CN104265578B - 一种风力发电机解缆系统及其解缆方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电机解缆系统及其解缆方法，包括控制器、偏航电机、风力发电机回转体、蜗轮蜗杆减速器、蜗杆、涡轮、风力发电机回转轴、角度传感器、倾角调节模块、圆盘，所述控制器与所述偏航电机连接，所述蜗轮蜗杆减速器一端与所述偏航电机连接，另一端与所述蜗杆连接，所述涡轮与所述风力发电机回转轴固定连接，所述蜗杆与所述风力发电机回转体固定连接，所述蜗轮蜗杆减速器包括角度传感器，所述风力发电机回转体固定连接倾角调节模块，本发明解缆过程精确，简单，同时通过倾角调节模块的调节也会增加发电效率。

Description

一种风力发电机解缆系统及其解缆方法

技术领域

本发明涉及动力工业风力机械领域，尤其涉及涉及风力发电机组中的解缆系统及其解缆方法。

技术背景

目前，能源是人类生存的基本要素，国民经济发展的主要物质基础。由于化石资源的日益枯竭和人类对全球环境恶化的倍加关注，风力发电技术也随之得到迅猛发展。在自然环境中，由于风力的方向经常改变，为了充分利用风能，风力发电机的通常设计成可以自动调节迎风方向，当风力发电机组的机舱偏航达到一定圈数时，这样就会造成电缆的缠绕，如果缠绕圈过多，超过了规定值，即发生扭缆将造成电缆的损坏。就需要解缆，而由于扭缆而停机引起刹车磨损等，还会造成很大的经济损失。偏航控制机构是风力机特有的伺服系统，用于控制风电机组跟踪变化的风向，并且当电缆发生缠绕时，能够自动解缆的功能,并能够定时润滑偏航机械机构。

风力发电机在进行解缆动作时，需要某种传感器进行采集角度信号。目前现有技术主要采用的是行程开关或电阻式电位器。一种风力发电机偏航扭缆保护方法，1)设置多个触发装置以及对应的多个机械触点，以便所述多个触发装置中的每个触发装置随偏航齿圈旋转时触发所述多个机械触点中对应的机械触点；2)将所述多个机械触点中的解缆触点和极限触点设置为在偏航扭缆系统偏航时，解缆触点位于先被触发的位置，极限触点位于后被触发的位置；3)当所述解缆触点被对应的触发装置触发后，使得偏航扭缆系统进行偏航解缆操作；4)当所述极限触点被对应的触发装置触发后，使得风电机组被保护停机。这两种方式都主要是零部件有机械摩擦，会出现机械摩擦和灵敏度低、寿命短等的现象。

同时风力发电机旋转时间长、次数多，加上风力发电机回转轴、轴承的磨损，风力发电机回转体难免有一点倾斜角与设计的仰角有偏差，不仅影响解缆的精确性，也会影响发电效率，造成发电量的减少。

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种简单、精准的风力发电机解缆系统。

本发明解决上述技术问题，所采用的技术方案是：

一种风力发电机解缆系统，包括控制器、偏航电机、风力发电机回转体、蜗轮蜗杆减速器、蜗杆、涡轮、风力发电机回转轴、角度传感器、倾角调节模块、圆盘，其特征在于：所述控制器与所述偏航电机连接，所述蜗轮蜗杆减速器一端与所述偏航电机连接，另一端与所述蜗杆连接，所述涡轮与所述风力发电机回转轴固定连接，所述蜗杆与所述风力发电机回转体固定连接，所述蜗轮蜗杆减速器包括角度传感器，所述风力发电机回转体固定连接第一倾角调节模块和第二倾角调节模块，所述第一倾角调节模块和所述第二倾角调节模块相对于所述风力发电机回转轴的轴线对称，所述圆盘围绕所述风力发电机回转轴固定连接，所述圆盘所在面的法线方向与风力发电机回转轴轴向相同，所述圆盘设置有圆形导轨，所述圆形导轨横截面为半圆形。

所述第一和第二倾角调节模块包括倾角传感器、支撑柱、液压控制系统，所述支撑柱上端固定连接风力发电机回转体，另一端开口，所述支撑柱内部设置有液压控制系统，所述液压控制系统包括活塞杆、液压缸、与液压缸进出口管路相连的电磁阀控制阀门、经电动机启动与电磁阀控制阀门相连的定量泵，定量泵的出口处设有溢流阀、所述液压缸进出口的管路上分别设有液压锁，所述倾角传感器设置在支撑柱顶端，所述控制器与倾角传感器、电磁阀控制阀门和液压电机的控制电路相连，所述活塞杆下端设置有球面，所述活塞杆的球面设置在所述圆形导轨内，所述支撑柱的轴线与所述风力发电机回转体的轴线在同一平面内。

优选的，所述角度传感器为磁阻角度传感器。

优选的，所述控制器接收风速仪、风向仪采集的数据。

优选的，所述控制器接收磁阻角度传感器的数据。

优选的，所述蜗轮蜗杆减速器的传动比为1:40。

优选的，所述第一倾角调节模块的支撑柱到发力发电机回转轴的的轴距与第二倾角调节模块二的支撑柱到发力发电机回转轴的的轴距相等。

本发明还提供了一种风力发电机解缆系统的解缆方法，包括：

步骤1：所述控制器采集所述角度传感器数据判断所述风力发电机回转体是否偏转N圈,N为大于等于3的自然数；

步骤2：如果已经偏转N圈，所述控制器采集所述倾角传感器数据，判断倾角是否已经超过阈值，如果超过阈值则通过所述倾角调节模块调节倾角完成后进行下一步骤，如果没有超过阈值则直接进行下一步骤；

步骤3：如果所述控制器采集的风速仪信息显示风速大于3m/s，则所述控制器控制风力发电机回转体反方向旋转N圈解缆，若因故障自动解绕未成功，在扭缆超过N圈时，自动停机，等待人工解缆操作；如果风速仪的信息显示风速小于3m/s,则不进行解缆。

本发明的有益效果：

1.采用倾角传感器采集倾角信息与角度传感器采集角度信息，使得解缆更加精确。所述倾角调节模块包括液压调节装置，能够根据倾角传感器的信息及时调节倾角，既保证了解缆的精确性，又保证了风力发电机的正常发电功率。

2.利用蜗轮蜗杆系统进行偏航，因涡轮蜗杆系统有自锁性，所以无需偏航刹车，结构简单。

3.利用磁阻角度传感器来采集风机的角度，能够更可靠精准的采集风机的角度，保证解缆的准确性，重复性好线信度优良：在一定位移范围内，输出特性的线性度好，并且比较稳定，高精度的变磁组式传感器，非线性误差仅0.1％。灵敏度高分辨率大：能测出0.01um甚至更小的机械位移变化，能感受小到0.1的微小角度变化，传感器的输出信号强，电压灵敏度一般每一毫米可达数百毫伏，因此有利于信号的传输与放大。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

附图1是一种风力发电机解缆系统的结构示意图；

附图2是风力发电机回转体内部结构的俯视图；

附图3是圆盘的俯视图；

附图4是倾角调节模块的结构示意图；

附图5是具有三个倾角调节模块的风力发电机解缆系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1、图2、图3、图5所示，一种风力发电机解缆系统，包括控制器13、偏航电机1、风力发电机回转体2、蜗轮蜗杆减速器3、蜗杆4、涡轮5、风力发电机回转轴6、角度传感器7、倾角调节模块8、圆盘9，其特征在于：所述控制器与所述偏航电机1连接，所述蜗轮蜗杆减速器3一端与所述偏航电机1连接，另一端与所述蜗杆4连接，所述涡轮5与所述风力发电机回转轴6固定连接，蜗杆4与风力发电机回转体2固定连接，蜗轮蜗杆减速机3包括角度传感器7，，所述圆盘9围绕所述风力发电机回转轴6固定连接，所述圆盘9所在面的法线方向与风力发电机回转轴6轴向相同，所述圆盘9设置有圆形导轨10，所述圆形导轨横截面为半圆形，所述风力发电机回转体2固定连接第一倾角调节模块31和第二倾角调节模块32，所述第一倾角调节模块31和所述第二倾角调节模块32相对于所述风力发电机回转轴的轴线对称。

如图4所示，所述第一和第二倾角调节模块包括倾角传感器21、支撑柱22、液压控制系统，所述支撑柱22上端固定连接风力发电机回转体2，另一端开口，所述支撑柱22内部设置有液压控制系统，所述液压控制系统包括活塞杆23、液压缸24、与液压缸进出口管路相连的电磁阀控制阀门、经电动机启动与电磁阀控制阀门相连的定量泵，定量泵的出口处设有溢流阀、所述液压缸进出口的管路上分别设有液压锁，所述倾角传感器21设置在支撑柱22顶端，所述控制器13与倾角传感器21、电磁阀控制阀门和液压电机的控制电路相连，所述活塞杆23下端设置有球面，所述活塞杆23的球面设置在所述圆形导轨10内，所述支撑柱22的轴线与所述风力发电机回转体2的轴线在同一平面内。

