CN110985292B

CN110985292B - 用于风力涡轮机的可变流量液压回路

Info

Publication number: CN110985292B
Application number: CN201910938229.2A
Authority: CN
Inventors: M.A.克里斯坦森
Original assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Priority date: 2018-10-02
Filing date: 2019-09-30
Publication date: 2022-02-01
Anticipated expiration: 2039-09-30
Also published as: US20200102933A1; EP3633188A1; EP3633188B1; US11378058B2; CN110985292A

Abstract

本发明公开了一种用于风力涡轮机的可变流量液压回路。本发明涉及一种用于风力涡轮机（1）的液压回路（100）。液压回路（100）包括：‑固定排量泵（110），其包括抽吸输入端（111）和输送输出端（112），‑泵马达（120），其用于驱动固定排量泵（110），‑压力管线（130），其液压地连接到固定排量泵（110）的输送输出端（112）以用于将由固定排量泵（110）产生的输出流量和/或输出压力朝向至少一个消耗器回路输送，‑旁通阀（150、190），其包括液压地连接到固定排量泵（110）的输送输出端（112）的阀输入端（151、191），其中，旁通阀（150、190）包括可变开口，以用于控制由固定排量泵（110）朝向（一个或多个）消耗器回路输送的输出流量或输出压力。

Description

用于风力涡轮机的可变流量液压回路

技术领域

本发明涉及液压回路，特别是待包括在风力涡轮机中的液压回路。本发明的液压回路产生可变流量。

背景技术

液压应用是已知的，其中要求可变流量。这种应用包括例如用于控制风力涡轮机中的叶片桨距角的液压叶片桨距系统。对于这些应用中的一些应用，流速（flow rate）特别需要在零和最大预设值之间连续地可变。

提供接近零流量的要求导致了复杂和精密和/或具有非常低的能量效率的解决方案。

通过液压回路可以实现对上文提到的产生可变流量的问题的一种可能的解决方案，该液压回路包括：

- 由固定速度马达驱动的固定排量泵（displacement pump），

- 开/关旁通阀，

- 由固定排量泵馈给的液压蓄能器（accumulator），

- 由液压蓄能器馈给的致动器，

- 用于致动器中的每一个的比例阀。

这种液压回路的特征在于低效率。

另一个解决方案是提供一种液压回路，该液压回路包括由固定速度马达驱动的可变排量泵。然而，可变排量泵的特征在于具有减少的寿命和增加的响应时间的高度复杂结构。在一些应用中，还要求开/关旁通阀，以与用于由可变排量泵馈给的每个致动器的（一个或多个）方向阀或比例阀组合。

另外的解决方案是提供一种液压回路，该液压回路包括：

- 由可变速度马达驱动的固定排量泵，

- 开/关旁通阀，

- 用于由固定排量泵馈给的每个致动器的（一个或多个）方向阀或比例阀。

然而，固定排量泵要求不同于零的最小速度，以维持泵本身上的润滑。

替代地，也可以使用数字式排量泵（Digital Displacement Pump）（DDP）。在DDP中的是活塞泵（其中流量在每个活塞处由脉冲调制入口阀和出口阀调节），泵每转一圈振荡许多次。相对于更传统和更简单的泵（特别是齿轮泵、螺杆泵或摆线泵（gerotor pump）），这导致增加的复杂性和磨损。

