发明内容
为了使风力发电设备能够满足上述四发面的要求,本发明的目的为提供一种风力发电设备的液压控制系统。
本发明的风力发电设备的液压控制系统,包括液压动力单元、与液压动力单元连接的主、副油路,以及连接在主、副油路上的偏航单元、停机制动单元、变桨单元、安全制动单元;
所述液压动力单元为向主、副油路中供油,为其它各单元工作提供所需油压;
所述偏航单元为根据方向信号控制风力机叶片正对风向;
所述停机制动单元为当风力机需要停止运转时,对风力机主轴进行制动;
所述变桨单元为控制改变叶片角度;
所述安全制动单元为变桨后的叶片进行安全制动;
所述液压动力单元包括双联内啮合泵、顺序阀F3和二位四通换向电磁阀F6,所述双联内啮合泵生成一条主油路和一条副油路,所述副油路连接顺序阀F3,主油路连接二位四通换向电磁阀F6的第1接口,二位四通换向电磁阀F6的第2接口连接有单向阀D3;
所述偏航单元包括偏航马达、偏航马达刹车、偏航刹车和H型换向电磁阀F9;所述偏航马达刹车连接顺序阀F3;所述H型换向电磁阀F9的第1接口连接二位四通换向电磁阀F6的第3接口,H型换向电磁阀F9的第3、4接口之间连接偏航马达,H型换向电磁阀F9的第2接口连接油箱;所述单向阀D3经换向电磁阀F7连接偏航刹车进油端,偏航刹车出油端经顺序阀F10、换向电磁阀F11连接油箱。采用上述技术方案,本发明的风力发电设备的液压控制系统能实现对风力机转向、停机、变桨、安全制动进行控制,从而有助于风力发电设备发电效能、设备运行安全的提高,也有助于设备的维护方便。
具体实施方式
如图1所示,本发明的风力发电设备的液压控制系统,包括液压动力单元100、与液压动力单元100连接的主、副油路,以及连接在主、副油路上的偏航单元200、停机制动单元300、变桨单元400、安全制动单元500以及系统保压单元600。
如图2所示,液压动力单元100包括双联内啮合泵101、溢流阀F1、溢流阀F2、顺序阀F3、二位两通换向电磁阀F4、二位四通换向电磁阀F6、过滤器G1、单向阀D1、单向阀D2以及单向阀D3。二位四通换向电磁阀F6具有四个接口。
其中双联内啮合泵101生产两条油路,一条为主油路P、一条为副油路P1。顺序阀F3在副油路P1上与双联内啮合泵101连接。在顺序阀F3和双联内啮合泵101之间连接有一条支油路,溢流阀F1和二位两通换向电磁阀F4并联在该支油路上,并经过过滤器G2通向油箱001。顺序阀F3是一个压力阀,顺序阀F3通常处于关闭状态,当顺序阀F3的进油端的油压超过设定值(本实施例为12bar),顺序阀F3会自动打开。溢流阀F1为一个单向压力阀,起到对副油路P1限压作用。当副油路P1中的油压处于正常范围时,溢流阀F1是关闭的,一旦副油路P1中的油压高出设定值(本实施例为100bar),溢流阀F1就会自动打开,将过多的油经过滤器G2过滤后排到油箱001中。二位两通换向电磁阀F4在此起到一个类似开关的作用,当此阀处于常态时,副油路P1中的液压油就直接回油箱001。当二位两通换向电磁阀F4和换向电磁阀F5同时得电偏航马达刹车松开,偏航马达才能旋转。
主油路P一端连接双联内啮合泵101,另一端依次经并联的单向阀D1和过滤器G1、单向阀D2连接二位四通换向电磁阀F6的第1接口。二位四通换向电磁阀F6的第2接口连接单向阀D3。过滤器G1和单向阀D2之间也有一条支油路,溢流阀F2设置在该支油路上并也经过滤器G2通向油箱001。过滤器G1对双联内啮合泵101泵出的油进行过滤,可以保证主油路P中的油液的清洁度。如果过滤器G1堵塞,双联内啮合泵101泵出的油从单向阀D1流过,溢流阀F2也是一个单向压力阀,起到对主油路P限压作用。当主油路P中的油压处于正常范围时,溢流阀F2是关闭的,一旦主油路P中的油压高出设定值(本实施例为150bar),溢流阀F2就会自动打开,将过多的油经过滤器G2过滤后排到油箱001中。二位四通换向电磁阀F6是一种电磁阀,用于油路的切换。在平常情况下,第1接口和第2接口连通,第1接口和第3接口不通,在得电情况下,第1接口和第3接口连通,第1接口和第2接口不通。
