[发明专利]具有控制系统的风力涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括具有涡轮机叶片的涡轮机的风力涡轮机组件。

背景技术

在风力涡轮机的建设和操作领域内，众所周知，需要可靠和灵活的控制系统，以实现期望的功能和风力涡轮机的能量输出，同时在风力涡轮机自身附近营造安全可靠的环境，这样就可以避免对机器和周边地区造成损害的风险。

在操作中，已经知道有许多种控制系统用于控制涡轮机叶片的倾斜度和用于将风力涡轮机系统的输出保持在期望的水平。但是如果发生了意外事件，比如说控制系统中的电力故障，还需要一种应急系统来完全停止涡轮机。

美国专利US 5,226,805公开了一种用于控制风力涡轮机上涡轮机叶片的倾斜角的控制系统，其中通过使用螺旋弹簧响应于风速和负载的变化而自动改变涡轮机叶片的倾斜角，使涡轮机叶片朝向静止位置弹性地偏压。该系统允许对涡轮机的速度进行便利的、低技术的控制，以便确定风力涡轮机的期望输出。但是，根本不可能使系统紧急停止，这是一个主要的缺点。

德国专利DE 4221783公开了另一种控制风力涡轮机叶片倾斜角的装置，其中电动机与风力涡轮机的主轴一起转动。电动机调节叶片的倾斜角，但是在控制系统出现电力故障的状况下，系统无法停止风力涡轮机的转动，因为对控制系统供电的中断也将中断电动机本身的操作。

美国专利US 6609889(Vilsboll)公开了一种调节倾斜度和停止风力涡轮机叶片的转动的装置，其中增加了单独的制动器用来制动涡轮机的转动。但是这个装置依赖于电动机来改变涡轮机叶片的倾斜度，在该电动机出现故障或系统中能量损失的情况下，可能会出现涡轮机自身暂停但涡轮机叶片仍旧倾斜到操作位置的情况下。在这种情况下，在涡轮机本身不能转动的情况下，由于涡轮机叶片上的风力，会有相当大的负载增加到风力涡轮机上，这将有相当大的风险会对对整个风力涡轮机造成损坏。

美国专利US 5,779,446(Althof等人)公开了另外一种改变风力涡轮机的涡轮机叶片的倾斜度的装置，其中需要单独的倾斜电动机来改变叶片的倾斜度。该装置在突然断电的情况下也有造成严重损坏的危险，因为在此情况下涡轮机叶片的倾斜度不能以安全方式被倾斜到横桨来使空气阻力最小。

因此，需要一种带具有控制系统的风力涡轮机，其具有以可靠和有效的方式紧急制动的机构。

发明内容

本发明的目的是为了消除或至少使上述问题最小化。这通过一种包括具有涡轮机叶片的涡轮机的风力涡轮机组件实现，所述涡轮机布置成在所述涡轮机叶片被风作用时产生转动能，其中，所述风力涡轮机组件进一步包括紧急制动器，所述紧急制动器操作性地连接于所述涡轮机叶片，用于在所述紧急制动器被致动时，通过所述涡轮机的转动能使所述涡轮机叶片朝向静止位置倾斜。由此，能够实现涡轮机叶片的故障安全制动，并且由于风力涡轮机组件失控而造成的对风力涡轮机或周围区域的损坏的危险能被显著地降低或者甚至消除。因为用于制动涡轮机仅需的能量是在致动紧急制动器时涡轮机中的转动能，所以制动是特定安全可靠的。

此外，如果涡轮机的转动能不足以使涡轮机叶片一直倾斜到静止位置，则风和涡轮机叶片的相互作用将产生额外的转动能，风本身将以这种方式控制从涡轮机叶片的操作倾斜度到静止位置的转变，在所述静止位置空气阻力最低，并且这进一步增加了系统的可靠性以及不需要风力涡轮机组件中控制系统的特殊操作来停止涡轮机的转动动作的安全性。

根据此发明的一个方面，所述紧急制动器操作性地连接于至少一个元件，所述至少一个元件与所述涡轮机一起转动且布置成用于将所述涡轮机的转动能从所述至少一个元件传递到所述涡轮机叶片，并由此改变所述涡轮机叶片的倾斜度。由此，涡轮机叶片的倾斜度的改变能以方便的方式进行，其进一步增加了紧急制动的可靠性和效率。

根据此发明的另一个方面，所述紧急制动器包括至少两个协作的螺纹部，所述协作的螺纹部中的第一螺纹部与所述涡轮机一起转动、并且操作性地连接于所述涡轮机叶片，用于通过沿其轴向延伸部移动来改变所述涡轮机叶片的倾斜度，所述协作的螺纹部中的第二螺纹部是轴向固定的，从而通过所述螺纹部相对于彼此的相对螺旋位移来改变所述涡轮机叶片的倾斜角。由此，涡轮机叶片的倾斜度可以以可控的和连续的方法来改变。