CN105673797B - 一种用于全液压风力机组的可调速液力变速器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于全液压风力机组的可调速液力变速器，包括壳体、能量传递单元、补油单元和控制器，所述能量传递单元用于转速的传递，所述补油单元用于为所述能量传递单元补充液压油，所述控制器用于控制所述补油单元的补油量。该变速器采用液压传动的方式，改良了径向柱塞泵的结构，改变了变量容积的调节方式，并且和液力耦合器的部分结构相结合，传动系统分级少，传动比大，液压传动系统中极大的减少了传动部件间的直接接触，对能量传递的效率更高；完全代替了齿轮箱，节约成本，提高了可靠性；液压补油装置部分的集成化和简化，缩短了油路，减少了能量损失，减轻了变速器整体体积和重量，是一种全新的可调速液力变速器。
Description
技术领域
本发明属于液压传动领域，具体涉及一种用于全液压风力机组的可调速液力变速器。
背景技术
随着风电机组大型化和海上风电的发展，工况和运行条件的改变使得风力机部件承受了更剧烈的转速和转矩波动，故障率增大。齿轮箱传动和直驱是风力发电机组普遍采用的传动方式，尤其以齿轮箱传动为主。据统计，传动部件中的齿轮箱是故障频发的部分，其维修成本占风力机总维修成本的60％以上。齿轮箱的传动比单一，由风速波动造成的载荷波动更为剧烈。
全液压风力机概念在近年被提出。这主要是在液压回路中加设变量泵和变量马达，通过容积改变来调整转速比，以实现发电机的额定转速下的变速恒频。但是，已知的变量泵和变量马达无法达到风力机工作的特殊工况。风力机要求使用寿命长，负载较高，且变速比非常大。在所有泵的结构中，变量型径向柱塞泵是寿命最长，工作压力大，效果最好的，但是仍存在极低转速下不适合的情况。而且过多的管路和阀的存在，极大的增加了液压能的沿程损失，限制了反应速度。
更多的液压传动式风机采用了机械和液压的混合传动，通过行星轮分配，只让液压部件承载很小一部分负载，却仍然没有去掉齿轮箱。数字式变量泵的发明让全液压风力机有了更具体的实现方式，但是也存在着非常大的沿程能量损失。在目前提出的新的可调速液力变速器中，变速器无法根据需求精确控制进油量进而输出电量。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种用于全液压风力机组的可调速液力变速器。
本发明是通过下述技术方案解决上述技术问题的：
一种用于全液压风力机组的可调速液力变速器，包括壳体、能量传递单元、补油单元和控制器，所述能量传递单元用于转速的传递，所述补油单元用于为所述能量传递单元补充液压油，所述控制器用于控制所述补油单元的补油量，所述能量传递单元置于所述壳体内；
所述能量传递单元包括配油轴、与所述配油轴一端端面依次连接的分流仓、导轮、涡轮和涡轮轴，所述壳体对应所述配油轴的另一端设有开口，所述壳体对应所述涡轮轴的一端设有开口；
所述配油轴内部沿轴向设有进油管和出油管，所述出油管与所述分流仓连通，所述配油轴内部沿轴向设有多组排油装置，每组排油装置所在平面与所述配油轴的轴向垂直，每组排油装置包括均匀设置的多个柱塞，所述柱塞的腔体与所述进油管和所述出油管连通；
所述壳体靠近所述涡轮一端设有多组出油口，所述出油口与所述进油管的进油口通过循环管路连通，所述补油单元与所述循环管路连通。
优选地，所述配油轴、导轮、涡轮和涡轮轴均同轴设置。
优选地，所述配油轴另一端设有第一转速传感器，所述出油管的排油口设有压力传感器，所述涡轮轴输出端设有第二转速传感器，每个柱塞上均设有行程开关传感器、应力传感器和响应开关，所述控制器分别与所述行程开关传感器、应力传感器、响应开关、第一转速传感器、第二转速传感器及压力传感器通过信号线连接，用于根据各传感器采集到的值来控制所述补油单元的补油量，实现将恒定转速由所述涡轮轴输出。
