[发明专利]用于风力涡轮机的利用先导式加压储存器的液压变桨距系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种流体控制系统，该流体控制系统用于操作用于包括变桨距系统的风力涡轮机的变桨距控制系统，该变桨距系统通过至少一个液压促动器驱动至少一片转子叶片。本发明还涉及一种配备有流体控制系统的风力发电机。

背景技术

标准的风力涡轮机利用变桨距系统来转动转子叶片。转子叶片发生转动以改变从风提取的能量的量，由此优化动力产生。进一步地，变桨距系统是风力涡轮机最重要的单个安全系统，叶片被转到预定的位置则不从风提取能量。

本发明涉及液压变桨距系统。常规的液压变桨距系统通过每个叶片使用一个或更多个线性液压缸来转动风力涡轮机的叶片。液压缸放置在涡轮机的旋转轮毂中。根据期望的运动方向，液压缸通过在气缸的活塞侧或气缸的杆侧上供给加压液压流体促动。

加压液压流体由动力组供给，该动力组包括储罐、泵和电动机。由于储罐现有的设计，动力组放置在风力涡轮机的短舱中。这意味着，加压液压流体必须从涡轮机的固定部件转移至旋转轮毂。这通常是利用液压滑环或旋转接头，其能使液压流体从旋转轮毂来回。

将整个变桨距系统移至旋转轮毂，使液压漏油的风险、变桨距系统的成本和涡轮机中的变桨距系统分布的成本最小化，是非常有益的。

在可以将整个液压变桨距系统移入旋转轮毂内之前必须解决一些问题。然而，最大的问题是如何将液压流体储存在旋转轮毂中。储罐中的油的体积是根据系统状态而变化的，例如，气缸伸长多远以及随着系统温度的变化有多少油在液压蓄能器中。由此，储罐的容量必须是可变的。而且，旋转储罐可以不混合油和空气、可以是不泄漏的并且在被向上向下转动360°时能够运行。

在诸如美国专利第7,658,594号、WO03091577和US2012/0134827A1的专利申请中，公开了若干概念，但这些解决方案从未被成功地实施。

发明内容

在此背景下，本发明的目的是提供一种新的，更可靠的技术，用于储存用于在风力涡轮机轮毂中的变桨距系统中利用的液压流体。

本发明提供了一种流体控制系统，该流体控制系统用于操作用于包括变桨距系统的风力涡轮机的变桨距控制系统，该变桨距系统通过至少一个液压促动器驱动至少一片转子叶片。流体控制系统的液压泵被供给了液压流体，液压流体来自安装在风力涡轮机的旋转部件上的液压储存器，该液压储存器是由变桨距系统自身加压的先导式加压液压储存器。该先导式加压液压储存器包括经由杆连接至先导活塞的储存器活塞，其中，该储存器活塞的活动储存器活塞面大于先导活塞的活动先导活塞面。

本发明意在解决以上问题，因此提供了一种液压变桨距系统，其中，所有的部件，包括液压储存器，都能放置在风力涡轮机的诸如旋转轮毂的旋转部件中或旋转部件上。

本发明提供了以下解决方案用来达到上述目的：

液压流体必须被封装在不会泄漏的储存器中且不与周围大气接触，并且具有可变的体积。体积的变化取决于在变桨距促动器中使用的和在液压蓄能器中储存的液压流体的量。如果用于泵吸入侧的供给压力降到低于近似大气压，向变桨距系统供给来自储存器的加压液压流体的泵就不能正常地运行。由此，泵吸入侧的压力必须保持在此水平之上。

实现这个的一种方式是将液压流体储存在被设计成类似液压蓄能器——弹簧承载、质量承载、气体承载的储存器中。最显而易见的是气体承载的蓄能器，因为这在风力涡轮机产业中是标配并且它能在360°的旋转下运行。这样的系统能从WO02/48545A1中知晓。然而，气体承载的蓄积器不能独立于封装在液压蓄能器中的油量而供给恒定的压力。随着储存在蓄积器中的油量的增加，压力将指数性地增大。由于在，例如，紧急停止过程中，油必须回到加压储存器中，而液压促动器伸长至其全长且专用于紧急停止的液压蓄能器被清空，因此储存器压力的增大会导致可用变桨距力的大量损失。

理想的是一种在运行过程中保持相对恒定的储存器压力，以使得吸入侧上的泵压力永不降到大气压以下。

使用无任何空气的加压储存器可以实现360°旋转而不需要泵吸入空气或油的泡沫。

US2012/0134827A1提出通过基于来自液压泵吸入侧的反馈测量的可控容量变化机构来控制储存器中的压力。

与之相反，本发明基于无任何控制回路的被动系统，储存器中的压力反而是基于变桨距系统中的液压压力本身。