АРРЕТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РОТОРА ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
WINDING UNIT ROTOR FOR WIND-DRIVEN POWER PLANT

Данное изобретение касается арретирующего устройства для ротора ветроэнергетической установки, а также касается ветроэнергетической установки и способов арретирования и перемещения ротора ветроэнергетической установки.
Ветроэнергетическая установка преобразует энергию ветра в электрическую энергию. Доминирующей конструктивной формой ветроэнергетических установок является трехлопастная ветроэнергетическая установка с горизонтальным валом ротора, у которой в рабочем режиме ротор находится с наветренной стороны, а его машинное отделение установлено на башне, и направление ветра активно отслеживается.
Роторные лопасти ветроэнергетической установки как правило закреплены на общей ступице. Эта ступица предпочтительно жестко на кручение соединена с вращающейся конструктивной группой. У ветроэнергетических установок с непосредственным приводом, т.е. без редуктора для передачи, ротор установки как правило приводит в действие ротор генератора. Вращающаяся конструктивная группа у ветроэнергетических установок с редуктором как правило включает в себя вал ротора, который соединяет ротор и редуктор друг с другом и тем самым преобразует вращательное движение ротора в движение выходного звена редуктора и затем это движение выходного звена редуктора в свою очередь передает на генератор.
Под ротором в смысле данного изобретения понимается аэродинамический ротор ветроэнергетической установки как правило с тремя роторными лопастями. Под ротором генератора (якорем) в смысле данного изобретения понимается электродинамический ротор генератора. Термин «генератор» в смысле данного изобретения охватывает как генераторы с внутренним якорем, у которых ротор генератора вращается радиально внутри статора, так и генераторы с внешним якорем, у которых ротор генератора вращается вокруг статора радиально снаружи.
В разных ситуациях требуется арретировать ротор ветроэнергетической установки. Например, обычно требуется, чтобы ротор был зафиксирован при проведении работы по ремонту и/или обслуживанию, например, внутри гондолы или в области ступицы. Далее, например, требуется, арретировать ротор, когда ветроэнергетическая установка монтируется и/или демонтируется. Например, высокие арретирующие силы и/или арретирующие моменты для удержания ротора в определенном положении возникают в том случае, если установлены не все предусмотренные роторные лопасти, и ротор находится в неустойчивом положении. Вследствие этого роторные лопасти, расположенные вокруг центра вращения неравномерно, вызывают высокий крутящий момент относительно этого центра вращения. Далее, зачастую требуется, чтобы ротор с высокой точностью фиксировался в желаемом положении с тем, чтобы можно было производить ремонтные работы и/или работы по обслуживанию, и/или монтажные работы в зависимости от положения.
Современные арретирующие устройства для роторов предназначены в основном для того, чтобы обеспечивать надежное арретирование. Это объясняется, в частности, тем, что с помощью соответствующих мер по обеспечению безопасности должен быть защищен персонал, работающий на ветроэнергетической установке. Поэтому в известных арретирующих устройствах для роторов в основном предусмотрены комбинации из болтов и предпочтительно нескольких отверстий. Предпочтительно в роторе генератора, в частности, в несущей конструкции ротора расположены отверстия, направление прохождения которых предпочтительно, по существу, параллельно оси вращения генератора. На статоре генератора, в частности, на несущей конструкции статора расположены предпочтительно корреспондирующие с отверстиями болты, которые могут располагаться в этих отверстиях. За счет размещения болтов внутри отверстий может обеспечиваться арретирование ротора генератора, а тем самым и аэродинамического ротора.
Хотя такое арретирующее устройство для ротора может, с одной стороны, обеспечивать надежное арретирование ротора, однако, позиционирование ротора возможно лишь в тех позициях, на которых предусмотрены отверстия во вращающейся конструктивной группе. Далее, например, для монтажа роторных лопастей требуется после установки первой роторной лопасти ослабить арретирование, чтобы повернуть ротор в положение для установки второй роторной лопасти и там снова зафиксировать. В самых разных областях применения это приводит к высоким расходам и большим трудозатратам. Существующие системы и способы арретирования роторов ветроэнергетических установок хотя и обладают разными преимуществами, однако, они нуждаются в дальнейшем усовершенствовании.
Немецкое патентное ведомство при проведенном решерше выявило следующие публикации, раскрывающие ближайший уровень техники: DE 10 2010 020 355 A1 и GB 2 535 331 A.
Поэтому задача данного изобретения состоит в том, чтобы предложить решение, которое позволит снизить или устранить один или несколько из указанных недостатков. Далее, задача данного изобретения состоит в том, чтобы предложить решение, которое позволит сделать экономичнее и/или проще монтаж, и/или обслуживание, и/или ремонт ветроэнергетической установки. Кроме того, задача данного изобретения состоит в том, чтобы предложить решение, которое улучшит арретирование ветроэнергетической установки.
Согласно первому аспекту данного изобретения упомянутая вначале задача решается посредством арретирующего устройства для ротора ветроэнергетической установки, содержащей ротор и вращающуюся конструктивную группу, соединенную с ротором жестко на кручение, причем это арретирующее устройство содержит по меньшей мере одно соединительное устройство, которое может устанавливаться на неподвижном относительно вращающейся конструктивной группы стационарном конструктивном узле ветроэнергетической установки; первый исполнительный механизм; второй исполнительный механизм; соединительный элемент, который соединен с первым и вторым исполнительными механизмами; ответный соединительный элемент, который может быть установлен на вращающейся конструктивной группе; причем соединительный элемент и ответный соединительный элемент в положении арретирования этого соединительного устройства соединены разъемно, предпочтительно с геометрическим замыканием, и причем указанное соединительное устройство может приводиться из положения расцепления в положение арретирования посредством первого соединительного движения первого исполнительного механизма и/или посредством второго соединительного движения второго исполнительного механизма, и причем первое соединительное движение содержит первый компонент направления подгонки, а второе соединительное движение содержит второй компонент направления подгонки, причем первый компонент направления подгонки и второй компонент направления подгонки направлены противоположно.
Вращающаяся конструктивная группа согласно изобретению соединена с ротором жестко на кручение. Если явно не указано иное, то под ротором понимается конструктивная группа, содержащая по меньшей мере одну роторную лопасть и ступицу, на которой установлена эта по меньшей мере одна роторная лопасть. Часто ротор имеет также кожух обтекателя. Вращающаяся конструктивная группа может содержать, например, несущую конструкцию ротора и/или вал ротора, которые жестко на кручение установлены на ступице ротора. Предпочтительно вращающаяся конструктивная группа может также включать в себя ротор генератора. Далее, предпочтительно вращающаяся конструктивная группа содержит такой конструктивный элемент, который посредством вращения ротора тоже приводится во вращательное движение.
Помимо вращающейся конструктивной группы ветроэнергетическая установка как правило содержит стационарный конструктивный узел, который является неподвижным относительно вращающейся конструктивной группы. Этот стационарный конструктивный узел содержит, в частности, такие элементы, которые расположены внутри гондолы и которые не совершают никакого вращательного движения вокруг оси вращения ротора. Таким образом, этот стационарный конструктивный узел неподвижен по отношению к вращающейся конструктивной группе. По отношению к башне и/или к фундаменту ветроэнергетической установки этот стационарный конструктивный узел вместе с гондолой как правило, однако, может поворачиваться вокруг, по существу, вертикальной оси, так как ветроэнергетические установки как правило имеют средства ориентации по направлению ветра, так что гондола может поворачиваться вокруг оси, параллельной продольной оси башни. Таким образом, и этот стационарный конструктивный узел, установленный внутри гондолы, поворачивается относительно точки снаружи гондолы, в частности, относительно грунта, на котором сооружена эта ветроэнергетическая установка. Поэтому в смысле данного изобретения «неподвижный» следует понимать как неподвижный по отношению к совершающей вращательное движение вращающейся конструктивной группе. Этот стационарный конструктивный узел включает в себя, например, статор генератора, цапфу оси, машинную раму, корпус генератора, или корпус редуктора. Далее, предпочтительно стационарный конструктивный узел содержит элемент, на котором может быть помещено соединительное устройство.
