CN202451363U

CN202451363U - 具有液压式叶片变桨系统的风轮机

Info

Publication number: CN202451363U
Application number: CN2011204819288U
Authority: CN
Inventors: J·L·安德森; J·B·马德森
Original assignee: Vestas Wind Systems AS
Current assignee: Vestas Wind Systems AS
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2011-11-28
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2021-11-28
Also published as: EP2458203A1; EP2458203B1; ES2537178T3

Abstract

本实用新型公开了一种具有液压式叶片变桨系统的风轮机，该风轮机包括具有至少两个叶片的转子以及用于控制所述叶片的变桨角度的叶片变桨系统，对于每个所述叶片，所述叶片变桨系统包括：液压式叶片变桨驱动装置，该液压式叶片变桨驱动装置包括一个或更多个液压致动器；以及两个或更多个液压蓄能器，所述两个或更多个液压蓄能器专用于提供用于操作该叶片的所述液压式叶片变桨驱动装置的液压压力。

Description

具有液压式叶片变桨系统的风轮机

技术领域

本实用新型涉及一种具有液压式叶片变桨系统的风轮机。

背景技术

现有技术中已知的大多数风轮机包括风轮机塔架和位于该塔架顶部的风轮机机舱。风轮机转子通过低速轴连接至机舱，所述风轮机转子具有安装在轮毂上的三个风轮机叶片。

而且，大多数现代风轮机通过使叶片变桨而进出迎风来控制转子上的负荷。使叶片变桨来优化功率输出或者保护风轮机免受过载损坏。

为了进行变桨，每个叶片都配置有叶片变桨系统，该叶片变桨系统包括位于轮毂与叶片之间的变桨轴承以及提供力以使叶片变桨并将叶片保持在给定位置的某些类型的电机或致动器。这种叶片变桨系统通常包括液压式叶片驱动装置。

当风轮机例如在出现故障的情况下静止不动时，每个叶片应当优选地变桨到其顺桨位置（feather position），即叶片与风平行的位置，以便减少叶片所产生的阻力。

然而，在出现某些类型的故障的情况下，叶片驱动装置的液压压力可能会减少或甚至完全消失，并且控制系统也可能会出现故障。因此，通常已知的是使用某些类型的紧急顺桨系统，当液压式叶片变桨系统的先导压力降低时，所述紧急顺桨系统断开正常操作并自动地使叶片变桨到其顺桨位置。通过这种紧急系统实施的叶片变桨通常由在叶片变桨系统的正常操作期间在液压蓄能器中积累的液压压力驱动。

本实用新型的目的在于改进现有技术中已知的液压变桨系统的紧急顺桨系统，尤其是改进液压蓄能器在这种系统中的使用。

实用新型内容

本实用新型涉及一种风轮机，该风轮机包括具有至少两个叶片的转子以及用于控制所述叶片的变桨角度的叶片变桨系统，对于每个所述叶片,所述叶片变桨系统包括：液压式叶片变桨驱动装置，该液压式叶片变桨驱动装置包括一个或更多个液压致动器；以及两个或更多个液压蓄能器，所述两个或更多个液压蓄能器专用于提供用于操作该叶片的所述液压式叶片变桨驱动装置的液压压力。

在本实用新型的实施方式中，所述两个或更多个液压蓄能器并联联接。

针对每个叶片使用多个蓄能器，这为每个叶片的所述系统提供了冗余，增加了系统的安全性，因为这样的冗余显著降低了由于与其他叶片相关的其他系统的故障而发生故障的风险。当蓄能器并联联接时尤其如此，因为在这种配置中可以隔离出现故障的蓄能器同时仍能操作其余的蓄能器。

此外，针对叶片的叶片变桨系统使用不止一个蓄能器使得有可能使用较小尺寸的现成的蓄能器，这些现成的蓄能器可以被更容易地装配到轮毂或机舱中，并且在发生故障的情况下，可以更为容易地更换。要注意的是，蓄能器可以用于提供供叶片变桨驱动装置的紧急操作和正常操作用的液压压力。

在本实用新型的实施方式中，所述蓄能器在叶片变桨系统的正常操作期间被加压。

在正常操作下使用液压压力来使蓄能器增压是确保在需要使用蓄能器时该蓄能器已经准备好以供使用的简单且可靠的方式。

在本实用新型的另一实施方式中，所述蓄能器连接至一个或更多个阀的压力液口（P），所述一个或更多个阀用于在风轮机的正常操作期间控制叶片变桨系统的所述一个或更多个液压致动器的运动。

