CN105971981B - 液压动力机构及液压式风力发电机 - Google Patents

液压动力机构及液压式风力发电机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种液压动力机构，包括转轴、支架及至少一个供油单元，转轴可转动设置在支架上；供油单元包括偏心轮、偏心外环、多个第一控制阀、多个伸缩油缸、导向筒和导杆，偏心轮固定于转轴上，偏心外环可转动地套设在偏心轮上；伸缩油缸的一端与支架铰接，另一端与偏心外环铰接；导向筒与支架固定，导杆的一端与偏心轮铰接，另一端与导向筒滑动连接，导杆可相对导向筒沿转轴的径向滑动；第一控制阀与伸缩油缸连接，用于控制伸缩油缸的吸油和排油。利用该液压动力机构可以提供大流量的液压油，进而满足风力发电机的需求。在此基础上，本发明还提出一种具有该液压动力机构的液压式风力发电机。

Description

液压动力机构及液压式风力发电机
技术领域
本发明涉及风力发电技术，具体涉及一种液压动力机构及液压式风力发电机。
背景技术
风能是一种重要的可再生清洁能源，风能在开发价值和商业化推广中具有广阔的发展前景，利用风能发电的技术方案已经在各国不断的研究发展。作为风力发电的核心设备，风力发电机的品质很大程度上决定了风力发电技术的经济效益。
通常，风力发电机包括塔筒、机舱(也称塔头)及叶片三个重要部分，机舱设置于塔筒顶部，叶片通过传动轴与机舱连接；根据传动方式的不同，风力发电机分为机械式和液压式两类。在机械式风力发电机上，机舱内设置有增速箱、发电机及控制元件等部件，传动轴与增速箱连接；作业时，风力驱使叶片转动，增速箱将叶片输入的旋转运动进行增速降扭后传递给发电机，发电机将动能转化为电能并通过电路输出至电网。在液压式风力发电机上，机舱内设置有液压泵，传动轴与液压泵连接，地面上设置有液压马达和发电机；作业时，叶片带动液压泵工作，液压泵将液压油加压后提供给地面的液压马达，液压马达驱动发电机工作。
随着风力发电机的功率增大，在机械式风力发电机上，增速箱及发电机的体积、重量越来越大，给制造、安装及维护带来了极大困难；同样的，随着风力发电机功率的增大，液压泵需要提供大流量的液压油，而现有的液压泵是无法满足需求的；因此，严重制约了大功率风力发电机的生产。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种液压动力机构，利用该液压动力机构可以提供大流量的液压油，进而满足风力发电机的需求。在此基础上，本发明还提出一种具有该液压动力机构的液压式风力发电机。
作为第一方面，本发明提出一种液压动力机构，包括转轴、支架及至少一个供油单元，所述转轴可转动设置在支架上；所述供油单元包括偏心轮、偏心外环、多个第一控制阀、多个伸缩油缸、导向筒和导杆，所述偏心轮固定于转轴上，所述偏心外环可转动地套设在偏心轮上；所述伸缩油缸的一端与支架铰接，另一端与偏心外环铰接；所述导向筒与支架固定，所述导杆的一端与偏心外环铰接于第一铰接点，另一端与导向筒滑动连接，所述导杆可相对导向筒沿转轴的径向滑动；所述第一控制阀与伸缩油缸连接，用于控制伸缩油缸的吸油和排油。
优选地，所述支架上设置有吸油口和排油口，所述第一控制阀还与吸油口、排油口连接；在第一状态下，所述第一控制阀将伸缩油缸与吸油口连通，在第二状态下，所述第一控制阀将伸缩油缸与排油口连通。
优选地，所述供油单元的数量为两个，且两个所述供油单元的偏心轮的相位角相差180度。
优选地，所述供油单元的数量为三个，且三个所述供油单元的偏心轮的相位角相差120度。
优选地，所述偏心外环通过回转支撑或者滚动轴承可转动地套设在偏心轮上。
优选地，所述支架上设置有吸油油路和排油油路，所述吸油油路和排油油路均环绕供油单元布置，且吸油油路与吸油口连通，排油油路与排油口连通。
优选地，所述第一控制阀包括两个单向阀，其中一个单向阀设置于所述伸缩油缸与吸油口之间，另一个单向阀设置于所述伸缩油缸与排油口之间。
优选地，所述第一控制阀为两位三通换向阀，在第一预定状态下，所述两位三通换向阀将伸缩油缸与吸油口连通，在第二预定状态下，所述两位三通换向阀将伸缩油缸与排油口连通。