Указанное по меньшей мере одно соединительное устройство имеет по меньшей мере два исполнительных механизма, а именно первый исполнительный механизм и второй исполнительный механизм, причем под исполнительным механизмом предпочтительно понимается элемент, который может перемещаться и/или перемещать другой элемент в определенную позицию. В частности, первый исполнительный механизм и второй исполнительный механизм расположены и выполнены так, что они могут перемещать в разныe позиции соединительный элемент, с которым соединены эти исполнительные механизмы.
Далее, арретирующее устройство для ротора содержит ответный соединительный элемент, который во встроенном положении и/или в рабочем состоянии расположен на вращающейся конструктивной группе ветроэнергетической установки. Этот ответный соединительный элемент и указанный соединительный элемент расположены и выполнены так, что они могут образовывать разъемноe соединение, в частности, с геометрическим замыканием. Это соединение с геометрическим замыканием проявляется предпочтительно в том, что вращающаяся конструктивная группа удерживается от вращения вокруг оси вращения. Это разъемноe соединение соединительного элемента и ответного соединительного элемента создается, как только соединительный элемент оказывается в положении арретирования.
Как уже пояснялось выше, указанное соединение соединительного элемента и ответного соединительного элемента выполнено разъемным. Соединительный элемент может также приводиться в положение, в котором это соединение разъединяется, т.е. в нем нет никакого соединения соединительного элемента с ответным соединительным элементом. В этой позиции соединительный элемент и ответный соединительный элемент не соединены друг с другом, причем эта позиция обозначается как положение расцепления. В этом положении расцепления вращающаяся конструктивная группа может вращаться вокруг своей оси вращения, и при этом соединительный элемент или, соответственно, соединительное устройство не препятствуют ее вращению вокруг этой оси вращения. Для соединительного элемента оказывается предпочтительным иметь одно, два или несколько положений расцепления, в которых он не соединен с ответным соединительным элементом. Кроме того, для соединительного элемента могут получаться также одна, две или несколько позиций арретирования. Это может достигаться, например, за счет установки более, чем одного ответного соединительного элемента, причем указанный один соединительный элемент в этом случае выполнен и расположен так, чтобы попадать более, чем на один ответный соединительный элемент.
Из этого положения расцепления соединительный элемент может первым исполнительным механизмом и/или вторым исполнительным механизмом посредством первого соединительного движения первого исполнительного механизма и/или посредством второго соединительного движения второго исполнительного механизма перемещаться в положение арретирования. Первое соединительное движение и второе соединительное движение имеют по компоненту направления, которые ориентированы противоположно.
Так называемый компонент направления подгонки ориентирован предпочтительно, по существу, тангенциально к вращающейся конструктивной группе. Первое соединительное движение содержит первый компонент направления подгонки, предпочтительно в первом тангенциальном направлении относительно вращающейся конструктивной группы. Второе соединительное движение содержит второй компонент направления подгонки, который ориентирован предпочтительно во втором тангенциальном направлении относительно вращающейся конструктивной группы, причем первое тангенциальное направление и второе тангенциальное направление противоположны друг другу.
В одном предпочтительном варианте выполнения арретирующего устройства для ротора предусмотрено, что оно содержит два или более соединительных устройств и/или два или более первых исполнительных механизма, и/или два или более вторых исполнительных механизма, и/или два или более соединительных элементов. Эти два или более соединительных устройства выполнены предпочтительно согласно изложенному выше описанию этого соединительного устройства. Далее, предпочтительно указанные два или более соединительных устройств размещены эквидистантно по периметру вращающейся конструктивной группы. Из-за как правило высоких сил и/или моментов, возникающих при арретировании ротора ветроэнергетической установки, предпочтительно устанавливать два или более соединительных устройств. Предпочтительно устанавливают шесть или более соединительных устройств. В частности, предпочтительно установить два или более соединительных устройств, если время от времени одно, два или более соединительных устройств или, соответственно, их соединительные элементы не находятся в положении арретирования, например, чтобы создать соединение с ответным соединительным элементом, который находится на расстоянии от текущего положения арретирования в тангенциальном направлении. Чтобы можно было обеспечить перемещение одного, двух или нескольких соединительных элементов к находящемуся на расстоянии в тангенциальном направлении ответному соединительному элементу при обеспечении арретирования ротора, при этом перемещении еще некоторое достаточное число соединительных элементов должно находиться в положении арретирования. Таким достаточным числом соединительных элементов является предпочтительно один, два или более. Таким образом, может осуществляться также циклическое управление этими соединительными устройствами.
Кроме того, может быть предпочтительным, чтобы соединительное устройство содержало два или более первых исполнительных механизмов и/или два или более вторых исполнительных механизмов. Благодаря размещению двух или более первых и/или вторых исполнительных механизмов может достигаться улучшение движения соединительного элемента. Кроме того, в определенных вариантах выполнения может также компактно устанавливаться большое количество исполнительных механизмов, например, если заменить один большой исполнительный механизм на несколько маленьких. Кроме того, может быть предпочтительным, чтобы в каждом соединительном устройстве использовалось по два или более соединительных элементов, так что, например, может достигаться лучшее распределение сил.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения арретирующего устройства для ротора предусмотрено, что первое соединительное движение содержит в себе первый компонент направления соединения, а второе соединительное движение - второй компонент направления соединения, причем первый компонент направления соединения и второй компонент направления соединения направлены одинаково, причем, далее, первый компонент направления соединения и второй компонент направления соединения предпочтительно направлены от этого соединительного элемента к ответному соединительному элементу. Соединительное движение предпочтительно содержит, в частности, один компонент направления соединения и один компонент направления подгонки. В этом варианте выполнения предпочтительно предусмотрено, что первое соединительное движение и второе соединительное движение включают в себя по одному компоненту движения, которые направлены одинаково, т.е. указанный компонент направления соединения и один компонент движения, который направлен противоположно, т.е. указанный компонент направления подгонки. Компонент направления соединения указанного соединительного движения предусмотрен в первую очередь для того, чтобы перемещать указанный соединительный элемент из положения расцепления в положение арретирования. Компонент направления подгонки указанных соединительных движений, напротив, ориентирован по меньшей мере частично под прямым углом к компоненту направления соединения и, тем самым, предпочтительно предусмотрен в первую очередь для того, чтобы перемещать этот соединительный элемент в тангенциальном направлении относительно вращающейся конструктивной группы. За счет первого и второго компонентов направления соединения, и первого и второго компонентов направления подгонки указанных первого и второго соединительных движений первый исполнительный механизм и второй исполнительный механизм предпочтительно располагаются V-образно. Далее, в результате воздействия тангенциальной силы на соединительный элемент предпочтительно никакие исключительно поперечные силы не действуют на указанные исполнительные механизмы или, соответственно, на этот соединительный элемент, так что снижается риск заклинивания.
Следующая предпочтительная модификация арретирующего устройства для ротора характеризуется тем, что первый компонент направления соединения и/или второй компонент направления соединения направлены параллельно оси вращения вращающейся конструктивной группы ветроэнергетической установки. Ответный соединительный элемент в этом варианте выполнения предпочтительно расположен в том месте вращающейся конструктивной группы, которое доступно для соединительного элемента, например, с торцевой стороны, так что соединительный элемент аксиальным движением может подаваться к ответному соединительному элементу. Предпочтительно ответный соединительный элемент размещен на торцевой стороне одного или нескольких элементов вращающейся конструктивной группы. Далее, предпочтительно этот ответный соединительный элемент расположен на радиально окружной поверхности одного или нескольких элементов вращающейся конструктивной группы, однако, доступен для соединительного элемента, перемещаемого в аксиальном направлении.
