[发明专利]风力涡轮机转子和风力涡轮机

说明书

本申请要求2011年9月30日提交的欧洲专利申请11382307.4和2011年11月30日提交的系列号为No.61/565,242的美国临时专利申请的优先权。

技术领域

本发明涉及风力涡轮机转子，更具体地，本发明涉及包括至少一个机电变桨机构的风力涡轮机转子。

背景技术

现代的风力涡轮机常常用来将电力供应到输电网络中。风力涡轮机总体上包括转子和多个叶片，该转子具有转子轮毂。转子设定为在叶片上的风的影响下旋转。转子轴的旋转直接地驱动（“直驱式”）或者利用齿轮箱驱动发电机转子。

变桨系统可以用来改变风力涡轮机叶片的位置以改变风力条件。在这个方面中，已知的是，使得风力涡轮机叶片沿着其纵向轴线的位置转动，从而当风速增大时其产生较小的提升（和拖曳）。这样，即使风速增大，通过转子传递到发电机的转矩保持基本上相同的。还已知的是，当风速增大时，使风力涡轮机叶片朝向其停止位置转动（以便减少叶片上的提升）。这些风力涡轮机有时候被称为“主动-停止”风力涡轮机。当涡轮机临时停机或不操作以用于例如进行维护时，变桨还可以用于叶片朝向其叶片位置的转动。

变桨系统通常包括电动或液压马达，该电动或液压马达利用减速传动装置（有时候被称为“减速器”或“减速齿轮”）驱动致动齿轮。所述致动齿轮（小齿轮）通常被布置成与设置在风力涡轮机叶片上的环形齿轮啮合，以便使风力涡轮机叶片转动。通过变桨马达操作的其它致动机构也是已知的。

还已知的是，为转子的每个单独的风力涡轮机叶片提供单独的变桨系统（包括单独的马达和单独的控制器）。还已知的是，提供通用变桨系统，其中对于转子上的所有叶片而言，叶片的桨距角是相同的。这样的通用变桨系统可以包括单个马达或者可以包括多个马达，每个叶片一个马达。

通常在可变速风力涡轮机中采用的变桨系统的控制策略是在等于或小于标称风速的风速（例如大约4m/s-15m/s）下将叶片保持在默认桨距位置中。所述默认桨距位置通常可以接近0°桨距角。然而，标称风速条件下或低于标称风速条件下的确切桨距角取决于风力涡轮机的整体设计。在标称风速以上（例如从大约15m/s-25m/s），叶片转动以保持由转子传递的空气动力学转矩基本上恒定。当风力涡轮机不操作时，叶片可以呈现叶片位置（例如在大约90°桨距角下），以使得叶片上的载荷最小化。然而，在风力涡轮机的大部分寿命期间，叶片可以处于相同的桨距位置，该桨距位置在标称风速下或低于标称风速的风速下。当然，标称风速、切入风速和切出风速可以根据风力涡轮机设计而变化。

在风力涡轮机操作期间，力可以作用在叶片上，这导致围绕叶片的纵向轴线的转矩不断地变化。这些力可以包括围绕叶片的纵向轴线的空气动力学转矩。此外，因为叶片的质心通常不是确切地位于其转动轴线上，所以叶片的重量可能产生围绕叶片的纵向轴线的额外的转矩。这些力不是恒定的、主要是周期性的，并且趋于使叶片转动到由变桨控制系统确定的位置之外。

当使用包含传动装置的变桨系统时，变化的转矩可能导致致动齿轮（小齿轮）和环形齿轮的齿的侧面反复地彼此接触。齿之间的这种反复接触可以去除薄的金属颗粒，并且可以在齿轮和小齿轮的接触齿侧中形成齿印迹。从而，这种反复接触可能导致摩擦腐蚀和过早磨损。因为标称风速下或低于标称风速的风速下的桨距位置对于大多数风力涡轮机而言是主导位置，所以齿之间的接触及其导致的结果通常集中在相同的齿上。

对于这些问题的某些解决方案是已知的。例如，已知的是提供自动润滑系统，以尽量防止摩擦腐蚀。例如，DE202005014699U和EP1816346提供这样的润滑系统。这些润滑系统可以有助于将摩擦腐蚀减小到较小或较大的程度，但是不会克服或解决根本的腐蚀问题，也就是齿侧面彼此接触。另外，当接触小齿轮的齿损坏时，需要更换整个环形齿轮。

文献WO2010045914描述了可动变桨驱动器系统，其包括用于使转子叶片调节装置在两个位置之间移置的引导装置，在这两个位置中，小齿轮和环形齿轮之间能够进行配合。这样的机构提供了至少一对可能的变桨位置，其中驱动小齿轮可以与环形齿轮啮合，从而延迟整个环形齿轮的更换。然而，这样的引导装置的加工可能至少部分地危及用于安装小齿轮的控制台的稳健性和抗性。

仍然需要获得稳健的机电变桨驱动器系统，其能够容易地延长尤其是环形齿轮的寿命，并且还是节省成本的。

发明内容