具有液压变桨系统的涡轮机的制作方法
【技术领域】
[0001]本技术公开内容涉及水力或风力涡轮机，特别地，涉及具有液压变桨系统的水力或风力涡轮机。
【背景技术】
[0002]水力或风力涡轮机从经过涡轮机的水流或风流中提取能量。涡轮机的示例包括潮汐涡轮机、河流涡轮机、风力涡轮机等。在潮汐涡轮机的情况下，潮汐流是高度变化的并且由于月球大/小潮效果而经受极大变化、巨浪和湍流。
[0003]—些水力和风力涡轮机系统使用定桨转子来简化它们的操作并且增加整体涡轮机的可靠性。然而，定桨转子在高速流动状况下经受非常大的转矩，因为转子没有减载机构。它们可使用低RPM失速操作以在非常高转矩下吸收能量或者只是在快速移动流时关机。
[0004]其它水力或风力涡轮机包括变桨系统，用于调节涡轮机操作并且减少来自高速流的载荷。这些变桨系统大、重且复杂，并且它们降低了涡轮机的可靠性。另外，现有的变桨系统需要叶片在根部附近脱离理想形状，从而降低了能量提取效率。
【发明内容】
[0005]描述了一种水力或风力涡轮机的变桨系统，该系统是小型的并且是高度可靠的，降低了涡轮机产生的能量的成本。变桨系统使用包括第一液压系统和第二冗余液压系统的液压系统。
[0006]涡轮机可用于任何类型的流体流，包括(但不限于)潮汐流、河流、风等。
[0007]在一个实施方式中，在按预定操作安排进行操作期间，第一液压系统和第二液压系统都被用到。例如，一个系统可使用一段时间，接着第一液压系统切换到第二液压系统，所述第二液压系统工作一段时间，接着切换回到第一液压系统，以此类推。这样使第一液压系统和第二液压系统二者免于长时间停滞并且减少仅一个系统上的磨损。
[0008]所述第一液压系统和所述第二液压系统中的每个还包括与各自的液压缸连接的减压阀。所述减压阀通过使得所述叶片能够旋转至具有较小流体动力转矩的桨距角来限制因涡轮叶片上的动态负载而作用在液压系统上的背压。另外，所述第一液压系统和所述第二液压系统的额外安全特征包括:设置相应液压系统的操作压力的安全阀、使得液压缸能够在所述液压系统发生动力损失之后悬浮的阀、当得到命令时保持相应液压缸位置的阀、在动力损失期间将涡轮机叶片偏压成不带负载的顺桨桨距角的弹簧。
[0009]使用共同的联动机构，同时改变所有叶片的桨距。联动机构适于在由叶片的底端限定的区域中附接到各叶片的底端。联动机构使用线性移动轴，线性移动轴沿着涡轮旋转轴线设置，以改变桨距。轴被第一液压系统和第二液压系统中的每个的液压活塞/缸(即，液压致动器)线性致动。这种构造有助于使液压系统紧凑。
[0010]第一液压系统和第二液压系统被完全容纳在涡轮机的鼻部区域中，从而不需要液压滑动环接口。为了辅助进行冷却，可将第一液压系统和第二液压系统的液压贮液器附接到鼻部外壳的前壁。鼻部外壳的前壁是用于安装液压贮液器的有利位置，因为被快速移动的水或空气包围的这个位置具有优异的冷却性能。可在鼻部外壳前端的外部设置用于增强热提取的翅片。
【附图说明】
[0011]图1是本文中描述的涡轮机的一部分的侧视图，为了示出内部组件，去除了鼻部外壳的一部分。
[0012]图2是图1的涡轮机的前部的内部构造的框图。
[0013]图3是涡轮机的转子部分的侧视立体图，为了示出内部构造，去除了鼻部外壳的一部分。
[0014]图4是叶片插件中的一个的可旋转安装的详细视图。
[0015]图5示出叶片插件和液压致动系统之间的连接。
[0016]图6是鼻部外壳的外部立体图。
[0017]图7不出变桨系统的液压系统。
[0018]图8示出液压系统中的一个中的自动防故障特征。
【具体实施方式】
[0019]图1示出本文中描述的涡轮机10。涡轮机10被设计成相对于流动流体设置，以便被流体驱动。在一个实施方式中，涡轮机10被浸没在经历潮汐流的水中。然而，涡轮机10可被浸没在存在可以用来产生电能的水流的任何水体中(例如，河水中)。在被风驱动的涡轮机上也可采用本文中描述的构思。
