CN108443062B - 一种采用液压缓冲制动和锁紧的风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明属于风力发电技术领域。为了解决风力发电机组采用常规机械式刹车时，存在引起机箱震动和刹车盘磨损导致刹车效果下降的问题，本发明公开了一种采用液压缓冲制动和锁紧的风力发电机组。该风力发电机组，包括液压泵、液压马达、风轮、发电机以及补油单元、液压缓冲单元和液压锁紧单元；其中，通过液压缓冲单元可以将正常运行的主循环系统切换至制动循环系统，完成对发电机机组的缓冲制动，通过液压锁紧单元可以对液压泵进行隔离，实现对风轮和液压泵的锁紧。本发明的风力发电机组利用液压缓冲单元和液压锁紧单元，可以实现对发电机组的平稳缓冲制动和锁紧，从而避免发生震动，提高对发电机组的保护，保证刹车效果的稳定。

Description

一种采用液压缓冲制动和锁紧的风力发电机组

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种采用液压缓冲制动和锁紧的风力发电机组。

背景技术

随着近几年来世界传统能源的枯竭，新型能源纷纷登上能源舞台。风力发电长足发展，为世界能源的枯竭和环境危机做出了应有的贡献。因此，新型液压风力发电机组设备得到了前所未有的关注，并且在世界各地已经开始试验或投入使用，将会逐步取代传统机械齿轮传动的发电机组。其中，风力发电机组的刹车系统好坏对于整个发电机组的正常运行起着至关重要的作用。风力发电机组的刹车系统主要用于风力机的安全系统。风力机刹车分为主循环系统维护时的正常刹车和风力机过载、遭遇大风等意外情况的紧急临时刹车。

目前，在液压型风力发电机组中通常采用传统的机械式刹车，例如借助刹车盘对转轴的直接抱剎完成刹车制动。然而，在这种机械式摩擦刹车的过程中，通常会引起机箱的剧烈震动，尤其是在紧急刹车过程中震动会更加明显和剧烈，对整个发电机组运行的稳定性和安全性产生影响，而且刹车盘长时间工作后随着其磨损程度的不断加深，其制动效果会显著下降，从而影响刹车制动的效果，给发电机组的运行带来安全隐患。

发明内容

为了解决风力发电机组采用常规机械式刹车时，存在引起机箱震动和刹车盘磨损导致刹车效果下降的问题，本发明提出了一种采用液压缓冲制动和锁紧的风力发电机组。该风力发电机组，包括液压泵、液压马达、风轮、发电机以及补油单元、液压缓冲单元和液压锁紧单元；其中，

所述液压泵的出油口与所述液压马达的进油口之间通过高压油路连接，所述液压马达的出油口与液压泵的进油口之间通过低压油路连接；所述风轮与所述液压泵的输入轴连接，所述发电机与所述液压马达的输出轴连接；

所述补油单元，包括补油泵和补油箱；所述补油泵的进油口与所述补油箱连通，所述补油泵的出油口与所述低压油路连通；

所述液压缓冲单元，包括缓冲溢流阀和缓冲换向阀；所述缓冲溢流阀位于所述高压油路和所述低压油路之间，并且所述缓冲溢流阀的进油口与所述高压油路连通，所述缓冲溢流阀的出油口与所述低压油路连通；所述缓冲换向阀位于所述高压油路中，并且位于所述液压马达的进油口与所述缓冲溢流阀的进油口之间，用于控制所述高压油路的通断；

所述液压锁紧单元，包括锁紧换向阀、液控单向阀、低压单向阀和补油单向阀；所述液控单向阀位于所述高压油路中，并且所述液控单向阀的出油口与所述液压泵的出油口直接连通；所述低压单向阀位于所述低压油路中，并且所述低压单向阀的出油口与所述液压泵的进油口直接连通；所述补油单向阀位于所述补油泵的出油口和所述低压油路之间，并且所述补油单向阀的出油口同时与所述液压泵的进油口和所述低压单向阀的出油口相连通；所述锁紧换向阀包括A口、P口和T口，所述A口与所述液控单向阀的控制油口连通，所述P口与所述补油泵的出油口连通，所述T口与所述补油箱连通；当所述锁紧换向阀位于第一工作位时，所述A口与所述P口连通，所述T口封闭；当所述锁紧换向阀位于第二工作位时，所述A口与所述T口连通，所述P口封闭。

