葉片變槳限位結(jié)構(gòu)以及風(fēng)力發(fā)電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片變槳限位結(jié)構(gòu)以及具有該葉片變槳限位結(jié)構(gòu)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。所述葉片變槳限位結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在變槳軸承動(dòng)圈或葉片法蘭上的動(dòng)擋塊以及設(shè)置在變槳軸承固定圈上的靜擋塊，當(dāng)變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障而葉片旋轉(zhuǎn)超過正常工作角度范圍時(shí)，靜擋塊與動(dòng)擋塊相接觸而阻止葉片進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)。因此，可以防止葉片在變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障的情況下旋轉(zhuǎn)失控。
【專利說明】葉片變槳限位結(jié)構(gòu)以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片變槳的限位結(jié)構(gòu)以及采用該限位結(jié)構(gòu)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]變槳系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的重要組成部分，變槳系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)機(jī)控制策略的要求，使葉片通過變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)被限定在某個(gè)角度。在實(shí)際應(yīng)用中，可以設(shè)定發(fā)電角度的范圍在0°?5。之間(即槳距角在發(fā)電角度范圍內(nèi)風(fēng)機(jī)正常發(fā)電)，順槳停機(jī)角度的范圍在87°?90°之間。
[0003]在風(fēng)力發(fā)電機(jī)中通常依靠旋轉(zhuǎn)編碼器來檢測葉片的實(shí)際位置(槳距角)，但是由于葉片的上述兩個(gè)位置的重要性，變槳系統(tǒng)還設(shè)置有變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片變槳限位功能，以根據(jù)運(yùn)行需要將葉片限定在某個(gè)角度。
[0004]現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片變槳限位功能是在變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以正常工作的條件下實(shí)現(xiàn)的，例如，在變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠正常工作時(shí)，通過擋塊觸發(fā)傳感器檢測葉片位置信息，傳感器將位置信息傳遞給變槳控制系統(tǒng)，葉片位置信息作為執(zhí)行變槳?jiǎng)幼鞯囊罁?jù)。
[0005]然而，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中，可能會(huì)出現(xiàn)變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障，例如，變槳電機(jī)制動(dòng)失效，采用齒輪變槳形式的變槳齒輪軸斷裂，采用同步齒形帶變槳形式的齒形帶斷裂，采用液壓變槳形式的驅(qū)動(dòng)單元故障等。發(fā)生這些故障時(shí)，不但風(fēng)機(jī)不能正常工作，還將導(dǎo)致葉片失控，葉片繞軸線360°自由旋轉(zhuǎn)。葉片正常的變槳角度一般在0°?90°之間，葉片轉(zhuǎn)到非正常角度范圍，將會(huì)帶來其他零部件的附加損害，極端情況葉片葉尖部位掃到塔筒，導(dǎo)致葉片折斷，造成重大損失。然而，現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的變槳限位結(jié)構(gòu)不適用于變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，葉片角度超出正常范圍的情況。
[0006]隨著風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安全提出了更高的要求。變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障發(fā)生的概率雖然較低，但一旦發(fā)生，有可能給風(fēng)力發(fā)電機(jī)帶來很大的損害。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]因此，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障的情況下也能將葉片限位在特定角度范圍內(nèi)的限位結(jié)構(gòu)，以及采用該限位結(jié)構(gòu)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