所述倾角指风力发电机回转体的中轴线与设定仰角的差值，所述设定仰角为风力发电机回转体安装时其中轴线与水平面的夹角。

所述控制器为PLC控制器或者单片机。

所述控制器接收风速仪11、风向仪12采集的数据。

所述第一和第二倾角调节模块跟着风力发电机回转体一起旋转，通过两个倾角调节模块分别单独或者一起调节倾角，可以完成对风力发电机回转体倾角的调节。

所述蜗轮蜗杆减速器3包括传动零件蜗轮蜗杆、轴、轴承、箱体。箱体是蜗轮蜗杆减速器中所有配件的基座，是支承固定轴系部件、保证传动配件正确相对位置并支撑作用在减速机上荷载的重要配件。蜗轮蜗杆主要作用传递两交错轴之间的运动和动力，轴承与轴主要作用是动力传递、运转并提高效率。

所述角度传感器7为磁阻角度传感器。

所述控制器13接收磁阻角度传感器的数据。

所述蜗轮蜗杆减速器3的传动比为1:40。

所述控制器3接收磁阻角度传感器的数据，所述控制器控制偏航电机13、液压电机、电磁阀控制阀门、溢流阀、液压锁。

所述磁阻角度传感器，包括：第一多个导体，彼此平行布置在第一平面中以形成第一阵列；第二多个导体，彼此平行布置在第二平面中以形成第二阵列，所述第二平面与所述第一平面不同且间隔开，并且所述第二多个导体关于所述第一多个导体正交布置；以及至少一个磁阻元件，安置在所述第一平面与所述第二平面之间。

风力发电机的解缆过程：

当机舱向同一方向累计偏转N圈后,N为大于等于3的自然数，若此时风速小于风力发电机组启动风速3m/s，控制系统使机舱反方向旋转N圈解缆；若因故障自动解绕未成功，在扭缆超过N圈时，此时报告扭缆故障，自动停机，等待人工解缆操作。

当风力发电机回转体随着方向顺时针或者逆时针旋转N圈后，与蜗轮蜗杆减速器连接的角度传感器会传输信号给控制器，控制器同时搜集倾角传感器信号，判断倾角是否已经超过早先设定的阀值，比如所述阀值为±1°，正号为顺时针，负号为逆时针。如果超过了阀值则控制器接收倾角传感器传输的信号，需要风力发电机回转体与活塞杆相连的位置上升来调节倾角时，控制器控制液压电机启动，同时启动与电磁阀控制阀门相连的定量泵，通过定量泵的出口处设有的溢流阀来控制活塞杆的升降。如果需要下降，则由电磁阀控制阀门反向控制实现下降。当倾角已经调节完成后，控制器根据风速风向仪采集的数据，对偏航电机给电，偏航电机带动蜗轮蜗杆减速器，蜗轮蜗杆减速器同时带动蜗杆，使蜗杆围绕涡轮旋转。因涡轮与风力发电机回转轴固定连接，蜗杆与风力发电机回转体固定连接，故风力发电机回转体围绕风力发电机回转轴旋转偏航。

涡轮蜗杆减速器在驱动蜗杆时，同时驱动另一端1:40的蜗轮蜗杆减速器，1:40的蜗轮蜗杆减速器安装有磁阻角度传感器，磁阻角度传感器将采集的数据同时反馈到控制器进行处理。

本发明还提供了一种风力发电机解缆系统的解缆方法，包括：

步骤1：所述控制器采集所述角度传感器数据判断所述风力发电机回转体是否偏转N圈,N为大于等于3的自然数；

步骤2：如果已经偏转N圈，所述控制器采集所述倾角传感器数据，判断倾角是否已经超过阈值，如果超过阈值则通过所述倾角调节模块调节倾角完成后进行下一步骤，如果没有超过阈值则直接进行下一步骤；

步骤3：如果所述控制器采集的风速仪信息显示风速大于3m/s，则所述控制器控制风力发电机回转体反方向旋转N圈解缆，若因故障自动解绕未成功，在扭缆超过N圈时，自动停机，等待人工解缆操作；如果风速仪的信息显示风速小于3m/s,则不进行解缆。