Далее, предпочтительно предусмотрено, что первый компонент направления соединения и/или второй компонент направления соединения направлены под прямым углом и/или радиально относительно оси вращения вращающейся конструктивной группы ветроэнергетической установки. Ответный соединительный элемент в этом варианте выполнения расположен предпочтительно на радиально окружной поверхности вращающейся конструктивной группы или, соответственно, в ней, или, соответственно, на элементе вращающейся конструктивной группы или в нем, так что соединительный элемент может приводиться в соединение с ответным соединительным элементом, поскольку соединительный элемент совершает радиальное движение относительно оси вращения вращающейся конструктивной группы и/или движение, направленное к ней под прямым углом. Далее, предпочтительно ответный соединительный элемент расположен на торцевой поверхности вращающейся конструктивной группы или, соответственно, на одном или нескольких элементах вращающейся конструктивной группы, причем расположенный таким образом ответный соединительный элемент может приводиться в соединение с соединительным элементом, перемещаемым под прямым углом и/или радиально относительно оси вращения.
В следующем предпочтительном варианте выполнения арретирующего устройства для ротора предусмотрено, что указанное соединительное устройство может приводиться из положения арретирования в положение расцепления посредством первого движения разъединения первого исполнительного механизма и/или посредством второго движения разъединения второго исполнительного механизма, и/или причем первое движение разъединения имеет первый компонент направления высвобождения, а второе движение разъединения имеет второй компонент направления высвобождения, причем первый компонент направления высвобождения и второй компонент направления высвобождения направлены противоположно, и/или причем первое движение разъединения включает в себя первый компонент направления разъединения, а второе движение разъединения включает в себя второй компонент направления разъединения, причем первый компонент направления разъединения и второй компонент направления разъединения направлены одинаково.
Первое движение разъединения направлено предпочтительно параллельно первому компоненту направления соединения, причем далее, предпочтительно они противоположны. Далее, предпочтительно второй компонент направления разъединения направлен параллельно второму компоненту направления соединения, причем второй компонент направления соединения направлен противоположно второму компоненту направления разъединения. Кроме того, первый компонент направления высвобождения может быть ориентирован параллельно первому компоненту направления подгонки, причем они предпочтительно ориентированы противоположно. Далее, второй компонент направления высвобождения может быть ориентирован параллельно второму компоненту направления подгонки, причем предпочтительно они направлены противоположно. Первое движение разъединения и/или второе движение разъединения, в частности, совершаются так, чтобы перемещать соединительный элемент прочь от ответного соединительного элемента. В частности, первое движение разъединения и/или второе движение разъединения совершаются так, чтобы разъединить разъемноe соединение соединительного элемента с ответным соединительным элементом.
Согласно еще одному особенно предпочтительному варианту выполнения арретирующего устройства для ротора предусмотрено, что первый исполнительный механизм и второй исполнительный механизм выполнены с возможностью управления независимо друг от друга. Вследствие этого первый исполнительный механизм предпочтительно может выполнять первое соединительное движение и/или первое движение разъединения независимо от второго соединительного движения и/или второго движения разъединения второго исполнительного механизма. Поскольку первый исполнительный механизм и второй исполнительный механизм соединены соответственно с соединительным элементом и со стационарным конструктивным узлом, то компоненты движения первого исполнительного механизма и/или второго исполнительного механизма, однако, как правило зависят друг от друга. Кроме того, существует возможность того, что первый исполнительный механизм или второй исполнительный механизм переключаются в состояние без применения силы, так что каждый исполнительный механизм, который не переключен в состояние без применения силы, определяет движение соответствующего исполнительного механизма, который переключен в состояние без применения силы. Это справедливо предпочтительно и в том случае, если силы одного исполнительного механизма превышают противоположно действующие силы другого исполнительного механизма.
Далее, предпочтительно, чтобы первый исполнительный механизм и/или второй исполнительный механизм содержали выдвижной цилиндр. Предпочтительно первый исполнительный механизм и/или второй исполнительный механизм в таком варианте выполнения совершают вышеописанные движения с помощью этого выдвижного цилиндра. Предпочтительно этот цилиндр направляется посредством другого элемента. Предпочтительно цилиндр находится внутри втулки, причем эта втулка, далее, предпочтительно направляет радиальную боковую поверхность цилиндра. Кроме того, эта втулка может быть установлена в стационарном конструктивном узле поворотно.
Другой особенно предпочтительный вариант выполнения арретирующего устройства для ротора предусматривает, что первый исполнительный механизм и/или второй исполнительный механизм содержат гидравлический цилиндр или выполнены как гидравлический цилиндр, причем гидравлическая жидкость предпочтительно является водой. Гидравлические цилиндры предпочтительно характеризуются тем, что они могут развивать большое усилие по меньшей мере в одном линейном направлении действия силы. Далее, гидравлические цилиндры характеризуются тем, что эти большие силы могут также поддерживаться неизменными. Гидравлический цилиндр как правило представляет собой рабочий цилиндр, приводимый в действие с помощью жидкости. Гидравлические цилиндры называются также линейными гидродвигателями. Предпочтительно первый и/или второй исполнительные механизмы, в частности, первый и/или второй гидравлические цилиндры выполнены и расположены так, что они могут прикладывать к вращающейся конструктивной группе момент от 100 до 1000 кНм. Создаваемый вращающейся конструктивной группой, в частности, ротором и воспринимаемый стационарным конструктивным узлом, в частности, статором (внешний) момент может лежать в диапазоне вплоть до 10.000 кНм или даже выше. Поскольку предусмотрены предпочтительно несколько первых и/или вторых исполнительных механизмов, то прикладываемые этими исполнительными механизмами моменты могут быть значительно ниже.
В гидравлическом цилиндре энергия гидравлической жидкости, которая предоставляется предпочтительно источником гидравлического давления, преобразуется в силу, просто управляемую и предпочтительно действующую прямолинейно. Предпочтительно гидравлические цилиндры в качестве основных компонентов содержат трубообразный элемент с полостью, поперечное сечение которой проходит под прямым углом к продольной оси этой полости, и цилиндр, который расположен внутри этой полости. В данном случае применения в качестве гидравлической жидкости предпочтительно предусмотрена вода, поскольку обычно используемая гидравлическая жидкость в виде масла при неисправности в гидросистеме может привести к проблемам. При этом, в частности, утечка масла на другие компоненты и/или на соединительные элементы или, соответственно, на ответные соединительные элементы нежелательна, поскольку вследствие этого могла бы снизиться функция арретирования. Однако, в определенных обстоятельствах в качестве гидравлической жидкости может использоваться и масло.
Далее, предпочтительно первый исполнительный механизм и/или второй исполнительный механизм содержат обратный клапан. В частности, выполненные как клапаны удержания нагрузки обратные клапаны препятствуют тому, что нагрузки на цилиндры и/или исполнительные механизмы могут снижаться неуправляемо. В частности, в данной сфере применения арретирования ротора для ветроэнергетических установок наличие такого удерживающего механизма дает большие преимущества.
В частности, благодаря наличию обратного клапана может предотвращаться непроизвольное разъединение соединения между соединительным элементом и ответным соединительным элементом или, соответственно, может быть снижен его риск.
Следующая предпочтительная модификация арретирующего устройства для ротора характеризуется тем, что первый исполнительный механизм и/или второй исполнительный механизм могут быть установлены поворотно в стационарном конструктивном узле, и/или причем первый исполнительный механизм и/или второй исполнительный механизм могут быть поворотно соединены с соединительным элементом. Предпочтительно первый исполнительный механизм и/или второй исполнительный механизм установлены с возможностью поворота вокруг оси, причем эта ось расположена в стационарном конструктивном узле или, соответственно, в области, примыкающей к этому стационарному конструктивному узлу. Далее, предпочтительно первый исполнительный механизм и/или второй исполнительный механизм установлены с возможностью поворота вокруг оси, причем эта ось расположена на соединительном элементе или, соответственно, в области, примыкающей к этому соединительному элементу.
Далее, предпочтительно предусмотрено, что первый исполнительный механизм и/или второй исполнительный механизм соединены со стационарным конструктивным узлом поворотно таким образом, что первый исполнительный механизм и/или второй исполнительный механизм являются поворотными вокруг оси, которая ориентирована параллельно оси вращения вращающейся конструктивной группы ветроэнергетической установки. Первый исполнительный механизм и/или второй исполнительный механизм в этом варианте выполнены с возможностью поворота в плоскости, которая ориентирована под прямым углом к оси вращения вращающейся конструктивной группы. Предпочтительно эта плоскость, по существу, плоскопараллельна плоскости вращения ротора.
