用于风力涡轮机的利用先导式加压储存器的液压变桨距系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种流体控制系统，该流体控制系统用于操作用于包括变桨距系统的风力涡轮机的变桨距控制系统，该变桨距系统通过至少一个液压促动器驱动至少一片转子叶片。本发明还涉及一种配备有流体控制系统的风力发电机。
【背景技术】
[0002]标准的风力涡轮机利用变桨距系统来转动转子叶片。转子叶片发生转动以改变从风提取的能量的量，由此优化动力产生。进一步地，变桨距系统是风力涡轮机最重要的单个安全系统，叶片被转到预定的位置则不从风提取能量。
[0003]本发明涉及液压变桨距系统。常规的液压变桨距系统通过每个叶片使用一个或更多个线性液压缸来转动风力涡轮机的叶片。液压缸放置在涡轮机的旋转轮毂中。根据期望的运动方向，液压缸通过在气缸的活塞侧或气缸的杆侧上供给加压液压流体促动。
[0004]加压液压流体由动力组供给，该动力组包括储罐、栗和电动机。由于储罐现有的设计，动力组放置在风力涡轮机的短舱中。这意味着，加压液压流体必须从涡轮机的固定部件转移至旋转轮毂。这通常是利用液压滑环或旋转接头，其能使液压流体从旋转轮毂来回。
[0005]将整个变桨距系统移至旋转轮毂，使液压漏油的风险、变桨距系统的成本和涡轮机中的变桨距系统分布的成本最小化，是非常有益的。
[0006]在可以将整个液压变桨距系统移入旋转轮毂内之前必须解决一些问题。然而，最大的问题是如何将液压流体储存在旋转轮毂中。储罐中的油的体积是根据系统状态而变化的，例如，气缸伸长多远以及随着系统温度的变化有多少油在液压蓄能器中。由此，储罐的容量必须是可变的。而且，旋转储罐可以不混合油和空气、可以是不泄漏的并且在被向上向下转动360°时能够运行。
[0007]在诸如美国专利第7，658，594号、￥003091577和1^2012/0134827六1的专利申请中，公开了若干概念，但这些解决方案从未被成功地实施。
【发明内容】
[0008]在此背景下，本发明的目的是提供一种新的，更可靠的技术，用于储存用于在风力涡轮机轮毂中的变桨距系统中利用的液压流体。
[0009]本发明提供了一种流体控制系统，该流体控制系统用于操作用于包括变桨距系统的风力涡轮机的变桨距控制系统，该变桨距系统通过至少一个液压促动器驱动至少一片转子叶片。流体控制系统的液压栗被供给了液压流体，液压流体来自安装在风力涡轮机的旋转部件上的液压储存器，该液压储存器是由变桨距系统自身加压的先导式加压液压储存器。该先导式加压液压储存器包括经由杆连接至先导活塞的储存器活塞，其中，该储存器活塞的活动储存器活塞面大于先导活塞的活动先导活塞面。
[0010]本发明意在解决以上问题，因此提供了一种液压变桨距系统，其中，所有的部件，包括液压储存器，都能放置在风力涡轮机的诸如旋转轮毂的旋转部件中或旋转部件上。[0011 ]本发明提供了以下解决方案用来达到上述目的:
[0012]液压流体必须被封装在不会泄漏的储存器中且不与周围大气接触，并且具有可变的体积。体积的变化取决于在变桨距促动器中使用的和在液压蓄能器中储存的液压流体的量。如果用于栗吸入侧的供给压力降到低于近似大气压，向变桨距系统供给来自储存器的加压液压流体的栗就不能正常地运行。由此，栗吸入侧的压力必须保持在此水平之上。
[0013]实现这个的一种方式是将液压流体储存在被设计成类似液压蓄能器一一弹簧承载、质量承载、气体承载的储存器中。最显而易见的是气体承载的蓄能器，因为这在风力涡轮机产业中是标配并且它能在360°的旋转下运行。这样的系统能从W002/48545A1中知晓。然而，气体承载的蓄积器不能独立于封装在液压蓄能器中的油量而供给恒定的压力。随着储存在蓄积器中的油量的增加，压力将指数性地增大。由于在，例如，紧急停止过程中，油必须回到加压储存器中，而液压促动器伸长至其全长且专用于紧急停止的液压蓄能器被清空，因此储存器压力的增大会导致可用变桨距力的大量损失。
[0014]理想的是一种在运行过程中保持相对恒定的储存器压力，以使得吸入侧上的栗压力永不降到大气压以下。
[0015]使用无任何空气的加压储存器可以实现360°旋转而不需要栗吸入空气或油的泡沫。
[0016]US 2012/0134827A1提出通过基于来自液压栗吸入侧的反馈测量的可控容量变化机构来控制储存器中的压力。
[0017]与之相反，本发明基于无任何控制回路的被动系统，储存器中的压力反而是基于变桨距系统中的液压压力本身。
[0018]将储存器设计成储存器活塞的活动储存器活塞面大于先导式加压液压储存器的先导活塞的活动先导活塞面一一即，储存器一侧和先导一侧的可动部件的面积比，例如是1:200，就会使得系统先导压力是200巴时，储存器压力是I巴。由此，将储存器的先导侧连接至变桨距系统中的高压区，可以无需控制即能使储存器的压力相对系统压力处于已明确限定的水平。
