風(fēng)輪制動系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于風(fēng)力渦輪機的風(fēng)輪制動系統(tǒng)，其中所述風(fēng)力渦輪機至少包括塔架、所述塔架處的機艙以及安裝在所述機艙處的風(fēng)輪，所述風(fēng)輪包括任意數(shù)量的葉片，優(yōu)選兩片或三片葉片，以及接口，如在轉(zhuǎn)子輪轂處，用于將所述風(fēng)輪可轉(zhuǎn)動地緊固至所述機艙，其中所述接口位于風(fēng)輪與機艙之間，其包括轉(zhuǎn)子梁，其中所述轉(zhuǎn)子梁剛性連接至所述機艙處的主體結(jié)構(gòu)，以及進一步包括軸承，用作所述風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動支撐并且用于傳遞來自風(fēng)輪重量及風(fēng)輪上風(fēng)力載荷的負載，其中所述風(fēng)輪進一步包括用于傳遞轉(zhuǎn)矩至發(fā)電機的主軸，所述轉(zhuǎn)矩由作用在所述風(fēng)輪上的風(fēng)力產(chǎn)生，其中所述風(fēng)輪制動系統(tǒng)進一步包括制動盤及一個或多個制動卡鉗。
[0002]本發(fā)明進一步涉及利用這種風(fēng)輪制動系統(tǒng)，用于風(fēng)力渦輪機的風(fēng)輪制動系統(tǒng)的操作方法。
【背景技術(shù)】
[0003]眾所周知，在維修工作或其他情形下，要求風(fēng)輪保持靜止不動，風(fēng)力渦輪機具有某種類型的制動或鎖定系統(tǒng)，用以制動和/或鎖定風(fēng)力渦輪機的風(fēng)輪，優(yōu)選固定在特定位置。用于將風(fēng)力渦輪機的單個葉片鎖定在特定變槳距位置的系統(tǒng)也是已知的。本發(fā)明涉及相對于風(fēng)力渦輪機的機艙/主體制動和鎖定風(fēng)輪。上文所述的風(fēng)輪可以理解為包括輪轂及若干個風(fēng)力渦輪機葉片的轉(zhuǎn)子，用以將風(fēng)力轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)動能。解釋這一現(xiàn)象的原因是風(fēng)力渦輪機通常還包括另一轉(zhuǎn)子，即發(fā)電機的轉(zhuǎn)子，也被認為是密切相對于發(fā)電機的固定定子轉(zhuǎn)動從而發(fā)電的發(fā)電機轉(zhuǎn)子。
[0004]在大量風(fēng)力渦輪機上，使用變速箱，將風(fēng)輪相對慢的旋轉(zhuǎn)變換為發(fā)電機轉(zhuǎn)子更快的旋轉(zhuǎn)。這種風(fēng)力渦輪機通常包括設(shè)置于變速箱與發(fā)電機之間的圓盤制動系統(tǒng)，以便只需處理較低的轉(zhuǎn)矩。其他風(fēng)力渦輪機具有設(shè)于變速箱前方的制動系統(tǒng)，因而必須處理較高的轉(zhuǎn)矩，但每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)更少。
[0005]在所謂的直接驅(qū)動式風(fēng)力渦輪機上，由于風(fēng)輪直接連接至發(fā)電機轉(zhuǎn)子而沒有變速箱，這種風(fēng)力渦輪機變得越來越普遍。歐洲專利EP 2169220B1闡述了這種方案的一個實施例，并且該文件也描述了上文所述的現(xiàn)有技術(shù)的方案。
[0006]為了減輕重量以及得到高效的制動系統(tǒng)，歐洲專利EP 2169220B1公開了在發(fā)電機轉(zhuǎn)子的內(nèi)表面處設(shè)置環(huán)形圓盤以及設(shè)置傳統(tǒng)的制動卡鉗，該制動卡鉗包括沿著所述環(huán)形圓盤的圓周分布的制動片。與風(fēng)輪位置相比，該制動系統(tǒng)設(shè)置在風(fēng)力渦輪機主軸的相反端。
[0007]已知的技術(shù)方案具有缺點，并因此許多細節(jié)需要改進。首先，已知的技術(shù)方案具有設(shè)置在主軸處的制動系統(tǒng)，并且所有系統(tǒng)均設(shè)置在機艙內(nèi)部，在使用制動之后，系統(tǒng)內(nèi)到處將被制動揚塵污染。隨著時間積累這將對機艙內(nèi)相對靈敏的設(shè)備造成問題，并且通常會惹惱檢修人員。
