專利名稱：調(diào)整風(fēng)力渦輪機(jī)的傾角和停止其葉片轉(zhuǎn)動的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明在廣義上涉及調(diào)整風(fēng)力渦輪機(jī)的傾角，以及停止風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的轉(zhuǎn)動的裝置和方法。
一方面，本發(fā)明涉及一種調(diào)節(jié)風(fēng)力渦輪機(jī)的至少一片葉片的角度位置的方法，上述渦輪機(jī)包括傘齒輪傳動裝置和一臺用于驅(qū)動上述傘齒輪傳動裝置的驅(qū)動輪和驅(qū)動小齒輪旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)，以便使至少一片葉片轉(zhuǎn)動一個角度，這就使得至少一片葉片被上述驅(qū)動小齒輪轉(zhuǎn)動一個角度，上述驅(qū)動小齒輪由上述驅(qū)動輪驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，而該驅(qū)動輪則由上述電動機(jī)驅(qū)動，相對于主軸旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明還涉及一種控制風(fēng)力渦輪機(jī)的至少一片葉片相對于與風(fēng)力渦輪機(jī)的縱向主軸平行的風(fēng)向的傾角的機(jī)構(gòu)，上述機(jī)構(gòu)包括一臺用于使上述傘齒輪傳動裝置中的驅(qū)動輪繞著通過傘齒輪傳動裝置的驅(qū)動輪的縱向葉片軸旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)。更進(jìn)一步，本發(fā)明還涉及一種具有上述這種機(jī)構(gòu)的風(fēng)力渦輪機(jī)。
另一方面，本發(fā)明涉及一種完全停止風(fēng)力渦輪機(jī)的主軸旋轉(zhuǎn)的方法，這種風(fēng)力渦輪機(jī)包括一臺通過傘齒輪傳動裝置的驅(qū)動輪使它的驅(qū)動小齒輪旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)，上述驅(qū)動小齒輪的作用是使風(fēng)力渦輪機(jī)的至少一片葉片繞著它的縱向軸線轉(zhuǎn)動。本發(fā)明還涉及一種使風(fēng)力渦輪機(jī)的主軸完全停止轉(zhuǎn)動的機(jī)構(gòu)，上述風(fēng)力渦輪機(jī)包括一臺通過傘齒輪傳動裝置的驅(qū)動輪使它的驅(qū)動小齒輪旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)，上述驅(qū)動小齒輪的作用是使風(fēng)力渦輪機(jī)的至少一片葉片繞著它的縱向軸線轉(zhuǎn)動。更進(jìn)一步，本發(fā)明還涉及一種設(shè)有這種機(jī)構(gòu)的風(fēng)力渦輪機(jī)。
專利文獻(xiàn)DE 4221783中描述了一種設(shè)定風(fēng)力渦輪機(jī)葉片傾角的裝置。這種裝置包括一臺安裝在固定支座內(nèi)部的電動機(jī)。圍繞著上述固定支座安裝了一根旋轉(zhuǎn)縱向軸。葉片就安裝在這根旋轉(zhuǎn)軸上，這些葉片可以安裝成與上述主軸以及與上述縱向主軸平行的風(fēng)向成一個角度。上述電動機(jī)通過傘齒輪傳動裝置調(diào)整各葉片的傾角。在校正上述縱向軸線的旋轉(zhuǎn)和上述各葉片的傾角時，上述電動機(jī)必須以與主軸同樣的速度旋轉(zhuǎn)，以保持葉片正確的傾角。
這是一個主要的缺點。首先，它需要非常精確地控制電動機(jī)與主軸之間的動態(tài)的旋轉(zhuǎn)運動，即，控制電動機(jī)轉(zhuǎn)速與主軸轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。第二，上述電動機(jī)必須連續(xù)地操縱，以保持正確的葉片傾角。這就會使電動機(jī)過度磨損，并且需要為操縱上述電動機(jī)消耗大量能量。此外，這種裝置還必需相對于主軸旋轉(zhuǎn)速度的變化，反復(fù)不停地，連續(xù)地控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，而這種電動機(jī)控制方式又始終存在著稍稍落后于主軸轉(zhuǎn)速的缺點，因而經(jīng)常不能獲得葉片的最佳傾角。
更進(jìn)一步，在電動機(jī)因為諸如驅(qū)動電動機(jī)軸旋轉(zhuǎn)的電流中斷而不能轉(zhuǎn)動的情況下，上述裝置不能以可控的方式停止或限制主軸的轉(zhuǎn)動。上述主軸在過了一會兒之后才停止轉(zhuǎn)動，因為一旦電動機(jī)不再與主軸同步轉(zhuǎn)動，葉片將立刻傾斜到對于主軸的轉(zhuǎn)動來說不是最佳的角度位置。然后，葉片才到達(dá)一個穩(wěn)定的傾角，其特征是上述主軸不旋轉(zhuǎn)到上述傾角。
其它現(xiàn)有技術(shù)中的風(fēng)力渦輪機(jī)是借助于各葉片上的單獨的電動機(jī)來使葉片傾斜而停止主軸的轉(zhuǎn)動的。用這種方法傾斜葉片可以獲得與上面提到的傾斜方式同樣的技術(shù)效果，而且主軸也停止了，結(jié)果，主軸不是完全不轉(zhuǎn)動了，就是很慢地向正方向旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的目的是提供一種機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)沒有上面提到的缺點，因而，無論控制得是否足夠精確，它都能在較大的程度上形成和保持葉片正確的傾角，并且對傳動裝置的電動機(jī)和調(diào)節(jié)傾角的電動機(jī)沒有很大磨損，而且操縱上述調(diào)節(jié)傾角的電動機(jī)的能量消耗也不大。
在本發(fā)明的一個實施例中，上述目的是由這樣一種方法達(dá)到的，其特征在于，一當(dāng)葉片達(dá)到了正確的傾角，驅(qū)動輪相對于主軸的旋轉(zhuǎn)便停止。
在主軸處于正常運轉(zhuǎn)的條件下繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的同時使驅(qū)動電動機(jī)相對于主軸的停止轉(zhuǎn)動有好幾個優(yōu)點。首先，當(dāng)已經(jīng)修正了葉片的傾角時，與使得傾角電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸也在正常運轉(zhuǎn)的條件下繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的方法相比，傾角電動機(jī)的磨損將大大減小。此外，不再需要連續(xù)地監(jiān)控驅(qū)動電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度相對于主軸的旋轉(zhuǎn)速度了。最后，驅(qū)動電動機(jī)可專門用于控制葉片的傾角，不必同時用于保持驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)速度相對于主軸的旋轉(zhuǎn)速度了，因為這一功能進(jìn)一步增大了控制技術(shù)的難度。
