转子叶片变桨布置结构制造技术

本发明专利技术涉及转子叶片变桨布置结构。本发明专利技术描述了一种风力涡轮机的叶片变桨布置结构，所述风力涡轮机具有从轮毂径向向外延伸的若干个叶片轴和围绕每个叶片轴安装的转子叶片，所述叶片变桨布置结构包括：布置在每个转子叶片的根部末端处的齿环；以及用于每个转子叶片的变桨驱动单元，所述变桨驱动单元包括驱动器主体和实现为与转子叶片的所述齿环接合的小齿轮；其特征在于，变桨驱动单元相对于其对应的转子叶片布置成使得所述小齿轮最靠近所述轮毂定位，并且所述驱动器主体沿从所述轮毂径向向外的方向延伸。本发明专利技术还描述了一种风力涡轮机。

【技术实现步骤摘要】
转子叶片变桨布置结构
本专利技术描述了一种风力涡轮机的转子叶片变桨布置结构（pitcharrangement）。本专利技术还描述了一种风力涡轮机。
技术介绍
风力涡轮机优选地被控制成从风中提取尽可能多的能量。因此，供给到电网中的大多数风力涡轮机具有变桨控制系统，该变桨控制系统可以响应于风速或电网需求来控制转子叶片桨距角（pitchangle），并且还用于在风过大的情况下卷起叶片。风力涡轮机的变桨控制系统一般位于轮毂中。常规来说，变桨控制系统被实现为液压系统。然而，由于例如维护的便利性之类的各种原因以及出于环境考虑，电动变桨系统正变得越来越广泛。对于变桨距控制的转子叶片而言，各种实施例是可能的。在每种情况下，使转子叶片绕其纵向轴线转动。在一种实现中，圆形的叶片根部末端被安装到圆形的桨距环（pitchring），该桨距环又被安装到风力涡轮机的轮毂。桨距环可具有通过变桨系统的相应的小齿轮或齿轮来驱动的内齿环或外齿环。需要例如流体轴承之类的大型环形轴承来确保叶片相对于轮毂的平滑运动。这种类型的叶片设计与变桨系统上的非常高的载荷相关联。在一种替代性设计中，叶片被安装在圆柱形的叶片轴上，该叶片轴被刚性地固定到轮毂并且从轮毂径向向外延伸。以一定的轴承分隔距离分开的布置在叶片轴和叶片之间的两个或更多个环形轴承确保了叶片在它绕其纵向轴线旋转时的平滑运动。叶片轴的长度可以包括超过总叶片长度的15%，使得作用在叶片上的载荷被均匀地传递到叶片轴上的轴承。在这种情况下，叶片桨距角也可以通过环形齿轮来控制，该环形齿轮包括绕叶片根部末端的齿环，该齿环布置成与变桨系统所驱动的小齿轮接合。与这种类型的设计相关联的一个问题在于，变桨系统的部件，例如包含传动系统的驱动单元、将驱动单元连接到电源和控制器的线缆等，必须被容纳在靠近叶片的轮毂区域中。此外，每个转子叶片的变桨驱动单元都必须被安装成使得它相对于叶片轴静止。在一个已知的实施例中，变桨驱动单元被安装到轮毂和转子叶片的根部末端之间的叶片轴的暴露的内部。在该设计中，叶片轴的长度包括轴承分隔距离和这种“额外的长度”，这是因为叶片轴的暴露部分必须足够长以容纳变桨驱动单元。然而，由于转子叶片和轴承于是必须从轮毂进一步向外定位，因此轴承所经受的载荷是相应较高的。轴承的尺寸必须设定成承受这种载荷。这增加了轴承的成本。替代地或附加地，叶片轴必须被制作得更长。因此，必须保留一定长度的叶片轴来安装变桨驱动单元的必要性增加了总体成本和重量，这特别是因为叶片轴通常由铸钢制成。因此，本专利技术的一个目的在于提供一种克服了上述问题的改进的变桨系统。
技术实现思路
该目的通过如权利要求1所述的风力涡轮机的转子叶片变桨布置结构，以及通过如权利要求7所述的风力涡轮机来实现。根据本专利技术，所述叶片变桨布置结构意在用于风力涡轮机中，所述风力涡轮机具有从轮毂径向向外延伸的若干个叶片轴和围绕每个叶片轴安装的转子叶片。根据本专利技术的叶片变桨布置结构包括：布置在每个转子叶片的轮毂端处的环形齿轮的齿环；以及用于每个转子叶片的变桨驱动单元，所述变桨驱动单元包括实现为与转子叶片的齿环接合的小齿轮，以及用于使所述小齿轮转动的驱动器。根据本专利技术的叶片变桨布置结构其特征在于，变桨驱动单元相对于其对应的转子叶片布置成使得所述小齿轮最靠近所述轮毂定位，并且驱动器主体从所述轮毂径向向外延伸。本专利技术的叶片变桨布置结构的一个优点在于，变桨驱动单元相对于轮毂的定向允许转子叶片的根部末端朝向轮毂进一步向内。因此，转子叶片的具有其齿环的内端靠近轮毂或直接与轮毂相邻定位，其中，该齿环可与变桨驱动单元的小齿轮接合。如在介绍中所解释的，这种类型的转子叶片借助于轴承布置结构绕长的叶片轴可旋转地安装，该轴承布置结构通常包括沿轴分开一定距离定位的内轴承和外轴承。轴承必须能够承受相当大的载荷，特别是在上述类型的长转子叶片的情况下。通过将小齿轮靠近轮毂布置，以及通过延伸叶片根部的长度以使齿环进一步向内，也可以将内轴承布置得更靠近轮毂。内轴承的载荷减小是由于内轴承和轮毂之间的距离减小，和/或由于内轴承和外轴承之间的距离增加。轴承上的载荷减小可以有利地延长轴承的寿命和/或可以允许减小轴承的尺寸。由于内轴承更靠近轮毂，外轴承也可以向内移动（例如，用于维持轴承之间的常规距离），使得可以减小叶片轴的长度，从而节省材料成本和重量。根据本专利技术，风力涡轮机包括轮毂、从所述轮毂径向向外延伸的若干个叶片轴、围绕每个叶片轴安装的转子叶片以及根据本专利技术的叶片变桨布置结构。桨毂盖或覆盖件优选地布置成包围变桨驱动单元和轮毂，从而保护这些和其他部件免受环境的影响。根据本专利技术的风力涡轮机的一个优点在于，变桨驱动单元的定向允许转子叶片的根部末端紧密靠近轮毂定位。这继而导致在叶片轴和转子叶片之间的轴承的载荷减小。如上文所解释的，轴承上的载荷减小可以有利地延长轴承的寿命和/或可以允许减小轴承的尺寸。同样，由于在本专利技术的设计中内轴承也可以朝向轮毂进一步向内移动，外轴承也可以向内移动（基本上维持轴承之间的距离），使得可以减小叶片轴的长度，从而节省材料成本和重量。本专利技术的特别有利的实施例和特征通过从属权利要求给出，如在以下描述中披露的。视情况可以结合不同权利要求类别的特征，以给出本文未描述的另外的实施例。所述叶片变桨布置结构可被用于具有任何合适数量的变桨距控制的叶片的风力涡轮机。在下文中，可以假定风力涡轮机具有安装到轮毂以面对风的三个转子叶片的布置结构。这种类型的风力涡轮机的转子叶片可以具有超过15m的长度，例如在90–130m的区域中。在不以任何方式限制本专利技术的情况下，还可以假定风力涡轮机具有轮毂组件，该轮毂组件包括中心轮毂和从该轮毂径向向外延伸的三个叶片轴。转子叶片绕每个叶片轴可旋转地安装，环形齿轮布置结构（包括齿环和小齿轮）被用于使叶片绕其纵向轴线转动。由于环形齿轮布置结构的齿环在这种变桨系统中一般被布置在转子叶片的外侧上，因此变桨驱动单元也被布置在转子叶片的外侧上。通常，风力涡轮机的控制器分析各种参数，例如来自风速传感器的信息，以确定叶片所需的变桨程度，以便实现最佳功率输出。在下文中，可以假定变桨驱动单元由源自这样的控制器的驱动信号控制。变桨驱动单元可以用任何合适的传动系统来实现，该传动系统用于使小齿轮转动，以便使叶片绕其纵向轴线倾斜变桨（pitch）。例如，小齿轮可以被安装在驱动轴的一端处，并且电动机和齿轮系可以使驱动轴转动以便转动小齿轮。优选地，传动系统被包围在壳体中作为驱动器主体的一部分。变桨驱动单元可以按照任何适当的方式被固定到轮毂组件。