[發(fā)明專利]用于風(fēng)力渦輪機(jī)的液壓偏航驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其操作方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110451725.9
• 申請日: 2011-12-20
• 公開（公告）號: CN102562456A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: T·埃登費(fèi)爾德;T·西伯斯
• 申請（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F03D7/02
• 分類號: F03D7/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴(yán)志軍;傅永霄

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體涉及用于風(fēng)力渦輪機(jī)的偏航調(diào)節(jié)的方法和系統(tǒng)，并且更具體地，本發(fā)明涉及用于風(fēng)力渦輪機(jī)的液壓偏航調(diào)節(jié)的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

至少一些已知的風(fēng)力渦輪機(jī)包括塔架和安裝在塔架上的機(jī)艙。轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)地安裝至機(jī)艙并且通過軸連接至發(fā)電機(jī)。多個(gè)葉片自轉(zhuǎn)子延伸。葉片定向成使得經(jīng)過葉片的風(fēng)使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)并且使軸旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

如果由風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片限定的平面不垂直于風(fēng)，那么渦輪機(jī)仍然是可操作的，但是轉(zhuǎn)子葉片以及轉(zhuǎn)子葉片通過轉(zhuǎn)子葉片轂和轉(zhuǎn)子軸線連接至其上的機(jī)艙經(jīng)受在這些部件上產(chǎn)生巨大負(fù)載的剪切力，從而產(chǎn)生磨損并且因此增加了維護(hù)的需要。典型地，轉(zhuǎn)子連接至其上的機(jī)艙因此轉(zhuǎn)動(dòng)成直接面對風(fēng)。為此目的，例如電子計(jì)算機(jī)的控制器接收風(fēng)向和風(fēng)速的測量數(shù)據(jù)并且控制馬達(dá)以相應(yīng)地調(diào)節(jié)機(jī)艙的偏航角。

典型地，至少一個(gè)馬達(dá)是電動(dòng)馬達(dá)，該電動(dòng)馬達(dá)通過具有高傳動(dòng)比的齒輪使機(jī)艙轉(zhuǎn)動(dòng)。如果風(fēng)改變方向，則機(jī)艙通過偏航驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相應(yīng)地進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，直到轉(zhuǎn)子的平面再次垂直于風(fēng)的方向。在這一過程中，只要轉(zhuǎn)子平面不垂直于方向，風(fēng)就會(huì)在機(jī)艙上施加可以抵抗偏航驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的力的剪切力。如果陣風(fēng)在這一過程中沖擊風(fēng)力渦輪機(jī)，則偏航驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不得不承受尤其大的力，并且特別是，偏航馬達(dá)不得不承受尤其大的力。

因此，偏航驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的最大的可施加轉(zhuǎn)矩必須適于使得偏航驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以將這樣的轉(zhuǎn)矩施加在機(jī)艙上：該轉(zhuǎn)矩大于轉(zhuǎn)子在強(qiáng)陣風(fēng)或其它具有極限負(fù)載的情況下施加在機(jī)艙上的轉(zhuǎn)矩。偏航馬達(dá)必須產(chǎn)生的用于在陣風(fēng)過程中使機(jī)艙移動(dòng)的轉(zhuǎn)矩明顯大于用于在正常操作條件下調(diào)節(jié)偏航角所需的轉(zhuǎn)矩。在極限情況中，施加在偏航馬達(dá)上的轉(zhuǎn)矩會(huì)是在標(biāo)準(zhǔn)操作條件下調(diào)節(jié)偏航角所需的轉(zhuǎn)矩的四倍至五倍。

此外，偏航驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的齒輪部件也必須設(shè)計(jì)成能夠承受這些大的陣風(fēng)力?？偠灾@些因素需要明顯超過常規(guī)偏航驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的馬達(dá)和齒輪的尺寸，從而引起不期望的成本因素。