[0008]所述的技術(shù)方案具有設(shè)置于主軸處的制動系統(tǒng)，在變速箱之前、在變速箱之后或用于直接驅(qū)動式風(fēng)力渦輪機的主軸上，要求主軸堅硬和具有剛性，以便能夠經(jīng)受得住在制動期間作用的力。風(fēng)輪可以例如具有100米的直徑以及高達如50公噸的重量。進一步，發(fā)電機轉(zhuǎn)子還具有高達20公噸的相對大的質(zhì)量。為了通過激活制動系統(tǒng)來停止這些大質(zhì)量部件的運動需要實現(xiàn)非常巨大的需求。如果完整的驅(qū)動鏈包括輪轂、主軸及發(fā)電機，具有任何松弛或彈性過大，系統(tǒng)將磨耗過快并最終崩潰，造成嚴(yán)重問題及花費。并且這種松弛會在一定程度上存在。為了減輕重量一一這一直上風(fēng)力渦輪機行業(yè)的一個問題一一由于已知的制動系統(tǒng)需要剛性系統(tǒng)，其包括堅硬且厚重的鋼軸，具有較高重量，因此已知的制動系統(tǒng)一定程度上是有問題的。
[0009]沒有一個已知的制動系統(tǒng)公開了一種用于風(fēng)力渦輪機的制動系統(tǒng)，該制動系統(tǒng)解決了制動風(fēng)輪、主軸及發(fā)電機轉(zhuǎn)子的問題，其中該系統(tǒng)設(shè)置在靠近風(fēng)輪的位置，其中所述風(fēng)輪設(shè)置在主體處，并且其包括設(shè)計用以僅僅傳遞轉(zhuǎn)動力的主軸，即僅傳遞來自風(fēng)輪的重量或發(fā)電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩，而沒有彎矩。
[0010]發(fā)明目的
[0011]本發(fā)明的目的是提供一種用于風(fēng)力渦輪機的風(fēng)輪制動系統(tǒng)，該風(fēng)力渦輪機至少包括風(fēng)輪制動系統(tǒng)，并且優(yōu)選地包括或與一個或多個用于將所述風(fēng)輪鎖定至固定位置的機械鎖協(xié)同工作。
[0012]進一步，本發(fā)明的目的是提供一種風(fēng)輪制動系統(tǒng)，其特別適用于風(fēng)力渦輪機，其中所述風(fēng)力渦輪機包括從輪轂向齒輪或發(fā)電機延伸的主軸，其中所述主軸包括纖維增強復(fù)合材料制成的至少一個部分，并且所述主軸被設(shè)計為僅僅傳遞轉(zhuǎn)動力，即僅傳遞來自風(fēng)輪的重量或發(fā)電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩，而沒有彎矩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]如上所述，本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)力渦輪機的風(fēng)輪制動系統(tǒng)，其中所述風(fēng)力渦輪機至少包括塔架、所述塔架處的機艙以及安裝在所述機艙處的風(fēng)輪，所述風(fēng)輪包括任意數(shù)量的葉片，優(yōu)選兩片或三片葉片，以及接口，如在轉(zhuǎn)子輪轂處，用于將所述風(fēng)輪可轉(zhuǎn)動地緊固至所述機艙，其中所述接口位于風(fēng)輪與機艙之間，其包括轉(zhuǎn)子梁，其中所述轉(zhuǎn)子梁剛性連接至所述機艙處的主體結(jié)構(gòu)，以及進一步包括軸承，用作所述風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動支撐并且用于傳遞來自風(fēng)輪重量及風(fēng)輪上風(fēng)力載荷的負載，其中所述風(fēng)輪進一步包括用于傳遞轉(zhuǎn)矩至發(fā)電機的主軸，所述轉(zhuǎn)矩由作用在所述風(fēng)輪上的風(fēng)力產(chǎn)生，其中所述風(fēng)輪制動系統(tǒng)進一步包括制動盤及一個或多個制動卡鉗。
[0014]本發(fā)明的新穎和創(chuàng)新之處在于:所述制動盤安裝于所述風(fēng)輪處，例如轉(zhuǎn)子輪轂或風(fēng)輪的軸承部分，以及安裝在錨定板處的所述一個或多個制動卡鉗，其中所述錨定板安裝在所述主體與所述轉(zhuǎn)子梁之間。制動系統(tǒng)，即制動盤、錨定板和制動卡鉗以及其他部件設(shè)置得非常靠近轉(zhuǎn)子輪轂/風(fēng)輪，由于風(fēng)力渦輪機傳動系統(tǒng)的彈性及松弛，這對于防止風(fēng)輪相對于制動系統(tǒng)移動是非常重要的。
