風力渦輪機的制動系統的製作方法

2023-10-20 08:39:02 3

風力渦輪機的制動系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及風力渦輪機（1）的制動系統（21），其包括轉子組件和定子組件。定子組件包括制動盤（15）並且轉子組件包括可操作地構造成摩擦地接合所述制動盤（15）的至少一部分的至少一個摩擦構件（27）。
【專利說明】風力渦輪機的制動系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及風力渦輪機的制動系統並且涉及風力渦輪機。
【背景技術】
[0002]在空氣動力學制動器失效的情況下機械制動器能夠用作備用制動器。當風力渦輪機的部件失效並且必須立即停止風力渦輪機時該機械制動器能夠用作緊急制動器。此外，其能夠用作停機制動器以便定位且保持風力渦輪機葉片處於特定位置並且還用作確保風力渦輪機被維護時不發生運動的器件。
[0003]在直接驅動風力渦輪機的常見設置中，機艙和基架被安裝到風力渦輪機的塔。發電機位於具有葉片和機艙的轂與基架之間。發電機的定子被安裝到定子基架，其包括中空定子軸、前板和背板。具有線圈的分段定子被安裝到前板和背板。裝備有永磁體的轉子圍繞定子並且可旋轉地安裝到軸承。軸承位於定子軸的轂側。
[0004]常見的做法是將制動盤附接在直接驅動風力渦輪機的發電機的機艙側上(B卩，附接至轉子)。在這種設置中，制動鉗被附接到風力渦輪機的靜止部分，即基架、發電機定子或機艙。
[0005]在涉及外部轉子構造的文獻EP 2 333 325 Al和EP I 925 820 BI中以及在涉及內部轉子構造的文獻US 2009/0026771 Al和US 2005/0230979 Al中公開了現有技術。

【發明內容】

[0006]本發明的目標是提供用於風力渦輪機的有利制動系統以及有利的風力渦輪機。
[0007]該目標是通過如權利要求1所述的風力渦輪機的制動系統以及如權利要求6所述的風力渦輪機實現的。從屬權利要求限定了本發明的進一步改進。
[0008]本發明的風力渦輪機的制動系統包括轉子組件和定子組件。定子組件包括制動盤並且轉子組件包括至少一個摩擦構件，所述摩擦構件可操作地構造成摩擦地接合制動盤的至少一部分。轉子組件可以例如包括至少一個制動鉗和/或至少一個制動片。
[0009]本發明的核心是制動系統，例如用於直接驅動風力渦輪機的制動系統，其中例如制動鉗和制動片被安裝到風力渦輪機的可旋轉轂。對應的制動盤能夠被安裝到主軸承的靜止部分或是其一部分，例如將鉗安裝在轂上並且使用軸承內環上的加強環作為制動盤。
[0010]將制動鉗放置於轉子組件，例如在轂內，允許有助於用於制動系統的變槳系統的液壓系統和液壓蓄能器。因此，減少了風力渦輪機的複雜性。液壓蓄能器允許增加制動系統的可靠性。
[0011]有利地，本發明的制動系統能夠包括液壓系統，其被安裝到轉子組件，例如被安裝到轂。液壓系統能夠包括液壓泵和/或蓄能器。液壓泵能夠可連接到電源，例如經由滑動環/集電環連接。此外，液壓系統能夠包括將泵與蓄能器連接的管。
[0012]優選地，制動系統被構造成在液壓系統中存在壓力損失的情況下使得摩擦構件接合制動盤。這能夠藉助於彈簧系統來實現。[0013]本發明的風力渦輪機包括如上所述的制動系統。風力渦輪機可以包括轂。優選地，摩擦構件和/或液壓系統被安裝到轂。例如，保持多個制動片的制動鉗被直接安裝到轂。有利地，摩擦構件和/或液壓系統能夠被置於轂的內部。
[0014]大體而言，風力渦輪機包括具有靜止部分的主軸承。優選地，靜止部分包括制動盤。制動盤能夠被安裝到主軸承的靜止部分或能夠是其一部分。
[0015]風力渦輪機進一步包括旋轉軸線。轉子組件能夠包括外部部分，其被置於定子組件的徑向外部，這意味著發電機具有外部轉子構造。替代性地，定子組件能夠包括外部部分，其被置於轉子組件的徑向外部，這意味著發電機具有內部轉子構造。
[0016]此外，風力渦輪機能夠是直接驅動風力渦輪機。風力渦輪機可以包括具有轂側和機艙側的發電機。發電機的轂側定位成靠近轂或面朝轂。機艙側是具有距轂最大距離的發電機的相對側。優選地，制動系統位於轂側。
[0017]風力渦輪機可以進一步包括具有包括加強環的靜止部分的軸承。制動盤能夠由加強環形成。使用加強環作為制動盤減少了部件數量、系統複雜性和材料成本。加強環給軸承提供了結構剛性並且將其保持成環形或圓形形狀。因此，避免了軸承上的磨損。這種設計允許在機艙側上轉子的更有目的的維修設計。例如在不存在制動盤的情況下使得容易地通達被裝載到發電機內的永磁體。此外，可能的是將諸如環或輻條的加強裝置安裝到機艙側上的轉子而不限制於制動器功能。
