转子叶片调节装置
阅读：670发布：2021-06-08
专利汇可以提供转子叶片调节装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且公开了一种具有转速以及方向可变的 马 达－ 泵 单元的 风 力 设备的 转子 叶片 调节装置，它经由液压的控制机构/调节机构与液压的执行机构 流体 连通。执行机构与 风力 设备的至少一个 转子叶片 以机械方式耦联，以使转子叶片围绕其纵轴线转动。按照本 发明 ，为了运行马达，设置包括紧急 能量 供给装置的电气控制线路。，下面是转子叶片调节装置专利的具体信息内容。
1. 风力设备的转子叶片调节装置，具有方向可变的马达-泵-单元(2)，所述马达-泵-单元经由液压的控制机构/调节机构(4)与液压的执行机构(6)流体连通，所述液压的执行机构与风力设备的至少一个转子叶片机械地耦联，用于使所述转子叶片围绕它的纵轴线转动，其特征在于所述马达-泵-单元(2)的包括紧急能量供给装置(10)的电气控制线路(12)。
2. 按照权利要求1所述的转子叶片调节装置，其特征在于，所述紧急能量供给装置(10)是蓄电池或电容器，其在所述电气控制线路(12)中的预先设定的电压降低情况下可以被接通到所述电气控制线路上。
3. 按照权利要求2所述的转子叶片调节装置，其特征在于，所述紧急能量供给装置(10)被设置用于所述电气控制线路(12)和所述马达-泵-单元(2)的能量供给。
4. 按照权利要求1或2所述的转子叶片调节装置，其特征在于液压的紧急运行装置(14)，其用于在所述马达-泵-单元(2)失效或功率降低情况下向所述液压的执行机构(6)供给液压的压力能。
5. 按照权利要求1至4中任一项所述的转子叶片调节装置，其特征在于，所述液压的执行机构(6)是液压的活塞-缸单元。
6. 按照前述权利要求1至5中任一项所述的转子叶片调节装置，其特征在于，所述马达-泵-单元(2)可以通过所述电气控制线路(12)以转速可变的方式进行控制。
7. 按照权利要求1至6中任一项所述的转子叶片调节装置，其特征在于，所述液压的活塞-缸单元是多室缸，最好是三室结构型式。
8. 按照权利要求7所述的转子叶片调节装置，其特征在于，为了在紧急运行中将至少一个转子叶片转动到其顺流位置，仅仅其中一个室(6B)可以用来自紧急运行装置(14)最好是蓄压器(14)的液压流体加载，相反，为了在正常运转下将所述至少一个转子叶片从它的顺流位置转动出来以及朝着它的顺流位置转动，至少两个另外的室(6A，6C)可以被用液压流体加载。
9. 按照权利要求8所述的转子叶片调节装置，其特征在于，所述液压的紧急运行装置(14)经由控制阀，最好是可电磁地打开的2/2-方向阀(24)被连接到所述仅仅一个室(6B)上。
转子叶片调节装置
[0002] 风力设备通过转子叶片上的风的升力转动，其中，风的功率以风速的三次方增大。这对于现代的风力设备意味着，通常自约9m/s的风速起转子功率（通过升力产生）大于额定功率，因此风力设备必须限制其输出功率，以避免尤其是在敏感的转子叶片处的材料损坏。 [0003] 在现有技术中基本上存在功率限制的两种主要设计方案:
一种可能性原则上在于，在超过一定的风速情况下通过有针对性地在转子叶片上引入的分离气流来限制功率输出。这种所谓的气流分离调节系统（Stall-Regelung）是最简单的并且也是最古老的调节系统并且基于如此地构造转子叶片轮廓(即它的拱形结构)，使得在一定的、可以分析方式确定的风速下（在恒定的转速下）在转子叶片上形成紊流（湍流），由此升力自动地减小并且因此可以将设备的功率保持在额定功率上。但是这种调节方式的问题在于，转子叶片轮廓不是保持相同的而是随着运行时间受气候的影响如雨、冰/雪、损耗等等而改变。因此气流分离－风速不能够被精确地预先确定，从而转子叶片轮廓（叶型）的设计是困难的。由于这个原因，气流分离的极限被如此地设置，即不达到额定功率，以提供一种安全缓冲区，但是由此设备的功率收益和由此效率变差。
