CN102454555A - 一种液压系统及风力发电机组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及风力发电机组技术领域，尤其公开了一种液压传动系统，用于将风力发电机组的风轮产生的动力传至发电机，包括第一液压泵、液压马达；所述第一液压泵的动力输入端与所述风轮主轴连接，所述第一液压泵的进油口与油箱连通，出油口与所述液压马达的进油口连通；所述液压马达的出油口与油箱连通，所述液压马达的动力输出端与发电机的动力输入端连接；所述第一液压泵与所述液压马达之间的油路上设有调速阀。无论风速怎么变化，该传动系统均能使发电机总能以恒定的速度运转、发出的电的功率和频率恒定不变。本发明还公开了一种风力发电机组。

Description

一种液压系统及风力发电机组
技术领域
本发明涉及风力发电机组技术领域，尤其涉及一种用于将风力发电机组的风轮产生的动力传至发电机的液压系统。本发明还涉及一种具有上述液压系统的风力发电机组。
背景技术
风力发电机组是一种将风能转化为机械能的动力机械，风力发电机组是利用风力带动风轮的叶片旋转、再通过增速机将旋转的速度提升来促使发电机发电。
现有技术中，常见的风力发电机组通常包括风轮、风轮主轴、增速箱、发电机、塔筒及塔筒顶部的机舱，风轮主轴的一端与风轮的轮毂连接，风轮主轴的另一端与增速箱的输入端连接，增速箱的输出端通过联轴器与发电机的输入端连接。风轮在风载荷的作用下旋转，通过风轮主轴将力矩传递给增速机，经增速机将旋转的速度提升，带动发电机进行发电。
由于风速的不稳定性，使得传动系统的转速不是一个恒定的值，进而使得发电机发出的电的功率、频率波动较大，为了解决上述问题，通常在发电机之后加装变频器，以提高发电质量便于并网发电。然而，加装变频器的风力发电机组仍然不能实现恒功率发电。
另外，当风力发电机组发展到兆瓦级别，特别是大功率海上风机发展到3兆瓦以上时，若将所有的部件均安装在塔筒顶部的机舱内，将使得机舱尺寸明显加大，塔顶载荷急剧增加，使得设备偏航系统载荷过大，机舱偏航变得困难。机舱尺寸也将超高超长，将严重影响整机的运输与吊装；同时为了满足承重强度，塔筒的结构强度也会增加，使得塔筒成本大幅度增加从而影响整机发电效益和投资价值。各传动部件设置在处于高空中的机舱内，使得各传动部件的吊装和维护十分不便，使得风力发电机组的使用成本增加。
因此，如何研发出一种无论风速怎么变化，能使发电机总能以恒定的速度运转、发出的电的功率和频率恒定不变的风力发电机组的传动系统，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种传动系统，无论风速怎么变化，该传动系统均能使发电机总能以恒定的速度运转、发出的电的功率和频率恒定不变。本发明的第二个目的是提供一种具有上述传动系统的风力发电机组
为了实现上述第一个目的，本发明提供了一种液压传动系统，用于将风力发电机组的风轮产生的动力传至发电机，包括第一液压泵、液压马达；所述第一液压泵的动力输入端与所述风轮主轴连接，所述第一液压泵的进油口与油箱连通，出油口与所述液压马达的进油口连通；所述液压马达的出油口与油箱连通，所述液压马达的动力输出端与发电机的动力输入端连接；所述第一液压泵与所述液压马达之间的油路上设有调速阀。
优选的，所述第一液压泵与所述调速阀之间的油路上设有第一换向阀；所述第一换向阀的进油口与第一液压泵的出油口连通，所述第一换向阀的出油口与所述调速阀的进油口连通。
优选的，所述第一液压泵的出油口通过第一溢流阀与油箱连通。
优选的，所述第一液压泵与所述第一溢流阀之间设有第二换向阀；所述第二换向阀的进油口与所述第一液压泵的出油口连通，所述第二换向阀的出油口与所述第一溢流阀的进油口连通。
优选的，还包括由电动机驱动的第二液压泵，所述第二液压泵的进油口与油箱连通，出油口与所述第一液压泵的出油口合流。
优选的，还包括蓄能器，所述蓄能器的进油口通过顺序阀与所述第一换向阀的出油口连通。
优选的，所述蓄能器的进油口通过第二溢流阀与油箱连通。
优选的，还包括压力表，所述压力表通过截止阀连接在所述第一液压泵与第一换向阀之间的油路上。
本发明提供的液压传动系统包括第一液压泵、液压马达及设于第一液压泵与液压马达之间油路上的调速阀，第一液压泵的动力输入端与风轮主轴连接，液压马达的动力输出端与发电机的动力输入端连接。风轮转动将机械能通过风轮主轴传递给第一液压泵，第一液压泵旋转将液压油变为高压油，高压油经调速阀调速后进入液压马达，驱动液压马达旋转，液压马达带动发电机旋转发电，高压油经过液压马达后压力变低，流回油箱。
这种结构的液压传动系统，由于风速不稳定，第一液压泵输出的高压油的流速也可能不稳定，但是该高压油经过调速阀的调速后可变成流速稳定的液压油进入液压马达，液压马达可以稳定的转速带动发电机旋转发电。因此，这种结构液压传动系统能够将变速转动转换成发电机的恒速转动，解决了现有技术中风力发电机组不能恒功率、恒频率发电的弊端，同时省去了故障率较高的增速机，省去了价格昂贵的变频器，降低了成本；而且由于减少了增速机、变频器，从而减轻了机舱所要承担的载荷，可以减小机舱的尺寸及重量，也可以降低塔筒的结构强度。
另外，这种结构的液压传动系统，可以将液压马达、发电机、油箱等部件设置在塔筒的底部，进一步减小机舱的尺寸，降低塔筒顶部重量，进一步减小塔筒的结构尺寸，降低了成本，便于整机的吊装与维护，提高了风力发电机组的可靠性。
本发明还提供了一种风力发电机组，该风力发电机组包括机舱、塔筒、风轮、发电机及上述的液压传动系统，风轮的风轮主轴通过主轴轴承固定在机舱上，风轮主轴通过第一联轴器与第一液压泵的动力输入端连接，液压马达的动力的输出端与发电机的动力输入端连接。由于上述的液压传动系统具有上述的技术效果，具有该液压传动系统的风力发电机组也应具备相应的技术效果。
优选的，所述风轮、所述第一液压泵设于所述机舱上，所述液压马达、所述发电机、所述油箱设于所述塔筒的底部，所述第一液压泵与所述液压马达之间的油路设于所述塔筒内。
附图说明
图1为本发明所提供的液压传动系统的一种具体实施方式的原理图；
图2为本发明所提供的风力发电机组的一种具体实施方式的结构示意图；
其中，图1-图2中：
风轮1-1、风轮主轴1-2、主轴承1-3、第一联轴器1-4、机舱1-5、塔筒1-6、第一液压泵2、液压马达3、发电机4、油箱5、第二联轴器6、第二液压泵7、调速阀8、第一换向阀9-1、第二换向阀9-2、第一溢流阀10-1、第二溢流阀10-2、蓄能器11、顺序阀12、冷却器13、压力表14、第一过滤器15-1、第二过滤器15-2、第一截止阀16-1、第二截止阀16-2、第三截止阀16-3、第四截止阀16-4。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1、图2，图1为本发明所提供的液压传动系统的一种具体实施方式的原理图；图2为本发明所提供的风力发电机组的一种具体实施方式的结构示意图。
如图1所示，本发明提供的液压传动系统用于将风力发电机组的风轮1-1产生的动力传至发电机4，该液压传动系统包括第一液压泵2、液压马达3、调速阀8、油箱5。
第一液压泵2的动力输入端与风轮主轴1-2连接，具体的实施方式中，第一液压泵2的动力输入端可通过第一联轴器1-4与风轮主轴1-2连接；第一液压泵2的进油口与油箱5连通，第一液压泵2的进油口可依次通过第一过滤器15-1、第一截止阀16-1与油箱5连通，出油口与液压马达3的进油口连通，为了防止系统内的液压油回流至第一液压泵2内，在第一液压泵2的出油口处可设有单向阀，液压马达3的动力输出端与发电机4的动力输入端连接，液压马达3的回油口与油箱5连通，优选方案中，液压马达3的回油口可通过冷却器13与油箱5连通，使得从液压马达3的回油口流出的液压油经过冷却后再进入油箱5内。
第一液压泵2与液压马达3之间的油路上设有调速阀8，调速阀8的进油口与第一液压泵2的出油口连通，调速阀8的出油口与液压马达3的进油口连通，调速阀8用于调整进入液压马达3的液压油的流速，可使得具有稳定的流速的液压油进入液压马达3内。
这种结构的液压传动系统，由于风速不稳定，第一液压泵2输出的高压油的流速也可能不稳定，但是该高压油经过调速阀8的调速后可变成流速稳定的液压油进入液压马达3，液压马达3可以稳定的转速带动发电机4旋转发电。因此，这种结构液压传动系统能够将变速转动转换成发电机4的恒速转动，解决了现有技术中风力发电机组不能恒功率、恒频率发电的弊端，同时省去了故障率较高的增速机，省去了价格昂贵的变频器，降低了成本；而且由于减少了增速机、变频器，从而减轻了机舱1-5所要承担的载荷，可以减小机舱1-5的尺寸及重量，也可以降低塔筒1-6的结构强度。
另外，这种结构的液压传动系统，可以将液压马达3、发电机4、油箱5等部件设置在塔筒1-6的底部，进一步减小机舱1-5的尺寸，降低塔筒1-6顶部重量，进一步减小塔筒1-6的结构尺寸，降低了成本，便于整机的吊装与维护，提高了风力发电机组的可靠性。
优选方案中，为了防止液压传动系统中的压力过高，对系统造成损坏，第一液压泵2的出油口通过第一溢流阀10-1与油箱5连通，当系统压力过高，系统压力高过第一溢流阀10-1的阀值时，第一溢流阀10-1打开，液压油经第一溢流阀10-1流回油箱5。进一步的方案中，从第一溢流阀10-1流出的液压油可经过冷却器13的冷却后流回油箱5。
优选方案中，第一液压泵2与调速阀8之间的油路上设有第一换向阀9-1，第一换向阀9-1的进油口与第一液压泵2的出油口连通，出油口与调速阀8的进油口连通。第一换向阀9-1用于接通或断开进入液压马达3的液压油，即用于接通或断开液压马达3的动力，正常工作状态下，第一换向阀9-1处于接通状态，第一换向阀9-1断开时，在风轮1-1正常运转情况下，可使得发电机4停止运行。
更优的方案中，第一液压泵2与第一溢流阀10-1之间设有第二换向阀9-2，第二换向阀9-2的进油口与第一液压泵2的出油口连通，第二换向阀9-2的出油口与第一溢流阀10-1的进油口连通。当第一换向阀9-1、第二换向阀9-2均断开时，风轮1-1和发电机4都停止转动，可实现整个风力发电机组的制动刹车；第一换向阀9-1、第二换向阀9-2均接通时，可实现风力发电机组的启动。
与现有技术相比，风力发电机组不需要独立的刹车系统，只需通过第一换向阀9-1、第二换向阀9-2的接通和断开，便可实现风力发电机组的启动和制动，结构简单、操作简便，更重要的是能够降低风力发电机组的成本。
优选方案中，还包括由电动机驱动的第二液压泵7，第二液压泵7的进油口与油箱5连通，具体的方案中，第二液压泵7的进油口可依次通过第二过滤器15-2、第二截止阀16-2与油箱5连通，第二液压泵7的出油口与第一液压泵2的出油口合流，优选方案中，为了防止系统内的液压油回流至第二液压泵7内，第二液压泵7的出油口处设有单向阀；电动机的电源可来自风力发电机组的电网，也可来自独立设置的电源。
当风速较低时，风速低于预设值时，第一液压泵2不能提供充分的液压油时，电动机驱动第二液压泵7工作，实现双泵供油，以保证液压马达3能以恒定的转速工作，从而使得发电机4可以恒功率、恒频率发电；当风速高于预设值时，电动机断电，第二液压泵7停止工作，由第一液压泵2单独提供液压油。
进一步的方案中，还包括蓄能器11，蓄能器11的进油口通过顺序阀12与第一换向阀9-1的出油口连通。第一换向阀9-1的出油口与顺序阀12的进油口连通，顺序阀12的出油口与蓄能器11的进油口连通，优选方案中，为了更加方便地控制蓄能器11蓄能和释放能量，可在蓄能器11的进油口处设有第三截止阀16-3。
当风速波动，风速升高时，第一液压泵2提供的液压能增加，过剩的液压能可经过顺序阀12、第三截止阀16-3存储在蓄能器11内；当风速较低时，系统的液压能减小，储存在蓄能器11里的液压能可经第三截止阀16-3、顺序阀12释放到系统内，以使得系统的压力稳定。