优选的，该风力发电机组还包括转速传感器，所述转速传感器位于所述风轮和所述液压泵之间，用于检测所述风轮的转速。

优选的，该风力发电机组还包括低压溢流阀，所述低压溢流阀的进油口与所述低压油路连通，出油口与所述补油箱连通。

优选的，所述补油单元还包括补油溢流阀，所述补油溢流阀的进油口与所述补油泵的出油口连通，出油口与所述补油箱连通。

优选的，所述缓冲换向阀采用两位两通电磁换向阀。

进一步优选的，所述缓冲换向阀采用弹簧复位结构，并且处于失电复位状态时，所述缓冲换向阀的进油口和出油口断开。

优选的，所述缓冲溢流阀选用电液比例溢流阀。

优选的，所述锁紧换向阀采用两位电磁换向阀。

进一步优选的，所述锁紧换向阀采用弹簧复位结构，并且处于失电复位状态时，所述A口与所述T口连通，所述P口封闭。

本发明的风力发电机组在进行液压缓冲制动和锁紧时，具有以下有益效果：

1、在本发明的风力发电机组正常运行过程中，通过对缓冲换向阀的切换和对缓冲溢流阀的控制即可将主循环系统快速切换至无液压马达的制动循环系统，从而保证液压泵在继续正常输出高压油液的情况下，利用对缓冲溢流阀逐渐提升的溢流压力，逐渐增加液压泵的出油口压力，克服液压泵在风轮带动下产生的动力，使风轮和液压泵逐渐平稳的停止转动。这样，利用缓冲溢流阀中溢流压力的逐步提升，保证了在整个制动过程中不会对液压泵产生制动冲击，即便是制动开始时也可以使整个风力发电机组平稳的切换至制动循环系统中，从而避免了制动过程的震动，提高了对发电机组的保护，保证了刹车效果的稳定。

2、在本发明的风力发电机组中，通过锁紧换向阀、液控单向阀、低压单向阀和补油单向阀的配合工作，将制动后的液压泵进行完全隔离，对液压泵的进油口和出油口同时进行封闭，使外界作用力无法驱动液压泵进行正向和反向的转动，从而实现对风轮和液压泵的锁紧。而且在锁紧状态下，如果风轮受到意外冲击发生瞬间转动时，也可以将该冲击力通过液压泵传递至液压油中，利用液压油的微压缩性，对冲击力进行快速吸收，从而避免在风轮与液压泵之间发生硬冲击，提高对液压泵和风轮的保护。

附图说明

图1为本发明采用液压缓冲制动和锁紧的风力发电机组的系统原理图；

图2为本发明风力发电机组进行缓冲制动时的系统原理图；

图3为本发明风力发电机组进行锁紧时的系统原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细介绍。

结合图1所示，本发明的风力发电机组，包括液压泵1、液压马达2、风轮3、发电机4以及补油单元5、液压缓冲单元6和液压锁紧单元7。

液压泵1的出油口与液压马达2的进油口之间通过高压油路81连接，液压马达2的出油口与液压泵1的进油口之间再通过低压油路82连接，从而形成闭环的主循环系统。风轮3与液压泵1的输入轴连接，发电机4与液压马达2的输出轴连接。此时，风轮3在外界风力的驱动下转动，从而带动液压泵1转动输出高压油液，高压油液通过高压油路81流至液压马达2并驱动液压马达2转动，进而带动发电机4运转发电。

其中，在本实施例中，液压马达2选用变量马达，这样通过对液压马达2的排量调整，可以使液压马达2与液压泵1输出的不同流量的高压油液进行更好的匹配，从而使液压马达2的运转可以与外界不同的风况进行匹配，保证持续稳定的发电效果。

此外，在液压泵1和风轮3之间还设有一个转速传感器91，用于对风轮3的实时转速进行检测，从而可以为液压马达2的排量调整提供实时参照数据，提高对液压马达2调整的快速性和准确性。

补油单元5，包括补油泵51和补油箱52。其中，补油泵51的进油口与补油箱52连通，补油泵51的出油口与低压油路82连通。此时，补油泵51在电机的驱动作用下，将补油箱52中的低温油液输送至主循环系统中进行油液的补充和冷却，从而保证主循环系统的正常运行。

优选的，在本实施例中，补油单元5中还设有补油溢流阀53和补油压力表54。其中，补油溢流阀53的进油口与补油泵51的出油口连通，补油溢流阀53的出油口与补油箱52连通，并且补油压力表54位于补油泵51的出油口位置。此时，通过补油压力表54可以实时监测补油泵51输出的补充油液压力，通过对补油溢流阀53的调整可以改变补油泵51输出的补充油液压力大小，从而可以使补油泵51输出的补充油液与低压油路82中的油液压力保持相适应状态，避免补充油液压力过高或过低时引起主循序系统中油液的压力波动，保证主循环系统中油液压力的稳定流动。

液压缓冲单元6，包括缓冲溢流阀61和缓冲换向阀62。其中，缓冲溢流阀61位于高压油路81和低压油路82之间，并且缓冲溢流阀61的进油口与高压油路81连通，缓冲溢流阀61的出油口与低压油路82连通。缓冲换向阀62位于高压油路81中，并且位于液压马达2的进油口与缓冲溢流阀61的进油口之间，用于控制高压油路81的通断。

