CN1164867C - 风力涡轮机的单叶片调节系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种风力涡轮机使用的单叶片调节系统，它包括两个驱动器(14，18)，它们与至少一个可转动的支架(10，20；30)连接，基本上处于叶片连接的切断平面内，它们与所述转动支架一起形成杠杆机构。各驱动器产生直线延伸。杠杆机构的各端部通过各枢轴(16，24)设有在轮毂上的力传送杆和在被调节的叶片上的零件。

Description

风力涡轮机的单叶片调节系统
技术领域
本发明涉及风力涡轮机的单叶片调节系统。
背景技术
为了调节或控制发电机功率，现在的风力涡轮机常常装备有转子叶片角度调节系统。除了调节或控制功能，叶片调节系统还具有安全制动功能，其中，转子叶片被设定在一大的正角度或负角度处，由此，转子产生一制动转矩。
迄今已知的大风力涡轮机的叶片角度调节系统可再细分为电动和液压操作的系统。对所有系统都一样的是，转子叶片通过减磨轴承装置安装在轮毂的连接点上。
电动操作系统通常每个转子叶片包括一个齿轮电动机，通过小齿轮和齿形轮辋在叶片根部产生转矩。电动机可固定在转子叶片上，并可作用在与轮毂连接的齿形轮辋上，或可固定在轮毂上并作用在叶片轴承上的转子叶片侧的齿形轮辋上。电动机的供电是通过滑动环系统实现的。如果滑动环系统或全部供电失效，电动机即由电池供电。
液压操作的系统使用液压缸，以便用作叶片角度调节。在集体叶片调节的情况下，单液压缸通过可枢转地位于转子叶片根部上的调节机构将调节力传送给轮毂。液压单叶片调节系统中，每个转子叶片具有一液压缸，它们直接作用在转子叶片枢轴上。然后通过旋转传动将液压传送给轮毂。如果旋转传动失效，液压缸由轮毂里的压力储存装置供应。
这种液压叶片调节装置已由DE C2 31 10 263公开，该专利描述了一种液压系统，它在紧急情况下是安全可靠的，其中，两个伺服传动装置作用在由杠杆连接的连接件上。然而，零位同步变复杂了。此外，为了维持叶片位置，必须具有额外的机械操作的锁定件。
在同一申请DE C2 31 10 263同时提交的申请里，提供了叶片调节装置的细节，它将叶片保持在同一角度上，但不能防止它的分离操作。
现在参看DE A1 42 21 783，它介绍了一种调节转子叶片的装置，其中，一齿轮与带有一电动机的转子轮毂同轴布置，通过带齿的扇形连接件调节叶片。
最后，DE A1 198 11 952描述了一种固定水平转子风力电站的转子叶片的方法，以及执行这种方法的装置，其中，通过一装置使诸转子叶片环绕着它们的纵向轴线被永久地停留在预定的调节角度范围内。所述装置由向外突出的棘爪形成。
本发明的问题是提高叶片角度调节系统的可靠性。可靠性是风力涡轮机的安全性所必须的。否则可能发生不可控制状态，那时，叶片调节系统不能使转子速度减慢。
因此，最重要的是在这种系统失效时维持其操作安全性。电动叶片角度调节系统所具有的基本缺点是，在供电失效的情况下，例如电网故障或电缆断连时，伺服电动机必须使用电池形式的动力储存装置。首先必须将它们转换到后者。因此，电动调节系统甚至在失效的情况下也取决于若干电动元件的工作，由于来自电网或雷击的过电压，它们可能招致伤害，且它们常常与电源故障相吻合。
然而，由于液压缸的尺寸和几何形状，迄今已知的液压叶片调节系统需要在转子轮毂的支承结构里有开口。这种开口显然是不理想的，这是因为一方面它们降低了轮毂的动态负荷能力，另一方面很困难或几乎不可能对湿气或含盐气体的进入进行密封，特别是在海上风力涡轮机情况下。在断开情况下使用单个液压缸以精确设定叶片角度和同时调节大角度可能危及它的结构，成为设定精确的缺陷。
按照本发明的独立权利要求可解决该问题。而从属权利要求提供了本发明的较佳实施例。
它的具体优点是，改善了可靠性，缩小了液压叶片调节系统的尺寸，调节功能和断开功能可互相分开。一调节汽缸调节转子叶片，只在动力或速度调节所需要的角度范围内，然而，一断开汽缸通过一调节机构使调节汽缸移动进入调节或断开位置。
在这种结构里，调节汽缸的设计可单独基于调节功能。调节汽缸的较短行程也导致必须路径测量系统的更高的分辨力。
断开汽缸可以相对调节力和速度的调节功能以最适宜的方式设计，而不必考虑可靠性。
该系统的另一个实质性优点是，缩小了整体尺寸。通过使用两个汽缸，它们的布置由调节连杆机构的几何形状确定，该系统可完全置于轮毂内，而后者可以控制的方式完全密封或通风。
此外，轮毂结构可设计成最适宜的力传递，这是因为不需要有用于调节系统的开口。
附图说明
图1：系统在断开位置，即具有90度叶片角。
图2：主摇臂在操作位置，即具有30度叶片角。
图3：叶片摇臂带有全伸展的调节汽缸，用于约0度叶片角。
图4：具有第二种结构的系统在断开位置。
图5：具有图4中的结构的系统在操作位置，即用于30度叶片角。
图6：图5中的系统具有完全伸展的调节汽缸，即用于30度的叶片角。
图7：以图解形式表示的液压回路图。
具体实施方式
在图1所示的叶片调节系统里，主摇臂10固定在轮毂侧面凸块12上，并通过断开汽缸14环绕着关节点或支点16可枢转，而断开汽缸14也与主摇臂10成一角度固定在转子中心体上(与图2所示进行比较)，由于断开汽缸14的伸展，主摇臂10可在一个较大的角度内枢转。
在主摇臂10的端部处和基本平行于所述主摇臂10的略倾斜部分设置一调节汽缸18，它固定在所述主摇臂上并作用在一叶片摇臂20上，而叶片摇臂20又可枢转的固定在主摇臂10的中心区域，该区域靠近断开汽缸14作用在主摇臂的地方。
通过提供一用来补偿长度差距的连杆22，带有叶片枢轴24的所述叶片摇臂20与被调节的叶片可枢转地连接。现在，通过伸展调节汽缸18以及断开汽缸14可进行叶片调节。在一个汽缸失效的情况下，通过另一个汽缸的操作，至少所需路径的一部分可以通过，从而可至少粗调所需的叶片角度。
为了获得所需的结果，按照本发明，单叶片调节系统可具有两个驱动器14和18，它们固定在一摇臂上，而摇臂基本上布置在叶片连接的相交平面上，驱动器产生直线延伸，摇臂的一端在所有情况下设置一枢轴连接16和24，从而具有在轮毂上的传力关节和在被调节的叶片上的一零件，由此获得一杠杆机
为了精确安装目的和叶片断开程序，提供两个产生不同伸展的线性驱动器。一个可由一电动主轴驱动器构成，这里特别推荐短冲程变速驱动器。然而，这两个直线驱动器也可由液压缸14和18构成。
前面附图所示的变型具有如下优点，在操作位置，叶片摇臂上的支点精确地位于转子叶片轴线上。在这种情况下，叶片枢轴24和摇臂在调节过程中环绕着同一轴线移动。调节汽缸18的这种几何布置允许在整个调节范围内实际上稳定的叶片调节量，以及专门的切向力导入叶片螺栓。
图4至6所示的第二种变型具有单摇臂30，其中，调节汽缸18直接操纵叶片枢轴24，这样，执行过程可在降低的结构成本下进行。
图7中所示的液压回路可使单独的压力储存系统与断开汽缸和调节汽缸合作，这样，在一个回路里由于泄漏和管道破裂引起的压力损失不会影响其它回路的功能。这将确保：如果一个回路失效，转子叶片仍可调节至一个非关键的叶片角度，以便作为单独的液压操作与所选择操作的连杆机构的几何形状的结果，维持系统的安全性。这在本发明的第二种变型里也是可能的，其中，调节汽缸直接作用在叶片枢轴上。
在失效的情况下，图7中所示的调节汽缸和断开汽缸的压力供应可由阀门28单独断开。这些阀门是由2/2通阀构成的。两回路具有单独的压力储存装置32，它们的尺寸是这样确定的：两汽缸可被完全插入，而没有任何通过液压泵34的额外供应。
调节汽缸通过比例阀36控制，而比例阀36在中心位置通过两个2/2通阀38与汽缸分开。
断开汽缸由4/2通阀40控制。因此，在给阀门的供应电压失效时，调节汽缸只能移动至其端部位置，而断开汽缸自动地移动至断开位置。

