用於改變風輪機的傾斜角的裝置的製作方法
2023-06-23 16:52:16
本發明包括在風輪機領域中，更具體地，涉及能夠改變轉子軸與水平面形成的傾斜角(傾斜)的裝置。
背景技術：
轉子軸傾斜的初衷不是與風向對準。相反，設想增大葉片和塔架之間的空間以防止碰撞。這種增大是非常顯著的逆風，因為最大的葉片偏轉朝向塔架彎曲。在這種情況下，傾斜導致一定的水平風偏差，當風具有垂直分量(特別是在複雜地形上)時，該水平風偏差會惡化。然而，該效應與順風轉子相反。首先，最大的葉片偏轉面向外，並且因此不需要傾斜。然而，該角度改善了與垂直風力分量的對準。因此，由於需要葉片偏轉而在逆風轉子中產生能量的缺點變成順風轉子的優點，甚至成為了進一步改進的機會。可適應風向的可變傾斜能夠始終產生可能的最大能量。因此，具有用於主動改變傾斜的系統使得能量產生(AEP)增加且相應的能量成本(COE)降低。
在這方面，在現有技術中已經存在通過主動傾斜控制系統尋求這種改進得以應用的發明。因此，帶來新穎性的不是控制該傾斜，而是在框架和偏航系統之間採用的機械方案，以有效地確保傾斜的這種變化。本發明將用於根據風向使轉子偏航以及改變傾斜的兩種裝置集成在單個裝置中。
傾斜變化系統的現有技術包括大量的專利，但是大多數是用於逆風風輪機並且是複雜的控制系統，其採用了不同的測量並且接合用於改變傾斜角的裝置以改善發電性能。鑑於前文，在這方面的背景發展的研究限於傾斜控制系統，其介紹了一些適用於順風風輪機的詳細方案。
專利US2004/0076518介紹了一種方案，其中旋轉軸的傾斜度改變並吸收由轉子的陀螺進動產生的負載，因為轉子不斷地適應風向。傾斜運動通過從塔架懸掛並支撐機艙的壓載執行。這使組件旋轉並使機艙傾斜。還允許將致動器添加到壓載以強制運動。還集成了轉子速度控制系統，其使用風輪機的自重作為所述控制的參數。
專利EP1683965描述了一種控制系統，並且當在水平面和風輪機旋轉軸之間建立特定角度時，偏心元件或凸輪(104、105和106)接合機艙的端部並改變傾斜角，導致機艙在偏航點上傾斜。這使機艙能夠「點頭」直到其與風向(Q)對準，在該點處偏航停止。機艙偏航點在基座上，作為偏航系統，同時還實現點頭運動。偏心元件包括一些使活塞伸出和縮回的致動器。然而，使致動器能夠根據偏航來旋轉的系統是使機艙(4)在致動器支撐件(13)上移動的帶凹口輪的複雜系統。分叉鉸接的布局改變整個風輪機並且完全調節機艙或框架的整體設計，使其大大地複雜化，這是因為其不允許負載反應發生在最靠近塔架(外部)的部件上，而是發生在中心軸上。這將會使得所述結構更加複雜和昂貴。
在本發明目的中設想的裝置被開發，其被認為是通過將偏航和傾斜運動集成到單個模塊化元件中來提供對現有技術中存在問題的方案。因此，主要優點將是方案的簡單構造、有效接合、通用性和最終成本。
技術實現要素：
本發明的風輪機安置在完全支撐傳動系的環形過渡部件上。這種大型結構將網格式塔架連接到機艙(在專利PCT/ES2014/000036中描述)，其不需要基座並且還包含偏航滾動元件。
提出將用於改變傾斜的新裝置與原始結構上的滾動元件串聯安裝。其安裝在與專利PCT/ES2014/000037中描述的偏航系統元件相同的位置中，因而偏航系統和傾斜裝置集成在單個多軸接合元件中。因此，即使負載經過該裝置朝向塔架傳遞，風輪機負載的路徑也沒有發生變化。如果一個風輪機類型不包括該裝置，則該風輪機的其餘部分不改變。這構成了通用性方面的設計優點，可根據場地的需要將風輪機設計為具有或不具有主動系統。例如，如果風持續水平或總是在相同方向上，則可以併入永久傾斜或甚至不傾斜。不包含主動傾斜系統的風輪機在這方面不會有額外的成本。