将蓄能器连接至用于叶片变桨系统的正常操作的一个或更多个阀的压力液口，这使得能够动态地使用蓄能器以支持将压力传递至液压系统的泵。据此，与在其他情况下需要的泵相比，所述系统可以由更小的泵来驱动。

在本实用新型的实施方式中，所述蓄能器被设置成向叶片的紧急顺桨系统提供必要的液压压力，以将叶片转动到其顺桨位置，所述蓄能器通过独立的阀组连接至叶片变桨系统的所述一个或更多个液压致动器。

使用专用于特定叶片的蓄能器能显著降低如下风险：给定叶片的变桨系统发生故障会导致另一叶片的变桨系统也发生故障。

在本实用新型的实施方式中，所述蓄能器中的每个蓄能器都通过独立的阀组连接至叶片变桨系统的所述一个或更多个液压致动器。

因为降低了对给定阀的正确运行的依赖性，所以针对每个蓄能器使用独立的阀组增加了系统的冗余。

在本实用新型的实施方式中，所述蓄能器以一个或更多个蓄能器形成组的方式分组设置，每组蓄能器通过公用阀组连接至叶片变桨系统及其先导回路（pilot circuitry）。

将蓄能器分组设置成通过公用阀组连接至系统的其余部分减少了所需部件的数量，因此是使用多个蓄能器的更为成本有效的方式。

在本实用新型的实施方式中，风轮机还包括由风轮机的不止一个叶片的液压变桨系统公用的一个或更多个附加蓄能器，所述一个或更多个附加蓄能器被设置成在一个或更多个叶片的专用蓄能器出现故障的情况下用作备用蓄能器。

具有附加的备用蓄能器增加了系统的安全性，使得即使在给定叶片的全部或大多数蓄能器发生故障的情况下也能进行紧急顺桨操作，在一些情况下，甚至还能进行正常操作。

在本实用新型的实施方式中，所述液压式叶片变桨驱动装置包括两个或更多个液压致动器。

使用并联联接的多个蓄能器来驱动多个液压式变桨缸是有利的，这是因为可以更好地使实际能力适应实际需求，并因此可以减少叶片变桨系统的各个部件的磨损，增加这些部件的寿命。

在本实用新型的实施方式中，所述两个或更多个液压致动器并联联接。

通过将给定叶片的变桨缸也并联联接，使得也可以隔离发生故障的变桨缸，因此可以更有效地使用两个或更多个液压蓄能器所提供的压力。此外，通过将变桨缸也并联联接，使得也可以更好地使实际能力适应实际需求，并因此可以减少叶片变桨系统的各个部件的磨损，增加这些部件的寿命。

附图说明

将在下文参照附图来描述本实用新型的数个示例性实施方式，附图中：

图1示出了从前方看的现有技术中已知的大型现代风轮机；

图2示出了从前方看的现有技术中已知的风轮机转子，该风轮机转子包括三个叶片；

图3示出了从侧方看的现有技术中已知的风轮机机舱的简化截面；

图4是现有技术中已知的用于风轮机叶片的液压式叶片变桨系统的主要部件的示意图；

图5是根据本实用新型第一实施方式的用于风轮机叶片的液压式叶片变桨系统的主要部件的示意图；以及

图6是根据本实用新型第二实施方式的用于风轮机叶片的液压式叶片变桨系统的主要部件的示意图。

附图标记

1 风轮机

2 塔架

3 机舱

4 转子

5 叶片

6 轮毂

7 变桨轴承

8 叶片变桨驱动装置

9 变速箱

10 制动器

11 发电机

12 转换器

13 机舱结构件

14 液压泵

15 液箱

16 风轮机叶片的线性液压致动器

17 先导回路

18 压力管线

19 液箱管线

20 先导压力管线

21 三位四通比例液压阀

22 活塞

23 液缸

24 活塞杆室

25 活塞杆

26 底室

27 液压蓄能器

27a 第一液压蓄能器

27b 第二液压蓄能器

27c 第三液压蓄能器

27d 第四液压蓄能器

28 蓄能器阀

28a 第一蓄能器阀

28b 第二蓄能器阀

28c 第三蓄能器阀

29 蓄能器止回阀

29a 第一蓄能器止回阀

29b 第二蓄能器止回阀

29c 第三蓄能器止回阀

30 紧急供应止回阀

31 紧急排出止回阀

P 比例液压阀的压力液口

A 比例液压阀的第一工作液口

B 比例液压阀的第二工作液口

T 比例液压阀的回液口

具体实施方式

图1示出了现有技术中已知的现代风轮机1，该风轮机包括塔架2和位于塔架2顶部的风轮机机舱3。风轮机转子4通过伸出机舱3前面的低速轴连接至机舱3，所述风轮机转子包括安装在轮毂6上的三个风轮机叶片5。此外，该图还示出了变桨轴承7安装在叶片5的根部附近。

