风力发电机组及其变桨系统 技术领域 本发明涉及工程机械技术领域， 特别是涉及一种用于风力发电机组的变桨系统。 本发明还涉及一种包括上述变桨轴承的风力发电机组。
背景技术 风能作为一种环保能源， 在发电领域得到了广泛的应用， 风力发电越来越受到人 们的重视。
风力发电就是把风的动能转变成机械能， 再把机械能转化为电能的一种发电方 式， 现有技术中， 通常利用风力发电机组实现风能向电能的转换。
请参考图 1， 图 1 为现有技术中一种典型的风力发电机组的结构示意图。
如图中所示， 风力发电机组包括风轮 13、 发电机 12 和塔筒 11， 工作过程中， 风作用 在风轮 13 的叶片 131 上， 产生气动扭矩， 叶片 131 的根部将扭矩传递给轮毂， 进而带动主 轴、 变速箱内的齿轮以及发电机的旋转轴旋转， 产生电能， 而塔筒 11 主要用于支撑风力发 电机组的风轮 13 和发电机 12。
由于自然界的风的风速是不断地变化的， 如果风力发电机组的叶片 131 的状态始 终不变， 必然会使输入的转速不断变化， 影响所发电能的质量， 为了使风作用到叶片 131 上 的作用力基本保持不变， 进而保证输入的转速基本恒定， 就需要根据风速的大小不断改变 风力发电机组的叶片 131 的迎风角， 变浆控制系统就是为了实现上述目标而设置的 ； 当风 速发生变化时， 变浆控制系统的变浆轴承 132 的轴承内圈 22 在变浆控制系统的驱动系统的 作用下转动， 带动叶片 131 转动， 实现叶片 131 的迎风角的改变， 保证转速的恒定输入， 提高 风力发电机组所发电能的稳定性。
另一方面， 当发电机转速过高或者遇到其他需要紧急停车的情况时， 变桨控制系 统控制叶片 131 处于大体平行于风的方向， 配合机械刹车进行顺桨刹车， 如果变桨控制系 统出现故障不能顺桨刹车时， 很有可能会出现风机的叶片折断、 飞车、 起火甚至倒塌的危 险。
因此， 保证变桨控制系统的可靠性就显得尤为重要。
而在工作过程中， 变桨控制系统的变桨轴承主要承受径向力、 轴向力和倾覆力矩， 受力大小随着风速、 叶片位置以及叶片迎风角度的变化而不断变化， 因此变桨轴承的受力 比较复杂 ； 另一方面， 安装于变桨轴承的叶片通常为弹性结构， 这就造成了无论叶片处于工 作状态还是非工作状态， 叶片都会承受交变性、 随机性的载荷而发生颤振， 由于叶片与变桨 轴承的内圈连接， 因此， 叶片的颤振会通过变桨轴承的内圈、 滚珠、 外圈传递至与变桨轴承 的外圈连接的轮毂， 在此过程中， 变桨轴承的各部件之间相互磨损， 并且还承受振动载荷、 冲击载荷等疲劳载荷， 使得变桨轴承的受力更加复杂， 在实际运行中会发生因变桨轴承损 坏卡死的现象。因此， 保证变桨控制系统的可靠性， 首先应当保证变桨轴承的可靠性。
因此， 如何改善变桨轴承的受力状态， 延长变桨轴承的使用寿命， 降低变桨轴承卡 死的可能性， 就成为本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容 本发明的目的是提供一种变桨系统， 该变桨系统改善了变桨轴承的工作环境和受 力状态， 能够延长变桨轴承的使用寿命， 降低变桨轴承卡死的可能性， 进而提高变桨系统的 可靠性。本发明的另一目的是提供一种包括上述变桨系统的风力发电机组。
为解决上述技术问题， 本发明提供一种用于风力发电机组的变桨系统， 包括变桨 轴承， 还包括相互配合的第一锁定件和第二锁定件， 所述第一锁定件与所述变桨轴承的轴 承内圈固定连接， 所述第二锁定件与所述风力发电机组的轮毂固定连接， 所述第一锁定件 和所述第二锁定件可选择地在锁定动力部件的作用下锁紧。
优选地， 所述第一锁定件和所述第二锁定件二者中的一者设置有夹持部， 另一者 设置有被夹持部， 所述被夹持部位于所述夹持部的内部， 在所述锁定动力部件的作用下， 所 述夹持部可选择地夹紧所述被夹持部。
优选地， 所述夹持部包括上夹持片和下夹持片， 二者相对的一侧均设置有摩擦片。
优选地， 所述锁定动力部件为液压制动器。
优选地， 所述锁定动力部件为电磁制动器。
优选地， 所述锁定动力部件的数目为多个， 且各所述锁定动力部件沿所述变桨轴 承的周向均匀分布。
优选地， 所述锁定动力部件的数目为 4 个。
为解决上述技术问题， 本发明还提供一种风力发电机组， 包括叶片和与所述叶片 的根部固定连接的变桨系统， 所述变桨系统为如上述任一项所述的变桨系统。
本发明所提供的用于风力发电机组的变桨系统， 包括变桨轴承， 还包括相互配合 的第一锁定件和第二锁定件， 第一锁定件与变桨轴承的轴承内圈固定连接， 第二锁定件与 风力发电机组的轮毂固定连接， 第一锁定件和第二锁定件可选择地在锁定动力部件的作用 下锁紧。 这样， 在工作过程中， 当风速发生变化需要变桨或者风速过大需要变桨进行顺桨制 动时， 锁定动力部件撤销锁紧力， 使第一锁定件和第二锁定件解除锁定关系， 从而， 变桨轴 承的轴承内圈就可以在变桨系统的驱动系统的作用下带动与其固定连接的叶片旋转， 改变 叶片的迎风角， 达到保证输入风速稳定， 以及辅助刹车的作用 ； 当风速比较稳定不需要进行 变桨时， 第一锁定件和第二锁定件在锁定动力部件的作用下锁紧， 从而使得叶片颤振运动 通过变桨轴承的轴承内圈传递至第一锁定件， 第一锁定件再将颤振运动经过与其锁紧的第 二锁定件传递至风力发电机组的轮毂， 避免了叶片的颤振运动在变桨轴承的轴承内圈、 滚 珠和轴承外圈之间传递， 减小了变桨轴承所承受的振动载荷和冲击载荷等疲劳载荷， 改善 了变桨轴承的工作环境和受力状态。 可以看出， 第一锁定件和第二锁定件的设置， 使得变桨 轴承的轴承内圈可以根据需要直接与轮毂连接， 使变桨轴承可以同时发挥定桨距型轴承和 变桨距型轴承的优势， 能够在保证变桨需要的基础上， 将叶片的颤振运动等所引起的冲击 载荷直接传递至轮毂， 改善变桨轴承的受力状态， 延长变桨轴承的使用寿命， 降低变桨轴承 卡死的可能性， 进而提高变桨系统的可靠性
在一种优选实施方式中， 本发明所提供的用于风力发电机组的变桨系统的第一锁 定件和第二锁定件二者中的一者设置有夹持部， 另一者设置有被夹持部， 被夹持部位于夹 持部的内部， 在锁定动力部件的作用下， 夹持部可选择地夹紧被夹持部。这样， 第一锁定件
和第二锁定件就可以很方便地通过夹紧方式实现二者的锁定， 同时还保证了第一锁定件和 第二锁定件具有比较简单的结构， 减小了变桨轴承成本的增加。
在另一种优选实施方式中， 本发明所提供的用于风力发电机组的变桨系统的锁定 动力部件的数目为多个， 且各锁定动力部件沿变桨轴承的周向均匀分布。 这样， 第一锁定件 和第二锁定件就可以在变桨轴承的周向多个位置进行锁定， 不仅提高了锁定的可靠性和平 衡性， 而且减小了锁定位置所承受的作用力， 延长了第一锁定件和第二锁定件的使用寿命。
本发明所提供的风力发电机组的有益效果与变桨系统的有益效果类似， 在此不再 赘述。 附图说明
图 1 为现有技术中一种典型的风力发电机组的结构示意图 ； 图 2 为本发明一种具体实施方式所提供的变桨系统的结构示意图 ； 图 3 为图 2 所示的 A 部分的放大示意图 ； 图 4 为本发明一种具体实施方式所提供的变桨系统的第一锁定件的结构示意图 ； 图 5 为本发明一种具体实施方式所提供的变桨系统的第二锁定件的结构示意图。具体实施方式
