CN101806281B - 用于风力发电机组主轴制动的液压装置 - Google Patents

用于风力发电机组主轴制动的液压装置 Download PDF

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用于风力发电机组主轴制动的液压装置,属于风力发电设备制动领域,它解决了现有风力发电机组主轴制动系统采用盘式刹车,其刹车力矩小,并且系统结构复杂的问题。它的刹车块的中间环段在端圆环段和楔形面环段之间形成环状凹槽,端圆环段与中空油缸的大端面连接,活塞杆设于中空油缸的内部,活塞杆的环状突起与中空油缸的台肩结构内环表面相配合;活塞杆的底段内环表面与楔形面环段的外表面间隙配合;液压缸盖与中空油缸和活塞杆密封配合,液压缸盖和中空油缸的外环表面上设置衬套;活塞杆与液压缸盖和中空油缸之间设置导向套;液压控制系统的输油管路连接液压缸盖上的进油口,回油管路连接中空油缸上的回油口。本发明用于风力发电机组主轴的制动。

Description

用于风力发电机组主轴制动的液压装置
技术领域
本发明涉及一种用于风力发电机组主轴制动的液压装置,属于风力发电设备制动领域。
背景技术
风能是太阳能的转化形式,是一种可再生的自然能源,它不会产生任何污染排放,是人类社会经济可持续发展的主要新动力源之一。
目前商用大型风力发电机组一般采用水平轴风力发电机,它由叶轮、增速齿轮箱、发电机、偏航系统、控制系统和塔架等部件所组成,如图3所示,其中叶轮由气动性能优异的叶片装在轮毂上形成,它将风能转换成机械能,通过传动系统传给增速齿轮箱增速,再将动力传递给发电机。叶轮、增速齿轮箱和发电机等都安装在机舱平面上,整个机舱由高大的塔架举起。当风力发电机组需要检修或由于外界环境的变化而不利于其正常工作时,需要停机,这时要通过机舱内安装的主轴制动装置,强行使主轴停转。为使风力发电机组安全工作,配备一套可靠的主轴制动系统尤为重要。
传统主轴制动的机械结构采用的是盘式刹车,通过液压控制使刹车片夹住碟盘,使其压紧在主轴的齿盘上,二者之间由于产生摩擦,使主轴转动速度降低,最终制动。这种盘式刹车的刹车力矩比较低,对于紧急情况下的大扭矩的风力发电机主轴不能够实现快速制动。若要改善这种盘式刹车的缺点,只能提供较大的油压或者使用直径较大的刹车盘,来提高刹车的力矩,这会造成系统结构复杂,维护量大,并且使主轴制动机构可靠性降低。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有风力发电机组主轴制动系统采用盘式刹车,其刹车力矩小,并且系统结构复杂的问题,而提供一种用于风力发电机组主轴制动的液压装置。
本发明所述液压装置为一套,所述液压装置由机械结构和液压控制系统组成,所述机械结构为中空的液压缸,它由刹车块、中空油缸、活塞杆、液压缸盖、多个导向套和衬套组成,
刹车块由内径相等的端圆环段、中间环段和楔形面环段组成,端圆环段、中间环段和楔形面环段从一侧起顺次固定为一体件,楔形面环段的大直径端面与中间环段的一侧端面连接在一起,中间环段在端圆环段和楔形面环段之间的外表面形成环状凹槽;
中空油缸、液压缸盖和刹车块的端圆环段的外径相同,中空油缸的内环表面为台肩结构,中空油缸的大端面与刹车块的端圆环段位于环状凹槽一侧的端面固定连接,刹车块与中空油缸之间形成凹槽,活塞杆的一端位于所述的凹槽内,活塞杆的外环面设置环状突起,活塞杆上的环状突起位于中空油缸的台肩内,并相互配合;
活塞杆的底段内环表面与楔形面环段的外表面间隙配合,活塞杆和刹车块的内环表面为刹车轴外表面接触面;
液压缸盖设置于中空油缸的顶端,与中空油缸和活塞杆密封配合,液压缸盖和中空油缸的外环表面上设置衬套,衬套的外环表面为增速齿轮箱的壳体内壁接触面;活塞杆与液压缸盖和中空油缸的接触面之间设置多个导向套;
液压缸盖的侧壁上开有进油口,中空油缸的侧壁上开有回油口,液压控制系统的输油管路连接所述进油口,液压控制系统的回油管路连接所述回油口。
本发明的优点是:本发明所述的液压装置,其机械结构在使用时需要固定于增速齿轮箱的内部,并套于刹车轴上,它利用活塞杆的伸缩来实现刹车块与刹车轴的连接与分离,通过刹车轴与刹车块之间的摩擦力实现对刹车轴的抱死,完成制动功能,控制简单可靠,这种液压装置需要的工作油压低,具有结构简单,制动力矩大,体积小,重量轻、控制元件少,可靠性高的优点,能够有效降低故障发生几率,确保对风力发电机组的主轴制动安全可靠地进行。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;图2为本发明液压控制系统的液压原理图;图3是现有水平轴风力发电机的结构简图。
具体实施方式
具体实施方式一:下面结合图1和图2说明本实施方式,本实施方式所述液压装置为一套,所述液压装置由机械结构1和液压控制系统2组成,所述机械结构1为中空的液压缸,它由刹车块11、中空油缸12、活塞杆13、液压缸盖14、多个导向套15和衬套16组成,
刹车块11由内径相等的端圆环段111、中间环段112和楔形面环段113组成,端圆环段111、中间环段112和楔形面环段113从一侧起顺次固定为一体件,楔形面环段113的大直径端面与中间环段112的一侧端面连接在一起,中间环段112在端圆环段111和楔形面环段113之间的外表面形成环状凹槽;
