CN101813066B - 风力发电机的直驱式容积控制变桨系统 - Google Patents

Abstract

一种风力发电机的直驱式容积控制变桨系统，涉及风机变桨系统技术领域，所解决的是保证顺桨响应速度的同时降低成本的技术问题。该变桨系统蓄能回路和桨叶泵控回路；所述蓄能回路包括液控安全阀、蓄能泵电机、蓄能泵、储油蓄能器、高压蓄能器和快关电磁阀；所述桨叶泵控回路包括伺服电机、变桨油缸、双向泵和五个液控单向阀；所述变桨油缸用于带动风力发电机的桨叶变桨；所述伺服电机通过双向泵控制变桨油缸运行，进而控制风力发电机的正常变桨；风力发电机需要快速顺桨时，由蓄能回路直接向各变桨油缸供油。本发明提供的变桨系统，能顺桨响应速度快，系统成本低。

Description

风力发电机的直驱式容积控制变桨系统

技术领域

本发明涉及风机变桨系统的技术，特别是涉及一种用于风力发电机的直驱式容积控制变桨系统的技术。

背景技术

现有的风机变桨系统主要有“伺服电机驱动齿轮副变桨系统”和“伺服阀驱动油缸液压变桨系统”；

“伺服电机驱动齿轮副变桨系统”在控制风机变桨时，通过伺服控制器控制变桨伺服电机运行，变桨伺服电机通过小齿轮带动大齿轮转动，由大齿轮带动桨叶转动实现变桨；这种变桨系统具有快速顺桨响应速度慢及蓄电池在低温状况工作不稳定的缺点，而且由于变桨伺服电机和齿轮副的成本与风机功率成正比，因此使用该变浆系统的大功率风机的成本都较高。

“伺服阀驱动油缸液压变桨系统”在控制风机变桨时，通过伺服阀控制油缸运行，由油缸带动桨叶转动实现变桨；这种变桨系统具有快速顺桨响应速度快的优点，但是具有以下缺陷：1)需要设置独立油源，由独立油源通过旋转接头为变桨系统供油，其成本较高；2)伺服阀的成本较高，而且伺服阀对油质清洁度的要求也很高，因此需要在系统中配备很多过滤装置；3)这种系统的液压主回路中没有很多节流元件，工作时压力损耗很大，因此工作时产生的热量较高，需要配备冷却系统；4)这种变桨系统中的旋转接头具有容易漏油的缺点，其可靠性较差。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种快速顺桨响应速度快，稳定可靠且成本低廉的用于风力发电机的直驱式容积控制变桨系统。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种用于风力发电机的直驱式容积控制变桨系统，其特征在于：包括蓄能回路和桨叶泵控回路；

所述蓄能回路包括液控安全阀、蓄能泵电机、蓄能泵、至少一个储油蓄能器、至少一个高压蓄能器和快关电磁阀；

所述液控安全阀具有一个控制油口、一个进油口和一个出油口；所述快关电磁阀具有一个回油口、一个进油口和一个出油口，其进油口连接液控安全阀的进油口，其出油口经一节流阀连接液控安全阀的控制油口；

所述液控安全阀的进油口经一溢流阀连接快关电磁阀的回油口，并接有一个上压力开关和一个下压力开关；所述上压力开关和下压力开关连接并控制蓄能泵电机运行，其中上压力开关用于关闭蓄能泵电机，下压力开关用于开启蓄能泵电机；

所述蓄能泵电机连接并控制蓄能泵运行，所述蓄能泵的进油口经一常开吸油截止阀接至快关电磁阀的回油口，并设有一个用于连接外部油源的常闭加油截止阀，其出油口依次经一单向阀、一过滤器接至液控安全阀的进油口；

所述各储油蓄能器各经一储油截止阀接至快关电磁阀的回油口；所述各高压蓄能器各经一放油截止阀接至快关电磁阀的回油口，并各经一进油截止阀连接液控安全阀的进油口；

所述快关电磁阀的回油口接有储油压力表和储油压力传感器；

所述桨叶泵控回路包括伺服电机、变桨油缸、双向泵、第一液控单向阀、第二液控单向阀、第三液控单向阀、第四液控单向阀和第五液控单向阀；

所述变桨油缸具有两个工作腔，其中一个工作腔为有杆腔，另一个工作腔为无杆腔，其活塞杆设于有杆腔中；

所述伺服电机连接并控制双向泵运行，所述双向泵具有两个油口，分别为第一油口和第二油口；其第一油口经第一液控单向阀连接变桨油缸的无杆腔，其第二油口经第二液控单向阀连接变桨油缸的有杆腔；

