CN102678876A - 一种风力发电液控换挡稳压装置 - Google Patents

Abstract

一种风力发电液控换挡稳压装置，属于风力发电技术领域。本发明可自动换档，使得风电机适应风速范围大幅提高。本发明包括三级行星齿轮传动机构、执行换挡机构、液压控制系统、增速器及可调式液力变矩器；第一级太阳轮与直接挡离合器的主动盘相连；第一级齿圈与第二级行星架相连；第二级齿圈与第三级行星架相连；第一级行星架、直接挡离合器的从动盘和第二级太阳轮分别与增速器输出轴相连，在增速器输出轴上设置有离心调速阀，在直接挡离合器的主动盘的侧方设置有提速挡制动器；第三级齿圈与液力变矩器的涡轮相连，第三级太阳轮和液力变矩器的泵轮分别与发电机输入轴相连；每级行星轮都与该级的太阳轮和齿圈相啮合，并与该级的行星架通过轴承相连。

Description

一种风力发电液控换挡稳压装置

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，特别是涉及一种风电机组变速箱的自动换挡和稳压装置，并新增一种自动换挡及其液控换挡稳压装置。

背景技术

变速风力发电机在风力发电中得到广泛的应用，但该系统最大的缺点就是要在发电机和电网之间装一套变频装置。这套装置价格昂贵，并且要损失相当大的能量，对电网有强烈的冲击力。针对上述缺点一些新的传动概念被提出，使系统中不再采用能量变换系统，发电机直接连接在电网上。共有以下几种方法：一、提供一种由液压泵、液力存储器和液压马达组成的液力传动系统；二、针对小型风力发电机，可以采用V型无级变速器和两个弹性滑轮；三、一种具有两级行星传动的混合变速传动系统；四、提出一种功率分流的传动系统，系统中采用电控行星齿轮传动和两对调整齿轮副。

德国voith公司提出用于风力机组的windrive变速箱概念，由可调式液力变矩器和定轴、旋转行星轮组成。在能量传输过程中，利用液力传动装置的功率分流特性95%以上的输入能量由旋转行星轮系的行星轮——太阳轮直接输入到同步发电机，其余能量由专用控制器可调式液力变矩器的可调导轮使反传力矩经由定轴行星轮外齿圈，再经行星轮——太阳轮继而使得发电机以恒定的转速工作产生电压稳定的电能，从而方便地实现并网发电。但这种方案存在如下缺点：1、液力变矩器的变矩系数都不够大，虽然加入增速器，但系统所适应的风速范围不大；2、在风速变化较大的情况下，液力变矩器的工作效率降低，即经济特性差；3、增速器尺寸偏大，使传动系统的可靠性降低；4、液力变矩器缺少保护装置，降低了零件的寿命。

发明内容

针对现有的windrive变速箱所适应风速范围不大、液力变矩器工作效率不能保证较高水平的问题，本发明提供一种风力发电液控换挡稳压装置；该装置可自动换档，使得风电机适应风速范围大幅提高。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种风力发电液控换挡稳压装置，包括三级行星齿轮传动机构、执行换挡机构、液压控制系统、增速器及可调式液力变矩器；

所述三级行星齿轮传动机构包括第一级太阳轮、第一级行星轮、第一级行星架、第一级齿圈、第二级太阳轮、第二级行星轮、第二级行星架、第二级齿圈、第三级太阳轮、第三级行星轮、第三级行星架及第三级齿圈，所述执行换挡机构包括直接挡离合器的主动盘、直接挡离合器的从动盘及提速挡制动器；所述第一级太阳轮与直接挡离合器的主动盘相连接；所述第一级齿圈与第二级行星架相连接；所述第二级齿圈与第三级行星架相连接；所述第一级行星架、直接挡离合器的从动盘和第二级太阳轮分别与增速器输出轴相连接，在所述增速器输出轴上设置有离心调速阀，在所述直接挡离合器的主动盘的侧方设置有提速挡制动器；所述第三级齿圈与可调式液力变矩器的涡轮相连接，第三级太阳轮和可调式液力变矩器的泵轮分别与发电机输入轴相连接；每级行星轮都分别与该级的太阳轮和齿圈相啮合，并与该级的行星架通过轴承相连接；

