专利名称：叶片桨距锁装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将风能设备的涡轮叶片锁紧在预定桨距角处的装置，该风能 设备包括转子轮毂和至少一个涡轮叶片，其中，至少一个叶片的叶片根部通过变桨轴承连 接到转子轮毂上，使得可通过使至少一个叶片绕着其纵向轴线相对于转子轮毂转动来调节 该至少一个叶片的桨距角。
背景技术：
调节涡轮叶片的桨距角是控制风力涡轮的旋转速度(rpm)的一种方式。为了降低 负载或者完全停止旋转，将叶片引导到顺桨位置，此处风将不会与叶片接合，且叶片被迫失 速，且涡轮的旋转将减慢和/或停止。一旦涡轮停止且叶片已经被置于停机位置，重要的是 叶片的桨距角不会意外地改变，因为这将导致叶片捕捉空气，从而引起涡轮的不受控制的 旋转。为此，需要用于叶片的某类锁紧机构，且这类锁紧机构在维护工作期间尤为重要，在 维护工作期间，意外旋转事件可对构件且甚至对在风力涡轮上执行这种维护的工作人员造 成重大损伤。使涡轮停机的另一个原因是风能设备的设计所不能应付的极端的风况。在这 种情况下，叶片被置于无动力的顺桨位置，以保护风能设备。迄今为止，已经通过液压系统或盘式制动器形式的阻止器件或应用于叶片上的气 动器件来使涡轮叶片保持就位，从而确保作用于叶片上的空气动力将不会导致桨距改变， 且不会导致涡轮开始转动。与许多类似的传统系统有关的缺点在于它们依赖于外力以便恰 当地起作用，这增加了某种故障风险(例如在断电的情况下)。而且，许多调节机构和锁紧 件都依赖于电气控制系统，电气控制系统在进行安装和维护(两者)时是复杂和昂贵的。包括盘式制动器的阻止器件的实例在US6428274中有公开，在该专利中，可活动 的锁紧件连接到各个转子叶片，且防止转子叶片转动到操作位置上，但是允许转动到顺桨 位置。另外，GB2191823公开了一种用于冲压空气涡轮转子叶片的、包括锁紧件的调节器件， 当被启动时，其使叶片转动到顺桨桨距上，且将叶片锁紧在该位置上。
发明内容
本发明的一个目标是提供一种用于将涡轮叶片锁紧在预定桨距角处的改进的锁 紧装置，优选地，其中，预定桨距角对应于涡轮叶片的顺桨位置。根据本发明的实施例，提供了一种用于风能设备的系统，其将提高安全性和可靠 性，且能够不依赖于任何控制系统或电气系统来将风能设备的叶片保持锁紧在预定位置 上。本发明的这个和另外的目标由用于风能设备的锁紧装置实现，该风能设备包括转子轮 毂和至少一个涡轮叶片，其中，该至少一个叶片的叶片根部通过变桨轴承连接到转子轮毂 上，使得可通过使该至少一个叶片绕着其纵向轴线相对于转子轮毂转动来调节该至少一个 叶片的桨距角，并且其中，锁紧装置包括机械式卡扣机构，该卡扣机构在锁紧位置上防止该 至少一个涡轮叶片绕着其纵向轴线转动，从而将叶片固定在预定桨距角上。根据本发明的锁紧装置产生若干个优点，其中最有益的优点如下
_稳固且可靠的叶片锁机构；-安装、操纵和维护起来廉价和简单的叶片锁装置；-具有机械锁的锁紧装置，其不依赖于任何额外的功率供应来锁紧风能设备的叶 片，从而导致没有桨距角不受控制地改变的风险的安全性高的叶片锁系统。根据本发明的锁紧装置布置成以便将涡轮叶片锁紧在一个预定桨距角上。本发明 尤其有利于例如在维护工作期间将涡轮叶片锁紧到顺桨桨距上，但是本发明也可用于将叶 片锁紧到其它桨距角上。由根据本发明的装置锁紧的叶片所处的位置取决于锁紧装置安装 到了变桨轴承上的何处。作为实例，为了将涡轮叶片锁紧到顺桨桨距上，在这样的位置上将 装置安装到变桨轴承上当叶片已经相对于轮毂转动到顺桨角中时，锁紧装置的卡扣机构 启动，从而相对于轮毂固定叶片。理解到风能设备的一般操作在本领域中是已知的，且因此将不对其进行详细描 述。例如，风能设备包括叶片变桨系统，涡轮叶片的桨距角借此可相对于风向以连续的方式 改变以及锁紧到不同的角度上。叶片变桨系统进一步包括联接到轮毂和叶片上的一个或多 个促动器，以通过(使叶片)绕着其纵向轴线相对于转子轮毂转动来改变叶片的桨距角。促 动器可由任何适当的手段驱动，例如但不限于液压流体、电功率和/或机械动力。叶片变桨 系统进一步包括用于将叶片持续地固定在任何期望的桨距角上的器件，如本领域所知的那 样，例如通过齿轮系统和/或借助于盘式制动器。但是，根据本发明的叶片锁装置用来以机 械的方式将叶片锁紧到为某个目的而选定的一个特定的桨距角上。一个这种目的可为例如 在维护工作期间或者由于极端的风况的原因而将叶片锁紧在顺桨位置上。根据本发明的一方面，锁紧装置包括永久地连接到轮毂上的一个轮毂部分和永久 地连接到涡轮叶片上的一个叶片部分。各个部分包括分别永久地附连到轮毂和叶片上的安 装板。当将叶片锁紧在某个桨距上时，促动器使叶片相对于轮毂转动，直到使得叶片安装板 靠近轮毂安装板为止。在此位置上，锁紧装置的卡扣机构启动，导致轮毂部分和叶片部分借 助于形状配合而彼此连接，从而防止涡轮叶片的进一步转动。根据本发明的另一方面，叶片部分至少包括第一锁紧块和第二锁紧块，第一锁紧 块和第二锁紧块安装在距彼此某个距离处，从而在这两个块之间限定开放空间。另外，轮毂 部分包括突起元件，其设计成基本匹配由锁紧块限定的开放空间。优选但不必要地，突起元 件是突起的枢转元件，但同样可行的是突起元件可为可动锁紧销的形式。优选沿朝向涡轮 叶片的变桨轴承的方向持续地压挤枢转元件。当锁紧未锁紧的涡轮叶片时，叶片绕着其纵 向轴线相对于轮毂旋转，且锁紧装置的叶片部分随之旋转。锁紧装置的轮毂部分相对于转 子叶片固定。当叶片已经转动到轮毂部分和叶片部分会合所处的位置时，突起的枢转元件 将卡入两个锁紧块之间的开放空间中，从而使这两个部分彼此连接，从而锁紧叶片。本领域技术人员将理解，轮毂部分和叶片部分分别是可互换的，意思是说它们可 彼此调换位置，使得叶片部分可同等地连接到转子轮毂上，反之亦然，而不影响本发明的锁 紧功能。根据本发明的又一方面，通过弹簧元件的力朝向涡轮叶片持续地压挤枢转元件。 在锁紧模式中，弹簧元件将确保枢转元件在锁紧块之间的开放空间内保持就位。根据本发明的又一方面，锁紧装置包括这样的器件该器件用于使轮毂部分和叶 片部分彼此断开，从而使装置解锁，使得叶片可再次旋转。优选但不排它地，用于使枢转元件与锁紧块之间的开放空间断开的器件包括电磁体，当启动时，该电磁体缩回弹簧元件，使 得枢转元件从两个锁紧块之间的开放空间中释放。连接到转子叶片上的部分因此与连接到 转子轮毂上的部分断开，而转子叶片能够自由旋转。
图1是揭示了根据本发明的锁紧装置的内部结构和优选型式的、风力涡轮的局部 示意性转子轮毂的透视图；图2是根据本发明的一个优选实例的锁紧装置的透视图，其显示了在锁紧模式中 的叶片锁紧装置；图3A-3C连续地显示了根据本发明的一个优选实例的叶片锁紧装置如何从未锁 紧位置达到锁紧位置；图4A是本发明的一个实施例的平面图；以及图4B是沿着线A-A得到的图4A的实施例的截面图。
具体实施例方式以下详细描述和包含在其中的实例仅仅是出于描述和说明本发明的某些实施例 的目的而提供的，且它们无论如何不意在限制本发明的范围。图1示出了具有三个变桨轴承4的风能设备的转子轮毂2，各个变桨轴承4用来接 收涡轮叶片(未显示)。各个变桨轴承4包括连接到轮毂2上的环形法兰22，以及构造成 以便与转子叶片进行可操作的连接的环形轴承环41。看到一个变桨轴承4包括根据本发明 的锁紧装置1。图1中的锁紧装置1显示为处于锁紧模式中，从而阻止叶片(未显示)绕 着其纵向轴线相对于转子轮毂2旋转。如由图1所示的那样，锁紧装置1包括连接到法兰 22上的一个轮毂部分10，以及连接到转子叶片的轴承环41上的一个叶片部分11。各个部 分10、11分别包括安装板，其中，一个安装板21永久地附连到轮毂2的法兰22上，而一个 安装板31永久地附连到转子叶片的轴承环41上。两个部分10、11由卡扣机构互连，借此 变桨轴承4锁紧在预定位置上，该预定位置取决于锁紧装置1在变桨轴承4上附连在何处。图2进一步示出了叶片锁装置1的优选细节。再次看到该装置处在锁紧模式中， 两个部分10、11由卡扣机构互连。永久地附连到法兰22上的板21包括安装到保持块211 上且由保持块211保持就位的突起的枢转元件210。借助于弹簧元件213朝向板31持续 地压挤枢转元件210。板31永久地附连到转子叶片的轴承环41上。更具体而言，枢转元 件210被压挤到例如由安装到永久地连接到轴承环41上的板31上的两个锁紧块310、311 限定的开放空间中。