本发明提出的液压动力机构包括转轴、支架及至少一个供油单元，转轴可转动设置在支架上；供油单元包括偏心轮、偏心外环、多个第一控制阀、多个伸缩油缸、导向筒和导杆，偏心轮固定于转轴上，偏心外环可转动地套设在偏心轮上；伸缩油缸的一端与支架铰接，另一端与偏心外环铰接；导向筒与支架固定，导杆的一端与偏心轮铰接，另一端与导向筒滑动连接，导杆可相对导向筒沿转轴的径向滑动；第一控制阀与伸缩油缸连接，用于控制伸缩油缸的吸油和排油。该液压动力机构的工作原理是：工作时，转轴带动偏心轮转动，进而驱使偏心外环沿转轴的径向移动，同时偏心外环围绕第一铰接点摆动；偏心外环带动伸缩油缸的活塞杆相对缸筒伸缩运动，在活塞杆的伸缩运动过程中，缸筒内的容积腔周期性增大或缩小；在容积腔增大时，第一控制阀将容积腔与液压油箱连通，伸缩油缸吸入液压油，在容积腔缩小时，第一控制阀将容积腔与液压执行元件(比如液压马达)连通，此时，液压动力机构为液压执行元件提供高压的液压油。在转轴转动过程中，多个伸缩油缸按顺序交替式的吸油和排油，进而保证了始终有大流量的液压油提供给液压执行元件。
根据工作原理及结构可以清楚，本发明提出的液压动力机构可以将机械旋转运动转换为液压油的压能，同时，供油单元的数量及每个供油单元所具有的伸缩油缸的数量可以根据需要灵活布置；因此，采用该液压动力机构可以提供大流量的液压油，以便满足风力发电机的需求。另外，伸缩油缸作为成熟的液压元件，可以提升密封效果，防止液压油泄漏。
作为第二方面，本发明提出一种液压式风力发电机；该液压式风力发电机包括叶片、机舱、塔筒、液压马达及发电机，所述机舱设置于塔筒顶部，所述机舱内设置有上述任意一项的液压动力机构，所述叶片与转轴连接；所述液压动力机构与液压马达连接，用于为液压马达提供液压油；所述液压马达与发电机连接，用于驱动发电机工作。
优选地，所述液压马达的数量为多个，且多个所述液压马达之间并联设置。
本发明提出的液压式风力发电机包括叶片、机舱、塔筒、液压马达及发电机，其中机舱内设置有上述的液压动力机构；作业时，叶片带动转轴转动，进而驱使液压动力机构工作，液压动力机构排出的液压油输送至液压马达，驱使液压马达工作，液压马达带动发电机发电。通过采用上述的液压动力机构，可以提供足量的液压油，从而保证发电机正常工作；并且，该液压式风力发电机可以将液压马达及发电机布置在地面上，简化机舱结构，降低机舱及塔筒的重量，从而给制造、安装及维护带来便利。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，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：
图1为本发明第一实施例提供的液压动力机构的结构示意图；
图2为图1中A-A方向的剖面图；
图3为图1中B部分的局部放大图；
图4为图1所示液压动力机构的原理图；
图5为本发明第二实施例提供的液压动力机构的立体示意图；
图6为图5所示液压动力机构的剖视图；
图7为本发明第三实施例提供的液压式风力发电机的液压原理图。
附图标记说明：
1—转轴 2—偏心轮 3—偏心外环 4—伸缩油缸 5—第一控制阀
6—导向筒 7—导杆 8—排油油路 9—吸油油路 10—供油单元
11—支架 12—底座 13—缸筒 14—活塞杆 15—轴承 16—内圈
17—外圈 20—液压马达 30—第二控制阀 40—第一溢流阀组
50—梭阀 60—补油泵 70—第二溢流阀组 80—液压油箱
100—液压动力机构
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1至图4所示，本发明第一实施例提出的液压动力机构100包括转轴1、支架11及一个供油单元10，支架11的底端设置有底座12，转轴1的两端通过轴承15可转动地设置在支架11上；供油单元10包括偏心轮2、偏心外环3、多个第一控制阀5、多个伸缩油缸4、导向筒6和导杆7，偏心轮2固定在转轴1上，偏心外环3通过回转支撑可转动地套设在偏心轮2上，回转支撑包括内圈16、外圈17及滚柱，如图3所示，滚柱位于内圈16与外圈17之间，内圈16与偏心轮2通过螺栓固定连接，外圈17与偏心外环3通过螺栓固定连接；伸缩油缸4包括缸筒13和活塞杆14，缸筒13与支架11铰接，活塞杆14的一端滑动设置在缸筒13内，活塞杆14的另一端与偏心外环3铰接；导向筒6固定在支架11上，导杆7的一端与偏心外环3铰接于第一铰接点，导杆7的另一端与导向筒6滑动连接；支架11上设置有吸油口和排油口，第一控制阀5与伸缩油缸4、吸油口及排油口连接连接。
