CN101956658A - 液压站和用于控制风轮机的液压系统中的压力的方法 - Google Patents

Abstract

一种在风轮机的液压系统中的液压站，包括用于储存工作流体的储存箱、与所述储存箱流体地连接的第一和第二泵、分别从第一和第二泵延伸到液压回路的第一和第二流动路径、以及分别与第一和第二流动路径流体地连通的第一和第二安全阀。基于将液压回路中的工作流体的压力维持在第一最小极限和第一最大极限之间，第一泵和第一安全阀被控制。如果压力降低到第一最小极限以下，除了第一泵和第一安全阀之外，第二泵和第二安全阀被控制，而且所述控制基于第二最大极限和第二最小极限。

Description

液压站和用于控制风轮机的液压系统中的压力的方法

技术领域

本发明涉及一种用于风轮机的液压系统。更具体地，本发明涉及一种风轮机的液压系统中的液压站和控制所述液压系统中的压力的方法。

背景技术

风轮机(也称为风力涡轮发电机或者WTG)包括各种机械系统，它们的运行主要依靠增压工作流体，也就是油。例如，风轮机的制动系统通常包括与风轮机的动力传动系中的转轴连接的轮盘，和一个或者多个构造成通过制动垫向轮盘施加摩擦的卡钳。卡钳依靠供给制动系统的增压工作流体来运行。耗油系统的另一个实施例是基于液压的变桨距系统，所述基于液压的变桨距系统包括一个或者多个液压缸，用于使叶片绕它们各自的轴线转动。

这种制动和变桨距系统通常是风轮机中的主液压系统中的子系统。在液压系统中的液压站控制供给制动和变桨距系统的工作流体的压力和温度。为此，液压站通常包括泵、过滤器和各种液压设备。

设计液压站可能是一个富有挑战性的任务。所述站必须设计成不仅仅满足与风轮机的液压系统相关的制动系统、变桨距系统、和/或其他耗油系统的需求，而且还要以安全并且可靠的方式运行。

发明内容

公开了一种用于风轮机的液压系统的液压站。所述液压站包括一种唯一的组件布置用于控制供给液压系统的子系统的工作流体的压力，例如变桨距或者制动系统。特别地，液压站包括用于储存工作流体的储存箱，流体地与所述储存箱连接的第一和第二泵，分别从第一和第二泵延伸到子系统的液压回路的第一和第二流动路径，以及分别与第一和第二流动路径流体地连通的第一和第二安全阀。控制系统构造成基于将在液压回路中工作流体的压力维持在第一最小极限和第一最大极限之间来控制第一泵和第一安全阀。所述控制系统还构造成，如果压力降低到第一最小极限以下，除了第一泵和第一安全阀之外控制第二泵和第二安全阀。

这种布置有益于提供一种备用系统。如果第一泵故障或者不能满足子系统的需求，第二泵可作为候补或者补充泵。这提高了液压站的总体可靠性，从而允许风轮机继续在这样的情况下运行。

在一个实施例中，液压站还包括分别将第一和第二流动路径流体地连接到储存箱的第一和第二回流管路，所述第一和第二安全阀分别设置在第一和第二回流管路中。这允许当第一和/或第二泵运行并且相应安全阀打开时，工作流体循环回到储存箱中。因此，控制系统基于开启和停止第一和第二泵以及打开或者关闭第一和第二阀来执行唯一的控制策略。

为此，还公开了一种控制具有液压站的液压系统中的压力的方法。所述方法包括基于将在液压回路中的工作流体的压力维持在第一最小极限和第一最大极限之间来控制第一泵和第一安全阀，如果液压回路中工作流体的压力降低到第一最小极限以下，除了第一泵和第一安全阀之外控制第二泵和第二安全阀。而且，这有益于提供一种备用系统。

当两个泵都被控制时，所述方法可以包括当第一和第二安全阀关闭时运行第一和第二泵从而在液压回路中建立压力，如果压力升高到第二最大极限，打开第二安全阀，并且如果压力升高到第一最大极限，打开第一安全阀。第二最大极限小于第一最大极限。所述方法还可以包括如果压力降至第二最小极限，关闭第一和第二安全阀，从而允许第一和第二泵在液压回路中重建压力。第二最小极限小于第一最小极限。因此，控制可以根据运行的泵的数量基于不同的最大极限和最小极限。

