CN108843711B - 一种风力发电机组柔性制动液压缸 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电机组柔性制动液压缸，主要包括液压缸体、主活塞、缓冲活塞、压力阀、缓冲弹簧组件。压力阀安装于缓冲活塞上，缓冲活塞安装于主活塞顶部端面中心的圆柱形腔体内，主活塞安装于液压缸体上，缓冲弹簧组件设置在缓冲活塞和主活塞之间。当风机需要主轴制动时，缓冲活塞在液压压力作用下压缩缓冲弹簧组件，实现制动过程中液压压力分阶段进行，解决了风力发电机组主轴刚性制动的问题，实现了风力发电机组的柔性制动功能，保证了风力发电机组安全稳定地运行。另外，本发明提供的柔性制动液压缸，结构紧凑，且未改变现有主轴制动器的机械连接及电气控制方式，满足风力发电机组的使用要求，便于对现有设备进行升级改造。

Description

一种风力发电机组柔性制动液压缸

技术领域

本发明涉及风力发电制动技术领域，特别涉及一种风力发电机组柔性制动液压缸。

背景技术

主轴制动器是风力发电机组重要的安全装置。当风力发电机组正常发电运行时，主轴制动器松闸，主轴及制动盘旋转；当风力发电机组遇到紧急情况或者即将维护需要停机时，主轴制动器制动，主轴及制动盘停止转动。随着风力发电机组功率不断增大，主轴制动器的制动能力也越来越大，目前大型风力发电机组一般使用液压盘式制动器，制动开始瞬间液压力突然加载到制动盘上，如果在主轴高速转动情况下实施制动，很容易对主轴及所属的传动链造成损伤，严重者可能出现齿轮箱打齿、联轴器及制动盘损坏甚至飞车事故。

因此，需要一种有效的柔性制动装置，克服目前主轴制动过程中存在的上述问题。

针对上述问题，研究者们提出了一种风力发电机组磁触变柔性刹车装置及风力发电机组，该装置避免了传统机械刹车刚性接触制动所引起的齿轮箱振动冲击、造成轮齿损坏的问题，有效提高了齿轮箱寿命，降低风机运营成本，但是该装置是一种全新的装置，接口与目前风力发电机组所大量使用的液压型制动装置完全不同，不适于对现有的风力发电机组进行改造。还提出了一种风力发电机组刹车装置及刹车方法，包括辅助装置、受压柄、刹车瓦等，采用机械制动方式能够实现风力发电机组的温和刹车，避免风机轴断裂，缺点是机械接口无法满足目前的风力发电机组的使用要求。又提出了一种风力发电机组柔性刹车装置，采用磁触变胶作为工质，通过调整控制电流和叶片组件平面角度位置两种制动力矩调整方法，实现双模式的制动力矩调整，起到增大制动力矩的效果，缺点是机械接口无法满足目前的风力发电机组的使用要求。

发明内容

针对上述现有问题，本发明提供了一种结构紧凑、满足现有接口的风力发电机组柔性制动液压缸，以解决目前存在的风力发电机组主轴刚性制动的问题，实现风力发电机组的柔性制动功能，保证风力发电机组安全、稳定地运行。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种风力发电机组柔性制动液压缸，所述风力发电机组柔性制动液压缸包括液压缸体、主活塞、缓冲活塞、压力阀、缓冲弹簧组件以及摩擦片；

所述液压缸体为一端开口的圆柱形腔体；所述液压缸体的内壁上加工有第一泄油孔；所述液压缸体的顶部与侧壁交界处加工有压力油孔；所述主活塞的顶部中心区域加工有圆柱型孔，所述圆柱型孔的内壁圆柱面上加工有第二泄油孔，所述圆柱型孔的底部中心区域加工有螺纹孔；所述缓冲活塞的顶部中心区域设置有圆台结构，所述缓冲活塞的底部中心区域加工有阶梯形圆孔；所述压力阀设置有进油口和泄油口；

所述液压缸体的开口端设置有摩擦片；所述主活塞安装在所述液压缸体内，使所述液压缸体与所述主活塞之间形成压力油腔；所述缓冲活塞安装在所述主活塞的所述圆柱型孔内；所述压力阀安装在所述缓冲活塞的圆台结构的沉孔内；所述缓冲弹簧组件位于所述螺纹孔与所述阶梯形圆孔所形成的空间内；

所述压力油孔通过所述压力油腔、所述进油口、所述泄油口、所述第二泄油孔、所述第一泄油孔与外部液压控制系统回油通道相连通。

可选的，所述压力油孔还与外部液压控制系统进油通道相连通。

可选的，所述缓冲弹簧组件包括导向螺杆、弹簧、垫圈；所述导向螺杆安装在所述螺纹孔上；所述弹簧安装在所述导向螺杆上；所述垫圈安装在所述导向螺杆上，且位于所述弹簧上方，所述垫圈的上表面与所述阶梯形圆孔的阶梯面接触。

可选的，所述弹簧为碟型弹簧组。

可选的，所述缓冲活塞的顶部中心区域的圆台结构的中间区域加工有沉孔，所述压力阀安装在所述沉孔内。

可选的，所述主活塞和所述缓冲活塞均为圆柱形结构。

可选的，所述风力发电机组柔性制动液压缸还包括防尘圈、第一密封圈、第二密封圈以及第三密封圈；所述液压缸体的内壁上加工有两个密封沟槽，用于分别安装所述防尘圈、所述第一密封圈；所述第一泄油口设置在所述液压缸体的两个密封沟槽之间；所述圆柱型孔的内壁圆柱面上加工有两个密封沟槽，用于分别安装所述第二密封圈、所述第三密封圈。

可选的，所述防尘圈、所述第一密封圈、所述第二密封圈、所述第三密封圈均采用耐低温材料；所述耐低温材料的生存温度为-45℃～+120℃，所述耐低温材料的工作温度为-30℃～+100℃。

可选的，所述压力阀为插装型式压力阀。

可选的，所述压力阀为单向阀或者溢流阀。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种风力发电机组柔性制动液压缸，该柔性制动液压缸包括液压缸体、主活塞、缓冲活塞、压力阀、缓冲弹簧组件以及摩擦片；液压缸体为一端开口的圆柱形腔体；液压缸体的内壁上加工有第一泄油孔；液压缸体的顶部与侧壁交界处加工有压力油孔；主活塞的顶部中心区域加工有圆柱型孔，圆柱型孔的内壁圆柱面上加工有第二泄油孔，圆柱型孔的底部中心区域加工有螺纹孔；缓冲活塞的顶部中心区域设置有圆台结构，缓冲活塞的底部中心区域加工有阶梯形圆孔；压力阀设置有进油口和泄油口；液压缸体的开口端设置有摩擦片；主活塞安装在液压缸体内，使液压缸体与主活塞之间形成压力油腔；缓冲活塞安装在主活塞的圆柱型孔内；压力阀安装在缓冲活塞的圆台结构的沉孔内；缓冲弹簧组件位于螺纹孔与阶梯形圆孔所形成的空间内；压力油孔通过压力油腔、进油口、泄油口、第二泄油孔、第一泄油孔与外部液压控制系统回油通道相连通。应用本发明提供的柔性制动液压缸，解决了目前存在的风力发电机组主轴刚性制动的问题，实现了风力发电机组的柔性制动功能，保证了风力发电机组安全、稳定地运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有风力发电机组制动液压缸的结构示意图；

图2为本发明实施例压力阀为溢流阀的风力发电机组柔性制动液压缸的结构示意图；

图3为本发明实施例压力阀为单向阀的风力发电机组柔性制动液压缸的结构示意图；

图4为本发明实施例缓冲活塞顶部的结构示意图；

图5为本发明实施例缓冲活塞底部的结构示意图；

图6为本发明实施例缓冲弹簧组件的结构示意图；

图7为本发明实施例P₀≤P₁＜P₂情况下制动过程中液压缸内液压压力变化曲线图；

图8为本发明实施例P₀＜P₂≤P₁情况下制动过程中液压缸内液压压力变化曲线图。

其中，1.第一液压缸体、2.防尘圈、3.第一密封圈、4.活塞、5.摩擦片、6.液压缸体、7.主活塞、8.缓冲活塞、9.压力阀、10.第二密封圈、11.第三密封圈、12.缓冲弹簧组件、101.压力油通道、601.压力油腔、602.压力油孔、603.第一泄油孔、701.第二泄油孔、702.螺纹孔、703.圆柱型孔、801.圆环面、802.沉孔、803.阶梯形圆孔、901.进油口、902.泄油口、1201.导向螺杆、1202.弹簧、1203.垫圈。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种结构紧凑、满足现有接口的风力发电机组柔性制动液压缸，以解决目前存在的风力发电机组主轴刚性制动的问题，实现风力发电机组的柔性制动功能，保证风力发电机组安全、稳定地运行。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为现有风力发电机组制动液压缸的结构示意图，如图1所示，目前的风力发电机组使用的液压式主轴制动器的液压缸结构，在制动时需要液压控制系统的液压压力通过第一液压缸体1上的压力油通道101进入压力油腔601中，活塞4在液压油压力的作用下，推动摩擦片5靠近制动盘，从而实现制动功能。为了避免制动盘突然收到巨大的制动力而产生不良影响，通常的做法是在液压控制系统中配置减压阀，将进入主轴制动器压力油腔601中的液压压力减小，同时在通往压力油腔601的油路上安装阻尼装置延缓制动时间，但在实际应用中，经常遇到减压阀损坏无法实现减压的情况，导致液压压力远远高于所要求的压力值，因此制动过程中很容易对风机传动系统造成损伤；另外安装的阻尼装置为小孔结构，很容易发生油路堵塞，导致制动失效甚至发生风机失控的危险。

为克服上述问题，本发明提供了一种风力发电机组柔性制动液压缸。

图2为本发明实施例压力阀为溢流阀的风力发电机组柔性制动液压缸的结构示意图；图3为本发明实施例压力阀为单向阀的风力发电机组柔性制动液压缸的结构示意图。

参见图2、图3，本发明实施例提供的风力发电机组柔性制动液压缸主要由液压缸体6、防尘圈2、摩擦片5、第一密封圈3、主活塞7、缓冲活塞8、压力阀9、第二密封圈10、第三密封圈11、缓冲弹簧组件12构成。其中压力阀9安装于缓冲活塞8上，缓冲活塞8安装于主活塞7顶部端面中心区域的圆柱形腔体内，主活塞7安装于液压缸体6上。压力阀9设置有进油口901和泄油口902。

液压缸体6用于安装主活塞7，液压缸体6总体为一端开口的圆柱形腔体，液压缸体6的开口端设置摩擦片5，液压缸体6的内壁上加工有两个密封沟槽，用于分别安装防尘圈2和第一密封圈3，两个密封沟槽之间部位加工有第一泄油孔603，第一泄油孔603外部与液压控制系统回油通道相连通。液压缸体6顶部与侧壁交界处加工有压力油孔602，液压缸体6与主活塞7形成压力油腔601。

主活塞7总体为圆柱形结构，主活塞7的顶部中心区域加工有圆柱型孔703，圆柱型孔703用于安装缓冲活塞8，圆柱型孔703的内壁圆柱面加工有两个密封沟槽，用于分别安装第二密封圈10、第三密封圈11；主活塞7的内壁圆柱面还加工有第二泄油孔701，第二泄油孔701一端与压力阀9的泄油口902相连通，第二泄油孔701的另一端与液压缸体6的第一泄油孔603相连通。主活塞7的圆柱型孔703的底部中心区域加工有螺纹孔702，用于安装缓冲弹簧组件12。

压力阀9的进油口901与压力油腔601相连通。压力阀9为插装型式压力阀，压力阀9可以是单向阀，也可以是溢流阀。

如图4所示，缓冲活塞8总体为圆柱形结构，并在缓冲活塞8的顶部中心区域设有圆台结构，且圆台结构与缓冲活塞8的端面形成圆环面801；圆台结构的中间区域加工有沉孔802，压力阀9安装于沉孔802内。

如图5所示，缓冲活塞8的底部中心区域加工有阶梯形圆孔803。缓冲弹簧组件12位于圆柱型孔703与阶梯形圆孔803形成的空间内。

缓冲弹簧组件12由导向螺杆1201、弹簧1202、垫圈1203组成，导向螺杆1201安装于螺纹孔702内，弹簧1202为碟型弹簧组，弹簧1202安装于导向螺杆1201上，垫圈1203安装于导向螺杆1201上并位于弹簧1202上方，垫圈1203的上表面与阶梯形圆孔803的阶梯面接触。

外部液压控制系统进油通道通过所述压力油孔602、所述压力油腔601、所述进油口901、所述泄油口902、所述第二泄油孔701、所述第一泄油孔603与外部液压控制系统回油通道相连通。

上述的防尘圈2、第一密封圈3、第二密封圈10、第三密封圈11均采用耐低温材料，生存温度为-45℃～+120℃，工作温度为-30℃～+100℃。

主活塞7中，由其上端面与圆柱型孔703形成的上端面处圆环面积为S₁，缓冲活塞8的上端面投影面积为S₂，主轴制动器正常制动所需的液压压力为P₀，来自于液压控制系统、通过压力油孔602进入压力油腔601的液压油压力为P₁，压力阀9的开启压力为P₂，同时P₂是风力发电机组能够承受的最大制动载荷下对应的液压压力，弹簧1202的刚度为k，弹簧1202在自由情况下，缓冲活塞8底部端面与主活塞7的圆柱型孔703底部端面之间的距离为h₁，制动过程中弹簧1202的压缩量为Δh，0＜Δh＜h₁，并且P₀*S₂≤k*h₁，P₂＝(1.1～1.3)*P₀。

本发明风力发电机组柔性制动液压缸工作原理如下：

风力发电机组正常运行时，压力油孔602及压力油腔601内无液压油压力，压力阀9处于关闭状态，弹簧1202处于自由状态，此时主轴制动器松闸。

当风机需要主轴制动时，来自于液压控制系统的压力为P₁的液压油通过压力油孔602进入压力油腔601，此时若P₀≤P₁＜P₂，即以液压压力P₁制动时的制动载荷在风力发电机组容许范围内，此时的液压压力变化曲线如附图7所示，本发明提供的柔性制动液压缸工作过程如下：主活塞7与缓冲活塞8及缓冲弹簧组件12在液压压力的作用下一同向摩擦片5移动，然后推动摩擦片5向制动盘表面靠近，由于液压压力决定于负载，上述过程中液压压力仅需克服主活塞7与防尘圈2、第一密封圈3之间的摩擦力，因此液压压力值较小且变化较平稳，此过程的液压压力变化曲线为附图7中的0～t₀阶段；当摩擦片5接触到制动盘的瞬间，液压压力随即上升，此过程的液压压力变化曲线为附图7中的t₀～t₁阶段；当摩擦片5接触到制动盘后，缓冲活塞8在液压压力作用下压缩弹簧1202，液压压力克服弹簧1202压缩产生的弹簧力而不断增加，直到P₁*S₂＝k*Δh，此过程的液压压力变化曲线为附图7中的t₁～t₂阶段；随后液压压力稳定在P₁，直至制动完成、制动盘停止转动，此过程中加载到制动盘上的用于制动的力为P₁*(S₁+S₂)，此过程的液压压力变化曲线为附图7中的t₂～t₃阶段。以上整个过程中总制动时间为t₀+t₁+t₂+t₃，由附图7可以看出，在制动过程中液压压力是分阶段逐渐上升的，达到了柔性制动的效果。

当风机需要主轴制动时，来自于液压控制系统的压力为P₁的液压油通过压力油孔602进入压力油腔601，此时若P₀＜P₂≤P₁，即来自于液压系统的液压油压力P₁高于或即将高于风力发电机组能够承受的最大制动载荷下对应的液压压力P₂，如果以该液压压力P₁实施制动，可能造成传动系统零部件损坏甚至引发安全事故。在此情况下，此时的液压压力变化曲线如附图8所示，本发明提供的柔性制动液压缸的工作过程如下：主活塞7与缓冲活塞8及缓冲弹簧组件12在液压压力的作用下一同向摩擦片5移动，然后推动摩擦片5向制动盘表面靠近，由于液压压力决定于负载，上述过程中液压压力仅需克服主活塞7与防尘圈2、第一密封圈3之间的摩擦力，因此液压压力值较小且变化较平稳，此过程的液压压力变化曲线为附图8中的0～t₄阶段；当摩擦片5接触到制动盘的瞬间，液压压力随即上升，此过程的液压压力变化曲线为附图8中的t₄～t₅阶段；当摩擦片5接触到制动盘后，缓冲活塞8在液压压力作用下压缩弹簧1202，液压压力克服弹簧1202压缩产生的弹簧力而不断增加，当液压压力上升至临界于P₂时，压力阀9开启，此过程的液压压力变化曲线为附图8中的t₅～t₆阶段；压力阀9开启后，压力油腔601内的液压压力继续维持在P₂，通过压力阀9进油口901的液压油依次通过泄油口902、第二泄油孔701、第一泄油孔603回到液压控制系统油箱中，直至制动完成、制动盘停止转动，此过程中加载到制动盘上的用于制动的力为P₁*(S₁+S₂)，此过程的液压压力变化曲线为附图8中的t₆～t₇阶段。以上整个过程中总制动时间为t₄+t₅+t₆+t₇，由附图8可以看出，在制动过程中液压压力是分阶段逐渐上升的，达到了柔性制动的效果，同时保证制动载荷在容许范围内。

与现有技术相比，本发明提供的柔性制动液压缸具有如下优点：

1.使用本发明提供的柔性制动液压缸，不必改变现有主轴制动器的机械连接及电气控制方式，便于对现有设备进行升级改造，更换方便、节约成本；

2.本发明提供的柔性制动液压缸实现了风力发电机组主轴制动器的柔性制动，避免了由于减压阀损坏等引起的液压压力过高，从而导致制动载荷过大、主传动系统损坏的风险，保证了风力发电机组正常、安全运行；

3.使用本发明提供的柔性制动液压缸，能够实现制动过程中液压压力分阶段逐渐上升，可在液压控制系统中取消小孔阻尼装置，消除了阻尼装置堵塞造成的制动失效隐患；

4.缓冲活塞安装于制动器主活塞内部，结构紧凑、便于安装；

5.本发明提供的柔性制动液压缸内所用密封采用耐低温材料，能够充分适应风力发电机组所处的低温环境。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种风力发电机组柔性制动液压缸，其特征在于，所述风力发电机组柔性制动液压缸包括液压缸体、主活塞、缓冲活塞、压力阀、缓冲弹簧组件以及摩擦片；

所述液压缸体为一端开口的圆柱形腔体；所述液压缸体的内壁上加工有第一泄油孔；所述液压缸体的顶部与侧壁交界处加工有压力油孔；所述主活塞的顶部中心区域加工有圆柱型孔，所述圆柱型孔的内壁圆柱面上加工有第二泄油孔，所述圆柱型孔的底部中心区域加工有螺纹孔；所述缓冲活塞的顶部中心区域设置有圆台结构，所述缓冲活塞的底部中心区域加工有阶梯形圆孔；所述压力阀设置有进油口和泄油口；

所述液压缸体的开口端设置有摩擦片；所述主活塞安装在所述液压缸体内，使所述液压缸体与所述主活塞之间形成压力油腔；所述缓冲活塞安装在所述主活塞的所述圆柱型孔内；所述压力阀安装在所述缓冲活塞的圆台结构的沉孔内；所述缓冲弹簧组件位于所述螺纹孔与所述阶梯形圆孔所形成的空间内；

所述压力油孔通过所述压力油腔、所述进油口、所述泄油口、所述第二泄油孔、所述第一泄油孔与外部液压控制系统回油通道相连通；

所述风力发电机组柔性制动液压缸还包括防尘圈、第一密封圈；所述液压缸体的内壁上加工有两个密封沟槽，用于分别安装所述防尘圈、所述第一密封圈。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组柔性制动液压缸，其特征在于，所述压力油孔还与外部液压控制系统进油通道相连通。

3.根据权利要求1所述的风力发电机组柔性制动液压缸，其特征在于，所述缓冲弹簧组件包括导向螺杆、弹簧、垫圈；所述导向螺杆安装在所述螺纹孔上；所述弹簧安装在所述导向螺杆上；所述垫圈安装在所述导向螺杆上，且位于所述弹簧上方，所述垫圈的上表面与所述阶梯形圆孔的阶梯面接触。

4.根据权利要求3所述的风力发电机组柔性制动液压缸，其特征在于，所述弹簧为碟型弹簧组。

5.根据权利要求1所述的风力发电机组柔性制动液压缸，其特征在于，所述缓冲活塞的顶部中心区域的圆台结构的中间区域加工有沉孔，所述压力阀安装在所述沉孔内。

6.根据权利要求1所述的风力发电机组柔性制动液压缸，其特征在于，所述主活塞和所述缓冲活塞均为圆柱形结构。

7.根据权利要求1所述的风力发电机组柔性制动液压缸，其特征在于，所述风力发电机组柔性制动液压缸还包括第二密封圈以及第三密封圈；所述第一泄油口设置在所述液压缸体的两个密封沟槽之间；所述圆柱型孔的内壁圆柱面上加工有两个密封沟槽，用于分别安装所述第二密封圈、所述第三密封圈。

8.根据权利要求7所述的风力发电机组柔性制动液压缸，其特征在于，所述防尘圈、所述第一密封圈、所述第二密封圈、所述第三密封圈均采用耐低温材料；所述耐低温材料的生存温度为-45℃～+120℃，所述耐低温材料的工作温度为-30℃～+100℃。

9.根据权利要求1所述的风力发电机组柔性制动液压缸，其特征在于，所述压力阀为插装型式压力阀。

10.根据权利要求9所述的风力发电机组柔性制动液压缸，其特征在于，所述压力阀为单向阀或者溢流阀。