用于這種方法的一種機(jī)構(gòu)的特征在于，上述電動機(jī)安裝在上述縱向主軸上。
把電動機(jī)安裝在主軸上為不必對電動機(jī)和旋轉(zhuǎn)軸的相對旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行全程控制提供了可能性。如果葉片傾角的修正已經(jīng)完成，電動機(jī)就不轉(zhuǎn)動。任何精度不高的公差和任何機(jī)械零件的磨損，都不會對保持葉片的正確傾角有什么大的影響，相應(yīng)于規(guī)定值，例如主軸的旋轉(zhuǎn)速度，風(fēng)速，等等，使傾角控制在相應(yīng)的電動機(jī)，以及施加在機(jī)械零件上的荷載將完全都是靜力的，因為，一當(dāng)?shù)竭_(dá)正確的傾角，在電動機(jī)、主軸和傘齒輪傳動裝置之間就沒有動力關(guān)系了。
在一個優(yōu)選實施例中，上述機(jī)構(gòu)的特征在于，在上述同步軸上設(shè)有制動器的旋轉(zhuǎn)部分，而該制動器的固定部分安裝在主軸上，并且，當(dāng)需要將葉片的傾角保持在正常的運轉(zhuǎn)位置時，上述制動器可使上述同步軸與主軸保持一致。
安裝一個制動器還有這樣的優(yōu)點，即，當(dāng)葉片已經(jīng)達(dá)到正確的傾角，而且電動機(jī)不再運轉(zhuǎn)時，電動機(jī)、主軸、傘齒輪傳動裝置與葉片之間的靜力關(guān)系不是由作為制動器那樣工作的電動機(jī)來保持的，而是由一個制動器來保持上述主軸、傘齒輪傳動裝置與葉片之間的關(guān)系的，從而使電動機(jī)解脫出來。
本發(fā)明的另一個方面是，本發(fā)明的目的是借助于一種新穎的機(jī)構(gòu)來使主軸靜止，以便調(diào)節(jié)正常運轉(zhuǎn)下葉片的傾角。
這一目的是用這樣一種方法達(dá)到的，其特征在于，使上述驅(qū)動輪的同步軸與上述主軸同步地降低速度，并且借助于上述主軸的繼續(xù)轉(zhuǎn)動使主軸上的至少一片葉片轉(zhuǎn)動一個傾角，該傾角與不同于運轉(zhuǎn)時任意傾斜角的所謂傾斜角相對應(yīng)。
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的特征在于，當(dāng)上述驅(qū)動輪的同步軸停止時，上述葉片能向正方向和負(fù)方向轉(zhuǎn)動，以便上述主軸能任意選擇向前和向后轉(zhuǎn)動。
使主軸停止轉(zhuǎn)動成為一個新的特征，部分是由于控制上述葉片的傾角的機(jī)構(gòu)是新的，部分是由于當(dāng)控制葉片傾角的電動機(jī)，即所謂傾角電動機(jī)的電流中斷時，主軸能自動停止轉(zhuǎn)動。停止是以這樣的方式進(jìn)行的，即，并不是使主軸完全停止，而是讓它繞著一個平衡點轉(zhuǎn)動。本發(fā)明的這種方法能讓主軸交替地向前和向后轉(zhuǎn)動。這就是說，主軸的軸承和旋轉(zhuǎn)的聯(lián)軸節(jié)軸承處在運動狀態(tài)，因而，當(dāng)主軸和旋轉(zhuǎn)的聯(lián)軸節(jié)完全停止時，它們既不會因為任何單向作用的靜力荷載，也不會因為任何動力集中荷載而失效，同時，它們也不會由于主軸只向著正向慢慢地轉(zhuǎn)動而潤滑不足。
上述方法所使用的機(jī)構(gòu)的特征在于，在驅(qū)動輪的同步軸上設(shè)置制動器的運動部分，而制動器的固定部分安裝在相對于主軸是固定的框架上，并且，當(dāng)需要將葉片的傾角定位在使主軸完全停止轉(zhuǎn)動的位置上時，制動器的作用是將驅(qū)動輪同步軸相對于固定的框架固定住。
借助于安裝如上所述的制動器，就能在傾角電動機(jī)由于電流中斷使得傾角電動機(jī)不能使用的任何情況下，使主軸的轉(zhuǎn)動慢下來。反向制動器主要是依靠機(jī)械致動的，所以它的功能與電流無關(guān)。
以上所討論的問題已經(jīng)由本發(fā)明解決了。本發(fā)明提供了一種控制風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片的傾角的裝置，該風(fēng)力渦輪機(jī)具有下列各種部件- 一根連接在風(fēng)力渦輪機(jī)底座部件上的能夠轉(zhuǎn)動的主軸；-至少一片連接在上述主軸上的葉片，這種連接使得葉片能繞著上述葉片的縱向軸線旋轉(zhuǎn)；上述傾角控制裝置包括- 一個裝在上述連接好的能轉(zhuǎn)動的主軸上的、能開動的驅(qū)動裝置。
上述能開動的驅(qū)動裝置是按照本發(fā)明的裝置的一部分，當(dāng)要改變風(fēng)力渦輪機(jī)的傾角時將其開動。正如以上所指出的，上述能開動的驅(qū)動裝置只在要改變傾角時才開動，從以下的描述和本發(fā)明的實施例中能夠清楚其原因，即，當(dāng)上述驅(qū)動裝置保持在跟隨著主軸的運動而運動時，不需要為保持該葉片的傾角而開動該驅(qū)動裝置。
按照本發(fā)明的廣義的方面，上述傾角控制裝置還可以包括一連接在至少一片葉片上的改變傾角的裝置，用以改變上述葉片的傾角；以及-一根連接上述驅(qū)動裝置與上述改變傾角的裝置的同步軸，該同步軸的至少一部分與連接著的能轉(zhuǎn)動的主軸的中心線對正，并沿著該中心線延伸或與其平行，所以，當(dāng)上述驅(qū)動裝置開動時，在上述同步軸與能轉(zhuǎn)動的連接著的主軸之間便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)角度的差，由于上述改變傾角的裝置是用來把旋轉(zhuǎn)角度的差轉(zhuǎn)換成至少一片葉片沿著其縱軸線的轉(zhuǎn)動，因而上述至少一片葉片的傾角被開動上述驅(qū)動裝置所改變。
事實上，只要傾角沒有改變，上述同步軸總是隨著主軸轉(zhuǎn)動，因而，如果把參照系選擇為隨著主軸同樣的角度旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)，則跟著這個參照系統(tǒng)的觀察者觀察到的同步軸將是停止不動的。因此，就此而論，旋轉(zhuǎn)角度的差應(yīng)該從固定在地面上或風(fēng)力渦輪機(jī)的底座上的參照系才能看到，這與這樣的事實等同，即，當(dāng)所述的旋轉(zhuǎn)角度差存在時，觀察同步軸的運動的觀察者才能觀察到同步軸的旋轉(zhuǎn)。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，控制傾角的裝置還可以包括一種防止裝置，這種裝置當(dāng)為轉(zhuǎn)動一片或多片葉片沿其縱軸線旋轉(zhuǎn)所需要的扭矩超過預(yù)定的扭矩時，可用于防止上述改變傾角的裝置把上述旋轉(zhuǎn)角度差轉(zhuǎn)換成上述至少一片葉片的旋轉(zhuǎn)。這種防止裝置一般是用來保證，一旦已經(jīng)設(shè)定了一個傾角時，以后，例如，作用在葉片上的空氣動力就不能改變該傾角。這種防止裝置可以采用，例如，直接或間接影響可能基本上沿著葉片方向延伸的軸線旋轉(zhuǎn)的葉片的盤式制動器，或氣動裝置等等。