第一泵和第一安全阀不需要总是作为主泵来满足液压回路的需求。例如，所述方法可以还包括对换第一和第二泵以及第一和第二安全阀的角色。这导致在将所述液压回路中的工作流体压力维持在第一最小极限和第一最大极限之间的基础上控制第二泵和第二安全阀，并且如果工作流体的压力降低到第一最小极限以下，除了第二泵和第二安全阀之外控制第一泵和第一安全阀。

以这种方式对换角色进一步提高了液压系统的总体可靠性，因为它使得工作载荷在第一和第二泵之间分布的更均匀。因此，第一泵的寿命可以延长。在一个实施例中，对换角色通过指定第一泵作为主泵而第二泵作为辅助泵来完成，监视第一泵运行的时间，如果第一泵的累积运行时间超过了预定时间极限则指定第二泵作为主泵而第一泵作为辅助泵。

预定时间极限可以基于第一泵的预期寿命来确定。因此，与其让第一泵作为主泵持续的运行且经历更多的磨损，不如让第一泵担任辅助泵的角色且更少地运行。这延长了它的寿命并且减少了液压系统中故障的几率。

这些以及其他的实施例与它们的益处一起根据下面的描述将变得更加显而易见。

附图说明

图1是风轮机的一个示例的透视图，移除了一些部件从而能够看到风轮机的内部组件。

图2是风轮机的液压系统的截面图。

图3是液压站的一个实施例的液压图表。

图4是对应于图3中的液压站的示意图。

图5A和5B示出了液压站如何在不同的运行模式之间切换来控制液压系统中的工作流体的压力，图5A是逻辑图、而图5B是逻辑表。

图6是示出了在不同运行模式期间在液压系统中的工作流体状态的图表。

具体实施方式

图1示出了风轮机10的一个实施例。风轮机通常包括塔架12、由塔架12支承的机舱14、和连接到机舱14上的转子16。转子16包括可转动地安装到机舱14上的轮毂18和连接到轮毂18上的一组叶片20。按照惯例，叶片20通过动力传动系24将风力的动能转换为用于使发电机22的转轴转动的机械能。

风轮机10还包括多个与它的不同运行方面相关的基于液压的系统。例如，变桨距系统(未示出)包括用于使叶片20绕它们各自轴线转动的一个或者多个液压缸。此外，制动系统26包括用于给轮盘施加摩擦力的一个或者多个液压致动卡钳。轮盘与动力传动系24连接，以使得当被致动时卡钳能够使转子16停止和/或使风轮机10保持在停机(也就是，停止)位置。

为了供给工作流体(例如，增压油)给这些系统，风轮机10进一步设有液压站30。液压站30和它所服务的基于液压的系统是更大的液压系统32的一部分，如图2示意性地示出的那样。更具体地，变桨距系统和制动系统是液压系统32中的子系统。它们被认为是“消费者”系统，因为它们对液压站30发出对工作流体的需求。为了满足这些需求，液压站30包括设计成执行各种功能的组件，例如压力控制和过滤，下面将进行描述。

当然，图3和4更详细地示出了液压站30的一个实施例，图3是液压图而图4是液压图的示意图。液压站30包括用于储存工作流体的储存箱或者贮液器40以及与储存箱40流体地连接的第一和第二泵42、44。第一和第二流动路径46、48分别从第一和第二泵42、44延伸到液压回路50，所述液压回路供应工作流体给变桨距系统和/或制动系统。因为变桨距系统的组件通常设置在轮毂18(图1)中，工作流体可以穿过转动传动系52(图4)到达变桨距系统。然而本申请侧重于在合适的条件下(例如，压力)供给工作流体而不在于工作流体自身如何在液压回路50中传递到达变桨距系统、制动系统或者其他消费者系统。

此外，各种液压组件可以出于这种目的而与液压回路50关联。例如，液压回路50可以包括通过第一和第二流动路径46、48来供应的主供给管路56、设置在主供给管路56中的高压过滤器58、和与主供给管路56连通的供热阀60。在示出的实施例中，供热阀60是设置在回流管路62中的安全阀，所述回流管路使得工作流体从主供给管路56流回储存箱40中。供热阀60产生压降，由此释放的能量被用于加热工作流体。