[0008]此外，本發(fā)明的葉片變槳的限位結(jié)構(gòu)還具有鎖定功能，當(dāng)將葉片限位在特定位置時(shí)，還能將葉片鎖定在該位置。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片變槳限位結(jié)構(gòu)，所述葉片變槳限位結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在變槳軸承動(dòng)圈或葉片法蘭上的動(dòng)擋塊以及設(shè)置在變槳軸承固定圈上的靜擋塊，當(dāng)變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障而葉片旋轉(zhuǎn)超過正常工作角度范圍時(shí)，靜擋塊與動(dòng)擋塊相接觸而阻止葉片進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)。
[0010]所述靜擋塊可具有朝向動(dòng)擋塊的傾斜表面，所述傾斜表面與變槳軸承動(dòng)圈或葉片法蘭之間可形成楔形空間，并且所述動(dòng)擋塊具有朝向靜擋塊的傾斜表面，當(dāng)靜擋塊阻擋動(dòng)擋塊時(shí)，所述動(dòng)擋塊進(jìn)入所述楔形空間而被鎖定。
[0011]所述變槳軸承固定圈為變槳軸承內(nèi)圈，所述靜擋塊形成在變槳軸承內(nèi)圈上。
[0012]所述變槳軸承固定圈為變槳軸承外圈，所述靜擋塊形成在變槳軸承外圈上。
[0013]所述動(dòng)擋塊為彈性塊，所述靜擋塊具有擋邊，當(dāng)動(dòng)擋塊被靜擋塊阻擋時(shí)，所述動(dòng)擋塊被所述擋邊擋住，而不能反向移動(dòng)。
[0014]所述動(dòng)擋塊包括間隔預(yù)定角度設(shè)置的第一動(dòng)擋塊和第二動(dòng)擋塊，所述靜擋塊位于第一動(dòng)擋塊和第二動(dòng)擋塊之間，所述第一動(dòng)擋塊和第二動(dòng)擋塊均具有朝向靜擋塊的傾斜表面，所述靜擋塊與制動(dòng)環(huán)或葉片法蘭相面對的表面的兩端為分別朝向第一擋塊和第二擋塊的傾斜表面。
[0015]所述靜擋塊包括間隔預(yù)定角度設(shè)置的第一靜擋塊和第二靜擋塊，所述動(dòng)擋塊位于第一靜擋塊和第二靜擋塊之間，所述第一靜擋塊和第二靜擋塊均具有朝向動(dòng)擋塊的傾斜表面，所述動(dòng)擋塊與變槳軸承固定圈相面對的表面的兩端為分別朝向第一靜擋塊和第二靜擋塊的傾斜表面。
[0016]所述靜擋塊通過螺栓安裝在變槳軸承固定圈。
[0017]所述靜擋塊和/或動(dòng)擋塊的表面上設(shè)置有彈性墊。
[0018]所述動(dòng)擋塊與變槳軸承動(dòng)圈或葉片法蘭之間形成有切割口，從而是動(dòng)擋塊具有彈性。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種具有上述葉片變槳限位結(jié)構(gòu)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，即使在變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障的情況下，也能將葉片槳距角限制在特定范圍內(nèi)，從而防止葉片失控旋轉(zhuǎn)而帶來的損害。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]通過下面結(jié)合附圖對實(shí)施例進(jìn)行的描述描述，本發(fā)明的上述和其他目的和特點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚，其中:
[0022]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片變槳的限位結(jié)構(gòu)的主視圖；
[0023]圖2是圖1的限位結(jié)構(gòu)的局部立體示圖；
[0024]圖3是圖1的限位結(jié)構(gòu)的局部放大示圖；
[0025]圖4示出了葉片處于鎖定狀態(tài)的局部放大示圖；
[0026]圖5是根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片變槳的限位結(jié)構(gòu)的主視圖；
