CN110552839A - 变桨系统及风力发电机组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种变桨系统及风力发电机组。该变桨系统包括齿形带、至少一个齿形带锁定装置、变桨轴承以及阴极保护装置，该至少一个齿形带锁定装置设置在变桨轴承上，与齿形带的一端固定连接，阴极保护装置与齿形带的该一端的钢丝芯连接。根据本发明，通过采用阴极保护装置对齿形带的钢丝芯进行保护，减少因腐蚀造成的齿形带断裂的问题。

Description

变桨系统及风力发电机组
技术领域
本发明涉及风力发电领域，具体来说，涉及一种变桨系统及风力发电机组。
背景技术
变桨系统是大型风力发电机组控制系统的核心部分之一，对机组安全、稳定、高效的运行具有十分重要的作用。变桨系统主要是根据风速的变化随时调整叶片桨距角，从而实现叶轮对风能的最大吸收。而将齿形带用作传动装置的变桨系统，与将齿轮用作传动装置的变桨系统相比，其优点在于传动平稳、噪声小、维护简单、方便且成本低廉。
但是，由于风力发电机组工作的风场环境较为复杂，使得安装在变桨系统中的齿形带需要面对高温、高湿的气候环境。而且，如图1和图2所示，齿形带1包括钢丝芯11和基体12。由于齿形带1的结构的特殊性，其钢丝芯11贴近基体12的齿底121，因此，如果在潮湿、高温等的工作环境下，钢丝芯11会由于裸露而发生严重腐蚀，从而严重影响齿形带1的寿命。
目前在实际的生产应用中，对于齿形带中的钢丝芯并无任何防腐措施，导致齿形带的腐蚀现象严重，需要频繁更换齿形带。虽然可以考虑在钢丝芯表面涂覆防腐涂层来防止钢丝芯发生腐蚀，但是，防腐涂层易于磨损，导致防腐蚀的效果差，不易维护。
发明内容
为了解决上述问题中的一个或多个，本发明提供一种变桨系统，该变桨系统包括齿形带、至少一个齿形带锁定装置、变桨轴承以及阴极保护装置，该至少一个齿形带锁定装置设置在变桨轴承上，与齿形带的一端固定连接，阴极保护装置与齿形带的该一端的钢丝芯连接。
其中，阴极保护装置可以包括阳极金属，阳极金属与钢丝芯连接，并且阳极金属的电位低于钢丝芯的电位。
其中，阴极保护装置可以包括直流电源和辅助阳极，直流电源的正极连接于辅助阳极，直流电源的负极连接于钢丝芯。
其中，阴极保护装置还可以包括参比电极，参比电极连接于直流电源的输出端。
其中，齿形带锁定装置可以包括上压板和下压板，齿形带的该一端固定于上压板和下压板之间，直流电源固定于上压板上。
其中，阴极保护装置还可以包括与钢丝芯连接的并线电路板，并线电路板设置于上压板与下压板之间，直流电源的负极通过并线电路板与钢丝芯连接。
其中，并线电路板的宽度可以等于齿形带的宽度，并线电路板的触点的数量可以与钢丝芯的数量相同；在钢丝芯为多个的情况下，触点之间的中心距离可以等于钢丝芯之间的中心间距。
其中，变桨系统还可以包括变桨电机，直流电源是由变桨电机的支路供电的电源。
其中，直流电源可以为整流电源。
其中，整流电源可以包括交流供电部和AC/DC变流器，AC/DC变流器连接于交流供电部，并用于将交流供电部输出的交流电转换为直流电。
其中，阴极保护装置还可以包括用于辅助供电的备用电池。
本发明还提供一种风力发电机组，包括上述变桨系统。
根据本发明，通过采用阴极保护装置对齿形带的钢丝芯进行保护，减少因腐蚀造成的齿形带断裂的问题。
附图说明
通过以下结合附图对实施例的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1为齿形带1的立体图。
图2为齿形带1的剖视图。
图3为本发明的设有齿形带1的变桨系统的示意图。
图4为本发明的实施例1的电路结构示意图。
图5为本发明的实施例2的电路结构示意图。
图6为本发明的实施例3的变桨系统的示意图。
图7为本发明的实施例3的变桨系统的另一示意图。
图8为本发明的实施例3的并线电路板25的示意图。
