[发明专利]风轮机以及用于使风轮机的叶片变桨的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括至少一个风轮机叶片组件的风轮机。所述叶片组件包括叶片以及布置在该叶片和风轮机的轮毂之间的变桨轴承，并且该叶片组件还包括用于使叶片相对于轮毂变桨的两个或更多个液压变桨缸。本发明还涉及一种用于使风轮机的叶片变桨的方法。

背景技术

现有技术中已知的风轮机包括风轮机塔架和位于塔架的顶部上的风轮机机舱。带有三个风轮机叶片的风轮机转子经由低速轴连接到机舱，如图1所示。

现代风轮机通过使叶片变桨进、出迎风来控制转子上的负荷。使叶片变桨来优化功率输出，或保护风轮机免受过载损坏。

为了进行变桨，每个叶片都设置有变桨装置，该变桨装置包括位于轮毂和叶片之间的变桨轴承以及例如提供力来使叶片变桨并将其维持在给定位置的液压缸。

随着现代风轮机尺寸的增大，使叶片变桨所需的扭矩也增加，针对该问题的简单解决方案是仅增大变桨机构的尺寸。但是现今的用于进行变桨操作的液压缸已经非常大，以致于如果还需要进一步增大液压缸的尺寸，则必须对液压缸进行专门的设计和制造，由此使其非常昂贵。

因此，例如从加拿大专利申请CA 2667849A1以及美国专利US 4,348,155A可知，为每个风轮机叶片设置包括不止一个液压缸以使每个叶片变桨的变桨机构，从而减小每个缸的尺寸，并且还使得能够使用标准的现有设备。

但是这些解决方案产生了不利的负荷分布。

因此，本发明的目的是提供一种有利的能改进负载分布的风轮机叶片变桨技术。

发明内容

本发明提供了一种风轮机，该风轮机包括至少一个风轮机叶片组件。所述叶片组件包括叶片和布置在所述叶片与所述风轮机的轮毂之间的变桨轴承，所述叶片组件还包括用于使所述叶片相对于所述轮毂变桨的两个或更多个液压变桨缸。所述两个或更多个液压变桨缸均包括关于所述叶片固定的第一作用点(point of attack)和关于所述轮毂固定的第二作用点。所述风轮机的特征在于，所述两个或更多个液压变桨缸被布置为围绕所述变桨轴承的旋转轴线在相同的角方向伸展。

如之前所解释的，提供一种具有多个液压变桨缸的变桨机构是有利的，这是因为，由此可以减小每个缸的尺寸并且可以使用便宜的现有设备。

此外，液压缸包括由缸壳体中的活塞划分得到的两个内室。然而，这两个室是不相同的，因为前室包括伸出缸壳体的前部的活塞杆。后室中不存在该活塞杆，这意味着，缸在收缩时提供的力不如缸在伸展时提供的力那么大，这是因为油推动在活塞上的面积减小了前室中的活塞杆的横截面面积。

如果液压缸被布置成使得它们都在相同的角度方向大体一致地收缩和伸展，那么所有缸中总是相同的室被加压。这意味着，所述缸提供大体上相同的压力，从而产生对称的负荷分布并能避免应力集中。

此外，如果液压缸未被布置成使得它们都在相同的角方向大体一致地收缩和伸展，那么不可能或至少很难(液压地)并联操作所述缸，这是因为，如果所述缸被提供有相同的油压，则伸展的缸所提供的负荷总是大于收缩的缸所提供的负荷。而且，如果所述缸不是液压地并联联接，则对所述缸的控制将要复杂得多，并且需要更多的阀来单独操作各个缸。

在实践中，液压变桨缸均包括关于叶片固定的第一作用点和关于轮毂固定的第二作用点意味着，液压变桨缸物理地并联联接，这是因为，液压变桨缸的活塞端直接或间接地联接到叶片，而液压变桨缸的缸壳体端直接或间接地联接到轮毂；或液压变桨缸的活塞端直接或间接地联接到轮毂，而液压变桨缸的缸壳体端直接或间接地联接到叶片。

使液压缸物理地并联联接是有利的，这是因为，这能够实现更对称的负荷分布，由此可以减少或避免不希望的应力集中。

应强调的是，上下文中的术语“直接地”是指，液压缸(包括其可能包括的任何装配部)直接地联接到叶片或轮毂，而上下文中的术语“间接地”是指，液压缸(包括其可能包括的任何装配部)经由某些中间部件间接地联接到叶片或轮毂，前述中间部件例如是轴承圈、杠杆传动装置、连接部或将液压缸间接连接到轮毂或叶片的某些其它部件。

应注意，术语“被布置为围绕变桨轴承的旋转轴线在相同的角方向伸展”是指，两个或更多个液压变桨缸均被布置为向叶片施加变桨力，其中，当所述缸伸展时，所述变桨力将导致具有相同方向的变桨力矩矢量，也就是说，当所述缸由于液压缸内的室中的油压增大而变长(即，因为所述缸的活塞杆进一步伸出缸壳体的端部而使所述缸伸展)时，所有缸都将有助于使叶片在给定的方向上变桨。类似地，当所有缸均收缩时，它们将在相同的周向方向上动作，从而使叶片在相反方向转动。