再如图2所示,偏航单元200包括三个偏航马达201、三个偏航马达刹车202、六个偏航刹车203,H型换向电磁阀F9、溢流阀F8、换向电磁阀F5、换向电磁阀F7、顺序阀F10、换向电磁阀F11。其中,三个偏航马达刹车202并联后与顺序阀F3连接,在失油条件下将三个偏航马达201刹住,当在要启动偏航马达201时,副油路P1中油经过顺序阀F3给偏航马达刹车202注油,使偏航马达刹车202松开,释放偏航马达201。在偏航马达刹车202和顺序阀F3之间还具有通向油箱002的支油路,该支油路连接有换向电磁阀F5。该换向电磁阀F5的作用是在偏航马达201不工作时,给偏航马达刹车202泄压,使偏航马达刹车202回复到刹紧偏航马达201的状态。
H型换向电磁阀F9具有四个接口,其中第1接口连接二位四通换向电磁阀F6的第3接口,第2接口经过滤器G2连通油箱001,三个偏航马达201并联后连接在H型换向电磁阀F9的第3和第4接口之间。该H型换向电磁阀F9在不需要偏航马达工作的情况下,H型换向电磁阀F9失电,从二位四通换向电磁阀F6的第3接口进来的油会经过H型换向电磁阀F9的第1接口、a点、b点、第2接口流进油箱001中,不会驱动偏航马达;当H型换向电磁阀F9的A向得电时,换向电磁阀F9的第1接口和第3接口会贯通,第4接口和第2接口会贯通,从二位四通换向电磁阀F6的第3接口进来的油会经H型换向电磁阀F9的第1接口、第3接口、偏航马达201、第4接口、第2接口流入油箱001中,驱动偏航马达201正向转动;当H型换向电磁阀F9的B向得电时,换向电磁阀F9的第1接口和第4接口会贯通,第3接口和第2接口会贯通,从二位四通换向电磁阀F6的第3接口进来的油会经H型换向电磁阀F9的第1接口、第4接口、偏航马达201、第3接口、第2接口流入油箱001中,驱动偏航马达201反向转动。就是这样正向、反向驱动偏航马达201转动,从而可以控制风力机的转向。
为了对流进液压马达201的油进行限压,溢流阀F8一端连接H型换向电磁阀F9的第1接口,另一端也经过滤器G2连通油箱001。当流进液压马达201的油压超过设定值(本实施例为85bar),多余的油会经溢流阀F8流到油箱001中。
在顺序阀F3和偏航马达刹车之间还连接有经过节流孔J1连接到H型换向电磁阀第1接口的支油路。有了该支油路,副油路P1中的一部分液压油会合流到主油路P中共同给偏航马达201供油,给偏航马达201增加动力。六个偏航刹车203串联后,进油端经换向电磁阀F7、节流孔J3、单向阀阀D4连接到单向阀D3上;出油端经顺序阀F10、换向电磁阀F11、过滤器G2连接油箱001;在节流孔J3和单向阀D4之间还具有一个支油路,该支油路连接到蓄能器X1。当偏航马达201将风力机转向到正对风向位置时,油经单向阀D4、节流孔J3、换向电磁阀F7给六个偏航刹车203注油,将偏航马达201刹住。当不要对偏航马达201刹车时,顺序阀F10、换向电磁阀F11开启,将偏航刹车203中油释放会油箱001。在油经单向阀D4、节流孔J3、换向电磁阀F7向六个偏航刹车203注油过程中,一部分油会从节流孔J3和单向阀D4之间的支油路给蓄能器X1注油蓄能,以起到在偏航刹车203刹住偏航马达201过程中,对偏航刹车203进行保压,以防止在系统出现故障时,主油路断油情况下,蓄能器X1能够给偏航刹车203补油,以保证刹车效能的可靠性。
停机制动单元300包括两个高速主轴刹车301、位置反馈阀F14、二位三通带手动换向电磁阀F13、手动泵302、蓄能器X4。其中,位置反馈阀F14带有位置传感器,给出的控制信号能够控制风力机不能在主轴锁紧状态下开机。位置反馈阀F14具有四个接口,其第1接口连接单向阀D3、第2接口连接油箱003,第3接口经单向阀D6、单向阀D5连接二位三通带手动换向电磁阀F13的第1接口,二位三通带手动换向电磁阀F13的第2接口连接油箱003,二位三通带手动换向电磁阀F13的第3接口连接节流孔J4;两个高速主轴刹车301串联起来,进油端连接节流孔J4、出油端连接蓄能器X4,当系统停止供油时,节流孔J4使油不会泻的太快,蓄能器X4压力可以补充压力的损失达到保压功能。二位三通带手动换向电磁阀F13既可以通过电磁铁自动控制,也可以通过手动控制,以保证系统出现故障时失电状态下工作。
在单向阀D5和单向阀D6之间连接有一条支油路,该支油路连接手动泵302的出油端,手动泵302的进油端连接油箱004,为了给该支路限压,手动泵302出油端还连接一个溢流阀F15,该溢流阀F15再连接到油箱003。位置反馈阀F14通常情况下断开,油无法进入高速主轴刹车301,风力机就可以转动工作发电。如果需要将风力机停下来,让位置反馈阀F14得电,这时第1接口和第3接口连通,并将二位三通带手动换向电磁阀F13得电使其第1和第3接口接通,让油注入高速主轴刹车301中,使该高速主轴刹车301锁紧风力机主轴,让风力机停止运转。当风力机工作时,使二位三通带手动换向电磁阀F13失电,让二位三通带手动换向电磁阀F13的第2接口和第3接口连通,将高速主轴刹车301中释放到油箱003中,这样高速主轴刹车301就松开了风力机的主轴,风力机就可以转动发电了。在系统出现故障维修时,可以利用手动泵302向高速主轴刹车301中泵油,以检查系统情况。
为了能够保证进入停机制动单元300中的主油路P油压的稳定,系统保压单元600包括溢流阀F12、两个蓄能器X2、X3。两个蓄能器X2、X3相互并联后连接在主油路P上,溢流阀F12一端和主油路P连接,另一端连接油箱003.当主油路P中油压超过设定值(本实施例为200bar)时,溢流阀F12打开对主油路P进行泄压。当主油路P油压不够时,蓄能器X2、X3可以向主油路注油以保持油压。
变桨单元400包括三个变桨油缸401,伺服阀F19,两个平衡阀F17、D11和两个单向阀D10、D11。
其中,伺服阀F19具有四个接口,第1接口经球阀Q1与主油路P连接;第2接口经单向阀D9连接油箱005,平衡阀F17和平衡阀F18是相同结构的阀,各具有三个接口,伺服阀F19的第3接口与平衡阀F17的第1接口相连接,伺服阀F19的第4接口与平衡阀F18的第1接口相连接,平衡阀F17的第2接口和平衡阀F18的第2接口均经单向阀D9连通油箱005,三个变桨油缸401并联在平衡阀F17的第3接口和平衡阀F18的第3接口之间,单向阀D10并联在平衡阀F17,即一端连接平衡阀F17的第1接口,另一端连接平衡阀F17的第3接口;单向阀D11并联在平衡阀F18上,即一端连接平衡阀F18的第1接口,另一端连接平衡阀F18的第3接口。另外,两个平衡阀F17、D11的液压开关均连接到伺服阀F19的第1接口和球阀Q1之间的油路上。当主油路P油路上有压力时,平衡阀阀F17、F18开启。
伺服阀F19在这里的作用很关键,它可以控制变桨叶片的偏转角度,平衡阀F17、F18在这里主要是起到缓冲的作用。当叶片需要偏转时,系统会给伺服阀F19信号,伺服阀F19会自动控制需要偏转角度,当第1接口和第4接口接通,第2接口和第3接口接通时,主油路P中的液压油经过单向阀D11将变桨油缸401向左推出一定位移,变桨油缸401中的油将平衡阀F17顶开经过单向阀D9回到油箱005,这时风力机的叶片就正向转动一定角度。当伺服阀F19的第1接口和第3接口接通,第2接口和第4接口接通时,主油路P中的液压油路经过单向阀D10将变桨油缸401向右推进一定位移,变桨油缸401中的油将平衡阀F18顶开经过D9回到油箱005中,这时风力机的叶片就反向转动了一定角度。通过如此方式,就实现了风力机的叶片角度的改变。
