安全停止组件制造技术

本发明专利技术描述了一种风力涡轮机的液压叶片变桨距系统（2）的安全停止阀装置（1），包括：蓄能器装置（15），其通过液压管线（14）连接至液压叶片变桨距系统（2）的活塞；冗余的一组安全阀（V1），其被布置在蓄能器装置（15）与活塞之间；小孔口限流喷嘴（N1），其被布置为响应于安全停止输入（STP1）确定第一液压流体流速率；所布置的至少一个速度选择阀（V2）；以及至少一个大孔口限流喷嘴（N2、N2A、N2B），其被布置为响应于正转子加速度输入（STP2）确定第二液压流体流速率，其中，第二流体流速率快于第一流体流速率。本发明专利技术进一步描述了一种具有液压叶片变桨距系统（2）的风力涡轮机的安全停止组件（3）。本发明专利技术进一步描述了一种执行安全停止序列的方法。

Safe stop component

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】安全停止组件
本专利技术描述了一种风力涡轮机的液压叶片变桨距系统的安全停止阀装置；一种具有液压叶片变桨距系统的风力涡轮机的安全停止组件；一种执行用于风力涡轮机的安全停止序列的方法；以及一种具有液压叶片变桨距系统和用于每个液压叶片变桨距系统的这种安全停止装置的风力涡轮机。
技术介绍
风力涡轮机的空气动力学转子包括可旋转轮毂和多个转子叶片。本专利技术涉及一种空气动力学转子，对于该空气动力学转子，转子叶片是可变桨距的，即，转子叶片能够利用变桨距运动相对于进入的气流进行定位。叶片可以进行变桨距，使得叶片表面的相对攻角能够使风力涡轮机高效地运行并且优化从风传递至涡轮机转子中的动能。相似地，叶片可以进行变桨距，使得其产生空气动力阻力并且使风力涡轮机转子减速或者在高风速或变化风速下维持稳定的能量产生。在某些条件（诸如，暴风雨、电网漏失、机械或电气部件的故障或失灵等）下，可能需要迅速关闭风力涡轮机。紧急停机应该包括空气动力学转子的旋转运动的减速。然而，在这种紧急情况期间，不应依赖于风力涡轮机控制器来控制叶片的变桨距运动，因为风力涡轮机控制器本身可能无法正确运行或者甚至可能是紧急情况的原因。因此，为了在紧急停机期间有可靠的叶片变桨距，需要独立且稳健的系统。在一些国家或地区，安全标准可以适用于为应对严重危害（诸如，风力涡轮机转子超速）使用的任何手段。例如，ISO13849-1标准指定了性能等级“D”（PLd）安全功能必须满足的要求。当安全功能取决于依赖于多个传感器输入和复杂控制环路的主动控制系统时，很难满足这些要求。在紧急情况期间可能无法保证此类系统的可用性。相反，优选的是独立和被动的控制手段。在具有液压变桨距控制的风力涡轮机的情况下，一种方法可能是在压力下存储液压流体的储备供应，并且在紧急停机期间使该液压流体穿过液压管线以确保逐渐且稳定的变桨距运动。通过液压管线的流体流速率由液压管线中的最小横截面积确定，并且能够通过在液压管线中并入恰当尺寸的限流喷嘴来设定流体流速率的上限。因此，在紧急停止期间的变桨距运动的速度由限流喷嘴的孔口尺寸确定。紧急停机期间的变桨距速度理想地将与停机事件的条件相匹配。与由于转子超速而引起的停机相关联的条件可能不同于与其它类型的紧急停机事件相关联的那些条件，这一事实会引起问题。例如，当转子由于控制故障而加速时，可能会导致转子超速。当设计必须选择单个紧急变桨距速度的风力涡轮机时，存在约束条件，这些约束条件会限制变桨距速度的选择，该选择既不能太快也不能太慢。必须选择足够低的变桨距速度，否则塔架结构可能会因停止期间迅速的转子减速引起的负推力而过载。在水平轴线风力涡轮机上，负推力作用在迎风方向上，并且如果过大，则可能超过塔架设计的结构限制，从而导致涡轮机倒塌。相反，必须选择足够快的变桨距速度，以防止转子达到过高的转子速度，并且避免由于转子超速所引起的正转子推力而产生结构加载。正推力作用在顺风方向上，并且除了向具有逆风转子的风力涡轮机上的塔架结构施加力之外，正推力还会增加叶片尖端的挠度。当叶片与涡轮机塔架碰撞时，这可能导致灾难性故障。在现有系统中，很难识别可以满足这两个要求的单个变桨距速度。解决该问题的一些系统提供了通过使用可变变桨距速度来减小紧急停机期间的加载的方式。然而，这些系统依赖于复杂的控制系统，并且因此不能被认为是自动防故障的被动控制手段。用于具有液压变桨距单元的涡轮机的其它已知的紧急停机系统依赖于仔细调节液压限流喷嘴的尺寸，以实现足够快的变桨距速度以避免高加载（在转子超速事件期间），并且同时变桨距速度要足够慢，以减小因正推力的迅速损失而引起的加载。然而，随着风力涡轮机转子直径增加，很难识别将满足这两个要求的变桨距速度。已知的解决方案都不能够提供允许较快和较慢变桨距速度两者的自动防故障紧急变桨距系统。为了弥补这一点，塔架和其它结构部件必须构造得更坚固和更重，以承受高加载。这些附加措施显著地增加了风力涡轮机的总成本。因此，本专利技术的目的是提供一种自动防故障紧急变桨距系统，该自动防故障紧急变桨距系统允许较快和较慢变桨距速度两者，并且克服了上述问题。
技术实现思路
该目的是通过以下来实现：权利要求1的安全停止阀装置；权利要求9的安全停止组件；以及权利要求13的执行安全停止序列的方法。根据本专利技术，一种风力涡轮机的液压叶片变桨距系统的安全停止阀装置包括：蓄能器装置，该蓄能器装置通过液压管线连接至液压叶片变桨距系统的活塞；冗余的一组安全阀，该冗余的一组安全阀被布置在蓄能器装置与活塞之间；小孔口限流喷嘴，该小孔口限流喷嘴被布置在液压管线中以响应于安全停止输入确定第一液压流体流速率；至少一个速度选择阀，该至少一个速度选择阀被布置在液压管线中；以及至少一个大孔口限流喷嘴，该至少一个大孔口限流喷嘴被布置为响应于正转子加速度输入确定第二液压流体流速率，其中，第二流体流速率快于第一流体流速率。在本专利技术的安全停止阀装置中，速度选择阀与大孔口限流喷嘴成直线连接，即，在液压回路的相同“分支”中，使得当速度选择阀打开时，大孔口限流喷嘴能够使得流体流速率更快。如上所述，通过液压管线的流体流速率由液压管线的最小横截面积确定。液压管线的最小横截面积通常被称为该液压管线的“孔口”。因此，在本专利技术的上下文中，小孔口限流喷嘴具有比大孔口限流喷嘴更小的横截面积。因此，大孔口限流喷嘴允许比小孔口限流喷嘴更快的流体流速率。本专利技术的安全停止阀装置的优点在于，其允许设计者将其构造成在紧急停止的不同阶段具有较快变桨距速度和较慢变桨距速度。这能够以简单且直接的方式来实现。通过恰当地选择限流喷嘴以实现期望的“较慢”和“较快”流体流速率，本专利技术的安全停止阀装置能够用于各种不同尺寸的风力涡轮机——即，用于液压叶片变桨距系统。如在本专利技术的上下文中使用的，术语“液压管线”可以理解为将液压流体从蓄能器装置输送至叶片变桨距系统的活塞的管道或软管。通过打开液压管线中的阀，阀一打开，被加压的流体就会被迫使通过该管线。流体流速率由相关的限流喷嘴确定，该限流喷嘴确定流体能够从蓄能器装置流到液压活塞装置的速率。利用本专利技术的安全停止装置，能够通过选择性地仅打开安全阀，或者通过也打开一个或多个速度选择阀，使叶片以不同的速度变桨距。当仅安全阀打开时，安全变桨距速度能够被视为“较慢”速度。当速度选择阀也打开时，第二限流喷嘴确保安全变桨距速度更快，并且这能够被视为“较快”速度。本专利技术的安全停止阀装置是自动防故障的，并且在比常规系统更高的安全水平下执行，并且还能够按需要调节变桨距速度以减小临界结构加载。根据本专利技术，一种具有液压叶片变桨距系统的风力涡轮机的安全停止组件包括：用于风力涡轮机的每个液压叶片变桨距系统的这种安全停止阀装置；冗余的第一继电器装置，该冗余的第一继电器装置用于响应于安全停止输入致动安全阀；以及冗余的第二继电器装置，该冗余的第二继电器装置用于响应于转子加速度输入致动速度选择阀。本专利技术的安全停止组件的优点在于，其是一种满足ISO13849-1的要求的自动防故障组件，并且其能够以直接且经济的方式进行构造。本专利技术的安全停止组件能够本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风力涡轮机的液压叶片变桨距系统（2）的安全停止阀装置（1），所述安全停止阀装置（1）包括：/n蓄能器装置（15），所述蓄能器装置（15）通过液压管线（14）连接至所述液压叶片变桨距系统（2）的活塞（20）；/n冗余的一组安全阀（V1），所述冗余的一组安全阀（V1）被布置在所述蓄能器装置（15）与所述活塞之间；/n小孔口限流喷嘴（N1），所述小孔口限流喷嘴（N1）被布置为响应于安全停止输入（STP1）确定第一液压流体流速率；/n至少一个速度选择阀（V2）；以及/n至少一个大孔口限流喷嘴（N2、N2A、N2B），所述至少一个大孔口限流喷嘴（N2、N2A、N2B）被布置为响应于转子加速度输入（STP2）确定第二液压流体流速率，其中，所述第二流体流速率快于所述第一流体流速率。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170412 DE 102017206303.31.一种风力涡轮机的液压叶片变桨距系统（2）的安全停止阀装置（1），所述安全停止阀装置（1）包括：
蓄能器装置（15），所述蓄能器装置（15）通过液压管线（14）连接至所述液压叶片变桨距系统（2）的活塞（20）；
冗余的一组安全阀（V1），所述冗余的一组安全阀（V1）被布置在所述蓄能器装置（15）与所述活塞之间；
小孔口限流喷嘴（N1），所述小孔口限流喷嘴（N1）被布置为响应于安全停止输入（STP1）确定第一液压流体流速率；
至少一个速度选择阀（V2）；以及
至少一个大孔口限流喷嘴（N2、N2A、N2B），所述至少一个大孔口限流喷嘴（N2、N2A、N2B）被布置为响应于转子加速度输入（STP2）确定第二液压流体流速率，其中，所述第二流体流速率快于所述第一流体流速率。


