CN109611470A - 一种风力发电机组机械式制动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风力发电机组机械式制动系统，包括摩擦体组件、转动轮、驱动组件和机架，摩擦体组件和驱动组件安装在机架上，转动轮与塔筒连接，驱动组件与转动轮传动，摩擦体组件与转动轮相接触。转动轮由驱动组件驱动旋转一个角度，转动轮带动塔筒旋转一个角度后风力发电机组的做功叶片对准风向，摩擦体组件就确保转动盘在没有驱动组件驱动的情况下，转动盘不会因为一些扰动因素而产生滑移。本发明纯机械结构，运行可靠，噪声小，制动效率高，安装维护方便，在偏航和非偏航状态下，都能产生一定此摩擦力矩，对机组起到阻尼作用，支撑整个风机偏航刹车系统。

Description

一种风力发电机组机械式制动系统
技术领域
本发明涉及风力发电领域，具体是一种风力发电机组机械式制动系统。
背景技术
风力发电机组常由偏航系统、制动系统、发电机系统等组成，发电用的风叶安装在风力发电机组的外面，对准风向，风驱动风叶旋转，风叶旋转后带动发电机系统发电。
大自然的风风向不断变化，所以需要偏航系统来使风力发电机组的风叶对准风向，常常由风标、控制器等组成，风标检测风向，控制器控制其他部件使得风力发电机组的风叶转向。
传统的风力发电机组的制动系统常常为液压式制动，液压阻尼制动器为制动盘等部件提供阻尼力，但液压式制动系统需要用到液压站和液压管路，常常在使用中发生渗漏油等现象，对风力发电机组的安全生产带来隐患，且维修安装十分不便，维修频率高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风力发电机组机械式制动系统，以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种风力发电机组机械式制动系统，用于驱动风力发电机组的塔筒转动，或使塔筒保持在一个位置上，风力发电机组机械式制动系统包括摩擦体组件、转动轮、驱动组件和机架，摩擦体组件和驱动组件安装在机架上，转动轮与塔筒连接，驱动组件与转动轮上部啮合传动，摩擦体组件与转动轮下部相接触。
转动轮与塔筒相连接，塔筒即风力发电机组的偏航系统的转动轴，外界风向改变时，风力发电机组的做功叶片需要转动一个角度以便叶片正对风向而使输出功率最大，此时风力发电机组的偏航系统就得到指令控制驱动组件运行，转动轮由驱动组件驱动旋转一个角度，转动轮带动塔筒旋转一个角度后风力发电机组的做功叶片对准风向，此后，固定在机架上的摩擦体组件就确保转动盘在没有驱动组件驱动的情况下，不会因为风力发电机组的风叶或其它部件受到一些扰动因素而产生滑移旋转。
进一步的，转动轮为环状筒体，转动轮包括上轮齿和下制动盘，上轮齿为设置在转动轮上部内圈的齿轮齿牙，下制动盘设置在转动轮下端面，为一圆环平板；上轮齿与驱动组件啮合传动，下制动盘被若干摩擦体组件夹紧，转动轮外壁与塔筒相连接，转动盘带动塔筒转动。转动轮分为上下两部分，上部为上轮齿，内圈设有内齿牙，内齿牙就是转动轮和驱动组件的传动结构，转动轮下部设置圆环平板的下制动盘，下制动盘和摩擦体组件接触，摩擦体组件静止，通过摩擦力给到转动轮一个转动阻尼，这样转动轮在没有驱动组件驱动时，就不会受到一些扰动就发生旋转。