此外，這種防止裝置還可以用于安全的目的。此時，當(dāng)主軸與同步軸之間已經(jīng)發(fā)生轉(zhuǎn)動的差別，上述防止裝置就可以防止葉片被轉(zhuǎn)動，并且每一片葉片可以采用一個防止裝置。例如，當(dāng)葉片的轉(zhuǎn)動因為有冰或有其他異物而被阻塞時，采用這種裝置可能是非常重要的。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，當(dāng)上述防止裝置用于安全目的時，它由摩擦離合器構(gòu)成。
上述能開動的驅(qū)動裝置通常是一臺馬達(dá)，例如電動機(jī)、液壓驅(qū)動馬達(dá)或氣動馬達(dá)，而上述改變傾角的裝置通常包括其驅(qū)動輪由上述同步軸帶動旋轉(zhuǎn)的傘齒輪驅(qū)動裝置，以及用于使至少一片葉片旋轉(zhuǎn)一個角度的驅(qū)動小齒輪。
在按照本發(fā)明的傾角控制裝置的一個優(yōu)選實施例中，上述能開動的驅(qū)動裝置位于上述主軸的后方，而上述改變傾角的裝置位于風(fēng)力渦輪機(jī)主軸的前端。為了把這些裝置連接在部件(裝置)上，可能要有一根以上的同步軸從主軸的后端延伸到前端，并且，雖然讓同步軸在風(fēng)力渦輪機(jī)主軸的外部延伸可能是有利的，但目前都是使同步軸通過主軸的內(nèi)部，所以所述的兩根軸是同軸線的。
在使用一根以上的同步軸的實施例中，可以把每一根同步軸都連接在一塊葉片上，結(jié)果，每一片葉片由一根軸來轉(zhuǎn)動傾角。同時，在該實施例中，這些軸可以穿過風(fēng)力渦輪機(jī)主軸的內(nèi)部。
在本發(fā)明的另一個并且是最常用的實施例中，上述能開動的驅(qū)動裝置和改變傾角的裝置都位于主軸的前部。也是在這個實施例中，上述同步軸可以從主軸的后端延伸到前端，而同步軸則穿過主軸的內(nèi)部。
為了使按照本發(fā)明的傾角控制裝置能把同步軸的旋轉(zhuǎn)與主軸的旋轉(zhuǎn)鎖定在一起，在上述同步軸上設(shè)有設(shè)置了制動器的能夠轉(zhuǎn)動的部分，而制動器的不能轉(zhuǎn)動的部分則安裝在主軸上。這種制動器通常是主動制動器(即只有在致動時才產(chǎn)生制動力的制動器)，因而葉片的傾角只有在這樣的情況下才能鎖定，即，為了鎖定同步軸相對于主軸的轉(zhuǎn)動，正常工作時的制動器需要開動。
用于本發(fā)明上述實施例的優(yōu)選制動器是這樣一種制動器，其中，能夠轉(zhuǎn)動的部件是制動盤，而制動器的不能轉(zhuǎn)動的部件是帶有制動蹄的制動卡鉗，或者，其中能夠轉(zhuǎn)動的部件是帶有安裝在同步軸上的制動蹄的制動卡鉗，而被制動的不能轉(zhuǎn)動的部件是安裝在主軸上的制動環(huán)。
另一方面，當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)停止時，需要固定或限制主軸的轉(zhuǎn)動。這可以由在同步軸上設(shè)置制動器的能夠轉(zhuǎn)動的部件，而將不能轉(zhuǎn)動的制動器部件安裝在風(fēng)力渦輪機(jī)的靜止部件，例如機(jī)架上。
通常，在本發(fā)明的實施例中可以使用不同類型的制動器，一般說來，當(dāng)使用安全制動器時，要借助于電力、液壓、機(jī)械或任何其他種類的動力來抵消制動力，當(dāng)使用控制式制動器時，制動力是借助于彈簧、氣動的油壓之類的機(jī)械來施加靜壓力的。
必須向能開動的驅(qū)動裝置供應(yīng)動力，如果這種裝置是電動機(jī)，通常是由至少一個安裝成與主軸同軸線，并且與電源連接的滑環(huán)來供應(yīng)。如果上述能開動的驅(qū)動裝置是一臺氣動馬達(dá)，也可以采用類似的方法，此時，滑環(huán)要設(shè)計成能輸送流體，而不是輸送電流。
在按照本發(fā)明的傾角控制裝置的另一個實施例中，供應(yīng)能開動的驅(qū)動裝置的電流通常是由裝在主軸內(nèi)的電源供應(yīng)的，或者，上述主軸是電源的一個部件。當(dāng)葉片的傾角只需要很小一點改變時，使用電池特別有利，因為這種能開動的驅(qū)動裝置只在致動時才消耗能量，然后，有時間來對電池再充電。
在又一個按照本發(fā)明的傾角控制裝置的實施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)包括一臺帶有由風(fēng)力渦輪機(jī)的主軸構(gòu)成的轉(zhuǎn)子的多極發(fā)電機(jī)。
本發(fā)明的另一個方面涉及利用本發(fā)明的傾角控制裝置來控制風(fēng)力渦輪機(jī)的傾角的方法。在這種方法中，傾角由下列步驟來控制-通過開動上述能開動的驅(qū)動裝置，在同步軸與主軸之間造成一個角度轉(zhuǎn)動差；-把這個角度轉(zhuǎn)動差傳遞給改變傾角的裝置；-停止上述驅(qū)動裝置。
雖然以上所描述的步驟可以看作是接連進(jìn)行的步驟，但在正常情況下，當(dāng)這些步驟在機(jī)械裝置中執(zhí)行時，并非如此，此時沒有或者至少只有極小的耽誤。這些步驟的順序只是表示開始改變傾角的途徑，以及把“信息”傳遞給葉片的途徑。同樣，“傳遞”可以看作傘齒輪傳動裝置的動作，例如，當(dāng)開動時，即，在同步軸與主軸之間在旋轉(zhuǎn)上的差別的作用下，齒輪的齒的相對運動。
實際上，傾角的改變決定于能開動的驅(qū)動裝置的運轉(zhuǎn)，因為該裝置是影響同步軸與主軸之間的轉(zhuǎn)動差別的裝置。上述“預(yù)定量”可以適當(dāng)?shù)赜没《戎惖男g(shù)語來表示，并且，當(dāng)傳動比是已知的，例如在齒輪傳動中(如果用作改變傾角的裝置的是齒輪傳動裝置)，則轉(zhuǎn)動的差和葉片的轉(zhuǎn)動也是已知的，它可以表示為一個傳動的函數(shù)，給出葉片的轉(zhuǎn)動對于上述驅(qū)動裝置(當(dāng)使用電動機(jī)時)每一轉(zhuǎn)的函數(shù)關(guān)系，因此，確定上述驅(qū)動裝置為使葉片轉(zhuǎn)動一預(yù)定量而必須完成的轉(zhuǎn)數(shù)是很容易完成的任務(wù)。
在確定了葉片的傾角之后，按照本發(fā)明的方法，還包括保持同步軸相對于主軸的角度位置的步驟，以保證不再轉(zhuǎn)動葉片。如果在上述方法中包括這一步驟，則改變傾角的過程就必須從把同步軸與主軸松開這個動作開始，否則就不能實現(xiàn)兩根軸之間的相對轉(zhuǎn)動。