Claims (7)

1.风力涡轮机的单叶片调节系统，其特征在于，两个驱动器，即断开驱动器(14)和调节驱动器(18)，固定在一个可移动的摇臂(30)上，所述摇臂在叶片连接的相交平面上，驱动器产生直线延伸，并与摇臂(30)形成杠杆机构，杠杆机构的每一端设置有一传力关节，该传力关节通过一枢轴连接(16，24)连接于轮毂和在被调节的叶片上的一零件。
2.风力涡轮机的单叶片调节系统，其特征在于，两个驱动器，即断开驱动器(14)和调节驱动器(18)，固定在两个可移动的摇臂(10，20)上，所述摇臂在叶片连接的相交平面上，驱动器产生直线延伸，并与摇臂(10，20)形成杠杆机构，所述两个摇臂为主摇臂(10)和叶片摇臂(20)，它们可在杠杆机构的平面内相对枢转，所述两个驱动器(14，18)同时固定于主摇臂(10)，并且调节驱动器(18)还固定于叶片摇臂(20)，杠杆机构的每一端设置有一传力关节，该传力关节通过一枢轴连接(16，24)连接于轮毂和在被调节的叶片上的一零件。
3.如权利要求1或2所述的风力涡轮机的单叶片调节系统，其特征在于，具有短冲程的直线驱动器(18)由一电动主轴驱动器构成。
4.如权利要求1或2所述的风力涡轮机的单叶片调节系统，其特征在于，两个直线驱动器(14，18)由液压缸构成。
5.如权利要求1或2所述的风力涡轮机的单叶片调节系统，其特征在于，一个直线驱动器(14)支承在轮毂上。
6.如权利要求2所述的风力涡轮机的单叶片调节系统，其特征在于，一个直线驱动器(18)使主摇臂(10)和叶片摇臂(20)相对枢转。
7.如权利要求4所述的风力涡轮机的单叶片调节系统，其特征在于，该系统包括两单独的液压回路，它们具有两个压力储存装置(32)，所述两单独的液压回路可通过2/2通阀被单独地断开，断开驱动器(14)由一个4/2通阀控制。
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