优选地，所述排油装置共有40组，每组排油装置包括9个柱塞。
优选地，每个柱塞的腔体均通过第一单向阀与所述进油管连通，每个柱塞的腔体均通过第二单向阀和所述出油管连通，所述第一单向阀和所述第二单向阀方向相反。
优选地，所述40组排油装置以等间距设置在所述配油轴上，靠近所述分流仓的一组排油装置为第一组排油装置，与所述第一组排油装置相邻的为第二组排油装置，所述第一组排油装置围绕所述配油轴沿逆时针方向转动9度，即为与其相邻的第二组排油装置的设置方向，以此类推，前一组排油装置围绕所述配油轴沿逆时针方向转动9度即为其后一组排油装置的设置方向。
优选地，所述循环管路上依次设有冷却器和过滤器，所述冷却器邻近所述出油口，所述补油单元设置在所述过滤器和所述进油口之间。
优选地，所述补油单元包括第一补油单元和第二补油单元，所述第一补油单元包括第一单向阀、液压泵和第一过滤器，所述第一单向阀的一端与所述循环管路连接，所述第一单向阀的另一端依次连接液压泵和第一过滤器，所述液压泵还连接电动机，所述电动机与所述控制器通过信号线连接，所述第二补油单元包括第二单向阀和第二过滤器，所述第二单向阀的一端与所述循环管路连接，所述第二单向阀的另一端与所述第二过滤器连接。
优选地，所述循环管路上靠近所述进油口设有溢流阀。
优选地，控制器为PLC(可编程逻辑控制器)。
本发明提供的可调速液力变速器具有以下优势：
1)该变速器采用液压传动的方式，改良了径向柱塞泵的结构，改变了变量容积的调节方式。
2)通过采集变速器各参数值，采用PLC控制输入端变量容积，快速地实时调整传动比，使液力变速器稳定的保持变速恒频工况；同时，液压传动系统可以减轻传动系统的转矩波动，具有柔性特性，体现了近似于无级变速的多级变速。
3)和液力耦合器的部分结构相结合，传动系统分级少，传动比大，液压传动系统中极大的减少了传动部件间的直接接触，对能量传递的效率更高；完全代替了齿轮箱，节约成本，提高了可靠性；液压补油装置部分的集成化和简化，缩短了油路，减少了能量损失，减轻了变速器整体体积和重量。
4)本发明提供的液力变速器还可以用于其他机械的变速要求，比如水利发电和潮汐发电。
附图说明
图1为本发明实施例的用于全液压风力机组的可调速液力变速器的结构示意图；
图2为一组排油装置沿配油轴的径向切面示意图；
图3为单个柱塞处传感器和单向阀的布置示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明提供了一种用于全液压风力机组的可调速液力变速器，具体如图1至图3所示，包括壳体3、能量传递单元、补油单元和控制器24，本实施例中控制器24为PLC。
能量传递单元用于转速的传递，包括配油轴4、与配油轴4一端端面依次连接的分流仓8、导轮9、涡轮10和涡轮轴11，配油轴4、导轮9、涡轮10和涡轮轴11均同轴设置，壳体3对应配油轴4的另一端设有开口，壳体3对应涡轮轴11的一端设有开口。
配油轴4内部沿轴向设有进油管5和出油管6，出油管6与分流仓8连通，配油轴4内部沿轴向设有多组排油装置，每组排油装置所在平面与配油轴4的轴向垂直，每组排油装置包括均匀设置的多个柱塞14，柱塞14的腔体与进油管5和出油管6连通，柱塞14的柱塞杆在液压油的作用下与壳体3起伏形状的内壁相抵接，配油轴4带动柱塞14做伸缩运动，使柱塞14将液压油从进油管5吸入腔体或将腔体内的液压油压出至出油管6，出油管6将多个柱塞14往复运动压出的液压油一起由排油口7压入分流仓8，分流仓8通过多组孔口将液压油传递到导轮9的叶片上，液压油经过导轮9上叶片的导向作用改变了方向，导轮9将改变方向后的液压油以一定方向打到涡轮10的叶片上，驱动涡轮10转动，并将转速由涡轮轴11输出。