在風(fēng)力渦輪機(jī)正常運轉(zhuǎn)的過程中，即，當(dāng)渦輪機(jī)在生產(chǎn)模式下運轉(zhuǎn)時，特別是在正常使用控制傾角的方法的過程中，傾角是受到控制的，此時葉片的傾角在+2°到-10°范圍內(nèi)，主要是在+1°到-5°的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的又一個方面涉及停止風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片轉(zhuǎn)動的方法。這種方法應(yīng)用了本發(fā)明的控制風(fēng)力渦輪機(jī)葉片傾角的方法，并且這種停止是由使同步軸固定在風(fēng)力渦輪機(jī)的一個靜止部件上完成的。
例如，為了使安裝了主軸的軸承運動，要讓主軸能在同步軸固定在風(fēng)力渦輪機(jī)的靜止部件上時能向正、反兩個方向轉(zhuǎn)動。
當(dāng)同步軸固定在風(fēng)力渦輪機(jī)的靜止部件上，而要讓主軸能在正、反兩個方向轉(zhuǎn)動時，上述角度的典型和常用的值，在上述風(fēng)力渦輪機(jī)以所謂負(fù)向失速模式運轉(zhuǎn)時，可用葉片的傾角在0°到-20°之間，基本上在-10°到-15°之間來表示。
當(dāng)同步軸停止轉(zhuǎn)動，而風(fēng)力渦輪機(jī)在所謂正向傾角模式下運轉(zhuǎn)時，允許主軸向正向或負(fù)向轉(zhuǎn)動的角度可以用使葉片在-1°到+90°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動的傾角來表示，例如，在0°到65°，基本上在0°到40°的范圍內(nèi)。
下面參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例。附圖中

圖1表示用于停止風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的安全制動器的優(yōu)選實施例，并且從原理上表示了本發(fā)明的一種機(jī)構(gòu)的實施例；圖2表示用于停止風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的安全制動器的另一個實施例，并且從原理上表示了本發(fā)明的一種機(jī)構(gòu)的實施例；圖3表示按照本發(fā)明的，安裝了摩擦離合器的傾角控制裝置的實施例；圖4表示按照本發(fā)明的傾角控制裝置的實施例，其中，傾角的控制電動機(jī)位于風(fēng)力渦輪機(jī)主軸的前方；圖5表示圖4中所示的傾角控制裝置的另一種實施例。
圖1和圖2表示了一臺風(fēng)力渦輪機(jī)的驅(qū)動機(jī)構(gòu)的一部分，圖1表示第一實施例，其中，葉片的主軸與傳動裝置的主軸制成一體，而圖2表示第二實施例，其中，葉片的主軸與傳動裝置的主軸是分開的。兩種實施例中的每一種實施例都按照本發(fā)明的同樣方式運轉(zhuǎn)。
在本發(fā)明的又一種實施例(圖中未表示)中，發(fā)電機(jī)是多極發(fā)電機(jī)，而葉片4連接在該發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上。因而，主軸1或者是看不見，或者是由發(fā)電機(jī)的軸構(gòu)成。在兩種情況下，都沒有把發(fā)電機(jī)與主軸連接起來的傳動裝置。
上述驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括一根轉(zhuǎn)子的縱向主軸1。轉(zhuǎn)子有一個固定在主軸前端3上的葉轂2，它朝向風(fēng)的方向W。葉片4安裝在輪轂上，在本發(fā)明實施例的圖中所示的驅(qū)動機(jī)構(gòu)中，葉片沿著與縱向主軸1的旋轉(zhuǎn)軸線A垂直的方向延伸。安裝在葉轂上的葉片能夠繞著垂直于縱向主軸1的軸線B轉(zhuǎn)動。在另一個實施例中，葉片4和軸線B與旋轉(zhuǎn)軸線A可以不成直角，例如葉片與主軸成所謂“錐度”，葉片與渦輪機(jī)塔之間形成較大的距離的渦輪機(jī)，此時，葉片與旋轉(zhuǎn)軸線A之間成鈍角。
主軸1由軸承5支承，在圖1中軸承5安裝在齒輪箱6中，而在圖2中則安裝在機(jī)架7上。圖中還表示了一個齒輪8，并且齒輪箱6安裝在渦輪機(jī)塔(圖中未表示)上，能繞著垂直軸線轉(zhuǎn)動。馬達(dá)11借助于主軸1后端9上的凸緣10安裝在主軸上，在本圖的實施例中，它是一臺電動機(jī)。這臺馬達(dá)是傾角馬達(dá)，用于控制葉片4相對于風(fēng)向W的傾角。
一根帶有齒輪13的同步軸12從主軸1的后端9穿過主軸1內(nèi)部，一直到達(dá)主軸1的前端3。在同步軸12的前方設(shè)有一個傘齒輪14，它構(gòu)成傘齒輪傳動裝置15中的驅(qū)動輪。其他的構(gòu)成傘齒輪傳動裝置的驅(qū)動小齒輪的傘齒輪16都與驅(qū)動輪14嚙合。本實施例中的圖中的葉轂上的驅(qū)動小齒輪16通過軸17與構(gòu)成驅(qū)動輪并與形成葉片4的一部分的轉(zhuǎn)動接頭19聯(lián)結(jié)。通過齒輪13、驅(qū)動輪14、驅(qū)動小齒輪16、驅(qū)動輪18和轉(zhuǎn)動接頭19，同步軸12就能使葉片4繞著軸線B旋轉(zhuǎn)。上述馬達(dá)也可以安裝在主軸1的前端3上，而上述同步軸12也可以從前端3向后端9延伸。
按照圖1中所示的優(yōu)選實施例的軸17是剛性的零件。為了使軸17能夠適應(yīng)，例如，制造過程中形成的不精確程度，環(huán)境對軸17造成的幾何尺寸的變化，和/或風(fēng)力渦輪機(jī)上其他零件的幾何尺寸的變化等等，軸17上最好設(shè)置為適應(yīng)這種變化的裝置。作為這種裝置的例子有，把軸設(shè)計成花鍵軸(由兩部分組成的，互相嚙合而又能沿縱向相對滑動的軸)，在軸17上設(shè)置萬向接頭，或者兩者的組合。
在圖示的本實施例中，單獨設(shè)置了一臺共用的傾角馬達(dá)11，它通過一根共用的同步軸12和傘齒輪傳動裝置15同時控制所有葉片4的傾角?；蛘撸部梢詾槊恳黄~片4設(shè)置單獨的驅(qū)動軸、驅(qū)動輪14和傘齒輪傳動裝置15，而不是設(shè)置共用的同步軸12。也可以用一臺共用的傾角馬達(dá)11只為少數(shù)幾片葉片提供傾角的控制，而其他的葉片4采用單獨控制。這些單獨的傾角馬達(dá)既可以按照現(xiàn)有技術(shù)那樣設(shè)置在葉轂2上，也可以設(shè)置在主軸1的后端9上，而且驅(qū)動軸穿過上述主軸1的內(nèi)部。
如上所述，在主軸1的后部9設(shè)有一臺傾角馬達(dá)11。這臺傾角馬達(dá)11的驅(qū)動軸20通過傘齒輪驅(qū)動裝置(在圖示的實施例中它包括驅(qū)動輪21和齒輪13)連接在同步軸12上，以使它能夠驅(qū)動這根同步軸12?；蛘?，上述傾角馬達(dá)11的驅(qū)動軸也可以不通過傘齒輪驅(qū)動裝置直接連接在同步軸12上。傾角馬達(dá)11、傘齒輪驅(qū)動裝置和凸緣10將全都隨著主軸1的轉(zhuǎn)動而一起旋轉(zhuǎn)。圖示的實施例中的傾角馬達(dá)11是一臺電動機(jī)，但，它也可以是液壓馬達(dá)或者氣動馬達(dá)。傾角電動機(jī)用的電流可以通過若干滑環(huán)(圖中未表示)來供應(yīng)，以便從外部電源把電能間接地通過滑環(huán)供應(yīng)給電動機(jī)11。
