CN112969851A - 风力涡轮机带驱动节距控制装置 - Google Patents

Abstract

一种叶片节距驱动装置包括：主动链轮；从动链轮；被拖拽于主动链轮与从动链轮之间的齿形带，齿形带在主动链轮与从动链轮之间具有自由跨度段，当自由跨度段处于松弛状态中时，自由跨度段具有弓形形状，齿形带在主动链轮与从动链轮之间具有当自由跨度段处于松弛状态中时处于张紧状态中的第二跨度段，并且根据驱动装置的运行方向，自由跨度段可作为第二跨度段操作而第二跨度段可作为自由跨度段操作。

Description

风力涡轮机带驱动节距控制装置

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮机带驱动节距控制装置，其包括在主动链轮与从动链轮之间具有自由跨度段的齿形带，当自由跨度段处于松弛状态中时，所述自由跨度段具有弓形形状。

背景技术

风力涡轮机通常需要主动的叶片节距控制来应对风速变化。当风速低时，可以根据需要增加或调整叶片节距(迎角)以获取风能。另一方面，随着风速增大，也可以调整叶片迎角以避免潜在的超速对叶片和涡轮机造成结构损坏。

传统上，叶片节距控制是通过齿轮驱动装置实现的。系统通常包括驱动马达、齿轮箱和驱动环。每个驱动环都附接有一个涡轮机叶片。各个驱动环的旋转调节叶片迎角(节距)。各叶片被一致地调整。

带驱动装置也用于控制叶片节距。现有技术的系统包括带，所述带由在两个开放端上的可调节的夹具牢固地保持在预加载状态中。背侧惰轮用于使带围绕主动链轮布置以增加包角并防止跳齿。然而，使用背侧惰轮可能对带寿命产生不利影响。

现有技术的代表是美国专利9,541,173，该专利公开一种具有受压跨度段的齿形带驱动装置，包括：第一链轮；第二链轮；齿形带，所述齿形带具有齿形带长度并且被拖拽于所述第一链轮与所述第二链轮之间；第一线性引导构件，该第一线性引导构件与齿形带成合作关系并设置为与所述齿形带相距预定距离(B)；第二线性引导构件，该第二线性引导构件与齿形带成合作关系并设置为与所述齿形带相距预定距离(B)；并且齿形带长度大于驱动长度，使得齿形带在齿形带受压跨度段上在第一链轮与第二链轮之间形成自立的弓形跨度段。

所需要的是一种风力涡轮机带驱动节距控制装置，其包括在主动链轮与从动链轮之间具有自由跨度段的齿形带，当自由跨度段处于松弛状态中时，所述自由跨度段具有弓形形状。本发明满足该需要。

发明内容

本发明的一个方面是提供一种风力涡轮机带驱动节距控制装置，其包括在主动链轮与从动链轮之间具有自由跨度段的齿形带，当自由跨度段处于松弛状态中时，所述自由跨度段具有弓形形状。

将通过对本发明的以下描述以及附图指出本发明的其它方面或者使本发明的其它方面变得明显。

本发明包括一种叶片节距驱动装置，该驱动装置包括：主动链轮；从动链轮；齿形带，所述齿形带被拖拽于主动链轮与从动链轮之间，齿形带在主动链轮与从动链轮之间具有自由跨度段，当所述自由跨度段处于松弛状态中时，所述自由跨度段具有弓形形状，齿形带在主动链轮与从动链轮之间具有第二跨度段，当所述自由跨度段处于松弛状态中时所述第二跨度段处于张紧状态中，并且根据所述驱动装置的运行方向，所述自由跨度段能作为第二跨度段操作，而所述第二跨度段能作为自由跨度段操作。

附图说明

被并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图示出本发明的优选实施例，并且与具体描述共同用来解释说明本发明的原理。

图1是风力涡轮机叶片节距运动。

图2是风力涡轮机现有技术的叶片节距控制机构。

图3是现有技术的叶片节距控制机构。

图4是本发明的叶片节距控制机构的示意图。

图5是沿第一旋转方向运动的本发明的叶片节距控制机构的示意图。

图6是沿第二旋转方向运动的本发明的叶片节距控制机构的示意图。

具体实施方式

图1是风力涡轮机叶片节距运动。风力涡轮机通常需要主动的叶片节距控制来应对风速变化。如图1所示，当风速低时，叶片节距(迎角)可以从a1增加到a3以获取风能。另一方面，随着风速增大，可以减小叶片迎角(例如，从a1、a2或a3到a4)以避免潜在的超速对叶片和涡轮机的结构损坏。叶片在位置a4中“顺桨”，其停止旋转。

图2是风力涡轮机现有技术的叶片节距控制机构。节距控制机构通常容纳在风力涡轮机支架的轮毂中。传统上，叶片节距控制是通过如图2中所示的齿轮驱动装置实现的。系统通常包括驱动马达(D)、齿轮箱(G)和驱动环(R)。每个驱动环(R)都附接有一个涡轮机叶片TB(图1)。每个驱动环R的旋转调节叶片迎角(节距)。各叶片被同时调整。

