专利名称：用于风力涡轮机的浆距角的调节系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于风力涡轮机的浆距角的调节系统。更具体地，本发明涉及一种用于典型地在兆瓦输出范围的高额定容量的风力涡轮机的浆距角的调节系统。
背景技术：
在风力发电站，风力得以被利用。其中，风的动能例如通过风力涡轮机的旋转叶片转化成电能。风能是一种来源于太阳辐射的可再生能量。因此，风力涡轮机被越来越多地用于电能生产。风力涡轮机的一个显著技术问题 是风速随机变化很大，而且地面摩擦会引起风速梯度。在现代发电站中通过调节浆距角来实现对转子获得功率的调节。风力涡轮机达到其额定功率使用的风速被称作其额定风速，当风速变化时，发电机和涡轮机的旋转速度可以在低于额定风速下变化。超过额定风速，通过调节浆距角来保持旋转速度和功率为恒定值。通常，通过使叶片偏斜到与旋转平面呈90度，大型风力发电站会出现停机。在此情况下，对于每个叶片必须有相应的浆距角调节，即，使得可分别地并彼此独立地调节每个叶片。这意味着例如在一个叶片失灵时，可以调节其它叶片，以致可以停止涡轮机。原则上，浆距角总是保持恒定，直到涡轮机的额定风速。在这种情况下，当风速变化时，涡轮机的旋转速度会改变，从而使得叶片相对于气流的入射角保持在恰当位置。超过涡轮机额定风速时，叶片的桨距角被调节，以致获得的速度和功率与额定风速时相同。当风速增大时，叶片的入射角被降低，在这种情况下，叶片得到在风中较小部分的功率。更具体地，为此目的，风力涡轮机配备有用于桨距角的调节系统，利用这些系统，通过使转子的叶片绕其纵轴线偏斜来调节叶片角度，在此情况下，在变化的风力状况下实现最优功率的风力发电站运行，同时提高了风力涡轮机的起动性，例如在过高风速下风力涡轮机的运行通过使叶片偏斜到空闲状态而被阻止。现今，桨距角或者通过电动方式或者通过液压方式来调节。在电动调节中，使用齿轮电机，叶片的偏斜轴承配备有齿轮缘。齿轮电机包括连接到齿轮缘的小齿轮(pinion)。齿轮电机中速度值相当高，大约为1000。这些电机通常是直流电机，并且配置有大的冷却风扇。系统在没有外部电力供应情况下也必须能运行，为此在转子的轮毂中设置了电池。这些类型的旋转电池寿命较短。除此之外，需要在轮毂中设置用于调节浆距角的接线盒和其它电力装置，在此情况下，系统复杂。在液压调节中，叶片是通过液压方式偏斜的。许多现有技术的系统在旋转的轮毂中包含许多组件，这会引起技术问题。
发明内容
本发明的目的是要实现一种用于调节风力涡轮机的浆距角的系统，其比现有技术的方案更加简单，运行更加可靠。更具体地，一个目标是要实现一种系统，其中将旋转轮毂中液压组件的数量减至最小。此外，通过此发明，希望降低机械应力，并提高涡轮机的效率比和生产率。根据本发明的系统基于例如机械液压方案，其中借助在旋转轴线的方向上运动并相对于其它轴线倾斜的驱动装置来实现浆距角的调节。杆形控制部件在轴承上安装到(铰接到)驱动装置上，该控制部件连接到叶片，以使叶片偏斜，以及用于调节浆距角。在根据本发明的系统中，可以极简单和可靠的布置结构来连续地调节浆距角。根据本发明的系统的本质特征在独立权利要求I详细描述,而其优选实施例本质特征在其它权利要求中详细描述。通过倾斜驱动装置，根据一直到额定风速的风力梯度(风切变)，实现了电池效率。 超过额定风速时，通过倾斜，在轮边缘的整个区域中实现了均匀负载。当风速增大到过高时，系统能够将叶片偏斜到空闲状态，使其用作空气动力制动器。
下面，通过借助一些实施例并参照附图更加详细地描述了本发明，其中，
图I示出了一个风力涡轮机，
图2以局部剖视图示出了风力涡轮机的轴和根据本发明的调节系统，
图3以透视图示出了根据本发明的调节系统的倾斜后视图，和 图4以透视图示出了根据本发明的调节系统的倾斜前视图。