上述傾角電動機(jī)也可以用裝在主軸內(nèi)部的電池(圖中未表示)供電，以便從發(fā)電機(jī)或電池直接向傾角電動機(jī)供電。上述電池以后可以簡介地用外部電源充電?；蛘?，也可以用下列方式把一臺發(fā)電機(jī)做成主軸的一個部件，即，上述發(fā)電機(jī)由主軸驅(qū)動，它能供應(yīng)電能，直接用于電池的充電。此外，上述電動機(jī)和/或電池也可以用感應(yīng)法供電。
雖然可以通過記錄傾角的全部變化來監(jiān)視當(dāng)時葉片所設(shè)定的傾角，但，如果能檢測到實際設(shè)定的傾角，將更加有利。對傾角設(shè)定的檢測可以由設(shè)置在葉轂上的，能根據(jù)葉片的傾角提供信號的檢測裝置來完成?？梢詫σ黄~片檢測傾角，以它來代表該風(fēng)力渦輪機(jī)全部葉片所設(shè)定的傾角，或者，也可以對每一片葉片都檢測傾角，這樣，如果有一片或多片葉片與其余的葉片不同步，也能進(jìn)行檢測。在兩種情況下，都必須把檢測裝置所發(fā)出的原始信號傳送到控制裝置中去，一般，這種控制裝置是控制風(fēng)力渦輪機(jī)的全部運行性能的計算機(jī)。如果這臺計算機(jī)不是處在遠(yuǎn)離風(fēng)力渦輪機(jī)的，控制一臺以上風(fēng)力渦輪機(jī)的控制中心，那么這臺計算機(jī)一般裝在風(fēng)力渦輪機(jī)的靜止的部件上，因而信號是通過遙測技術(shù)或通過滑環(huán)之類從旋轉(zhuǎn)零件傳遞到靜止零件的。
在同步軸12上安裝著制動機(jī)構(gòu)的運動部分，制動盤22a和22b。在制動盤22a和22b的周圍安裝著制動機(jī)構(gòu)的固定部分，許多制動蹄23、24。第一制動蹄23固定在主軸1上，因而與主軸1同時轉(zhuǎn)動。第二制動蹄24固定在齒輪箱6上，因而不與主軸1一起轉(zhuǎn)動，該主軸1安裝成能相對于齒輪箱6轉(zhuǎn)動。第一制動蹄23構(gòu)成第一制動機(jī)構(gòu)的一部分，稱之為正向制動器。第二制動蹄24構(gòu)成第二制動機(jī)構(gòu)的一部分，稱之為負(fù)向制動器。
或者，也可以不把制動盤22a、22b安裝在同步軸12上，不把制動蹄23、24分別安裝在主軸1和齒輪箱6上，而是把一個或兩個制動蹄23、24安裝在同步軸12上，并把相當(dāng)于制動盤22a和22b的制動環(huán)(圖中未表示)分別安裝在主軸1和齒輪箱6上這樣，制動蹄23、24便形成制動器的運動部分，而制動環(huán)則形成制動器的固定部分。
上述正向制動器22b、23的作用是保持同步軸12相對于主軸1的位置，以防止葉片繞著軸線B轉(zhuǎn)動角度。一當(dāng)上述傾角馬達(dá)11驅(qū)動同步軸12旋轉(zhuǎn)，并從而通過傘齒輪傳動裝置15使葉片4傾斜到所要求的傾角，就能用液壓、電力或者氣動裝置來開動正向制動器22b、23。為了避免傾角馬達(dá)11上不必要的荷載，不用這臺傾角馬達(dá)來保持所要求的葉片傾角，而是用開動正向制動器22b和23來保持葉片4的已經(jīng)達(dá)到的傾角。
負(fù)向制動器22a、24的作用是保持同步軸12相對于齒輪箱6的位置，所以，當(dāng)主軸1相對于齒輪箱6轉(zhuǎn)動時，由于同步軸12是相對于齒輪箱6固定的，于是葉片4便自動相對于葉轂發(fā)生傾斜。如果考慮到運行的停頓，例如通向傾角電動機(jī)的控制電流和通向正向制動器22b、23的控制電流中斷了這樣的情況，這時需要停止主軸1的轉(zhuǎn)動，以避免風(fēng)力渦輪機(jī)的運行狀態(tài)降低到最佳狀態(tài)以下。
在發(fā)生其它事故的情況下，可能也需要停止主軸的轉(zhuǎn)動，以避免機(jī)械零件，例如主軸1、傘齒輪傳動裝置15或者傘齒輪驅(qū)動裝置的過載。但是，一般說來，在所述的情況下，將要求停止主軸的轉(zhuǎn)動，以防止轉(zhuǎn)動的速度提高到超過預(yù)定的速度。在這種情況下，上述負(fù)向制動器22a、24就成了所謂的安全制動器，當(dāng)主軸1還在轉(zhuǎn)動時，它能使葉片繞著葉片4的縱軸線B傾斜。負(fù)向制動器22a、24的作用是由彈簧25或其他不需要任何外部的電能或液壓能來施加外力的裝置提供的。當(dāng)負(fù)向制動器22a、24不作為安全制動器進(jìn)行工作時，上述彈簧25要用需要控制電流來操作的液壓或電源(圖中未表示)將其固定在預(yù)先加壓的狀態(tài)下。一當(dāng)控制電流消失，上述液壓或電源便停止工作，對彈簧25上的加載停止了，于是彈簧就激發(fā)出彈力，因而，借助于負(fù)向制動器22a、24能產(chǎn)生減慢同步軸12的旋轉(zhuǎn)的效果。
如果葉片4相對于葉轂2轉(zhuǎn)動，它們將在某個時間被定位在這樣一個角度位置上，使得風(fēng)W驅(qū)動葉片4的力量不足以使主軸1轉(zhuǎn)動。于是主軸1將停止轉(zhuǎn)動。在這個時間之前，通常葉片4已經(jīng)相對于葉轂2轉(zhuǎn)動了很大的角度，使得葉片處于這樣的角度位置，這個位置將使主軸1向相反的方向旋轉(zhuǎn)。在主軸1停止轉(zhuǎn)動之前，主軸將圍繞的一個平衡點向正反兩個方向交替地進(jìn)行局部的轉(zhuǎn)動。當(dāng)主軸1達(dá)到其平衡位置時，可由傳動系制動器26、27使其完全靜止，在這種情況下，傳動系制動器起主軸1的停車制動器的作用。上述傳動系制動器26、27通常是固定在齒輪箱6中一根軸上的圓盤制動器，它的制動蹄固定在齒輪箱6上，從而減慢主軸1相對于齒輪箱6的轉(zhuǎn)動。
在某些情況下，讓主軸1繼續(xù)其向正反方向交替地局部轉(zhuǎn)動可能是有利的，因為，當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)已經(jīng)由于安全制動器而降低速度時，即，風(fēng)力渦輪機(jī)由于通向傾角馬達(dá)11的控制電流的消失而造成的運轉(zhuǎn)事故而停止時，軸承5仍在繼續(xù)運動。在那種情況下，葉片4將轉(zhuǎn)到與最佳傾角不同的傾角上，直到不再有向前轉(zhuǎn)動的能量使主軸1轉(zhuǎn)動為止。不再有轉(zhuǎn)動能量時的不同傾角的大小決定于葉片4的實際設(shè)計，也決定于葉片4安裝在主軸1上的實際方式。下面將列出不同運轉(zhuǎn)情況下傾角的具體數(shù)值，但本發(fā)明的控制轉(zhuǎn)動和減慢主軸旋轉(zhuǎn)的方法和機(jī)構(gòu)，既可以用于使用正向傾角控制器的渦輪機(jī)，也可以用于使用反向傾角控制器的渦輪機(jī)。正向傾角控制器的作用是通過轉(zhuǎn)動葉片對著風(fēng)的前緣來控制，而反向傾角控制器的作用是通過轉(zhuǎn)動葉片對著風(fēng)的后緣來控制。
對于葉片4的既定結(jié)構(gòu)和對于葉片既定的安裝在葉轂2上的方式，上述第二傾角可以是，例如，在-5°與-25°之間。假定葉片4開始時向反向轉(zhuǎn)動，在反向旋轉(zhuǎn)方向上不再有旋轉(zhuǎn)能量使主軸1轉(zhuǎn)動之前，葉片4會找到一個不同的傾角。葉片4會找到一個平衡的傾角，該傾角與最佳傾角不同，它取決于葉片4的具體結(jié)構(gòu)和葉片4在葉轂2上的具體安裝方式。例如，該傾角為-5°與-25°，此時，主軸1將向正反兩個方向交替地以很慢的轉(zhuǎn)速進(jìn)行局部轉(zhuǎn)動。此時，主軸被傳動系制動器26、27所減慢。
當(dāng)主軸1被傳動系制動器26、27減速，已經(jīng)停止，并且處于上面提到的情況下時，葉片4的傾角將根據(jù)其實際結(jié)構(gòu)和安裝在葉轂2上的具體方式受到控制，轉(zhuǎn)動到規(guī)定的傾角，以便減小葉轂2、主軸1和軸承5上的軸向載荷。對于既定的葉片4的結(jié)構(gòu)和既定的葉片4安裝在葉轂2上的方式，上述傾角可以是，例如，-100°。一當(dāng)主軸1被傳動系制動器26、27減速，當(dāng)傾角電動機(jī)11已經(jīng)把葉片受到控制的傾角轉(zhuǎn)動到-100°時，就可以利用正向制動器22b、23來維持葉片的傾角。為安全起見，可以在大約-120°處設(shè)置一個端部擋塊。
在正常運轉(zhuǎn)時，葉片4的傾角將受到控制，以便產(chǎn)生最多的電能。為了防止葉片4的受到控制的傾角沿正向轉(zhuǎn)動到錯誤的角度，可以為葉片4在正向傾角，例如+2o處設(shè)置一個端部擋塊，但是，傾角的大小決定于葉片的具體結(jié)構(gòu)，以及葉片4安裝在葉轂2上的具體方式。
在因為其他事故而非控制電流中斷的正常減速時，葉片4的傾角將由傾角電動機(jī)根據(jù)葉片4的實際結(jié)構(gòu)和安裝在葉轂2上的具體方式，控制在一個角度位置上。對于既定的葉片4的結(jié)構(gòu)和既定的葉片4安裝在葉轂2上的方式，上述傾角可以是-10°。然后，上述負(fù)向制動器22a、24將自動地使同步軸12減速，結(jié)果，主軸1就能找到它停止轉(zhuǎn)動的平衡點。以后主軸1可能會在正反兩個方向以很慢的速度交替地作局部的轉(zhuǎn)動。此時，上述負(fù)向制動器22a、23并不起真正的安全制動器的作用，而是起同步軸12的停車制動器的作用，但，如上所述，主軸1將能在正反兩個方向交替地轉(zhuǎn)動。或者，也可以利用傳動系制動器26、27來使主軸1與被負(fù)向制動器22a、23或正向制動器22b、24降低了速度的同步軸12同時減速。
由于高風(fēng)速的降低，由傾角電動機(jī)11控制的葉片4將使其傾角轉(zhuǎn)動到自然的，所謂葉片的停車狀態(tài)，即-15°，但是，根據(jù)葉片4的實際結(jié)構(gòu)和葉片4安裝在葉轂2上的具體方式，葉片4的前緣(圖中未表示)被轉(zhuǎn)動到對著風(fēng)的的方向(主動失速)，并且主軸1的轉(zhuǎn)動很快停止。然后，傳動系制動器26、27將使主軸1減速，而葉片4將在受控的狀態(tài)下把傾角被迫轉(zhuǎn)動到所謂葉片水平位置，例如-90°，以減小作用在葉轂2、主軸1和軸承5上的軸向載荷。當(dāng)已經(jīng)轉(zhuǎn)動到-90°的位置時，負(fù)向制動器22a、24將使同步軸12減速，以保持-90°的傾角。
負(fù)向制動器22a、24通常由機(jī)械裝置25，例如螺旋彈簧或碟形彈簧，使它保持致動狀態(tài)，如果上述安全制動器是由于控制電流中斷而對風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生作用的，則上述負(fù)向制動器的運轉(zhuǎn)就一定不能使用液壓、電力或氣動的能量。如上所述，此時的負(fù)向制動器22a、24就成為所謂的安全制動器了。負(fù)向制動器可以用液壓、電力或氣動裝置使它保持在非致動狀態(tài)。
上面曾經(jīng)提到，主軸1的停止(或減速)與負(fù)傾角的控制有關(guān)，但是，如更前面所述，這種方法只能在渦輪機(jī)在正向傾角控制的模式下使用。一般說來，上面所述的方法基本上與渦輪機(jī)在正向傾角控制模式下工作相同，因此，考慮到葉片4轉(zhuǎn)動傾角是在相反的方向進(jìn)行的，則對于負(fù)向傾角控制模式的說明也能用于正向傾角控制模式。
在這種情況下，葉片4將找到一個平衡的傾角，這個傾角與最佳傾角不同，它決定于葉片4的具體結(jié)構(gòu)和葉片4安裝在葉轂2上的具體方法，例如-1°到+90°的傾角，此時主軸1將以很慢的旋轉(zhuǎn)速度交替地向正、反兩個方向作局部的轉(zhuǎn)動。在那種情況下，傳動系制動器26、27將不會對主軸1進(jìn)行減速。
風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片4一般具有由不對稱的機(jī)翼輪廓構(gòu)成的橫斷面，以便使渦輪機(jī)的結(jié)構(gòu)能以盡可能少的損耗產(chǎn)生盡可能大的效果。在通常情況下發(fā)生的主軸1的來回轉(zhuǎn)動可以用更加穩(wěn)定的狀態(tài)來替代，在這種狀態(tài)下，葉片4停留在風(fēng)力渦輪機(jī)的基本上固定的位置上。當(dāng)采用非對稱的輪廓時，一開始對正向傾角的控制將使葉片轉(zhuǎn)動，這將使主軸1的轉(zhuǎn)動減慢，直到達(dá)到基本穩(wěn)定的狀態(tài)。
當(dāng)渦輪機(jī)在正向傾角控制的模式下工作時，必須在葉片必須調(diào)節(jié)到的最大/最小允許傾角處相應(yīng)地設(shè)置端部擋塊。
在以上所描述的本發(fā)明的實施例中，在風(fēng)力渦輪機(jī)上設(shè)置了兩種制動器22a、24和22b、23。在另一個實施例中，由正向制動器22b、23所提供的效果可以由傾角電動機(jī)11來提供，即，通過把一個摩擦離合器插入電動機(jī)11與驅(qū)動輪之間，并利用一臺電動機(jī)，這臺電動機(jī)的軸在沒有開動旋轉(zhuǎn)時基本上鎖定在某個角度位置上。一當(dāng)負(fù)向制動器22a、24開動，由于主軸1的轉(zhuǎn)動，上述摩擦離合器將使同步軸12相對于主軸1轉(zhuǎn)動。
此外，為了利用這兩種制動器22b、23和22a、24成為更加安全的裝置，這兩種制動器要能夠承受不同的最大扭矩。為達(dá)到這一目的，通常是采用較強(qiáng)的負(fù)向制動器22a、24和較弱的正向制動器22b、23，即，負(fù)向制動器所能承受的扭矩比正向制動器所能承受的扭矩大。
在本發(fā)明的另一個最佳實施例中，如圖4所示，傾角電動機(jī)11和包括驅(qū)動軸20、驅(qū)動輪21和齒輪13在內(nèi)的傳動裝置一起，都設(shè)置在葉轂上。傳動裝置可以用與圖1-3中的實施例所示的同樣方式安裝在主軸上，但，驅(qū)動軸20也可以最后通過傳動裝置45有利地直接連接在同步軸12上(參閱圖4和5)。
一般，如果電動機(jī)所必須克服的扭矩很大，例如在大型渦輪機(jī)中(2-3Mw)，扭矩是如此的大，以致傳動比要高達(dá)1比300，則傾角電動機(jī)11的軸與同步軸12之間最好有傳動裝置。最恰當(dāng)?shù)膫鲃友b置是行星傳動裝置，圓周傳動裝置，環(huán)轉(zhuǎn)減速器等等。