本发明的核心是提供一种变桨系统， 该变桨系统改善了变桨轴承的工作环境和受 力状态， 能够延长变桨轴承的使用寿命， 降低变桨轴承卡死的可能性， 进而提高变桨系统的 可靠性。本发明的另一核心是提供一种包括上述变桨系统的风力发电机组。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案， 下面结合附图和具体实施方式 对本发明作进一步的详细说明。
请参考图 2 和图 3， 图 2 为本发明一种具体实施方式所提供的变桨系统的结构示意 图； 图 3 为图 2 所示的 A 部分的放大示意图。
在一种具体实施方式中， 本发明所提供的用于风力发电机组的变桨系统包括变桨 轴承 23、 第一锁定件 24 和第二锁定件 25， 第一锁定件 24 和第二锁定件 25 相互配合， 变桨 轴承包括轴承内圈 232、 轴承外圈 231 和滚珠 233， 第一锁定件 24 与变桨轴承 23 的轴承内 圈 232 固定连接， 轴承内圈 232 还与叶片 21 固定连接， 第二锁定件 25 与风力发电机组的轮 毂 22 固定连接， 第一锁定件 24 和第二锁定件 25 根据需要能够选择地在锁定动力部件的作 用下锁紧。
其中， 如图 3 所示， 第一锁定件 24、 轴承内圈 232 和叶片 21 三者可以通过同一连接 螺栓连接， 轴承外圈 231 还通过连接螺栓与轮毂 22 固定连接 ； 另外， 变桨轴承 23 通常采用 内齿圈或无齿圈的双列四点轴承。
工作过程中， 当风速发生变化需要变桨或者风速过大需要变桨进行顺桨制动时， 锁定动力部件撤销锁紧力， 使第一锁定件 24 和第二锁定件 25 解除锁定关系， 从而， 变桨轴 承 23 的轴承内圈 232 就可以在变桨系统的驱动系统的作用下带动与其固定连接的叶片 21 旋转， 改变叶片 21 的迎风角， 达到保证输入风速稳定， 或者辅助刹车的作用， 此时， 叶片 21 的动能依次通过轴承内圈 232、 滚珠 233 和轴承外圈 231 传递至轮毂 22， 带动发电机的转轴 旋转 ； 当风速比较稳定不需要进行变桨时， 第一锁定件 24 和第二锁定件 25 在锁定动力部件的作用下锁紧， 从而使得叶片 21 颤振运动以及叶片 21 所吸收的风能通过变桨轴承 23 的轴 承内圈 232 传递至第一锁定件 24， 第一锁定件 24 再将颤振运动经过与其锁紧的第二锁定件 25 直接传递至风力发电机组的轮毂 22， 避免了叶片 21 的颤振运动在变桨轴承 23 的轴承内 圈 232、 滚珠 233 和轴承外圈 231 之间传递， 减小了变桨轴承 23 所承受的振动载荷和冲击载 荷等疲劳载荷， 改善了变桨轴承 23 的工作环境和受力状态。
可以看出， 第一锁定件 24 和第二锁定件 25 的设置， 使得变桨轴承 23 的轴承内圈 232 可以根据需要直接与轮毂 22 连接， 使变桨轴承可以同时发挥定桨距型轴承和变桨距型 轴承的优势， 能够在保证变桨需要的基础上， 将叶片 212 的颤振运动等所引起的冲击载荷 直接传递至轮毂 22， 改善变桨轴承 23 的受力状态， 延长变桨轴承 23 的使用寿命， 降低变桨 轴承卡死的可能性， 进而提高变桨系统的可靠性。
请参考图 4 和图 5， 图 4 为本发明一种具体实施方式所提供的变桨系统的第一锁定 件的结构示意图 ； 图 5 为本发明一种具体实施方式所提供的变桨系统的第二锁定件的结构 示意图。
在一种具体实施方式中， 本发明所提供的用于风力发电机组的变桨系统的第一锁 定件 24 包括第一连接部 241 和被夹持部 243， 第一连接部 241 开设有第一连接孔 242， 第一 锁定件 24 通过穿过第一连接孔 242 的连接螺栓与轴承内圈 232 连接， 被夹持部 243 固定于 第一连接部 241 的一侧 ； 第二锁定件 25 包括第二连接部 252 和夹持部 251， 第二连接部 252 开设有第二连接孔 253， 第二锁定件 25 通过穿过第二连接孔 253 的连接螺栓与轮毂 22 连 接， 夹持部 251 位于第二连接部 252 的上方， 被夹持部 243 始终处于夹持部 251 的内部， 在 锁定动力部件的作用下， 夹持部 251 能够选择地夹紧被夹持部 243， 实现第一锁定件 24 和第 二锁定件 25 的连接。 当然， 夹持部也可以属于第一锁定件 24， 此时， 被夹持部就属于第二锁定件 ； 另一 方面， 夹持部与连接部的位置关系也并不限于以上所述的情况， 其他能够实现夹持部夹紧 被夹持部的方式都是可以的。
这样， 第一锁定件 24 和第二锁定件 25 就可以很方便地通过夹紧方式实现二者的 锁定， 同时， 第一锁定件 24 和第二锁定件 25 均具有比较简单的结构， 减小了变桨轴承 23 以 及变桨系统成本的增加。
具体地， 夹持部 253 可以包括上夹持片 2511 和下夹持片 2512， 二者相对的一侧均 设置有摩擦片 2513。
本文所述的上下为将第二锁定件 25 按照图 5 中所示的位置放置时的上方和下方 ； 摩擦片 2513 具体可以为其他具有一定弹性同时能够增大摩擦系数的其它装置。
摩擦片 2513 的设置， 增大了夹持部 253 与被夹持部 243 之间的摩擦系数， 使在锁 定动力部件的作用下， 夹持部 253 与被夹持部 243 之间的摩擦力增大， 从而提高了第一锁定 件 24 和第二锁定件 25 之间的锁紧效果 ； 另一方面， 摩擦片 2513 具有一定的弹性， 从而避免 了锁定动力部件由非工作状态进入工作状态时所造成的夹持部 253 与被夹持部 243 之间的 碰撞， 延长了第一锁定件 24 和第二锁定件 25 的使用寿命。
其中， 锁定动力部件具体可以为液压制动器， 通过液压作用使第一锁定件 24 和第 二锁定件 25 锁紧 ； 当然， 锁定动力部件还可以为电磁制动器， 在电磁力的作用下实现第一 锁定件 24 和第二锁定件 25 的锁紧 ； 锁定动力部件还可以为其他能够实现按照需要使第一
锁定件 24 和第二锁定件 25 锁紧的装置， 比如 ： 弹簧。
为了提高第一锁定件 24 和第二锁定件 25 之间所定的可靠性， 本发明所提供的用 于风力发电机组的变桨系统的锁定动力部件的数目可以为多个， 且各锁定动力部件沿变桨 轴承 23 的周向均匀分布。
这样， 就可以实现第一锁定件 24 和第二锁定件 25 在变桨轴承的周向多个位置的 锁定， 不仅提高了锁定的可靠性和平衡性， 而且减小了锁定位置所承受的作用力， 延长了第 一锁定件和第二锁定件的使用寿命。
具体地， 锁定动力部件的数目可以为 4 个， 4 个锁定动力部件不仅可以满足锁定可 靠性和稳定性的要求， 而且可以避免由于设置多个锁定动力部件而造成的安装复杂度的提 高和成本的增加。
除了上述变桨系统， 本发明还提供一种风力发电机组， 包括叶片和与叶片的根部 固定连接的变桨系统， 变桨系统为上述的变桨系统， 风力发电机组的其他各部分结构请参 考现有技术， 本文不再赘述。
以上对本发明所提供的风力发电机组及其变桨系统进行了详细介绍。 本文中应用 了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述， 以上实施例的说明只是用于帮助理解 本发明的方法及其核心思想。 应当指出， 对于本技术领域的普通技术人员来说， 在不脱离本 发明原理的前提下， 还可以对本发明进行若干改进和修饰， 这些改进和修饰也落入本发明 权利要求的保护范围内。