其中，在风力发电机组进行正常发电的运行过程中，缓冲换向阀62处于通路状态，保持高压油路81的连通，同时缓冲溢流阀61作为主循环系统的安全阀，控制主循环系统的最高压力，保证主循环系统的安全运行。

优选的，在本实施例中，缓冲溢流阀61选用电液比例溢流阀。这样，不仅可以实现对缓冲溢流阀61的远程自动化控制，而且可以提高对缓冲溢流阀61压力的调节精度和调节速度，实现对主循环系统压力的精准快速控制。

优选的，缓冲换向阀62选用两位两通电磁换向阀，利用电信号可以实现对缓冲换向阀62的远程动作控制。进一步，缓冲换向阀62采用弹簧复位结构，并且处于复位状态时，缓冲换向阀62保持断路状态。这样，在整个发电机组发生意外断电使缓冲换向阀62处于失电状态时，可以将高压油路81直接切换并保持在断开状态，停止主循环系统的继续发电，从而避免发生主循环系统在失控状态下的持续工作，保证对主循环系统的安全可靠性控制。

液压锁紧单元7，包括锁紧换向阀71、液控单向阀72、低压单向阀73和补油单向阀74。其中，液控单向阀72位于高压油路81中，并且液控单向阀72的出油口与液压泵1的出油口直接连通。低压单向阀73位于低压油路82中，并且低压单向阀73的出油口与液压泵1的进油口直接连通。补油单向阀74位于补油泵51的出油口和低压油路82之间，并且补油单向阀74的出油口同时与液压泵1的进油口和低压单向阀73的出油口相连通。锁紧换向阀71包括A口、P口和T口，A口与液控单向阀72的控制油口连通，P口与补油泵51的出油口连通，T口与补油箱52连通，并且当锁紧换向阀71位于第一工作位时，A口与P口连通，T口封闭；当锁紧换向阀71位于第二工作位时，A口与T口连通，P口封闭。

此时，补油泵51输出的一部分补充油液作为控制油，通过锁紧换向阀71流至液控单向阀72的控制油口，将液控单向阀72的主阀打开使其进油口和出油口连通，使液压泵1输出的高压油液可以直接穿过液控单向阀72流向液压马达2。

在本实施例中，锁紧换向阀71选用的是两位四通电磁换向阀，其中换向阀中的B口始终处于封闭状态，同样在其他实施例中，也可以直接选用两位三通换向阀作为锁紧换向阀71，实现A口分别与P口和T口之间通断的切换。

与此同时，在本实施例中，锁紧换向阀71同样选用弹簧复位结构，并且处于复位状态时，A口与T口连通，P口处于封闭状态。这样，在整个发电机组发生意外断电使锁紧换向阀71处于失电状态时，可以直接将液控单向阀72与补油泵51之间的油路切断并将液控单向阀72的控制油口与补油箱52连通，从而使液控单向阀72处于关闭状态，停止液压泵1继续向液压马达2提供高压油液，使主循环系统停止工作，保证发电机组在失控状态时的安全可靠性。

此外，结合图1所示，在高压油路81中还设有一个压力表92，并且位于液控单向阀72与缓冲换向阀62之间，用于实时监测高压油路81中的油液压力以及配合缓冲溢流阀61进行压力的调整。在低压油路82中还设有一个低压溢流阀83，其中低压溢流阀83的进油口与低压油路82连通，出油口与补油箱52连通，用于控制低压油路82中油液的压力，并且及时将低压油路82中的部分高温油液引流至补油箱52中，以配合补油泵51重新向低压油路82中补入低温油液，对主循环系统进行油温控制，保证主循环系统可以持续有效的运行工作。

本发明的风力发电机组在运行过程中，主要有以下三种工作状态：

第一种工作状态为正常运行发电阶段。结合图1所示，在此阶段，补油泵51保持工作状态持续输出具有一定压力的补充油液，该油液压力可以通过补油溢流阀53进行调整控制。锁紧换向阀71处于得电状态，即A口与P口连通，T口处于封闭状态，从而将补油泵51与液控单向阀72的控制油口连通，使液控单向阀72保持通路状态，同时缓冲换向阀62也处于得电状态，从而将整个高压油路81保持在通路状态。此时，风轮3在外界风能的驱动下，带动液压泵1输出高压油液，并通过高压油路81输送至液压马达2驱动其转动，从而带动发电机4进行发电。与此同时，缓冲溢流阀61作为主安全阀对主循环系统的最高压力进行控制，低压溢流阀83与补油泵51相互配合对主循环系统进行补油降温，保证主循环系统的持续稳定工作。

第二种工作状态为缓冲制动阶段。结合图1和图2所示，在此阶段，首先对缓冲换向阀62进行断电将其切换至断路状态，切断高压油路81对液压泵1和液压马达2连接，与此同时，将缓冲溢流阀61的控制信号快速降至小信号，使缓冲溢流阀61处于较小的溢流压力。此时，液压泵1在风轮3带动下输出的高压油液全部通过缓冲溢流阀61直接流至低压油路，并通过低压单向阀73重新流至液压泵1中，形成制动循环系统。接着，根据转速传感器91对风轮3转速的检测结果，对缓冲溢流阀61的控制信号进行逐渐调整，逐渐增加缓冲溢流阀61的溢流压力，从而提高液压泵1出油口端的压力，使液压泵1和风轮3逐渐停止转动，最终完成整个缓冲制动过程。

第三种工作状态为锁紧阶段。结合图1和图3所示，在完成对风轮3的缓冲制动操作后，关闭补油泵51停止补充油液的继续输出，同时对锁紧换向阀71进行断电，使A口切换至与T口连通，使P口封闭，使液控单向阀72失去控制油并切换至单向开启状态，使液压泵1输出的油液无法继续通过液压单向阀72。此时，在液控单向阀72、低压单向阀73和补油单向阀74的共同作用下，将液压泵1的进油口和出油口同时切断，使液压泵1处于隔离状态，无法在外界作用力的驱动下进行正向和反向的转动，从而完成对液压泵1和风轮3的锁紧。

Claims (7)

1.一种采用液压缓冲制动和锁紧的风力发电机组，其特征在于，包括液压泵、液压马达、风轮、发电机以及补油单元、液压缓冲单元和液压锁紧单元；其中，

所述液压泵的出油口与所述液压马达的进油口之间通过高压油路连接，所述液压马达的出油口与液压泵的进油口之间通过低压油路连接；所述风轮与所述液压泵的输入轴连接，所述发电机与所述液压马达的输出轴连接；

所述补油单元，包括补油泵和补油箱；所述补油泵的进油口与所述补油箱连通，所述补油泵的出油口与所述低压油路连通；

所述液压缓冲单元，包括缓冲溢流阀和缓冲换向阀；所述缓冲溢流阀位于所述高压油路和所述低压油路之间，并且所述缓冲溢流阀的进油口与所述高压油路连通，所述缓冲溢流阀的出油口与所述低压油路连通；所述缓冲换向阀位于所述高压油路中，并且位于所述液压马达的进油口与所述缓冲溢流阀的进油口之间，用于控制所述高压油路的通断；

所述液压锁紧单元，包括锁紧换向阀、液控单向阀、低压单向阀和补油单向阀；所述液控单向阀位于所述高压油路中，并且所述液控单向阀的出油口与所述液压泵的出油口直接连通；所述低压单向阀位于所述低压油路中，并且所述低压单向阀的出油口与所述液压泵的进油口直接连通；所述补油单向阀位于所述补油泵的出油口和所述低压油路之间，并且所述补油单向阀的出油口同时与所述液压泵的进油口和所述低压单向阀的出油口相连通；所述锁紧换向阀包括A口、P口和T口，所述A口与所述液控单向阀的控制油口连通，所述P口与所述补油泵的出油口连通，所述T口与所述补油箱连通；当所述锁紧换向阀位于第一工作位时，所述A口与所述P口连通，所述T口封闭；当所述锁紧换向阀位于第二工作位时，所述A口与所述T口连通，所述P口封闭；还包括转速传感器，所述转速传感器位于所述风轮和所述液压泵之间，用于检测所述风轮的转速；还包括低压溢流阀，所述低压溢流阀的进油口与所述低压油路连通，出油口与所述补油箱连通。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，所述补油单元还包括补油溢流阀，所述补油溢流阀的进油口与所述补油泵的出油口连通，出油口与所述补油箱连通。

3.根据权利要求1-2中任意一项所述的风力发电机组，其特征在于，所述缓冲换向阀采用两位两通电磁换向阀。

4.根据权利要求3所述的风力发电机组，其特征在于，所述缓冲换向阀采用弹簧复位结构，并且处于失电复位状态时，所述缓冲换向阀的进油口和出油口断开。

5.根据权利要求1-2中任意一项所述的风力发电机组，其特征在于，所述缓冲溢流阀选用电液比例溢流阀。

6.根据权利要求1-2中任意一项所述的风力发电机组，其特征在于，所述锁紧换向阀采用两位电磁换向阀。

7.根据权利要求6所述的风力发电机组，其特征在于，所述锁紧换向阀采用弹簧复位结构，并且处于失电复位状态时，所述A口与所述T口连通，所述P口封闭。