本實施例中所使用的在主軸1與同步軸12之間傳遞不同旋轉(zhuǎn)速度的傳動裝置，與圖1-3中所示的實施例中所使用的相同，只不過現(xiàn)在同步軸12穿過驅(qū)動輪14，并且一直前進(jìn)，穿過中心到達(dá)主軸1的端部。在驅(qū)動輪的一種具體結(jié)構(gòu)中，同步軸不一定是穿過驅(qū)動輪，因為驅(qū)動輪可以做成同步軸12整體的一部分。
在本發(fā)明的這個最佳實施例中，負(fù)向制動器22b、24位于主軸1的后部，而正向制動器22b、23通常是傾角電動機(jī)11整體的一部分，或者是獨立的制動器，或者使電動機(jī)起制動作用。
把動力和控制信號傳遞給傾角電動機(jī)或從傾角電動機(jī)傳遞出來，是由圖4中所示的滑環(huán)，以及由標(biāo)號35所指的位于主軸1后部的滑環(huán)和位于主軸前方的滑環(huán)40來完成的。如上所述，控制信號也可以由遙測技術(shù)來傳遞，這樣就可以取消用于這一目的的滑環(huán)了。
以上用特定的實施例描述了本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)。所示的實施例中的風(fēng)力渦輪機(jī)的主軸與風(fēng)的方向平行，并且其葉片與主軸垂直。這種風(fēng)力渦輪機(jī)基本上是上風(fēng)風(fēng)力渦輪機(jī)，但也可以是下風(fēng)風(fēng)力渦輪機(jī)。或者，可以采用連接在主軸上的齒輪傳動裝置，這將使得有可能采用沒有齒輪傳動裝置的多極發(fā)電機(jī)。此外，也可以采用與以上所述的不同的傳動裝置技術(shù)方案。特別是，上述負(fù)向制動器也可以用于其他類型的風(fēng)力渦輪機(jī)中。上述實施例圖中的正向制動器和負(fù)向制動器是盤狀制動器，具有一個共同的制動盤。一個制動盤可以用在兩個制動器上，并且，正向制動器和負(fù)向制動器這兩種制動器也可以采用非盤狀的其他類型的制動器。主軸的平衡也可以不是在上面提到的角度上，而是在其他傾角上達(dá)到。這完全取決于風(fēng)力渦輪機(jī)的類型，葉片的形狀和尺寸，以及所涉及的風(fēng)力渦輪機(jī)的機(jī)械慣姓。此外，在說明書中提出的傾角的具體數(shù)值并不是限定的，而只是作為規(guī)定傾角的例子。正如說明書中所說，能達(dá)到最佳運轉(zhuǎn)狀態(tài)的傾角的具體數(shù)值部分決定于葉片的結(jié)構(gòu)，而部分決定于它安裝在葉轂上的方式。
圖3中，按照本發(fā)明的傾角控制裝置還包括安裝在周17中至少一根軸上的摩擦離合器30。這些摩擦離合器的目的是當(dāng)葉片中由一片被阻止繞著它的縱軸線轉(zhuǎn)動時，保證還能使至少一片葉片轉(zhuǎn)動，即，如果有一片葉片鎖定在其傾角位置上時，仍能使其余未鎖定的葉片轉(zhuǎn)動。
這是通過摩擦離合器30達(dá)到的，這種離合器能通過傘齒輪15傳動裝置把一定的扭矩傳遞到軸17上。當(dāng)施加在摩擦離合器30上的扭矩超過離合器30所能傳遞的最大扭矩時，軸17的的內(nèi)部零件17a仍能夠轉(zhuǎn)動，但軸17的外部零件17b卻不能轉(zhuǎn)動了?；蛘撸?dāng)摩擦離合器30直接連接在齒輪傳動裝置15上式時，軸17的內(nèi)部零件17a就可以脫開。
在一個優(yōu)選實施例中，上述摩擦離合器30是兩個盤的靠壓表面被互相壓緊的盤，例如用彈簧壓緊。通常，在靠壓表面上覆蓋了加強(qiáng)摩擦的層片。
在另一個優(yōu)選實施例中，上述摩擦離合器30是這樣一種離合器，其中，用彈簧加載的棘輪以這樣的方式與一個齒圈協(xié)同工作，即，上述彈簧要迫使棘輪進(jìn)入由上述齒圈的齒所形成的凹槽內(nèi)，直到從上述齒作用在棘輪上的力和由于扭矩而形成的力超過彈簧的力為止。
當(dāng)需要有控制地恢復(fù)軸17的兩個零件17a、17b的相互之間的角度位置時，可以使用以上所述的離合器30。當(dāng)葉片被阻不能繞著它的縱軸線旋轉(zhuǎn)的原因是，例如，冰鎖定了由齒輪18和旋轉(zhuǎn)接頭19所構(gòu)成的齒輪傳動裝置時，就可能發(fā)生上述情況。
這種恢復(fù)裝置可以由測量軸17的兩個零件17a、17b的角度位置的裝置，以及使軸17的外部零件17b保持在固定位置上的保持裝置。由于外部零件17b保持在固定位置上，所以軸的內(nèi)部零件17a的轉(zhuǎn)動將改變軸17的兩個零件17a、17b的相互之間的角度位置。借助于旋轉(zhuǎn)內(nèi)部零件17a而使外部零件17b保持不動，并測量這兩個零件17a17b的角度位置，然后，就能恢復(fù)兩個零件17a、17b的預(yù)定的相互角度位置。
或者，上述摩擦離合器可以是一種具有這樣一個零件的連接裝置，如果施加在這個零件上的力超過最大值，這個零件就破碎，于是齒輪傳動裝置15與齒輪18之間的聯(lián)結(jié)就不再存在。
由于使葉片繞著它的縱軸線旋轉(zhuǎn)所需要的扭矩通常很容易確定，或者至少可以估計出來，所以摩擦離合器30的尺寸就能根據(jù)這一扭矩來確定。
權(quán)利要求
1．一種控制風(fēng)力渦輪機(jī)葉片傾角的裝置，該風(fēng)力渦輪機(jī)具有下列各種部件- 一根連接在風(fēng)力渦輪機(jī)底座部件上的能夠轉(zhuǎn)動的主軸；-至少一片連接在上述主軸上的葉片，這種連接使得葉片能繞著上述葉片的縱軸線旋轉(zhuǎn)；上述傾角控制裝置包括-一個裝在上述連接好的能轉(zhuǎn)動的主軸上的，能開動的驅(qū)動裝置。
2．如權(quán)利要求1所述的傾角控制裝置，其特征在于，它還包括-連接在至少一片葉片上的改變傾角的裝置，用以改變上述葉片的傾角；以及-一根連接上述驅(qū)動裝置與上述改變傾角的裝置的同步軸，該同步軸的至少一部分與連接著的能轉(zhuǎn)動的主軸的中心線對正，并沿著該中心線延伸或與其平行，所以，當(dāng)上述驅(qū)動裝置開動時，在上述同步軸與能轉(zhuǎn)動的連接著的主軸之間便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)角度的差，由于上述改變傾角的裝置是用來把旋轉(zhuǎn)角度的差轉(zhuǎn)換成至少一片葉片沿著其縱軸線的轉(zhuǎn)動，因而上述至少一片葉片的傾角被開動上述驅(qū)動裝置所改變。
3．如權(quán)利要求2所述的傾角控制裝置，其特征在于，上述改變傾角的裝置當(dāng)為轉(zhuǎn)動一片或多片葉片沿其縱軸線旋轉(zhuǎn)所需要的扭矩超過預(yù)定的扭矩時，可用于防止上述改變傾角的裝置把上述旋轉(zhuǎn)角度差轉(zhuǎn)換成上述至少一片葉片的旋轉(zhuǎn)。
4．如權(quán)利要求2或3所述的傾角控制裝置，其特征在于，上述能開動的驅(qū)動裝置是馬達(dá)，例如電動機(jī)，液壓驅(qū)動馬達(dá)或氣動馬達(dá)。
5．如權(quán)利要求2到4中任何一項權(quán)利要求所述的傾角控制裝置，其特征在于，上述改變傾角的裝置包括其驅(qū)動輪由上述同步軸帶動旋轉(zhuǎn)的傘齒輪驅(qū)動裝置，以及用于使至少一片葉片旋轉(zhuǎn)一個角度的驅(qū)動小齒輪。
