变桨系统和风力发电机组的制作方法

1.本公开属于风力发电技术领域，尤其涉及一种变桨系统和具有该变桨系统的风力发电机组。


背景技术：

2.变桨系统作为大型风电机组控制系统的核心部分之一，对机组安全、稳定、高效的运行具有十分重要的作用。稳定的变桨控制已成为当前大型风力发电机组控制技术研究的热点和难点之一。
3.随着风力发电机组的容量和叶片的大型化，叶片长度和体积越来越大，变桨轴承驱动方式承受更大的挑战，现在行业内运用较为普遍的方式有：液压变桨、齿形带变桨。但是机型的巨大化将导致叶片载荷变大，且海边盐雾易导致齿形带腐蚀，变桨造成齿形带断裂，在风电质量事故统计中，齿形带被拉断的现象屡见不鲜。齿形带一旦被拉断，此时叶片的变桨盘不再受变桨系统的控制而自由变桨，也就是发生飞车事故，后果不堪设想。


技术实现要素：

4.本公开的主要目的是提供一种变桨系统，避免齿形带被拉断，以提高该变桨系统的使用安全性。
5.针对上述目的，本公开提供如下技术方案：
6.本公开的一个方面，提供一种变桨系统，适用于风力发电机组，所述变桨系统包括驱动齿轮、变桨盘、传动件以及外接传动段，所述变桨盘用于与叶片连接；所述传动件连接于所述变桨盘上，所述传动件能够与所述驱动齿轮啮合传动以能够随着所述驱动齿轮的转动而往复移动或摆动，进而带动所述变桨盘旋转；所述外接传动段活动地连接在所述传动件的移动方向的端部，或者摆动方向的端部，所述外接传动段能够与所述驱动齿轮啮合传动，在所述驱动齿轮位于所述外接传动段的背离所述传动件一侧时，所述外接传动段的背离所述传动件一侧能够与所述驱动齿轮保持接触，使得在所述驱动齿轮反向旋转时，所述驱动齿轮能够与所述传动件啮合。
7.本公开一示例性实施例，所述传动件包括传动齿部，所述外接传动段包括外接齿部，在初始状态下，所述外接传动段朝向所述传动件的一侧的所述外接齿部和与其相邻的所述传动齿部之间的距离大于相邻所述传动齿部之间的距离；在所述驱动齿轮的驱动作用下，所述外接传动段能够抵顶所述传动件，且所述外接传动段朝向所述传动件的一侧的所述外接齿部和与其相邻的所述传动齿部之间的距离等于相邻所述传动齿部之间的距离。
8.可选地，所述变桨系统还包括复位件，所述复位件能够驱动所述外接传动段朝向背离所述传动件的方向滑动，所述传动件包括沿其延伸方向相邻设置的有齿段和无齿段，所述有齿段设置有所述传动齿部，所述无齿段的朝向所述驱动齿轮的一侧为平面，所述外接传动段可滑动地设置于所述无齿段上。
9.进一步地，所述传动件为齿条，所述变桨系统还包括固定于所述轮毂上的压板，所
述齿条可滑动地连接于所述压板上，所述变桨盘与所述传动件啮合传动，使得所述驱动齿轮能够驱动所述齿条滑动，以带动所述变桨盘转动。
10.具体地，所述变桨系统还包括卷扬轴，所述传动件为齿形带，所述齿形带的两端均设置有所述无齿段，所述齿形带的一端固定于所述变桨盘上，另一端缠绕在所述卷扬轴上，使得所述驱动齿轮能够驱动所述齿形带滑动，以带动所述变桨盘转动。
11.本公开另一示例性实施例，所述传动件为变桨齿轮，所述变桨齿轮固定于所述变桨盘上，所述外接传动段可滑动地设置于所述变桨齿轮的摆动方向的端部。
12.可选地，所述变桨系统还包括导向件和滑动件，所述滑动件可滑动地连接在所述导向件上，所述导向件和所述滑动件中的一者上设置于所述传动件上，另一者设置于所述外接传动段上。
13.具体地，所述滑动件为空心管，所述导向件为阶梯轴，所述导向件的大端固定于所述传动件和所述外接传动段中的一者上，所述导向件的小端套设于所述空心管内，所述复位件套设于所述小端的外周且压紧于所述大端和所述空心管之间。
14.进一步地，所述外接传动段设置于所述变桨盘的-2
°
位置和/或92
°
位置；和/或，所述变桨系统还包括驱动电机和减速器，所述驱动电机的输出轴通过所述减速器与所述驱动齿轮连接。
15.本公开另一方面，提供一种风力发电机组，所述风力发电机组包括叶片和如上所述的变桨系统，所述叶片固定于所述变桨盘上。
16.本公开提供的变桨系统和风力发电机组至少具有如下有益效果：外接传动段活动地连接在传动件上，在驱动齿轮位于外接传动段的背离传动件一侧时，外接传动段可以保持与驱动齿轮接触而不啮合，进而保护传动件被过度拉伸而损坏。进一步地，由于外接传动段可以保持与驱动齿轮接触而不啮合，在驱动齿轮反向转动时，外接传动段可以迅速与驱动齿轮再次啮合而执行变桨动作，从而可以提高叶片变桨的反应速度。
附图说明
17.通过下面结合附图对实施例进行的描述，本公开的上述和/或其它目的和优点将会变得更加清楚，其中：