图3是现有技术的叶片节距控制机构。图3示出现有技术的带节距驱动装置布局，其包括驱动马达A、开放端部齿形带B、背侧引导惰轮C、驱动环R和带夹具E。夹具E将带B的端部附接到驱动环R。

与齿轮驱动装置相比，带驱动装置的优点是能够抵抗腐蚀和恶劣的环境，特别是对于水上安装而言。然而，在现有技术的系统中的带故障往往是由带B的回弯(这可能导致张力绳损坏)引起的。如在本领域中已知的那样，带B包括用于传递拉伸载荷的张力绳。

背侧惰轮C用于使带B以足够的包角布置在小驱动链轮S上以防止跳齿。在节距控制调整过程中，在驱动装置顺时针和逆时针旋转时，在顺时针旋转过程中的松弛跨度段将在逆时针旋转过程中变成张紧跨度段。高安装张力、回弯和小的链轮半径的组合是张力绳故障的主要因素。第二故障是齿剪切，所述齿剪切由在重复的来回节距控制调整过程中带的同一区段与链轮S和惰轮C啮合造成。

图4是本发明的叶片节距控制机构的示意图。本发明的受压带驱动装置解决了现有技术的两个缺点：(1)在高张力下的小半径回弯，以及(2)重复使用带的同一区段。带驱动装置包括驱动马达10、带20、支承件30和31、大驱动环40和两个阻挡件50和51。使用支承件30、31代替背侧惰轮C，因为支承件外直径在本发明的系统中可以是小的。支承件30、31放置在带跨度段分别在预定的旋转方向中与主动链轮11相切的相应点处。支承件30、31使得带20对于任一旋转方向而言都与链轮11保持啮合。所述支承件还防止紧边绕链轮11包绕。带20是形成回环的环形带或连续带。每个驱动环40都附接有一个涡轮机叶片(未示出)。

带阻挡件50、51以小的间隙平行于带切向跨度段，以防止与带持续接触。带20有意地选择成具有比驱动长度更长的长度。

在安装过程中，带在松边60上向内屈曲，因为阻挡件50将防止带向外屈曲。在安装好后，松边60具有弓形形状。链轮11相对于驱动环40的位置选择成允许区段60在松弛状态中具有弓形形状。带弯曲刚度选择为允许带20能顺应链轮11的半径。

在安装好之后，带是稳定的并且所述带与链轮11啮合，这又增加了带20绕链轮11的包角。松边60是链轮11与驱动环40之间的自由跨度段，因为沿着区段60的长度没有惰轮或其它链轮与带处于接触。

松边区段60的半径R2大于与现有技术的背侧惰轮C啮合的带B的半径R1，见图3。这种构造减少了在带中的回弯应力。

图5是沿第一旋转方向运动的本发明的叶片节距控制机构的示意图。图5示出带屈曲位置在松弛跨度段60与张紧跨度段70之间的比较。在运行中，驱动环40不旋转，而主动链轮11可以自由旋转以从松边接收多余的带长度。当旋转方向颠倒时，松边和紧边颠倒。即，当松边跨度段转换为紧边跨度段时，屈曲的松边跨度段变为直的紧边跨度段。这消除了在紧边跨度段上对背侧惰轮C的需求。

受压驱动装置只具有一个与主动件和从动件二者都相切的带弧形区段70，并且半径显著增大。在带上的弯曲半径越大使得对张力绳的损坏减小。此外，带齿的数量始终大于驱动环链轮齿的数量，从而一次驱动环回转将永远不会使带沿驱动装置回到相同位置。

作为非限制性示例，示例性系统可以包括：

1.带20，具有586个齿。

2.驱动环40，具有552个齿。

3.叶片节距旋转范围为90度，从而驱动环在该旋转范围中啮合138个齿。

4.带长度比驱动环周长多出34个齿。

5.如果驱动环周期性地旋转四个360°的回转，这将使带在驱动环上前进136个齿，这意味着带的新区段可以用于后续的运行时间，从而与现有技术的系统相比增加了带运行寿命。

图6是沿第二旋转方向运动的本发明的叶片节距控制机构的示意图。图6示出在从动链轮旋转一圈之前和在从动链轮旋转一圈之后的带的区段。可以容易地以如下方式实施这种策略：在一个延长的周期(例如一年)之后，使从动链轮前进一圈，并且使带前进到不同的位置，因此，不同的带区段用于节距控制调节。

松边区段60和紧边区段70可以根据驱动装置的运行方向改变姿态。在驱动方向D1中，带区段60是松边。对于驱动方向D2而言，区段70是松边。当区段60是松边时，引导件50防止区段60向外拱曲。当区段70是松边时，引导件51防止区段70向外拱曲。

本发明的驱动装置提供三个优点，即：(1)其消除了在围绕背侧惰轮C回弯的情况下张紧的高张力跨度段；(2)其显著地增加了松弛跨度段回弯半径R2；以及(3)其避免了同一带区段与主动链轮11的重复啮合。