然而有益地，液压系统32的脱机过滤系统66与第一和第二泵42、44、第一和第二流动路径以及液压回路50隔离。脱机过滤系统66只与储存箱40流体地连通，这就是为什么它被认为是“脱机”的。在脱机过滤系统66中，脱机泵68从储存箱40中汲取工作流体并且将其传递给与泵68流体地连接的过滤器70。工作流体在通过过滤器70之后接着在回到储存箱40之前可以通过换热器72。冷却水74的供给与换热器72流体地连接，以使得工作流体能够达到期望的温度。

为了控制供给液压回路50的工作流体的压力，液压站30还包括分别与第一和第二流动路径46、48流体地连通的第一和第二安全阀76、78。第一和第二安全阀76、78如所示地分别设置在第一和第二回流管路80、82中。第一回流管路80将第一流动路径46流体地连接到储存箱40，第二回流管路82将第二流动路径48流体地连接到储存箱40。因此，第一流动路径46的一部分和第一回流管路80限定了工作流体的第一开路的部分，第二流动路径48的一部分和第二回流管路82限定了工作流体的第二开路的部分。

这种布置有利于设置备用系统。然而，第一或者第二泵42、44中的一个被看作“主”泵，其首先尝试满足液压回路50的需求，另一个被看作“辅助泵”，其在需要的时候被启用来帮助主泵。第一和第二安全阀76、78以与它们相应的泵相同方式被指定。因此，第一和第二泵42、44、以及第一和第二安全阀76、78的运行取决于它们的指定。控制第一泵42、第一安全阀76、第二泵44和第二安全阀78的控制系统(未示出)包括必需的逻辑来执行这个策略。

在使用中，控制系统在三种不同的运行模式之间切换液压站30：泵模式、安全模式和双重模式。“泵模式”通常认为是这样一种模式：只有主泵和主安全阀被控制来满足液压回路50的需求。在主安全阀关闭的情况下运行主泵意欲在液压回路50中建立压力。相反地，停止主泵并且打开主安全阀被认为是意欲释放压力的空载状态。在这个运行模式下，辅助泵保持不动作(也就是，不运行)并且辅助安全阀保持关闭。

“双重模式”通常认为是这样一种模式：主泵和辅助泵都运行并且主安全阀和辅助安全阀都关闭，从而在液压回路50中建立压力。

最后，“安全模式”通常认为是这样一种模式：涉及运行主泵或者辅助泵中的至少一个并使其相应的安全阀打开。例如，安全模式可以包括接下来的状态：a)运行主泵，打开主安全阀，同时辅助泵不动作并且辅助安全阀关闭；b)运行主泵和辅助泵两者，只打开辅助安全阀；和c)运行主泵和辅助泵两者，同时主安全阀和辅助安全阀都打开。前面两个状态意欲在安全模式期间建立压力，最后一种状态认为是空载并且意欲释放压力。

控制系统如何在泵模式、双重模式和安全模式之间切换液压站30参照图5A、5B和6能够更好的理解。从泵模式的建压状态开始，主泵在主安全阀关闭的情况下运行从而在液压回路50中建立压力。当压力升高到第一最大压力极限时，液压站30根据泵模式的空载状态运行(控制系统停止主泵并且打开主安全阀)。工作流体的压力随后开始降低，如图6所示。

最后压力降低到第一最小压力极限。此时，控制系统检查看是否主泵已经关闭了比预定时间期限小的时间(也就是，预定最小关闭时间)。如果不是，液压站回返到泵模式的建压状态。主泵可以能够单独地满足液压回路50的需求，特别地，当主安全阀打开时如果花费了相对长的时间来使得压力降低。如果主泵已经关闭了小于预定关闭最小时间，控制系统打开主安全阀，以使得液压站30进入上面所描述的第一安全模式状况(当辅助泵保持不动作时主泵运行)。即使主安全阀打开，特别地如果需求改变，主泵可以能够在限定时间期限内满足液压回路50的需求。但是如果从主泵再次启动时经过预定时间期限之后(也就是，预定最小开启时间)，压力保持在第一最小极限或者低于第一最小极限，控制系统进入双重模式并且除主泵之外还运行辅助泵。

在主安全阀和辅助安全阀关闭的情况下，主泵和辅助泵在双重模式期间同时运行以在液压回路50中建立压力。如果压力升高到设置成低于第一最大极限的第二最大极限时，控制系统打开辅助安全阀。因此，液压站30回到运行安全模式，但是这次是根据上面描述的第二安全模式状况(主泵和辅助泵两者运行并且仅辅助安全阀打开)。压力可以继续建立，但是比起在双重模式下运行通常在更低的速率下进行。如果压力升高到第一最大极限，控制系统打开主安全阀从而切换到安全模式的空载状态。