所述液压控制系统包括液压泵，所述液压泵的输入端一路经主油路调压阀与油箱相连接，另一路直接与油箱相连接；所述液压泵的输出端与离心调速阀的输入端相连接；离心调速阀的输出端一路直接与油箱相连接，另一路与换挡阀的控制端口相连接；所述换挡阀有两个输入端口和两个输出端口，其中一个输入端口与液压泵的输出端相连接，另一个输入端口一路经缓冲阀与提速挡执行油缸的活塞杆伸出端相连接，另一路经缓冲阀与直接挡执行油缸的密封端相连接；一个输出端口直接与油箱相连接，另一个输出端口一路经缓冲阀与提速挡执行油缸的密封端相连接，另一路经缓冲阀与直接挡执行油缸的活塞杆伸出端相连接；所述直接挡执行油缸与直接挡离合器的控制端相连接，所述提速挡执行油缸与提速挡制动器的控制端相连接。

为了使整个液压控制系统能够正常运行，在所述液压泵的输入端与油箱之间连接有细滤器。

为了使整个液压控制系统能够正常运行，在所述离心调速阀的输出端与油箱之间连接有冷却器。

本发明源于自动挡汽车的换挡灵感，但与自动挡汽车的连接方式不同,选用可调式液力变矩器,利用一个传动齿轮与换挡齿轮相连接，共同达到稳压的目的，使调速范围增大，既提高了液力变矩器的工作效率，也增强了整个传动系统的可靠性。本发明又不同于windrive液力系统，该系统没有换挡装置，通过两级行星齿轮传动来实现功率分流。

本发明的有益效果：

1、本发明的风力发电液控换挡稳压装置可根据外界风力条件自动选择是直接传入液力传动装置还是提速后传入液力传动装置，使整个风电机组的适应风速范围增大；

2、由于本发明的风力发电液控换挡稳压装置具有换挡功能，就使得不管外界风速大小，传入液力传动装置的转速范围变化都在可调范围内，既保护了液力变矩器的本身零部件，也提高了液力变矩器的工作效率；

3、本发明的风力发电液控换挡稳压装置有一定的传动比，相应地减少了增速器端的设计压力，可缩小增速器齿轮的制造尺寸，从而减少了加工强度和难度，便于合理布局；

4、由于本发明的执行换挡机构的加入，输入液力传动装置的转速变化减小，则行星齿轮传动机构直接与可调式液力变矩器相连，可以简化液力传动装置。

附图说明

图1是本发明的风力发电液控换挡稳压装置的结构示意图；

图2是本发明的风力发电液控换挡稳压装置的液压控制系统的液压控制原理图；

图中，1-增速器输出轴，2-直接挡离合器的从动盘，3-第一级太阳轮，4-第一级行星轮，5-第一级行星架，6-第二级太阳轮，7-第二级行星轮，8-第三级太阳轮，9-第三级行星轮，10-可调式液力变矩器的泵轮，11-可调式液力变矩器的涡轮，12-可调式液力变矩器的导轮，13-第三级齿圈，14-第三级行星架，15-第二级齿圈，16-第二级行星架，17-第一级齿圈，18-提速挡制动器，19-直接挡离合器的主动盘，20—油箱，21—细滤器，22—液压泵，23—主油路调压阀，24—离心调速阀，25—冷却器，26—换挡阀，27—缓冲阀，28—直接挡执行油缸，29—提速挡执行油缸，30—增速器，31—发电机，32—发电机输入轴。