18.图1为本公开一示例性实施例提供的风力发电机组的结构图。
19.图2为图1中的变桨系统的结构图。
20.图3为图2中的i圈部分结构的局部放大图。
21.图4为本公开另一示例性实施例提供的风力发电机组的结构图。
22.附图标记说明：
23.10、轮毂；
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11、叶片；
24.12、驱动装置；
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13、变桨盘；
25.14、传动件；
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15、压板；
26.16、外接传动段；
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17、外接齿部；
27.18、传动齿部；
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19、滑动件；
28.20、复位件；
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21、导向件；
29.22、驱动齿轮。
具体实施方式
30.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，不应被理解为本公开的实施形态限于在此阐述的实施方式。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
31.本公开一个方面，提供一种风力发电机组，该风力发电机组可以包括固定于地面上的塔架、固定于塔架顶部的机舱、设置于机舱前侧的轮毂以及连接在轮毂上的叶片，为了能够适应不同的风速和风向，叶片需要在空中变桨，如此风力发电机组还可以包括变桨系统。
32.本公开一示例性实施例，提供一种变桨系统，参照图1，变桨系统可以包括驱动齿轮22、变桨盘13、传动件14以及外接传动段16，变桨盘13可以用于与叶片11连接，例如但不限于，变桨盘13可以固定于叶片11的根部，在叶片11变桨的过程中，变桨盘13可以随叶片11一同变桨，即在驱动变桨盘13转动时，叶片11可以随着变桨盘13一起转动。
33.作为示例，本公开中的驱动齿轮22可以通过支架连接于轮毂10上，例如但不限于，驱动齿轮22可以通过伺服电机驱动，驱动齿轮22可以通过减速器连接于伺服电机的输出轴上，驱动齿轮22可以随着输出轴的转动而转动，即驱动齿轮22可转动地连接在轮毂10上，本实施例中，驱动齿轮22、减速器以及伺服电机可以组装驱动装置12，但不以此为限。
34.可选地，传动件14可以连接于变桨盘13上，传动件14可以与驱动齿轮22啮合传动，在驱动齿轮22转动时传动件14能够往复移动或者摆动，进而可以带动变桨盘13转动，以驱动叶片11进行变桨。
35.具体地，传动件14上可以设置有能够与驱动齿轮22啮合的传动齿部18，在传动件14与驱动齿轮22啮合时，驱动齿轮22转动将带动传动件14往复移动或摆动，进而带动变桨盘13旋转。如此，驱动齿轮22可以将伺服电机的驱动力传递给传动件14，继而再传递给变桨盘13，以驱动变桨盘13转动，从而带动叶片11进行变桨。
36.作为示例，变桨盘13和轮毂10之间可以通过轴承连接，以减少变桨盘13与轮毂10之间的摩擦，提高叶片11变桨的顺畅性，例如但不限于，轴承可以包括相对转动的轴承定圈和轴承动圈，轴承定圈可以固定在轮毂10上，轴承动圈可以固定在变桨盘13上。可以理解的是，也可以将轴承动圈固定在轮毂10上，将轴承定圈固定在变桨盘13上。
37.进一步地，在叶片11的变桨过程中，叶片11可以在预定角度范围内变桨，驱动齿轮22在与传动件14的端部啮合时，若驱动齿轮22与传动件14始终保持啮合，随着驱动齿轮22的转动，传动件14将被拉伸，容易导致传动件14变形，甚至断裂，从而影响了传动件14的使用寿命，影响了变桨系统的正常运行。
38.继续参照图1至图4，传动件14上设置有能够与驱动齿轮22啮合的传动齿部18，例如但不限于，传动件14可以为齿条、齿形带或者齿轮。
39.为了提高变桨系统的运行可靠性，参照图2和图3，变桨系统还可以包括外接传动段16，外接传动段16可以活动地连接在传动件14的移动方向的端部，或者摆动方向的端部，外接传动段16能够与驱动齿轮22啮合传动，外接传动段16的背离传动件14一侧能够与驱动齿轮22保持接触，使得在驱动齿轮22反向旋转时，驱动齿轮22能够与传动件14啮合。
