具体实施方式
如本文所用，术语“叶片”意在代表当相对于周围流体运动时提供反作用力的任何装置。如本文所用，术语“风力涡轮机”意在代表从风能产生旋转能的任何装置，且更具体而言，将风的动能转化为机械能的任何装置。如本文所用，术语“风力发电机”意在表示从来自于风能的旋转能产生电力的任何风力涡轮机，且更具体而言，将来自于风的动能的机械能转化为电力的任何风力涡轮机。如本文所用，术语“风车”意在表示利用由风能产生的旋转能的任何风力涡轮机，且更具体而言，将由风的动能转换而来的机械能用于产生电力之外的预定目的(例如但不限于，泵送流体和/或磨碾物体)的任何风力涡轮机。
图1是示例性风力涡轮机10的一个示例性实施例的透视图。本文描述和示出的风力涡轮机10为用来从风能产生电力的风力发电机。在某些已知的风力涡轮机中，风力涡轮机10为任何类型的风力涡轮机，例如但不限于风车(未示出)。此外，本文描述和示出的风力涡轮机10包括水平轴线结构。在一些已知的风力涡轮机中，风力涡轮机10包括垂直轴线结构(未示出)。风力涡轮机10可联接到电负载(未示出)上，例如但不限于电网(未示出)，并可从该电负载接收电力来驱动风力涡轮机10和/或其相关部件的运行，和/或可提供由风力涡轮机10产生的电力。尽管图1-3中仅示出了一台风力涡轮机10，但在一些实施例中，多台风力涡轮机10可群组在一起以形成“风电场”。
风力涡轮机10包括主体12(有时称作“外罩”)和联接到主体12上以围绕旋转轴线16相对于主体12旋转的转子(一般地以14表示)。在该示例性实施例中，外罩12安装在塔架18上。塔架18的高度为使风力涡轮机10能够如本文所述起作用的任何合适的高度。转子14包括轮毂20和从轮毂20径向向外延伸的多个叶片22(有时称作“翼型件”)，用来将风能转化为旋转能。尽管转子14在本文描述和示出为具有三个叶片22，但转子14可包括任意数量的叶片22。
图2为示例性风力涡轮机10的一部分的局部剖切透视图。风力涡轮机10包括联接到转子14上、用来由转子14产生的旋转能发出电力的发电机26。发电机26为任何合适类型的发电机，例如但不限于绕线转子感应发电机或永磁发电机。转子14包括联接到转子轮毂20上以随其旋转的转子轴28。发电机26联接到转子轴28上，使得转子28的旋转驱动发电机转子的旋转，并从而驱动发电机26的运行。在该示例性实施例中，发电机转子具有转子轴30，该转子轴30联接到发电机转子上，并联接到转子轴28上，使得转子轴28的旋转驱动发电机转子的旋转。在该示例性实施例中，发电站转子轴30通过齿轮箱32联接到转子轴28上，尽管在其它实施例中发电机转子轴30直接联接到转子轴28上。转子14的旋转驱动发电机转子，从而由转子14的旋转产生变频交流电力。
在一些实施例中，风力涡轮机10包括对转子14的旋转进行制动的制动系统(未示出)。此外，在某些实施例中，风力涡轮机10包括用来使外罩12围绕旋转轴线42旋转以改变转子14的偏航的偏航系统40。偏航系统40联接到控制系统44上并由控制系统44控制。在某些实施例中，风力涡轮机10包括风速计46以测量风速和/或风向。风速计46联接到控制系统44上，用来将测量值发送到控制系统44以在其中进行处理。在该示例性实施例中，控制系统44安装在外罩12内。备选地，一个或多个控制系统44可远离外罩12和/或风力涡轮机10的其它部件。控制系统44可用于但不限于总体的系统监测和控制，包括例如变桨和速度调节、高速轴和偏航制动应用、偏航和泵送马达应用和/或故障监测。在某些实施例中可使用备选的分布式或集中式控制结构。
图3为轮毂20的一部分的横截面视图，示出了变桨系统24的一个示例性实施例。风力涡轮机10包括可变叶片变桨系统24，用于控制转子叶片22相对于风向的桨距角。变桨系统24联接到控制系统44上以从而进行控制。叶片22和变桨系统24联接到容纳在轮毂20中的轴承80上。轴承80具有内部座圈82和同心的外部座圈84。内部座圈82联接到叶片22上，而外部座圈84联接到变桨系统24上。在内部座圈82和外部座圈84之间限定环形槽86，并包括当内部座圈82和外部座圈84相对彼此移动时降低摩擦的至少一种材料88。材料88为辊子或滚珠(未示出)或润滑剂(未示出)中的至少一种。备选地，叶片22联接到外部座圈84上，而内部座圈82联接到轮毂20上，其中变桨系统24驱动外部座圈84来控制叶片22的位置。
在某些实施例中，变桨系统24包括一个或多个致动器。变桨致动器包括任何合适的结构、构造、布置、构件和/或部件，例如但不限于电动机、液压缸、弹簧和/或伺服机构。此外，变桨致动器由任何合适的方式驱动，例如但不限于液压流体、电力、电化学能和/或机械能，机械能例如但不限于弹簧力。在某些实施例中，变桨致动器由从转子14的旋转惯量和向风力涡轮机10的部件提供能量的存储能源(未示出)中的至少一个提取出的能量驱动。在该示例性实施例中，变桨系统24包括变桨驱动齿轮90和经由轴承80联接到轮毂20和叶片22上的有齿变桨环形齿轮92。变桨系统24利用致动器来通过使联接到内部座圈82上的叶片22相对于轮毂20和外部座圈84进行旋转而改变叶片22的桨距角。更具体而言，在该示例性实施例中，变桨致动器包括联接到变桨环形齿轮92上的变桨驱动齿轮90。变桨环形齿轮92联接到叶片22上，使得变桨驱动齿轮90的旋转使叶片22围绕旋转轴线94旋转，从而改变叶片22的桨距。
如较早所述，变桨环形齿轮92的齿牙会变得损坏或磨损，不再提供正确的功能。对此问题的已知修补方法包括更换或转动变桨轴承以用未损坏的齿轮齿牙接合变桨驱动小齿轮。为了更换轴承，必须移除叶片和/或转子，导致涉及大容量高扬程起重机的困难而昂贵的操作。
根据本发明的各方面的方法和系统包括提供变桨驱动器底座，该变桨驱动器底座能够带入轮毂内，并采用自固定工具或在轮毂上进行钻孔和攻丝安装孔的单独的工具而附接到轮毂上，从而使得变桨驱动器能够作用到变桨环形齿轮齿牙的其中一个未损坏部分上。典型地，仅有变桨环形齿轮齿牙的大约一个四分之一部分310由变桨驱动齿轮90实际地驱动，且损坏也经常限制成少于该部分，有时仅一个到几个齿。本发明的方法使得能够在涡轮机的寿命期间进行若干次修复，而从不需要取下转子或对轴承重新定位。
图4为根据本发明的各方面的轮毂20的一部分的横截面视图，示出了修复的变桨系统24的一个示例性实施例。通过将变桨驱动齿轮移动到变桨环形齿轮92的新的四分之一部分或区段，可以避开变桨环形齿轮92的损坏区域410。在这个实施例中，新的变桨驱动齿轮420已经被移动到四分之一区域430内的一位置。在此实例中，将仅使用四分之一区域430中的环形齿轮齿牙，从而避开了损坏区域410。应该理解的是，其它四分之一区域或相同四分之一区域内的其它递增变化也可用作变桨驱动齿轮420的新位置，只要避开了损坏部分410。作为非限定性示例，变桨驱动齿轮420可从变桨驱动齿轮90的初始位置移开至少15度或至少45度。此外，变桨驱动齿轮90可移动到新的位置，或者更换的变桨驱动齿轮420和/或马达可安装在新的位置。
变桨驱动器典型地永久安装在轮毂内，设置成适当地承放在正确地同线布置的变桨环形齿轮齿牙上，并且常结合用于反馈轴承位置的一个或多个传感器(未示出)和用于叶片22的旋转的止动件。用于更换的变桨驱动器的底座可结合选取传感器和止动件的能力，并可包括定位特征以确保小齿轮的良好接合以及对齿轮隙和内部间隙的调节能力。这些特征可包括在设计用来安装在轮毂弯曲度内的壳体中。可提供安装孔，其可用来用螺栓连接到轮毂内。使用用来固定的壳体或单独的固定工具可完成在轮毂中对用于该壳体的底座进行钻孔和攻丝，该单独的固定工具和其最终将安装到其上的轮毂具有该轮毂上相同的曲率和凸缘。
图5示出了根据本发明的一个示例性方法，该方法可包括下述步骤：
在步骤510提供了一种变桨驱动器。该变桨驱动器可包括现有驱动器或更换的驱动器。
在步骤520提供了一种变桨驱动器底座。该底座可为现有底座或更换的底座。
在步骤530将原始的或更换的变桨驱动器和底座安装到变桨轴承环形齿轮的未损坏区域上。该步骤530可包括将驱动器和底座安装在新的四分之一区域上或避开使用环形齿轮齿牙的已损坏部分的新位置上。
在步骤540将原始的变桨驱动器与环形齿轮分离。如果要在新的位置使用原始的变桨马达和/或齿轮，该步骤可在步骤510-530之前执行。
在步骤550重新使用风力涡轮机。该步骤为可选步骤，并可按需要执行。
上述修复变桨控制部件的方法和系统使叶片变桨系统所需的修复变得容易。该示例性实施例是修复风力涡轮机中的变桨控制系统的一种节省成本的方法。此外，修复变桨控制部件的该示例性实施例最小化或消除了大起重机的使用，减少了对风力涡轮机上危险而昂贵的维护工作的需要，减少了修复所需的时间，从而使得风力涡轮机脱网的时间量最小。
装置不限于本文所描述的特定的实施例，相仿，该方法的部件可独立地且与本文描述的其他部件分开使用。例如，修复过程也可与用来控制轴承的其它控制系统(例如，偏航)一起使用，且不限于仅用本文描述的风力涡轮机叶片组件来实施。相反，本发明可结合许多其它的变桨或偏航应用来实施和利用。
尽管已经关于多个具体实施例对本发明进行了描述，但本领域技术人员将意识到本发明可通过处于权利要求的精神和范围之内的更变型来实施。