具体实施方式

如图1所示，一种风力发电液控换挡稳压装置，包括三级行星齿轮传动机构、执行换挡机构、液压控制系统、增速器30及可调式液力变矩器。

所述三级行星齿轮传动机构包括第一级太阳轮3、第一级行星轮4、第一级行星架5、第一级齿圈17、第二级太阳轮6、第二级行星轮7、第二级行星架16、第二级齿圈15、第三级太阳轮8、第三级行星轮9、第三级行星架14及第三级齿圈13，所述执行换挡机构包括直接挡离合器的主动盘19、直接挡离合器的从动盘2及提速挡制动器18；所述第一级太阳轮3与直接挡离合器的主动盘19相连接；所述第一级齿圈17与第二级行星架16相连接；所述第二级齿圈15与第三级行星架14相连接；所述第一级行星架5、直接挡离合器的从动盘2和第二级太阳轮6分别与增速器输出轴1相连接，在所述增速器输出轴1上设置有离心调速阀24，在所述直接挡离合器的主动盘19的侧方设置有提速挡制动器18，所述提速挡制动器18中的摩擦片能使直接挡离合器的主动盘19制动；所述第三级齿圈13与可调式液力变矩器的涡轮11相连接，第三级太阳轮8和可调式液力变矩器的泵轮10分别与发电机输入轴32相连接；每级行星轮都分别与该级的太阳轮和齿圈相啮合，啮合关系为线接触，并与该级的行星架通过轴承相连接。

如图2所示，所述液压控制系统包括液压泵22，液压泵22作为整个液压控制系统的动力源，所述液压泵22的输入端一路经主油路调压阀23与油箱20相连接，另一路直接与油箱20相连接；所述液压泵22的输出端与离心调速阀24的输入端相连接；离心调速阀24的输出端一路直接与油箱20相连接，另一路与换挡阀26的控制端口相连接；所述换挡阀26有两个输入端口和两个输出端口，其中一个输入端口与液压泵22的输出端相连接，另一个输入端口一路经缓冲阀27与提速挡执行油缸29的活塞杆伸出端相连接，另一路经缓冲阀27与直接挡执行油缸28的密封端相连接；一个输出端口直接与油箱20相连接，另一个输出端口一路经缓冲阀27与提速挡执行油缸29的密封端相连接，另一路经缓冲阀27与直接挡执行油缸28的活塞杆伸出端相连接；所述直接挡执行油缸28与直接挡离合器的控制端相连接，所述提速挡执行油缸29与提速挡制动器18的控制端相连接，进而达到控制的目的。

为了使整个液压控制系统能够正常运行，在所述液压泵22的输入端与油箱20之间连接有细滤器21，在所述离心调速阀24的输出端与油箱20之间连接有冷却器25。细滤器21和冷却器25能保证传动控制介质油液的性能，使传递效率更高。

所述三级行星齿轮传动机构中，第一级和第二级为换挡齿轮，第三级为传动齿轮。

下面结合附图说明本发明的一次动作过程：

如图1所示，当增速器输出轴1的转速较小时，需要本发明有个提速的功能，此时提速挡制动器18工作使得第一级太阳轮3固定，第一级行星架5成为主动轮，第一级齿圈17为从动轮，此时传动比大于1（（1+α）/α,α为齿圈与太阳轮的齿数比），输出的转速传给第二级行星架16，第二级行星架16和第二级太阳轮6都有确定的转速，即可确定第二级齿圈15的转速，转矩由第二级齿圈15传给第三级行星架14，在第三级行星架14处进行功率分流，大部分功率由第三级太阳轮8直接传给发电机31，一小部分功率传给可调式液力变矩器的泵轮10，可调式液力变矩器的泵轮10通过液力传给可调式液力变矩器的涡轮11，然后通过可调式液力变矩器的导轮12来改变叶片转角调节液力变矩器中的流量，可调式液力变矩器的涡轮11再通过第三级齿圈13将转矩传给第三级行星架14，来进行转矩的调节使第三级太阳轮8输出恒定。

当增速器输出轴1的转速较大时，需要本发明有个稳定转速的功能。此时需要让直接挡离合器的主动盘19与直接挡离合器的从动盘2接触，使第一级太阳轮3和第一级行星架5转速相同，可使第一级齿圈17输出转速也相同，又有第二级行星架16和第二级太阳轮6转速相同，即不进行变速，起到保护作用。然后，转矩由第二级齿圈15传给第三级行星架14，在第三级行星架14处进行功率分流，大部分功率由第三级太阳轮8直接传给发电机31，一小部分功率传给可调式液力变矩器的泵轮10，可调式液力变矩器的泵轮10通过液力传给可调式液力变矩器的涡轮11，然后通过可调式液力变矩器的导轮12来改变叶片转角调节液力变矩器中的流量，可调式液力变矩器的涡轮11再通过第三级齿圈13将转矩传给第三级行星架14，来进行转矩的调节使第三级太阳轮8输出恒定。