40.继续参照附图，外接传动段16上可以设置有能够与驱动齿轮22啮合的外接齿部17，本实施例中，外接传动段16设置有单个外接齿部17，但不以此为限。
41.在初始状态下，外接传动段16朝向传动件14的一侧的外接齿部17和与其相邻的传动齿部18之间的距离可以大于相邻传动齿部18之间的距离。在驱动齿轮22的驱动作用下，外接传动段16能够朝向传动件14移动或者摆动以抵顶在传动件14上，此时外接传动段16朝向传动件14的一侧的外接齿部17和与其相邻的传动齿部18之间的距离可以等于相邻传动齿部18之间的距离，此时驱动齿轮22可以由传动件14上顺利过度到外接传动段16上。
42.在外接传动段16移动或者摆动至背离传动件14的一端的最后一个外接齿部17与驱动齿轮22啮合时，驱动齿轮22继续转动而与外接传动段16脱离啮合，在驱动齿轮22的推动作用下，外接传动段16将朝向传动件14移动或者摆动。变桨系统还可以包括复位件20，在复位件20的作用下，外接传动段16可以朝向远离传动件14的方向移动或者摆动，以恢复至初始状态。
43.如此，在驱动齿轮22和复位件20的配合作用下，外接传动段16可以保持与驱动齿轮22接触，便于叶片11下次变桨时，该变桨系统能够及时反应，从而提高变桨反应速度。
44.可以理解的是，继续参照图2，在驱动齿轮22朝向外接传动段16转动时，即驱动齿轮22做逆时针转动时，在驱动齿轮22的驱动作用下，传动件14可以向右移动，至外接传动段16的左端最后一个齿与驱动齿轮22啮合，此时驱动齿轮22继续转动而与外接传动段16的左端脱离，即此时驱动齿轮22位于外接传动段16的背离传动件14的一侧。由于此时驱动齿轮22不与传动件14啮合，因此不会由于驱动齿轮22的转动而导致传动件14拉伸变形甚至损坏，提高了传动件14的使用可靠性，进而提高了传动件14的使用寿命。
45.驱动齿轮22可以继续转动，驱动齿轮22与外接传动段16接触，在驱动齿轮22的推动下，外接传动段16朝向靠近传动件14的方向滑动，变桨系统还可以包括复位件20，复位件20可以驱动外接传动段16朝向远离传动件14的方向滑动，如此在复位件20的作用下，外接传动段16可以保持与驱动齿轮22贴合，在驱动齿轮22反向旋转时，驱动齿轮22能够及时与外接传动段16啮合传动，进而与传动件14啮合传动，进行反向变桨。
46.本公开通过将外接传动段16活动地连接在传动件14上，且变桨系统可以包括复位件20，在复位件20的驱动作用下，外接传动段16可以保持与驱动齿轮22贴合，实现驱动齿轮22相对于外接传动段16打滑，进而保护传动件14。
47.可以理解的是，在驱动齿轮22位于外接传动段16的背离传动件14一侧时，驱动齿轮22可以绕第一方向转动而与外接传动段16脱离啮合，此时外接传动段16可以保持与驱动齿轮22接触而不啮合，进而保护传动件14和外接传动段16。在驱动齿轮22反向转动时，外接传动段16可以迅速与驱动齿轮22再次啮合而执行变桨动作，从而可以提高叶片11变桨的反应速度。本实施例中，第一方向可以是顺时针方向，也可以是逆时针方向。
48.本公开提供的变桨系统，在叶片11变桨的极限角度上，可以对传动件14进行保护，防止传动件14损坏，即提高了变桨系统的使用可靠性，提高了变桨系统的使用寿命，在叶片11反向变桨时，变桨系统可以迅速相应，提高了变桨效率，也进一步提高了变桨系统的使用可靠性。
49.叶片11的变桨角度可以为0
°‑
90
°
，但不以此为限，外接传动段16可以设置于-2
°
至0
°
变桨角之间，和/或设置在90
°
至95
°
变桨角之间。本实施例中，外接传动段16为两个，分别设置于传动件14的移动方向或者摆动方向的两端。两个外接传动段16分别设置在-2
°
变桨角位置和92
°
变桨角位置，但不以此为限。
50.为了进一步提高变桨系统的使用可靠性，传动件14还可以包括沿其延伸方向相邻设置的有齿段和无齿段，有齿段可以设置有传动齿部18，以能够与驱动齿轮22啮合，无齿段的朝向驱动齿轮22的一侧为平面外接传动段16可滑动地设置于无齿段上。可选地，外接传动段16可以设置于无齿段的上方，通过无齿段对该外接传动段16进行支撑，从而使外接传动段16能够与驱动齿轮22啮合，从而进一步提高了变桨系统的使用可靠性。
51.可选地，继续参照图2和图3，在传动件14为齿条的情况下，变桨系统还可以包括固定于轮毂10上的压板15，齿条可滑动地连接于压板15上，变桨盘13与齿条啮合传动，使得驱动齿轮22能够驱动齿条滑动，以带动变桨盘13转动。