安全制动单元500共有三个,分别为变桨后的三个叶片进行安全制动,该三个安全制动单位500并联在双电磁球阀F16的第3接口和第4接口之间,双电磁球阀F16的第1接口连接单向阀D8,单向阀D8经球阀Q1连接单向阀D3,双电磁球阀F16的第2接口连接油箱005。
安全制动单元500包括安全油缸501、液控单向阀F20,液控单向阀F22、插装阀F21,蓄能器X5。其中每个安全油缸501的左端口经液控单向阀F20,液控单向阀F22连接双电磁球阀F16的第3接口,液控单向阀F20,液控单向阀F22的液控开关连接安全油缸501的右端口。双电磁球阀F16的第4接口分3路,第一路直接连接在安全油缸501的右端口,第二路经节流阀J4连接双电磁球阀F16的第3接口,第三路连接单向阀D12,单向阀D12分两路,一路连接蓄能器X5,一路经插装阀F21连接到液控单向阀F20和液控单向阀F22之间油路上;另外单向阀D12上还并联一个节流阀J5。
当风力发电设备需要启动安全系统时,从主油路P经双电磁球阀F16第3接口流出的液压油通过液控单向阀F22分为两路,一路将插装阀F21顶开使之接通给蓄能器X5充压,一路直接通过液控单向阀F20将安全刹车油缸501推出去使桨叶停止转动实现安全刹车。当需要桨叶变桨时,双电磁球阀F16两侧同时得电换向,第1接口和第4接口接通,第2接口和第3接口接通,从主油路P经双电磁球阀F16第4接口流出的液压油在单向阀D12处分为两路,一路经过单向阀D12给蓄能器X5充压,当压力饱和时将插装阀F21顶开,经过电液控制将液控单向阀F22打开,液压油经液控单向阀F22直接流回油箱005,另一路在对安全刹车油缸501泄压时,安全刹车油缸501中液压油在高压情况下作用液控开关使液控单向阀F20、液控单向阀F22打开,安全刹车油缸501中的液压油经过液控单向阀F20、液控单向阀F22流回油箱005。当系统断电的情况下,蓄能器X5可以释放能量将插装阀F21顶开通过液控单向阀F20将安全刹车油缸501推出实现安全刹车。安全刹车油缸501只有两种状态,当油缸推出处于安全位,桨叶不能转动,当油缸松开时,桨叶可以转动。节流阀J14、J15在这里的主要作用是当安全刹车油缸501或者蓄能器X5需要更换或维修时,卸掉安全刹车油缸501或蓄能器X5里的液压油,使维修处于安全状态。
平衡阀F17的第3接口还通过单向阀D7连接双电磁球阀F16的第4接口。单向阀D7可以快速对变桨油缸401进行泄压。
另外,为了能够对系统状况进行监测,该系统相应位置处会连接相关其它液压器件,如压力表,压力开关等。通过上述详细描述,可以发现本发明的风力发电设备的液压控制系统能够实现如下功能。
1、偏航单元能够根据风向信号转动风力机,使风力机能够始终正对风的最大方向,最大限度地利用风能。
2、当风力机蓄电池的能量饱和或者风力机需要维修时,停机制动单元能够锁紧风力机主轴,使叶片停止转动。
3、变桨单元能够自动风力机叶片的角度,从而可以根据需要风轮的转速,控制输出功率。
4、当风力机在承受超出本身能承受的风力时或者需要使风力机停止运作时,安全制动单元能够对叶片紧急制动,以保证风力发电设备的安全。
因此,本发明的风力发电设备的液压控制系统实现了对风力机转向、停机、变桨、安全制动进行有效控制,有助于风力发电设备发电效能、设备运行安全的提高,也有助于设备的维护方便。
但是,本领域技术人员应该认识到,上述的具体实施方式只是示例性的,是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利,不能理解为是对本专利包括范围的限制;只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰,均落入本专利包括的范围。