中空油缸12、液压缸盖14和刹车块11的端圆环段111的外径相同,中空油缸12的内环表面为台肩结构,中空油缸12的大端面与刹车块11的端圆环段111位于环状凹槽一侧的端面固定连接,刹车块11与中空油缸12之间形成凹槽,活塞杆13的一端位于所述的凹槽内,活塞杆13的外环面设置环状突起,活塞杆13上的环状突起位于中空油缸12的台肩内,并相互配合;
活塞杆13的底段内环表面与楔形面环段113的外表面间隙配合,活塞杆13和刹车块11的内环表面为刹车轴外表面接触面;
液压缸盖14设置于中空油缸12的顶端,与中空油缸12和活塞杆13密封配合,液压缸盖14和中空油缸12的外环表面上设置衬套16,衬套16的外环表面为增速齿轮箱的壳体内壁接触面;活塞杆13与液压缸盖14和中空油缸12的接触面之间设置多个导向套15;
液压缸盖14的侧壁上开有进油口141,中空油缸12的侧壁上开有回油口121,液压控制系统2的输油管路连接所述进油口141,液压控制系统2的回油管路连接所述回油口121。
本实施方式所述液压装置在使用时,装配于增速齿轮箱的壳体内,活塞杆13和刹车块11套在刹车轴的外表面上,所述刹车轴即为风力发电机组的主轴,并且活塞杆13和刹车块11的内环表面与刹车轴的外表面之间沿径向存在1mm的微小距离,增速齿轮箱的壳体与衬套16、液压缸盖14和中空油缸12通过螺栓与销钉固定在一起。在活塞杆13与液压缸盖14和中空油缸12的接触面之间设置多个导向套15,可以为活塞杆13提供导向和支承的作用,它能够使刹车块11与刹车轴之间1mm的微小距离得到保持;衬套16为所述液压装置在增速齿轮箱内的安放提供了保障,由于中空油缸12的外径与增速齿轮箱的内壁之间设有间隙,这个间隙可以通过衬套16来弥补,由此能够实现中空油缸12的固定;在端圆环段111和楔形面环段113之间形成环状凹槽这种结构的设计,便于刹车块11受力后产生变形。
本实施方式所述液压装置既可用在风力发电机组的主轴制动系统上,也可用于偏航刹车系统上。不同应用时的具体参数不同,原理相同。
具体实施方式二:下面结合图2说明本实施方式,本实施方式与实施方式一的不同之处在于所述液压控制系统2由蓄能器21、电接点压力表22、单向阀23、电磁换向阀24、溢流阀25、定量泵26和电机27组成,
电机27的输出轴连接定量泵26的输入轴,电磁换向阀24的T口通过管路连接定量泵26的入口,电磁换向阀24的P口通过管路连接定量泵26的出口,电磁换向阀24的B口通过所述回油管路连接机械结构1中的中空油缸12上的回油口121,电磁换向阀24的A口通过管路连接单向阀23的进油口,单向阀23的出油口通过所述输油管路连接机械结构1中的液压缸盖14上的进油口141,电磁换向阀24和定量泵26之间的两条管路之间连接溢流阀25,蓄能器21的出口连通于所述输油管路,电接点压力表22的出口连通于所述输油管路。其它组成及连接关系与实施方式一相同。
本实施方式中,由电机27带动定量泵26转动,定量泵26向中空油缸12输出压力油,来实现刹车轴的制动。单向阀23可实现对中空油缸12的保压,蓄能器21为机械结构1的制动提供能量补充,当中空油缸12内压力不足时,电接点压力表22能够自动控制压力油的接入;需要松开刹车块11对刹车轴的制动时,电磁换向阀24会将压力油反接,起到换向的作用;溢流阀25的作用是保证进入中空油缸12中压力油的压力一定,以保证足够的制动力矩,它还可防止油压过高引起故障。
工作过程及原理:当刹车轴需要制动时,定量泵26输出压力油,压力油由液压缸盖14上的进油口141输入中空油缸12,并推动活塞杆13向左运动,当活塞杆13向左与刹车块11接触时,活塞杆13的楔形面底段就会对刹车块11的楔形面环段113形成径向的作用力,产生用于保持刹车轴制动的扭矩,刹车块11在径向力的作用下会产生径向形变并与刹车轴接触,最终形成对刹车轴的摩擦力,使刹车轴在摩擦力的作用下实现制动;当要松开制动时,使液压油从回油口121进入,并推动活塞杆13向右运动,使其与刹车块11分离,相互不再产生作用力,此时刹车块11对刹车轴不产生制动作用。由进油口141通入压力油时,为制动状态,此时回油口121用于回油;当由回油口121通入液压油时,为松开制动状态,此时刹车块11与刹车轴松开,进油口141用于回油。
具体实施方式三:本实施方式与实施方式一的不同之处在于所述刹车块11由两个或多个沿轴径向分段的弧段组成。
刹车块11若要形成径向变形,必须有两个以上的弧段组合而成,如果为一个环形的整体式刹车块11,则无法完成对刹车轴的箍紧作用。
具体实施方式四:本实施方式与实施方式一、二或三的不同之处在于所述液压装置为两套或多套。其它组成及连接关系与实施方式一、二或三相同。
为了增大对风力发电机组主轴的制动转矩,以实现快速、安全的制动,可在风力发电机组的主轴上并行布置多套所述的液压装置,它可以降低单套液压装置的制动油压;同时,当某一套液压装置的液压回路发生故障失压时,可以通过控制系统自动切换到第二套液压装置,甚至第三套液压装置进行制动,这样使对风力发电机组主轴进行制动的可靠性大大提高。在突发情况需要快速停机时,还可以控制多套液压装置同时工作,加快对主轴的制动速度,以便在最短时间内使主轴停止转动。
本发明不局限于上述实施方式,还可以是上述各实施方式中所述技术特征的合理组合。