2.根据前述权利要求中任一项所述的安全停止阀装置，其中，安全阀（V1）被弹簧加载，使得所述安全阀（V1）在没有动力的情况下打开。


3.根据前述权利要求中任一项所述的安全停止阀装置，其中，速度选择阀（V2）被弹簧加载，使得所述速度选择阀（V2）在没有动力的情况下关闭。


4.根据前述权利要求中任一项所述的安全停止阀装置，其中，所述液压蓄能器装置（15）包括第一液压蓄能器（151）和第二液压蓄能器（152），所述第一液压蓄能器（151）被布置为当安全阀（V1）打开时迫使液压流体进入所述液压管线（14），所述第二液压蓄能器（152）被布置为当速度选择阀（V2）打开时迫使液压流体进入所述液压管线（14）。


5.根据权利要求4所述的安全停止阀装置，其中，所述第二液压蓄能器（152）中的流体体积小于完整变桨距运动所需要的流体体积。


6.根据前述权利要求中任一项所述的安全停止阀装置，所述安全停止阀装置包括两个或更多个速度选择阀（V2）和对应数量的大孔口限流喷嘴（N2A、N2B）。


7.根据权利要求6所述的安全停止阀装置，其中，所述大孔口限流喷嘴（N2A、N2B）具有不同尺寸的孔口。


8.根据前述权利要求中任一项所述的安全停止阀装置，其中，阀（V1、V2）被实现为双向电磁阀。


9.一种具有液压叶片变桨距系统（2）的风力涡轮机的安全...

【专利技术属性】
技术研发人员：SH霍金斯，MA克里斯滕森，
申请(专利权)人：西门子歌美飒可再生能源公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK