用于風力渦輪機的利用先導式加壓儲存器的液壓變槳距系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種流體控制系統(tǒng)，該流體控制系統(tǒng)用于操作用于包括變槳距系統(tǒng)的風力渦輪機的變槳距控制系統(tǒng)，該變槳距系統(tǒng)通過至少一個液壓促動器驅動至少一片轉子葉片。本發(fā)明還涉及一種配備有流體控制系統(tǒng)的風力發(fā)電機。
【背景技術】
[0002]標準的風力渦輪機利用變槳距系統(tǒng)來轉動轉子葉片。轉子葉片發(fā)生轉動以改變從風提取的能量的量，由此優(yōu)化動力產(chǎn)生。進一步地，變槳距系統(tǒng)是風力渦輪機最重要的單個安全系統(tǒng)，葉片被轉到預定的位置則不從風提取能量。
[0003]本發(fā)明涉及液壓變槳距系統(tǒng)。常規(guī)的液壓變槳距系統(tǒng)通過每個葉片使用一個或更多個線性液壓缸來轉動風力渦輪機的葉片。液壓缸放置在渦輪機的旋轉輪轂中。根據(jù)期望的運動方向，液壓缸通過在氣缸的活塞側或氣缸的桿側上供給加壓液壓流體促動。
[0004]加壓液壓流體由動力組供給，該動力組包括儲罐、栗和電動機。由于儲罐現(xiàn)有的設計，動力組放置在風力渦輪機的短艙中。這意味著，加壓液壓流體必須從渦輪機的固定部件轉移至旋轉輪轂。這通常是利用液壓滑環(huán)或旋轉接頭，其能使液壓流體從旋轉輪轂來回。
[0005]將整個變槳距系統(tǒng)移至旋轉輪轂，使液壓漏油的風險、變槳距系統(tǒng)的成本和渦輪機中的變槳距系統(tǒng)分布的成本最小化，是非常有益的。
[0006]在可以將整個液壓變槳距系統(tǒng)移入旋轉輪轂內之前必須解決一些問題。然而，最大的問題是如何將液壓流體儲存在旋轉輪轂中。儲罐中的油的體積是根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)而變化的，例如，氣缸伸長多遠以及隨著系統(tǒng)溫度的變化有多少油在液壓蓄能器中。由此，儲罐的容量必須是可變的。而且，旋轉儲罐可以不混合油和空氣、可以是不泄漏的并且在被向上向下轉動360°時能夠運行。
[0007]在諸如美國專利第7，658，594號、￥003091577和1^2012/0134827六1的專利申請中，公開了若干概念，但這些解決方案從未被成功地實施。

【發(fā)明內容】

[0008]在此背景下，本發(fā)明的目的是提供一種新的，更可靠的技術，用于儲存用于在風力渦輪機輪轂中的變槳距系統(tǒng)中利用的液壓流體。
[0009]本發(fā)明提供了一種流體控制系統(tǒng)，該流體控制系統(tǒng)用于操作用于包括變槳距系統(tǒng)的風力渦輪機的變槳距控制系統(tǒng)，該變槳距系統(tǒng)通過至少一個液壓促動器驅動至少一片轉子葉片。流體控制系統(tǒng)的液壓栗被供給了液壓流體，液壓流體來自安裝在風力渦輪機的旋轉部件上的液壓儲存器，該液壓儲存器是由變槳距系統(tǒng)自身加壓的先導式加壓液壓儲存器。該先導式加壓液壓儲存器包括經(jīng)由桿連接至先導活塞的儲存器活塞，其中，該儲存器活塞的活動儲存器活塞面大于先導活塞的活動先導活塞面。
[0010]本發(fā)明意在解決以上問題，因此提供了一種液壓變槳距系統(tǒng)，其中，所有的部件，包括液壓儲存器，都能放置在風力渦輪機的諸如旋轉輪轂的旋轉部件中或旋轉部件上。[0011 ]本發(fā)明提供了以下解決方案用來達到上述目的:
[0012]液壓流體必須被封裝在不會泄漏的儲存器中且不與周圍大氣接觸，并且具有可變的體積。體積的變化取決于在變槳距促動器中使用的和在液壓蓄能器中儲存的液壓流體的量。如果用于栗吸入側的供給壓力降到低于近似大氣壓，向變槳距系統(tǒng)供給來自儲存器的加壓液壓流體的栗就不能正常地運行。由此，栗吸入側的壓力必須保持在此水平之上。
[0013]實現(xiàn)這個的一種方式是將液壓流體儲存在被設計成類似液壓蓄能器一一彈簧承載、質量承載、氣體承載的儲存器中。最顯而易見的是氣體承載的蓄能器，因為這在風力渦輪機產(chǎn)業(yè)中是標配并且它能在360°的旋轉下運行。這樣的系統(tǒng)能從W002/48545A1中知曉。然而，氣體承載的蓄積器不能獨立于封裝在液壓蓄能器中的油量而供給恒定的壓力。隨著儲存在蓄積器中的油量的增加，壓力將指數(shù)性地增大。由于在，例如，緊急停止過程中，油必須回到加壓儲存器中，而液壓促動器伸長至其全長且專用于緊急停止的液壓蓄能器被清空，因此儲存器壓力的增大會導致可用變槳距力的大量損失。
[0014]理想的是一種在運行過程中保持相對恒定的儲存器壓力，以使得吸入側上的栗壓力永不降到大氣壓以下。
[0015]使用無任何空氣的加壓儲存器可以實現(xiàn)360°旋轉而不需要栗吸入空氣或油的泡沫。
[0016]US 2012/0134827A1提出通過基于來自液壓栗吸入側的反饋測量的可控容量變化機構來控制儲存器中的壓力。
[0017]與之相反，本發(fā)明基于無任何控制回路的被動系統(tǒng)，儲存器中的壓力反而是基于變槳距系統(tǒng)中的液壓壓力本身。
[0018]將儲存器設計成儲存器活塞的活動儲存器活塞面大于先導式加壓液壓儲存器的先導活塞的活動先導活塞面一一即，儲存器一側和先導一側的可動部件的面積比，例如是1:200，就會使得系統(tǒng)先導壓力是200巴時，儲存器壓力是I巴。由此，將儲存器的先導側連接至變槳距系統(tǒng)中的高壓區(qū)，可以無需控制即能使儲存器的壓力相對系統(tǒng)壓力處于已明確限定的水平。
[0019]在一實施例中，先導壓力來自用于儲存用于緊急停止功能的加壓液壓流體的液壓蓄能器的流體側。
[0020]在一實施例中，先導壓力來自用于儲存用于緊急停止功能的加壓液壓流體的液壓蓄能器的氣體側。
[0021]在一實施例中，先導壓力來自僅用于為加壓儲存器加壓的液壓蓄能器，由此，系統(tǒng)的壓力源不再向系統(tǒng)供給壓力，且即使壓力源不活動，液壓儲存器仍能加壓。
[0022]US 4691739和US 4538972公開了加壓儲存器，但在兩件參考文獻中，先導壓力皆由系統(tǒng)的壓力源供給。將儲存器與蓄積器而不是與壓力源組合利用，可以在壓力源不工作時仍能維持壓力，這在需要儲存器總是加壓的情形中能提供巨大的益處。
[0023]在一實施例中，先導壓力來自加壓氣體儲存器，這進一步簡化系統(tǒng)，減少可動部件的數(shù)量。
[0024]在一實施例中，先導壓力來自輔助功能件。
[0025]在一實施例中，先導壓力來自系統(tǒng)的供給源，較佳的是液壓栗。
[0026]在本發(fā)明中，“先導壓力”被定義成在系統(tǒng)中，例如，在加壓蓄積器中，已存在的壓力，或由系統(tǒng)的壓力源生成的壓力。通過使用此壓力，可以利用具有兩不同面積的活塞將先導壓力減小或增大至所期望的水平。
[0027]在一方面，用于加壓先導式加壓液壓儲存器的先導壓力被連接至液壓蓄能器的流體側。
[0028]在一方面，用于加壓先導式加壓液壓儲存器的先導壓力被連接至液壓蓄能器的氣體側。