代替在端部具有兩個接合件以及在中心具有旋轉軸的點頭裝置(EP1683965)，新的建議提出通過三個接合點改變平行於轉子軸的機艙的基礎平面，這三個接合點代表用於明確限定平面的最少數目。
新裝置將傾斜控制系統和偏航系統集成到單個元件中，這是被設想為本發明的目的的組件。
本發明的另一目的是將該接合集成到功率控制系統中。三軸超聲波傳感器或兩個風速計安裝在機艙的前端處，一個用於測量水平分量，另一個用於測量垂直分量。假定優選實施方式的風輪機是順風的，這些風速計的測量值不會由於穿過轉子葉片而失真，因此增大了它們的測量精度，並因此增大了依賴於這些風速計的偏航系統和傾斜系統的精度。另外，考慮到機艙的寬直徑，傳感器和轉子之間的距離長於15m，因此以一定程度的預期進行測量。因此，偏航系統和傾斜系統的合成預期反應與逆風風輪機相比將能夠減少由偶然陣風引起的極端負載，並且甚至減輕疲勞負載譜。這些負載的減少將會明顯地導致尺寸能夠承受所述負載的零件的成本降低。
附圖說明
下面是用於更好地理解本發明的一系列附圖的非常簡要的說明。這些附圖僅作為示例，並與本發明的一個實施方式明確相關，但不限於本發明的一個實施方式。
圖1示出了順風風輪機的全景視圖。
圖2是轉子、傳動系、環形部件和部分塔架的立體圖。
圖3是上圖的橫截面圖。
圖4示出了偏航滾動系統的細節，沿著較粗的線界定其輪廓。前述都屬於現有技術。
圖5a和圖5b是處於待機位置並接合的本發明的裝置的示意圖。
圖6a和圖6b示出了根據盛行風在環形部件和部分塔架上的該裝置的新接合點。
圖7a和圖7b示出了具有用來吸收杆的彎曲的雙接合氣缸的另一實踐實施方式。
圖8a示出了在偏航系統系上支撐接合氣缸的平臺的俯視圖布局。圖8b示出了較大平臺的細節。
圖9示出了圖3的橫截面，其中，傾斜裝置以不同的角度添加在兩個位置(a和b)中，在前致動器和後致動器之間具有互補接合和相反方向。
圖10示出了用固體塊替換該裝置以靜態地詳細說明在沒有垂直風向變化的位置處所需的傾斜角。
圖11示出了一種變型，其中，傾斜變化系統安裝在環形部件和塔架之間，不與偏航系統集成，而是通過塔架的主支腿與結構的載荷路徑串聯。
圖12是偏航和傾斜系統的前視圖，並且另選的圖12b顯示了一個新的實踐實施方式，其中，一些活塞被設計用於吸收水平或剪切載荷的引導件所替換，由此防止了活塞杆彎曲，從而避免了如圖7所示的要使其加倍的需要。
具體實施方式
在圖1中，用於改變傾斜角的裝置安裝在具有至少兩個葉片(1)的水平軸風輪機上，該葉片由風定向並且位於具有至少三個支腿的網格式塔架(2)上。在機艙(3)和塔架(2)之間設有環形連接部件(4)。兩個風速計(5)安裝在機艙(3)的前端處，一個用於測量水平分量(5』)，另一個用於測量垂直分量(5」)。這些測量值反饋給控制系統，控制系統指示機艙(3)相對於水平地平面應移動的度數。
如圖2和圖3所示，網格式塔架(2)支撐環形連接部件(4)並且在一端上支撐轉子(9)，環形連接部件(4)將三角形臺架(6)安置在其上並且容納發電機(7)和主軸(8)。環形連接部件(4)的頂部具有形成偏航系統的一部分的環或滾動軌道(10)。該偏航系統包括前述環(10)和三個滾動支撐點(11)，每一個滾動支撐點均位於由臺架(6)形成的三角形的每個頂點上。
如圖4所示，臺架(6)通過包括滾動環(10)及其相應的滾動支撐點(11)的滾動系統安置在環形連接部件(4)上。滾動環(10)具有在基部為倒T形且在頂部為圓形的截面。在支撐點(11)(圖中用較粗的線示出的殼體)，在此更具體地，示出了接合滾動環(10)的滾動元件(12)。前述是如專利PCT/ES2014/000037中描述的當前現有技術。