优选方案中，蓄能器11的进油口通过第二溢流阀10-2与油箱5连通。当蓄能器11内储存的能量饱和时，第二溢流阀10-2打开，液压油经第二溢流阀10-2流回油箱5，更优方案中，第二溢流阀10-2流出的液压油可经过冷却器13冷却后流回油箱5。
优选方案中，为了监控该液压传动系统中的压力，还包括压力表14，压力表14通过第四截止阀16-4连接在第一液压泵2与第一换向阀9-1之间的油路上，压力表14可检测上述油路中的油压。
本发明还提供了一种风力发电机组，该风力发电机组包括机舱1-5、塔筒1-6、风轮1-1、发电机4及上述的液压传动系统，风轮1-1的风轮主轴1-2通过主轴承1-3固定在机舱1-5上，风轮主轴1-2通过第一联轴器1-4与第一液压泵2的动力输入端连接，液压马达3的动力的输出端与发电机4的动力输入端连接。由于上述的液压传动系统具有上述的技术效果，具有该液压传动系统的风力发电机组也应具备相应的技术效果，在此不再详细介绍。
优选方案中，第一液压泵2可设于机舱1-5上，液压马达3、发电机4、油箱5设于塔筒1-6的底部，第一液压泵2与液压马达3之间的油路设与塔筒1-6内。这种结构的风力发电机组可减小机舱1-5的尺寸和重量，进而减小塔筒1-6的结构尺寸和重量，降低了成本，而且便于机组的吊装和维护。
进一步的方案中，第二液压泵7、电动机设于塔筒1-6的底部，可进一步减小机舱1-5、塔筒1-6的尺寸和重量，降低了成本，而且便于机组的吊装和维护。
以上所述仅是发明的优选实施方式的描述，应当指出，由于文字表达的有限性，而在客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种液压传动系统，用于将风力发电机组的风轮产生的动力传至发电机，其特征在于，包括第一液压泵、液压马达；所述第一液压泵的动力输入端与所述风轮主轴连接，所述第一液压泵的进油口与油箱连通，出油口与所述液压马达的进油口连通；所述液压马达的出油口与油箱连通，所述液压马达的动力输出端与发电机的动力输入端连接；所述第一液压泵与所述液压马达之间的油路上设有调速阀。
2.根据权利要求1所述的液压传动系统，其特征在于，所述第一液压泵与所述调速阀之间的油路上设有第一换向阀；所述第一换向阀的进油口与第一液压泵的出油口连通，所述第一换向阀的出油口与所述调速阀的进油口连通。
3.根据权利要求2所述的液压传动系统，其特征在于，所述第一液压泵的出油口通过第一溢流阀与油箱连通。
4.根据权利要求3所述的液压传动系统，其特征在于，所述第一液压泵与所述第一溢流阀之间设有第二换向阀；所述第二换向阀的进油口与所述第一液压泵的出油口连通，所述第二换向阀的出油口与所述第一溢流阀的进油口连通。
5.根据权利要求1-4任一项所述的液压传动系统，其特征在于，还包括由电动机驱动的第二液压泵，所述第二液压泵的进油口与油箱连通，出油口与所述第一液压泵的出油口合流。
6.根据权利要求1所述的液压传动系统，其特征在于，还包括蓄能器，所述蓄能器的进油口通过顺序阀与所述第一换向阀的出油口连通。
7.根据权利要求6所述的液压传动系统，其特征在于，所述蓄能器的进油口通过第二溢流阀与油箱连通。
8.根据权利要求1所述的液压传动系统，其特征在于，还包括压力表，所述压力表通过截止阀连接在所述第一液压泵与第一换向阀之间的油路上。
9.一种风力发电机组，包括机舱、塔筒、风轮、发电机，其特征在于，还包括权利要求1-8任一项所述的液压传动系统，所述第一液压泵的动力输入端与所述风轮的主轴连接，所述液压马达的动力输出端与所述发电机的动力输入端连接。
10.根据权利要求9所述的风力发电机组，其特征在于，所述风轮、所述第一液压泵设于所述机舱上，所述液压马达、所述发电机、所述油箱设于所述塔筒的底部，所述第一液压泵与所述液压马达之间的油路设于所述塔筒内。
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