一种可能性原则上在于，在超过一定的风速情况下通过有针对性地在转子叶片上引入的分离气流来限制功率输出。这种所谓的气流分离调节系统（Stall-Regelung）是最简单的并且也是最古老的调节系统并且基于如此地构造转子叶片轮廓(即它的拱形结构)，使得在一定的、可以分析方式确定的风速下（在恒定的转速下）在转子叶片上形成紊流（湍流），由此升力自动地减小并且因此可以将设备的功率保持在额定功率上。但是这种调节方式的问题在于，转子叶片轮廓不是保持相同的而是随着运行时间受气候的影响如雨、冰/雪、损耗等等而改变。因此气流分离－风速不能够被精确地预先确定，从而转子叶片轮廓（叶型）的设计是困难的。由于这个原因，气流分离的极限被如此地设置，即不达到额定功率，以提供一种安全缓冲区，但是由此设备的功率收益和由此效率变差。
[0004] 功率限制的另一种可能性涉及(主动地)转动转子叶片(调节螺距（Pitch）)，由此在螺距调节的风力设备中通过借助于所谓的螺距调节系统转动转子叶片保证了对功率的调节。在此处利用了以下的流体力学的关系:在风力设备的通常的运行范围中，转子叶片的功率系数随着迎角(可与飞机的机翼相比较)而增大。这意味着，低的迎角产生低的升力并且因此产生较低功率。利用该原理，现在通过转动转速叶片（调节螺距）来使功率适配于风速。
[0005] －在非常弱的风(0-4m/s)情况下，常规风力设备不工作，因为风的流入速度太小而不能够在转子叶片上产生足够的升力。在这种情况下转子叶片被转动到一个所谓的顺流位置（Fahnenstellung）(螺距角（倾角）=90°；迎角=0°)，在该顺流位置上没有升力产生。
[0006] －在微风(4-13m/s)情况下，风力设备转动并且生产出可利用的功率，但是其中风太弱而不能够达到设备的额定功率。在这种情况下螺距角变得最小(螺距角=0°)并且由此迎角最大，以便尽可能多地将风能转换成机械能。
[0007] －在强风(13-25m/s)情况下，设备的额定功率会被超过。为了阻止这种情况，设备此时被“调节螺距”，也就是说，转子叶片被连续地或逐级地往回朝着顺流位置转动。 [0008] －在暴风(自25m/s起)情况下，损坏危险性过高，因此此时出于安全原因转子叶片原则上被转动到顺流位置。
[0009] 在此已经证实，在一般具有三个转子叶片的常规风力转子情况下仅仅对一个转子叶片调节螺距就已经足以使设备匹配于改变的风速。顺便而言，按照上面说明的这种工作方式也适用于本发明的主题。
[0010] 由现有技术，例如按照WO2009/064264已知一种该类型的螺距调节系统（叶片间距调节系统（Pitch-System）），其由一个用于控制/调节风力设备的转子叶片的转动位置的电动－液压式执行机构组成。执行机构具有依据电流强度和极性可改变转速以及方向的电马达，该电马达经由马达轴驱动作为初级压力介质源的液压泵。在此情况下，泵将液压流体经液压线路输送到例如形式为伺服缸的液压马达，其(与泵和电马达一起)布置在转子毂内并且与转子叶片作用连接，以便使转子叶片围绕纵轴线转动。在液压线路中结合有蓄压器形式的另一个、次级压力介质源，它在初级压力介质源发生故障的情况下将压力加载的液压流体供给到液压线路中，以便由此在紧急运行的范围内将转子叶片转动到它的(可靠的)按照前面定义的顺流位置。
[0011] 此外，EP1739807A2公开一种电的伺服驱动装置，其用于转动具有紧急能量供给装置的风力设备的至少一个转子叶片，紧急能量供给装置连接到伺服驱动装置的电气开关电路上。紧急能量供给装置在此包括蓄能器，该蓄能器提供支持电压，该支持电压在目前为电气开关电路的额定工作电压的80%以下并且当开关电路电压下降到低于支持电压时可以被接通。
[0012] 本发明的目的是提供一种风力设备的转子叶片调节装置，其在适当的利用电的和液压的叶片调节系统的优点下实现简化的运动学性能。