该液压动力机构100的工作原理是：工作时，转轴1带动偏心轮2转动，进而驱使偏心外环3沿转轴1的径向移动，同时偏心外环3围绕第一铰接点摆动；偏心外环3带动伸缩油缸4的活塞杆14相对缸筒13伸缩运动，在活塞杆14的伸缩运动过程中，缸筒13内的容积腔周期性增大或缩小；在容积腔增大时(即第一状态)，第一控制阀5将容积腔与液压油箱80连通，伸缩油缸4吸入液压油，在容积腔缩小时(即第二状态)，第一控制阀5将容积腔与液压执行元件(比如液压马达)20连通。
在转轴1转动过程中，多个伸缩油缸4按顺序交替式的吸油和排油，进而保证该液压动力机构100始终有大流量的高压液压油经排油口排出。另外，通过设置统一的吸油口和排油口，可以简化液压管路的布置。
在本实施例中，第一控制阀5的具体结构可以有多种不同结构，只要其能与伸缩油缸4相匹配；具体地，至少存在以下四种结构形式：
1)当伸缩油缸4为单作用油缸时，第一控制阀5由两个单向阀构成，其中一个单向阀设置于伸缩油缸4与吸油口之间，用于控制吸油，另一个单向阀设置于伸缩油缸4与排油口之间，用于控制排油。
2)当伸缩油缸4为单作用油缸时，第一控制阀5为一个两位三通换向阀，在容积腔增大时，两位三通换向阀将伸缩油缸4与吸油口连通，在容积腔缩小时，两位三通换向阀将伸缩油缸4与排油口连通。
3)当伸缩油缸4为双作用油缸时，第一控制阀5由四个单向阀构成，双作用油缸比单作用油缸多一个容积腔，每个容积腔对应一个控制吸油的单向阀和一个控制排油的单向阀。
4)当伸缩油缸4为双作用油缸时，第一控制阀5为一个两位四通换向阀，在双作用油缸上，当一个容积腔排油时，另一个容积腔吸油；两位四通换向阀的四个油口分别接吸油口、排油口及伸缩油缸4的两个容积腔，两位四通换向阀将其中一个容积腔与排油口连通的同时，将另一个容积腔与吸油口连通。
为了进一步方便油路的布置，在支架11上设置有吸油油路9和排油油路8，吸油油路9和排油油路8均环绕供油单元10布置，且吸油油路9与吸油口连通，排油油路8与排油口连通；第一控制阀5经吸油油路9与吸油口连接，并经排油油路8与排油口连接。
如图5和6所示，在本发明的第二实施例中，液压动力机构100包括三个供油单元10，三个供油单元10的偏心轮2的相位角相差120度。通过增加供油单元10的数量，可以进一步增大液压动力机构100的供油流量。
需要说明的是，在其它实施例中，也可以采用滚动轴承15代替回转支撑。同时，供油单元10的数量可以为两个，两个供油单元10的偏心轮2的相位角相差180度。当然，为了具有更大的流量，供油单元10的数量还可以进一步增大。
根据工作原理及结构可以清楚，本发明提出的液压动力机构100可以将机械旋转运动转换为液压油的压能，同时，供油单元10的数量及每个供油单元10所具有的伸缩油缸4的数量可以根据需要灵活布置；因此，采用该液压动力机构100可以提供大流量的液压油，以便满足风力发电机的需求。另外，伸缩油缸4作为成熟的液压元件，可以提升密封效果，防止液压油泄漏。
在本发明的第三实施例中，还提出一种液压式风力发电机；该液压式风力发电机包括叶片、机舱、塔筒、液压马达20及发电机，机舱设置于塔筒顶部，机舱内设置有上述的液压动力机构100，叶片与转轴1连接；液压动力机构100与液压马达20连接，用于为液压马达20提供液压油；液压马达20与发电机连接，用于驱动发电机工作。
作业时，叶片带动转轴1转动，进而驱使液压动力机构100工作，液压动力机构100排出的液压油输送至液压马达20，驱使液压马达20工作，液压马达20带动发电机发电。通过采用上述的液压动力机构100，可以提供足量的液压油，从而保证发电机正常工作；并且，该液压式风力发电机可以将液压马达20及发电机布置在地面上，简化机舱结构，降低机舱及塔筒的重量，从而给制造、安装及维护带来便利。
在本实施例中，液压马达20的数量为多个，且多个液压马达20之间并联设置。多个液压马达20同时驱动发电机，在传递的总功率不变的情况下，每个液压马达20的功率可以降低，进而方便液压马达20选型；在单个液压马达20功率不变的情况下，多个液压马达20可以将更大的功率传递给发电机。
图7所示为本实施例的液压式风力发电机的液压原理图，如图7所示，该液压式风力发电机的液压系统包括液压动力机构100、第一溢流阀组40、第二溢流阀组70、两个液压马达20、两个第二控制阀30、补油泵60、液压油箱80及梭阀50；液压动力机构100的排油口分别与第一溢流阀组40、第二控制阀30连接，液压动力机构100的吸油口分别与第二溢流阀组70、补油泵60、液压马达20的回油口连接，液压马达20的进油口与第二控制阀连接；梭阀50布置在排油口与吸油口之间，用于获取控制油路的压力。