Далее, предпочтительно, чтобы первый исполнительный механизм и/или второй исполнительный механизм были поворотно соединены со стационарным конструктивным узлом таким образом, что первый исполнительный механизм и/или второй исполнительный механизм являются поворотными вокруг оси, которая ориентирована под прямым углом и/или радиально относительно оси вращения вращающейся конструктивной группы ветроэнергетической установки. Согласно другому предпочтительному варианту выполнения арретирующего устройства для ротора предусмотрено, что первый исполнительный механизм и/или второй исполнительный механизм поворотно соединены с соединительным элементом таким образом, что первый исполнительный механизм и/или второй исполнительный механизм являются поворотными вокруг оси, которая ориентирована параллельно оси вращения вращающейся конструктивной группы ветроэнергетической установки.
Другой особенно предпочтительный вариант выполнения арретирующего устройства для ротора предусматривает, что первый исполнительный механизм и/или второй исполнительный механизм поворотно соединены с соединительным элементом таким образом, что первый исполнительный механизм и/или второй исполнительный механизм являются поворотными вокруг оси, которая ориентирована под прямым углом и/или радиально относительно оси вращения вращающейся конструктивной группы ветроэнергетической установки.
В одном особенно предпочтительном варианте выполнения арретирующего устройства для ротора предусмотрено, что эти исполнительные механизмы поворотно соединены в стационарном конструктивном узле и на соединительном элементе. Таким образом может достигаться максимальная гибкость в направлениях движения первого исполнительного механизма и/или второго исполнительного механизма в комбинации с соединительным элементом. В частности, тем самым обеспечивается особенно много степеней свободы для кинематики этого соединительного устройства.
Согласно еще одному особенно предпочтительному варианту выполнения арретирующего устройства для ротора предусмотрено, что ответный соединительный элемент расположен на ответном соединительном устройстве, которое выполнено предпочтительно кольцевым, и причем ответное соединительное устройство может быть расположено на вращающейся конструктивной группе, и/или причем указанный ответный соединительный элемент выполнен в виде выемки с внутренними зубьями. Предпочтительно такое выполненное кольцевым ответное соединительное устройство имеет множество ответных соединительных элементов, которые предпочтительно расположены эквидистантно по периметру ответного соединительного устройства.
Это ответное соединительное устройство может быть выполнено предпочтительно как компонент имеющегося элемента вращающейся конструктивной группы или, соответственно, может располагаться на одном элементе или на двух, или нескольких элементах вращающейся конструктивной группы. Предпочтительно это ответное соединительное устройство может быть снабженной внутренними зубьями внутренней поверхностью ротора генератора, в частности, несущей конструкции ротора. Далее, предпочтительно это ответное соединительное устройство может быть снабженной внешними зубьями наружной поверхностью ротора генератора, в частности, несущей конструкции ротора. Далее, предпочтительно это ответное соединительное устройство может быть снабженной зубьями торцевой стороной ротора генератора, в частности, несущей конструкции ротора. Это ответное соединительное устройство альтернативно может быть предпочтительно отдельным элементом, например, диском, который жестко на кручение расположен на вращающейся конструктивной группе. Далее, предпочтительно это ответное соединительное устройство может быть также расположено на приводной стороне редуктора и/или на стороне выходного вала редуктора ветроэнергетической установки. Особенно предпочтительным является выполнение ответного соединительного элемента в виде выемки с внутренними зубьями. Две соседние выемки с внутренними зубьями предпочтительно образуют между собой зуб. Особенно предпочтительна система из множества выемок с внутренними зубьями.
Одна предпочтительноe модификация арретирующего устройства для ротора характеризуется тем, что указанное ответное соединительное устройство содержит множество сегментных пластин или состоит из множества сегментных пластин. Далее, предпочтительно, чтобы конструкция статорного узла содержала множество сегментных пластин или состояла из множества сегментных пластин. Такие сегментные пластины предпочтительно имеют по меньшей мере один радиальный участок, который образует сегмент несущей структуры ответного соединительного устройства и/или конструкции статорного узла и имеет, например, несколько стоек жесткости, причем эти стойки жесткости выполнены для восприятия сил сжатия, растяжения и среза. Предпочтительно несколько сегментных пластин расположены в одной плоскости рядом друг с другом так, что они вместе образуют кольцо из металлических пластин (Blechring), и несколько сегментных пластин таким образом уложены друг на друга в этих образованных кольцах из металлических пластин, что они вместе образуют шихтованный пакет. В частности, этот радиальный участок предпочтительно выполнен так, что в комплексе с радиальными участками других сегментных пластин он может образовывать несущую структуру ответного соединительного устройства и/или конструкции статорного узла.
Такое выполнение среди прочего обладает тем преимуществом, что ответное соединительное устройство и/или конструкция статорного узла могут изготовляться и/или транспортироваться быстрее и/или экономичнее.
Далее, предпочтительно выполнять в радиальном участке несколько проходных отверстий, которые подходят для пропускания корреспондирующих стяжных элементов. Эти проходные отверстия расположены предпочтительно вдоль двух или более линий дуги окружности, находящихся на расстоянии друг от друга, причем эти линии дуги окружности выполнены предпочтительно концентричными. Особенно предпочтительно в одном варианте выполнения с одной первой линией дуги окружности и одной второй линией дуги окружности располагать указанные проходные отверстия на первой линии дуги окружности в окружном направлении со смещением относительно проходных отверстий на второй линии дуги окружности. Далее, предпочтительно располагать эти проходные отверстия на своих соответствующих линиях дуги окружности эквидистантно относительно друг друга. Такое расположение имеет следующие преимущества: сегментные пластины могут накладываться друг на друга с нахлестом, так что «места стыков» между примыкающими друг к другу в плоскостях кольца сегментными пластинами смещены относительно друг друга. В то же время такое эквидистантноe, в частности, двухрядное или многорядное расположение проходных отверстий делает возможным аксиальное затягивание перекрывающих друг друга сегментных пластин. Создаваемое тем самым сцепление за счет трения между пластинами значительно повышает несущую способность шихтованных пакетов и может способствовать улучшению характеристики демпфирования акустических колебаний, которые могут возникать в рабочем режиме ветроэнергетической установки.
Указанные стяжные элементы предпочтительно выполнены с возможностью прочного соединения друг с другом сегментных пластин, уложенных друг на друга. Предпочтительно указанные стяжные элементы выполнены в форме резьбовых шпилек, болтов, натяжных тросов или т.п. Предпочтительно при затягивании на конце стяжных элементов располагаются элементы распределителя давления, которые выполнены с возможностью распределения зажимных усилий по как можно большей поверхности сегментных пластин. Эти элементы распределителя давления выполнены, например, в виде дисков, колец, сегментов колец, втулок или т.п.
Далее, предпочтительно на радиальном участке между стойками жесткости расположено несколько утонений материала или выемок. Эти утонения материала или, соответственно, выемки предпочтительно обеспечивают снижение веса. Такая структура стоек жесткости получается предпочтительно с помощью лазерной резки, водоструйной резки, чеканки или - особенно предпочтительно - штамповки.
Особенно предпочтительно выполнять в третьем радиальном участке проходные отверстия и/или стойки жесткости соответственно с помощью штамповки основной пластины, причем предпочтительно в случае стоек жесткости вырубаются или чеканятся области материала, соседние с формируемыми стойками.