图9为本发明的实施例4的电路结构示意图。
符号说明
1 齿形带
11 钢丝芯
12 基体
121 齿底
21 阳极金属
22 直流电源
221 交流供电部
222 AC/DC变流器
23 辅助阳极
24 参比电极
25 并线电路板
251 触点
252 并线电路线
3 齿形带锁定装置
31 上压板
32 下压板
4 变桨电机
5 变桨轴承
具体实施方式
本发明的发明人通过利用电化学阴极保护效应来减轻变桨系统的齿形带的腐蚀，从而得到一种防腐性能优异的新型的变桨系统。
下面通过实施例，对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1
首先，结合图3和图4对本发明的实施例1进行说明。图3示出了本发明的设有齿形带1的变桨系统的示意图。如图3中所示，变桨系统包括齿形带1、齿形带锁定装置3和变桨轴承5，齿形带锁定装置3设置在变桨轴承5上并与齿形带1的一端固定连接，虽然图3中未示出，但本发明的变桨系统还包括与齿形带1的上述一端的钢丝芯11连接的阴极保护装置。下面结合图4，对本发明的实施例1的电路图进行详细说明。如图4所示，本发明的阴极保护装置包括阳极金属21，该阳极金属21与齿形带1的钢丝芯11连接。在本实施例中，阳极金属21为锌块，但本发明不限于此，只要阳极金属21的电位低于钢丝芯11的电位即可。
需要说明的是，本发明的齿形带锁定装置3为一个以上即可，可以根据需要适当设置齿形带锁定装置3的个数。另外，考虑到齿形带1的长度通常较长，因此，为获得更优异的防腐效果，优选将齿形带锁定装置3设为两个并分别固定齿形带1的两端，两个阴极保护装置(在本实施例中为两块阳极金属21)分别连接于齿形带1两端的钢丝芯11。
在本实施例中，利用牺牲阳极法，依靠电位低于作为保护对象(钢丝芯11)的金属作为阳极金属21，通过自身消耗来提供保护电流，从而在潮湿空气中构成保护电流回路。
根据本实施例的变桨系统，不需要另外设置电源就能够达到防止或减轻钢丝芯11腐蚀的目的，而且，阳极金属21的设置方便灵活，易于安装，不需要特殊专业的维护管理。
实施例2
下面结合图5，对本发明的实施例2进行详细说明。图5为本发明的实施例2的电路结构示意图。如图5所示，本发明的阴极保护装置包括直流电源22和辅助阳极23，其中，辅助阳极23连接于直流电源22的正极，钢丝芯11连接于直流电源22的负极。在本实施例中，辅助阳极23的材料为石墨，但本发明不限于此，辅助阳极23也可以为金属氧化物或其他合适的材料。
在本实施例中，利用外加电流保护法对钢丝芯11进行保护。具体来说，利用直流电源22，在辅助阳极23与钢丝芯11之间通以直流电，其中，钢丝芯11作为阴极，辅助阳极23作为阳极，与周围环境中的潮湿空气共同构成回路，使钢丝芯11进行阴极极化，并发生电化学反应。在电场的作用下，空气中的阴极反应产物OH-及Cl-向外迁移，外部的阳离子Na+、K+以及Ca2+等向阴极迁移形成保护。如此，通过直流电源22和辅助阳极23，迫使电流从介质流向被保护的钢丝芯11，使被保护的钢丝芯11的电位低于周围环境，整个钢丝芯11成为新的电路中的阴极。
需要说明的是，本发明的直流电源22的电压可以根据需要适当设定，考虑到安全因素，本发明的直流电源22的电压优选为24V以下。
另外，辅助阳极23是外加电流阴极保护系统的重要组成部分，优选辅助阳极23设置在远离作为阴极的钢丝芯11的位置，防止产生电火花。
例如，在直流电源22的电压为24V以下的情况下，辅助阳极23与钢丝芯11之间的距离优选为大于5cm，只要满足该距范围，就可以有效地防止产生电火花。
根据本实施例2得到的变桨系统，能够对钢丝芯11提供有效的防腐保护。并且，能够克服利用牺牲阳极法所导致的有效阴极保护年限受牺牲阳极寿命的限制，需要定期更换的缺点。
实施例3
下面结合图3以及图6～图8，对本发明的实施例3进行详细说明。图6为本发明的实施例3的变桨系统的示意图。图7为本发明的实施例3的变桨系统的另一局部示意图。图8为本发明的实施例3的并线电路板25的示意图。
如图3和图6所示，本发明的变桨系统可以包括齿形带1、齿形带锁定装置3和变桨轴承5，阴极保护装置安装于齿形带锁定装置3。具体来说，如图7所示，齿形带锁定装置3包括上压板31和下压板32，直流电源22固定于上压板31上。另外，阴极保护装置还包括与钢丝芯11连接的并线电路板25，并线电路板25设置于上压板31与下压板32之间，直流电源22的负极通过并线电路板25与钢丝芯11连接。
需要说明的是，在本实施例中，虽然利用并线电路板25使得直流电源22的负极与钢丝芯11连接，但是，本发明不限于此，钢丝芯11与直流电源22的负极连接即可，也可以直接使用导线将钢丝芯11与直流电源22的负极连接。
在本实施例中，直流电源22通过螺栓固定于上压板31上，但是，本发明不限于此，直流电源22也可以直接粘合或者焊接于上压板31上。
另外，本实施例中，齿形带锁定装置3包括上压板31和下压板32，但是，本发明的齿形带锁定装置3的结构不限于此，例如，齿形带锁定装置3可以为中空结构，该中空结构的一端开口且另一端封闭，齿形带1穿过中空结构的开口一端被固定在齿形带锁定装置3中，并线电路板25的一面抵靠在中空结构的封闭一端，另一面与齿形带1的钢丝芯11连接。或者，齿形带锁定装置3也可以为两端均开口的中空结构，并线电路板25设置在齿形带锁定装置3内并与固定在齿形带锁定装置3内的钢丝芯11连接。
另外，在本实施例中，如图7所示，阴极保护装置还包括参比电极24，参比电极24连接于直流电源22的输出端。通过设置参比电极24，能够测量被保护的钢丝芯11的电位，随时监测保护效果。另外，可以提供控制信号，以便于调节直流电源22的输出电流，使钢丝芯11一直处于良好的保护状态。
下面结合图8，对本实施例的并线电路板25的优选结构进行具体说明，但本发明的并线电路板25不限于此。如图8所示，并线电路板25包括触点251和一端连接于直流电源22的负极的并线电路线252。并线电路板25的宽度D优选为等于齿形带1的宽度，并线电路板25的触点251的数量优选为与钢丝芯11的数量相同，并且分别与钢丝芯11连接。在钢丝芯11为多个的情况下，相邻的触点251之间的中心距离c等于相邻的钢丝芯11之间的中心距离。另外，触点251的直径d可以根据钢丝芯11的直径来调整。
通过这样的设置，可以同时对齿形带1中的多条钢丝芯11进行有效的防腐保护，且使得变桨系统的电路结构更加紧凑、合理，利于变桨系统小型化。
实施例4
下面，结合图3和图9，对本发明的实施例4进行说明。本实施例与实施例3的不同之处在于，直流电源22不是另行设置的外部电源，而是直接将在风力发电机组的其他设备设置的电源作为阴极保护装置的直流电源。具体来说，在本实施例中，直流电源22是由变桨系统的变桨电机4的支路供电的电源。
具体电路结构示意图如图9所示，直流电源22为整流电源，其包括交流供电部221和连接于交流供电部221且用于将交流供电部221输出的交流电转换为直流电的AC/DC变流器222，辅助阳极23连接于变流器222的输出端的正极，钢丝芯11连接于变流器222的输出端的负极。
根据本实施例的技术方案，能够充分利用风力发电机组中已有的电源，无需另外设置外部电源，利于变桨系统小型化。
另外，虽然未图示，本发明的阴极保护装置还可以包括用于辅助供电的备用电池。在风力发电机组长时间停机情况下，使用风力发电机组提供的交流供电部会停止供电，通过使用整流电源时同时使用电池进行辅助供电，能够提供24小时不间断的防腐蚀保护。
此外，在特别严酷的环境条件下，为了取长补短，发挥各自优势，可以同时采用外电流保护法和牺牲阳极法对被钢丝芯11进行联合保护，即，可以同时采用实施例1和实施例2(或实施例3、实施例4)的技术方案对钢丝芯11进行联合保护。例如，将采用牺牲阳极法的实施例1中的阴极保护装置连接于钢丝芯11的一端，将采用外电流保护法的实施例2、实施例3或实施例4的阴极保护装置连接于钢丝芯11的另一端，以实现联合保护的目的。另外，还可以通过一块并线电路板，将阳极金属21与采用外电流保护法的实施例2、实施例3或实施例4的阴极保护装置的直流电源22的负极连接于齿形带1的同一端钢丝芯11，从而在实现联合保护的同时，使得变桨系统的结构更加小型化。
综上所述，根据本发明，能够解决齿形带的钢丝芯腐蚀问题，减少齿形带因腐蚀而断裂问题。具体来说，在陆上使用时，能够减少齿形带的更换频次，减少因停机维修导致的损失。在海上使用时，能够减少维护频次，由于实际生产作业中，出海成本大约为300万/次，因此，能够极大地降低生产成本。
虽然结合上述实施例对本发明进行了描述，但本发明不限于所述实施例，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种变形和修改。

Claims (12)

1.一种变桨系统，其特征在于，所述变桨系统包括齿形带(1)、至少一个齿形带锁定装置(3)、变桨轴承(5)以及阴极保护装置，所述至少一个齿形带锁定装置(3)设置在所述变桨轴承(5)上，与所述齿形带(1)的一端固定连接，所述阴极保护装置与所述齿形带(1)的所述一端的钢丝芯(11)连接。
2.根据权利要求1所述的变桨系统，其特征在于，所述阴极保护装置包括阳极金属(21)，所述阳极金属(21)与所述钢丝芯(11)连接，并且所述阳极金属(21)的电位低于所述钢丝芯(11)的电位。
3.根据权利要求1所述的变桨系统，其特征在于，所述阴极保护装置包括直流电源(22)和辅助阳极(23)，所述直流电源(22)的正极连接于所述辅助阳极(23)，所述直流电源(22)的负极连接于所述钢丝芯(11)。
4.根据权利要求3所述的变桨系统，其特征在于，所述阴极保护装置还包括参比电极(24)，所述参比电极(24)连接于所述直流电源(22)的输出端。
5.根据权利要求3所述的变桨系统，其特征在于，所述齿形带锁定装置(3)包括上压板(31)和下压板(32)，所述齿形带(1)的所述一端固定于所述上压板(31)和下压板(32)之间，所述直流电源(22)固定于所述上压板(31)上。
6.根据权利要求5所述的变桨系统，其特征在于，所述阴极保护装置还包括与所述钢丝芯(11)连接的并线电路板(25)，所述并线电路板(25)设置于所述上压板(31)与所述下压板(32)之间，所述直流电源(22)的负极通过所述并线电路板(25)与所述钢丝芯(11)连接。
7.根据权利要求6所述的变桨系统，其特征在于，所述并线电路板(25)的宽度等于所述齿形带(1)的宽度，所述并线电路板(25)的触点(251)的数量与所述钢丝芯(11)的数量相同；
在所述钢丝芯(11)为多个的情况下，相邻的所述触点(251)之间的中心距离等于相邻的所述钢丝芯(11)之间的中心距离。
8.根据权利要求3所述的变桨系统，其特征在于，所述变桨系统还包括变桨电机(4)，所述直流电源是由所述变桨电机(4)的支路供电的电源。
9.根据权利要求8所述的变桨系统，其特征在于，所述直流电源(22)为整流电源。
10.根据权利要求9所述的变桨系统，其特征在于，所述整流电源包括交流供电部(221)和AC/DC变流器(222)，所述AC/DC变流器(222)连接于所述交流供电部(221)，并用于将所述交流供电部(221)输出的交流电转换为直流电。
11.根据权利要求3～10所述的变桨系统，其特征在于，所述阴极保护装置还包括用于辅助供电的备用电池。
12.一种风力发电机组，其特征在于，包括所述权利要求1-11任意一项所述的变桨系统。
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