此时，主安全阀和辅助安全阀两者都打开以使得泵送的工作流体回到储存箱40(通过第一和第二安全管路)，而不是在液压回路50中建立和维持压力。因此，尽管主泵和辅助泵运行在安全模式的空载状态下，在液压回路50中的工作流体的压力下降。如果压力下降到设置成低于第一最小极限的第二最小极限，液压系统32回返到双重模式下运行。换句话说，主泵和辅助泵继续运行但是主安全阀和辅助安全阀关闭。

能够理解，在上述控制压力的方法中主泵运行多于辅助泵。但是第一和第二泵42、44中的任何一个可以被指定为主泵，这意味着指定可以转换。这有效地对换了第一、第二泵42、44和第一、第二安全阀76、78的角色。例如，如果第一泵42被指定为主泵，第二泵44被指定为辅助泵，这种指定可以转换从而第一泵42作为辅助泵而第二泵44作为主泵。

转换指定的这种能力可以提高液压系统32的整体可靠性。例如，假定第一泵42最初被指定为主泵，控制系统可以使用运行时间计时器或者类似部件来监视它的运行时间。基于第一泵42的预期寿命的预定时间限制被编程输入控制系统。当第一泵42的累积运行时间超过这个预定时间限制，控制系统指定第二泵44作为主泵而第一泵42作为辅助泵。因此，第一泵42更少地运行，这延长了它的寿命并且减少了液压系统32中故障的可能。

在这点上，风轮机10能够不用立即更换第一泵42而继续运行。替换地，当第一泵42按上述的方法承担了辅助泵的角色时，可以安排维修。当第一泵42作为辅助泵运行时，它的运行时间可以或者可以不被监视。例如，对于控制系统来说仅仅监视作为主泵运行的泵的时间量就足够了。这适用于第一和第二泵42、44(例如，当第二泵44承担了主泵的角色时，运行时间计时器或者类似部件开始计算它的运行时间)。可替换地，不管第一和第二泵42、44被指定为主泵还是辅助泵，它们两者的累积运行时间可以被监视。

当第一泵42最后被更换时，新的泵被指定为主泵，监视它的运行时间的计时器或者其它设备被重置。随后第二泵44再次承担辅助泵的角色。

控制第一和第二安全阀76、78的方式也可以提高液压系统32的可靠性。特别地，当液压站30在泵模式、双重模式和安全模式之间切换时，第一和第二泵42、44不会在对应的安全阀关闭情况下启动，因为这有可能损坏泵。上面所描述的方法包括这个特征。然而，控制系统也可以通过监视来自一和第二泵42、44的电机的反馈，并且如果对应泵的运行已经基于这个反馈得到验证而仅关闭第一和第二安全阀76、78而包括这个安全特征。

上面所描述的实施例主要作为由随后附加的权利要求所限定的本发明的示例。在液压系统的设计中的本领域技术人员根据说明书将明白另外的示例、修改和优点。例如，虽然图3示出了第一和第二安全阀76、78作为4/2电磁阀，其它能够执行上述方法的阀也可采用。此外，在没有偏离总的发明构思的范围或者精神的情况下，可以对本公开的细节作出更改。

Claims (14)

1.一种控制风轮机的液压系统中的压力的方法，所述液压系统包括液压站，所述液压站具有用于储存工作流体的储存箱、与所述储存箱流体地连接的第一和第二泵、分别从第一和第二泵延伸到液压回路的第一和第二流动路径、以及分别与第一和第二流动路径流体地连通的第一和第二安全阀，所述方法包括：

在将所述液压回路中的工作流体的压力维持在第一最小极限和第一最大极限之间的基础上控制第一泵和第一安全阀；以及

如果所述液压回路中的工作流体的压力降低到第一最小极限以下，除了所述第一泵和所述第一安全阀之外控制所述第二泵和所述第二安全阀。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制所述第一泵和所述第一安全阀包括：