В одном предпочтительном варианте выполнения арретирующего устройства для ротора предусмотрено, что ответный соединительный элемент, выполненный как выемка с внутренними зубьями, по существу, имеет форму полукруга, и/или соединительный элемент имеет цилиндрическую форму. В варианте выполнения с выемкой с внутренними зубьями, имеющей форму полукруга, и с соединительным элементом цилиндрической формы, причем эта цилиндрическая форма предпочтительно может быть размещена в имеющей форму полукруга выемке с внутренними зубьями, может достигаться особенно хорошее и быстро создаваемое разъемноe соединение соединительного элемента с ответным соединительным элемент. В частности, может предотвращаться перекашивание соединительного элемента в указанной зубчатой структуре. Далее, если соединительный элемент позиционируется между двумя выемками с внутренними зубьями, быстроe соединение соединительного элемента и ответного соединительного элемента все-таки может достигаться за счет того, что осуществляется тангенциальное движение соединительного элемента и/или ответного соединительного элемента, так что указанный соединительный элемент может позиционироваться в выемке с внутренними зубьями.
Следующая предпочтительная модификация арретирующего устройства для ротора характеризуется тем, что это арретирующее устройство для ротора содержит множество ответных соединительных элементов, которые предпочтительно выполнены как имеющие форму полукруга выемки с внутренними зубьями и, далее, предпочтительно расположены друг от друга на расстоянии менее 45 дуговых градусов, и/или менее 30 дуговых градусов, и/или менее 25 дуговых градусов, и/или менее 20 дуговых градусов, и/или менее 15 дуговых градусов, и/или менее 10 дуговых градусов, и/или менее 7,5 дуговых градусов, и/или менее 5 дуговых градусов, и/или менее 2 дуговых градусов, и/или менее 1 дугового градуса.
Далее, предпочтительно предусмотрено, что указанное арретирующее устройство для ротора содержит источник аварийного энергоснабжения, который предпочтительно выполнен в виде одного, двух или нескольких накопителей тока, причем эти накопители тока, в частности, являются аккумуляторами или содержат их. Такого рода источник аварийного энергоснабжения может обеспечивать надежное энергоснабжение компонентов арретирующего устройства для ротора, так что даже при перебоях в энергоснабжении может гарантироваться арретирование ротора.
Согласно еще одному особенно предпочтительному варианту выполнения арретирующее устройство для ротора содержит управляющее устройство, которое расположено и выполнено так, что соединительный элемент с помощью первого исполнительного механизма и/или с помощью второго исполнительного механизма перемещается из положения расцепления в положение арретирования, причем в положении арретирования соединительный элемент соединен с ответным соединительным элементом разъемно, предпочтительно с геометрическим замыканием. В следующем предпочтительном варианте выполнения арретирующее устройство для ротора содержит управляющее устройство, которое расположено и выполнено так, что соединительный элемент перемещается в первом тангенциальном направлении относительно вращающейся конструктивной группы с помощью первого исполнительного механизма и/или с помощью второго исполнительного механизма, причем один из исполнительных механизмов предпочтительно переключается в состояние без применения силы. Это движение в тангенциальном направлении обеспечивается предпочтительно посредством первого компонента направления подгонки или второго компонента направления подгонки указанного соединительного движения.
Далее, предпочтительно, чтобы арретирующее устройство для ротора содержало управляющее устройство, которое расположено и выполнено так, что первый соединительный элемент с помощью первого исполнительного механизма и/или с помощью второго исполнительного механизма первого соединительного устройства, и/или второй соединительный элемент с помощью первого исполнительного механизма и/или с помощью второго исполнительного механизма второго соединительного устройства перемещаются из положения расцепления в положение арретирования, причем в положении арретирования первый соединительный элемент и/или второй соединительный элемент соединены с одним, двумя или несколькими ответными соединительными элементами разъемно, предпочтительно с геометрическим замыканием.
Другой особенно предпочтительный вариант выполнения арретирующего устройства для ротора предусматривает, что оно содержит управляющее устройство, которое расположено и выполнено так что, первый соединительный элемент перемещается в первом тангенциальном направлении относительно вращающейся конструктивной группы с помощью первого исполнительного механизма и/или с помощью второго исполнительного механизма, причем один из исполнительных механизмов предпочтительно переключается в состояние без применения силы, и/или второй соединительный элемент перемещается в первом тангенциальном направлении относительно вращающейся конструктивной группы с помощью первого исполнительного механизма и/или с помощью второго исполнительного механизма второго соединительного устройства, причем один из исполнительных механизмов предпочтительно переключается в состояние без применения силы. Поскольку компоненты направления подгонки указанных первого и второго соединительных движений направлены противоположно, то при осуществлении такого рода движения в тангенциальном направлении предпочтительно активно участвует лишь один исполнительный механизм, а другой исполнительный механизм переключается в состояние без применения силы. Тем самым может быть гарантировано, что это движение одного исполнительного механизма происходит только в направлении действия давления или, соответственно, в направлении действия основного усилия. Далее, предпочтительно один из исполнительных механизмов переключается не в состояние без применения силы, а в состояние приложения силы, которая меньше, чем сила другого исполнительного механизма, так что может быть повышена стабильность этого соединительного устройства.
Кроме того, предпочтительно, чтобы это арретирующее устройство для ротора содержало управляющее устройство, которое расположено и выполнено так, что первый соединительный элемент перемещается в положение арретирования, затем второй соединительный элемент перемещается в положение расцепления и во втором тангенциальном направлении, и после этого первый соединительный элемент перемещается в первом тангенциальном направлении, второй соединительный элемент перемещается в положение арретирования, после чего первый соединительный элемент перемещается в положение расцепления и во втором тангенциальном направлении, а затем второй соединительный элемент перемещается в первом тангенциальном направлении. Посредством управляемого таким образом арретирующего устройства для ротора ответный соединительный элемент может постепенно двигаться в первом тангенциальном направлении. Таким образом посредством множества мелких шагов вращающаяся конструктивная группа ветроэнергетической установки может двигаться в первом тангенциальном направлении. Само собой разумеется, что движение в этом направлении может осуществляться и противоположно вышеописанному направлению вращения, например, вращающаяся конструктивная группа или, соответственно, ответный соединительный элемент перемещаются во втором тангенциальном направлении, а движение соединительного элемента в положение расцепления в свою очередь происходит в первом тангенциальном направлении.
В одном особенно предпочтительном варианте выполнения арретирующее устройство для ротора содержит управляющее устройство, которое расположено и выполнено так, что первый соединительный элемент перемещается в положение арретирования, затем второй соединительный элемент перемещается в положение расцепления и во втором тангенциальном направление, и вслед за этим второй соединительный элемент перемещается в положение арретирования. Посредством расположенного и выполненного таким образом управляющего устройства может быть гарантировано, что движение в тангенциальном направлении происходит лишь в том случае, если оба соединительных элемента имеющихся двух соединительных устройств находятся в положении арретирования. В следующем предпочтительном варианте выполнения арретирующее устройство для ротора содержит управляющее устройство, которое расположено и выполнено так, что ответный соединительный элемент перемещается в первом тангенциальном направлении за счет многократного перемещения соединительных элементов в соответствии с по меньшей мере одним из вышеописанных алгоритмов движения. Предпочтительный вариант выполнения управляющего устройства получается тогда, когда оно объединяет в себе два или несколько вышеописанных вариантов выполнения этого управляющего устройства.
Согласно следующему аспекту данного изобретения упомянутая вначале задача решается посредством ветроэнергетической установки, содержащей ротор, вращающуюся конструктивную группу, соединенную с ротором жестко на кручение, и неподвижный относительно этой вращающейся конструктивной группы стационарный узел, содержащий арретирующее устройство для ротора, выполненное согласно по меньшей мере одному из вышеописанных вариантов.
Согласно следующему аспекту данного изобретения упомянутая вначале задача решается посредством способа арретирования ротора ветроэнергетической установки, в частности, ветроэнергетической установки согласно предыдущему аспекту, причем этот способ включает в себя обеспечение арретирующего устройства для ротора согласно по меньшей мере одному из вышеописанных вариантов выполнения; перемещение соединительного элемента с помощью первого исполнительного механизма и/или с помощью второго исполнительного механизма из положения расцепления в положение арретирования; причем в положении арретирования первый соединительный элемент с ответным соединительным элементом соединяется разъемно, предпочтительно с геометрическим замыканием.
С помощью этого способа заторможенный, по существу, до нуля ротор может быть зафиксирован. Заторможенный, по существу, до нуля ротор характеризуется, в частности, тем, что его число оборотов, по существу, равно нулю. Этот заторможенный, по существу, до нуля ротор на своей вращающейся конструктивной группе тоже имеет скорость или, соответственно, число оборотов, по существу, равные нулю, так что указанный по меньшей мере один соединительный элемент с помощью первого исполнительного механизма и/или второго исполнительного механизма посредством соединительного движения может направляться к ответному соединительному элементу вращающейся конструктивной группы, и путем соответствующего подведения или, соответственно, стыковки соединительного элемента с ответным соединительным элементом создается разъемноe соединение, предпочтительно с геометрическим замыканием.
В частности, предпочтительно, чтобы этот способ включал в себя затормаживание и/или позиционирование аэродинамического ротора перед тем, как он будет зафиксирован.
В одном особенно предпочтительном варианте осуществления способ включает в себя перемещение соединительного элемента в первом тангенциальном направлении относительно вращающейся конструктивной группы с помощью первого исполнительного механизма и/или с помощью второго исполнительного механизма, причем один из исполнительных механизмов предпочтительно переключается в состояние без применения силы. Благодаря этому этапу способа существует возможность арретирования ротора в определенном положении. Это происходит, в частности, за счет того, что вращающаяся конструктивная группа, а тем самым и ротор поворачиваются с помощью одного из исполнительных механизмов. Это поворачивание происходит, в частности, благодаря тому, что первый исполнительный механизм и/или второй исполнительный механизм перемещают ответный соединительный элемент в тангенциальном направлении относительно вращающейся конструктивной группы, причем соединительный элемент в это время находится в положении арретирования. Поскольку указанные компоненты направления подгонки соединительного движения первого исполнительного механизма и второго исполнительного механизма ориентированы противоположно, то особенно предпочтительно, чтобы один из исполнительных механизмов при этом движении переключался в состояние без применения силы, так что указанная сила одного исполнительного механизма не будет противоположна силе другого исполнительного механизма.
Согласно следующему аспекту данного изобретения упомянутая вначале задача решается посредством способа арретирования ротора ветроэнергетической установки, в частности, ветроэнергетической установки согласно одному вышеописанному варианту осуществления, причем этот способ включает в себя предоставление первого арретирующего устройства для ротора, которое содержит первый соединительный элемент, первый исполнительный механизм и второй исполнительный механизм согласно по меньшей мере одному из вышеописанных вариантов выполнения, и предоставление второго арретирующего устройства для ротора с вторым соединительным элементом, которое содержит третий исполнительный механизм и четвертый исполнительный механизм согласно по меньшей мере одному из вышеописанных вариантов выполнения; перемещение первого соединительного элемента с помощью первого исполнительного механизма и/или с помощью второго исполнительного механизма, и/или перемещение второго соединительного элемента с помощью третьего исполнительного механизма и/или с помощью четвертого исполнительного механизма из положения расцепления в положение арретирования, причем в положении арретирования первый соединительный элемент и/или второй соединительный элемент соединяются с ответным соединительным элементом разъемно, предпочтительно с геометрическим замыканием.
Второе арретирующее устройство для ротора содержит третий исполнительный механизм и четвертый исполнительный механизм, причем третий исполнительный механизм и четвертый исполнительный механизм могут быть выполнены, по существу, одинаково или подобно тому, как выполнены первый исполнительный механизм и/или второй исполнительный механизм первого арретирующего устройства для ротора. Далее, в принципе второе арретирующее устройство для ротора тоже содержит в сумме два исполнительных механизма, а именно третий исполнительный механизм и четвертый исполнительный механизм. С помощью этого способа ротор или, соответственно, вращающаяся конструктивная группа с одним ответным соединительным элементом арретируются посредством двух соединительных элементов.
В частности, предпочтительно, чтобы этот способ включал в себя затормаживание и/или позиционирование аэродинамического ротора перед тем, как ротор будет зафиксирован.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления способ включает в себя перемещение первого соединительного элемента в первом тангенциальном направлении к вращающейся конструктивной группе с помощью первого исполнительного механизма и/или с помощью второго исполнительного механизма, причем один из исполнительных механизмов предпочтительно переключается в состояние без применения силы, и/или перемещение второго соединительного элемента в первом тангенциальном направлении к вращающейся конструктивной группе с помощью третьего исполнительного механизма и/или с помощью четвертого исполнительного механизма, причем один из исполнительных механизмов предпочтительно переключается в состояние без применения силы.
Следующая предпочтительная модификация способа характеризуется тем, что он включает в себя этап перемещения первого соединительного элемента в положение арретирования, затем перемещение второго соединительного элемента в положение расцепления и во втором тангенциальном направление, и вслед за этим перемещение первого соединительного элемента в первом тангенциальном направлении, перемещение второго соединительного элемента в положение арретирования, затем перемещение первого соединительного элемента в положение расцепления и во втором тангенциальном направлении, а затем перемещение второго соединительного элемента в первом тангенциальном направлении.
Далее, способ включает в себя предпочтительно этап перемещения первого соединительного элемента в положение арретирования, затем перемещение второго соединительного элемента в положение расцепления и во втором тангенциальном направлении, и вслед за этим перемещение второго соединительного элемента в положение арретирования. Согласно другому предпочтительному варианту осуществления способ включает в себя этап перемещения ответного соединительного элемента в первом тангенциальном направлении путем повторения по меньшей мере одного из этапов вышеописанных вариантов осуществления способа.
Предлагаемые изобретением способы и их возможные модификации содержат признаки или, соответственно, этапы способа, которые делают эти способы пригодными, в частности, для применения с предлагаемым изобретением арретирующим устройством для ротора и его модификациями. В отношении других преимуществ, вариантов осуществления и деталей выполнения этих дополнительных аспектов и их возможных модификаций здесь предлагается отсылка к вышеизложенному описанию соответствующих признаков и модификаций арретирующего устройства для ротора.
Предпочтительныe варианты выполнения данного изобретения в качестве примера поясняются ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи. На них показано следующее.
Фиг. 1: схематичный вид приведенного в качестве примера варианта выполнения ветроэнергетической установки;
Фиг. 2: схематичный вид сбоку приведенного в качестве примера варианта выполнения генератора ветроэнергетической установки по Фиг. 1;
Фиг. 3: схематичный вид в аксонометрии приведенного в качестве примера варианта выполнения арретирующего устройства для ротора;
Фиг. 4: вид в аксонометрии вырыва приведенного в качестве примера варианта выполнения арретирующего устройства для ротора.
На чертежах одинаковые или выполняющие, по существу, одинаковые или подобные функции элементы снабжены одинаковыми ссылочными позициями.
На Фиг. 1 показан схематичный вид приведенного в качестве примера варианта выполнения ветроэнергетической установки. На Фиг. 1, в частности, показана ветроэнергетическая установка 100 с башней 102 и гондолой 104. На гондоле 104 расположен аэродинамический ротор 106 с тремя роторными лопастями 108 и кожухом 110 обтекателя. Аэродинамический ротор 106 во встроенном положении и/или в рабочем состоянии приводится ветром во вращательное движение и за счет этого приводит в действие генератор в гондоле 104. Аэродинамический ротор 106 вращает, тем самым, также электродинамический ротор или якорь генератора, который непосредственно или опосредованно связан с аэродинамическим ротором 106. Электрический генератор установлен в гондоле 104 и вырабатывает электрическую энергию. Углы установки роторных лопастей 108 могут изменяться с помощью двигателей для установки угла атаки на комлях соответствующих роторных лопастей 108.