[0027]圖6示出根據(jù)另一示例性實(shí)施例的葉片處于鎖定狀態(tài)的局部放大示圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]本發(fā)明構(gòu)思提出了一種在風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳機(jī)構(gòu)失效的情況下仍然能使葉片可靠限位的限位結(jié)構(gòu)。所述限位結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在變槳軸承固定圈上的靜擋塊以及設(shè)置在變槳軸承動(dòng)圈(制動(dòng)環(huán))或葉片法蘭上的動(dòng)擋塊。在變槳機(jī)構(gòu)失效而葉片旋轉(zhuǎn)角度超出正常工作角度范圍時(shí)，動(dòng)擋塊與靜擋塊接觸，從而阻擋葉片進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)。由此，使葉片的槳距角限制在設(shè)定范圍內(nèi)，而防止葉片360°自由旋轉(zhuǎn)。此外，動(dòng)擋塊和靜擋塊之間可以形成楔形接觸，從而通過楔形結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，使得葉片被鎖定在限位位置。以下，參照附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的示例性實(shí)施例。
[0029]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片變槳限位結(jié)構(gòu)的主視圖；圖2是圖1的限位結(jié)構(gòu)的局部立體示圖；圖3是圖1的葉片變槳限位結(jié)構(gòu)的局部放大示圖；圖4示出了葉片處于鎖定狀態(tài)的局部放大示圖。
[0030]如圖1和圖2所示，變槳軸承10 (這里為變槳軸承內(nèi)圈，還可稱為變槳軸承固定圈)通過螺栓固定安裝在輪轂100上，制動(dòng)環(huán)20 (這里為變槳軸承外圈，還可稱為變槳軸承動(dòng)圈)可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在變槳軸承10的外圓周上。風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)葉片(未示出)安裝在制動(dòng)環(huán)20上，通過變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)(未示出)驅(qū)動(dòng)制動(dòng)環(huán)20相對于輪轂100轉(zhuǎn)動(dòng)，從而調(diào)整和控制葉片的槳距角。
[0031]在圖1-4所示的示例中，根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的葉片變槳限位結(jié)構(gòu)包括從制動(dòng)環(huán)20的內(nèi)圓周表面上突出的動(dòng)擋塊21和22，以及設(shè)置在變槳軸承20上的靜擋塊30，靜擋塊30位于第一動(dòng)擋塊21和第二動(dòng)擋塊22之間。
[0032]當(dāng)變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)失效，葉片順時(shí)針旋轉(zhuǎn)超過正常工作范圍而到達(dá)第一限位位置時(shí)，靜擋塊30阻擋第一動(dòng)擋塊21，防止葉片進(jìn)一步順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)失效，葉片逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)超過正常工作范圍而到達(dá)第二限位位置時(shí)，靜擋塊30阻擋第二動(dòng)塊22，防止葉片進(jìn)一步逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。因此，通過動(dòng)擋塊和靜擋塊將葉片的旋轉(zhuǎn)限制在設(shè)定范圍內(nèi)，可以防止葉片360度自由旋轉(zhuǎn)帶來的損害。
[0033]如圖1-3所示，靜擋塊30與制動(dòng)環(huán)20相面對的表面左右兩端形成為朝向動(dòng)擋塊的傾斜面，從而在靜擋塊30的外側(cè)表面與制動(dòng)環(huán)20的內(nèi)圓周表面之間形成楔形結(jié)構(gòu)。具體地，在靜擋塊30左右兩側(cè)與制動(dòng)環(huán)20之間形成楔形空間33、34。動(dòng)擋塊21和22的外側(cè)表面為朝向靜擋塊30的傾斜面。當(dāng)動(dòng)擋塊21或22與靜擋塊30接觸時(shí)，兩者之間以傾斜表面相接觸。當(dāng)在慣性作用下，動(dòng)擋塊21或22進(jìn)入靜擋塊30和制動(dòng)環(huán)20之間形成的楔形空間33、34中時(shí)，通過楔形結(jié)構(gòu)的自鎖作用，動(dòng)擋塊21或22被卡住，從而限制了葉片的自由轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖4所示。
[0034]為了減少?zèng)_擊力，在靜擋塊30的外側(cè)表面上還可設(shè)置彈性墊31，防止靜擋塊30與動(dòng)擋塊21或22的剛性碰撞。顯然，也可將彈性墊設(shè)置在動(dòng)擋塊21、22上，或者在靜擋塊30與動(dòng)擋塊21、22上均設(shè)置彈性墊?？墒褂孟鹉z、聚氨酯、聚四氟乙烯等具有彈性的材料制作彈性墊。