具体实施例方式图I示出了兆瓦功率范围(典型地超过2. 5兆瓦)的风力涡轮机的机器102，其设置于塔架101顶上，该机器包括机舱103、转子104以及轮毂106，转子104包括三个叶片105a-105c。叶片借助环形轴承附连到轮毂。塑料盖处于轮毂的外侧上。在图I所示的发电机不通过轴承而直接连接到转子轮毂的直驱式风力涡轮机中，转子的旋转轴线107是水平的或几乎水平的。属于机舱的轴在内部是开放的。在机舱内部以及在轮毂内部设置了根据本发明的用于浆距角的调节系统。根据本发明的浆距角调节系统基于在转子的旋转轴线方向(轴线方向)上运动且相对于其它轴线倾斜的所谓旋转斜盘(swash plate)类型的驱动装置，通过借助控制杆，该驱动装置连续地调节转子叶片的浆距角。图2示出了轮毂内部的轴和调节系统。离开安装在中空轴111内部轴承上的驱动装置112的是杆，这些杆具有使叶片偏斜的固定凸耳113a-113c。纵向调节汽缸114a_114c(3个单元，在轮缘上以120度间隔)以铰接方式在其端部之一固定到中空轴111，并在其另一端部固定到驱动装置的不旋转框架部件120，沿纵向固定的滑动管115移动该驱动装置。设置在固定滑动管的顶上的驱动装置是旋转斜盘类型的驱动装置，其由不旋转的框架部件120和在轴承上安装到其上的旋转铰接部件121形成。在汽缸被控制为不同长度时，滚珠轴承使整个驱动装置能够倾斜。使叶片偏斜的控制杆113a-113c铰接到驱动装置的旋转铰接部件。
图3和图4示出了现有的停止汽缸117 (每个叶片一个)，叶片的环形轴承118 (三个单元)和蓄压器119 (每个停止汽缸一个)。调节汽缸114a_114c通过所述旋转斜盘使环形轴承118偏斜。当调节汽缸的长度变成彼此不同时，所述旋转斜盘倾斜，以此方式，通过叶片的旋转边缘，可以驱动浆距角连
续变化。停止汽缸117能够使叶片偏斜到相对于旋转平面呈90度角，以此方式叶片用作空气动力制动器。如果在故障情况下不能使用常规电源供应，蓄压器119能够实现紧急停止。用于每个叶片的控制杆113a_113c以铰接方式连接到驱动装置，该控制杆连接到每个叶片的柄部(butt part)，使得可以通过用调节汽缸使驱动装置移动的方式来调节浆距角。可引起驱动装置沿固定的滑动管115滑动，并且可使驱动装置因其滚珠轴承而被倾斜。
对本领域技术人员而言显然的是，本发明的不同实施例不只局限于上面描述的例子，这些实施例可在所附权利要求的范围内变化。代替调节汽缸，还可以使用例如直线电机。
权利要求
1.用于风力涡轮机(102)的浆距角的调节系统，所述风力涡轮机包括水平的或与水平面呈一小角度的旋转轴线(107)和以允许叶片(105-105C)偏斜的方式与叶片相连的旋转轮毂(106)，其特征在于所述系统包括 设置在轮毂和/或轴内部的调节布置结构，所述布置结构包括在所述旋转轴线的方向上运动的驱动装置(112)以及调节汽缸设备(114a-114c)或用于使其运动的相应设备，以及 用于每个叶片的杆形控制部件(113a-113c)，这些杆形控制部件以铰接方式连接到所述驱动装置，所述控制部件连接到每个叶片的柄部，使得可以通过移动所述驱动装置来调节所述浆距角。
2.根据权利要求I所述的调节系统，其特征在于，能引起所述驱动装置沿固定滑动管(115)滑动。
3.根据前述权利要求中任一项所述的调节系统，其特征在于，倾斜驱动装置被设置成在所述固定滑动管的顶上滑动，所述倾斜驱动装置由不旋转的框架部件(120)和在轴承上安装到框架部件(120)上的旋转铰接部件(121)组成，使叶片偏斜的杆形控制部件被铰接到所述旋转铰接部件。
4.根据前述权利要求中任一项所述的调节系统，其特征在于，用独立的停止汽缸能够使叶片偏斜到停止位置，从而使得每个叶片能被单独地偏斜到所述停止位置。
全文摘要
用于风力涡轮机(102)的浆距角的调节系统，所述风力涡轮机包括水平的或与水平面呈一小角度的旋转轴线(107)和以允许叶片(105-105c)偏斜的方式与叶片相连的旋转轮毂(106)，在该系统中，调节布置结构被设置于轮毂和/或轴内，该布置结构包括在旋转轴线的方向上运动的驱动装置(112)以及调节汽缸设备(114a-114c)或用于使其运动的相应设备，且还有用于每个叶片的杆形控制部件(113a-113c)，它们以铰接方式连接到驱动装置，该控制部件连接到每个叶片的柄部，使得可以通过移动驱动装置来调节浆距角。
文档编号F03D7/04GK102926931SQ20121028395
公开日2013年2月13日 申请日期2012年8月10日 优先权日2011年8月12日
发明者J.埃科拉, P.霍尔姆 申请人:默文图公司