[0014] 因此，为了实现提出的目的，建议一种风力设备的转子叶片调节装置，其具有方向可变的以及最好转速可变的马达-泵-单元，它经液压的控制机构（开环控制系统）/调节机构（闭环控制系统）与液压的执行机构流体连通（流体连接），该执行机构与风力设备的至少一个转子叶片机械地耦联，以便使转子叶片围绕它的纵轴线转动。按照本发明的一个方面，马达-泵-单元的电气控制线路配有紧急能量供给装置，紧急能量供给装置在外部电力网失效情况下至少向控制回路供给电能。以这种方式，至少对于紧急运行而言也可以维持液压的控制机构的、包括中间连接的（插入的）、电磁方式操作的阀的全部功能。因此液压的控制机构不是以必需的方式被设计用于（无电流的）紧急运行。
[0015] 有利的是，紧急能量供给装置设计成蓄电池或电容器，其在电气控制线路中的预先确定的电压降低情况下可以接通到电气控制线路上。这种蓄电池现今的寿命非常长并且在小尺寸下也具有高的能量密度，其足以实施一次紧急运行。
[0016] 按照本发明的另一个方面，规定紧急能量供给装置可以被接通用于对电气控制线路和马达-泵-单元供能。因此，如果马达的能量供给被认为中断，那么至少对于紧急运行而言可以通过紧急能量供给装置维持该能量供给。
[0017] 本发明的另一个方面涉及液压的控制机构/调节机构，其按照本发明具有液压的紧急运行装置，用于在马达-泵-单元失效或功率降低情况下向液压的执行机构供给液压的压力能量。因为如果液压泵的电的驱动马达具有故障，那么电的紧急能量供给装置无效的。在这种情况下至少可以保证一个辅助液压压力用于紧急运行(用于将至少一个转子叶片转动到顺流位置)。这种双保险相对于现有技术具有极大的优点。如已经暗示的那样，对于例如作为电的控制链的最后环节的电马达具有故障的情况，仅仅在电气上的保险是不起作用的。液压的蓄压器直接地作用于液压的伺服驱动装置(执行机构)上并且因此作用于液压的控制链的最后的环节。在此期间蓄压器可以随着时间失去加载压力。因此两个安全系统的组合提供了在设备发生故障情况下的最大的保护。
[0018] 最后还应该指出本发明的另一个方面，其中转子叶片调节装置也配置方向可变的以及最好转速可变的马达-泵-单元，它经由液压的控制机构/调节机构与液压的执行机构流体连通。执行机构与至少一个转子叶片机械地耦联，以便调节转子叶片的螺距（间距）。在此规定，执行机构设计成多室结构型式压力缸(最好三个压力室)，其中，一个压力室只用于在紧急运行时与蓄压器流体连通，相反，其它的压力室只用于在压力泵的正常的调节/控制运行时可以用液压流体加载。这样，可以关于蓄压器的储存压力和储存容量使紧急运行-压力室匹配并且因此优化紧急运行系统，而不必要相应地适配其余的液压系统。在此处应该指出的是，这个最后所述的本发明的方面可以与前面列举的方面相独立地于或也可以与其组合地应用于转子叶片调节装置中，并且因此也应该与其余的方面分开地要求权利保护。
[0020] 图1显示了一个关于风力设备的转子叶片调节装置的框图，用于说明电气的和静液压的驱动装置的各单独部件的一些组合可能性，图2显示了按照本发明的第一优选实施例的风力设备的转子叶片调节装置，图3显示了按照本发明的第二优选实施例的风力设备的转子叶片调节装置，和图4显示了按照本发明的第三优选实施例的风力设备的转子叶片调节装置，。
[0021] 在图1中示意示出了按照本发明的风力设备的转子叶片调节装置，其具有液压系统1，该液压系统最好由方向可变的以及最好转速可变的马达-泵-单元2组成，该马达-泵-单元经由液压的控制机构/调节机构（开环/闭环控制系统）4与液压的执行机构6流体连通（流体连接）。执行机构6与风力设备的至少一个(没有示出的)转子叶片机械地耦联，以使转子叶片围绕其纵轴线转动。按照本发明，为了运行马达8设置了包括紧急能量供给装置10的电气控制线路12。对此备选地或附加地，液压系统1也可以配置有紧急运行装置(紧急储存器)14。因此，按照本发明的转子叶片调节装置具有至少一个，最好两个安全系统，借此在故障情况下风力设备的至少一个转子叶片可以在紧急运行的范围内被转动到顺流位置（最小阻力叶片位置）。