[0035]圖5和圖6示出了根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的葉片變槳限位結(jié)構(gòu)。如圖5和圖6所示，可將動(dòng)擋塊21和22設(shè)置為具有彈性，當(dāng)動(dòng)擋塊21或22與靜擋塊30接觸時(shí)，動(dòng)擋塊21或22被壓縮，沖擊能量被吸收。還可在靜擋塊30的兩邊的邊緣設(shè)置突起，形成擋邊40。當(dāng)動(dòng)擋塊進(jìn)入楔形空間后，動(dòng)擋塊回彈，擋邊40即可將動(dòng)擋塊限制在楔形空間內(nèi)(如圖6所示)?？梢岳娩摬牡膹椥?，在動(dòng)擋塊部位開槽，使得動(dòng)擋塊具有彈性。
[0036]作為示例，在葉片結(jié)構(gòu)允許的條件下，動(dòng)擋塊21和22可以與葉片集成，直接設(shè)置在葉片法蘭上，或者采用玻璃鋼預(yù)埋、螺紋連接等方式固定在葉片內(nèi)壁上；靜擋塊30可與變槳軸承10 —體形成，也可通過連接變槳軸承10與輪轂100的螺栓安裝在變槳軸承上，相對輪轂固定。[0037]通常情況下，葉片正常的變槳范圍a為O。-90°，圖1所示為葉片處于90°角度時(shí)的狀態(tài)。如果變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)失效，在風(fēng)載或葉片偏心力矩作用下順時(shí)針旋轉(zhuǎn)超過90°時(shí)，制動(dòng)環(huán)20左側(cè)的動(dòng)擋塊21與靜擋塊30的左側(cè)接觸，在葉片旋轉(zhuǎn)的慣性力作用下，動(dòng)擋塊21進(jìn)入靜擋塊30與制動(dòng)環(huán)20之間的楔形結(jié)構(gòu)內(nèi)，通過楔形的自鎖作用，動(dòng)擋塊21被卡住。當(dāng)葉片逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)超出0°時(shí)，制動(dòng)環(huán)20右側(cè)的動(dòng)擋塊22與靜擋塊30的右側(cè)接觸，并進(jìn)入楔形結(jié)構(gòu)而被鎖定。
[0038]動(dòng)擋塊21、22與葉片軸向的相對位置可根據(jù)葉片限位所需要的角度確定。例如，在90°位置附近，要求在100°能夠鎖定；在0°位置附近，要求在-10°位置能夠鎖定。這樣，葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的角度范圍，即使在變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障的情況下，也能被限制在-10°?100。。
[0039]對于靜擋塊通過螺栓安裝在變槳軸承上的情形，在變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)修復(fù)后，可通過拆卸靜擋塊完成楔形自鎖的接觸，葉片即可重新獲得變槳系統(tǒng)的控制。
[0040]雖然在上述實(shí)施例中，設(shè)置在制動(dòng)環(huán)上的動(dòng)擋塊21、22為兩塊，而設(shè)置在變槳軸承上的靜擋塊30為一個(gè)，但是，作為可選方式，也可將在制動(dòng)環(huán)上設(shè)置一個(gè)動(dòng)擋塊，而在變槳軸承上設(shè)置兩個(gè)靜擋塊。在這種情況下，兩個(gè)靜擋塊具有朝向動(dòng)擋塊的傾斜表面，與制動(dòng)環(huán)的表面之間形成楔形空間，而動(dòng)擋塊的左右兩端具有分別朝向靜擋塊的傾斜表面，從而在分別與左右兩側(cè)的靜擋塊接觸時(shí)，可通過楔形結(jié)構(gòu)被鎖定。
[0041]此外，在上述實(shí)施例中，葉片安裝在變槳軸承外圈20上，但是，本發(fā)明的葉片變槳限位結(jié)構(gòu)也適用于葉片安裝在變槳軸承內(nèi)圈上的情形。對于葉片安裝在變槳軸承內(nèi)圈上的情形，制動(dòng)環(huán)安裝在葉片和變槳軸承外圈之間，動(dòng)擋塊設(shè)置在制動(dòng)環(huán)的外圓周上，而靜擋塊設(shè)置在變槳軸承外圈上。
[0042]根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的葉片變槳限位結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的通用性和適用性，可應(yīng)用于各種變槳形式的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。另外，所述限位結(jié)構(gòu)具有較高的實(shí)用價(jià)值，可以在不改變風(fēng)力發(fā)電機(jī)原有結(jié)構(gòu)的情況下設(shè)置靜擋塊和動(dòng)擋塊，因此，在不增加太多成本的情況下，可以顯著提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安全和防護(hù)能力。此外，所述限位結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便，作用可靠，維護(hù)簡單。