实施例2

一种风力发电机解缆系统，包括控制器、偏航电机、风力发电机回转体、蜗轮蜗杆减速器、蜗杆、风力发电机回转轴、角度传感器、倾角调节模块、圆盘，其特征在于：所述控制器与所述偏航电机连接，所述蜗轮蜗杆减速器一端与所述偏航电机连接，另一端与所述蜗杆连接，在实施例1中涡轮与所述风力发电机回转体固定连接，所述涡轮位于所述风力发电机回转体上端，所述风力发电机回转体与涡轮连接的部分为回转支撑外圈，本实施例没有涡轮，将所述回转支撑外圈直接加工成涡轮形状，所述蜗杆与所述风力发电机回转体固定连接，所述蜗轮蜗杆减速器包括角度传感器，所述风力发电机回转体固定连接第一倾角调节模块和第二倾角调节模块，所述第一倾角调节模块和所述第二倾角调节模块相对于所述风力发电机回转轴的轴线对称，所述圆盘围绕所述风力发电机回转轴固定连接，所述圆盘所在面的法线方向与风力发电机回转轴轴向相同，所述圆盘设置有圆形导轨，所述圆形导轨横截面为半圆形。

如图4所示所述第一和第二倾角调节模块包括倾角传感器21、支撑柱22、液压控制系统，所述支撑柱22上端固定连接风力发电机回转体2，另一端开口，所述支撑柱22内部设置有液压控制系统，所述液压控制系统包括活塞杆23、液压缸24、与液压缸进出口管路相连的电磁阀控制阀门、经电动机启动与电磁阀控制阀门相连的定量泵，定量泵的出口处设有溢流阀、所述液压缸进出口的管路上分别设有液压锁，所述倾角传感器21设置在支撑柱22顶端，所述控制器13与倾角传感器21、电磁阀控制阀门和液压电机的控制电路相连，所述活塞杆23下端设置有球面，所述活塞杆23的球面设置在所述圆形导轨10内，所述支撑柱22的轴线与所述风力发电机回转体2的轴线在同一平面内。

所述控制器为PLC控制器或者单片机。

所述角度传感器为磁阻角度传感器。

所述控制器接收磁阻角度传感器的数据。

所述蜗轮蜗杆减速器的传动比为1:40。

本实施例的风力发电机回转体的回转支撑外圈直接加工成了涡轮，并与蜗杆配合构成蜗轮蜗杆结构，使之蜗轮蜗杆结构与回转支撑部件之间形成紧密连接，由此既充分利用了产品的合理结构，又保证了偏航系统的机械结构强度及其安全性能；还简化了偏航系统的装配，降低了成本。

本实施例利用回转支撑部件与蜗轮蜗杆技术相结合的手段来实现对风力发电机的偏航；此系统具有回转支撑的较强强度及安全性，同时可以根据用户需要配置不同转速的电机达到客户需要的条件。

使用时，回转支撑部件用于风力发电机与塔架的连接，并能让风力发电机在塔顶上自由旋转。此部分主要能够承受强力的风轮推力及电机的扭力。回转支撑能很好的解决承受受力及转动的问题。

实施例3

如图1、图2、图3所示，一种风力发电机解缆系统，包括控制器13、偏航电机1、风力发电机回转体2、蜗轮蜗杆减速器3、蜗杆4、涡轮5、风力发电机回转轴6、角度传感器7、倾角调节模块8、圆盘9，其特征在于：所述控制器与所述偏航电机1连接，所述蜗轮蜗杆减速器3一端与所述偏航电机1连接，另一端与所述蜗杆4连接，所述涡轮5与所述风力发电机回转轴6固定连接，蜗杆4与风力发电机回转体2固定连接，蜗轮蜗杆减速器3包括角度传感器7，所述风力发电机回转体2固定连接第一倾角调节模块、第二倾角调节模块和第三倾角调节模块，所述圆盘9围绕所述风力发电机回转轴6固定连接，所述圆盘9所在面的法线方向与风力发电机回转轴6轴向相同，所述圆盘9设置有圆形导轨10，所述圆形导轨横截面为半圆形。

如图4所示，所述第一、第二和第三倾角调节模块包括倾角传感器21、支撑柱22、液压控制系统，所述支撑柱22上端固定连接风力发电机回转体2，另一端开口，所述支撑柱22内部设置有液压控制系统，所述液压控制系统包括活塞杆23、液压缸24、与液压缸进出口管路相连的电磁阀控制阀门、经电动机启动与电磁阀控制阀门相连的定量泵，定量泵的出口处设有溢流阀、所述液压缸进出口的管路上分别设有液压锁，所述倾角传感器21设置在支撑柱22顶端，所述控制器13与倾角传感器21、电磁阀控制阀门和液压电机的控制电路相连，所述活塞杆23下端设置有球面，所述活塞杆23的球面设置在所述圆形导轨10内，所述支撑柱22的轴线与所述风力发电机回转体2的轴线在同一平面内。