Claims (4)

1.一种用于风力发电机组主轴制动的液压装置,其特征在于:所述液压装置为一套,所述液压装置由机械结构(1)和液压控制系统(2)组成,所述机械结构(1)为中空的液压缸,它由刹车块(11)、中空油缸(12)、活塞杆(13)、液压缸盖(14)、多个导向套(15)和衬套(16)组成,
刹车块(11)由内径相等的端圆环段(111)、中间环段(112)和楔形面环段(113)组成,端圆环段(111)、中间环段(112)和楔形面环段(113)从一侧起顺次固定为一体件,楔形面环段(113)的大直径端面与中间环段(112)的一侧端面连接在一起,中间环段(112)在端圆环段(111)和楔形面环段(113)之间的外表面形成第一环状凹槽;
中空油缸(12)、液压缸盖(14)和刹车块(11)的端圆环段(111)的外径相同,中空油缸(12)的内环表面为台肩结构,中空油缸(12)的大端面与刹车块(11)的端圆环段(111)位于第一环状凹槽一侧的端面固定连接,刹车块(11)与中空油缸(12)之间形成第二凹槽,活塞杆(13)的一端位于所述的第二凹槽内,活塞杆(13)的外环面设置环状突起,活塞杆(13)上的环状突起位于中空油缸(12)的台肩内,并相互配合;
活塞杆(13)的底段内环表面与楔形面环段(113)的外表面间隙配合,活塞杆(13)和刹车块(11)的内环表面为刹车轴外表面接触面;
液压缸盖(14)设置于中空油缸(12)的顶端,与中空油缸(12)和活塞杆(13)密封配合,液压缸盖(14)和中空油缸(12)的外环表面上设置衬套(16),衬套(16)的外环表面为增速齿轮箱的壳体内壁接触面;活塞杆(13)与液压缸盖(14)和中空油缸(12)的接触面之间设置多个导向套(15);
液压缸盖(14)的侧壁上开有进油口(141),中空油缸(12)的侧壁上开有回油口(121),液压控制系统(2)的输油管路连接所述进油口(141),液压控制系统(2)的回油管路连接所述回油口(121)。
2.根据权利要求1所述的用于风力发电机组主轴制动的液压装置,其特征在于:所述液压控制系统(2)由蓄能器(21)、电接点压力表(22)、单向阀(23)、电磁换向阀(24)、溢流阀(25)、定量泵(26)和电机(27)组成,
电机(27)的输出轴连接定量泵(26)的输入轴,电磁换向阀(24)的T口通过管路连接定量泵(26)的入口,电磁换向阀(24)的P口通过管路连接定量泵(26)的出口,电磁换向阀(24)的B口通过所述回油管路连接机械结构(1)中的中空油缸(12)上的回油口(121),电磁换向阀(24)的A口通过管路连接单向阀(23)的进油口,单向阀(23)的出油口通过所述输油管路连接机械结构(1)中的液压缸盖(14)上的进油口(141),电磁换向阀(24)和定量泵(26)之间的两条管路之间连接溢流阀(25),蓄能器(21)的出口连通于所述输油管路,电接点压力表(22)的出口连通于所述输油管路。
3.根据权利要求1所述的用于风力发电机组主轴制动的液压装置,其特征在于:所述刹车块(11)由两个或多个沿轴径向分段的弧段组成。
4.根据权利要求1、2或3所述的用于风力发电机组主轴制动的液压装置,其特征在于:所述液压装置为两套或多套。
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