[0043]雖然上面已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，但本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有公知常識(shí)者在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可對本發(fā)明的實(shí)施例做出各種的修改和變型。但是應(yīng)當(dāng)理解，在本領(lǐng)域技術(shù)人員看來，這些修改和變型仍將落入權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的示例性實(shí)施例的精神和范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片變槳限位結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述葉片變槳限位結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在變槳軸承動(dòng)圈或葉片法蘭上的動(dòng)擋塊以及設(shè)置在變槳軸承固定圈上的靜擋塊，當(dāng)變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障而葉片旋轉(zhuǎn)超過正常工作角度范圍時(shí)，靜擋塊與動(dòng)擋塊相接觸而阻止葉片進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的葉片變槳限位結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述靜擋塊具有朝向動(dòng)擋塊的傾斜表面，所述傾斜表面與變槳軸承動(dòng)圈或葉片法蘭之間形成楔形空間，并且所述動(dòng)擋塊具有朝向靜擋塊的傾斜表面，當(dāng)靜擋塊阻擋動(dòng)擋塊時(shí)，所述動(dòng)擋塊進(jìn)入所述楔形空間而被鎖定。
3.如權(quán)利要求1所述的葉片限位結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述變槳軸承固定圈為變槳軸承內(nèi)圈，所述靜擋塊形成在變槳軸承內(nèi)圈上。
4.如權(quán)利要求1所述的葉片限位結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述變槳軸承固定圈為變槳軸承外圈，所述靜擋塊形成在變槳軸承外圈上。
5.如權(quán)利要求1所述的葉片變槳限位結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述動(dòng)擋塊為彈性塊，所述靜擋塊具有擋邊，當(dāng)動(dòng)擋塊被靜擋塊阻擋時(shí)，所述動(dòng)擋塊被所述擋邊擋住，而不能反向移動(dòng)。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的葉片限位結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述動(dòng)擋塊包括間隔預(yù)定角度設(shè)置的第一動(dòng)擋塊和第二動(dòng)擋塊，所述靜擋塊位于第一動(dòng)擋塊和第二動(dòng)擋塊之間，所述第一動(dòng)擋塊和第二動(dòng)擋塊均具有朝向靜擋塊的傾斜表面，所述靜擋塊與制動(dòng)環(huán)或葉片法蘭相面對的表面的兩端為分別朝向第一擋塊和第二擋塊的傾斜表面。
7.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的葉片限位結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述靜擋塊包括間隔預(yù)定角度設(shè)置的第一靜擋塊和第二靜擋塊，所述動(dòng)擋塊位于第一靜擋塊和第二靜擋塊之間，所述第一靜擋塊和第二靜擋塊均具有朝向動(dòng)擋塊的傾斜表面，所述動(dòng)擋塊與變槳軸承固定圈相面對的表面的兩端為分別朝向第一靜擋塊和第二靜擋塊的傾斜表面。
8.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的葉片限位結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述靜擋塊通過螺栓安裝在變槳軸承固定圈。
9.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的葉片限位結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述靜擋塊和/或動(dòng)擋塊的表面上設(shè)置有彈性墊。
10.如權(quán)利要求5所述的葉片限位結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述動(dòng)擋塊與變槳軸承動(dòng)圈或葉片法蘭之間形成有切割口。
11.一種具有如權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的葉片限位結(jié)構(gòu)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
【文檔編號(hào)】F03D11/00GK103726996SQ201410015472
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】張曉 , 朱長錄, 陳文
申請人:北京金風(fēng)科創(chuàng)風(fēng)電設(shè)備有限公司