圖5a示出了包括支撐點(11)的殼體，支撐點包括滾動元件(圖中未示出)。該支撐點(11)沿滾動環(圖中未示出)移動，並且其頂部通過活塞(14)連接到臺架(6)，該活塞在與其相應的氣缸(15)聯接前，橫過結合到板(6)的板(16)。圖5b示出了一旦氣缸(15)開始操作，活塞(14)如何經由聯接到臺架(6)的板(16)進行推動，並且當該活塞伸出時，以特定角度α(傾斜角)移動支撐傳動系的作為移動件的臺架(6)。隨著傾斜角增大，活塞(14)的下端鉸接(17)並以相同的測量值α逐漸傾斜。包括偏航滾動系統和傾斜角變化系統的組件被標記為裝置(13)。
圖6a和圖6b示出了支撐連接部件(4)的塔架(2)的示意圖，其中特別地有三個裝置(13)，每一個裝置均由幾個活塞和氣缸的組形成。根據風向V，滾動元件使機艙偏航，並且傾斜系統(13)上的三個點中的一個點總是保持與風向V對準。當風向由於垂直風力分量而改變時，該裝置也改變其傾斜角α。傾斜角的典型起始範圍可以是±15°。然而，考慮到風向實際上從不具有負的垂直分量(向下)，則接合範圍更具體是在0°到10°之間。在這種情況下，考慮到運動將總是在一組前部氣缸(15)和兩組後部氣缸之間分配，每個活塞(14)運行的路徑的最大距離將小於1m。
圖7a和圖7b示出了本發明的第二實踐實施方式，其中，接合是通過兩排活塞(14和14』)及其相應的氣缸(15和15』)而不是通過單一一排來執行的。活塞組橫過其相應的板(16)，並且氣缸擱置在其相應的板(16)上。兩個活塞的使用吸收了剪切負載以防止使用單個活塞時杆會發生的彎曲。
圖8a示出了板(16)的俯視圖布局，當被接合氣缸推動時，上述兩排活塞穿過該板。最靠近轉子的板(16』)較大，因為其比其它兩個板承受更大的負載，這伴隨著第一個板的操作。圖8b示出了具有10個孔的該板(16』)的細節，根據該特定實施方式改變傾斜角所需的相應五對活塞通過這10個孔，但是最終實施中的活塞數可以變化並將依賴於載荷和詳細設計。因此，通過板(16』)，轉子附近的裝置(13』)伸出其活塞，另兩個裝置(13)縮回其活塞，使得傾斜角是如圖9a和圖9b所示的兩個運動之和。
存在第二實施方式，其中垂直風力分量足夠恆定，使得傾斜角變化總是相同的。在這種情況下，風輪機可配備安裝在支撐件(11)上的墊片(18)，該墊片包括滾動元件和固定到支撐傳動系的臺架(6)的板(16)，如圖10所示。在所述實施方式中，用於調節傾斜角的固定裝置(13』)可以安裝在環形部件(4)和塔架(2)之間，如圖11所示。
最後，圖12a示出了由引導件(19)幫助承受(15)剪切應力而不過度增加氣缸(15)數量的另一替代方案。圖12b示出了在該新實施方式中如何執行運動，其中，至少兩個氣缸(15)已由支撐至少兩個杆(20)的一些引導件(19)代替。所述杆(20)在底部鉸接(17)並且聯接到椽子(21)，所述椽子又通過其自身的鉸接(17)將其緊固到偏航元件所包含的支撐結構(11)。椽子(21)附接到支撐結構(11)。引導件(19)附接到板(16)。當對傾斜系統進行接合時，通過鉸接附接到偏航元件的新杆(20)沿著引導件(19)滑動，在吸收水平運動的同時實現其垂直運動。這在圖12b中的左側示出，其中，活塞(14)縮回在氣缸(15)中，而在圖12b中的右側，兩個活塞(14)均伸出。杆(20)相對於引導件(19)滑動，當所述杆(20)保持在相同的豎直平面上時，該引導件已被升高。