[0015]假設(shè)例如主軸的重量是最優(yōu)化的，也就是最低的，以便節(jié)約成本同時能夠最小化其他部件的重量以及成本，主軸的硬度將不足以防止風(fēng)輪撼動整個系統(tǒng)。通過將制動系統(tǒng)設(shè)置為非?？拷嗇?，這樣在?？亢?或鎖定過程中幾乎不會出現(xiàn)風(fēng)輪振動的風(fēng)險，從而將磨損和損耗徹底降至最低。
[0016]如上所述的技術(shù)方案在所有系統(tǒng)中都是有用的，在這些系統(tǒng)中風(fēng)輪的輪轂設(shè)置為剛性連接至機艙的主體。這可以通過例如經(jīng)由單個軸承系統(tǒng)將輪轂安裝在主體處來實現(xiàn)。這種設(shè)計到目前為止僅僅應(yīng)用于關(guān)于所謂的鈴流發(fā)生器(ring generator)上，其中不存在主軸，并且上文所提到的彈性和松弛的問題將不會出現(xiàn)。通過將發(fā)電機設(shè)置在機艙與風(fēng)輪相對的相反端，必然需要設(shè)置一主軸，該主軸從風(fēng)輪延伸至發(fā)電機或發(fā)電機前面的變速箱。通過設(shè)置這種結(jié)構(gòu)可獲得若干優(yōu)點。首先，位于塔架頂部的機艙的重量平衡將變得更有吸引力，并且另一個重要細節(jié)是發(fā)電機的易接入性，這在安裝期間是非常重要的，甚至在由于檢修和/或維修需要拆卸時更加重要。如果發(fā)電機放置在機艙的一端就更容易接入它。相反地如果發(fā)電機是設(shè)置在機艙與風(fēng)輪相同的一端的鈴流發(fā)生器，所述風(fēng)輪不得不在拆卸發(fā)電機之前拆卸下來，這尤其會產(chǎn)生大量費用以及額外的海上工作。
[0017]如上所述，本發(fā)明可以用于風(fēng)力渦輪機構(gòu)造中，經(jīng)由單個軸承系統(tǒng)將輪轂安裝至主體處。這一方案到目前為止已經(jīng)用于千瓦級的小型風(fēng)力渦輪機，因為當(dāng)功率達到兆瓦級時，力和反作用將變得非常大。風(fēng)力渦輪機的輪轂通常會由鑄鐵制成，并且其不得不承擔(dān)兆瓦級風(fēng)力渦輪機處的巨大的力，并且其在操作過程中將會劇烈變形。然而，還有可能設(shè)計一輪轂，其能夠應(yīng)對負載并且能夠與一個軸承系統(tǒng)一起使用。
[0018]另一優(yōu)選的用于應(yīng)對高負載及變形的設(shè)計包括所謂的轉(zhuǎn)子梁，其中輪轂可以由至少，但通常是，兩組軸承來支撐。該轉(zhuǎn)子梁剛性連接至機艙的主體，并且通常會貫穿輪轂，從而承擔(dān)風(fēng)輪的負載并承擔(dān)起作用在風(fēng)輪上的力。通過主軸可以將轉(zhuǎn)動力傳遞至發(fā)電機系統(tǒng)，該主軸設(shè)計為僅僅傳遞轉(zhuǎn)動力并不承載風(fēng)輪或承擔(dān)來自所述風(fēng)輪的彎矩。
[0019]在根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)輪制動系統(tǒng)的一個實施例中，所述風(fēng)輪制動系統(tǒng)包括錨定板，其中所述錨定板進一步包括一個或多個感應(yīng)裝置，例如一個或多個電感式傳感器，其中所述感應(yīng)裝置設(shè)置用于控制風(fēng)輪相對于錨定板處的感應(yīng)裝置的位置和/或速度，即，制動盤相對于錨定板處的感應(yīng)裝置的位置和/或速度。
[0020]錨定板以及制動卡鉗可以優(yōu)選地設(shè)置為至少部分位于輪轂的外側(cè)，以便在使用過程中能夠通風(fēng)，也可以防止來自制動器的灰塵在機艙內(nèi)部累積。然而，也可能將錨定板、卡鉗以及制動盤都設(shè)置在機艙內(nèi)部。
[0021]上文所述一個或多個感應(yīng)裝置，例如一個或多個電感式傳感器，可以在本發(fā)明的實施例中設(shè)置在錨定板處或靠近錨定板，以便控制風(fēng)輪相對于感應(yīng)裝置的位置和/或速度，即制動盤相對于感應(yīng)裝置的位置和/或速度。在激活制動系統(tǒng)后，該感應(yīng)裝置可以被激活并用于確定風(fēng)輪是否保持靜止不動。進一步，該感應(yīng)裝置可以用于