进一步的，摩擦体组件包括上钳体、下钳体、套筒、下螺母、下螺栓、上摩擦片、侧摩擦片、下摩擦片、下摩擦片背板、侧螺母和侧螺栓；下钳体为块状，下钳体顶面设有安装槽，安装槽底部设有通孔，通孔另一端位于下钳体的底面，下摩擦片设置在下摩擦片背板上，下摩擦片和下摩擦片背板放置在安装槽内，下摩擦片在上而下摩擦片背板在下，下钳体底面设有套筒，套筒内孔与通孔同轴，套筒与下钳体通过焊接或紧固螺钉的方式固定在一起，套筒下端面固定有下螺母，下螺母的螺纹轴线与套筒内孔同轴，下螺栓旋入下螺母，下螺栓穿过套筒和通孔并与下摩擦片背板的底面接触，上钳体为块状，上钳体固定在下钳体的顶面，上钳体与下摩擦片相邻的侧面上设有侧摩擦片，侧螺母固定在上钳体的侧面，侧螺栓旋入侧螺母并穿过上钳体内部与侧摩擦片接触，上摩擦片一端设置在上钳体的顶面，一端悬空，上摩擦片位于下摩擦片的正上方，上摩擦片、侧摩擦片和下摩擦片共同构成一个摩擦体组件的一个平凹区域，摩擦体组件的这个平凹区域插入下制动盘的内圈盘面，上摩擦片和上钳体固定在机架上。
下螺母和套筒固定在下钳体底部，下螺栓旋入下螺母内并往上穿过套筒和下钳体内的通孔与放置在安装槽内的下摩擦片背板底面相接触，下螺栓的螺栓头与下螺母之间预留一段距离，这样就可以通过将下螺栓旋入下螺母而向上顶起下摩擦片，上钳体上设置侧摩擦片和侧螺母、侧螺栓，可以通过将侧螺栓旋入侧螺母而将侧摩擦片顶紧，侧摩擦片、下摩擦片和固定在上钳体上的上摩擦片三者同时抱紧制动盘的盘面，抱紧力的大小可以通过调节下螺栓和侧螺栓的拧入深度来控制，即拧入深度与转动轮的旋转阻尼相关，当风力发电机组受外界扰动较大而容易产生旋转滑移时，就可以拧紧下螺栓和侧螺栓而使转动阻尼大，当风力发电机组受外界扰动较小而不太容易产生旋转滑移时，就可以拧松下螺栓和侧螺栓而使转动阻尼减小，从而在偏航系统需要旋转时，摩擦体组件的磨损不会太多，摩擦片的更换周期更长。
进一步的，驱动组件包括下齿轮和电机，电机立式安装在机架上，电机轴连接下齿轮，下齿轮为外齿轮，下齿轮与上轮齿啮合传动。在风力发电机组需要偏转一个方向以便让发电风叶对准风向时，偏航系统控制电机带动下齿轮旋转一个角度，下齿轮与转动轮上的上轮齿啮合，转动轮即旋转一个角度。
作为优化，摩擦体组件还包括冷却水管，上摩擦片，侧摩擦片和下摩擦片内部设有毛细孔，上摩擦片，侧摩擦片和下摩擦片内部的毛细孔分别连接至冷却水管。冷却水管将冷却水通入到上摩擦片，侧摩擦片和下摩擦片的内部，防止摩擦片在转动轮转动时发热太高而导致损坏。
作为优化，下制动盘为钢制制动盘，上摩擦片、侧摩擦片和下摩擦片为树脂基材料摩擦片。钢制制动盘与树脂基材料摩擦片摩擦时只会磨损摩擦片，维修保养时只需要更换摩擦片而不需要将转动轮换新。
作为优化，下齿轮和上轮齿为斜齿齿轮。斜齿齿轮具有比常用的圆柱齿轮更好的传动稳定性，不易发生振动等。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明纯机械结构，运行可靠，不会发生液压油泄露等安全问题，噪声小，制动效率高，安装维护方便，在风力发电机组偏航和非偏航状态下，都能产生一定此摩擦力矩，对机组起到阻尼作用，同时支撑整个风机偏航刹车系统。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的俯视示意图；
图2为本发明的剖面示意图；
图3为图2中的视图X；
图4为本发明摩擦体组件的主视图；
图5为图4中的视图A-A；
图6为本发明摩擦体组件的左视图；
图7为本发明转动盘的剖面图。
