CN105298744B - 一种风力发电机刹车液压***和风力发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风力发电机刹车液压***，包括控制器和检测主轴转速的主轴转速传感器及主轴刹车液压油路，在主轴刹车液压油路中设置有第二电比例减压阀、第一换向阀、主轴制动器，第一换向阀设置在第二电比例减压阀与主轴制动器之间油路中；在第一换向阀与主轴制动器之间油路中设置有第二压力传感器；控制器根据第二压力传感器信号和主轴转速传感器信号调节第二电比例减压阀输出口压力，使第二电比例减压阀的输出压力与主轴转速乘积恒定。本发明还包括一种风力发电机；实现了主轴制动器恒功率制动，主轴平稳制动，减小压力冲击，避免风力发电机组内的增速机齿轮损坏，延长增速机的齿轮寿命。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电领域，特别涉及一种风力发电机刹车液压***和风力发电机。
背景技术
风力发电主要设备就是风力发电机组。从能量转换的角度看，风力发电机组由两部分组成:其一是风轮，它是将风能转换为机械能的装置；其二是发电机，它将机械能转换为电能。风力发电机组一般由风轮、增速齿轮箱、发电机、偏航***、变桨***、控制***等主要部件组成。风以一定速度和攻角作用在风轮的桨叶上，使桨叶产生旋转力矩而转动，将风能转化成机械能，通过增速器驱动发电机并入电网。偏航***也称对风装置，其功能是跟踪风向的变化。偏航***驱动机舱围绕塔架中心线旋转，它的作用一是在可用风速范围内与机组控制***配合，转动机舱使风轮扫掠面与风向保持垂直，使风轮始终处于迎风状态，以保证风力发电机组具有最大的发电能力。
风力发电机刹车液压***是风力发电机组的关键部件之一，是机组安全保障的重要环节。随着风速的不断增大，风轮的桨叶转速也在不断地增大，因此如果风力发电机组上的刹车装置不可靠，将会导致叶片的转速越来越快，最终导致飞车事故以及风力发电机组火灾的发生，造成风力发电机组的损坏。因此选择安全可靠的刹车液压***是非常重要。
风力发电机刹车液压***一般包括主轴刹车液压***和偏航刹车液压***，主轴刹车液压***是对风力发电机组中的主轴进行刹车制动，使风轮或者发电机刹车制动。主轴制动器一般安装在高速轴或者低速轴上，高速轴是与发电机连接，低速轴是与风轮相连。偏航刹车液压***是指当机舱处于正确位置时，在风向不变的情况下，提供必要的锁紧力矩，使机舱定位，以保证风力发电机组的安全运行。
目前，主轴在制动过程中由于制动速度过快产生的较大压力冲击，降低了增速器的齿轮的寿命；现有的偏航刹车液压***无限压溢流阀，可靠性较差。另外，在风力发电机需要停机维修时，往往由于液压***管路中油液不够而影响主轴制动器和偏航制动器正常工作。主轴刹车液压***和偏航刹车液压***复杂，保压时间短、性能差。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种风力发电机刹车液压***和风力发电机，以解决主轴在制动过程中由于制动速度过快产生的较大压力冲击，降低了增速器的齿轮的寿命问题。
一方面，本发明提供了一种风力发电机刹车液压***，包括控制器和检测主轴转速的主轴转速传感器及主轴刹车液压油路，在主轴刹车液压油路中设置有第二电比例减压阀、第一换向阀、主轴制动器，第一换向阀设置在第二电比例减压阀与主轴制动器之间油路中；
在第一换向阀与主轴制动器之间油路中设置有第二压力传感器；控制器根据第二压力传感器信号和主轴转速传感器信号调节第二电比例减压阀输出口压力，使第二电比例减压阀的输出压力与主轴转速乘积恒定。