所述快关电磁阀的回油口经第三液控单向阀连接变桨油缸的有杆腔，并经一节流阀连接液控安全阀的出油口，经第四液控单向阀连接双向泵的第一油口，经第五液控单向阀连接双向泵的第二油口；

所述第一液控单向阀和第四液控单向阀的控制油口连接双向泵的第二油口，所述第二液控单向阀和第五液控单向阀的控制油口连接双向泵的第一油口，所述第三液控单向阀的控制油口连接液控安全阀的出油口；

所述液控安全阀的出油口经一快速进油单向阀连接变桨油缸的无杆腔；

所述变桨油缸的两个工作腔各接有一个油缸压力传感器；

所述桨叶泵控回路有至少一个，每个桨叶泵控回路对应控制风力发电机的一个桨叶，各桨叶泵控回路相互并接；

所述风力发电机的每个桨叶上均装有一个用于检测该桨叶的桨距角的角位移传感器，所述角位移传感器经一解调器、一伺服放大器连接并控制其对应桨叶泵控回路中的伺服电机运行。

进一步的，所述液控安全阀的进油口接有一个高压力表。

进一步的，所述蓄能回路设有储油测压口和高压测压口，所述储油测压口经一单向阀连接快关电磁阀的回油口，所述高压测压口经一单向阀连接液控安全阀的进油口。

本发明提供的用于风力发电机的直驱式容积控制变桨系统，具有以下有益效果：

1)通过由蓄能回路直接向各变桨油缸供油的方式实现风力发电机的快速顺桨，具有顺桨响应速度快的特点；2)由于该系统通过伺服电机、双向泵控制风力发电机的正常变桨，其液压主回路是闭式回路，系统用油量很少且受外界污染机会较少，运行稳定性和可靠性好；3)由于该系统中没有敏感元件，因此不需要配备独立油源，也不需要配备很多过滤装置，系统成本较低；4)由于该系统中的液压主回路中没有节流元件，压力损耗很小，因此工作时产生的热量很少，系统可以自散热，不需要配备冷却系统，系统成本较低；5)该系统处于非工作周期时(保压工况和空转工况)几乎不消耗能量，其运行成本很低。

附图说明

图1是本发明实施例的用于风力发电机的直驱式容积控制变桨系统的蓄能回路的液压图；

图2是本发明实施例的用于风力发电机的直驱式容积控制变桨系统的桨叶泵控回路的液压图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

本发明实施例的附图中，图1中的接点Q1与图2中的接点Q1连接，图1中的接点Q2与图2中的接点Q2连接；

本发明实施例所提供的一种用于风力发电机的直驱式容积控制变桨系统，其特征在于：包括蓄能回路和桨叶泵控回路；

如图1所示，所述蓄能回路包括液控安全阀CTV3、蓄能泵电机EM1、蓄能泵PM0、三个储油蓄能器N4、N5、N6、三个高压蓄能器N1、N2、N3、和快关电磁阀CCF；

所述液控安全阀CTV3具有一个控制油口、一个进油口和一个出油口；所述快关电磁阀CCF具有一个回油口、一个进油口和一个出油口，其进油口连接液控安全阀CTV3的进油口，其出油口经一节流阀ORI2连接液控安全阀CTV3的控制油口；

所述液控安全阀CTV3的进油口经一溢流阀RF连接快关电磁阀CCF的回油口，并接有一个上压力开关PS1和一个下压力开关PS2；所述上压力开关PS1和下压力开关PS2连接并控制蓄能泵电机EM1运行，其中上压力开关PS1用于关闭蓄能泵电机EM1，下压力开关PS2用于开启蓄能泵电机EM1；

所述蓄能泵电机EM1连接并控制蓄能泵PM0运行，所述蓄能泵PM0的进油口经一常开吸油截止阀SH2接至快关电磁阀CCF的回油口，并设有一个用于连接外部油源的常闭加油截止阀SH1，其出油口依次经一单向阀R0、一过滤器FL接至液控安全阀CTV3的进油口；

所述各储油蓄能器各经一储油截止阀接至快关电磁阀CCF的回油口；所述各高压蓄能器各经一放油截止阀接至快关电磁阀CCF的回油口，并各经一进油截止阀连接液控安全阀CTV3的进油口；

所述快关电磁阀CCF的回油口接有储油压力表M2和储油压力传感器I0；

如图2所示，所述风力发电机有三个桨叶，分别为第一桨叶JY1、第二桨叶JY2、第三桨叶JY3、，所述桨叶泵控回路有三个，每个桨叶泵控回路对应控制风力发电机的一个桨叶，各桨叶泵控回路相互并接；

第一个桨叶泵控回路包括伺服电机SM1、变桨油缸CY1、双向泵PM1、第一液控单向阀R11、第二液控单向阀R12、第三液控单向阀R13、第四液控单向阀R14和第五液控单向阀R15；

所述变桨油缸CY1具有两个工作腔，其中一个工作腔为有杆腔，另一个工作腔为无杆腔，其活塞杆设于有杆腔中；

所述伺服电机SM1连接并控制双向泵PM1运行，所述双向泵PM1具有两个油口，分别为第一油口和第二油口；其第一油口经第一液控单向阀R11连接变桨油缸CY1的无杆腔，其第二油口经第二液控单向阀R12连接变桨油缸CY1的有杆腔；

所述快关电磁阀CCF的回油口经第三液控单向阀R13连接变桨油缸CY1的有杆腔，并经一节流阀ORI1连接液控安全阀CTV3的出油口，经第四液控单向阀R14连接双向泵PM1的第一油口，经第五液控单向阀R15连接双向泵PM1的第二油口；

所述第一液控单向阀R11和第四液控单向阀R14的控制油口连接双向泵PM1的第二油口，所述第二液控单向阀R12和第五液控单向阀R15的控制油口连接双向泵PM1的第一油口，所述第三液控单向阀R13的控制油口连接液控安全阀CTV3的出油口；

所述液控安全阀CTV3的出油口经一快速进油单向阀R16连接变桨油缸CY1的无杆腔；

所述变桨油缸CY1的无杆腔接有一个油缸压力传感器I11，其有杆腔接有一个油缸压力传感器I12；

所述风力发电机的第一桨叶JY1上装有一个用于检测该桨叶的桨距角的角位移传感器C1，所述角位移传感器C1经一解调器TD1、一伺服放大器S1连接并控制伺服电机SM1运行；

第二个桨叶泵控回路包括伺服电机SM2、变桨油缸CY2、双向泵PM2、第一液控单向阀R21、第二液控单向阀R22、第三液控单向阀R23、第四液控单向阀R24和第五液控单向阀R25；

所述变桨油缸CY2具有两个工作腔，其中一个工作腔为有杆腔，另一个工作腔为无杆腔，其活塞杆设于有杆腔中；

所述伺服电机SM2连接并控制双向泵PM2运行，所述双向泵PM2具有两个油口，分别为第一油口和第二油口；其第一油口经第一液控单向阀R21连接变桨油缸CY2的无杆腔，其第二油口经第二液控单向阀R22连接变桨油缸CY2的有杆腔；

所述快关电磁阀CCF的回油口经第三液控单向阀R23连接变桨油缸CY2的有杆腔，并经第四液控单向阀R24连接双向泵PM2的第一油口，经第五液控单向阀R25连接双向泵PM2的第二油口；

所述第一液控单向阀R21和第四液控单向阀R24的控制油口连接双向泵PM2的第二油口，所述第二液控单向阀R22和第五液控单向阀R25的控制油口连接双向泵PM2的第一油口，所述第三液控单向阀R23的控制油口连接液控安全阀CTV3的出油口；

