MWind)来为特定于各个电机的速度调节器(18a-n)确定所述期望速度(ωsoll)。
36.根据权利要求34或35所述的调整和/或驱动单元,其中,特定于各个电机的速度调节器(18a-n)被配置成依据由所述等级更高的速度调节器(19)指定的所述期望速度来改变所述相关联的致动驱动器(11)的电机特性。
37.根据权利要求36所述的调整和/或驱动单元,其中,特定于各个电机的速度调节器(18a-n)被配置成在所述期望速度的扩展增加时使所述电机特性变平。
38.根据权利要求1或2所述的调整和/或驱动单元,其中,所述至少两个致动驱动器(11)、相对于彼此可旋转的所述两个组合件(8、9)以及所述中央控制装置(12)形成预先组装的安装模块,其中,相对于彼此可旋转的所述两个组合件(8、9)具有用于连接到其它涡轮机部件的连接件。
39.根据权利要求38所述的调整和/或驱动单元,其中,相对于彼此可旋转的所述组合件(8、9)形成大滚动轴承和/或大滑动轴承(7)的轴承座圈;并且其中所述致动驱动器(11)设置在由所述轴承座圈限定的内部空间之内。
40.根据权利要求39所述的调整和/或驱动单元,其中,所述大滚动轴承和/或大滑动轴承形成方位轴承(7),所述方位轴承(7)一方面具有用于连接到风力涡轮机(1)的塔(2)的连接件,并且另一方面具有用于连接所述风力涡轮机(1)的设备舱(24)和/或连接承载所述设备舱(24)的塔件的连接件。
41.根据权利要求1所述的调整和/或驱动单元,其中,紧固到所述组合件中的一者(8)的至少一个致动驱动器(11)具有驱动齿轮,所述驱动齿轮与紧固到所述组合件中的另一者(9)的齿环处于滚动啮合,并且所述齿环被所述驱动齿轮的两侧处的至少两个轴承(L1、L2)支撑。
42.根据权利要求41所述的调整和/或驱动单元,其中,所述齿环被所述驱动齿轮的两侧处的至少两个轴承(L1、L2)至少大致对称地支撑。
43.根据权利要求42所述的调整和/或驱动单元,其中,所述两个轴承(L1、L2)都直接或间接地紧固到所述致动驱动器(11)所紧固到的所述组合件中的一者(8)。
44.根据权利要求41至43中任一项所述的调整和/或驱动单元,其中,承载所述驱动齿轮的轴(W)被配置成可以从所述致动驱动器(11)的传动装置和/或电机释放,且/或可以通过传输转矩的方式连接到所述致动驱动器(11)的传动装置和/或电机。
45.根据权利要求1或2所述的调整和/或驱动单元,其中,用于测定作用于处于静止的致动驱动器(11)的负载转矩的转矩测定装置与所述致动驱动器(11)中的至少一者相关联。
46.根据权利要求45所述的调整和/或驱动单元,其中,所述转矩测定装置具有转矩测量凸缘,所述转矩测量凸缘设置在所述致动驱动器(11)的电动机的定子与制动器之间,或者设置在所述定子与所述致动驱动器的连接器凸缘之间。
47.一种风力涡轮机,所述风力涡轮机具有根据权利要求1-46中任一项而配置的调整和/或驱动单元。
48.一种控制根据权利要求1至46中任一项所述的调整和/或驱动单元的方法,其中,通过负载测定装置(110)来监测各个致动驱动器(11)的各个负载,其特征在于,所述致动驱动器(11)彼此直接通信且各个致动驱动器(11)对其它致动驱动器(11)的负载测定装置(110)的负载信号(110s)作出响应的方式为,在从其它致动驱动器(11)接收到指示所述其它致动驱动器(11)达到过载的负载信号(110s)时,接收到所述负载信号(110s)的致动驱动器(11)依据所接收的负载信号(110s)而以辅助转矩(ΔM)来改变其自身提供的转矩,从而使得所述其它致动驱动器(11)得到缓解,
其中在提供所述辅助转矩(ΔM)以缓解相应的其它致动驱动器(11)时至少临时地忽视中央控制装置(12)的期望转矩(Msoll)的致动信号;
所述辅助转矩(ΔM)是对报告过载的所述其它致动驱动器起助力作用的更大转矩,或者是更小的反向支撑转矩。
49.根据权利要求48所述的方法,其中,在所述组合件相对于彼此旋转和/或在所述组合件静止时,控制所述致动驱动器中的至少一者以使得所述致动驱动器产生在一个旋转方向上的转矩,并且控制至少一个其它致动驱动器以使得其产生在相反的旋转方向上的转矩从而在所述组合件相对于彼此旋转时反向支撑所述致动驱动器,其中,依据作用在被调整的所述组合件上的可变外加负载和/或依据所述致动驱动器对此类可变外加负载的反应来可变地设定所述致动驱动器相对于彼此的支撑的强度。
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