52.具体地，压板15可以大致具有u型横截面，如图2所示，压板15的长度方向大致为图中左右方向，横截面可以与左侧的端面相同，本实施例中，齿条可以在压板15的中部凹槽中左右滑动。为了能够将齿条的水平移动转化为变桨盘13的转动，变桨盘13可以与齿条啮合传动，从而可以通过齿条的平动转化为变桨盘13的转动，以带动叶片11变桨。
53.作为示例，变桨盘13上可以设置有变桨盘齿部，齿条上可以有齿条齿部，变桨盘齿部可以与齿条齿部啮合，从而可以实现变桨盘13与齿条的啮合传动。进一步地，齿条齿部可以设置于齿条的背离驱动齿轮22的一侧，即变桨盘13与驱动齿轮22可以分别设置于齿条的两侧，但不以此为限。齿条齿部还可以与传动齿部18分别设置于齿条的不同段上，例如但不限于，齿条齿部和传动齿部18之间可以设置有无齿段，即通过无齿段将设置有齿条齿部的齿条段和传动齿部18所在的有齿段间隔开，如此也可以实现齿条与变桨盘13和驱动齿轮22分别啮合传动，将驱动齿轮22的转动转化为齿条的移动，再将齿条的移动转化为变桨盘13的转动，以带动叶片11变桨。
54.可选地，在传动件14为齿形带的情况下，图未示，变桨系统还可以包括卷扬轴，齿形带的两端均设置有无齿段，齿形带的一端可以固定于变桨盘13上，另一端可以缠绕在卷扬轴上，驱动齿轮22可以与齿形带的有齿段啮合传动，使得驱动齿轮22能够驱动齿形带滑动，以带动变桨盘13转动，从而可以驱动叶片11变桨。
55.参照图4，在传动件14为变桨齿轮的情况下，变桨齿轮可以固定于变桨盘13上，外接传动段16可滑动地设置于变桨齿轮的摆动方向的端部，驱动齿轮22可以与变桨齿轮啮合传动，以通过驱动齿轮22的转动带动变桨齿轮的转动，从而带动变桨盘13转动，以驱动叶片11变桨。
56.作为示例，驱动齿轮22可以通过机架连接于轮毂10上，即驱动齿轮22可以绕自身轴线转动，变桨齿轮能够与驱动齿轮22啮合传动，从而驱动变桨齿轮转动，变桨齿轮可以带动变桨盘13转动，进而驱动叶片11变桨。
57.为了进一步提高传动件14和外接传动段16相对运动的精度，变桨系统还可以包括导向件21和滑动件19，滑动件19可滑动地连接在导向件21上，导向件21和滑动件19中的一者上设置于传动件14上，另一者设置于外接传动段16上。导向件21可以沿传动件14的移动方向或者摆动方向设置，从而可以用于引导外接传动段16沿传动件14的移动方向或者摆动方向运动，提高外接传动段16的运动精度，从而提高变桨系统的变桨精度。
58.作为示例，继续参照图2和图3，滑动件19可以为空心管，导向件21可以为阶梯轴，导向件21的大端可以固定于传动件14和外接传动段16中的一者上，导向件21的小端可以套设于空心管内，空心管可以沿导向件21的小端滑动，即导向件21的小端可以引导空心管滑
动，从而可以引导滑动件19滑动，提高了滑动件19的移动精度，从而可以提高变桨系统的变桨精度。
59.可选地，复位件20可以为复位弹簧，复位弹簧可以套设于小端的外周且压紧于大端和空心管之间。
60.本公开另一示例性实施例，导向件21还可以为滑道，与其对应地，滑动件19可以为与该滑道匹配的滑块，通过滑块在滑道内滑动，可以引导外接传动段16的移动轨迹，从而提高外接传动段16的移动精度。
61.本公开通过将外接传动段16活动地连接在传动件14上，且变桨系统可以包括复位件20，在复位件20的驱动作用下，外接传动段16可以保持与驱动齿轮22贴合，实现驱动齿轮22相对于外接传动段16打滑，进而保护传动件14。在驱动齿轮22位于外接传动段16的背离传动件14一侧时，驱动齿轮22可以绕第一方向转动而与外接传动段16脱离啮合，此时外接传动段16可以保持与驱动齿轮22接触而不啮合，进而保护传动件14和外接传动段16。在驱动齿轮22反向转动时，外接传动段16可以迅速与驱动齿轮22再次啮合而执行变桨动作，从而可以提高叶片11变桨的反应速度。
62.在本公开的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。
63.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
64.在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
65.本公开所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在上面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。