本实施例中，排油装置共有40组，每组排油装置包括9个柱塞14，每个柱塞14的腔体均通过第一单向阀33与进油管5连通，每个柱塞14的腔体均通过第二单向阀34和出油管6连通，第一单向阀33和第二单向阀34方向相反，每个柱塞14均在顶端设有滑动滚珠并用卡簧固定，柱塞14腔外侧设有密封件，40组排油装置以等间距设置在配油轴4上，靠近分流仓8的一组排油装置为第一组排油装置，与第一组排油装置相邻的为第二组排油装置，与第二组排油装置相邻的为第三组排油装置，以此类推直到第四十组排油装置，第四十组排油装置靠近进油口17；其中，第一组排油装置围绕配油轴4沿逆时针方向转动9度，即为与其相邻的第二组排油装置的设置方向，第二组排油装置围绕配油轴4沿逆时针方向转动9度，即为与其相邻的第三组排油装置的设置方向，以此类推，前一组排油装置围绕配油轴4沿逆时针方向转动9度即为其后一组排油装置的设置方向，这样的设置方式使得所有柱塞交错排布，使液压能均匀产生，同时使变量调节的效果更均衡。
壳体3靠近涡轮10一端设有多组出油口，出油口与进油管5的进油口17通过循环管路连通26，补油单元与循环管路26连通，变速器利用补油单元通过循环管路26给进油管5补充液压油。
为了对从出油管6出来的液压油进行降温和去除杂质，循环管路26上依次设有冷却器15和过滤器16，冷却器15邻近出油口，液压油经过涡轮10后，经液力变速器的多组出油口进入循环管路26，通过冷却器15和过滤器16，经配油轴4前端进油口17进入进油管5，完成一次循环；同时补油单元设置在过滤器16和进油口17之间，在补油单元和进油口17之间还设置有溢流阀25，通过溢流阀25整个油路进行泄压。
为了更加精确的控制补油单元的补油量及排油装置的排油量，本实施例在在配油轴4另一端设有第一转速传感器27，出油管6的排油口7设有压力传感器28，涡轮轴11输出端设有第二转速传感器29，每个柱塞14上均设有行程开关传感器30、应力传感器31和响应开关32；控制器24分别与行程开关传感器30、应力传感器31、响应开关32、第一转速传感器27、第二转速传感器29及压力传感器28通过信号线连接，用于根据各传感器的采集到的转速、压力等值，和预先设定值进行分析比较，实时调节各个柱塞14处的锁止状态进行整体传动系统的调速，实现将恒定转速由涡轮轴11输出。
补油单元包括第一补油单元和第二补油单元，第一补油单元包括第一单向阀18、液压泵19和第一过滤器21，第一单向阀18的一端与循环管路26连接，第一单向阀18的另一端依次连接液压泵19和第一过滤器21，液压泵19还连接电动机20，电动机20与控制器24通过信号线连接，第二补油单元包括第二单向阀22和第二过滤器23，第二单向阀22的一端与循环管路26连接，第二单向阀22的另一端与第二过滤器23连接。
第一补油单元的补油过程为，压力传感器28实时检测排油口7的压力值，并将压力值传递给控制器24，当压力低于额定值时，控制器24控制电动机20转动，液压泵19在电动机20的带动下，将液压油从油箱抽出，并依次经过过滤器21、液压泵19和第一单向阀18进入循环管路26，并通过进油口17进入配油轴4的进油管5，完成补油；同时液压油也可在风力机组转动情况下通过过滤器23和单向阀22进入循环管路26，并通过进油口17进入配油轴4的进油管5，完成补油；当压力值高于额定值时，溢流阀25打开泄压。
以上所述及实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种用于全液压风力机组的可调速液力变速器，包括壳体(3)，其特征在于，还包括能量传递单元、补油单元和控制器(24)，所述能量传递单元置于所述壳体(3)内；