[0018]此外，風力渦輪機能夠包括液壓系統，其被連接到制動系統和變槳系統。例如，液壓管能夠將制動系統和變槳系統連接於蓄能器。如上所述，蓄能器可以是也能夠成為制動系統的一部分的蓄能器。
[0019]通過將液壓系統連接到制動系統和變槳系統，避免了具有在轂內旋轉的變槳系統和帶有被靜止安裝到基架的制動片的制動鉗的複雜液壓系統。帶有液壓泵的液壓系統、蓄能器、變槳系統和制動系統被緊密地放置在一起。液壓系統部件之間的管保持非常短。因為所有部件均位於轂內部，所以液壓系統部件相對於彼此不存在過度運動。雖然旋轉，但是僅有一個參照系。
[0020]本發明的附加優點在於通過中空定子軸容易地通達到轂和液壓系統。
[0021 ] 制動鉗能夠被置於轂內。將制動鉗放置在轂內允許有助於用於制動系統的變槳系統的液壓系統和液壓蓄能器。因此，減少了風力渦輪機的複雜性。此外，來自製動器的扭矩不作用在發電機結構上，因為制動系統位於轂內。因此，可以實現較小剛性的發電機設計。節省了發電機並且減少了結構的材料失效和損壞。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]結合附圖從實施例的下述描述中將顯而易見到本發明的進一步特徵、特性和優點。實施例不限制由所附權利要求所確定的本發明的範圍。所有所述的特徵作為單獨的特徵或彼此任意組合時均是有利的。
[0023]圖1示意性示出了風力渦輪機。
[0024]圖2示意性示出了具有液壓系統的直接驅動風力渦輪機的頂部區段，其包括被置於轂內的變槳系統、制動系統、蓄能器和泵。
[0025]圖3示意性示出了軸承區域內製動系統的截面圖部分。[0026]圖4示意性示出了從轂觀察的本發明制動系統的另一變型的一段。
[0027]圖5以沿V-V的截面圖示意性示出了圖4的本發明制動系統的變型的一段。
【具體實施方式】
[0028]現在將參考圖1至圖5描述本發明的實施例。
[0029]圖1示意性示出了風力渦輪機I。風力渦輪機I包括塔2、機艙3和轂4。機艙3位於塔2的頂部上。轂4包括多個風力渦輪機葉片5。轂4被安裝到機艙3。此外，轂4被樞轉地安裝以便其能夠繞旋轉軸線9旋轉。發電機6位於機艙3的內部。發電機包括面向轂4的轂側19和定位成與轂4相對的機艙側。風力渦輪機I是直接驅動風力渦輪機。
[0030]圖2示意性示出了風力渦輪機I的頂部區段，其具有基架7和發電機6，該發電機6帶有徑向內側的定子10和徑向外側的轉子8。前板24和背板25連接到中空定子軸14。定子10被安裝到前板24和背板25。
[0031]定子10藉助於前板24和背板25被連接到中空定子軸14。
[0032]軸承11被安裝在風力渦輪機I的轂側19。軸承11包括旋轉部分12和靜止部分
13。轂4和轉子8被連接到軸承11的旋轉部分12，並且軸承11的靜止部分13被連接到中空定子軸14。軸承11的靜止部分13位於所述軸承的內圓周部分上，並且由用作制動盤15的加強環15組成。
[0033]本發明的制動系統是風力渦輪機I的液壓系統16的一部分，或者被連接到風力渦輪機I的液壓系統16。液壓系統16被安裝到且位於轂4的內側。液壓系統16包括液壓泵
17、蓄能器18、制動系統21和變槳系統22。液壓泵17經由滑動環被連接到電源23。
[0034]保持多個制動片27的制動鉗26被直接連接到轂4。當產生動力並且轉子8轉動時，液壓系統16隨轂4旋轉。液壓變槳系統22允許改變槳距角並且改變或調節葉片5相對於葉片翼型上的氣流的攻角。每個葉片5通過被安裝在轂4內的兩個液壓缸28來俯仰/變槳。液壓變槳系統22也允許空氣動力學制動，使得葉片變槳90°，使得葉片變槳成迎風，或者導致失速。
[0035]液壓蓄能器18用作能量存儲器並且給變槳系統22和制動系統21提供動力，即使當例如液壓泵17失效時仍是如此。因此，即使發生故障，制動系統21也能夠使得風力渦輪機I停止。此外，變槳系統22的功能性被固定並維持在液壓泵故障之後作出反應所必須的一段時間。因此，即使在故障情況下，葉片5仍能夠變槳到「安全」位置，在此能夠避免例如由於超速所造成的對風力渦輪機及其部件(例如發電機6、葉片5或轂4)的損壞。
[0036]管29連接液壓泵17和蓄能器18。進一步的液壓管30將制動系統21和變槳系統22連接於蓄能器18。為了額外的安全性，制動系統21能夠被設計成在壓力損失的情況下使得制動片27接合制動盤15。變槳系統22能夠具有安全功能，其中當液壓壓力降低到下限之下時葉片變槳到它們用作空氣制動器的位置。
