用于风力涡轮机的角定位系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请要求于2012年8月27日提交的第EP 12382332.0号欧洲专利申请和于2012年8月29日提交的第61/719，864号美国临时专利申请的权益。
[0002]本文公开了如在权利要求1的前序部分中限定的用于风力涡轮机的角定位系统。本角定位系统旨在用于风力涡轮机的变桨叶片机构中。然而，本角定位系统并不受限于这种特定的应用，并且可用于许多其他应用中，例如，风力涡轮机机舱偏转机构。
[0003]本角定位系统主要包括可相互旋转的第一元件和第二元件、以及用于驱动所述可相互旋转的第一元件和第二元件旋转的驱动装置。角定位系统的驱动装置包括一个或多个液压室，一个或多个液压室至少由第一元件的第一部分和第二元件的第二部分限定。
[0004]本文中还公开了如在权利要求15的前序部分中限定且包括这种角定位系统的风力涡轮机。所述风力涡轮机中的角定位系统用于驱动风力涡轮机的可相互旋转的第一元件和第二元件旋转的目的。
【背景技术】
[0005]已知的风力涡轮机设置有诸如叶片变桨机构的角定位系统。
[0006]风力涡轮机的转子包括毂和安装在毂上的多个叶片。虽然叶片能够直接螺栓固定至毂并随后搁置于其上，但是叶片通常通过变桨机构附接至毂。
[0007]变桨机构用于根据风速调节叶片的迎角以控制毂旋转速度的目的。这通过使每个叶片绕其纵向轴线(即，从叶片根部延伸至叶片顶端的轴线)旋转来执行。
[0008]叶片的用于调节其迎角的旋转取向允许对叶片上的负载进行控制。通过以任何给定值来控制叶片桨距角度，能够根据具体的电力生产需求来适当地控制毂旋转速度。
[0009]调节叶片的迎角也用于执行转子制动功能的目的。这通过由风力涡轮机变桨机构将叶片移入叶片羽位置中来实现。该位置允许叶片免受可能导致故障的损坏和磨损。
[0010]已知的风力涡轮机变桨机构通常包括变桨轴承。如上所述，变桨轴承布置在旋翼毂与旋翼叶片之间以确保旋翼叶片相对于毂的适当的旋转。
[0011]变桨轴承通常包括多排(例如，两排或三排)滚动元件(一般为球)。滚动元件将来自叶片的扭矩传送到毂，并且抵抗运转工作负载。变桨轴承还包括多个轴承座圈，例如，外侧较大的座圈轴承和内侧较小的轴承座圈的两个轴承座圈。变桨轴承的滚动元件设置在所述轴承座圈之间。
[0012]在常见的风力涡轮机变桨机构的变桨轴承中，变桨轴承座圈中的一个(例如，夕卜侧轴承座圈)连接至毂，而变桨轴承座圈中的另一个(例如，内侧轴承座圈)连接至叶片根部(或者有时连接至扩展部)
[0013]标准变桨机构还包括变桨驱动器。常见的变桨驱动器包括电机(例如电动伺服电机)、驱动小齿轮、以及与小齿轮啮合的环形齿轮。环形齿轮附接至变桨轴承的内侧轴承座圈。内侧轴承座圈的旋转驱引起变桨轴承的外侧轴承座圈的旋转，并由此驱动附接至其的旋翼叶片的旋转。这使得叶片桨距角度被改变。因此，如上所述，变桨驱动器主动使叶片沿其纵向轴线旋转以使它们精确地定位角度，以调节迎角。在文献US2012114487中公开了该机构的一个示例。
[0014]例如，其他驱动装置可包括使每个旋翼叶片旋转期望的桨距角度的液压致动器。在文献EP2458203中公开了一个示例。
[0015]众所周知，叶片变桨中的角位移很小。风力涡轮机的变桨机构允许叶片绕其纵向轴线从0°至90°旋转。当风力涡轮机在正常条件下运转时，叶片桨距角度可根据风速并由此根据功率在约0°至约25°的范围中变化。当风速为约25m/s至30m/s时，叶片桨距角度可为90°以停止风力涡轮机转子从而保护组件。因此，常见风力涡轮机变桨机构中的所有滚动元件并不是都被充分使用。
[0016]当旋翼叶片通过已知的变桨机构旋转时，生成高径向力。这导致变桨机构的驱动小齿轮和环形齿轮的齿部的高磨损。负载集中在轴承座圈的特定区域上，而这可能导致故障。
[0017]此外，风力涡轮机变得越来越大，并且相应地，叶片变得越来越重。轴承以非常小的接触区域(即，滚动元件与轴承座圈的接触区域)为基础进行运转。越大的轴承将会越细长，并因此将生成越大的变形。这可能不期望地损害了滚动元件与轴承座圈之间良好的负载传递。
[0018]因此需要能够至少减轻上面所公开的缺点的、可用于风力涡轮机中的例如变桨叶片结构和/或其他旋转部分中的角定位系统。
【发明内容】
[0019]本文公开了如在权利要求1中限定的用于风力涡轮机的角定位系统。还公开了如在权利要求15中限定的包括所述角定位系统的风力涡轮机。本风力涡轮机中的角定位系统适用于驱动可相互旋转的两个元件中的至少一个旋转。有利的实施方式在从属权利要求中进行了限定。
[0020]本角定位系统包括可相互旋转的第一元件和第二元件。在角定位系统被应用到风力涡轮机中的变桨叶片机构的【具体实施方式】中，可相互旋转的第一元件和第二元件分别对应于风力涡轮机的叶片和毂。
[0021]角定位系统还包括用于驱动所述元件中的至少一个旋转的驱动装置。驱动装置包括至少一个液压室。液压室的体积通过第一元件和第二元件在旋转平面上的相对位置来限定。此处，旋转平面为布置成与两个元件的旋转轴线基本成直角的平面。因此，根据第一元件和第二元件的相对角旋转、并因此根据第一部分与第二部分之间的角距离，一个或多个液压室将具有更大或更小的体积。作为这种布置的结果，液压室中的至少一个的扩大使得元件相对于彼此旋转。
[0022]在本角定位系统的一个【具体实施方式】中，液压室的体积至少通过第一元件的第一部分和第二元件的第二部分来限定。第一元件和第二元件的部分可分别为其沿着彼此相反的方向延伸的凸出部。
[0023]在本角定位系统的替代实施方式中，液压室可通过第一元件和第二元件中的一个的至少两个相互隔开的部分之间的空间来限定。在这种情况下，相互隔开的部分也是从所讨论的元件径向延伸的凸出部。在该实施方式中，第一元件和第二元件中的另一个的相应的凸出部被允许在液压室内侧滑动，由此限定了相对应的可变体积的副室。
[0024]本角定位系统的驱动装置还包括泵装置，如上所述，泵装置用于将诸如油的液压流体注入液压室中以使液压室扩大。泵装置为液压闭合回路的一部分。
[0025]本角定位系统的驱动装置还包括控制装置。控制装置适于控制泵装置，并因此适于精确地控制可相互旋转的第一元件和第二元件的旋转。
[0026]在叶片变桨机构中，控制流体注入液压室的时间和压力允许叶片根据风速准确地旋转精确的迎角，并由此根据条件和电力需求有效地控制风力涡轮机的毂的旋转速度。液压室的扩大使叶片以受控制的方式变桨距而不磨损该齿部的内侧部分。
[0027]在设置有多个液压室的实施方式中，泵装置被布置成使两个相邻的液压室连接至彼此，以使流体从一个液压室泵送到另一个液压室。液压室可被分组成多个液压室组。更具体地，驱动装置可包括覆盖第一元件和第二元件的不同角度的多个液压室组。每个液压室组可具有与其相关联的泵装置。
[0028]所有液压室均能够覆盖O至90度范围的角度。在一些实施方式中，优选的是，液压室组中的至少一个液压室可覆盖O至24度范围的角度。这些值表示第一元件或第二元件的周长上的角度扩展。第一元件和第二元件的横截面通常为圆形。
[0029]本角定位系统还可包括至少一个轴承布置。轴承布置可为常规类型，即，包括布置成两排或更多排的多个滚动元件。滚动元件可包括适于支承高负载并减小摩擦的至少