[0022] 一方面，设置电的紧急储存器10，它在初级电力网失灵的情况下向电的驱动装置(电气控制线路12和必要时马达8，它们一起形成电的伺服驱动装置)供给电能，该电能对于按照上面定义的至少一个紧急运行而言是足够的。
[0023] 另一方面，可选择地，也可以附加地为液压系统1(泵16，液压的调节机构/控制机构4，执行机构6，它们一起形成静液压的传动机构)装备液压的紧急储存器14，该液压的紧急储存器向液压系统1输入例如液压流体流形式的液压能。该液压的紧急储存器14例如当在电的驱动链的末端处的马达8受到干扰并且因此电的紧急供给无效时是有意义的。 [0024] 在图2中示出了本发明的第一实施例，前面所述的基本原理以技术上的方式被应用于该实施例中。
[0025] 因此风力设备的一个没有进一步示出的转子叶片通过均匀运转缸（同步运转缸）6被围绕它的纵轴线转动，该均匀运转缸经由一个也是没有示出的杠杆机构与该转子叶片耦联。为了操纵缸6，设置与缸6并联的压力泵16，也就是说，它们的两个接头连接到缸6的相应的压力室6A，6B上。压力泵16在此情况下可以在两个方向上输送液压流体，其中，液压流体分别仅仅被泵送到缸的压力室6A，6B中。
[0026] (反向的)换向阀18与压力泵16并联地连接到压力泵-旁通管路20中，用于补充(再吸入)液压流体的平衡容器22经换向阀18连接到压力泵-旁通管路20上。 [0027] 一个例如形式为蓄压器14的次级压力介质源被连接到缸6的其中一个压力室6B上，该压力室为了将转子叶片转动到它的顺流位置上必须被加载压力，所述次级压力介质源可以经由控制阀24，最好是电磁控制的(打开的)2/2-方向阀与该压力室6B流体连通。在压力室6B对面的压力室6A具有通向平衡容器/储存罐22的附加的入口26，其中，在该入口26中，中间连接着分配阀28，最好是电磁打开的2/2-方向阀，它被弹簧预张紧在一个闭锁位置上。
[0028] 压力泵16由电马达8驱动，该电马达又由没有示出的电的开关线路(驱动电路)控制/调节，使得马达8的转动方向以及最好转速是可改变的。电的开关线路装配有形式为蓄电池的紧急能量供给装置，后者可以以一定的(限制的)时间或缸6的一定的最大的调节运动向电的开关线路和必要时电马达8供给紧急电流。
[0029] 在图1中示出的转子叶片调节装置的工作方式可以描述如下:在正常的(无干扰的)运行中，全部所述的方向阀被通电流，因此在蓄压器24和压力室6B之间的方向阀24和在储存罐22和压力室6A之间的方向阀28处于闭锁位置上。在此情况下，压力泵16经由转速以及转动方向可变的电马达8被如此操作，使得至少一个转子叶片依据风力强度获得一定的螺距角，在该角度下转子功率不超过设备的额定功率。在此处应该说明的是，作为转速可变的电马达8的替代方案，压力泵16也可以以排量可变的方式进行实施。为了对蓄压器14加载（la），必须从液压回路中取出流体。为此目的，换向阀18经由外部的抽吸管路与储存罐22流体连通，如这在前面已经说明的那样，从而压力泵
16可以将流体从储存罐补充输送到蓄压器14中，直到蓄压器含有预先确定的加载压力。
16可以将流体从储存罐补充输送到蓄压器14中，直到蓄压器含有预先确定的加载压力。
[0030] 在出现故障情况下，例如电路的正常电压/电流的供给下降和/或泵16的输送功率下降和/或在液压的调节机构/控制机构4中的液压压力减小到低于各预先规定的值，紧急运行被触发，由此转子叶片调节装置被操作进行紧急运转，以便将转子叶片调节到顺流位置。
[0031] 在这种情况下，电的紧急能量供给装置被连接到电的开关线路上，其中，电气控制线路12如此控制液压的线路4，使得缸6为了将转子叶片转动到顺流位置而被加载压力。如果电马达8是受到干扰的，也就是说，电的紧急能量供给装置的接入没有任何作用，那么液压的紧急运行装置被激活。因此在这种情况下通向全部的方向阀24，28的电流被中断，从而这些方向阀通过相应的弹簧预紧力被连接在打开位置上。相应地，蓄压器14经由连接在上游的方向阀24向液压的调节机构4释放并且在缸6中建立相应的操作压力用于将转子叶片转动到顺流位置。由于泵16停止，因此来自室6A的液压流体不能够经由泵16排出。