На Фиг. 2 схематично показан вид сбоку генератора 130 с внутренним якорем ветроэнергетической установки 100. Он имеет статор 132 и установленный относительно него поворотно электродинамический ротор 134, и своим статором 132 через цапфу 136 оси закреплен на машинной раме 138. Статор 132 имеет несущую конструкцию 140 статора и пакеты 142 активной стали статора, которые образуют статорные полюса генератора 130 и через стягивающее кольцо 144 сердечника статора закреплены на несущей конструкции 140 статора. Электродинамический ротор 134 имеет полюсные башмаки 146 ротора, которые образуют полюса ротора и через несущую конструкцию 148 ротора и подшипник 150 установлены на цапфе 136 оси с возможностью поворота вокруг оси 152 вращения. Пакеты 142 активной стали статора и полюсные башмаки 146 ротора разделяет только узкий воздушный зазор 154, имеющий ширину в несколько миллиметров, в частности, менее 6 мм, но его диаметр составляет несколько метров, в частности, более 4 м. Пакеты 142 активной стали статора и полюсные башмаки 146 ротора образуют соответствующие кольца и вместе тоже имеют кольцевую форму, так что генератор 130 является кольцевым генератором. В соответствии с назначением электродинамический ротор 134 генератора 130 вращается вместе со ступицей 156 аэродинамического ротора, причем на чертеже обозначены насадки 158 роторных лопастей.
Генератор 130 с внутренним якорем, а также другие показанные элементы ветроэнергетической установки 100 образуют стационарный конструктивный узел 13 и вращающуюся конструктивную группу 14, причем стационарный конструктивный узел 13 для наглядности обведен пунктирной линией. Стационарный конструктивный узел 13 приведенной в качестве примера ветроэнергетической установки включает в себя, например, машинную раму 138, статор 132 с несущей конструкцией 140 статора, стягивающим кольцом 144 сердечника статора и пакетами 142 активной стали статора, и цапфу 136 оси. Вращающаяся конструктивная группа 14 показанной частично ветроэнергетической установки по Фиг. 2 включает в себя среди прочего электродинамический ротор 134 с несущей конструкцией 148 ротора. Эти элементы жестко на кручение соединены с аэродинамическим ротором и предпочтительно имеют общую ось 152 вращения. По отношению к этим элементам вращающейся конструктивной группы указанные элементы стационарного конструктивного узла установлены неподвижно. Этот стационарный конструктивный узел включает в себя, например, машинную раму 138, статор 132 с несущей конструкцией 140 статора, стягивающее кольцо 144 сердечника статора и пакеты 142 активной стали статора, и цапфу 136 оси. Как будет описано ниже, предлагаемые изобретением арретирующие устройства для ротора могут применяться для арретирования аэродинамического ротора 106.
На Фиг. 3 показан схематичный вид в аксонометрии приведенного в качестве примера варианта выполнения арретирующего устройства для ротора. На Фиг. 3, в частности, показано арретирующее устройство 1 для ротора с первым соединительным устройством 210, вторым соединительным устройством 220, с третьим соединительным устройством 230, с четвертым соединительным устройством 240, с пятым соединительным устройством 250 и шестым соединительным устройством 260, каждое из которых расположено на стационарном конструктивном узле 200, неподвижном относительно вращающейся конструктивной группы. Кроме того, арретирующее устройство 1 для ротора имеет ответное соединительное устройство 120. Стационарный конструктивный узел 200 имеет кольцевую геометрическую форму, которая имеет центральную ось. Указанный стационарный конструктивный узел 200 имеет, далее, в сумме шесть выступов, например, выступ 202 или 204, которые расположены эквидистантно на внешней радиально окружной поверхности стационарного конструктивного узла. Коаксиально со стационарным конструктивным узлом 200 установлено выполненное тоже кольцевым ответное соединительное устройство 120, которое предпочтительно жестко на кручение установлено на не представленной здесь вращающейся конструктивной группе.
Ответное соединительное устройство 120 имеет, кроме того, множество ответных соединительных элементов, которые здесь выполнены как выемки с внутренними зубьями. В качестве примера выемки с внутренними зубьями здесь обозначены позициями 124 и 126, причем эти две соседние выемки 124, 126 с внутренними зубьями образуют зуб 122. Эти выемки с внутренними зубьями расположены эквидистантно на внутренней окружной поверхности ответного соединительного устройства 120. В аксиальном направлении выемки с внутренними зубьями на отдельных участках прерваны. Такая прерванная часть имеет радиус кривизны относительно центральной оси ответного соединительного устройства 120, который больше или равен радиусу кривизны в низшей точке одной из выемок с внутренними зубьями относительно центральной оси. Таким образом, цилиндрический соединительный элемент может располагаться в выемках с внутренними зубьями, и прерванная часть не оказывает на него влияния.
Все выемки с внутренними зубьями выполнены в ответном соединительном устройстве 120 таким образом, что соединительные элементы 212, 222, 232, 242, 252, 262 могут быть расположены в этих выемках с внутренними зубьями. Соединительные элементы 212-262 имеют цилиндрическую геометрическую форму, причем ось цилиндра ориентирована, по существу, параллельно центральной оси стационарного конструктивного узла 200 и ответного соединительного устройства 120. Таким образом, соединительные элементы 212-262 частью своей радиально окружной поверхности могут располагаться внутри выемок с внутренними зубьями, которые здесь имеют форму полукруга. Репрезентативно для всех соединительных устройств 210, 220, 230, 240, 250, 260 структура этих соединительных устройств детально разъясняется ниже на примере первого соединительного устройства 210.
Соединительное устройство 210 содержит первый исполнительный механизм 213 и второй исполнительный механизм 216. Первый исполнительный механизм 213 содержит гидравлический цилиндр 214 с выдвижным цилиндрическим элементом 215. Аналогично первому исполнительному механизму 213 второй исполнительный механизм 216 тоже имеет гидравлический цилиндр 217 с выдвижным цилиндрическим элементом 218. Первый исполнительный механизм 213 проходит от первого конца до второго конца. Первым концом первый исполнительный механизм 213 установлен на первом выступе 202 стационарного конструктивного узла 200 с возможностью поворота вокруг оси, параллельной центральной оси стационарного конструктивного узла 200. На втором конце исполнительного механизма 213, в частности, на том конце цилиндрического элемента 215, который обращен от гидравлического цилиндра 214, расположен первый соединительный элемент 212. Второй исполнительный механизм 216 тоже проходит от первого конца до второго конца. Первым концом второй исполнительный механизм 216 тоже расположен на стационарном конструктивном узле 200. В частности, второй исполнительный механизм 216 своим первым концом установлен на втором выступе 204, причем этот второй выступ 204 расположен рядом с первым выступом 202. На втором конце второго исполнительного механизма 216, в частности, на том конце цилиндрического элемента 218, который обращен от гидравлического цилиндра 217, второй исполнительный механизм 216 тоже поворотно соединен с первым соединительным элементом 212.
В полностью вдвинутом состоянии, т.е. когда цилиндрические элементы 215, 218 в значительной степени расположены внутри гидравлических цилиндров 214, 217, первый исполнительный механизм 213 и второй исполнительный механизм 216 ориентированы, по существу, тангенциально к стационарному конструктивному узлу 200. Соединительный элемент находится тогда в положении расцепления и, в частности, не соединен разъемно с одним из ответных соединительных элементов, например, 124, 126. Когда цилиндрические элементы 215, 218 выдвигаются из гидравлических цилиндров 214, 217, соединительный элемент 212 компонентом направления соединения перемещается в направлении ответного соединительного элемента 120. При достаточном выдвижении цилиндрических элементов 215, 218 соединительный элемент 212 при соответствующем тангенциальном позиционировании находится в одной из выемок с внутренними зубьями ответного соединительного элемента 120.
Благодаря размещению соединительного элемента 212 в одной из выемок ответного соединительного элемента может достигаться надежное арретирование ответного соединительного устройства 120 относительно стационарного конструктивного узла 200. Это обеспечивается, в частности, тем, что тангенциальные силы ответного соединительного устройства передаются через этот соединительный элемент в исполнительные механизмы, а оттуда на стационарный конструктивный узел 200.
