[发明专利]风力涡轮机、偏航系统、控制器和减小该系统载荷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于减小由于转子引发至偏航系统的偏航力矩而作用 在风力涡轮机偏航系统(yaw system)上的扭矩的方法，特别是作用在至少 一个偏航驱动器(yaw drive)上的扭矩。此外，本发明涉及一种偏航系统控 制器和用于风力涡轮机的偏航系统，还涉及一种风力涡轮机。

背景技术

由于紊流和其它流动不规则性，风力涡轮机转子受到大的偏航力矩。为 了试图将转子朝向风导向，风力涡轮机的偏航系统除了必须克服偏航轴承中 的任何摩擦之外还必须克服这些大的偏航力矩。当试图将转子保持在其正确 的导向位置时，偏航系统受到大的振荡载荷。

用于使风力涡轮机偏航的机械系统主要包括通常固定至塔架的齿圈等 和通常固定至风力涡轮机机舱底侧(即底座)的驱动器系统。该驱动器系统 通常包括多个齿轮马达，每个马达具有输出轴，该输出轴带有与所述齿圈啮 合的小齿轮。所述马达通常是电马达，但也可是液压马达。

偏航驱动器系统可设定成在所有条件下驱动机舱的偏航运动。但是，在 大的风力涡轮机上，这意味着偏航驱动器系统必须具有相当大的尺寸，因为 紊流漩涡和其它流动不规则性会偶尔在涡轮机转子以及进而机舱上引发非 常大的偏航力矩。因此，在现代的风力涡轮机中，偏航驱动器系统通常被设 定为提供一种在所有通常的运行条件下都足够的偏航力矩，且偶尔发生的紊 流漩涡或其它流动不规则性在涡轮机转子上造成偏航力矩在短时间内超过 偏航驱动系统的能力是被接受的。在这种情况下，偏航驱动器系统不能执行 沿所需方向偏航且甚至被迫沿相反方向而相反偏航。即使可以接受偏航驱动 器系统不设定为用于最差的情况，但是这种系统也会很大、很重且昂贵。

当涡轮机已经朝向风导向，产生在风力涡轮机转子上的大偏航力矩将趋 于使转子不对准风地运动。这种运动具有摆动或振荡运动的特点，其通常会 逐渐增加转子轴和风向之间的不对准(misalignment)。其还可具有更单向性 的方向，在这种情况下，偏航系统会快速地滑向一侧。

过去，这种逐渐的或突然的不对准可通过使用内置有制动器的偏航驱动 器系统来防止，该制动器或者例如通过自锁涡轮或弹簧拉伸摩擦制动器而被 动地制动偏航系统，或者以电磁或液压摩擦制动器的形式或以电磁或液压马 达制动器的形式主动地制动齿轮系统。但是，这些装置导致两种困难。首先， 在固定至塔架的齿圈和偏航驱动器的小齿轮之间的齿啮合中的不可避免的 游隙会引起振荡运动并导致齿啮合部的锤击，这种锤击对于带齿部件来说是 有害的。第二，偏航驱动必须被设定为能吸收最大的偏航力矩峰值。

已经提出了各种制动系统。一个例子在日本专利申请JP-A-08082277中 披露，其披露了与机舱框架连结的液压制动器，该制动器作用在与塔架连结 的盘状物上。

其它例子披露于US4,966,525和US5,035,575中，其中使用了两个偏航 驱动器。当转子轴对准风且偏航系统需要静止时，两个驱动器沿相对的旋转 方向作用，由此偏航系统被最大限度地锁定，这是由电子驱动装置决定的。 当需要偏航时，两个偏航驱动器沿同一方向作用。

欧洲专利EP 0 945 613 B1披露了一种偏航系统，其中机舱中的机械框 架在球轴承上相对于塔架旋转。其包括持续的被动制动系统，防止马达由于 小量的风而被迫运行。为此，其包括在框架上的摩擦板，所述摩擦板推靠塔 架中的支承环，在该支承环上框架通过弹簧旋转。这些板可位于环的上圈 (upper track)或下圈(lower track)中，或沿径向方向位于连结到塔架的圆 柱表面上。制动力是被动的，即其在机舱的组装期间被调节，且制动总是抵 抗小量的风或抵抗转子定向的所需运动而运行。EP 0 945 613 B1还披露了电 驱动盘状制动装置。