[0020]在使用时，涡轮机10包括前端12和后端16，前端12面对用箭头14指示的流动流体。涡轮机10由支承结构18支承。可选地，偏航驱动机构20可被设置成将涡轮机10绕着轴线X_X(该轴线可以是大体竖直的)旋转，以使涡轮机对着所需方向，从而通常面对流体的流动方向。
[0021]涡轮机10包括带叶片的转子部分30，带叶片的转子部分30以可旋转的方式设置在涡轮机前方，从而绕着轴线Y-Y(该轴线可以大体水平并且与轴线x-x大体垂直)旋转。转子部分30绕着轴线Y-Y的旋转使在图1中用虚线示出的轴32 (另外参见图2)旋转，所述轴用于以本领域中的普通技术人员已知的方式产生电能。作为产生电能的替代或补充，轴32的旋转可被转换成其它形式的可用能量(诸如，机械能)。
[0022]多个叶片34安装在转子部分30上，与流动流体相互作用，以产生转子部分30的旋转。叶片34是用虚线示出的，但它们的具体构造与本技术描述无关。叶片34在底端36以下述方式被可旋转地支承，使得可通过将叶片绕着叶片的大体纵向轴线Z-Z旋转来改变叶片34的桨距，以有助于控制叶片上的负载。在图示实施方式中，在转子部分30上安装有三个叶片34。但可提供更大量或更少量的叶片。
[0023]参照图1至图3，转子部分30包括鼻部外壳40，鼻部外壳40基本上是中空的并且具有前端(对应于前端12)和后端42。在使用时，前端通常面向流体的输入流14。鼻部外壳40容纳桨距变化联动机构50，桨距变化联动机构50适于机械连接到叶片34的底端，从而将叶片34同时绕着纵向轴线Z-Z旋转。另外，鼻部外壳40容纳液压致动机构52，液压致动机构52连接到桨距变化联动机构50，用于致动桨距变化联动机构。桨距变化联动机构50和液压致动机构52的所有组件被容纳在鼻部外壳40内。
[0024]现在转到叶片34的安装和图1至图2和图4，各叶片34包括叶片插件60，叶片插件60从转子30向上延伸，用于将叶片34固定到转子30。叶片插件60的底端被形成为具有上凸缘62和下凸缘64的柱状轴。上轴承66可旋转地支承上凸缘62并且下轴承68可旋转地支承下凸缘64，从而允许叶片插件60绕着轴线Z-Z相对于转子旋转。可在叶片插件60和鼻部外壳40之间设置用于密封的密封件70，以防止流体或其它材料进入转子外壳中。在风力涡轮机中，使用密封件70可以是可选的。可在叶片插件60的底端设置编码器72，用于在桨距变化移动期间检测叶片插件的旋转量。
[0025]参照图3和图5，叶片插件60合适地机械连接到桨距变化联动机构50。在图示示例中，桨距变化联动机构50包括与各叶片插件60的端部离心附接的销74。各销74固定到连杆臂76。各连杆臂76的内端固定到滑动机构78，滑动机构78被三角形滑动支承件80可滑动地支承以便在Y-Y方向上移动，三角形滑动支承件80固定在外壳40中。借助被液压致动机构52驱动的致动轴82致动滑动机构78。轴82与旋转轴线Y_Y共轴，该轴能在平行于旋转轴线的方向上移动。
[0026]为了改变叶片的桨距，随着滑动机构78被轴82相对于滑动支承件80在Υ_Υ方向上来回致动时，该移动被传递到连杆臂76，这进而造成叶片插件60绕着轴线Ζ-Ζ旋转，这使得叶片旋转以改变其桨距。因此，桨距变化联接结构50用同一致动机构52同步地改变所有叶片的桨距。
[0027]在图3中显而易见的是，桨距变化联接结构50被容纳在叶片插件60的端部之间的空间内，这样有助于使涡轮机在径向和轴向上是紧凑的。
[0028]参照图1至图3和图7至图8，液压致动机构52包括第一液压系统90和第二液压系统92。第一液压系统90和第二液压系统92的构造是相同的并且均位于转子部分30的外壳40内。甚至更具体地，第一液压系统90和第二液压系统92位于外壳40的前端和叶片34之间。
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