所述第一、第二和第三倾角调节模块，三者的支撑柱之间的轴距相等，并且三者到风力发电机回转轴的轴距相等。

所述控制器为PLC控制器。

所述角度传感器7为磁阻角度传感器。

所述控制器13接收磁阻角度传感器的数据。

所述蜗轮蜗杆减速器3的传动比为1:40。

一旦测得的信号超出了所涉的预警或者报警阈值，所述控制器开始工作发送指令到偏航动机，

风力发电机回转体内，所述高度调节杆顶部有发射装置，所述涡轮正中位置有接收装置。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种风力发电机解缆系统，包括控制器、偏航电机、风力发电机回转体、蜗轮蜗杆减速器、蜗杆、蜗轮、风力发电机回转轴、角度传感器、倾角调节模块、圆盘，其特征在于：所述控制器与所述偏航电机连接，所述蜗轮蜗杆减速器一端与所述偏航电机连接，另一端与所述蜗杆连接，所述蜗轮与所述风力发电机回转轴固定连接，所述蜗杆与所述风力发电机回转体固定连接，所述蜗轮蜗杆减速器包括角度传感器，所述风力发电机回转体固定连接第一倾角调节模块和第二倾角调节模块，所述第一倾角调节模块和所述第二倾角调节模块相对于所述风力发电机回转轴的轴线对称，所述圆盘围绕所述风力发电机回转轴固定连接，所述圆盘所在面的法线方向与风力发电机回转轴轴向相同，所述圆盘设置有圆形导轨，所述圆形导轨横截面为半圆形。

2.根据权利要求1所述的风力发电机解缆系统，其特征在于，所述第一和第二倾角调节模块包括倾角传感器、支撑柱、液压控制系统，所述支撑柱一端固定连接所述风力发电机回转体，另一端开口，所述支撑柱内部设置有液压控制系统，所述倾角传感器设置在所述支撑柱顶端。

3.根据权利要求2所述的风力发电机解缆系统，其特征在于，所述液压控制系统包括液压电机、活塞杆、液压缸、与所述液压缸进出口管路相连的电磁阀控制阀门，所述活塞杆下端设置有球面，所述活塞杆的球面设置在所述圆形导轨内。

4.根据权利要求3所述的风力发电机解缆系统，其特征在于，所述液压控制系统包括与电磁阀控制阀门相连的定量泵，所述定量泵的出口处设有溢流阀、所述液压缸进出口的管路上分别设有液压锁。

5.根据权利要求2所述的风力发电机解缆系统，其特征在于，所述第一倾角调节模块和第二倾角调节模块的支撑柱以及所述风力发电机回转体这三者轴线在同一平面内。

6.根据权利要求4所述的风力发电机解缆系统，其特征在于，所述控制器与所述倾角传感器、所述电磁阀控制阀门和所述液压电机的控制电路相连；所述控制器采集所述角度传感器和所述倾角传感器的数据；所述控制器控制所述偏航电机、所述液压电机、所述电磁阀控制阀门、所述溢流阀、所述液压锁。

7.根据权利要求1所述的风力发电机解缆系统，其特征在于，所述蜗轮蜗杆减速器的传动比为1:40。

8.根据权利要求1所述的风力发电机解缆系统，其特征在于，所述角度传感器为磁阻角度传感器。

9.根据权利要求1所述的风力发电机解缆系统，其特征在于，所述风力发电机回转体包括设置在所述风力发电机回转轴外的回转支撑外圈，所述的回转支撑外圈是蜗轮状结构，所述蜗轮状结构的回转支撑外圈与所述蜗杆配合构成蜗轮蜗杆结构。

10.一种如权利要求1-9之一所述风力发电机解缆系统的解缆方法，包括：

步骤1：所述控制器采集所述角度传感器数据判断所述风力发电机回转体是否偏转N圈,N为大于等于3的自然数；

步骤2：如果已经偏转N圈，所述控制器采集所述倾角传感器数据，判断倾角是否已经超过阈值，如果超过阈值则通过所述倾角调节模块调节倾角完成后进行下一步骤，如果没有超过阈值则直接进行下一步骤；

步骤3：如果所述控制器采集的风速仪信息显示风速大于3m/s，则所述控制器控制风力发电机回转体反方向旋转N圈解缆，若因故障自动解绕未成功，在扭缆超过N圈时，自动停机，等待人工解缆操作；如果风速仪的信息显示风速小于3m/s,则不进行解缆。