图2示出了从前方看的现有技术中已知的风轮机转子4，该风轮机转子包括轮毂6和三个叶片5。

如图所示，变桨轴承7布置在叶片5和轮毂6之间，以使叶片5能够围绕其纵向轴线旋转，并且传递主要来自三个不同源的力。叶片5（当然还有轴承7本身）受重力的恒定影响。重力的方向随叶片5的位置不同而改变，导致在变桨轴承7上存在不同负荷。当叶片运动时，轴承7还受离心力的影响，该离心力主要产生轴承7上的轴向拉力。最后，轴承7受叶片5上的风力负荷的影响。该力是轴承7上的最大负荷并且产生轴承7必须经受的巨大力矩。

所有变桨轴承7上的负荷以及来自所有变桨轴承7的负荷必须被传递到轮毂6，并且进一步传递到风轮机1的其余部分，同时变桨轴承7必须使叶片5能够进行变桨。

在该实施方式中，转子4包括三个叶片5，但是在其他实施方式中，转子4可包括两个、四个或更多个叶片5。

在该实施方式中，风轮机1是变桨调节风轮机1，但是在其他实施方式中，风轮机还可以是主动失速调节风轮机1，这是因为变桨调节风轮机1以及主动失速调节风轮机1这两者都包括用于调节叶片5的变桨的变桨机构。

图3示出了从侧方看的现有技术风轮机1的机舱3的简化截面。机舱3存在多种变型和构造，但是在大多数情况下，机舱3中的传动系包括下述部件中的一个或更多个：变速箱9；联轴器（未示出）；某些种类的制动系统10以及发电机11。现代风轮机1的机舱3还可包括转换器12（也称为逆变器）以及附加的外围设备，例如，其他功率处理设备、控制柜、液压系统和冷却系统等等。

包括机舱部件9、10、11、12的整个机舱3的重量由机舱结构件13承载。部件9、10、11、12通常被放置在该公用负荷承载机舱结构件13上和/或连接至该公用负荷承载机舱结构件13。在该简化的实施方式中，负荷承载机舱结构件13例如呈连接部件9、10、11、12中的一些或全部的床基架形式仅沿着机舱3的底部延伸。在其他实施方式中，负荷承载结构件13可包括齿轮罩，该齿轮罩可以通过主轴承（未示出）将转子4的负荷传递到塔架2，或者负荷承载结构件13可包括诸如网格结构的若干个互连部件。

在所示实施方式中，风轮机1的叶片5通过变桨轴承7连接到轮毂6，从而使得叶片5能够绕其纵向轴线旋转。在该实施方式中，叶片变桨驱动装置8包括用于使叶片5旋转的机构，该机构呈液压致动器的形式，连接至轮毂6以及相应的叶片5。

图4是现有技术中已知的用于风轮机叶片5的液压式叶片变桨系统的主要部件的示意图，该液压式叶片变桨系统包括线性液压致动器16，该线性液压致动器具有可移位地布置在缸23内的活塞22，缸23由活塞22分成缸23的活塞杆室24或前室（即，包括活塞杆25的内室）以及底室26或后室（即，不包括活塞杆25的内室）。活塞杆25被连接（未示出）至风轮机转子4的轮毂6，并且缸23被连接（未示出）至叶片5，从而当压力下的液体被供应至活塞杆室24或底室26时实现叶片5的角位移。

加压液体从液压泵14到线性液压致动器16的流动由比例液压阀21控制。液压泵14可针对整个系统布置，以向用于所有叶片5的液压式叶片变桨系统提供加压液体；或者液压泵14可以如图4所示针对每个叶片5以及中央系统分别布置。

比例液压阀21具有经由压力管线18连接至液压泵14的压力液口P以及经由液箱管线19连接至低压液箱15的回液口T。阀21的一个工作液口A连接至线性液压致动器16的底室26，而另一工作液口B连接至线性液压致动器16的活塞杆室24。

比例液压阀21由弹簧朝向中立中间位置偏压，在该中立中间位置，液口被关闭并且没有液体流过阀。比例液压阀21可以借助于螺线管或独立受控的加压先导液沿一个方向偏移，以使得压力液口P逐渐朝向第一工作液口A打开并且回液口T逐渐朝向第二工作液口B打开，或者阀21可以沿相反方向偏移，导致压力液口P逐渐朝向第二工作液口B打开并且回液口T逐渐朝向第一工作液口A打开。因此，比例液压阀21的操作可用来沿一个方向或另一个方向有选择地移动活塞22，从而使叶片5沿一个方向或另一个方向以受控并且可变的变桨速度变桨。

在风轮机1的正常操作期间，液压蓄能器27被填充有来自压力管线18的加压液体，如果通过降低先导压力管线20中的先导压力来从先导回路17启动紧急顺桨操作，那么来自液压蓄能器27的加压液压液体将被用于驱动缸23的活塞22，从而使叶片5朝向其顺桨位置转动。先导压力管线20中先导压力降低将会关闭蓄能器阀28，并且仅允许液体经由蓄能器止回阀29离开蓄能器27。在正常操作下，紧急供应止回阀30借助于先导压力而被关闭，并且在紧急顺桨操作期间，所述紧急供应止回阀30将被打开，以便液体从蓄能器27流至缸23的底室26。类似地，紧急排出止回阀31将开启，以允许缸23的活塞杆室24中的液压液体绕过比例液压阀21直接排至液箱15。因此，液压蓄能器27中的加压液体将改变活塞22的位置，并将通过活塞杆25使叶片5朝向顺桨位置转动。

对本领域技术人员明显的是，所述系统在图4中仅以示意性的方式示出，并且该系统可以存在大量变型，例如，该系统可以包括这样的机构，该机构控制液体从蓄能器27到缸23的底室26的流速以便控制叶片顺桨的角速度。

图5是根据本实用新型第一实施方式的用于风轮机叶片5的液压式叶片变桨系统的主要部件的示意图。在该实施方式中，三个蓄能器27a、27b、27c用于单个叶片5的紧急顺桨系统。通常物理上位于轮毂中的蓄能器27a、27b、27c中的每个蓄能器经由蓄能器阀28a、28b、28c和蓄能器止回阀29a、29b、29c连接至叶片变桨系统及其先导回路17。在正常操作期间以及在紧急顺桨操作期间，每个蓄能器27a、27b、27c以及对应的蓄能器阀28a、28b、28c和蓄能器止回阀29a、29b、29c的基本功能类似于图4所示的叶片变桨系统中类似部件27、28、29的功能。

在图6中示出了根据本实用新型第二实施方式的用于风轮机叶片5的液压式叶片变桨系统的主要部件的示意图，在该实施方式中，多个蓄能器27a、27b、27c、27d被用于单个叶片5的紧急顺桨系统。该图示出了蓄能器27a、27b、27c、27d可以如何分组设置，每组中的蓄能器27a-27b、27c-27d共用公用的蓄能器阀28a、28b以及公用的蓄能器止回阀29a、29b。在所示实施方式中，第一组包括蓄能器27a和27b以及蓄能器阀28a和蓄能器止回阀29a，而第二组包括蓄能器27c和27d以及蓄能器阀28b和蓄能器止回阀29b。每组部件的基本功能类似于图4所示的叶片变桨系统中类似部件27、28、29的功能。

Claims

1.一种风轮机（1），其特征在于，该风轮机包括具有至少两个叶片（5）的转子（4）以及用于控制所述叶片的变桨角度的叶片变桨系统，

对于每个所述叶片，所述叶片变桨系统包括：

液压式叶片变桨驱动装置（8），该液压式叶片变桨驱动装置包括一个或更多个液压致动器（16）；以及

两个或更多个液压蓄能器（27a,27b,27c,27d），所述两个或更多个液压蓄能器专用于提供用于操作该叶片的所述液压式叶片变桨驱动装置的液压压力。

2.根据权利要求1所述的风轮机，其特征在于，所述两个或更多个液压蓄能器并联联接。

3.根据权利要求1所述的风轮机，其特征在于，所述蓄能器连接至一个或更多个阀（21）的压力液口（P），所述一个或更多个阀用于在所述风轮机的正常操作期间控制所述叶片变桨系统的所述一个或更多个液压致动器（16）的运动。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的风轮机，其特征在于，所述蓄能器被设置成向叶片的紧急顺桨系统提供必要的液压压力，以将所述叶片转动至其顺桨位置，所述蓄能器通过独立的阀组连接至所述叶片变桨系统的所述一个或更多个液压致动器（16）。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的风轮机，其特征在于，所述蓄能器以一个或更多个蓄能器形成组的方式分组设置，每组蓄能器通过公用阀组（28a，29a；28b，29b）连接至所述叶片变桨系统及其先导回路（17）。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的风轮机，其特征在于，所述风轮机还包括该风轮机的不止一个叶片的所述液压变桨系统公用的一个或更多个附加蓄能器，所述一个或更多个附加蓄能器被布置成在所述叶片中的一个或更多个叶片的专用蓄能器失效的情况下用作备用蓄能器。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的风轮机，其特征在于，所述两个或更多个液压致动器（16）并联联接。