CN111936739A - 用于调整风力涡轮机的转子叶片的桨距角的致动器和具有该致动器的风力涡轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明总体上涉及风力涡轮机，所述风力涡轮机的转子叶片的桨距角能够调节。本发明尤其涉及用于调节风力涡轮机的转子叶片的桨距角的致动器，所述致动器具有大型滚动轴承和调节致动器，大型滚动轴承包括两个能够相对彼此旋转的轴承环，调节致动器用于使两个轴承环相对彼此旋转。根据本发明，所述致动器包括环形通道缸和至少一个活塞，所述环形通道缸形成在一个轴承环中，所述至少一个活塞可滑动地容纳在环形通道缸中并以传动的方式连接到两个轴承环中的另一轴承环。

Description

用于调整风力涡轮机的转子叶片的桨距角的致动器和具有该 致动器的风力涡轮机
技术领域
本发明总体上涉及一种风力涡轮机，该风力涡轮机的转子叶片的攻角是可调节的。本发明尤其涉及用于调整风力涡轮机的转子叶片的桨距角的致动器(Stellantrieb)，该致动器具有包括两个能够相对彼此旋转的轴承环的大型滚动轴承以及用于使两个轴承环相对彼此旋转的调节致动器(Stellaktor)。
背景技术
在现代风力涡轮机中，所有转子叶片都安装在转子轮毂上，使得它们可以围绕转子叶片的纵轴旋转，从而可以根据风速来改变转子叶片的攻角(Anstellwinkel)。在此，一方面可以电动地调节桨距角(即，围绕转子叶片纵轴的攻角)，其中在桨距的电动调整的情况下，电动马达、齿轮和齿圈安装在滚动轴承上。由电动马达驱动的小齿轮与齿圈啮合，以便以此方式使两个轴承环相对彼此旋转并由此调节桨距角。
另一方面，已知的是液压地调整桨距角(Pitchwinkel)。在此，设置有一个或两个液压缸，它们支撑在轮毂上或与轮毂连接的轴承环上，其中活塞杆偏心地铰接在通过第二轴承环与转子叶片连接的盘上，从而通过活塞杆的缩回和伸出实现两个轴承环的旋转并由此实现桨距角的调节。
由于这种用于调节桨距角的致动器通常长时间保持在相同的位置且将转子叶片保持在曾经调节的桨距角上，因此这些致动器存在特殊要求。例如，由于小齿轮通常相对于齿圈长时间不运动且无法分配润滑剂，因此上述的电动桨距调整存在润滑问题。
在所述的桨距的液压调整中，由于液压缸的杠杆臂或其活塞杆随枢转角度而变化，因此产生的调节扭矩通常不是恒定的。另一方面，由于活塞区域和活塞杆区域具有不同的尺寸，因此在这种液压缸中的气缸力取决于方向。在这方面，已经考虑了相应地控制液压压力以补偿不同的致动力，但这非常复杂。
发明内容
本发明的目的在于，针对这种风力涡轮机的转子叶片的桨距角创建一种改进的风力涡轮机和一种改进的致动器，其避免了现有技术的缺点并以有利的方式进一步发展了现有技术。特别地，应创建一种用于桨距角的紧凑且低维护的致动器，其可以实现与方向无关的大小相同的恒定的致动扭矩，而为此无需复杂的压力控制。
根据本发明，所述目的通过根据权利要求1的致动器和根据权利要求12的风力涡轮机实现。本发明的优选实施例是从属权利要求的主题。
因此，提出将致动器集成到大型滚动轴承中，并将致动器的活塞放置到轴承环中的一者的内部，以便可以在圆弧形路径上调整活塞，并从而无需更换杠杆臂。根据本发明，致动器包括环形通道缸和至少一个活塞，环形通道缸形成在两个轴承环中的一个轴承环中，至少一个活塞可滑动地容纳在环形通道缸中并以传动的方式连接到两个轴承环中的另一轴承环。如果环形通道缸中的活塞受到压力介质作用，则活塞在一个轴承环的环形通道缸中移动，并通过所述的传动式连接带动另一轴承环，从而使两个轴承环旋转并由此调整桨距角。在此，不仅活塞的杠杆臂以及由此产生的扭矩保持恒定，而且活塞在相对两侧也可以具有相同大小的活塞表面，从而无论方向如何，都会产生相同的致动力，并由此产生相同的调整扭矩。
有利地，可以设置多个活塞，且每个活塞都容纳在环形通道缸中，其中，多个活塞可以分别与另一轴承环以传动的方式连接。通过这样的多个活塞，可以以相对较小的活塞直径产生相对较高的致动力。
为了特别紧凑地制造，可以将多个活塞容纳在相同的环形通道缸中或公共的环形通道缸的不同分段中。为此，环形通道缸的分段可以通过分隔壁彼此分隔开，从而可以将使活塞运动的压力支撑在分隔壁上。
然而，替代地，也可以在一个或两个轴承环中设置多个环形通道缸，使得每个活塞或每个活塞组具有其自己的环形通道缸。然而，就简单紧凑且节省空间的设计而言，一个可以运行多个活塞的环形通道缸就足够了。
有利地，大型滚动轴承的两个轴承环通过至少两个轴向滚动轴承列彼此支撑，其中，轴向滚动轴承列可以有利地布置在环形部分或环形突起的相对侧，使得两个轴承环在两个轴向方向上彼此支撑，即，当轴承的旋转轴线直立布置时，一个轴承环向下和向上支撑在另一轴承环上。也可以说，一个轴承环可以夹紧在两个轴向滚动轴承之间。
在本发明的有利的改进例中，在从大型滚动轴承的横截面看时，至少一个环形通道缸可以至少部分地布置在两个轴向滚动轴承列之间。当轴承旋转轴线直立布置时，一个轴向轴承可以布置在环形通道缸的上方，且另一轴向滚动轴承可以布置在环形通道缸的下方。在此，在轴向滚动轴承和环形通道缸之间也可以存在横截面重叠。如果在从横截面看时，一条直线穿过环形通道缸且以平行于轴承旋转轴线的方式延伸，则该直线与至少一个所述的轴向轴承相交。
另一方面，有意义的是，在轴向轴承和环形通道缸之间存在一定的直径偏移。如果考虑到轴向滚动轴承列和环形通道缸的平均直径，则它们可以具有不同的尺寸，例如，取决于环形通道缸设置在内环还是外环中，环形通道缸的平均直径大约等于轴向滚动轴承列的外径或轴向滚动轴承列的内径。
在本发明的改进例中，环形通道缸可以形成在外环中。但原则上也可以将环形通道缸设置在内环中。
前述的两个轴向滚动轴承可以具有基本上相同的直径。
除了所述的轴向滚动轴承之外，两个轴承环还可以有利地通过至少一个径向滚动轴承列彼此支撑，其中，所述径向滚动轴承列可以有利地布置在两个轴向滚动轴承列之间。
特别地，所述至少一个径向轴承可以布置在如下的直径范围内，用于将至少一个活塞连接到另一轴承环的推杆在该直径范围内延伸。
有利地，具有环形通道缸的轴承环可以被设计为两个以上的部分，其中，环形通道缸可以被设计在两个轴承环部分之间的分隔面或分型面的区域中，因此分型面也可以说是穿过环形通道缸。特别地，所述轴承环可以在基本垂直于大型滚动轴承的旋转轴线的平面中被划分。
前述的推杆可以基本上径向地从环形通道缸延伸到轴承环向的外部，以便以传动的方式连接到另一轴承环。如果环形通道缸设置在外环中，则所述推杆可以朝内环径向地向内延伸。
为了密封环形通道缸，可以在两个轴承环部分之间设置各种密封件。特别地，可以在环形通道缸的一侧上设置静止密封件，而可以在环形通道缸的另一侧上设置一个或多个滑动密封件，该滑动密封件将轴承环部分密封相对于所述推杆密封。
有利地，所述密封件可以被设计为轴向地工作，即，在轴向方向上在径向延伸的密封面上挤压。
附图说明
下面将通过优选实施例和相关附图更详细地说明本发明。
图1示出了风力涡轮机的示意性正视图，其中，在风力涡轮机的转子轮毂上布置有多个具有可调整的桨距角的转子叶片。
图2示出了大型滚动轴承和集成在轴承环中的用于调整桨距角的致动器的立体图，其中，转子叶片通过大型滚动轴承可旋转地安装在转子轮毂上。
图3示出了图2中的致动器的局部立体图，其示出了一个轴承环中的环形通道缸和可在环形通道缸中移动的活塞。
图4示出了先前附图中的致动器的通过大型滚动轴承的两个轴承环的剖视图，其示出了滚动轴承列和环形通道缸的布置以及用于密封环形通道缸的密封件。
具体实施方式
图1所示的风力涡轮机1可以以已知的方式包括塔架3，吊舱2以能够围绕直立轴线旋转的方式布置在塔架3上。在上述吊舱2中可以容纳发电机和其它装置部件。
多个转子叶片4布置在转子轮毂(Rotornabe)上，并且以能够围绕其纵向轴线旋转的方式(即，以能够改变它们的桨距角的方式)安装在所述转子轮毂上。
在此，所述转子叶片4通过如图2-4所示的大型滚动轴承安装在转子轮毂上。
大型滚动轴承5包括两个彼此同心地布置并且能够相对彼此旋转的轴承环6和7。
在此，其中一个轴承环固定地连接到转子叶片4，而另一轴承环紧固在转子轮毂上。
尤其如图4所示，两个轴承环6和7通过多个滚动轴承列以能够相对彼此旋转的方式支撑。一方面，有利地设置有两个轴向滚动轴承列8和9，它们例如可以被设计为圆柱滚子轴承。
这两个轴向滚动轴承列8和9使两个轴承环6和7在相反的方向上彼此支撑。特别地，其中一个轴承环(例如，外环7)可以具有朝向另一轴承环6凸出的环形突起10，该环形突起10通过两个轴向滚动轴承列8和9轴向地夹紧或在相反方向上支撑在另一个轴承环6上。为此，另一个轴承环6可以具有环形沟槽，所述环形突起10接合到环形沟槽中。
此外，两个轴承环6和7可以通过至少一个径向滚动轴承列11彼此支撑，所述径向滚动轴承列例如也可被设计为圆柱滚子轴承。
作为所示的单列滚动轴承的代替，也可以设置多列滚动轴承。
如图4所示，径向滚动轴承11可以有利地布置在两个轴向滚动轴承8和9之间，尤其布置在上述的环形突起10与容纳环形突起10的环形沟槽之间的间隙中。
如图2至4所示，其中一个轴承环(尤其为外轴承环7)设置有环形通道缸12，该环形通道缸在轴承环7的内部以圆弧形状延伸并形成压力缸，一个或多个活塞13、14可滑动地容纳在该压力缸中。如图3所示，活塞13和14也可以略微弯曲成圆弧形，以便能够沿圆弧形弯曲的环形通道缸轮廓平滑地、无阻力地滑动。
如图4所示，具有环形通道缸12的轴承环7可以被设计为两个以上的部分，其中，分型面可以延伸穿过环形通道缸12。环形通道缸12没有朝向另一个轴承环6完全闭合，而是设置有径向延伸的间隙，在该间隙中布置有推杆15(Mitnehmer)，该推杆15从环形通道缸12开始从一个轴承环7中延伸到另一个轴承环6。所述推杆15可以被设计为板的形式，并且以精确配合的方式位于两个轴承环部分7a和7b之间的间隙中，使得环形通道缸12也可以通过推杆15朝向内部密封。
如图4所示，可以在两个轴承环部分7a和7b上设置滑动密封件16，所述滑动密封件16将轴承环部分7a和7b相对于所述推杆15密封。在环形通道缸12的另一侧上也可以设置静止密封件17，该静止密封件在两个轴承环部分7a和7b的分型面中密封环形通道缸12。
所述密封件16和17可被设计为当两个轴承环部分7a和7b例如通过相应的夹紧螺栓彼此轴向夹紧时轴向地工作并发挥其密封作用。
如图3所示，将环形通道缸12细分成多个环形通道缸分段的分隔活塞18或分隔壁也位于环形通道缸12中。用于移动活塞13和14的压力朝向所述分隔活塞18支撑。
有利地，所述分隔活塞18可以设置有压力介质入口和/或压力介质出口，以便能够将压力介质引入和排出到环形通道缸的分段中。
如果例如通过图3所示的分隔活塞18将压力介质朝向活塞14输送到右侧腔室中，则所述活塞14在逆时针方向上移动。在此，活塞14通过推杆15带动内环6，使得两个轴承环6和7相对彼此旋转。

Claims (12)

1.一种用于调整风力涡轮机(1)的转子叶片(4)的桨距角的致动器，所述致动器具有大型滚动轴承(5)和调节致动器，所述大型滚动轴承包括两个能够相对于彼此旋转的轴承环(6、7)，所述调节致动器用于使所述两个轴承环(6、7)相对彼此旋转，
其特征在于，所述致动器包括环形通道缸(12)和至少一个活塞(13、14)，所述环形通道缸形成在所述轴承环中的一个轴承环(7)中，所述活塞可滑动地容纳在所述环形通道缸(12)中并以传动的方式连接到所述两个轴承环中的另一轴承环(6)。
2.根据前一项权利要求所述的致动器，其中，两个以上的所述活塞(13、14)可滑动地容纳在所述环形通道缸(12)中，并且分别以传动的方式连接到所述另一轴承环(6)。
3.根据前述任一项权利要求所述的致动器，其中，所述两个轴承环(6、7)通过至少两个轴向滚动轴承(8、9)相对彼此支撑，其中，在从横截面看时，所述至少一个活塞(13、14)至少部分地布置在所述两个轴向滚动轴承(8、9)之间。
4.根据前一项权利要求所述的致动器，其中，所述环形通道缸(12)和所述轴向轴承(8、9)限定重叠的直径范围。
5.根据前述任一项权利要求所述的致动器，其中，所述两个轴承环(6、7)通过至少一个径向滚动轴承(11)彼此支撑。
6.根据前一项权利要求所述的致动器，其中，所述径向滚动轴承(11)布置在所述两个轴向滚动轴承(8、9)之间。
7.根据前两项权利要求中任一项所述的致动器，其中，所述径向滚动轴承(11)布置在如下的直径范围内，用于将所述至少一个活塞(13、14)连接到所述另一轴承环(6)的推杆(15)在所述直径范围内延伸。
8.根据前述任一项权利要求所述的致动器，其中，具有所述环形通道缸(12)的所述轴承环(7)被设计为两个以上的部分，并且所述环形通道缸(12)被设计在所述两个轴承环部分之间的分隔面或分型面的区域中。
9.根据前一项权利要求所述的致动器，其中，所述两个轴承环部分(7a、7b)在所述环形通道缸(12)的一侧通过静止密封件(17)密封，并在所述环形通道缸(12)的另一侧通过滑动密封件相对于与所述活塞(13、14)连接的所述推杆(15)密封。
10.根据前一项权利要求所述的致动器，其中，所述静止密封件(17)和/或所述滑动密封件(18)被设计为轴向地作用。
11.根据前述任一项权利要求所述的致动器，其中，所述至少一个活塞(13、14)通过径向延伸的推杆环形板刚性地连接到所述另一轴承环(6)。
12.一种风力涡轮机，所述风力涡轮机具有转子，所述转子具有多个转子叶片(4)，其中，所述转子叶片(4)均通过根据前述任一项权利要求设计的致动器紧固到所述转子的转子轮毂，并且所述转子叶片的桨距角能够调节。
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