所述液控安全阀CTV3的出油口经一快速进油单向阀R26连接变桨油缸CY2的无杆腔；

所述变桨油缸CY2的无杆腔接有一个油缸压力传感器I21，其有杆腔接有一个油缸压力传感器I22；

所述风力发电机的第一桨叶JY2上装有一个用于检测该桨叶的桨距角的角位移传感器C2，所述角位移传感器C2经一解调器TD2、一伺服放大器S2连接并控制伺服电机SM2运行；

第三个桨叶泵控回路包括伺服电机SM3、变桨油缸CY3、双向泵PM3、第一液控单向阀R31、第二液控单向阀R32、第三液控单向阀R33、第四液控单向阀R34和第五液控单向阀R35；

所述变桨油缸CY3具有两个工作腔，其中一个工作腔为有杆腔，另一个工作腔为无杆腔，其活塞杆设于有杆腔中；

所述伺服电机SM3连接并控制双向泵PM3运行，所述双向泵PM3具有两个油口，分别为第一油口和第二油口；其第一油口经第一液控单向阀R31连接变桨油缸CY3的无杆腔，其第二油口经第二液控单向阀R32连接变桨油缸CY3的有杆腔；

所述快关电磁阀CCF的回油口经第三液控单向阀R33连接变桨油缸CY3的有杆腔，并经第四液控单向阀R34连接双向泵PM3的第一油口，经第五液控单向阀R35连接双向泵PM3的第二油口；

所述第一液控单向阀R31和第四液控单向阀R34的控制油口连接双向泵PM3的第二油口，所述第二液控单向阀R32和第五液控单向阀R35的控制油口连接双向泵PM3的第一油口，所述第三液控单向阀R33的控制油口连接液控安全阀CTV3的出油口；

所述液控安全阀CTV3的出油口经一快速进油单向阀R36连接变桨油缸CY3的无杆腔；

所述变桨油缸CY3的无杆腔接有一个油缸压力传感器I31，其有杆腔接有一个油缸压力传感器I32；

所述风力发电机的第一桨叶JY3上装有一个用于检测该桨叶的桨距角的角位移传感器C3，所述角位移传感器C3经一解调器TD3、一伺服放大器S3连接并控制伺服电机SM3运行；

本发明实施例中，所述液控安全阀CTV3的进油口接有一个高压力表M1(参见图1)；

本发明实施例中，所述蓄能回路设有储油测压口PT4和高压测压口PT5，所述储油测压口PT4经一单向阀连接快关电磁阀CCF的回油口，所述高压测压口PT5经一单向阀连接液控安全阀CTV3的进油口。

本发明实施例的工作原理如下：

当下压力开关PS2检测到蓄能回路中的压力下降到20Mpa的时候，即向蓄能泵电机EM1发送启动信号，蓄能泵电机EM1收到启动信号后即控制蓄能泵PM0运行向蓄能回路充油；当上压力开关PS1检测到蓄能回路中的压力上升到21Mpa时，即向蓄能泵电机EM1发送停止信号，蓄能泵电机EM1收到停止信号后即控制蓄能泵PM1停止运行；当蓄能回路中的压力超过21Mpa时，压力通过溢流阀RF溢流，从而为系统提供过压保护；当系统需要补充液压油时，先将外部油源连接到蓄能泵PM0进油口的常闭加油截止阀SH1，然后打开该常闭加油截止阀SH1即可补充液压油；

正常运行时，快关电磁阀CCF处于通电状态，此时其进油口与其出油口连通，高压蓄能器中的高压油经快关电磁阀CCF加载至液控安全阀CTV3的控制油口，使得液控安全阀CTV3关闭，此时蓄能回路不向各桨叶泵控回路供油；由各桨叶泵控回路控制风力发电机各桨叶的变桨；

三个桨叶泵控回路控制桨叶变桨的原理类似，以第一个桨叶泵控回路为例，当风力发电机的第一桨叶JY1上的角位移传感器C1检测到该桨叶的桨距角发生变化时，通过解调器TD1、一伺服放大器S1将该桨叶的桨距角变化值传递给伺服电机SM1，伺服电机SM1根据该桨叶的桨距角变化值控制双向泵PM1正转或反转，进而控制变桨油缸CY1的活塞杆伸出或缩回，通过变桨油缸CY1的活塞杆带动第一桨叶JY1实现变桨；

