專(zhuān)利名稱(chēng)：用于傳遞一個(gè)可變功率的傳動(dòng)桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個(gè)傳動(dòng)桿，其可傳遞一個(gè)帶有可變?nèi)肟谵D(zhuǎn)速和更多出口轉(zhuǎn)速的可變功率。本發(fā)明特別涉及到帶有可變功率輸入的裝置，這一裝置可以接收使用來(lái)自自然的能量如風(fēng)，水和其他資源。
超過(guò)1MW功率的風(fēng)能使用是現(xiàn)在最感興趣的。此外，裝置的工作應(yīng)如此安置，利用最小的動(dòng)力負(fù)擔(dān)產(chǎn)生最大的功率。為了整個(gè)系統(tǒng)在裝置高速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程或工作過(guò)程以及在靜止?fàn)顟B(tài)中效率達(dá)到最優(yōu)化，需要為機(jī)器設(shè)定一個(gè)轉(zhuǎn)速控制，這一控制可以通過(guò)其他的控制類(lèi)型(如轉(zhuǎn)子片調(diào)整)而得到支持。
接下來(lái)要描述現(xiàn)有的風(fēng)力裝置實(shí)例在隨時(shí)間變化的功率傳遞，特別是針對(duì)一個(gè)隨時(shí)間變化的入口轉(zhuǎn)速和相應(yīng)隨時(shí)間變化的扭矩中存在的難點(diǎn)，當(dāng)功率傳遞時(shí)，作為輔助條件要求有一個(gè)不隨時(shí)間變化的出口轉(zhuǎn)速。
風(fēng)力裝置的工作存在上述的難點(diǎn)，因?yàn)橥ㄟ^(guò)風(fēng)力裝置產(chǎn)生的電能存儲(chǔ)于一個(gè)電網(wǎng)中，而這個(gè)電網(wǎng)擁有一個(gè)固定的網(wǎng)絡(luò)頻率。由于涉及到網(wǎng)絡(luò)頻率初級(jí)大小的穩(wěn)定和網(wǎng)絡(luò)自身控制，要求風(fēng)力裝置的發(fā)電機(jī)直接耦合，這個(gè)發(fā)電機(jī)由傳動(dòng)桿提供一個(gè)恒定的轉(zhuǎn)速。這樣的風(fēng)力裝置也稱(chēng)為轉(zhuǎn)速固定的風(fēng)力裝置。
在轉(zhuǎn)速恒定的風(fēng)力裝置中，通常采用不同步發(fā)電機(jī)，這樣的發(fā)電機(jī)由于電差率的原因可以使用一個(gè)簡(jiǎn)單的方式安裝在電網(wǎng)上。
根據(jù)系統(tǒng)要求，一個(gè)恒定的出口轉(zhuǎn)速在傳送桿上的對(duì)比，是基于變化的風(fēng)力情況以及隨時(shí)間改變的風(fēng)力裝置的輸入功率。其中一個(gè)難點(diǎn)在于由于系統(tǒng)的固有特性，空氣流體的動(dòng)能向機(jī)械能轉(zhuǎn)化并增大了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能。在一個(gè)轉(zhuǎn)速恒定的風(fēng)力裝置中，規(guī)定了一個(gè)確定的轉(zhuǎn)子頻率或者少數(shù)幾個(gè)轉(zhuǎn)子頻率，只有當(dāng)發(fā)電機(jī)有一個(gè)換向開(kāi)關(guān)或者使用不同的發(fā)電機(jī)時(shí)，多于一個(gè)轉(zhuǎn)子頻率是才可供使用。所期望的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)速度通過(guò)轉(zhuǎn)子葉片角度的變化而實(shí)現(xiàn)。
轉(zhuǎn)速恒定的風(fēng)力裝置的缺點(diǎn)在于，當(dāng)在典型風(fēng)力情況下經(jīng)常出現(xiàn)的部分負(fù)荷狀態(tài)中，只能低效率工作。
風(fēng)力裝置在部分負(fù)荷轉(zhuǎn)速可變情況下工作時(shí)，有可能發(fā)生這樣的情況，傳送桿產(chǎn)生可變的或者恒定的出口轉(zhuǎn)速。在兩種情況下，出口功率由于隨時(shí)間變化的扭矩也同時(shí)隨時(shí)間發(fā)生改變。
在第一種情況下，風(fēng)力裝置使用一個(gè)帶有同向中間電路的頻率變流器。這一附加裝置傳遞在這里所描述的任務(wù)，但特別附帶一個(gè)更大的難處，一個(gè)強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)反作用與一個(gè)被提高了的諧波負(fù)荷以及高的無(wú)效功率相連接。
第二種考慮在于，風(fēng)力裝置中一個(gè)可變的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與一個(gè)恒定的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速相連接。這里所要描述的主題是一個(gè)傳動(dòng)桿通過(guò)一個(gè)可變的入口轉(zhuǎn)速和恒定的出口轉(zhuǎn)速傳送一個(gè)可變的功率。一個(gè)已知的，特別針對(duì)風(fēng)力裝置的解決方案是，在傳動(dòng)桿中放置一個(gè)疊加聯(lián)動(dòng)裝置，這個(gè)裝置可以用來(lái)分流以及疊加機(jī)械功率。在轉(zhuǎn)速可變的風(fēng)力裝置中，只有這兩種可能的情況發(fā)生，用來(lái)使得發(fā)電機(jī)頻率保持恒定。
在第一個(gè)系統(tǒng)中，入口功率通過(guò)疊加聯(lián)動(dòng)裝置分配到一個(gè)大型發(fā)電機(jī)和一個(gè)小型伺服電機(jī)上，其中大約有30％的功率被傳送到伺服電機(jī)。當(dāng)伺服電機(jī)通過(guò)一個(gè)頻率變流器與網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)，發(fā)電機(jī)就可以頻率穩(wěn)定地與一個(gè)電網(wǎng)相連。為了保證發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定，伺服電機(jī)既可作為電動(dòng)機(jī)也可作為發(fā)電機(jī)工作。這樣的系統(tǒng)對(duì)于電網(wǎng)也并不是沒(méi)有反作用的，更重要的是這樣的系統(tǒng)很難調(diào)控以及將傳動(dòng)桿以及轉(zhuǎn)子的支撐支架作為主要的能量?jī)?chǔ)存器。其他方面基于頻率變流器的安置也使得投資成本相應(yīng)提高。
在第二種系統(tǒng)中，采用流體靜力學(xué)工作原理，電子伺服電機(jī)代替了液壓電動(dòng)機(jī)和液壓泵。在這里同樣存在難以控制的難點(diǎn)，特別是針對(duì)一個(gè)響應(yīng)特性以及相應(yīng)的中止時(shí)間和強(qiáng)烈非線性狀態(tài)的控制。除此之外，液壓系統(tǒng)原件由于設(shè)計(jì)耗費(fèi)和重量原因也是非常不利的。
在下列的表格中，將概述已知的兩種不同的風(fēng)力裝置有功功率的控制。
本發(fā)明的目的在于解決通過(guò)一個(gè)傳送桿傳遞一個(gè)可變功率這樣的難題，這個(gè)傳送桿可以提供一個(gè)帶有恒定轉(zhuǎn)速的功率傳感器，以至于傳送過(guò)程在高效率情況下可以進(jìn)行并減少傳送桿的碰撞。更主要的是在傳送桿內(nèi)建立一個(gè)短時(shí)間能量?jī)?chǔ)存器，用來(lái)改善系統(tǒng)控制特性。鑄件數(shù)量和投資成本也可以保持較低水平。
這一任務(wù)的解決方案已經(jīng)在權(quán)利要求1的特征部分中給出。
設(shè)計(jì)原理要求達(dá)到一個(gè)很好的效率。風(fēng)力裝置中要求設(shè)計(jì)的傳動(dòng)桿在沒(méi)有規(guī)律的風(fēng)特性以及與之相連的不同的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速情況下，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速保持在一個(gè)可以接受的均勻水平。
以前我們已知風(fēng)力裝置有不同的調(diào)整和控制可能性，這些可能性或多或少對(duì)于效率會(huì)產(chǎn)生正面的影響-轉(zhuǎn)子片角度的安置，-發(fā)電機(jī)可變轉(zhuǎn)速，-轉(zhuǎn)差率控制，-發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速節(jié)流，-極數(shù)控制，-在疊加聯(lián)動(dòng)裝置中的轉(zhuǎn)速控制。
為了達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的轉(zhuǎn)速調(diào)整機(jī)構(gòu)，要求現(xiàn)有的調(diào)整和控制可能性要聯(lián)合并可以互相轉(zhuǎn)換，例如轉(zhuǎn)子片角度的安置和在疊加聯(lián)動(dòng)裝置中的轉(zhuǎn)速控制，風(fēng)力裝置的轉(zhuǎn)子總是在它最優(yōu)化的特性曲線上運(yùn)轉(zhuǎn)(最優(yōu)化的效率)并向發(fā)電機(jī)提供一個(gè)恒定的轉(zhuǎn)速。
本發(fā)明有附帶的圖片更進(jìn)一步的闡明。這里做逐個(gè)的描述

圖1用草圖的方式描述了一個(gè)符合設(shè)計(jì)要求的，帶有一個(gè)流體動(dòng)力學(xué)的位置變壓器作為流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)以實(shí)現(xiàn)功率支路的風(fēng)力裝置。
圖2用圖表說(shuō)明了一個(gè)風(fēng)力轉(zhuǎn)子的扭矩和功率接的收機(jī)械特性與風(fēng)俗的關(guān)系，以及風(fēng)力轉(zhuǎn)子和與之相關(guān)的設(shè)計(jì)要求的傳動(dòng)桿可變的入口轉(zhuǎn)速和恒定的通往發(fā)電機(jī)的出口轉(zhuǎn)速。
圖3描述了功率以及機(jī)械-流體動(dòng)力學(xué)傳動(dòng)桿單一支路的轉(zhuǎn)速與風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)速間的關(guān)系。
圖4描述了功率以及機(jī)械-流體動(dòng)力學(xué)傳動(dòng)桿反應(yīng)原件的安裝與風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)速間的關(guān)系。
圖5用草圖的方式描述了一個(gè)符合設(shè)計(jì)要求的，帶有一個(gè)流體動(dòng)力學(xué)的離合器作為流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)以實(shí)現(xiàn)功率支路的風(fēng)力裝置。
圖6a-c描述了設(shè)計(jì)要求的傳動(dòng)桿實(shí)施例子，通過(guò)一個(gè)流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)，在一個(gè)一級(jí)和一個(gè)二級(jí)功率支路之間建立關(guān)聯(lián)，圖像功率通過(guò)一個(gè)二級(jí)功率支路對(duì)功率支路聯(lián)動(dòng)裝置產(chǎn)生反作用。
圖7a-c描述了設(shè)計(jì)要求的傳動(dòng)桿實(shí)施例子，功率在一個(gè)二級(jí)功率支路上正向進(jìn)行并通過(guò)一個(gè)流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)控制一個(gè)以及功率支路。
圖8a-c描述了設(shè)計(jì)要求的傳動(dòng)桿實(shí)施例子，借助于一個(gè)一級(jí)功率支路推動(dòng)一個(gè)電力發(fā)電機(jī)，在一個(gè)二級(jí)可分式功率支路中，用一個(gè)流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)來(lái)控制無(wú)效功率。
圖9顯示了一個(gè)設(shè)計(jì)要求裝置的風(fēng)力特性和相應(yīng)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。
圖10顯示了一個(gè)帶有設(shè)計(jì)要求的傳動(dòng)桿的風(fēng)力裝置的效率曲線。
圖11說(shuō)明了轉(zhuǎn)子最優(yōu)化功率輸出的調(diào)整。
一個(gè)風(fēng)力裝置的轉(zhuǎn)子功率pR與風(fēng)速vw之間的關(guān)系可以近似用下列公式表示pR=kcp(vw,ωR,β)vw3]]>在這個(gè)公式里，k表示不同的常數(shù)，例如葉片幾何學(xué)常數(shù)和空氣密度等，cp表示功率系數(shù)，其數(shù)值與風(fēng)速vw、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速ωR以及角度β有關(guān)。隨著風(fēng)速vw的上升從而推動(dòng)轉(zhuǎn)子達(dá)到一個(gè)更大的轉(zhuǎn)速ωR，近而使得功率系數(shù)也達(dá)到一個(gè)最大值。
圖2通過(guò)在考慮不同的風(fēng)速情況下，轉(zhuǎn)子效率曲線族和一個(gè)風(fēng)力裝置轉(zhuǎn)子扭矩曲線族相交的描述展示了兩者的聯(lián)系，曲線族中每個(gè)單獨(dú)曲線各表示一個(gè)風(fēng)速。隨著風(fēng)速的提高，最優(yōu)化的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速也將推到更高的值，在圖2描述的曲線中，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速以拋物線形式顯示。一個(gè)轉(zhuǎn)速可變的裝置能夠因此借助于可用風(fēng)速，在一個(gè)最優(yōu)化的功率系數(shù)下工作。
風(fēng)力裝置都典型的設(shè)置了一個(gè)帶有額定轉(zhuǎn)速的額定功率。當(dāng)風(fēng)功率在最低值以上時(shí)，功率限制通過(guò)一個(gè)節(jié)數(shù)控制或者通過(guò)一個(gè)延遲控制實(shí)現(xiàn)，這對(duì)于一個(gè)風(fēng)力裝置在可變轉(zhuǎn)速下的運(yùn)轉(zhuǎn)，特別對(duì)于部分負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)是有意義的。
設(shè)計(jì)要求的傳動(dòng)桿可以通過(guò)適應(yīng)所有轉(zhuǎn)速范圍的傳遞以達(dá)到一個(gè)很好的效率，這可以參考圖10中描述的一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例。這一設(shè)計(jì)實(shí)例最高傳遞功率為2.5MW，主轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速區(qū)為n＝10-18轉(zhuǎn)/分鐘，恒定從轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速為n＝1500轉(zhuǎn)/分鐘。圖10曲線I表示在均勻的高效率情況下，曲線II則描述了這個(gè)實(shí)例種所傳遞的功率。
帶有設(shè)計(jì)要求的傳動(dòng)桿的風(fēng)力裝置應(yīng)該注意下列的控制要求和與風(fēng)有關(guān)的工作狀態(tài)-接入與斷路，-轉(zhuǎn)子的剎車(chē)裝置，-在變化的風(fēng)速下工作，以及-在恒定風(fēng)速下工作，以期達(dá)到一個(gè)最優(yōu)化的工作點(diǎn)。
一個(gè)轉(zhuǎn)速可變的風(fēng)力裝置能夠使用一個(gè)設(shè)計(jì)要求的傳動(dòng)桿，通過(guò)一個(gè)可變的入口轉(zhuǎn)速和一個(gè)通往發(fā)電機(jī)的恒定的出口轉(zhuǎn)速，來(lái)傳遞一個(gè)可變的功率。
圖1用簡(jiǎn)圖的形式描述了一個(gè)設(shè)計(jì)要求的傳動(dòng)桿1。這個(gè)傳動(dòng)軸由一個(gè)入口轉(zhuǎn)軸2和一個(gè)風(fēng)力機(jī)械轉(zhuǎn)子3相連。在之前列舉的狀態(tài)下，一個(gè)帶有恒定變流比的聯(lián)動(dòng)裝置4安置在入口轉(zhuǎn)軸2和風(fēng)力機(jī)械轉(zhuǎn)子3之間。這樣在中間安置的聯(lián)動(dòng)裝置4有這樣的好處，它不是強(qiáng)制性必須的，并能夠按照使用情況進(jìn)行工作，使得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速盡可能的延伸并達(dá)到最佳效率。
設(shè)計(jì)要求的傳動(dòng)桿利用一個(gè)疊加聯(lián)動(dòng)裝置進(jìn)行功率支路，在這里表示為功率支路聯(lián)動(dòng)裝置5。在這里所描述的設(shè)計(jì)實(shí)例，傳動(dòng)桿1的功率支路聯(lián)動(dòng)裝置5作為一個(gè)行星齒輪傳動(dòng)使用，并與帶有行星齒輪支架6的入口轉(zhuǎn)軸2相連接。在功率支路聯(lián)動(dòng)裝置5種，存在2個(gè)功率支路，一級(jí)功率支路7使得功率通過(guò)中心齒輪9到達(dá)傳動(dòng)桿出口轉(zhuǎn)軸10。出口轉(zhuǎn)軸10接入電力發(fā)電機(jī)11，并與一個(gè)流體動(dòng)力學(xué)的換流器發(fā)生相互作用，從而構(gòu)成先前所講的設(shè)計(jì)實(shí)例的流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)12。出口轉(zhuǎn)軸10和流體動(dòng)力學(xué)換流器的泵式齒輪13相連接。
出口轉(zhuǎn)軸10的優(yōu)勢(shì)在于涉及到一個(gè)快速旋轉(zhuǎn)的軸。先前已經(jīng)給出的說(shuō)明中，我們可以看到這樣一個(gè)快速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸，它的轉(zhuǎn)速是入口轉(zhuǎn)軸2轉(zhuǎn)速的4倍。一個(gè)適合直接提供電子發(fā)電機(jī)11運(yùn)轉(zhuǎn)，特別有優(yōu)勢(shì)的典型出口轉(zhuǎn)軸10轉(zhuǎn)速大約是1500轉(zhuǎn)/分鐘。其他出口轉(zhuǎn)軸10的轉(zhuǎn)速值也可以根據(jù)電子發(fā)電機(jī)11的極數(shù)和先前已經(jīng)存在的網(wǎng)絡(luò)頻率而做適當(dāng)考慮。安裝一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的出口轉(zhuǎn)軸10有這樣的好處，12(在這里是流體動(dòng)力學(xué)變壓器)與出口轉(zhuǎn)軸10存在相關(guān)的作用，且是有效力的，這就是說(shuō)，流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)能夠在高轉(zhuǎn)速情況下工作。
反應(yīng)元件15將在流體動(dòng)力學(xué)變壓器中作為分流的控制齒輪使用，它可以用來(lái)調(diào)整泵的接收功率以及渦輪齒輪14上的功率。通過(guò)渦輪齒輪14又要求在內(nèi)齒輪17上產(chǎn)生一個(gè)有功率支路作用的功率反作用，這一反作用通過(guò)一個(gè)二級(jí)的作為狀態(tài)聯(lián)動(dòng)裝置組建的行星齒輪16轉(zhuǎn)換。附帶的行星齒輪16是可選擇的，它有這樣的好處，通過(guò)提高出口轉(zhuǎn)軸10轉(zhuǎn)速的措施，可以在流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)12中提高泵13以及渦輪齒輪14的相關(guān)轉(zhuǎn)速。由此建造小型的流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)12的可能性也是存在的。
功率支路聯(lián)動(dòng)裝置5的內(nèi)齒輪17上的可變功率回流直接影響到一個(gè)可變化調(diào)節(jié)的變流比，這就描述為功率支路聯(lián)動(dòng)裝置的二級(jí)功率支路18，在先前的設(shè)計(jì)實(shí)例中，起到功率回流作用。在這里，行星齒輪16是可選安裝的，它在先前描述的符合設(shè)計(jì)要求的傳動(dòng)桿的設(shè)計(jì)實(shí)例中起到通過(guò)流體動(dòng)力學(xué)變壓器降低渦輪轉(zhuǎn)速的作用。高的泵以及渦輪轉(zhuǎn)速影響到經(jīng)濟(jì)效力的提升和流體動(dòng)力學(xué)變壓器小型化制造的可能性。
帶有一個(gè)作為流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)12的流體動(dòng)力學(xué)變壓器的傳動(dòng)桿是這樣設(shè)計(jì)的，通過(guò)在功率支路聯(lián)動(dòng)裝置中機(jī)械變換的選擇和流體動(dòng)力學(xué)變壓器參數(shù)的選擇，最佳的功率吸收特性拋物曲線通過(guò)風(fēng)力轉(zhuǎn)子3被復(fù)制下來(lái)。這樣設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)在于，對(duì)于每個(gè)風(fēng)速為了從空氣流體達(dá)到最大的吸收功率，都可以給出一個(gè)理想的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。對(duì)此，可以參考圖2的陳述與解釋。作為更進(jìn)一步的條件是傳動(dòng)桿同時(shí)為電子發(fā)電機(jī)提供一個(gè)恒定出口轉(zhuǎn)速。在先前所描述的狀態(tài)下，要求達(dá)到每分鐘1500轉(zhuǎn)，網(wǎng)絡(luò)頻率f＝50Hz。功率支路聯(lián)動(dòng)裝置中聯(lián)動(dòng)裝置組件(內(nèi)齒輪17以及中心齒輪9)必要的旋轉(zhuǎn)速度，可以通過(guò)注意每個(gè)風(fēng)速在部分負(fù)荷情況下的參數(shù)來(lái)確定。在這里值得注意的是，流體動(dòng)力學(xué)變壓器12中的反應(yīng)原件15的固定安裝，以便于傳動(dòng)桿能重現(xiàn)功率吸收特性拋物線。
圖3描述了借助于符合圖1設(shè)計(jì)實(shí)例的安置，在傳動(dòng)桿上可調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)速以及在單個(gè)支路傳遞的功率。曲線A表示了從動(dòng)轉(zhuǎn)軸10的轉(zhuǎn)速，曲線B表示了流體動(dòng)力學(xué)變壓器渦輪齒輪14的轉(zhuǎn)速，曲線C表示了入口轉(zhuǎn)軸2的轉(zhuǎn)速，曲線D是功率支路聯(lián)動(dòng)裝置5上內(nèi)齒輪17的轉(zhuǎn)速。曲線F描述了從風(fēng)力轉(zhuǎn)子吸收的功率，曲線E是流體動(dòng)力學(xué)變壓器12上中心齒輪9上的功率，曲線G是由傳動(dòng)桿傳遞到電子發(fā)電機(jī)的功率，曲線H是通過(guò)流體動(dòng)力學(xué)變壓器上一個(gè)二級(jí)功率支路18向功率支路聯(lián)動(dòng)裝置5回流的功率。
圖4再一次顯示了符合圖1的設(shè)計(jì)實(shí)例，以及流體動(dòng)力學(xué)變壓器上的反應(yīng)原件15在先前已經(jīng)說(shuō)明的導(dǎo)輪情況下的安裝。功率流曲線E，F(xiàn)，G和H就是圖3中的每一根相對(duì)應(yīng)曲線，一個(gè)沿著拋物線的最佳功率吸收，通過(guò)傳動(dòng)桿特性能被再次重現(xiàn)。這一功率通過(guò)安置一個(gè)同時(shí)存在的導(dǎo)向葉片，可以在所有已描述的部分負(fù)荷區(qū)域工作。這一調(diào)整將被視為流體動(dòng)力學(xué)變壓器的校正調(diào)整。為了達(dá)到在同時(shí)可變的最佳風(fēng)力轉(zhuǎn)速情況下傳動(dòng)桿供應(yīng)電子發(fā)電機(jī)一個(gè)恒定的出口轉(zhuǎn)速，沒(méi)有反應(yīng)原件的調(diào)整在實(shí)際意義是中必要的。在這種情況下，功率吸收特性拋物線的陡度可以通過(guò)功率支路聯(lián)動(dòng)裝置原件的轉(zhuǎn)換參數(shù)如同通過(guò)流體動(dòng)力學(xué)變壓器參數(shù)進(jìn)行確定。設(shè)計(jì)要求的傳動(dòng)桿的這一特性在已經(jīng)存在的通報(bào)中作為自動(dòng)調(diào)控顯示。
圖1顯示了一個(gè)廣義的功能分流傳動(dòng)桿，這個(gè)傳動(dòng)桿由一個(gè)流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)12組成，從主支路出來(lái)提供電子發(fā)電機(jī)11工作的功率被分流并作用回功率支路聯(lián)動(dòng)裝置5。傳動(dòng)桿也可以考慮如此設(shè)計(jì)，部分功率從功率支路聯(lián)動(dòng)裝置5通過(guò)流體動(dòng)力學(xué)分流器被導(dǎo)入一個(gè)一級(jí)動(dòng)力分流7。在這種狀況下，安裝一個(gè)流體動(dòng)力學(xué)離合器或者一個(gè)三輪式液力變壓器，使用一個(gè)流體動(dòng)力學(xué)變壓器作為流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)12，這樣的情況是可能的。如先前所描述的，在使用一個(gè)流體動(dòng)力學(xué)變壓器的時(shí)候，由于風(fēng)力轉(zhuǎn)子功率吸收特性與流體動(dòng)力學(xué)變壓器自身特性之間存在一致性，所以一個(gè)自動(dòng)調(diào)控的優(yōu)勢(shì)是存在的。與之相反，在選擇流體動(dòng)力學(xué)離合器作為流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)12時(shí)，在兩半離合器之間必須有積極的調(diào)控，必要的測(cè)量和控制介質(zhì)以及調(diào)節(jié)器的選擇，要通過(guò)專(zhuān)業(yè)人士的判斷來(lái)制訂。盡管如此還是可以得出這樣的結(jié)果，流體動(dòng)力學(xué)離合器在特定的使用中存在的優(yōu)勢(shì)。特別在于建造，支持在進(jìn)入滿負(fù)荷區(qū)域時(shí)離合器可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的類(lèi)型與方法切斷風(fēng)力裝置，這樣的設(shè)計(jì)特別有利于大型的，在開(kāi)闊湖面上作業(yè)的風(fēng)力裝置。在一個(gè)特定的工作區(qū)域中，三輪式液力變壓器由于其高效性再次優(yōu)先考慮作為流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)12使用。
圖5中用簡(jiǎn)圖描述了一個(gè)符合設(shè)計(jì)要求的傳動(dòng)桿的安裝，在這里使用了一個(gè)流體動(dòng)力學(xué)離合器作為流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)。傳動(dòng)桿的原件和功率流都相當(dāng)于圖1中的每一個(gè)相應(yīng)位置。通過(guò)入口轉(zhuǎn)軸2的工作在功率支路聯(lián)動(dòng)裝置5上傳遞的功率被分配到一個(gè)一級(jí)功率支路7和一個(gè)二級(jí)功率支路18，在已經(jīng)描述的設(shè)計(jì)實(shí)例中，一個(gè)二級(jí)功率支路18中的功率在傳動(dòng)桿中回流到功率支路聯(lián)動(dòng)裝置5。在現(xiàn)有的這個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例中，使用一個(gè)行星齒輪聯(lián)動(dòng)裝置作為功率支路。這里作為驅(qū)動(dòng)的功率會(huì)通過(guò)行星齒輪支架6進(jìn)行。除此之外，兩個(gè)功率支路都將如此建造，中心齒輪9和一級(jí)功率支路7之間以及內(nèi)齒輪17和二級(jí)功率支路18存在相互作用的關(guān)系。根據(jù)圖1中相應(yīng)的安裝，在二級(jí)功率支路18中安裝的行星聯(lián)動(dòng)裝置16提高在從動(dòng)軸10上的轉(zhuǎn)速，借此提高流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)12的效力，以達(dá)到最優(yōu)化狀態(tài)。
圖5更進(jìn)一步的描述了帶有一個(gè)與一級(jí)功率支路7和從動(dòng)轉(zhuǎn)軸10相連的泵齒輪13以及一個(gè)與二級(jí)功率支路相連的渦輪齒輪14的流體動(dòng)力學(xué)離合器。一個(gè)充滿設(shè)備通過(guò)基準(zhǔn)設(shè)備25顯示了在流體動(dòng)力學(xué)離合器中工作介質(zhì)的充滿狀態(tài)，以及在泵齒輪13和渦輪齒輪14間的功率傳遞。圖5中沒(méi)有單獨(dú)描述的測(cè)量和調(diào)整介質(zhì)，將一直控制從動(dòng)轉(zhuǎn)軸10的轉(zhuǎn)速和工作介質(zhì)在流體動(dòng)力學(xué)離合器基準(zhǔn)設(shè)備25中的優(yōu)化充滿狀態(tài)，以確保從動(dòng)轉(zhuǎn)軸10上的轉(zhuǎn)速保持一個(gè)恒定的額定值。
作為流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)12普遍的這樣使用，至少在確定的程度范圍內(nèi)功率吸收和功率給出是可調(diào)控的。對(duì)于現(xiàn)有的任務(wù)提出和特別對(duì)于在風(fēng)力裝置中的安裝，這個(gè)流體動(dòng)力學(xué)原件的可調(diào)控性具有不同的意義。
在專(zhuān)業(yè)人士的能力范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)要求的傳動(dòng)桿可以以不同的形式進(jìn)行安置。由此要在下列兩個(gè)設(shè)計(jì)要求的功率流方案間進(jìn)行選擇，一種方案是由圖6a，6b，6c所描述的，而另一種由圖7a，7b，7c所描述。傳動(dòng)桿的原件原始符號(hào)與圖1中相對(duì)應(yīng)的符號(hào)一致。
圖6a中的功率流簡(jiǎn)圖對(duì)應(yīng)于圖1中的相應(yīng)部分，通過(guò)功率支路聯(lián)動(dòng)裝置5，如果轉(zhuǎn)軸2所帶入的功率，在轉(zhuǎn)述n1的情況下，到達(dá)一級(jí)功率支路7，并推動(dòng)電子發(fā)電機(jī)，產(chǎn)生恒定出口轉(zhuǎn)速n2并分配到二級(jí)功率支路18。
在圖6a，6b，6c所顯示的第一種安裝方案中，通過(guò)二級(jí)功率支路18，功率以無(wú)效功率的形式回流到功率支路聯(lián)動(dòng)裝置5。帶有一級(jí)功率支路7的泵齒輪13和帶有二級(jí)功率支路18的渦輪齒輪14相連接是有優(yōu)勢(shì)的，因此通過(guò)流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)12，一級(jí)功率支路7和二級(jí)功率支路18保持一致的連接也是有優(yōu)勢(shì)的。
在圖6a，6b，6c中所描述的安裝差別可以看出在功率支路聯(lián)動(dòng)裝置5中功率支路的種類(lèi)。根據(jù)圖6a，通過(guò)行星齒輪支架6導(dǎo)入功率，一級(jí)功率支路7與中心齒輪9有效連接，二級(jí)功率支路18給出一個(gè)反作用到內(nèi)齒輪17上。根據(jù)圖6b，通過(guò)內(nèi)齒輪17導(dǎo)入功率，一級(jí)功率支路7再次與中心齒輪9有效連接，二級(jí)功率支路18與行星齒輪支架6耦合。圖6c中，通過(guò)行星齒輪支架6導(dǎo)入功率，一級(jí)功率支路7與內(nèi)齒輪17建立有效連接，二級(jí)功率支路18與中心齒輪9建立有效連接。在功率支路裝置之間安裝有附加的聯(lián)動(dòng)裝置，作為狀態(tài)聯(lián)動(dòng)裝置使用，這在設(shè)計(jì)實(shí)例中作為行星齒輪聯(lián)動(dòng)裝置描繪并以16和16.2作為參考記號(hào)顯示。
符合設(shè)計(jì)要求的傳動(dòng)桿的另一個(gè)安裝方案由圖7a，7b，7c顯示。于先前描述的描述樣式不同，功率流在這里要求在二級(jí)功率支路18中正向(從動(dòng)方向)流動(dòng)。因此按照?qǐng)D7a，7b，7c的安裝，流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)12中泵齒輪13在這里作為流體動(dòng)力學(xué)換流器，與二級(jí)功率支路18相連接并通過(guò)渦輪齒輪14與一級(jí)功率支路7有效連接，以至于在以恒定轉(zhuǎn)速n2旋轉(zhuǎn)的出口轉(zhuǎn)軸10上有一個(gè)有效進(jìn)路。
由圖7a，7b，7c中所描述的安裝差別可以看出在功率支路聯(lián)動(dòng)裝置5中功率支路的種類(lèi)和功率導(dǎo)入種類(lèi)。圖7a中，行星齒輪支架6與入口轉(zhuǎn)軸2連接并通過(guò)內(nèi)齒輪17與二級(jí)功率支路18；通過(guò)中心齒輪9與一級(jí)功率支路7有效連接。根據(jù)圖7b功率導(dǎo)入也可以通過(guò)內(nèi)齒輪17進(jìn)行并通過(guò)行星齒輪支架6與二級(jí)功率支路18；通過(guò)中心齒輪9與一級(jí)功率支路7有效連接。
不同的中間聯(lián)動(dòng)裝置可以在功率支路中被實(shí)現(xiàn)，例如作為行星聯(lián)動(dòng)裝置16安裝。除此之外，一個(gè)附加的聯(lián)動(dòng)裝置級(jí)16.3在流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)的連接區(qū)域與功率支路7，18連接。這樣的安裝在圖7b中顯示。
在圖7c中顯示了一個(gè)進(jìn)一步對(duì)于功率流正向在二級(jí)功率支路18中的安裝實(shí)例。在功率通過(guò)渦輪齒輪14在一級(jí)功率支路7中時(shí)，二級(jí)功率支路18通過(guò)泵齒輪13的連接與流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)12產(chǎn)生有效連接。
圖8a，8b，8c描述了一個(gè)在可變?nèi)肟谵D(zhuǎn)速和可變功率產(chǎn)生一個(gè)恒定出口轉(zhuǎn)速情況下符合設(shè)計(jì)要求的傳動(dòng)桿的一個(gè)進(jìn)一步外形。與先前的設(shè)計(jì)樣式相比，不同點(diǎn)在于流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)12與一級(jí)功率支路7以及用來(lái)驅(qū)動(dòng)電子發(fā)電機(jī)的功率分流聯(lián)動(dòng)裝置5的出口轉(zhuǎn)軸10沒(méi)有有效連接。取而代之的是流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)12控制功率流在二級(jí)功率支路18(一個(gè)無(wú)效功率支路)上，不僅與功率分流聯(lián)動(dòng)裝置5而且與入口轉(zhuǎn)軸2連接，并將功率送回功率分流聯(lián)動(dòng)裝置5。
在圖8a中，通過(guò)行星齒輪支架6將功率導(dǎo)入到功率分流聯(lián)動(dòng)裝置5。一個(gè)狀態(tài)聯(lián)動(dòng)裝置(這里是行星齒輪聯(lián)動(dòng)裝置16)與行星齒輪支架6相連接，用以提高轉(zhuǎn)速并驅(qū)動(dòng)流體動(dòng)力學(xué)變壓器的泵齒輪13。通過(guò)渦輪齒輪14和一個(gè)附加的狀態(tài)聯(lián)動(dòng)裝置16.2，功率以無(wú)效功率的形式流回功率分流聯(lián)動(dòng)裝置5的中心齒輪9。通過(guò)無(wú)效功率流的控制，流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)12可以使得與內(nèi)齒輪17相連的從動(dòng)轉(zhuǎn)軸10的轉(zhuǎn)速保持恒定。圖8b，8c顯示了另一個(gè)原理的安裝，驅(qū)動(dòng)方面的功率輸入在功率分流聯(lián)動(dòng)裝置5中被改變。
在符合設(shè)計(jì)要求的帶有一個(gè)功率分流聯(lián)動(dòng)裝置5的原件中，流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)12的特征記號(hào)在實(shí)際狀況中是明顯有彈性的。為此將使用一個(gè)足夠沒(méi)有功率損失的，對(duì)于一個(gè)控制行為有利的阻尼衰減，這一衰減由流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)12的可活動(dòng)支架產(chǎn)生。特別是短時(shí)間的在風(fēng)力裝置中通過(guò)消除影響或者陣風(fēng)所產(chǎn)生的系統(tǒng)波動(dòng)，符合設(shè)計(jì)要求的系統(tǒng)能因此而被加裝彈簧，這一波動(dòng)在符合設(shè)計(jì)要求的傳動(dòng)桿從動(dòng)轉(zhuǎn)速恒定的控制保持技術(shù)方面是有利的。
符合設(shè)計(jì)要求的布局明顯特性在于通過(guò)使用一個(gè)反作用于功率分流聯(lián)動(dòng)裝置5的流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)12，一個(gè)能量?jī)?chǔ)存效果(至少是短期)可以被實(shí)現(xiàn)，并對(duì)于符合設(shè)計(jì)要求的傳動(dòng)桿控制特性有利。
圖11再一次以圖畫(huà)方式解釋了一個(gè)風(fēng)力裝置傳動(dòng)桿入口轉(zhuǎn)速靈活匹配的例子，同時(shí)給出一個(gè)最佳的與風(fēng)相配合的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和一個(gè)恒定的從動(dòng)轉(zhuǎn)速(發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速)。不同的工作點(diǎn)A，B和C，相當(dāng)于不同的帶有指定的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速ωC，ωA和ωB的功率系數(shù)?？諝饬鬓D(zhuǎn)子在A點(diǎn)取得最佳功率。在C點(diǎn)僅有部分轉(zhuǎn)子功率可被使用，流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)要求在由主支路吸收的功率以及輸出的功率對(duì)于疊加聯(lián)動(dòng)裝置的反作用中如此控制，轉(zhuǎn)子被加速直到達(dá)到最佳工作點(diǎn)A。從工作點(diǎn)B開(kāi)始，調(diào)控開(kāi)始帶有相反的記號(hào)。由此滿足了調(diào)控在恒定合適的風(fēng)速下處于最佳工作點(diǎn)的要求。
更進(jìn)一步可能的是，產(chǎn)生一個(gè)已知的風(fēng)力波動(dòng)，通過(guò)這個(gè)波動(dòng)推動(dòng)恒定的工作點(diǎn)。在這里是D點(diǎn)，如同在最佳效率曲線上的A點(diǎn)，并相當(dāng)于一個(gè)減弱的風(fēng)速。因此通過(guò)符合設(shè)計(jì)要求的傳動(dòng)桿，一個(gè)隨時(shí)間可變的入口功率帶有隨時(shí)間可變的入口轉(zhuǎn)速是可控制的并可調(diào)節(jié)的。
圖9用圖畫(huà)的方式顯示了一個(gè)風(fēng)速隨時(shí)間起伏的風(fēng)力特性，這一特性再次轉(zhuǎn)化為最佳轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。這里存在一個(gè)已知的平整段，這是基于所使用的轉(zhuǎn)子機(jī)械原件、聯(lián)動(dòng)裝置和流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)等等惰性而產(chǎn)生的。
總的來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)理念框架內(nèi)，建立一個(gè)帶有恒定出口轉(zhuǎn)速的傳動(dòng)桿，并有這樣的布置，出口轉(zhuǎn)速保持準(zhǔn)確的恒定。一定的偏差在這里是可以被接受的。在這里偏差可以在±10％，最好控制在±5％，而最佳的額定出口功率偏差應(yīng)在±1％。在風(fēng)力裝置的安裝中，與分配網(wǎng)絡(luò)分離的發(fā)電機(jī)對(duì)于從動(dòng)轉(zhuǎn)速有特別高的要求，偏差最多在±0.5％，這一偏差支持工作網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)延伸。
通過(guò)風(fēng)力符合設(shè)計(jì)要求的傳動(dòng)桿的另一個(gè)使用可能在于例如其間安置了渦輪機(jī)，不能在恒定轉(zhuǎn)速情況下工作的特殊水力電站，諸如流體和潮汐發(fā)電站或者特殊水閘系統(tǒng)都符合這些條件。除此之外，通過(guò)該設(shè)計(jì)原理，自然的隨時(shí)間改變的能量源，如波動(dòng)力，傳遞到一個(gè)要求恒定入口轉(zhuǎn)速的電子發(fā)電機(jī)上這一的情況也是可以設(shè)想的。
權(quán)利要求
1.一種用于傳遞一個(gè)帶有可變?nèi)肟谵D(zhuǎn)速的可變功率的傳動(dòng)桿，其驅(qū)動(dòng)一個(gè)帶有流通機(jī)械的能量產(chǎn)生裝置風(fēng)渦輪(3)或一個(gè)水渦輪；特征在于，1.1包含一個(gè)功率分流聯(lián)動(dòng)裝置(5)，其將功率分配到至少一個(gè)一級(jí)功率支路(7)和至少一個(gè)二級(jí)功率支路(18)；1.2一級(jí)功率支路(7)，其驅(qū)動(dòng)一個(gè)電子發(fā)電機(jī)(11)；1.3作為一個(gè)功率分流聯(lián)動(dòng)裝置(5)從動(dòng)面安置的流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)(12)，將在一級(jí)功率支路(7)和二級(jí)功率支路(18)之間建造，通過(guò)流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)(12)，功率流可以使得驅(qū)動(dòng)電子發(fā)電機(jī)(11)的轉(zhuǎn)速保持恒定。
2.如權(quán)利要求1所述的用于傳遞一個(gè)帶有可變?nèi)肟谵D(zhuǎn)速的可變功率的傳動(dòng)桿，其特征在于，使用一個(gè)流體動(dòng)力學(xué)變壓器或者一個(gè)流體動(dòng)力學(xué)離合器或者一個(gè)三輪式變壓器作為流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)(12)。
3.如權(quán)利要求1-2所述的用于傳遞一個(gè)帶有可變?nèi)肟谵D(zhuǎn)速的可變功率的傳動(dòng)桿，其特征在于，流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)(12)的泵齒輪(13)或者流體動(dòng)力學(xué)離合器或者三輪式變壓器安裝在功率分流聯(lián)動(dòng)裝置(5)中一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的軸上，這個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的軸就是傳動(dòng)桿的出口轉(zhuǎn)軸(10)，它與電子發(fā)電機(jī)(11)相連。
4.一種用于傳遞一個(gè)帶有可變?nèi)肟谵D(zhuǎn)速的可變功率的傳動(dòng)桿，驅(qū)動(dòng)由一組渦輪機(jī)組比如風(fēng)渦輪(3)、水渦輪等驅(qū)動(dòng)的能量產(chǎn)生裝置；特征在于，4.1功率分流聯(lián)動(dòng)裝置(5)包括一個(gè)入口轉(zhuǎn)軸(2)，至少一個(gè)一級(jí)功率支路(7)和至少一個(gè)二級(jí)功率支路(18)；4.2一級(jí)功率支路(7)驅(qū)動(dòng)電子發(fā)電機(jī)(11)；4.3二級(jí)功率支路(18)與入口轉(zhuǎn)軸(2)相連，并將無(wú)效功率導(dǎo)回功率分流聯(lián)動(dòng)裝置(5)；4.4在二級(jí)功率支路(18)中安置的流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)(12)將使得在二級(jí)功率支路(18)中的無(wú)效功率流起到這樣的作用，保持驅(qū)動(dòng)電子發(fā)電機(jī)(11)的轉(zhuǎn)速恒定。
5.如權(quán)利要求1-4中至少一項(xiàng)所述的用于傳遞一個(gè)帶有可變?nèi)肟谵D(zhuǎn)速的可變功率的傳動(dòng)桿，其特征在于，一個(gè)進(jìn)一步的聯(lián)動(dòng)裝置可以安裝在功率分流聯(lián)動(dòng)裝置(5)的前面或者后面。
6.如權(quán)利要求1-5中至少一項(xiàng)所述的用于傳遞一個(gè)帶有可變?nèi)肟谵D(zhuǎn)速的可變功率的傳動(dòng)桿，其特征在于，為了提高轉(zhuǎn)速，在二級(jí)功率支路(18)中安裝一個(gè)附加的聯(lián)動(dòng)裝置，流體動(dòng)力學(xué)循環(huán)(12)將按這個(gè)轉(zhuǎn)速運(yùn)行。
7.如權(quán)利1-6中至少一項(xiàng)所述的用于傳遞一個(gè)帶有可變?nèi)肟谵D(zhuǎn)速的可變功率的傳動(dòng)桿，其特征在于，出口轉(zhuǎn)速最大偏差在±10％，最好在±5％，特別優(yōu)選的額定值誤差保持在±1％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種傳輸變速變量動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)裝置，其是由一組渦輪機(jī)組例如風(fēng)渦輪(3)、水渦輪等驅(qū)動(dòng)的動(dòng)能產(chǎn)生裝置。驅(qū)動(dòng)機(jī)包含一個(gè)動(dòng)力分離傳輸裝置(5)，把動(dòng)力分配到至少一個(gè)一級(jí)動(dòng)力分支(7)和至少一個(gè)次級(jí)的動(dòng)力分支(7)。通過(guò)一個(gè)置于動(dòng)力分離裝置(5)末端的水力電圈(12)，使得第一動(dòng)力分支(7)和第二動(dòng)力分支(18)之間建立起聯(lián)接，此時(shí)第一動(dòng)力分支(7)至少間接地驅(qū)動(dòng)一個(gè)發(fā)電器(11)，動(dòng)力流程通過(guò)水力電圈以這樣的方式運(yùn)行，如此，發(fā)電器的速度恒定不變。
文檔編號(hào)F16H47/08GK1798923SQ200480007484
公開(kāi)日2006年7月5日 申請(qǐng)日期2004年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月31日
發(fā)明者安德魯·貝斯泰克 申請(qǐng)人:沃易斯渦輪股份有限公司