所述能量传递单元包括配油轴(4)、与所述配油轴(4)一端端面依次连接的分流仓(8)、导轮(9)、涡轮(10)和涡轮轴(11)，所述壳体(3)对应所述配油轴(4)的另一端设有开口，所述壳体(3)对应所述涡轮轴(11)的一端设有开口；
所述配油轴(4)内部沿轴向设有进油管(5)和出油管(6)，所述出油管(6)与所述分流仓(8)连通，所述配油轴(4)内部沿轴向设有多组排油装置，每组排油装置所在平面与所述配油轴(4)的轴向垂直，每组排油装置包括均匀设置的多个柱塞(14)，所述柱塞(14)的腔体与所述进油管(5)和所述出油管(6)连通；
所述壳体(3)靠近所述涡轮(10)一端设有多组出油口，所述出油口与所述进油管(5)的进油口(17)通过循环管路(26)连通，所述补油单元与所述循环管路(26)连通；
所述循环管路(26)上依次设有冷却器(15)和过滤器(16)，所述冷却器(15)邻近所述出油口，所述补油单元设置在所述过滤器(16)和所述进油口(17)之间；
所述补油单元包括第一补油单元和第二补油单元，所述第一补油单元包括第一单向阀(18)、液压泵(19)和第一过滤器(21)，所述第一单向阀(18)的一端与所述循环管路(26)连接，所述第一单向阀(18)的另一端依次连接液压泵(19)和第一过滤器(21)，所述液压泵(19)还连接电动机(20)，所述电动机(20)与所述控制器(24)通过信号线连接，所述第二补油单元包括第二单向阀(22)和第二过滤器(23)，所述第二单向阀(22)的一端与所述循环管路(26)连接，所述第二单向阀(22)的另一端与所述第二过滤器(23)连接，所述循环管路(26)上靠近所述进油口(17)设有溢流阀(25)。
2.根据权利要求1所述的可调速液力变速器，其特征在于，所述配油轴(4)、导轮(9)、涡轮(10)和涡轮轴(11)均同轴设置。
3.根据权利要求1所述的可调速液力变速器，其特征在于，所述配油轴(4)另一端设有第一转速传感器(27)，所述出油管(6)的排油口(7)设有压力传感器(28)，所述涡轮轴(11)输出端设有第二转速传感器(29)，每个柱塞(14)上均设有行程开关传感器(30)、应力传感器(31)和响应开关(32)，所述控制器(24)分别与所述行程开关传感器(30)、应力传感器(31)、响应开关(32)、第一转速传感器(27)、第二转速传感器(29)及压力传感器(28)通过信号线连接，用于根据各传感器采集到的值来控制所述补油单元的补油量，实现将恒定转速由所述涡轮轴(11)输出。
4.根据权利要求1所述的可调速液力变速器，其特征在于，所述排油装置共有40组，每组排油装置包括9个柱塞(14)。
5.根据权利要求4所述的可调速液力变速器，其特征在于，每个柱塞(14)的腔体均通过第一单向阀(33)与所述进油管(5)连通，每个柱塞(14)的腔体均通过第二单向阀(34)和所述出油管(6)连通，所述第一单向阀(33)和所述第二单向阀(34)方向相反。
6.根据权利要求4所述的可调速液力变速器，其特征在于，所述40组排油装置以等间距设置在所述配油轴(4)上，靠近所述分流仓(8)的一组排油装置为第一组排油装置，与所述第一组排油装置相邻的为第二组排油装置，所述第一组排油装置围绕所述配油轴(4)沿逆时针方向转动9度，即为与其相邻的第二组排油装置的设置方向，以此类推，前一组排油装置围绕所述配油轴(4)沿逆时针方向转动9度即为其后一组排油装置的设置方向。
7.根据权利要求1所述的可调速液力变速器，其特征在于，控制器(24)为PLC。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20180713 Termination date: 20190403 |