如图2所示，离心调速阀24与增速器输出轴1相连，因为离心调速阀24本身带有配重，用于检测增速器输出轴1的转速大小，转速变大时增速器输出轴1所产生的离心力能使离心调速阀24的配重向上移动，进而有油压通过离心调速阀24，最终致使换挡阀26产生换向变化。而增速器输出轴1的转速较小时，所产生的离心力不能使液压油通过阀芯，导致液压油按换挡阀26弹簧定位位置移动。换挡阀26控制两个挡位，当提速挡执行油缸29进给时，直接挡执行油缸28退后，反之亦然。整个装置由动力源液压泵22来供应压力油实现换挡，还向可调式液力变矩器供应工作油液和提供润滑油；不同的挡位，主油路应有不同的油压，主油路调压阀23的作用是将液压泵22的输出压力精确调节到所需值后输入主油路；当直接挡执行油缸和提速挡执行油缸的活塞或柱塞运动到头时，回路节流，阻力增大，缓冲阀27能减缓运动速度，控制直接挡离合器的结合、分离以及提速挡制动器18的箍紧、放松的速度，以保证换挡平顺，从而防止在换挡过程中风速发生突然变化而影响系统的可靠性。

Claims (3)

1.一种风力发电液控换挡稳压装置，其特征在于包括三级行星齿轮传动机构、执行换挡机构、液压控制系统、增速器及可调式液力变矩器；

所述三级行星齿轮传动机构包括第一级太阳轮、第一级行星轮、第一级行星架、第一级齿圈、第二级太阳轮、第二级行星轮、第二级行星架、第二级齿圈、第三级太阳轮、第三级行星轮、第三级行星架及第三级齿圈，所述执行换挡机构包括直接挡离合器的主动盘、直接挡离合器的从动盘及提速挡制动器；所述第一级太阳轮与直接挡离合器的主动盘相连接；所述第一级齿圈与第二级行星架相连接；所述第二级齿圈与第三级行星架相连接；所述第一级行星架、直接挡离合器的从动盘和第二级太阳轮分别与增速器输出轴相连接，在所述增速器输出轴上设置有离心调速阀，在所述直接挡离合器的主动盘的侧方设置有提速挡制动器；所述第三级齿圈与可调式液力变矩器的涡轮相连接，第三级太阳轮和可调式液力变矩器的泵轮分别与发电机输入轴相连接；每级行星轮都分别与该级的太阳轮和齿圈相啮合，并与该级的行星架通过轴承相连接；

所述液压控制系统包括液压泵，所述液压泵的输入端一路经主油路调压阀与油箱相连接，另一路直接与油箱相连接；所述液压泵的输出端与离心调速阀的输入端相连接；离心调速阀的输出端一路直接与油箱相连接，另一路与换挡阀的控制端口相连接；所述换挡阀有两个输入端口和两个输出端口，其中一个输入端口与液压泵的输出端相连接，另一个输入端口一路经缓冲阀与提速挡执行油缸的活塞杆伸出端相连接，另一路经缓冲阀与直接挡执行油缸的密封端相连接；一个输出端口直接与油箱相连接，另一个输出端口一路经缓冲阀与提速挡执行油缸的密封端相连接，另一路经缓冲阀与直接挡执行油缸的活塞杆伸出端相连接；所述直接挡执行油缸与直接挡离合器的控制端相连接，所述提速挡执行油缸与提速挡制动器的控制端相连接。

2.根据权利要求1所述的一种风力发电液控换挡稳压装置，其特征在于在所述液压泵的输入端与油箱之间连接有细滤器。

3.根据权利要求1所述的一种风力发电液控换挡稳压装置，其特征在于在所述离心调速阀的输出端与油箱之间连接有冷却器。

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