[0019]在一实施例中，先导压力来自用于储存用于紧急停止功能的加压液压流体的液压蓄能器的流体侧。
[0020]在一实施例中，先导压力来自用于储存用于紧急停止功能的加压液压流体的液压蓄能器的气体侧。
[0021]在一实施例中，先导压力来自仅用于为加压储存器加压的液压蓄能器，由此，系统的压力源不再向系统供给压力，且即使压力源不活动，液压储存器仍能加压。
[0022]US 4691739和US 4538972公开了加压储存器，但在两件参考文献中，先导压力皆由系统的压力源供给。将储存器与蓄积器而不是与压力源组合利用，可以在压力源不工作时仍能维持压力，这在需要储存器总是加压的情形中能提供巨大的益处。
[0023]在一实施例中，先导压力来自加压气体储存器，这进一步简化系统，减少可动部件的数量。
[0024]在一实施例中，先导压力来自辅助功能件。
[0025]在一实施例中，先导压力来自系统的供给源，较佳的是液压栗。
[0026]在本发明中，“先导压力”被定义成在系统中，例如，在加压蓄积器中，已存在的压力，或由系统的压力源生成的压力。通过使用此压力，可以利用具有两不同面积的活塞将先导压力减小或增大至所期望的水平。
[0027]在一方面，用于加压先导式加压液压储存器的先导压力被连接至液压蓄能器的流体侧。
[0028]在一方面，用于加压先导式加压液压储存器的先导压力被连接至液压蓄能器的气体侧。
[0029]在一方面，用于加压先导式加压液压储存器的先导压力被连接至加压气体容器。
[0030]在一方面，用于加压先导式加压液压储存器的先导压力被连接至风力涡轮机中的任何加压系统。
[0031]在一方面，液压促动器、液压栗和先导式加压液压储存器都被容纳在风力涡轮机的轮毂中。
[0032]在一方面，通过利用具有作用在可用体积和先导体积上的不同面积的活塞，该先导式加压液压储存器由变桨距系统自身加压，从而不需要外部压力控制单元。
[0033]在一方面，风力涡轮机的该旋转部件是该风力涡轮机的轮毂或叶片。
[0034]在一方面，该液压储存器被放置在风力涡轮机的该旋转部件中。
[0035]在一方面，该储存器活塞的活动储存器活塞面积比该先导活塞的先导活塞面积要大20至1000倍之间，较佳地100至600倍之间，最佳地150至400倍之间。
[0036]如果储存器活塞的活动储存器活塞面相比先导活塞的先导活塞面大得太多，就会增加在液压流体中混入空气的风险。然而，如果这个比例太小，先导式加压液压储存器将会对特定的先导压力过于灵敏。因此，本发明中的活塞的大小比例在安全和功能性之间提供了有益的关系。
[0037]在一方面，活动储存器活塞面被设置在该储存器活塞的连接有该杆的一侧，在一方面，活动先导活塞面被设置在该先导活塞的连接有该杆的一侧。
[0038]将先导式加压液压储存器形成为:储存器活塞和先导活塞的活动面是连接有活塞杆的侧，其益处在于，相较于位于储存器活塞的活动侧，活塞杆会占据先导活塞活动侧的相对较大的部分，从而更容易增大活动储存器活塞面和活动先导活塞面之间的大小比例。
[0039]本发明进一步地提供了一种风力发电机，该风力发电机配备有根据以上任一说明所述的流体控制用于使风力涡轮机转子叶片变桨距的系统。
[0040]使用根据本发明的用于使风力涡轮机的转子叶片变桨距的流体控制系统的益处在于，即使安装在风力涡轮机的转动部件上，此流体控制系统仍能正常运行一一因此能够避免用于在风力涡轮机的固定部件和旋转部件之间转移加压液压流体对机械灵敏的部件--诸如旋转接头。
【附图说明】
[0041 ]下文中，将参照附图对本发明进行详细说明，其中:
[0042]图1示出液压变桨距系统的一个实施例的图解，其中先导式加压液压储存器由液压蓄能器加压；
[0043]图2示出根据本发明的先导式加压储存器的示意图；
[0044]图3示出先导式加压储存器的第二实施例的示意图；
[0045]图4示出液压变桨距系统的一个实施例的图解，其中先导式加压液压储存器由液压蓄能器的气体加压；
[0046]图5示出液压变桨距系统的一个实施例的图解，其中先导式加压液压储存器由专用的液压蓄能器加压；
[0047]图6示出液压变桨距系统的一个实施例的图解，其中先导式加压液压储存器由专用的加压气体容器加压；
[0048]图7示出液压变桨距系统的一个实施例的图解，其中先导式加压液压储存器由来自结合在储存器中的气体体积的气体压力加压;及
[0049]图8示出液压变桨距系统的一个实施例的图解，其中先导式加压液压储存器由来自风力涡轮机中的另一加压系统的流体或气体压力加压。
【具体实施方式】
[0050]图1示出了液压变桨距系统的第一示意图，液压变桨距系统包括由液压阀2控制的变桨距促动器I。用于控制变桨距系统的压力和液流通过