CN110486231B - 一种用于电力系统的便于维护的风力发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于电力系统的便于维护的风力发电机，包括底座、塔架、机舱、轮毂、停机机构、若干风叶和若干缓冲机构，缓冲机构包括缓冲箱、盖板和设置在缓冲箱内的缓冲组件，缓冲组件包括驱动单元、伸缩板、缓冲框、弹簧、固定杆和两个缓冲单元，缓冲单元包括丝杆和两个支撑单元，停机机构包括外壳、设置在外壳内的压缩组件和两个从动组件，该用于电力系统的便于维护的风力发电机通过缓冲机构便于减缓轮毂的转速，方便设备在轮毂低速旋转的状态下，逐渐减小风叶的转速，使得停机更安全可靠，并通过停机机构依次接触弹簧和固定杆，最终将固定杆卡在两个移动杆之间，实现了设备的停机，便于对设备进行维护，提高了该风力发电机的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及风能设备领域，特别涉及一种用于电力系统的便于维护的风力发电机。
背景技术
风力发电机是将风能转换为机械功，机械功带动转子旋转，最终输出交流电的电力设备。风力发电机一般有风轮、发电机(包括装置)、调向器(尾翼)、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成。风力发电机的工作原理比较简单，风轮在风力的作用下旋转，它把风的动能转变为风轮轴的机械能，发电机在风轮轴的带动下旋转发电。广义地说，风能也是太阳能，所以也可以说风力发电机，是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发电机。
为了保证风力发电机的正常运行，人们需要对风力发电机进行定期的维护，在维护器件，为了避免风叶旋转给维护工人带来危害，通常需要对风力发电机进行停机处理，而现有的风力发电机在停机时，主要依靠变桨系统调整叶片攻角，降低叶轮转速，通过制动系统辅助增大摩擦，利用机械制动来实现停机，采用这种方式时，由于依靠摩擦和机械制动来停机，容易对风力发电机的部件产生磨损，进而影响了风力发电机的使用，造成了现有的风力发电机实用性降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术的不足，提供一种用于电力系统的便于维护的风力发电机。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于电力系统的便于维护的风力发电机，包括底座、塔架、机舱、轮毂、停机机构、若干风叶和若干缓冲机构，所述塔架的底端固定在底座的上方，所述机舱设置在塔架的顶端，所述轮毂的一端设置在机舱内，所述风叶周向均匀分布在轮毂的另一端，所述停机机构位于机舱的上方，所述缓冲机构周向均匀分布在轮毂的外周；
所述缓冲机构包括缓冲箱、盖板和设置在缓冲箱内的缓冲组件，所述缓冲箱固定在轮毂上，所述盖板盖设在缓冲箱上，所述缓冲组件包括驱动单元、伸缩板、缓冲框、弹簧、固定杆和两个缓冲单元，所述驱动单元位于两个缓冲单元之间，所述缓冲单元包括丝杆和两个支撑单元，所述丝杆的两端分别通过两个支撑单元设置在缓冲箱内，所述伸缩板套设在丝杆上，所述伸缩板的与丝杆的连接处设有与丝杆匹配的第一螺纹，所述缓冲框的形状为U形，所述缓冲框固定在伸缩板和盖板之间，所述缓冲框的U形开口指向机舱，所述弹簧和固定杆均固定在缓冲框的两侧的内壁之间，所述固定杆位于弹簧的远离机舱的一侧；
所述停机机构包括外壳、设置在外壳内的压缩组件和两个从动组件，所述外壳固定在机舱上，所述压缩组件位于外壳内的顶部，两个从动组件分别位于外壳内的底部的两侧，所述从动组件包括开孔、第一气缸、气管、第一密封板、移动杆和密封塞，所述开孔设置在机舱的靠近轮毂的一侧，所述密封塞位于开口的内侧，所述第一气缸固定在外壳内的底部，所述第一密封板的外周与第一气缸的内壁密封连接，所述第一密封板通过移动杆与密封塞固定连接，所述第一气缸通过气管与压缩组件连接，所述气管内设有阀门，所述阀门与PLC电连接。
作为优选，为了驱动两个丝杆同时旋转，所述驱动单元包括第一电机、第一齿轮和两个第二齿轮，所述第一电机固定在缓冲箱内的底部，所述第一电机与PLC电连接，所述第一电机与第一齿轮传动连接，所述第二齿轮与缓冲单元一一对应，所述第二齿轮同轴固定在丝杆上，所述第一齿轮与第二齿轮啮合。
作为优选，为了保证第一电机的驱动力，所述第一电机为直流伺服电机。
作为优选，为了辅助支撑丝杆旋转，所述支撑单元包括支撑块和滚珠，所述支撑块固定在缓冲箱内，所述支撑块的靠近丝杆的一侧设有凹口，所述滚珠与凹口相匹配，所述滚珠的球心位于凹口内，所述滚珠与丝杆固定连接。
作为优选，为了带动第一密封板移动，所述压缩组件包括动力单元、第二气缸和第二密封板，所述第二气缸固定在外壳内的顶部，所述第二气缸通过气管与第一气缸连通，所述动力单元与第二密封板传动连接。
作为优选，为了驱动第二密封板移动，所述动力单元包括第二电机、螺杆和套管，所述第二电机固定在外壳内，所述第二电机与PLC电连接，所述第二电机与螺杆的一端传动连接，所述螺杆的另一端设置在套管内，所述套管与第二密封板固定连接，所述套管的与螺杆的连接处设有与螺杆相匹配的第二螺纹。
作为优选，为了避免第一密封板脱离第一气缸，所述第一气缸的开口处的内壁上设有若干限位块。
作为优选，为了检测第一气缸内的气压，所述第一气缸内设有气压计，所述气压计与PLC电连接。
作为优选，为了检测风叶转速，所述轮毂上设有转速传感器，所述转速传感器与PLC电连接。
作为优选，为了便于遥控操作设备，所述机舱内设有天线，所述天线与PLC电连接。
本发明的有益效果是，该用于电力系统的便于维护的风力发电机通过缓冲机构便于减缓轮毂的转速，方便设备在轮毂低速旋转的状态下，逐渐减小风叶的转速，使得停机更安全可靠，并通过停机机构依次接触弹簧和固定杆，最终将固定杆卡在两个移动杆之间，实现了设备的停机，便于对设备进行维护，从而提高了该风力发电机的实用性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的用于电力系统的便于维护的风力发电机的结构示意图；
图2是本发明的用于电力系统的便于维护的风力发电机的缓冲机构的结构示意图；
图3是本发明的用于电力系统的便于维护的风力发电机的外壳的剖视图；
图4是本发明的用于电力系统的便于维护的风力发电机的停机机构的结构示意图；
图中：1.底座，2.塔架，3.机舱，4.轮毂，5.风叶，6.缓冲箱，7.盖板，8.伸缩板，9.缓冲框，10.弹簧，11.固定杆，12.外壳，13.第一气缸，14.气管，15.第一密封板，16.移动杆，17.密封塞，18.第一电机，19.第一齿轮，20.第二齿轮，21.支撑块，22.滚珠，23.第二气缸，24.第二密封板，25.第二电机，26.螺杆，27.套管，28.限位块，29.气压计，30.转速传感器。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，一种用于电力系统的便于维护的风力发电机，包括底座1、塔架2、机舱3、轮毂4、停机机构、若干风叶5和若干缓冲机构，所述塔架2的底端固定在底座1的上方，所述机舱3设置在塔架2的顶端，所述轮毂4的一端设置在机舱3内，所述风叶5周向均匀分布在轮毂4的另一端，所述停机机构位于机舱3的上方，所述缓冲机构周向均匀分布在轮毂4的外周；
PLC，即可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程，其实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，一般用于数据的处理以及指令的接收和输出，用于实现中央控制。
该风力发电机中，底座1固定安装在地面上，通过塔架2支撑机舱3，以增加风叶5的高度，便于风叶5在高处接受风力的作用，风力吹在风叶5上，带动风叶5转动，使得轮毂4旋转，对机舱3内部做功，实现风能转变为机械能，机械能转变为电能的过程。当需要对该风力发电机进行维护工作时，轮毂4上的缓冲机构启动，而后通过停机机构与缓冲机构接触，逐步降低轮毂4的转速，直至轮毂4转速为零时，风力发电机停止发电，工作人员即可通过在塔架2内攀爬，进入机舱3进行维护等工作。
所述缓冲机构包括缓冲箱6、盖板7和设置在缓冲箱6内的缓冲组件，所述缓冲箱6固定在轮毂4上，所述盖板7盖设在缓冲箱6上，所述缓冲组件包括驱动单元、伸缩板8、缓冲框9、弹簧10、固定杆11和两个缓冲单元，所述驱动单元位于两个缓冲单元之间，所述缓冲单元包括丝杆和两个支撑单元，所述丝杆的两端分别通过两个支撑单元设置在缓冲箱6内，所述伸缩板8套设在丝杆上，所述伸缩板8的与丝杆的连接处设有与丝杆匹配的第一螺纹，所述缓冲框9的形状为U形，所述缓冲框9固定在伸缩板8和盖板7之间，所述缓冲框9的U形开口指向机舱3，所述弹簧10和固定杆11均固定在缓冲框9的两侧的内壁之间，所述固定杆11位于弹簧10的远离机舱3的一侧；
缓冲机构中，缓冲箱6的位置固定在轮毂4上，利用盖板7堵住缓冲箱6的开口，防止缓冲箱6内的丝杆和弹簧10锈蚀，影响轮毂4的减速，在需要停机维护时，PLC控制驱动单元启动，作用在两侧的缓冲组件中的丝杆上，使得丝杆在两个支撑单元的支撑作用下旋转，丝杆通过第一螺纹作用在伸缩板8上，伸缩板8沿着丝杆的轴线向缓冲箱6的外部移动，使得缓冲框9移动至缓冲框9外部，而后通过停机机构分别依次与缓冲框9内侧的弹簧10与固定杆11接触，停机机构与弹簧10接触后，利用弹簧10减缓轮毂4的转速，当轮毂4转速继续降低后，停机机构再与固定杆11接触，使得固定杆11卡在停机机构上，从而固定了轮毂4的位置，防止轮毂4和风叶5旋转，方便工人对该风力发电机进行维护。
如图3-4所示，所述停机机构包括外壳12、设置在外壳12内的压缩组件和两个从动组件，所述外壳12固定在机舱3上，所述压缩组件位于外壳12内的顶部，两个从动组件分别位于外壳12内的底部的两侧，所述从动组件包括开孔、第一气缸13、气管14、第一密封板15、移动杆16和密封塞17，所述开孔设置在机舱3的靠近轮毂4的一侧，所述密封塞17位于开口的内侧，所述第一气缸13固定在外壳12内的底部，所述第一密封板15的外周与第一气缸13的内壁密封连接，所述第一密封板15通过移动杆16与密封塞17固定连接，所述第一气缸13通过气管14与压缩组件连接，所述气管14内设有阀门，所述阀门与PLC电连接。
当缓冲机构中的缓冲框9带动弹簧10和固定杆11伸出缓冲箱6的外部后，PLC控制外壳12内的压缩组件启动，依次作用在两个从动组件中，压缩组件通过气管14向从动组件中的第一气缸13输气或者抽气，当需要维护风机运行时，压缩组件通过气管14向第一气缸13输气，使得第一气缸13内的第一密封板15向开孔移动，使得移动杆16穿过开孔向外壳12的外部移动，移动杆16首先与缓冲框9内的弹簧10接触，由于轮毂4此时保持旋转的状态，使得弹簧10转动，而移动杆16的位置相对固定，使得弹簧10受拉伸后，产生形变，反作用于移动杆16上，减缓轮毂4的转速，随着轮毂4的转速逐渐降低，PLC控制压缩组件继续运行，继续向第一气缸13内输气，使得移动杆16与缓冲框9内的固定杆11接触，固定杆11卡在停机机构中的其中一个移动杆16上，而后PLC控制首先运行的从动组件中的气管14内的阀门关闭，再控制另外一个从动组件中的气管14内的阀门打开，压缩组件将空气输入至另一个从动组件中的第一气缸13内，使得移动杆16伸出开孔的外部，将固定杆11限制在两个移动杆16之间，防止固定杆11转动，进而防止轮毂4转动，方便工人维护。在对风机维护完成后，PLC控制两个从动组件中的气管14内的阀门打开，而后压缩组件通过气管14从第一气缸13轴抽气，使得移动杆16向外壳12内部移动，脱离弹簧10和固定杆11，方便轮毂4转动，并利用密封塞17堵住开孔，避免降雨天气时，雨水通过开孔进入外壳12内，影响压缩组件和从动组件的运行。
如图2所示，所述驱动单元包括第一电机18、第一齿轮19和两个第二齿轮20，所述第一电机18固定在缓冲箱6内的底部，所述第一电机18与PLC电连接，所述第一电机18与第一齿轮19传动连接，所述第二齿轮20与缓冲单元一一对应，所述第二齿轮20同轴固定在丝杆上，所述第一齿轮19与第二齿轮20啮合。
PLC控制第一电机18启动，带动第一齿轮19旋转，第一齿轮19作用在两侧的与之啮合的两个第二齿轮20上，使得第二齿轮20发生转动，由于第二齿轮20同轴固定在丝杆上，使得两个缓冲单元中的丝杆进行同步的转动。
作为优选，利用第一电机18驱动力强的特点，为了保证第一电机18的驱动力，所述第一电机18为直流伺服电机。
作为优选，为了辅助支撑丝杆旋转，所述支撑单元包括支撑块21和滚珠22，所述支撑块21固定在缓冲箱6内，所述支撑块21的靠近丝杆的一侧设有凹口，所述滚珠22与凹口相匹配，所述滚珠22的球心位于凹口内，所述滚珠22与丝杆固定连接。
支撑单元中，支撑块21的位置固定，滚珠22可在支撑块21的凹口内滚动，进而方便了与滚珠22固定连接的丝杆旋转，由于滚珠22的球心位于凹口内，使得滚珠22无法脱离支撑块21，进而保证了丝杆的稳定旋转。
作为优选，为了带动第一密封板15移动，所述压缩组件包括动力单元、第二气缸23和第二密封板24，所述第二气缸23固定在外壳12内的顶部，所述第二气缸23通过气管14与第一气缸13连通，所述动力单元与第二密封板24传动连接。PLC控制动力单元启动，带动第二密封板24在第二气缸23内部移动，当第二密封板24向第二气缸23内的底部移动时，可将第二气缸23内的空气通过气管14通入到第一气缸13内，而第二密封板24向另一个方向移动时，可将第一气缸13内的空气通过气管14抽入到第二气缸23内，进而带动移动杆16进行平移。
如图3所示，所述动力单元包括第二电机25、螺杆26和套管27，所述第二电机25固定在外壳12内，所述第二电机25与PLC电连接，所述第二电机25与螺杆26的一端传动连接，所述螺杆26的另一端设置在套管27内，所述套管27与第二密封板24固定连接，所述套管27的与螺杆26的连接处设有与螺杆26相匹配的第二螺纹。
PLC控制第二电机25启动，带动螺杆26旋转，螺杆26通过第二螺纹作用在套管27上，使得套管27沿着螺杆26的轴线进行移动，进而带动第二密封板24进行移动。
作为优选，为了避免第一密封板15脱离第一气缸13，所述第一气缸13的开口处的内壁上设有若干限位块28。利用限位块28限制了第一密封板15在第一气缸13内的移动范围，避免第一密封板15脱离第一气缸13。
作为优选，为了检测第一气缸13内的气压，所述第一气缸13内设有气压计29，所述气压计29与PLC电连接。在固定风叶5和轮毂4时，PLC控制压缩组件，使得一个从动组件中的第一气缸13内的空气量增加后，带动第一密封板15向远离第一气缸13的底部移动，同时利用气压计29检测第一气缸13内的气压，并将气压数据传递给PLC，当第一密封板15抵靠在限位块28上后，第一密封板15的位置固定，此时第二气缸23内的空气持续通入第一气缸13内，使得PLC接收到的气压数据增大，此时PLC控制另一个从动组件中的阀门打开，方便将第二气缸23内的空气通入到第一气缸13内。
作为优选，为了检测风叶5转速，所述轮毂4上设有转速传感器30，所述转速传感器30与PLC电连接。利用转速传感器30检测风叶5的转速，并将转速数据传递给PLC，当人们需要停机进行维护时，PLC在风叶5转速小的时候对轮毂4进行减速，并将轮毂4转速逐渐降为零，保证轮毂4的减速安全。
作为优选，为了便于遥控操作设备，所述机舱3内设有天线，所述天线与PLC电连接。管理人员可通过手机或者电脑等遥控装置向该风力发电机发射无线信号，由机舱3内的天线接收信号后，将信号传递给PLC，PLC根据信号内容控制风力发电机的运行，从而实现了该设备的遥控功能，方便操作。
该风力发电机在需要进行停机维护时，通过驱动单元作用在两个缓冲单元上，使得伸缩板8带动缓冲框9移出缓冲箱6的开口，而后外壳12内的压缩组件启动，作用在从动组件上，使得移动杆16移出外壳12后，与缓冲框9内侧的弹簧10接触，利用弹簧10逐渐减小轮毂4的转速，而后移动杆16继续远离第一气缸13移动，与固定杆11接触，通过将固定杆11卡在两个移动杆16之间，固定了轮毂4，防止维护时风叶5旋转，实现了该风力发电机的停机，与传统的停机方式相比，该停机方式不会对轮以及机舱3内部的元件造成磨损，使得停机更安全可靠。
与现有技术相比，该用于电力系统的便于维护的风力发电机通过缓冲机构便于减缓轮毂4的转速，方便设备在轮毂4低速旋转的状态下，逐渐减小风叶5的转速，使得停机更安全可靠，并通过停机机构依次接触弹簧10和固定杆11，最终将固定杆11卡在两个移动杆16之间，实现了设备的停机，便于对设备进行维护，从而提高了该风力发电机的实用性。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种用于电力系统的便于维护的风力发电机，其特征在于，包括底座(1)、塔架(2)、机舱(3)、轮毂(4)、停机机构、若干风叶(5)和若干缓冲机构，所述塔架(2)的底端固定在底座(1)的上方，所述机舱(3)设置在塔架(2)的顶端，所述轮毂(4)的一端设置在机舱(3)内，所述风叶(5)周向均匀分布在轮毂(4)的另一端，所述停机机构位于机舱(3)的上方，所述缓冲机构周向均匀分布在轮毂(4)的外周；
所述缓冲机构包括缓冲箱(6)、盖板(7)和设置在缓冲箱(6)内的缓冲组件，所述缓冲箱(6)固定在轮毂(4)上，所述盖板(7)盖设在缓冲箱(6)上，所述缓冲组件包括驱动单元、伸缩板(8)、缓冲框(9)、弹簧(10)、固定杆(11)和两个缓冲单元，所述驱动单元位于两个缓冲单元之间，所述缓冲单元包括丝杆和两个支撑单元，所述丝杆的两端分别通过两个支撑单元设置在缓冲箱(6)内，所述伸缩板(8)套设在丝杆上，所述伸缩板(8)的与丝杆的连接处设有与丝杆匹配的第一螺纹，所述缓冲框(9)的形状为U形，所述缓冲框(9)固定在伸缩板(8)和盖板(7)之间，所述缓冲框(9)的U形开口指向机舱(3)，所述弹簧(10)和固定杆(11)均固定在缓冲框(9)的两侧的内壁之间，所述固定杆(11)位于弹簧(10)的远离机舱(3)的一侧；
所述停机机构包括外壳(12)、设置在外壳(12)内的压缩组件和两个从动组件，所述外壳(12)固定在机舱(3)上，所述压缩组件位于外壳(12)内的顶部，两个从动组件分别位于外壳(12)内的底部的两侧，所述从动组件包括开孔、第一气缸(13)、气管(14)、第一密封板(15)、移动杆(16)和密封塞(17)，所述开孔设置在机舱(3)的靠近轮毂(4)的一侧，所述密封塞(17)位于开口的内侧，所述第一气缸(13)固定在外壳(12)内的底部，所述第一密封板(15)的外周与第一气缸(13)的内壁密封连接，所述第一密封板(15)通过移动杆(16)与密封塞(17)固定连接，所述第一气缸(13)通过气管(14)与压缩组件连接，所述气管(14)内设有阀门，所述阀门与PLC电连接。
2.如权利要求1所述的用于电力系统的便于维护的风力发电机，其特征在于，所述驱动单元包括第一电机(18)、第一齿轮(19)和两个第二齿轮(20)，所述第一电机(18)固定在缓冲箱(6)内的底部，所述第一电机(18)与PLC电连接，所述第一电机(18)与第一齿轮(19)传动连接，所述第二齿轮(20)与缓冲单元一一对应，所述第二齿轮(20)同轴固定在丝杆上，所述第一齿轮(19)与第二齿轮(20)啮合。
3.如权利要求2所述的用于电力系统的便于维护的风力发电机，其特征在于，所述第一电机(18)为直流伺服电机。
4.如权利要求1所述的用于电力系统的便于维护的风力发电机，其特征在于，所述支撑单元包括支撑块(21)和滚珠(22)，所述支撑块(21)固定在缓冲箱(6)内，所述支撑块(21)的靠近丝杆的一侧设有凹口，所述滚珠(22)与凹口相匹配，所述滚珠(22)的球心位于凹口内，所述滚珠(22)与丝杆固定连接。
5.如权利要求1所述的用于电力系统的便于维护的风力发电机，其特征在于，所述压缩组件包括动力单元、第二气缸(23)和第二密封板(24)，所述第二气缸(23)固定在外壳(12)内的顶部，所述第二气缸(23)通过气管(14)与第一气缸(13)连通，所述动力单元与第二密封板(24)传动连接。
6.如权利要求5所述的用于电力系统的便于维护的风力发电机，其特征在于，所述动力单元包括第二电机(25)、螺杆(26)和套管(27)，所述第二电机(25)固定在外壳(12)内，所述第二电机(25)与PLC电连接，所述第二电机(25)与螺杆(26)的一端传动连接，所述螺杆(26)的另一端设置在套管(27)内，所述套管(27)与第二密封板(24)固定连接，所述套管(27)的与螺杆(26)的连接处设有与螺杆(26)相匹配的第二螺纹。
7.如权利要求1所述的用于电力系统的便于维护的风力发电机，其特征在于，所述第一气缸(13)的开口处的内壁上设有若干限位块(28)。
8.如权利要求1所述的用于电力系统的便于维护的风力发电机，其特征在于，所述第一气缸(13)内设有气压计(29)，所述气压计(29)与PLC电连接。
9.如权利要求1所述的用于电力系统的便于维护的风力发电机，其特征在于，所述轮毂(4)上设有转速传感器(30)，所述转速传感器(30)与PLC电连接。
10.如权利要求1所述的用于电力系统的便于维护的风力发电机，其特征在于，所述机舱(3)内设有天线，所述天线与PLC电连接。
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