但是室6A在这种（紧急）情况下经由方向阀28直接通向储存罐22的入口，从而液压流体在缸的紧急运动期间被从室6A压入储存罐22中。
但是室6A在这种（紧急）情况下经由方向阀28直接通向储存罐22的入口，从而液压流体在缸的紧急运动期间被从室6A压入储存罐22中。
[0032] 图3显示了本发明的第二优选实施例，它原则上对应于上面说明的第一实施例，但是取消设置液压的紧急装置。在这种情况下只设置电的紧急能量供给装置，用于对电马达8通电流以便运行静液压的传动机构。由于在第二实施例中不设置蓄压器，该蓄压器应该导致(无泵地)操作执行机构6，因此在执行机构6的一个压力室6A和储存罐22之间也不需要具有中间连接的2/2-方向阀的外部入口，如该外部入口在第一实施例中所说明的那样。
[0033] 最后还依据图4说明本发明的第三实施例，它原则上对应于本发明的第一实施例，但是其中使用一个多室缸6，最好是三室缸用于转动至少一个转子叶片。 [0034] 在这种情况下，为了紧急运行，将蓄压器14经由可以电磁方式打开的方向阀24连接到惟一的室6B上，但是该室在这种情况下仅仅为了在紧急运行中将转子叶片转动到顺流位置而被加载压力。为此目的，在(紧急运行-)压力室6B上连接卸压管路或入口管路26，它直接地通向储存罐22并且在其中中间连接了也是可以以电磁方式打开的2/2-方向阀28。方向阀28在正常运行下被通电流并且因此处于打开位置上，从而活塞在轴向运动期间可以将液压流体从(紧急运行-)压力室6B中经由入口管路26挤出或再抽吸。 [0035] 多室缸的两个位于压力室6B对面的压力室6A，6C被连接到泵16的两个接头上，因此缸活塞依据泵16的输送方向在正常运行中可以往复运动。这两个压力室6A和6C此外经短路管路直接地相互连接，要以电磁方式打开的2/2-方向阀30被中间连接到该短路管路中。最后，相对于泵16设置压力泵旁通管路20，与储存罐22流体连通的(反向的)换向阀18被插入该压力泵旁通管路中。
[0036] 关于第三优选实施例的工作方式说明如此:如前所述，泵16与室6A和6C流体连通，以便在正常运行下使缸活塞运动。在正常运行期间，方向阀24，28和30被通电。因此阀28被打开而阀24和30被关闭。也就是说，蓄压器14与室6B分开并且经由管路26在储存罐22和室6B之间存在连通，而室&A和&C是相互分开的。因此在活塞正常运动期间，相应的流体排量在两个室6A和6C之间被泵送并且同时在室6B和储存罐22之间交换。
[0037] 在紧急情况下(例如在电流中断情况下这些阀不再被通电流)，储存器14与室6B连接，而室6A和6C经由阀30相互短接。通过储存器压力作用于室6B上的压力将活塞按照图4向左挤压(顺流位置)。在此情况下，油容量被从室6A排挤到室6C。由于可能的面积比产生的容积差（容量差）通过换向阀18进行补偿。
[0038] 这种多室缸的优点基本上在于，通过适当地选择面积比、缸室的相互连接以及储存器的位置，可以在活塞面上产生能动的、有力的以及在结构空间上的优点。 [0039] 附图标记表液压系统1
马达-泵-单元2
液压的控制机构4
执行机构/缸6
缸室6A，6B，6C
电马达8
紧急能量供给装置10
电气控制线路12
紧急运行装置/蓄压器14
泵16
换向阀18
压力泵-旁通管路20
储存罐22
在蓄压器和缸之间的控制阀24
入口(管路)26
2/2-方向阀28
用于压力室6C的分配阀（切换阀）30。
马达-泵-单元2
液压的控制机构4
执行机构/缸6
缸室6A，6B，6C
电马达8
紧急能量供给装置10
电气控制线路12
紧急运行装置/蓄压器14
泵16
换向阀18
压力泵-旁通管路20
储存罐22
在蓄压器和缸之间的控制阀24
入口(管路)26
2/2-方向阀28
用于压力室6C的分配阀（切换阀）30。
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