CN101033733A - 大中型风力机数字式智能液压刹车*** - Google Patents

大中型风力机数字式智能液压刹车*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了大中型风力机数字式智能液压刹车***。供油***的输出端接单向阀，其输出端分别接第一蓄能器、压力继电器和经第一节流阀连接第一插装阀的输入端，其输出端连接第二蓄能器；在有杆腔端部装有刹车片的、两个为一组的、相向布置的液压缸，液压缸的有杆腔通过总线分别接第一插装阀的输出端、第二插装阀的输入端和第三路连接开关阀；第二插装阀的输出端经第二节流阀接油箱；两个高速开关阀分别作为先导级和两个插装阀组成数字式电液比例阀。将刹车片装在风力机的刹车盘两侧，改变高速开关阀的开关时间比对刹车卡盘的液压制动力进行调节，在满足机组制动工况下，根据风速和主轴的转速调节高速开关阀在单位时间内的占空比，对刹车制动力的智能控制。

Description

大中型风力机数字式智能液压刹车***
技术领域
本发明涉及一种液压制动器，尤其是涉及一种大中型风力发电机数字式智能液压刹车***。
背景技术
由于能源紧缺问题越来越严重，太阳能、风能、地热能与海洋海流等绿色无污染的“新能源”越来越受到重视。我国风电资源储备丰富，风力机制造技术也越来越成熟，为了提高机组的可靠性，多种先进技术被应用到现代风力机中。其中刹车***是风力机的关键部件之一，如果机械刹车***设计不合理，会导致诸如机械振动加剧、刹车盘磨损严重、齿轮断裂等弊端，给***的安全和维护带来诸多不便。由于风力机刹车工况不同，如正常关机、紧急关机等，即使紧急关机，对于不同故障情况，制动时间也是不同。传统的风力发电机整个刹车过程一直将全部的力都作用在刹车上，没有对速度和刹车力矩的控制。这样的刹车过程存在以下几个缺点：
1.机械振动大，因为整个过程中主轴上的力矩波动较大，机械零件的也会随之振动，影响风力机的稳定性和可靠性。
2.齿轮箱经常过载，由于风轮制动时叶片不连贯停顿，动态载荷使齿轮箱内齿与齿来回碰撞，使齿牙长期受弯曲应力，有可能发生轮齿断裂。
3.刹车片磨损快。
特别针对于大中型风力机，以上缺点就更为突出。
发明内容
本发明的目的是提供一种的大中型风力机数字式智能刹车***，在满足机组刹车时间的要求前提下，依据风速、主轴转速，实时调节高速开关阀的占空比，从而控制刹车所需的刹车力，实现刹车的数字式智能控制。
本发明采用的技术方案是：包括两个蓄能器，两个节流阀、两个高速开关阀，两个插装阀，开关阀，两套以上在有杆腔端部装有刹车片的、两个为一组的、相向布置的液压缸，刹车片，压力继电器和供油***；供油***的输出端接单向阀的输入端，单向阀的输出端分为三路，第一路连接第一蓄能器、第二路连接压力继电器、第三路经第一节流阀连接第一插装阀的输入端，第一插装阀的输出端连接第二蓄能器；所有的液压缸的有杆腔通过总线分为三路，第一路连接第一插装阀的输出端、第二路连接第二插装阀的输入端、第三路连接开关阀；开关阀接油箱，第二插装阀的输出端经第二节流阀接油箱；第一高速开关阀作为先导级和第一插装阀组成一套数字式电液比例阀，第二高速开关阀作为先导级和第二插装阀组成另一套数字式电液比例阀。
本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是：
1.由于大中型风力机的刹车制动力比较大，刹车卡盘内液压油的流量变化也比较大，而一般的高速开关阀不能控制大流量，因此在液压***中采用了高速开关阀作为先导级连接插装阀组合而成，这样既具备了高速开关阀工作可靠，结构简单，价格低廉，稳定性好等优点，又可以实现大流量的控制。
2.刹车力通过一种可控的方式施加到刹车盘上，是一种柔性过程，不象传统的刹车过程从刹车开始到结束一直将全部的力作用在传动轴上，可以减少对传动轴、塔架、桨叶以及其他零件的损失。
3.由于新型的刹车控制***比传统的机械刹车更具有可控性，从而能够减少刹车片的磨损，提高风力机的稳定性，提高刹车的使用寿命，提高风力机***的稳定性。
4.***中采用了高速开关阀，就不会出现一般的开关阀容易出现的堵塞现象，由于是采用数字式控制方式，相比传统的控制比较容易实现其控制过程。
附图说明
图1为本发明的数字式智能刹车安装示意图；
图2为智能柔性刹车的液压原理图。
图中：1、油箱，2、滤油器，3、安全阀，4、蓄能器，5、插装阀，6、高速开关阀，7、蓄能器，8、液压缸，9、刹车片，10、刹车盘，11、单向阀，12、开关阀，13、插装阀，14、高速开关阀，15、节流阀，16、滤油器，17、电动机，18、泵，19、节流阀，20、压力继电器，21、发电机，22、控制柜，23、高速轴，24、齿轮箱，25、刹车卡盘，26、机舱，27、液压集成块。
具体实施方式
如图2所示，本发明包括两个蓄能器4、7，两个节流阀15、19、两个高速开关阀6、14，两个插装阀5、13，开关阀12，两套以上在有杆腔端部装有刹车片9的、两个为一组的、相向布置的液压缸8，刹车片9，压力继电器20和供油***；供油***的输出端接单向阀11的输入端，单向阀11的输出端分为三路，第一路连接第一蓄能器4、第二路连接压力继电器20、第三路经第一节流阀19连接第一插装阀5的输入端，第一插装阀5的输出端连接第二蓄能器7；所有的液压缸8的有杆腔通过总线分为三路，第一路连接第一插装阀5的输出端、第二路连接第二插装阀13的输入端、第三路连接开关阀12；开关阀12接油箱，第二插装阀13的输出端经第二节流阀15接油箱；第一高速开关阀6作为先导级和第一插装阀5组成一套数字式电液比例阀，第二高速开关阀14作为先导级和第二插装阀13组成另一套数字式电液比例阀。
所述的在有杆腔端部装有刹车片的、两个为一组的、相向布置的液压缸8为2～6套。
所述的供油***包括油箱1，两个滤油器2、16，安全阀3，电动机17和泵18；由电动机17驱动的泵18的输出端分别接单向阀11的输入端、安全阀3的输入端，泵18的输入端经第一滤油器2接油箱1，第二滤油器的两端分别接油箱1和开关阀12。
由图1所示，泵18和滤油器2，16一起放到放到油箱1中；高速开关阀6，14、插装阀5，13、开关阀12和安全阀3集成成一起放置在液压集成块27里面；液压集成块27放置在油箱1上；控制柜22也安置在油箱1上；其中刹车盘10安装在高速轴23上，刹车卡盘25连接固定在齿轮箱24上，液压缸8通过液压油管连接到液压集成块27上；电动机17放置在油箱1上，其是倒置的，齿轮箱24、油箱1、发电机21都安置在机舱26内。
由图2中所示，刹车卡盘25均布在刹车片两侧(一般的需要2-6个，根据所需要的刹车力决定)，刹车卡盘25由两个带弹簧力驱动刹车片运动的液压缸8和刹车片9组合而成，液压缸的出口直接连接两组由高速开关阀6，14和插装阀5，13组成的数字式电液比例阀，其中高速开关阀6和14通过PWM控制它们的通断；开关阀12，主要用作制动缸卸荷，实现紧急刹车；节流阀15和19串入油路，充当动态液阻；蓄能器4和7，其中蓄能器4完成***保压功能，蓄能器7可以延迟油压的突然变化，使刹车过程柔性，其中蓄能器4的流量等级要大于蓄能器7；其中控制柜22与***主机之间还需要一个信号通讯。
风力机正常工作时，高速开关阀6保持卸荷状态，使得插装阀5打开，高速开关阀14保持截止状态，使得插装阀13关闭，普通开关阀12保持闭状态。油液从泵18出发流经单向阀11、节流阀19通过插装阀5流到刹车卡盘25的两个液压缸8，其中单向阀11起到了***保护作用，防止液压回油。在单向阀11的出口处还安装了一个压力继电器20，当***正常工作时，如果***压力比压力继电器20的高压点大时，泵18就停止工作，由蓄能器4供油，起到了节能作用；当***压力比压力继电器20的低压点小时，泵18开始给***供油。当控制器发出刹车信号后，根据风力机刹车的制动时间要求(如正常刹车、紧急刹车、故障刹车)，结合采集到的风速信号、主轴转速，与预先设定的速度——时间曲线比较，如果高于预设的速度，则降低高速开关阀6的通电时间，增加高速开关阀14的断电时间，使油缸的压力降低，这样在弹簧组的作用下，刹车片就会夹紧刹车盘，从而在摩擦力的作用下实现刹车，但是油压的降低也不是直接的，因为蓄能器7和节流阀19会延迟液压油向油箱的流动，保持油压以缓慢的速度降低，实现刹车的柔性，这样就实现了刹车控制过程；同理如果低于预设的速度，要在刹车的周期内释放刹车，液压***会以相反的方式运行，高速开关阀6的通电时间增加，高速开关阀14的断电时间会降低，油压就会上升，压迫弹簧恢复到原来状态并且最终抬升刹车片，同样在整个过程中，因为节流阀15和蓄能器7延迟了液压油回到油箱的流动，刹车片会以柔性的方式抬起。整个控制***实行闭环控制，控制算法可以采用带权系数的PID算法或者预测控制等先进的控制算法，
如果在刹车过程中，高速开关阀6和14出现故障，致使***压力不能调节，或者出现紧急情况，需要紧急停机时，开关阀12投入使用，使***紧急泄荷实现紧急刹车。

Claims (3)

1、大中型风力机数字式智能液压刹车***，其特征在于包括两个蓄能器(4、7)，两个节流阀(15、19)、两个高速开关阀(6、14)，两个插装阀(5、13)，开关阀(12)，两套以上在有杆腔端部装有刹车片(9)的、两个为一组的、相向布置的液压缸(8)，刹车片(9)，压力继电器(20)和供油***。供油***的输出端接单向阀(11)的输入端，单向阀(11)的输出端分为三路，第一路连接第一蓄能器(4)、第二路连接压力继电器(20)、第三路经第一节流阀(19)连接第一插装阀(5)的输入端，第一插装阀(5)的输出端连接第二蓄能器(7)；所有的液压缸(8)的有杆腔通过总线分为三路，第一路连接第一插装阀(5)的输出端、第二路连接第二插装阀(13)的输入端、第三路连接开关阀(12)；开关阀(12)接油箱，第二插装阀(13)的输出端经第二节流阀(15)接油箱；第一高速开关阀(6)作为先导级和第一插装阀(5)组成一套数字式电液比例阀，第二高速开关阀(14)作为先导级和第二插装阀(13)组成另一套数字式电液比例阀。
2、根据权利要求1所述的大中型风力机数字式智能液压刹车***，其特征在于：所述的在有杆腔端部装有刹车片的、两个为一组的、相向布置的液压缸(8)为2～6套。
3、根据权利要求1所述的大中型风力机数字式智能液压刹车***，其特征在于：所述的供油***包括油箱(1)，两个滤油器(2、16)，安全阀(3)，电动机(17)和泵(18)；由电动机(17)驱动的泵(18)的输出端分别接单向阀(11)的输入端、安全阀(3)的输入端，泵(18)的输入端经第一滤油器(2)接油箱(1)，第二滤油器的两端分别接油箱(1)和开关阀(12)。
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