图中：1-摩擦体组件、101-上钳体、102-下钳体、1021-安装槽、1022-通孔、103-套筒、104-下螺母、105-下螺栓、106-上摩擦片、107-侧摩擦片、108-下摩擦片、109-下摩擦片背板、110-侧螺母、111-侧螺栓、112-冷却水管、2-转动轮、201-上轮齿、202-下制动盘、3-驱动组件、301-下齿轮、302-电机、4-机架、5-塔筒。
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。
如图1、图2、图3所示，一种风力发电机组机械式制动系统，用于驱动风力发电机组的塔筒5转动，或使塔筒5保持在一个位置上，风力发电机组机械式制动系统包括摩擦体组件1、转动轮2、驱动组件3和机架4，摩擦体组件1和驱动组件3安装在机架4上，转动轮2与塔筒5连接，驱动组件3与转动轮2上部啮合传动，摩擦体组件1与转动轮2下部相接触。
转动轮2与塔筒5相连接，塔筒5即风力发电机组的偏航系统的转动轴，外界风向改变时，风力发电机组的做功叶片需要转动一个角度以便叶片正对风向而使输出功率最大，此时风力发电机组的偏航系统就得到指令控制驱动组件3运行，转动轮2由驱动组件3驱动旋转一个角度，转动轮2带动塔筒5旋转一个角度后风力发电机组的做功叶片对准风向，此后，固定在机架4上的摩擦体组件1就确保转动盘2在没有驱动组件3驱动的情况下，不会因为风力发电机组的风叶或其它部件受到一些扰动因素而产生滑移旋转。
如图7所示，转动轮2为环状筒体，转动轮2包括上轮齿201和下制动盘202，上轮齿201为设置在转动轮2上部内圈的齿轮齿牙，下制动盘202设置在转动轮2下端面，为一圆环平板；上轮齿201与驱动组件3啮合传动，下制动盘202被若干摩擦体组件1夹紧，转动轮2外壁与塔筒5相连接，转动盘2带动塔筒5转动。转动轮2分为上下两部分，上部为上轮齿201，内圈设有内齿牙，内齿牙就是转动轮2和驱动组件3的传动结构，转动轮2下部设置圆环平板的下制动盘202，下制动盘202和摩擦体组件1接触，摩擦体组件1静止，通过摩擦力给到转动轮2一个转动阻尼，这样转动轮2在没有驱动组件3驱动时，就不会受到一些扰动就发生旋转。
如图4、图5、图6所示，摩擦体组件1包括上钳体101、下钳体102、套筒103、下螺母104、下螺栓105、上摩擦片106、侧摩擦片107、下摩擦片108、下摩擦片背板109、侧螺母110和侧螺栓111；下钳体102为块状，下钳体102顶面设有安装槽1021，安装槽1021底部设有通孔1022，通孔1022另一端位于下钳体102的底面，下摩擦片108设置在下摩擦片背板109上，下摩擦片108和下摩擦片背板109放置在安装槽1021内，下摩擦片108在上而下摩擦片背板109在下，下钳体102底面设有套筒103，套筒103内孔与通孔1022同轴，套筒103与下钳体102通过焊接或紧固螺钉的方式固定在一起，套筒103下端面固定有下螺母104，下螺母104的螺纹轴线与套筒103内孔同轴，下螺栓105旋入下螺母104，下螺栓105穿过套筒103和通孔1022并与下摩擦片背板109的底面接触，上钳体101为块状，上钳体101固定在下钳体102的顶面，上钳体101与下摩擦片108相邻的侧面上设有侧摩擦片107，侧螺母110固定在上钳体101的侧面，侧螺栓111旋入侧螺母110并穿过上钳体101内部与侧摩擦片107接触，上摩擦片106一端设置在上钳体101的顶面，一端悬空，上摩擦片106位于下摩擦片108的正上方，上摩擦片106、侧摩擦片107和下摩擦片108共同构成一个摩擦体组件1的一个平凹区域，摩擦体组件1的这个平凹区域插入下制动盘202的内圈盘面，上摩擦片106和上钳体101固定在机架4上。
下螺母104和套筒103固定在下钳体102底部，下螺栓105旋入下螺母104内并往上穿过套筒103和下钳体102内的通孔1022与放置在安装槽1021内的下摩擦片背板109底面相接触，下螺栓105的螺栓头与下螺母104之间预留一段距离，这样就可以通过将下螺栓105旋入下螺母104而向上顶起下摩擦片108，上钳体101上设置侧摩擦片107和侧螺母110、侧螺栓111，可以通过将侧螺栓111旋入侧螺母110而将侧摩擦片107顶紧，侧摩擦片107、下摩擦片108和固定在上钳体101上的上摩擦片106三者同时抱紧下制动盘202的盘面，抱紧力的大小可以通过调节下螺栓105和侧螺栓111的拧入深度来控制，即拧入深度与转动轮2的旋转阻尼相关，当风力发电机组受外界扰动较大而容易产生旋转滑移时，就可以拧紧下螺栓105和侧螺栓111而使转动阻尼大，当风力发电机组受外界扰动较小而不太容易产生旋转滑移时，就可以拧松下螺栓105和侧螺栓111而使转动阻尼减小，从而在偏航系统需要旋转时，摩擦体组件1的磨损不会太多，摩擦片的更换周期更长。
如图2所示，驱动组件3包括下齿轮301和电机302，电机302立式安装在机架4上，电机302轴连接下齿轮301，下齿轮301为外齿轮，下齿轮301与上轮齿201啮合传动。在风力发电机组需要偏转一个方向以便让发电风叶对准风向时，偏航系统控制电机302带动下齿轮301旋转一个角度，下齿轮301与转动轮2上的上轮齿201啮合，转动轮2即旋转一个角度。
摩擦体组件1还包括冷却水管112，上摩擦片106，侧摩擦片107和下摩擦片108内部设有毛细孔，上摩擦片106，侧摩擦片107和下摩擦片108内部的毛细孔分别连接至冷却水管112。冷却水管112将冷却水通入到上摩擦片106，侧摩擦片107和下摩擦片108的内部，防止摩擦片在转动轮转动时发热太高而导致损坏。
下制动盘202为钢制制动盘，上摩擦片106、侧摩擦片107和下摩擦片108为树脂基材料摩擦片。钢制制动盘与树脂基材料摩擦片摩擦时只会磨损摩擦片，维修保养时只需要更换摩擦片而不需要将转动轮2换新。
下齿轮301和上轮齿201为斜齿齿轮。斜齿齿轮具有比常用的圆柱齿轮更好的传动稳定性，不易发生振动等。
系统运行时：风力发电机组的做功风叶与外界风向不正对时，风力发电机组的偏航系统发送一个指令给驱动组件3，驱动组件3的电机302点动一个小转动，电机302带动下齿轮301转动一个角度，下齿轮301带动转动盘2旋转一个角度，转动盘2带动塔筒5转动一个角度而使风力发电机组的做功风叶旋转到合适的角度上；风力发电机组的做功风叶处于合适角度上时，摩擦体组件1能够给到转动盘2的下制动盘202一个旋转阻尼，确保转动盘2在没有驱动组件3驱动的情况下不会因为一些扰动而发生旋转滑移。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (7)

1.一种风力发电机组机械式制动系统，用于驱动风力发电机组的塔筒(5)转动，或使塔筒(5)保持在一个位置上，其特征在于：所述风力发电机组机械式制动系统包括摩擦体组件(1)、转动轮(2)、驱动组件(3)和机架(4)，所述摩擦体组件(1)和驱动组件(3)安装在机架(4)上，所述转动轮(2)与塔筒(5)连接，所述驱动组件(3)与转动轮(2)上部啮合传动，所述摩擦体组件(1)与转动轮(2)下部相接触。
2.根据权利要求1所述的一种风力发电机组机械式制动系统，其特征在于：所述转动轮(2)为环状筒体，转动轮(2)包括上轮齿(201)和下制动盘(202)，所述上轮齿(201)为设置在转动轮(2)上部内圈的齿轮齿牙，所述下制动盘(202)设置在转动轮(2)下端面，为一圆环平板；所述上轮齿(201)与驱动组件(3)啮合传动，所述下制动盘(202)被若干摩擦体组件(1)夹紧，所述转动轮(2)外壁与塔筒(5)相连接，转动盘(2)带动塔筒(5)转动。
3.根据权利要求2所述的一种风力发电机组机械式制动系统，其特征在于：所述摩擦体组件(1)包括上钳体(101)、下钳体(102)、套筒(103)、下螺母(104)、下螺栓(105)、上摩擦片(106)、侧摩擦片(107)、下摩擦片(108)、下摩擦片背板(109)、侧螺母(110)和侧螺栓(111)；所述下钳体(102)为块状，下钳体(102)顶面设有安装槽(1021)，所述安装槽(1021)底部设有通孔(1022)，所述通孔(1022)另一端位于下钳体(102)的底面，所述下摩擦片(108)设置在下摩擦片背板(109)上，下摩擦片(108)和下摩擦片背板(109)放置在安装槽(1021)内，下摩擦片(108)在上而下摩擦片背板(109)在下，所述下钳体(102)底面设有套筒(103)，所述套筒(103)内孔与通孔(1022)同轴，套筒(103)与下钳体(102)通过焊接或紧固螺钉的方式固定在一起，套筒(103)下端面固定有下螺母(104)，所述下螺母(104)的螺纹轴线与套筒(103)内孔同轴，所述下螺栓(105)旋入下螺母(104)，下螺栓(105)穿过套筒(103)和通孔(1022)并与下摩擦片背板(109)的底面接触，所述上钳体(101)为块状，上钳体(101)固定在下钳体(102)的顶面，上钳体(101)与下摩擦片(108)相邻的侧面上设有所述侧摩擦片(107)，所述侧螺母(110)固定在上钳体(101)的侧面，所述侧螺栓(111)旋入侧螺母(110)并穿过上钳体(101)内部与侧摩擦片(107)接触，所述上摩擦片(106)一端设置在上钳体(101)的顶面，一端悬空，上摩擦片(106)位于下摩擦片(108)的正上方，上摩擦片(106)、侧摩擦片(107)和下摩擦片(108)共同构成一个摩擦体组件(1)的一个平凹区域，所述摩擦体组件(1)的这个平凹区域插入下制动盘(202)的内圈盘面，所述上摩擦片(106)和上钳体(101)固定在机架(4)上。
4.根据权利要求3所述的一种风力发电机组机械式制动系统，其特征在于：所述驱动组件(3)包括下齿轮(301)和电机(302)，所述电机(302)立式安装在机架(4)上，电机(302)轴连接下齿轮(301)，所述下齿轮(301)为外齿轮，下齿轮(301)与上轮齿(201)啮合传动。
5.根据权利要求4所述的一种风力发电机组机械式制动系统，其特征在于：所述摩擦体组件(1)还包括冷却水管(112)，所述上摩擦片(106)，侧摩擦片(107)和下摩擦片(108)内部设有毛细孔，上摩擦片(106)，侧摩擦片(107)和下摩擦片(108)内部的毛细孔分别连接至冷却水管(112)。
6.根据权利要求4所述的一种风力发电机组机械式制动系统，其特征在于：所述下制动盘(202)为钢制制动盘，所述上摩擦片(106)、侧摩擦片(107)和下摩擦片(108)为树脂基材料摩擦片。
7.根据权利要求4所述的一种风力发电机组机械式制动系统，其特征在于：所述下齿轮(301)和上轮齿(201)为斜齿齿轮。
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