工作时，液压动力机构100经排油口排出液压油，液压油经第二控制阀进入液压马达20，在液压油的驱使下，液压马达20工作，同时液压马达20的回油口排出低压的液压油，液压马达20排出的液压油经吸油口重新回到液压动力机构100。当排油口处的压力过高时，第一溢流阀组40开始溢流，进而防止过载；当吸油口处的压力过高时，第二溢流阀组70开始溢流。当需要停止某个液压马达20工作时，第二控制阀30断开液压马达20与排油口的连接，同时将液压马达的进油口与其回油口连通。如因泄漏导致液压马达20回油口输送至液压动力机构100的吸油口的液压油不足时，补油泵60工作，将液压油箱80内的液压油补充给液压动力机构100。
为了保证液压马达20的输出转速稳定，优先采用变量马达，当叶片转速变化，液压动力机构100提供的液压油流量也会波动，变量马达可以根据叶片的转速调节自身排量，进而保证转速稳定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种液压动力机构(100)，其特征在于，包括转轴(1)、支架(11)及至少一个供油单元(10)，所述转轴(1)可转动设置在支架(11)上；所述供油单元(10)包括偏心轮(2)、偏心外环(3)、多个第一控制阀(5)、多个伸缩油缸(4)、导向筒(6)和导杆(7)，所述偏心轮(2)固定于转轴(1)上，所述偏心外环(3)可转动地套设在偏心轮(2)上；所述伸缩油缸(4)的一端与支架(11)铰接，另一端与偏心外环(3)铰接；所述导向筒(6)与支架(11)固定，所述导杆(7)的一端与偏心外环(3)铰接于第一铰接点，另一端与导向筒(6)滑动连接，所述导杆(7)可相对导向筒(6)沿转轴(1)的径向滑动；所述第一控制阀(5)与伸缩油缸(4)连接，用于控制伸缩油缸(4)的吸油和排油。
2.根据权利要求1所述的液压动力机构(100)，其特征在于，所述支架(11)上设置有吸油口和排油口，所述第一控制阀(5)还与吸油口、排油口连接；在第一状态下，所述第一控制阀(5)将伸缩油缸(4)与吸油口连通，在第二状态下，所述第一控制阀(5)将伸缩油缸(4)与排油口连通。
3.根据权利要求1所述的液压动力机构(100)，其特征在于，所述供油单元(10)的数量为两个，且两个所述供油单元(10)的偏心轮(2)的相位角相差180度。
4.根据权利要求1所述的液压动力机构(100)，其特征在于，所述供油单元(10)的数量为三个，且三个所述供油单元(10)的偏心轮(2)的相位角相差120度。
5.根据权利要求1所述的液压动力机构(100)，其特征在于，所述偏心外环(3)通过回转支撑或者滚动轴承(15)可转动地套设在偏心轮(2)上。
6.根据权利要求2所述的液压动力机构(100)，其特征在于，所述支架(11)上设置有吸油油路(9)和排油油路(8)，所述吸油油路(9)和排油油路(8)均环绕供油单元(10)布置，且吸油油路(9)与吸油口连通，排油油路(8)与排油口连通。
7.根据权利要求2所述的液压动力机构(100)，其特征在于，所述第一控制阀(5)包括两个单向阀，其中一个单向阀设置于所述伸缩油缸(4)与吸油口之间，另一个单向阀设置于所述伸缩油缸(4)与排油口之间。
8.根据权利要求2所述的液压动力机构(100)，其特征在于，所述第一控制阀(5)为两位三通换向阀，在第一预定状态下，所述两位三通换向阀将伸缩油缸(4)与吸油口连通，在第二预定状态下，所述两位三通换向阀将伸缩油缸(4)与排油口连通。
9.一种液压式风力发电机，其特征在于，包括叶片、机舱、塔筒、液压马达(20)及发电机，所述机舱设置于塔筒顶部，所述机舱内设置有权利要求1至8任意一项所述的液压动力机构(100)，所述叶片与转轴(1)连接；所述液压动力机构(100)与液压马达(20)连接，用于为液压马达(20)提供液压油；所述液压马达(20)与发电机连接，用于驱动发电机工作。
10.根据权利要求9所述的液压式风力发电机，其特征在于，所述液压马达(20)的数量为多个，且多个所述液压马达(20)之间并联设置。
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