两个锁紧块310、311定位成以便接收和保持枢转元件210和保持块 211，从而导致变桨轴承4得到固定，且涡轮叶片(未显示)和转子轮毂2相对于彼此锁紧。 另外，根据本发明的锁紧装置优选包括传感器12、13。一个传感器12表明枢转元件的位置 (升起或降低)，而一个传感器13表明附连到轮毂上的安装板21相对于附连到转子叶片上 的安装板31的位置的位置，意思是说传感器13表明装置1是在锁紧位置上还是在未锁紧 位置上。图3A-3C连续显示了如何通过卡扣机构来实现由根据本发明的锁紧装置1锁紧涡 轮叶片。在图3A中看到处于未锁紧模式中的锁紧装置1的两个部分10、11以及它们的相应的安装板21、31，转子叶片的轴承环41以两个部分10、11断开和彼此分开的这样的方式 相对于轮毂2转动。弹簧元件213朝向轴承环41持续地推动枢转元件210，使得突起的枢 转元件210的至少一部分持续接触轴承环41。枢转元件210安装到保持块211上，且可绕 着其保持轴线枢转。如在图3B中看到的那样，转子叶片已经相对于转子轮毂2转动，且因此，轴承环41 已经相对于法兰22以使得安装板31已接近安装板21的方式移动。该移动将导致前锁紧 块310进入突起元件210且处于其下方，从而促使其向上枢转。这由于锁紧块310的优选 斜坡状形状而得到促进，斜坡状形状允许枢转元件210向上滑动且到达锁紧块310的上表 面上，如在图3B中看到的那样。最后，图3C显示了在卡扣机构已经启动之后的、在锁紧模式中的根据本发明的一 个优选方面的锁紧装置1。这里，轴承环41与图3B相比已经转动得更远一些，从而导致枢 转元件210在斜坡状锁紧块310的顶部上进一步滑动，直到(在一点处)枢转元件滑过且 穿过块310的边缘，且卡入两个有一定距离的锁紧块310、311之间的空间中。由于弹簧元 件213才实现卡扣机构，弹簧元件213在整个过程中向下压挤枢转元件210。直接定位在锁 紧块310之后的板31中的凹槽312在尺寸上适于枢转元件210的形状，以便接收和固持该 枢转元件210。一旦在锁紧位置上，就至少以三种方式防止涡轮叶片进一步转动。第一，弹簧力将 保持相对于法兰22向下压挤枢转元件210。第二，枢转元件210的尖端部分位于锁紧块310 的后部竖直边缘附近，这会阻止沿一个方向转动，而且第三，保持块211在锁紧装置1的第 二锁紧块311附近，这会阻止沿另一个方向的转动。枢转元件210和保持块211 —起基本匹配两个锁紧块310、311之间的空间。一旦 使得分别连接到法兰22和轴承环41上的板21、31彼此靠近且如图3C中那样互连，转子叶 片就将相对于轮毂2固定，且转子叶片不能够绕着其纵向轴线旋转。叶片的桨距角因此得 到锁紧。 为了使根据本发明的装置1解锁，通过相对于轴承环41向上枢转来从锁紧块310、 311之间的空间中缩回枢转元件210。可例如通过结合电磁体与弹簧元件213来实现这种 缩回。可启动电磁体，使得弹簧缩回，且弹簧将枢转元件210提升离开锁紧块310、311之间 的锁紧位置。图4A-B显示了永久地连接到转子轮毂2的法兰22上的锁紧装置1的轮毂部分 10。图4A是其平面图，且从上面显示了安装板21，而图4B是沿着图4A的线A-A得到的截 面图。这里看到弹簧元件213安装在弹簧壳体214内，且通过杆215进一步连接到枢转元 件210上，杆215紧固到枢转元件210的上侧上。本发明不应视为由上述实施例限制，而是本发明可在所附的权利要求书的范围内 改变。例如，枢转元件210可与本文所描述的(方式)不同地成形，且一个风能设备可包括 不止一个安装好的叶片锁装置1。如本领域技术人员将容易地理解的那样，许多其它变化也 是可行的。
权利要求
一种用于将风能设备的涡轮叶片锁紧在预定桨距角处的锁紧装置，所述风能设备包括布置成以便支承至少一个涡轮叶片的转子轮毂(2)，其中，用于所述至少一个涡轮叶片的所述锁紧装置(1)借助于变桨轴承(4)连接到所述转子轮毂上，所述变桨轴承(4)布置成使得能够通过使所述至少一个涡轮叶片绕着该至少一个涡轮叶片的纵向轴线相对于所述转子轮毂(2)转动来调节所述至少一个涡轮叶片的桨距角，其特征在于，所述锁紧装置(1)包括机械式卡扣机构，所述机械式卡扣机构在锁紧位置上防止所述至少一个涡轮叶片绕着该至少一个涡轮叶片的纵向轴线转动，从而将所述至少一个涡轮叶片固定在所述预定桨距角上，其中，所述锁紧装置(1)进一步包括永久地连接到所述转子轮毂(2)上的轮毂部分(10)和永久地连接到所述至少一个涡轮叶片上的叶片部分(11)，这些部分(10，11)在锁紧模式中通过所述卡扣机构而彼此连接，以防止所述至少一个涡轮叶片沿任何方向进一步转动。
2.根据权利要求1所述的锁紧装置，其特征在于，所述预定桨距角对应于所述至少一 个涡轮叶片的顺桨位置。
3.根据权利要求1或2所述的锁紧装置，其特征在于，所述叶片部分(11)至少包括第 一锁紧块(310)和第二锁紧块(311)，所述第一锁紧块(310)和第二锁紧块(311)安装成距 彼此有一定距离，从而限定开放空间，其中，所述轮毂部分(10)包括突起元件(210)，所述 突起元件(210)设计成基本匹配由所述锁紧块(310，311)限定的所述开放空间，并且其中， 所述锁紧模式对应于所述突起元件(210)定位在所述开放空间内时的位置。
4.根据权利要求3所述的锁紧装置，其特征在于，所述突起元件是枢转元件(210)，所 述枢转元件(210)在朝向所述至少一个涡轮叶片的轴承环(41)的方向上持续地受压挤。
5.根据权利要求3或4所述的锁紧装置，其特征在于，所述突起元件(210)被持续地压 挤到所述锁紧块(310，311)限定的所述开放空间中，以使所述轮毂部分(10)和所述叶片部 分(11)彼此连接，以防止所述至少一个涡轮叶片相对于所述转子轮毂(2)进一步转动。
6.根据权利要求5所述的锁紧装置，其特征在于，所述突起元件(210)被弹簧元件 (213)的力持续地压挤。
7.根据权利要求2至6中任一项权利要求所述的锁紧装置，其特征在于，所述锁紧装 置进一步包括用于通过使所述突起元件(210)移动远离所述开放空间来使所述轮毂部分 (10)和所述叶片部分(11)彼此脱开的器件。
8.根据权利要求7所述的锁紧装置，其特征在于，用于使所述轮毂部分(10)和所述叶 片部分(11)彼此脱开的所述器件包括电磁体，所述电磁体在启动模式中布置成以便收缩 所述弹簧元件(213)，以实现所述突起元件(21)远离所述开放空间的运动。
9.一种用于将风能设备的涡轮叶片锁紧在预定桨距角处的方法，包括以下步骤a.提供具有转子轮毂(2)和至少一个涡轮叶片的风能设备，其中，所述至少一个涡轮 叶片的叶片根部通过变桨轴承(4)连接到所述转子轮毂上；其特征在于b.在预定位置处将用于所述至少一个涡轮叶片的锁紧装置(1)安装到所述变桨轴承 (4)上、所述叶片根部和所述转子轮毂(2)之间；c.通过使所述至少一个涡轮叶片绕着其纵向轴线相对于所述转子轮毂(2)转动到预 定位置上来调节所述至少一个涡轮叶片，其中，用于锁紧所述至少一个涡轮叶片的所述装 置(1)的卡扣机构启动，且将所述至少一个涡轮叶片的桨距角锁紧到所述预定位置上。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，用于将所述锁紧装置安装在所述至少一 个涡轮叶片上的所述预定位置对应于所述至少一个涡轮叶片在顺桨位置上时的位置。
全文摘要
本发明涉及一种叶片桨距锁装置。一种用于将风能设备的涡轮叶片锁紧在预定桨距角处的锁紧装置，该风能设备包括转子轮毂和至少一个涡轮叶片，其中，该至少一个涡轮叶片的叶片根部通过变桨轴承连接到转子轮毂上，使得可通过使至少一个涡轮叶片绕着其纵向轴线相对于转子轮毂转动来调节该至少一个涡轮叶片的桨距角，并且其中，用于锁紧涡轮叶片的装置包括机械式卡扣机构，其在锁紧位置上防止至少一个涡轮叶片绕着其纵向轴线转动，从而将该至少一个涡轮叶片固定在预定桨距角上。
文档编号F03D7/00GK101994646SQ20101026693
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月18日 优先权日2009年8月18日
发明者J·赫德贝里, M·林德贝里 申请人:通用电气风能(挪威)有限公司