Кроме того, ответное соединительное устройство 120 с предусмотренными соединительными устройствами 210-260 тоже может поворачиваться относительно стационарного конструктивного узла 200 в тангенциальном направлении T. Это происходит предпочтительно за счет того, что первые исполнительные механизмы выдвигают свои цилиндрические элементы, а вторые исполнительные механизмы этого соединительного устройства переключаются в состояние без применения силы. В частности, это поворачивание осуществляется за счет того, что вторые соединительные устройства оказывают на ответное соединительное устройство меньшее тангенциальное усилие, чем вызываемое цилиндрическими элементами первых исполнительных механизмов. После того, как цилиндрические элементы первых исполнительных механизмов полностью выдвинулись, сначала может не произойти никакого дальнейшего поворота ответного соединительного устройства относительного стационарного конструктивного узла 200. Предпочтительно затем постепенно происходит обратное движение одного соединительного элемента одного соединительного устройства противоположно направлению вращения снова в положение арретирования, так что этот соединительный элемент в свою очередь располагается внутри одной выемки с внутренними зубьями, и соединительные элементы могут совершать очередное движение в тангенциальном направлении к желаемому направлению вращения.
На Фиг. 4 показан вид в аксонометрии вырыва приведенного в качестве примера варианта выполнения арретирующего устройства для ротора. Это арретирующее устройство 1' для ротора содержит соединительное устройство 301 с первым исполнительным механизмом 310 и с вторым исполнительным механизмом 350, причем эти два исполнительных механизма 310, 350 (аналогично с предыдущим описанием) проходят от первого конца до второго конца, причем первые концы этих исполнительных механизмов 310, 350 расположены в стационарном конструктивном узле на двух соседних выступах 302, 303, а вторые концы расположены соответственно на отдельном соединительном элементе 305. Соединительный элемент 305 находится в положении арретирования, в котором этот соединительный элемент 305 разъемно соединен с одним ответным соединительным элементом ответного соединительного устройства 120'. В данном случае это соединение с геометрическим замыканием создано за счет того, что цилиндрический соединительный элемент 305 расположен в имеющей форму полукруга выемке с внутренними зубьями.
В данном случае видно, в частности, такое поворотноe размещение этих исполнительных механизмов 310, 350 в стационарном конструктивном узле 300 и на соединительном элементе 305. Исполнительные механизмы 310, 350 закреплены каждый своим первым концом в стационарном конструктивном узле с помощью гнездового элемента 313, 353 для болта и с помощью болта 314, 354. Ось вращения в данном случае ориентирована снова параллельно центральной оси стационарного конструктивного узла 300.
Исполнительные механизмы 310, 350, в частности, в области, примыкающей к первому концу, имеют предпочтительно круглое первое отверстие, и этой областью расположены между отверстиями гнездовых элементов 313, 353 для болта, так что болт может располагаться в этих отверстиях гнездового элемента для болта, а тем самым и в первых отверстиях первых концов первого исполнительного механизма 310 и второго исполнительного механизма 350, и поэтому, по существу, препятствует не-вращательным движениям первых концов этих исполнительных механизмов 310, 350 относительно стационарного конструктивного узла 300. Таким образом, может быть реализовано поворотноe размещение этих исполнительных механизмов 310, 350 в стационарном конструктивном узле 300. Соединительный элемент 305 в данном случае выполнен как цилиндрический элемент и может в данном случае использоваться для того, чтобы, работая как болт, соединять друг с другом первый исполнительный механизм 310 и второй исполнительный механизм 350. Ответное соединительное устройство 120', аналогично ответному соединительному устройству 120, имеет множество ответных соединительных элементов, которые выполнены как имеющие форму полукруга выемки с внутренними зубьями.
Благодаря такому выполнению ответное соединительное устройство 120' может поворачиваться относительно стационарного конструктивного узла 300. Это происходит, в частности, за счет того, что тангенциальная сила одного исполнительного механизма больше, чем противоположно направленная тангенциальная сила соответствующего другого исполнительного механизма. Предпочтительно исполнительный механизм, который не используется для поворачивания ответного соединительного устройства 120', переключается в состояние без применения силы. Тем самым может достигаться предпочтительно постепенное поворачивание ответного соединительного устройства 120' относительно стационарного конструктивного узла 300.
Предлагаемые изобретением арретирующие устройства 1, 1' для ротора по Фиг. 3 и Фиг. 4 могут также использоваться для арретирования аэродинамического ротора 106 по Фиг. 1, поскольку ответный соединительный элемент 124, 126 расположен жестко на кручение на вращающейся конструктивной группе, и по меньшей мере одно соединительное устройство 210, 220, 230, 240, 250, 260, 301 расположено в стационарном конструктивном узле. Например, ответный соединительный элемент 124, 126 может быть установлен на обращенной к машинной раме 138 торцевой стороне несущей конструкции 148 ротора без возможности проворачивания. Указанное по меньшей мере одно соединительное устройство 210, 220, 230, 240, 250, 260, 301 в таком случае предпочтительно расположено на обращенной от машинной рамы торцевой стороне этой несущей конструкции статора 140, так что этот по меньшей мере один соединительный элемент 212, 222, 232, 242, 252, 262, 305 указанного по меньшей мере одного соединительного устройства 210, 220, 230, 240, 250, 260, 301 может разъемно соединяться с одним ответным соединительным элементом 124, 126 ответного соединительного устройства 120, 120'.
Показанные на Фиг. 3 и Фиг. 4 арретирующие устройства 1, 1' для ротора могут для арретирования аэродинамического ротора 106 устанавливаться на несущих конструкциях 140 статоров и на несущих конструкциях 142 роторов генераторов с внутренним якорем, а также генераторов с внешним якорем.
В частности, благодаря тому, что исполнительные механизмы выполнены предпочтительно как гидравлическиe элементы и расположены в стационарном конструктивном узле, линии энергоснабжения и управляющие устройства для них могут размещаться без особых сложностей. Кроме того, много элементов находятся на вращающейся конструктивной группе ветроэнергетической установки, на которой может быть расположено ответное соединительное устройство 120, 120'. Тем самым может достигаться надежное вращение ротора ветроэнергетической установки, причем предложенное арретирующее устройство для ротора может быть экономичным в изготовлении. Кроме того, благодаря множеству связанных с ним соединительных устройств обеспечивается высокий коэффициент надежности, что упрощает монтаж и демонтаж, работы по обслуживанию и ремонту, а также прочие работы в зоне ротора и/или гондолы, и снижаются затраты, связанные с регулируемым рабочим режимом установки.
Перечень ссылочных обозначений
1, 1` арретирующее устройство для ротора
13 стационарный конструктивный узел
14 вращающаяся конструктивная группа
100 ветроэнергетическая установка
102 башня
104 гондола
106 ротор
108 роторная лопасть
110 кожух обтекателя
120, 120' ответное соединительное устройство
122 зуб
124 первая выемка с внутренними зубьями
126 вторая выемка с внутренними зубьями
130 генератор с внутренним якорем
132 статор
134 электродинамический ротор
136 цапфа оси
138 машинная рама
140 несущая конструкция статора
142 пакет активной стали статора
144 стягивающее кольцо сердечника статора
146 полюсные башмаки ротора
148 несущая конструкция ротора
150 подшипник
152 ось вращения
154 воздушный зазор
156 ступица ротора
158 роторная лопасть
200, 300 стационарный конструктивный узел
202 первый выступ
204 второй выступ
210 первое соединительное устройство
212 первый соединительный элемент
213 первый исполнительный механизм
214 гидравлический цилиндр
215 цилиндрический элемент
216 второй исполнительный механизм
217 гидравлический цилиндр
218 цилиндрический элемент
220 второе соединительное устройство
222 второй соединительный элемент
230 третье соединительное устройство
232 третий соединительный элемент
240 четвертое соединительное устройство
242 четвертый соединительный элемент
250 пятое соединительное устройство
252 пятый соединительный элемент
260 шестое соединительное устройство
262 шестой соединительный элемент
301 соединительное устройство
302,303 выступы
305 соединительный элемент
310 первый исполнительный механизм
312 гидравлический цилиндр
313 гнездовой элемент для болта
314 болт
315 цилиндрический элемент
316 установочный элемент
350 второй исполнительный механизм
352 гидравлический цилиндр
353 гнездовой элемент для болта
354 болт
355 цилиндрический элемент
356 установочный элемент
T тангенциальное направление.