在所述第一安全阀关闭时运行所述第一泵，从而在所述液压回路中建立压力；

如果所述压力升高到所述第一最大压力，停止运行所述第一泵并且打开所述第一安全阀；以及

如果所述压力降至所述第一最小压力极限，运行所述第一泵并且关闭所述第一安全阀。

3.根据前面任一权利要求所述的方法，其特征在于，除了所述第一泵和所述第一安全阀之外控制所述第二泵和所述第二安全阀包括：

在所述第一和第二安全阀关闭时运行所述第一和第二泵，从而在所述液压回路中建立压力；

如果所述压力升高到第二最大极限，打开所述第二安全阀，所述第二最大极限小于所述第一最大极限；以及

如果所述压力升高到所述第一最大极限，打开所述第一安全阀。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，除了所述第一泵和所述第一安全阀之外控制所述第二泵和所述第二安全阀还包括：

如果所述压力降至第二最小极限，关闭所述第一和第二安全阀，从而允许所述第一和第二泵在所述液压回路中重建压力，所述第二最小极限小于所述第一最小极限。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，运行所述第一和第二泵还包括：

如果所述液压回路中的工作流体的压力降至第一最小极限，运行所述第一泵；以及

如果在预定时间期限之后所述压力维持在所述第一最小极限或者低于所述第一最小极限，除了所述第一泵之外运行所述第二泵。

6.根据前面任一权利要求所述的方法，其特征在于，还包括：

当所述第一或者第二泵被控制系统要求运行时验证所述第一或者第二泵运行；并且

仅在所述第一或者第二泵的运行已经被分别验证，关闭所述第一或者第二安全阀。

7.根据前面任一权利要求所述的方法，其特征在于，还包括：

对换所述第一和第二泵以及所述第一和第二安全阀的角色，使得在将所述液压回路中的工作流体的压力维持在所述第一最小极限和第一最大极限之间的基础上控制所述第二泵和第二安全阀，并且还使得如果所述工作流体的压力降低到所述第一最小极限以下，除了所述第二泵和所述第二安全阀之外控制所述第一泵和第一安全阀。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对换所述第一和第二泵以及所述第一和第二安全阀的角色还包括：

指定所述第一泵作为主泵以及所述第二泵作为辅助泵；

监视所述第一泵运行的时间值；

如果所述第一泵的累积运行时间超过了预定时间极限，指定所述第二泵作为主泵以及所述第一泵作为辅助泵。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，对换所述第一和第二泵以及所述第一和第二安全阀的角色还包括：

监视所述辅助泵的运行时间值；

如果所述第二泵的累积运行时间超过了预定时间极限，重新指定所述第一泵作为主泵以及所述第二泵作为辅助泵。

10.根据权利要求7-9任一所述的方法，其特征在于，还包括：

在对换了所述第一和第二泵以及所述第一和第二安全阀的角色之后，更换第一泵。

11.一种运行风轮机的方法，包括：

运行液压系统的子系统，所述子系统需要工作流体运行；

将工作流体通过液压系统中的液压站供给到所述子系统，所述液压站具有储存工作流体的储存箱、与储存箱流体地连接的第一和第二泵、分别从第一和第二泵延伸到所述子系统的液压回路的第一和第二流动路径、以及分别与第一和第二流动路径流体地连通的第一和第二安全阀；以及

根据前面任一权利要求控制所述液压系统中的压力。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述液压站的脱机过滤系统中过滤工作流体，所述脱机过滤系统与所述第一和第二泵、所述第一和第二流动路径以及所述子系统的液压回路隔离。

13.一种用于控制风轮机的液压系统中的工作流体的压力的液压站，所述液压系统包括子系统，例如变桨距或者制动系统，具有液压回路，所述液压站包括：

用于储存工作流体的储存箱；

与所述储存箱流体地连接的第一和第二泵；

分别从所述第一和第二泵延伸到所述液压回路的第一和第二流动路径；

分别与所述第一和第二流动路径流体地连通的第一和第二安全阀；以及

控制系统，所述控制系统被构造成基于将所述液压回路中的工作流体的压力维持在第一最小极限和第一最大极限之间来控制所述第一泵和第一安全阀，所述控制系统还被构造成，如果在所述液压回路中的工作流体的压力降低到第一最小极限以下，除了所述第一泵和第一安全阀之外控制所述第二泵和第二安全阀。

14.根据权利要求13所述的液压站，其特征在于，还包括：

分别将第一和第二流动路径流体地连接到所述储存箱的第一和第二回流管路，所述第一和第二安全阀分别设置在所述第一和第二回流管路中。

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