[0037]圖3示意性示出了軸承11區域內製動系統的截面圖部分。軸承11由旋轉外環12和靜止內環13組成。兩組滾子32被分別設置在第一和第二滾子軌道內。第一和第二滾子軌道以一定角度設置並且在軸承11的中間區段會合。用作給軸承11提供額外硬度的器件的制動盤15使用螺栓31被安裝在軸承11的靜止部分13的轂側19。制動盤15突入到軸承11的內圓周上的中空空間內。[0038]轂4被螺栓連接到軸承11的旋轉部分12並且包括在轂4的發電機側34上的界面33，制動鉗26安裝於該界面33。U形制動鉗26包繞制動盤15，其中沒有被進一步示出的制動片27位於制動鉗26和制動盤15之間的空間內。制動片27藉助於液壓壓力運動。當液壓壓力將降低時彈簧系統驅動制動盤15上的制動片27並且因此接合制動器並避免風力渦輪機I的旋轉部分12相對於靜止部分13的運動。
[0039]圖4示意性示出了從轂觀察的本發明制動系統的另一變型的一段。圖5以沿V-V的截面圖示意性示出了圖4的本發明制動系統的變型的一段。轂4和轉子8被安裝到軸承11的旋轉部分12。制動盤15被安裝到連接於定子軸14的軸承11的靜止部分13。多個託架35被螺栓連接到轂4。鉗26和制動片27被連接到託架35。在這種實施例中，制動盤15僅提供較小的加強/加勁。主要由轂4的發電機側34上的卡圈結構提供加強。在圖5中，轂4包括沿軸向方向具有增加的厚度的剛硬部分36。各個部分由螺栓31彼此連接。
【權利要求】
1.一種風力渦輪機(I)的制動系統(21)，所述制動系統包括轉子組件和定子組件， 其特徵在於 所述定子組件包括制動盤(15)並且所述轉子組件包括可操作地構造成摩擦地接合所述制動盤(15)的至少一部分的至少一個摩擦構件(27)。
2.如權利要求1所述的制動系統(21)，其特徵在於 所述轉子組件包括至少一個制動鉗(26)和/或至少一個制動片(27)。
3.如權利要求1或權利要求2所述的制動系統(21)，其特徵在於 所述制動系統(21)包括被安裝到所述轉子組件的液壓系統(16)。
4.如權利要求3所述的制動系統(21)，其特徵在於 所述液壓系統(16)包括液壓泵(17)和/或蓄能器(18)。
5.如權利要求3或權利要求4所述的制動系統(21)，其特徵在於 所述制動系統被構造成在所述液壓系統(16)中存在壓力損失的情況下使得所述摩擦構件(27)接合所述制動盤(15)。
6.一種風力渦輪機(1)，其特徵在於 該風力渦輪機包括如權利要求1-5中任一項所述的制動系統(21)。
7.如權利要求6所述的風力渦輪機，其特徵在於 該風力渦輪機包括轂(4)和所述摩擦構件(27)並且/或者所述液壓系統(16)被安裝到所述轂(4)。
8.如權利要求6或權利要求7所述的風力渦輪機(I)，其特徵在於 該風力渦輪機包括具有靜止部分(12)的主軸承(11 )，所述靜止部分(12)包括所述制動盤(15)。
9.如權利要求6-8中任一項所述的風力渦輪機(1)，其特徵在於 所述風力渦輪機(I)包括旋轉軸線(9)並且所述轉子組件包括位於所述定子組件的徑向外部的外部部分或者所述定子組件包括位於所述轉子組件的徑向外部的外部部分。
10.如權利要求6-9中任一項所述的風力渦輪機(1)，其特徵在於 所述風力渦輪機(I)是直接驅動風力渦輪機。
11.如權利要求6-10中任一項所述的風力渦輪機(1)，其特徵在於 所述風力渦輪機(I)包括具有轂側(19)的發電機(6)並且所述制動系統(21)位於所述轂側(19)。
12.如權利要求6-11中任一項所述的風力渦輪機(1)，其特徵在於 所述風力渦輪機(I)包括具有包括加強環(15)的靜止部分(13)的軸承(11)，並且所述制動盤(15)由所述加強環(15)形成。
13.如權利要求6-12中任一項所述的風力渦輪機(1)，其特徵在於 所述風力渦輪機(I)包括被連接到所述制動系統(21)和變槳系統(22)的液壓系統(16)。
14.如權利要求6-13中任一項所述的風力渦輪機(1)，其特徵在於 所述制動鉗(26)被置於所述轂(4)內。
【文檔編號】F03D7/04GK103452758SQ201310208645
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年5月30日 優先權日:2012年5月30日
【發明者】S.O.林德, T.芒克-漢森, J.B.尼爾森, H.施蒂斯達爾 申請人:西門子公司