为了使主轴平稳制动，减少冲击，在第一换向阀与第二电比例减压阀之间的油路中设置有第二单向阀；在第一换向阀与主轴制动器之间油路中设置有第二蓄能器和第二节流孔。
为了使主轴平稳制动，减少冲击，在主轴刹车液压油路中设置有第二溢流阀和第一节流孔，第一节流孔设置在第二电比例减压阀的输入油路中，第二溢流阀位于第一换向阀与第二单向阀之间的油路中。
为了实现机舱制动，还包括偏航刹车液压油路，在偏航刹车液压油路中设置有第二换向阀和偏航制动器及第一减压阀，第二换向阀位于偏航制动器和第一减压阀之间的油路中。
为了实现机舱恒功率制动，还包括检测机舱转速的机舱转速传感器，第一减压阀为电比例减压阀；在第二换向阀与偏航制动器之间油路中设置有第三压力传感器；控制器根据第三压力传感器信号和机舱转速传感器信号调节第一减压阀输出口压力，使第一减压阀的输出压力与机舱转速乘积恒定。
为了使机舱平稳制动，减少冲击，在第二换向阀与偏航制动器之间的油路中设置有第三蓄能器；在偏航刹车液压油路中设置有第三溢流阀和第三单向阀，第三单向阀和第三溢流阀布置在第二换向阀的输入油路中。
进一步地，包括液压源油路，在液压源油路中设置有液压泵，第一减压阀的输入油路与液压泵的输出油路相连，第二电比例减压阀输入油路与第一减压阀和第二换向阀之间油路相连。
进一步地，包括油箱，在液压源油路中设置有手动泵和第四单向阀，第四单向阀设置在手动泵的输出油路中，第四单向阀的输出口与第一减压阀的输出油路相连；在液压源油路中设置有第一蓄能器、第一单向阀、第一压力传感器、第一溢流阀、球阀，第一蓄能器和第一单向阀及第一压力传感器设置在第一减压阀的输出油路中，第一溢流阀设置在液压泵与第一减压阀之间油路中，球阀设置在第一减压阀的输出油路与油箱之间回油油路中。
进一步地，包括电机，电机与液压泵相连接；控制器根据第一压力传感器信号，当第一蓄能器的压力值达到第一蓄能器设定压力值时，控制电机停止。
本发明还提供了一种风力发电机，包括上述的风力发电机刹车液压***。
本发明提出一种风力发电机刹车液压***和风力发电机，实现了主轴制动器恒功率制动，主轴平稳制动，减小压力冲击，避免风力发电机组内的增速机齿轮损坏，延长增速机的齿轮寿命。
实现主轴制动器恒功率制动原理如下：主轴制动器开始制动时，主轴转速高，此时控制器根据主轴转速，调节第二电比例减压阀的输入电流，控制第二电比例减压阀的出口压力，使得主轴转速和第二电比例减压阀的出口压力乘积恒定；之后由于制动使得主轴转速降低，第二电比例减压阀出口压力升高，直至达到控制器设定的减压阀最高压力值，主轴制动完成。在主轴制动过程中，主轴刹车液压油路中的压力和主轴的转速乘积基本保持恒定，也就是主轴制动器的制动力和主轴转速乘积基本保持恒定，因此，实现了主轴制动器恒功率制动。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明第一实施例的风力发电机刹车液压***原理图；
图2为本发明第二实施例的风力发电机刹车液压***原理图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明所述的主轴刹车液压油路是指向主轴制动器供给压力油的液压***，对风力发电机组中的主轴进行刹车制动，使风轮或者发电机刹车制动。主轴制动器一般安装在高速轴或者低速轴上，高速轴是与发电机连接，低速轴是与风轮相连。
本发明所述的偏航刹车液压油路是指向偏航制动器供给压力油的液压***，当机舱处于正确位置时，在风向不变的情况下，提供必要的锁紧力矩，使机舱刹车制动定位，以保证风力发电机组的安全运行。
下面结合图1，对本发明的优选第一实施例作进一步详细说明，本优选第一实施例的风力发电机刹车液压***，包括液压源油路、主轴刹车液压油路、偏航刹车液压油路。
在液压源油路中设置有液压泵1，第一减压阀3设置在液压泵1的输出油路中；在主轴刹车液压油路中设置有第二电比例减压阀17、第一换向阀24、主轴制动器20，第一换向阀24设置在第二电比例减压阀17与主轴制动器20之间油路中，第一换向阀24的工作油口与主轴制动器20的无杆腔相连接，第一换向阀24的进油口与第二电比例压阀17的出油口相连通。第一换向阀24可以采用电磁换向阀或者手动电磁换向阀或者液控换向阀或者通断阀等都可以。压力油从液压泵1输出后，经过第一减压阀3减压稳压后流向第二电比例减压阀17，经过第二电比例减压阀17减压后流向第一换向阀24，经过第一换向阀24后流向主轴制动器20。主轴制动器20可以安装在高速轴上，也可以安装在低速轴上。高速轴是指与发电机和增速机相连接的轴，低速轴是指与增速机和风轮相连接的轴。
为了实现主轴恒功率制动，包括控制器和检测主轴转速的主轴转速传感器，在第一换向阀24与主轴制动器20之间油路中设置有第二压力传感器22；第二压力传感器22的进油口与主轴制动器20的无杆腔相连通。控制器根据第二压力传感器22信号和主轴转速传感器信号调节第二电比例减压阀17输出口压力，使第二电比例减压阀17的输出压力与主轴转速乘积恒定。
根据减压阀原理，第一减压阀3的输出口压力不随液压泵1的输出压力变动而变动，第一减压阀3的输出口压力恒定，也就是第二电比例减压阀17的输入口压力恒定。主轴制动器20开始制动时，主轴转速高，此时控制器根据主轴转速，调节第二电比例减压阀17的输入电流，控制第二电比例减压阀17的出口压力，使得主轴转速和第二电比例减压阀17的出口压力乘积恒定；之后由于制动使得主轴转速降低，第二电比例减压阀17出口压力升高，直至达到控制器设定的最高压力值，主轴制动器20制动完成。在主轴制动过程中，控制器根据第二压力传感器22和主轴转速传感器反馈信号，调节第二电比例减压阀17的出口压力，最终使第二电比例减压阀17的实际输出压力与主轴转速值乘积恒定；也就是主轴制动器的制动力和主轴转速乘积基本保持恒定，从而使主轴恒功率制动稳定性和可靠性及响应速度提高。
为了进一步减少压力冲击，在第一换向阀24与第二电比例减压阀17之间的油路中设置有第二单向阀18，第二单向阀18的出油口与第一换向阀24的进油口相连，第二单向阀18的进油口与第二电比例减压阀17的出油口相连接。第二单向阀18设置在第二电比例减压阀17的下游，由于第二单向阀18、第一换向阀24的泄流量很少，主轴制动器20可有效保压。
为了进一步减少压力冲击和稳定保压及提高可靠性，在第一换向阀24与主轴制动器20之间油路中设置有第二蓄能器21和第二节流孔23，第二蓄能器21的进油口与主轴制动器20的无杆腔相连，第二节流孔23的进油口与第一换向阀24的工作油口相连，第二节流孔23的出油口与主轴制动器20的无杆腔相连；在主轴刹车液压油路中设置有第二溢流阀19和第一节流孔16，第一节流孔16设置在第一减压阀3与第二电比例减压阀17之间的油路中，第一节流孔16的出油口与第二电比例减压阀17的进油口相连，第一节流孔16的进油口与第一减压阀3的出油口相连。第二溢流阀19位于第一换向阀24与第二单向阀18之间的油路中。第二溢流阀19的进油口与第二单向阀18的出油口相连。第二节流孔23和第一节流孔16主要是起到限制流量作用，防止主轴制动器20制动速度过快。第二溢流阀19作安全阀使用，保证主轴刹车液压油路安全可靠，当超过主轴制动器20的最高压力值，也就是达到第二溢流阀19开启压力时开始溢流。第二蓄能器21可以有效保压，也可在制动时更加平稳。
第一实施例的主轴刹车液压油路工作过程如下：
当第一换向阀24处于右位时，第二蓄能器21通过第一换向阀24右位卸压，主轴制动器20松开。当第一换向阀24得电时，液压泵1通过第二电比例减压阀17、第一换向阀24左位对第二蓄能器21冲压，同时开始对主轴制动器20制动。
在主轴制动过程中，控制器根据第二压力传感器22和主轴转速传感器反馈信号，调节第二电比例减压阀17的出口压力，最终使第二电比例减压阀17的实际输出压力与主轴转速值乘积恒定；也就是主轴制动器的制动力和主轴转速乘积基本保持恒定，从而使主轴恒功率制动稳定性和可靠性及响应速度提高。
在进一步技术方案中，包括偏航刹车液压油路，在偏航刹车液压油路中设置有第二换向阀12和偏航制动器15及第一减压阀3，偏航刹车液压油路的入口与液压源油路的出口相连。压力油从液压泵1输出，依次经过第一减压阀3、第二换向阀12、偏航制动器15。
在第二换向阀12与偏航制动器15之间的油路中设置有第三蓄能器14和第三压力传感器13；第三蓄能器14和第三压力传感器13的进油口与偏航制动器15的无杆腔相连，在偏航刹车液压油路中设置有第三溢流阀10和第三单向阀11，第三单向阀11和第三溢流阀10布置在第二换向阀12的输入油路中。第三溢流阀10的进油口与第二换向阀12的进油口相连接。第三单向阀11的出油口与第二换向阀12的进油口相连接，第三单向阀11的进油口与第一减压阀3的出油口相连通。第三压力传感器13主要用于检测偏航刹车液压油路压力，第三溢流阀10作安全阀使用，保证偏航刹车液压油路安全可靠，当超过偏航制动器15的最高压力值，也就是达到第三溢流阀10开启压力时开始溢流。第三蓄能器14可以有效保压，也可在制动时更加平稳。第三单向阀11主要减少偏航***压力油的泄流量。第三单向阀11可以有效保压。
在进一步技术方案中，包括油箱，在液压源油路中设置有第一蓄能器6、第一单向阀4、第一压力传感器5、第一溢流阀2、球阀7，第一蓄能器6和第一单向阀4及第一压力传感器5设置在第一减压阀3的输出油路中，第一溢流阀2设置在液压泵1与第一减压阀3之间油路中，球阀7设置在第一减压阀3的输出油路与油箱之间回油油路中。第一蓄能器6的进油口与第一单向阀4的出油口相连，第一单向阀4的进油口与第一减压阀3的出油口相连接，第一减压阀3的进油口与液压泵1的出油口相连，第一溢流阀2的进油口与液压泵1的出油口相连，球阀7的进油口与第一单向阀4的出油口相连，球阀7的出油口与油箱相连接。在液压源油路中设置有手动泵9和第四单向阀8，第四单向阀8设置在手动泵9的输出油路中，第四单向阀8的输出口与第一减压阀3的输出油路相连。手动泵9的出油口与第四单向阀8的进油口相连，第四单向阀8的出油口与第一单向阀4的出油口相连。
液压泵1用于给第一蓄能器6提供冲压油源，控制器根据第一压力传感器5的压力信号，当第一蓄能量压力达到第一蓄能量设定压力值时，控制电机启停，维持第一蓄能器6压力在某区间范围内。第一溢流阀2作安全阀使用，当液压源油路最高压力不超过设定值。第一单向阀4主要减少***压力油的泄流量。手动泵9在液压泵1无法提供油源的紧急情况下使用，维持***压力在一段时间内稳定；球阀7用于对第一蓄能器6压力油口进行卸荷。
为了实现主轴恒功率和机舱恒功率制动，如图2所示，本发明的第二实施例与第一实施例不同在于：包括控制器和检测机舱转速的机舱转速传感器，将第一减压阀3和第二减压阀17的输入油路共同与液压泵1的输出油路相连。也就是液压泵1输出的压力油一部分经过第一减压阀3向偏航刹车液压油路供油，另一部分经过第二减压阀17向主轴刹车液压油路供油。
第一减压阀3为电比例减压阀；控制器根据第三压力传感器13信号和机舱转速传感器信号调节第一减压阀3输出口压力，使第一减压阀3的输出压力与机舱转速乘积恒定。控制器根据第二压力传感器22信号和主轴转速传感器信号调节第二电比例减压阀17输出口压力，使第二电比例减压阀17的输出压力与主轴转速乘积恒定。从而实现主轴恒功率和机舱恒功率制动。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种风力发电机刹车液压***，其特征在于，包括控制器和检测主轴转速的主轴转速传感器及主轴刹车液压油路，在主轴刹车液压油路中设置有第二电比例减压阀(17)、第一换向阀(24)、主轴制动器(20)，第一换向阀(24)设置在第二电比例减压阀(17)与主轴制动器(20)之间油路中；
在第一换向阀(24)与主轴制动器(20)之间油路中设置有第二压力传感器(22)；控制器根据第二压力传感器(22)信号和主轴转速传感器信号调节第二电比例减压阀(17)输出口压力，使第二电比例减压阀(17)的输出压力与主轴转速乘积恒定。
2.根据权利要求1所述的风力发电机刹车液压***，其特征在于，在第一换向阀(24)与第二电比例减压阀(17)之间的油路中设置有第二单向阀(18)；在第一换向阀(24)与主轴制动器(20)之间油路中设置有第二蓄能器(21)和第二节流孔(23)。
3.根据权利要求2所述的风力发电机刹车液压***，其特征在于，在主轴刹车液压油路中设置有第二溢流阀(19)和第一节流孔(16)，第一节流孔(16)设置在第二电比例减压阀(17)的输入油路中，第二溢流阀(19)位于第一换向阀(24)与第二单向阀(18)之间的油路中。
4.根据权利要求1所述的风力发电机刹车液压***，其特征在于，还包括偏航刹车液压油路，在偏航刹车液压油路中设置有第二换向阀(12)和偏航制动器(15)及第一减压阀(3)，第二换向阀(12)位于偏航制动器(15)和第一减压阀(3)之间的油路中。
5.根据权利要求4所述的风力发电机刹车液压***，其特征在于，还包括检测机舱转速的机舱转速传感器，第一减压阀(3)为电比例减压阀；
在第二换向阀(12)与偏航制动器(15)之间油路中设置有第三压力传感器(13)；控制器根据第三压力传感器(13)信号和机舱转速传感器信号调节第一减压阀(3)输出口压力，使第一减压阀(3)的输出压力与机舱转速乘积恒定。
6.根据权利要求4或5所述的风力发电机刹车液压***，其特征在于，在第二换向阀(12)与偏航制动器(15)之间的油路中设置有第三蓄能器(14)；在偏航刹车液压油路中设置有第三溢流阀(10)和第三单向阀(11)，第三单向阀(11)和第三溢流阀(10)布置在第二换向阀(12)的输入油路中。
7.根据权利要求4所述的风力发电机刹车液压***，其特征在于，包括液压源油路，在液压源油路中设置有液压泵(1)，第一减压阀(3)的输入油路与液压泵(1)的输出油路相连，第二电比例减压阀(17)输入油路与第一减压阀(3)和第二换向阀(12)之间油路相连。
8.根据权利要求7所述的风力发电机刹车液压***，其特征在于，包括油箱，在液压源油路中设置有手动泵(9)和第四单向阀(8)，第四单向阀(8)设置在手动泵(9)的输出油路中，第四单向阀(8)的输出口与第一减压阀(3)的输出油路相连；在液压源油路中设置有第一蓄能器(6)、第一单向阀(4)、第一压力传感器(5)、第一溢流阀(2)、球阀(7)，第一蓄能器(6)和第一单向阀(4)及第一压力传感器(5)设置在第一减压阀(3)的输出油路中，第一溢流阀(2)设置在液压泵(1)与第一减压阀(3)之间油路中，球阀(7)设置在第一减压阀(3)的输出油路与油箱之间回油油路中。
9.根据权利要求8所述的风力发电机刹车液压***，其特征在于，包括电机，电机与液压泵(1)相连接；控制器根据第一压力传感器(5)信号，当第一蓄能器(6)的压力值达到第一蓄能器(6)设定压力值时，控制电机停止。
10.一种风力发电机，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的风力发电机刹车液压***。
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