优选地，变桨驱动单元包括布置成部分地包围小齿轮的支架和适于将变桨驱动单元安装到轮毂的安装接口。例如，该安装接口可以是形成在小齿轮支架上的凸缘，该凸缘具有可以通过其插入螺栓或其他紧固件的若干个孔。利用处于轮毂中的匹配的通孔的互补布置结构，变桨驱动单元可以被牢固地栓接到轮毂。在本专利技术的一个优选实施例中，小齿轮支架延伸到轮毂中的相应成形的座或开口中。在变桨驱动系统的操作期间，变桨驱动单元的驱动轴使小齿轮旋转。由于小齿轮与叶片的齿环接合，因此使叶片绕其纵向轴线转动。为了高效地工作，该驱动轴的轴线应平行于叶片的轴线。然而，小齿轮将经受向外的侧向力，其可能减损操作效率。因此，在本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力涡轮机的叶片变桨布置结构（1），所述风力涡轮机具有从轮毂（20）径向向外延伸的若干个叶片轴（22）和围绕每个叶片轴（22）安装的转子叶片（21），所述叶片变桨布置结构（1）包括：‑ 布置在每个转子叶片（21）的根部末端（210）处的齿环（11）；以及‑ 用于每个转子叶片（21）的变桨驱动单元（10），所述变桨驱动单元（10）包括驱动器主体（102）和实现为与转子叶片（21）的所述齿环（11）接合的小齿轮（101）；其特征在于，变桨驱动单元（10）相对于其对应的转子叶片（21）布置成使得所述小齿轮（101）最靠近所述轮毂（20）定位，并且所述驱动器主体（102）沿从所述轮毂（20）径向向外的方向延伸。

【技术特征摘要】
2016.07.12 EP 16179068.81.一种风力涡轮机的叶片变桨布置结构（1），所述风力涡轮机具有从轮毂（20）径向向外延伸的若干个叶片轴（22）和围绕每个叶片轴（22）安装的转子叶片（21），所述叶片变桨布置结构（1）包括：-布置在每个转子叶片（21）的根部末端（210）处的齿环（11）；以及-用于每个转子叶片（21）的变桨驱动单元（10），所述变桨驱动单元（10）包括驱动器主体（102）和实现为与转子叶片（21）的所述齿环（11）接合的小齿轮（101）；其特征在于，变桨驱动单元（10）相对于其对应的转子叶片（21）布置成使得所述小齿轮（101）最靠近所述轮毂（20）定位，并且所述驱动器主体（102）沿从所述轮毂（20）径向向外的方向延伸。2.根据权利要求1所述的叶片变桨布置结构，其特征在于，所述变桨驱动单元（10）包括包围在所述驱动器主体（102）中的传动系统（103）。3.根据权利要求1或权利要求2所述的叶片变桨布置结构，其特征在于，所述变桨驱动单元（10）包括布置成部分地包围所述小齿轮（101）的支架（104），所述支架（104）包括侧向开口（1044），所述开口（1044）布置成允许所述小齿轮（101）与转子叶片（21）的所述齿环（11）接合。4.根据权利要求3所述的叶片变桨布置结构，其特征在于，小齿轮支架（104）包括适于将所述小齿轮支架（104）安装到所述变桨驱动单元（10）的驱动器主体（102）的驱动单元安装接口（1040）。5.根据权利要求3或权利要求4所述的叶片变桨布置结构，其特征在于，所述小齿轮支架（104）包括适于将所述变桨驱动单元（10）安装到所述轮毂（20）的轮毂安装接口（1041）。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：S达姆加尔德，SF埃尔莫塞，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE