CN109578204A - 一种高精度风电前端調速同步发电用无液压数控微调液粘调速器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种高精度风电前端調速同步发电用无液压数控微调液粘调速器，它主要由机体、输入轴、输出轴、摩擦片组件、油膜控制装置组成，摩擦片组件设置在输入轴相连的摩擦片外壳内，所述油膜控制装置由数控伺服蜗轮蜗杆传动装置和精密丝杆传动装置组成，其丝杆带动加压盘、柱销、压盘移动来调整摩擦片间隙，本发明从根本上取消了传统的液粘調速离合器用液压力调节控制摩擦片间隙的液压系统，采用无液压伺服精密数控传动控制摩擦片间隙，控制精度可达0.01mm。本发明体积小、结构简单、运行稳定、维护容易、微调能力强，使用范围广、使用寿命长，无液压站，无油箱，能够满足风电前端調速同步发电的稳速和跟随要求。
Description
技术领域
本发明涉及的是风电前端調速同步发电设备，特别是一种高精度风电前端調速同步发电用无液压数控微调液粘调速器。
背景技术
风力发电是取之不尽的绿色清洁能源，世界各国都在研究和发展风力发电的技术。
目前，全球最常用的风电机组为变速恒频异步机组。它虽然能将风力转变为电力，但与与常规发电方式--火电、水电和核电的电能质量相比，电能质量差，可靠性差，需电子变频上网，低压穿越能力很差，谐波大，对所并电网存在很大潜在危险。是一种非常规发电方式。
我国提出的863计划《前端调速式风电机组设计制造关键技术研究》就是想使风力发电由非常规发电方式向常规发电方式转换。
风电机组同步发电具有很多优点：可靠性高，整机利用率高，具有低电压穿越能力，具有强大的无功输出能力，能直接并网，不需变频器，与火电、水电和核电的电能质量一致。是目前风电行业亟待解决的课题。
现有技术解决风电前端調速同步发电的方法主要有3种：
1、2002年，德国V OITH公司提出一种液力变矩前端调速式风电机组，它是将液力变矩调速与风力发电结合起来，利用液力变矩调速将风力机变动的转速稳定为同步发电机需要的同步转速完成同步发电；
2、2010年，清华大学、国电联合动力技术有限公司提出用电磁耦合器前端调速式风电机组，它是将电磁耦合器调速与风力发电结合起来，利用电磁耦合器调速将风力机变动的转速稳定为同步发电机需要的同步转速完成同步发电；
3、2011年，国电联合动力技术有限公司提出差动齿轮箱前端调速式风电机组，它是将差动齿轮箱调速与风力发电结合起来，利用差动齿轮箱调速将风力机变动的转速稳定为同步发电机需要的同步转速完成同步发电；
以上三种因多种原因目前都尚未形成风电机组的主流机型。例如结构复杂，成本高，寿命短等等
中国专利“一种风电同步发电机组液粘稳速器”(ZL201410036701.0)提出用液粘調速离合器来解决上述问题。常规的液粘調速离合器调节性能差，微调能力差，跟随性能差，不能满足风电稳速的要求，该专利对常规的液粘調速离合器进行了改进，用计量式油泵及时地调整活塞的位置，也就是调整摩擦片组油膜厚度h，性能有很大提高。但它仍然没有脱离常规的液粘調速离合器用液压力控制活塞调整摩擦片组油膜厚度h的模式。性能有待进一步提高，以满足风电机组同步发电的稳速要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术，提出一种高精度风电前端調速同步发电用无液压数控微调液粘调速器。
本发明是这样实现的。它主要由机体、输入轴、输出轴、摩擦片组件、油膜控制装置组成，摩擦片组件的摩擦内片套装在输出轴的外齿上，其摩擦外片套装在输入轴相连的摩擦片外壳上，输入轴、法兰、摩擦片外壳组成的输入机构与输出轴用轴承套装在一起，油膜控制装置设置在输入端；一个压盘设置在摩擦片组与输入轴法兰之间，压盘用柱销穿过输入轴法兰与油膜控制装置驱动的加压盘接触连接，当油膜控制装置驱动加压盘运动时，通过柱销、压盘就可以加压到摩擦片组上，改变摩擦片油膜的厚度，起到调节转速的目的。
所述油膜控制装置是由数控伺服蜗轮蜗杆传动装置和精密丝杆传动装置组成的，丝杆传动装置的丝杆通过轴承套装在加压盘的轴套上，丝杆传动装置的丝母安装在外壳上，蜗杆与数控的伺服电机或步进电机相连，当伺服电机或步进电机驱动蜗轮蜗杆运动时，也驱动了丝杆传动装置带动加压盘移动，其控制精度非常高，能够达到0.01mm以上，也就是能对摩擦片油膜的厚度可进行0.01mm以上精度的精确调整，完全达到风电同步发电的稳速和跟随的要求。
当调整要求较高时，丝杆传动装置采用滚珠丝杆传动，例如风电同步发电的场合；当调整要求较低时，丝杆传动装置采用螺纹丝杆传动，例如，机械传动中需要调速节能、重载软启动、变速运行、重载软制动、超载限扭等场合。
所述油膜控制装置也可以是由无侧隙齿轮传动装置和丝杆传动装置组成的，丝杆传动装置的丝杆通过轴承套装在加压盘的轴套上，丝杆传动装置的丝母安装在外壳上，其另一齿轮与数控的伺服电机或步进电机相连。
伺服电机或步进电机是由可编程序控制器或单板机电控系统进行数字控制的。
根据液粘调速离合器的工作原理得知(参见JB/T 5968-2008附录)，液粘调速离合器传递的扭矩为：
所以
(其中令称为离合器特征系数，为定数)
式中：M--负载扭矩N.m，μ--油动力粘度Pa.s,D--摩擦片有效工作面外径m,
d--摩擦片有效工作面内径m,n1--主动摩擦片转速rpm，n2--被动摩擦片转速rpm,h--主、被动摩擦片之间油膜厚度m，Z—摩擦面数。
从上(2)式看出，当负载M不变，n2为定值时，n1与h是一一对应的线性关系，当n1变动，只要及时调整h与其一一对应，就能取得将n2稳定在同步转速上的效果。
由于液粘调速离合器的摩擦片间隙只有0—1mm的调节范围，比较敏感的范围是0—0.5mm，传统的液粘调速离合器是采用液压力控制活塞移动进而控制摩擦片间隙，因压力是一个弹性系统，受影响的因素很多，无法精确调整活塞移动，达不到精确调整摩擦片间隙的目的，因此调节性能差。
本发明从根本上取消了传统的液粘調速离合器用液压力控制活塞移动进而控制摩擦片间隙的液压系统，采用无液压伺服精密数控传动控制摩擦片间隙，调节精度高，可达0.01mm。本发明是对国标老产品液粘调速离合器作了多方面的改进。使得它比国标液粘调速离合器体积更小、结构更简单、操作更简便、运行更稳定、维护更容易、微调能力强，使用范围广、使用寿命长，无液压站，无油箱，维护工作量少能够满足风电前端調速同步发电的稳速和跟随要求。
本发明是依据牛顿内摩擦欧米加定律，靠油膜剪切力传递扭矩，承载能力强，很容易做出大功率的产品，满足风电前端調速同步发电要求。
本发明完全可以代替国标液粘调速离合器，完全可以代替調速型液力偶合器，是其更新换代升级的新产品。
附图说明
图1为具有GB/T 15096-2008，JB/T 5968-2008两大标准的国标产品液粘調速离合器结构示意图；
其中1—输入轴，2—主动摩擦片，3—被动摩擦片，4—输出轴，5—活塞，6—动静旋转密封；
图2为本发明的结构原理简图；
其中，7---输出轴，8---机体，9---摩擦片组，10---摩擦片外壳，11---压盘，12---输入轴法兰，13---柱销，14---加压盘，15---数控伺服蜗杆蜗轮传动装置，16---精密丝杆传动装置，17---输入轴，18---轴承，19---轴承，20---轴承。
具体实施方式
下面根据实施例对本发明进一步说明
从图2看出，本发明主要是由机体8、输入轴12、输出轴7、摩擦片组件9、油膜控制装置组成，摩擦片组件9的摩擦内片套装在输出轴7的外齿上，其摩擦外片套装在输入轴12相连的摩擦片外壳10上，输入轴17、输入轴法兰12、摩擦片外壳10组成的输入机构与输出轴7用轴承20套装在一起，油膜控制装置设置在输入端；一个压盘11设置在摩擦片组9与输入轴法兰12之间，压盘11用柱销13穿过输入轴法兰12与油膜控制装置驱动的加压盘14接触连接，当油膜控制装置驱动加压盘14运动时，通过柱销13、压盘11就可以加压到摩擦片组9上，改变摩擦片油膜的厚度，起到调节转速的作用。
所述油膜控制装置是由数控伺服蜗轮蜗杆传动装置15和精密丝杆传动装置16组成的，丝杆传动装置16的丝杆通过轴承19套装在加压盘14的轴套上，精密丝杆传动装置16的丝母安装在外壳8上，数控伺服蜗轮蜗杆传动装置15的蜗杆与数控的伺服电机或步进电机相连，当伺服电机或步进电机驱动蜗轮蜗杆运动时，也驱动了丝杆传动装置带动加压盘14移动，其控制精度非常高，能够达到0.01mm以上，也就是能对摩擦片油膜的厚度进行0.01mm以上精度的精确调整，完全达到风电同步发电的稳速和跟随的要求。
精密丝杆传动装置是螺纹丝杆传动装置，或者是滚珠丝杆传动装置。
Claims (4)
1.一种高精度风电前端調速同步发电用无液压数控微调液粘调速器，它主要由机体、输入轴、输出轴、摩擦片组件、油膜控制装置组成，摩擦片组件的摩擦内片套装在输出轴的外齿上，其摩擦外片套装在输入轴相连的摩擦片外壳内，其特征在于输入轴、法兰、摩擦片外壳组成的输入机构与输出轴用轴承套装在一起，油膜控制装置设置在输入端；一个压盘设置在摩擦片组与输入轴法兰之间，压盘用柱销穿过输入轴法兰与油膜控制装置驱动的加压盘接触连接；
所述油膜控制装置是由数控伺服蜗轮蜗杆传动装置和精密丝杆传动装置组成的，丝杆传动装置的丝杆通过轴承套装在加压盘的轴套上，丝杆传动装置的丝母安装在外壳上，蜗杆与数控的伺服电机或步进电机相连。
2.根据权利要求1所述的一种高精度风电前端調速同步发电用无液压数控微调液粘调速器，其特征在于所述油膜控制装置是由无侧隙齿轮传动装置和丝杆传动装置组成的，丝杆传动装置的丝杆通过轴承套装在加压盘的轴套上，丝杆传动装置的丝母安装在外壳上，其另一齿轮与数控的伺服电机或步进电机相连。
3.根据权利要求1或2所述的一种高精度风电前端調速同步发电用无液压数控微调液粘调速器，其特征在于所述精密丝杆传动装置采用滚珠丝杆传动，或者采用螺纹丝杆传动。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种高精度风电前端調速同步发电用无液压数控微调液粘调速器，其特征在于所述伺服电机或步进电机是由可编程序控制器或单板机电控系统进行数字控制的。
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