因此，期望具有這樣的偏航驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：該偏航驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成呈現(xiàn)足以在正常操作條件下調(diào)節(jié)偏航角的最大轉(zhuǎn)矩，但是相比常規(guī)偏航系統(tǒng)具有較小的最大轉(zhuǎn)矩、并且適于對陣風(fēng)引起的高轉(zhuǎn)矩做出反應(yīng)而不會(huì)受到損壞或者不會(huì)產(chǎn)生其它不期望的副作用。

發(fā)明內(nèi)容

在一個(gè)方面中，本發(fā)明提供一種用于風(fēng)能系統(tǒng)的偏航驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括：液壓偏航馬達(dá)，該液壓偏航馬達(dá)用于調(diào)節(jié)風(fēng)能系統(tǒng)的機(jī)艙的偏航角；至少一個(gè)液壓泵，該至少一個(gè)液壓泵適于提供加壓液壓流體；液壓管路系統(tǒng)，該液壓管路系統(tǒng)包括連接至少一個(gè)液壓泵和至少一個(gè)液壓偏航馬達(dá)的至少一個(gè)管路；以及至少一個(gè)過壓閥。該至少一個(gè)過壓閥連接到至少一個(gè)液壓泵與至少一個(gè)液壓馬達(dá)之間的液壓流體的流動(dòng)路徑。

所述至少一個(gè)過壓閥適于在這樣的情況下打開：如果所述至少一個(gè)泵與所述至少一個(gè)液壓馬達(dá)之間的至少一個(gè)流動(dòng)路徑中的壓力超過預(yù)定值；或者，如果由風(fēng)通過風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子和機(jī)艙施加在所述至少一個(gè)液壓馬達(dá)上的轉(zhuǎn)矩超過預(yù)定限制。所述至少一個(gè)過壓閥構(gòu)造成使得：在由風(fēng)施加在所述機(jī)艙上的偏航轉(zhuǎn)矩超過預(yù)定閾值的情況下，所述至少一個(gè)過壓閥打開，并且作為對由風(fēng)施加的轉(zhuǎn)矩的反應(yīng)，所述機(jī)艙能夠進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。所述偏航驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)一步包括：至少一個(gè)液壓罐，所述至少一個(gè)液壓罐通過至少一個(gè)第二管路連接至所述至少一個(gè)液壓泵；以及，至少一個(gè)第三管路，所述至少一個(gè)第三管路連接所述至少一個(gè)液壓偏航馬達(dá)和所述至少一個(gè)液壓罐。所述預(yù)定值為從50巴至500巴。所述至少一個(gè)液壓泵是流體動(dòng)力學(xué)泵和流體靜力學(xué)泵中的一種。所述至少一個(gè)液壓馬達(dá)是流體動(dòng)力學(xué)馬達(dá)和流體靜力學(xué)馬達(dá)中的一種。所述至少一個(gè)液壓泵是齒輪泵、徑向活塞泵和軸向活塞泵中的一種。所述至少一個(gè)馬達(dá)是葉片馬達(dá)、軸向柱塞馬達(dá)和徑向柱塞馬達(dá)中的一種。所述罐由2巴至30巴的壓力進(jìn)行加壓，且處于大氣壓力下。

本發(fā)明還提供一種風(fēng)能系統(tǒng)，其包括：塔架；機(jī)艙；轉(zhuǎn)子；以及偏航驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。所述偏航驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括：至少一個(gè)液壓偏航馬達(dá)，所述至少一個(gè)液壓偏航馬達(dá)用于調(diào)節(jié)所述風(fēng)能系統(tǒng)的機(jī)艙的偏航角；至少一個(gè)液壓泵，所述至少一個(gè)液壓泵適于提供加壓液壓流體；液壓管路系統(tǒng)，所述液壓管路系統(tǒng)包括連接所述至少一個(gè)液壓泵和所述至少一個(gè)液壓偏航馬達(dá)的至少一個(gè)管路；以及至少一個(gè)過壓閥；其中，所述至少一個(gè)過壓閥連接到所述至少一個(gè)液壓泵與所述至少一個(gè)液壓馬達(dá)之間的液壓流體的至少一個(gè)流動(dòng)路徑。