一种叶片节距驱动装置，包括：主动链轮；从动链轮；齿形带，所述齿形带被拖拽于主动链轮与从动链轮之间，所述齿形带在主动链轮与从动链轮之间具有自由跨度段，当自由跨度段处于松弛状态中时，所述自由跨度段具有弓形形状，所述齿形带在主动链轮与从动链轮之间具有第二跨度段，当所述自由跨度段处于松弛状态中时，所述第二跨度段处于张紧状态中，并且根据驱动装置的运行方向，所述自由跨度段可作为第二跨度段操作，而所述第二跨度段可作为自由跨度段操作。

虽然本文已经描述了本发明的形式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，可以对部件的结构和关系进行改变而不脱离本文中所描述的本发明的精神和范围。除非另有特别说明，否则附图中描绘的组件不是按比例绘制的。此外，除非在特定权利要求中明确使用了词语“用于...的装置”或“用于...的步骤”，否则所附权利要求或权利要求要素中的任何一个都不旨在援引35 U.S.C.§112(f)。本公开不应以任何方式限制于附图中所示和本文所述的示例性实施例或数值尺寸。

Claims (11)

1.一种叶片节距驱动装置，所述叶片节距驱动装置包括：

主动链轮；

从动链轮；

齿形带，所述齿形带被拖拽于所述主动链轮与所述从动链轮之间；

所述齿形带在所述主动链轮与所述从动链轮之间具有自由跨度段，当所述自由跨度段处于松弛状态中时，所述自由跨度段具有弓形形状；

所述齿形带在所述主动链轮与所述从动链轮之间具有第二跨度段，当所述自由跨度段处于松弛状态中时，所述第二跨度段处于张紧状态中；以及

根据所述叶片节距驱动装置的运行方向，所述自由跨度段能作为第二跨度段操作而所述第二跨度段能作为自由跨度段操作。

2.如权利要求1所述的叶片节距驱动装置，其中，所述齿形带是环形的。

3.如权利要求1所述的叶片节距驱动装置，所述叶片节距驱动装置还包括用于控制自由跨度段突出方向的引导件。

4.如权利要求1所述的叶片节距驱动装置，所述叶片节距驱动装置还包括第二引导件。

5.如权利要求1所述的叶片节距驱动装置，所述叶片节距驱动装置还包括第一支承件，所述第一支承件与所述主动链轮相邻，位于所述齿形带在第一运行方向中与所述主动链轮相切处。

6.如权利要求5所述的叶片节距驱动装置，所述叶片节距驱动装置还包括第二支承件，所述第二支承件与所述主动链轮相邻，位于所述齿形带在第二运行方向中与所述主动链轮相切处。

7.一种叶片节距驱动装置，所述叶片节距驱动装置包括：

主动链轮；

从动链轮；

齿形带，所述齿形带被拖拽于所述主动链轮与所述从动链轮之间；

所述齿形带在所述主动链轮与所述从动链轮之间具有自由跨度段，当所述自由跨度段处于松弛状态中时，所述自由跨度段具有弓形形状；

所述齿形带在所述主动链轮与所述从动链轮之间具有第二跨度段，当所述自由跨度段处于松弛状态中时，所述第二跨度段处于张紧状态中；

根据所述叶片节距驱动装置的运行方向，所述自由跨度段能作为第二跨度段操作而所述第二跨度段能作为自由跨度段操作；

第一支承件，所述第一支承件与所述主动链轮相邻，位于在所述齿形带在第一运行方向中与所述主动链轮相切处；以及

第二支承件，所述第二支承件与所述主动链轮相邻，位于所述齿形带在第二运行方向中与所述主动链轮相切处。

8.如权利要求7所述的叶片节距驱动装置，其中，所述齿形带是环形的。

9.如权利要求7所述的叶片节距驱动装置，所述叶片节距驱动装置还包括用于控制自由跨度段突出方向的引导件。

10.如权利要求9所述的叶片节距驱动装置，所述叶片节距驱动装置还包括第二引导件。

11.一种叶片节距驱动装置，所述叶片节距驱动装置包括：

主动链轮；

从动链轮；

齿形带，所述齿形带被拖拽于所述主动链轮与所述从动链轮之间；

所述齿形带在所述主动链轮与所述从动链轮之间具有自由跨度段，当所述自由跨度段处于松弛状态中时，所述自由跨度段具有弓形形状；

引导件，所述引导件用于控制自由跨度段突出方向；

所述齿形带在所述主动链轮与所述从动链轮之间具有第二跨度段，当所述自由跨度段处于松弛状态中时，所述第二跨度段处于张紧状态中；

根据所述驱动装置的运行方向，所述自由跨度段能作为第二跨度段操作而所述第二跨度段能作为自由跨度段操作；

第一支承件，所述第一支承件与所述主动链轮相邻，位于所述齿形带在第一运行方向中与所述主动链轮相切处；以及

第二支承件，所述第二支承件与所述主动链轮相邻，位于所述齿形带在第二运行方向中与所述主动链轮相切处。

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