6．如權(quán)利要求2到5中任何一項權(quán)利要求所述的傾角控制裝置，其特征在于，上述能開動的驅(qū)動裝置位于上述主軸的后方，上述改變傾角的裝置位于主軸的前端，并且，上述同步軸從主軸的后端延伸到前端，而且上述同步軸穿過上述主軸的內(nèi)部。
7．如權(quán)利要求2到5中任何一項權(quán)利要求所述的傾角控制裝置，其特征在于，上述能開動的驅(qū)動裝置位于上述主軸的前方，上述改變傾角的裝置位于主軸的前端，并且，上述同步軸從主軸的后端延伸到前端，而且上述同步軸穿過上述主軸的內(nèi)部。
8．如權(quán)利要求2到7中任何一項權(quán)利要求所述的傾角控制裝置，其特征在于，在上述同步軸上設(shè)有設(shè)置了制動器的能夠轉(zhuǎn)動的部分，而制動器的不能轉(zhuǎn)動的部分則安裝在主軸上。
9．如權(quán)利要求2到8中任何一項權(quán)利要求所述的傾角控制裝置，其特征在于，在上述同步軸上設(shè)有設(shè)置了制動器的能夠轉(zhuǎn)動的部分，而制動器的不能轉(zhuǎn)動的部分則安裝在上述風(fēng)力渦輪機(jī)的靜止的部件上，例如，安裝在機(jī)架上。
10．如權(quán)利要求8或9所述的傾角控制裝置，其特征在于，上述制動器的能轉(zhuǎn)動的部分是一個制動盤，而上述制動器的不能轉(zhuǎn)動的部分是帶有制動蹄的制動卡鉗。
11．如權(quán)利要求8所述的傾角控制裝置，其特征在于，上述能夠轉(zhuǎn)動的部件是帶有安裝在同步軸上的制動蹄的制動卡鉗，而被制動的不能轉(zhuǎn)動的部件是安裝在主軸上的制動環(huán)。
12．如權(quán)利要求9所述的傾角控制裝置，其特征在于，上述能夠轉(zhuǎn)動的部件是帶有安裝在同步軸上的制動蹄的制動卡鉗，而被制動的不能轉(zhuǎn)動的部件是安裝在機(jī)架上的制動環(huán)。
13．如權(quán)利要求8到12中任何一項權(quán)利要求所述的傾角控制裝置，其特征在于，上述制動力借助于電力、液壓、機(jī)械或任何其他種類的動力來抵消。
14．如權(quán)利要求8到12中任何一項權(quán)利要求所述的制動器，其特征在于，上述制動力借助于彈簧之類用機(jī)械方式來施加靜力的。
15．如權(quán)利要求4到14中任何一項權(quán)利要求所述的傾角控制裝置，其特征在于，通向上述可開動的驅(qū)動裝置的電流，由至少一個安裝在上述主軸上，與其同軸線，并且與電源連接的滑環(huán)供應(yīng)。
16．如權(quán)利要求4到14中任何一項權(quán)利要求所述的傾角控制裝置，其特征在于，通向上述可開動的驅(qū)動裝置的電流，由裝在主軸內(nèi)部的電源供應(yīng)的，或者上述主軸是上述電源的一個部件。
17．如以上的權(quán)利要求中任何一項權(quán)利要求所述的傾角控制裝置，其特征在于，上述風(fēng)力渦輪機(jī)還包括一臺具有一個轉(zhuǎn)子的多極發(fā)電機(jī)，該轉(zhuǎn)子構(gòu)成上述風(fēng)力渦輪機(jī)的主軸。
18．如權(quán)利要求1到16中任何一項權(quán)利要求所述的傾角控制裝置，其特征在于，上述風(fēng)力渦輪機(jī)還包括一臺與上述風(fēng)力渦輪機(jī)的后端對準(zhǔn)連接的多極發(fā)電機(jī)。
19．一種控制風(fēng)力渦輪機(jī)的傾角的方法，這種方法使用按照權(quán)利要求2-18中任何一項權(quán)利要求所述的裝置，這種包括下列步驟一通過開動上述驅(qū)動裝置，在同步軸與主軸之間造成一個角度轉(zhuǎn)動差；-把這個角度轉(zhuǎn)動差傳遞給改變傾角的裝置；-停止上述驅(qū)動裝置。
20．如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，它還包括下列步驟保持上述同步軸相對于上述主軸的角度位置。
21．如權(quán)利要求19或21所述的方法，其特征在于，上述葉片的傾角控制在+2°到-10°的范圍內(nèi)，主要是在+1°到-5°的范圍內(nèi)。
22．一種利用權(quán)利要求19到21中任何一種方法來停止風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的轉(zhuǎn)動的方法，上述停止是由將上述同步軸保持在上述風(fēng)力渦輪機(jī)的靜止部件上來完成的。
23．如權(quán)利要求22所述的停止風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的轉(zhuǎn)動的方法，其特征在于，當(dāng)上述同步軸保持在上述風(fēng)力渦輪機(jī)的靜止部件上時，能讓上述主軸向正向或負(fù)向轉(zhuǎn)動。
24．如權(quán)利要求22或23所述的停止風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的轉(zhuǎn)動的方法，其特征在于，當(dāng)上述同步軸保持在上述風(fēng)力渦輪機(jī)的靜止部件上時，能讓上述主軸在正、反兩個方向轉(zhuǎn)動的上述角度由使葉片的傾角在0°到-20°之間，基本上在-10°到-15°之間轉(zhuǎn)動來確定。
25．一種按照如權(quán)利要求23使風(fēng)力渦輪機(jī)的主軸制動的方法，其特征在于，當(dāng)同步軸停止轉(zhuǎn)動時，允許上述主軸向正向或負(fù)向轉(zhuǎn)動的角度可以用葉片在-1°到+90°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動的傾角來確定，例如，在0°到65°，基本上在0°到40°的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種調(diào)節(jié)/控制風(fēng)力渦輪機(jī)的至少一片葉片(4)相對于平行于風(fēng)力渦輪機(jī)的縱向主軸(1)的風(fēng)向(W)的傾角的方法和機(jī)構(gòu),上述機(jī)構(gòu)包括一臺電動機(jī),這臺電動機(jī)通過傘齒輪傳動裝置的驅(qū)動輪使傘齒輪傳動裝置中的驅(qū)動輪(20、21)繞著一根縱向的葉片軸(12)轉(zhuǎn)動。本發(fā)明還設(shè)計一種使風(fēng)力渦輪機(jī)的主軸完全停止的方法和機(jī)構(gòu),上述機(jī)構(gòu)包括一臺電動機(jī),這臺電動機(jī)通過一個驅(qū)動輪使傘齒輪傳動裝置中的驅(qū)動小齒輪轉(zhuǎn)動,上述傘齒輪傳動裝置的作用是使至少一片葉片繞著一根縱軸線轉(zhuǎn)動一個傾角。
文檔編號F03D7/02GK1322280SQ9981179
公開日2001年11月14日 申請日期1999年8月13日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月13日
發(fā)明者N·維斯博爾 申請人:尼格麥康有限公司