[0029]在一方面，用于加壓先導式加壓液壓儲存器的先導壓力被連接至加壓氣體容器。
[0030]在一方面，用于加壓先導式加壓液壓儲存器的先導壓力被連接至風力渦輪機中的任何加壓系統(tǒng)。
[0031]在一方面，液壓促動器、液壓栗和先導式加壓液壓儲存器都被容納在風力渦輪機的輪轂中。
[0032]在一方面，通過利用具有作用在可用體積和先導體積上的不同面積的活塞，該先導式加壓液壓儲存器由變槳距系統(tǒng)自身加壓，從而不需要外部壓力控制單元。
[0033]在一方面，風力渦輪機的該旋轉部件是該風力渦輪機的輪轂或葉片。
[0034]在一方面，該液壓儲存器被放置在風力渦輪機的該旋轉部件中。
[0035]在一方面，該儲存器活塞的活動儲存器活塞面積比該先導活塞的先導活塞面積要大20至1000倍之間，較佳地100至600倍之間，最佳地150至400倍之間。
[0036]如果儲存器活塞的活動儲存器活塞面相比先導活塞的先導活塞面大得太多，就會增加在液壓流體中混入空氣的風險。然而，如果這個比例太小，先導式加壓液壓儲存器將會對特定的先導壓力過于靈敏。因此，本發(fā)明中的活塞的大小比例在安全和功能性之間提供了有益的關系。
[0037]在一方面，活動儲存器活塞面被設置在該儲存器活塞的連接有該桿的一側，在一方面，活動先導活塞面被設置在該先導活塞的連接有該桿的一側。
[0038]將先導式加壓液壓儲存器形成為:儲存器活塞和先導活塞的活動面是連接有活塞桿的側，其益處在于，相較于位于儲存器活塞的活動側，活塞桿會占據(jù)先導活塞活動側的相對較大的部分，從而更容易增大活動儲存器活塞面和活動先導活塞面之間的大小比例。
[0039]本發(fā)明進一步地提供了一種風力發(fā)電機，該風力發(fā)電機配備有根據(jù)以上任一說明所述的流體控制用于使風力渦輪機轉子葉片變槳距的系統(tǒng)。
[0040]使用根據(jù)本發(fā)明的用于使風力渦輪機的轉子葉片變槳距的流體控制系統(tǒng)的益處在于，即使安裝在風力渦輪機的轉動部件上，此流體控制系統(tǒng)仍能正常運行一一因此能夠避免用于在風力渦輪機的固定部件和旋轉部件之間轉移加壓液壓流體對機械靈敏的部件--諸如旋轉接頭。
【附圖說明】
[0041 ]下文中，將參照附圖對本發(fā)明進行詳細說明，其中:
[0042]圖1示出液壓變槳距系統(tǒng)的一個實施例的圖解，其中先導式加壓液壓儲存器由液壓蓄能器加壓；
[0043]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的先導式加壓儲存器的示意圖；
[0044]圖3示出先導式加壓儲存器的第二實施例的示意圖；
[0045]圖4示出液壓變槳距系統(tǒng)的一個實施例的圖解，其中先導式加壓液壓儲存器由液壓蓄能器的氣體加壓；
[0046]圖5示出液壓變槳距系統(tǒng)的一個實施例的圖解，其中先導式加壓液壓儲存器由專用的液壓蓄能器加壓；
[0047]圖6示出液壓變槳距系統(tǒng)的一個實施例的圖解，其中先導式加壓液壓儲存器由專用的加壓氣體容器加壓；
[0048]圖7示出液壓變槳距系統(tǒng)的一個實施例的圖解，其中先導式加壓液壓儲存器由來自結合在儲存器中的氣體體積的氣體壓力加壓;及
[0049]圖8示出液壓變槳距系統(tǒng)的一個實施例的圖解，其中先導式加壓液壓儲存器由來自風力渦輪機中的另一加壓系統(tǒng)的流體或氣體壓力加壓。
【具體實施方式】
[0050]圖1示出了液壓變槳距系統(tǒng)的第一示意圖，液壓變槳距系統(tǒng)包括由液壓閥2控制的變槳距促動器I。用于控制變槳距系統(tǒng)的壓力和液流通過