当风力发电机遇到紧急情况需要快速顺桨时，快关电磁阀CCF处于失电状态，，此时其回油口与其出油口连通，液控安全阀CTV3的控制油口失压，使得液控安全阀CTV3导通，高压蓄能器中的高压油经液控安全阀CTV3及各桨叶泵控回路的快速进油单向阀加载至各变桨油缸的无杆腔中，各变桨油缸的有杆腔中的液压油通过各第三液控单向阀回流至各储油蓄能器，使得各变桨油缸的活塞杆快速伸出，从而带动各桨叶快速顺桨；

当液控安全阀CTV3发生渗油时，节流阀ORI1能防止各桨叶泵控回路中的第三液控单向阀打开，保证系统的正常变桨。

Claims (1)

1.一种用于风力发电机的直驱式容积控制变桨系统，其特征在于：包括蓄能回路和桨叶泵控回路；

所述蓄能回路包括液控安全阀、蓄能泵电机、蓄能泵、至少一个储油蓄能器、至少一个高压蓄能器和快关电磁阀；

所述液控安全阀具有一个控制油口、一个进油口和一个出油口；所述快关电磁阀具有一个回油口、一个进油口和一个出油口，其进油口连接液控安全阀的进油口，其出油口经一节流阀连接液控安全阀的控制油口；

所述液控安全阀的进油口经一溢流阀连接快关电磁阀的回油口，并接有一个上压力开关和一个下压力开关；所述上压力开关和下压力开关连接并控制蓄能泵电机运行，其中上压力开关用于关闭蓄能泵电机，下压力开关用于开启蓄能泵电机；

所述蓄能泵电机连接并控制蓄能泵运行，所述蓄能泵的进油口经一常开吸油截止阀接至快关电磁阀的回油口，并设有一个用于连接外部油源的常闭加油截止阀，其出油口依次经一单向阀、一过滤器接至液控安全阀的进油口；

所述各储油蓄能器各经一储油截止阀接至快关电磁阀的回油口；所述各高压蓄能器各经一放油截止阀接至快关电磁阀的回油口，并各经一进油截止阀连接液控安全阀的进油口；

所述快关电磁阀的回油口接有储油压力表和储油压力传感器；

所述桨叶泵控回路包括伺服电机、变桨油缸、双向泵、第一液控单向阀、第二液控单向阀、第三液控单向阀、第四液控单向阀和第五液控单向阀；

所述变桨油缸具有两个工作腔，其中一个工作腔为有杆腔，另一个工作腔为无杆腔，其活塞杆设于有杆腔中；

所述伺服电机连接并控制双向泵运行，所述双向泵具有两个油口，分别为第一油口和第二油口；其第一油口经第一液控单向阀连接变桨油缸的无杆腔，其第二油口经第二液控单向阀连接变桨油缸的有杆腔；

所述快关电磁阀的回油口经第三液控单向阀连接变桨油缸的有杆腔，并经一节流阀连接液控安全阀的出油口，经第四液控单向阀连接双向泵的第一油口，经第五液控单向阀连接双向泵的第二油口；

所述第一液控单向阀和第四液控单向阀的控制油口连接双向泵的第二油口，所述第二液控单向阀和第五液控单向阀的控制油口连接双向泵的第一油口，所述第三液控单向阀的控制油口连接液控安全阀的出油口；

所述液控安全阀的出油口经一快速进油单向阀连接变桨油缸的无杆腔；

所述变桨油缸的两个工作腔各接有一个油缸压力传感器；

所述桨叶泵控回路有至少一个，每个桨叶泵控回路对应控制风力发电机的一个桨叶，各桨叶泵控回路相互并接；

所述风力发电机的每个桨叶上均装有一个用于检测该桨叶的桨距角的角位移传感器，所述角位移传感器经一解调器、一伺服放大器连接并控制其对应桨叶泵控回路中的伺服电机运行；

所述液控安全阀的进油口接有一个高压力表；

所述蓄能回路设有储油测压口和高压测压口，所述储油测压口经一单向阀连接快关电磁阀的回油口，所述高压测压口经一单向阀连接液控安全阀的进油口。