因此，仍然期望提供一种用于产生可变流量（特别是待用于风力涡轮机中）的新的液压回路，以便克服上述现有技术的上文提到的不便之处。

发明内容

为了实现上文限定的目的，根据独立权利要求提供了一种用于控制风力涡轮机的多个叶片的桨距角的液压回路。从属权利要求描述了本发明的有利发展和修改。

根据本发明的一个方面，一种用于风力涡轮机的液压回路，该液压回路包括：

- 固定排量泵，其包括抽吸输入端和输送输出端，

- 泵马达，其用于驱动固定排量泵，

- 压力管线，其液压地连接到固定排量泵的输送输出端以用于将由固定排量泵产生的输出流量或输出压力朝向至少一个消耗器回路（consumer circuit）输送，

- 旁通阀，其包括阀输入端，该阀输入端液压地连接到固定排量泵的输送输出端，

其中，旁通阀包括可变开口，以用于控制由固定排量泵朝向（一个或多个）消耗器回路输送的输出流量或输出压力。

根据本发明的实施例，旁通阀控制由固定排量泵朝向（一个或多个）消耗器回路输送的输出流量。特别地，这可以借助于比例旁通阀来实现。

相对于所引用的现有技术，本发明提供以下优点：

- 通过控制旁通阀的开口，由固定排量泵输送的流量可以从零到全流量连续地变化。这与固定排量泵相比是一个优势，对于给定的泵速度，该固定排量泵提供接近恒定的流量；

- 固定排量泵的用于调节流速的响应时间显著短于可变排量泵的用于调节流速的响应时间，因为本发明中的流量调节每个泵仅涉及一个旁通阀，而调节可变排量泵则要求设定一个阀以用于使控制压力通过泵或通过液压回路的较大部件传播到泵内的致动器，从而调整排量。这允许更快地适于流量要求，从而允许整个液压回路更快地响应，从而减少机器的其它部件上的负荷；

- 由于更简单零件的使用扩大了供应基础，因此系统成本降低，从而允许降低生产成本；

- 本发明在可靠性极为重要的应用（诸如风力涡轮机的桨距系统）中是特别有利的。桨距系统的可控制性能够通过减少大型结构零件上的负荷来整体上降低风力涡轮机的成本。

附加地，本发明还可以被应用于许多其它液压系统，以降低生产成本，同时增加可靠性和效率。

根据本发明的示例性实施例，泵马达是固定速度类型的，例如处于固定频率的异步马达。

有利地，能够通过下降至允许维持润滑的最小泵速度的泵速度来控制泵输出流量，同时使用旁通阀以在最小泵速度处在全流量下降至零之间连续地控制流量。这样，从可变流量泵获得的效率能够与小流量可控制性组合，同时保持固定排量泵的机械简单性、低成本和鲁棒性。

替代地，根据本发明的其它示例性实施例，泵马达可以是可变速度类型的，例如处于可变频率和/或速度的异步马达。有利地，在这些实施例中，能够减小马达的加速度，由此减少马达上的要求和/或负荷和/或电流。

根据本发明的示例性实施例，液压回路包括：

- 储液器，其液压地连接到固定排量泵的抽吸输入端；

- 用于接收来自至少一个消耗器回路的返回流量的返回管线，该返回管线与旁通阀和储液器液压地连接。

液压回路可以包括在返回管线中的过滤器。特别地，过滤器可以在旁通阀和储液器之间的中间。

另外，液压回路可以包括与旁通阀并联的泄压阀，以用于当在压力管线中达到预定的泄压压力时有利地将固定排量泵的输送输出端与储液器连接。

根据本发明的其它实施例，旁通阀控制由固定排量泵朝向（一个或多个）消耗器回路输送的输出压力。特别地，这可借助于受控制的泄压旁通阀来实现。

根据本发明，“消耗器回路”意指接收由固定排量泵输送的输出流量和/或将返回流量输送到返回管线的液压回路。消耗器回路可以包括打开中心阀、闭合中心阀、电子负荷感测和蓄能器。

附图说明

通过参考结合附图获得的本发明的实施例的以下描述，本发明的上文提到的属性及其它特征和优点以及实现它们的方式将变得更加明显，并且将更好地理解本发明本身，在附图中：

图1示出了风力涡轮机的示意性截面，本发明的液压回路能够应用于该风力涡轮机。

图2示出了液压方案，图示了根据本发明的液压回路的第一实施例。

图3示出了液压方案，图示了根据本发明的液压回路的第二实施例。

具体实施方式

附图中的图示是示意性的。注意，在不同的附图中，类似或相同的元件提供有相同的附图标记。

图1示出了根据本发明的风力涡轮机1。风力涡轮机1包括塔架2，该塔架安装在未描绘的基座上。机舱3布置在塔架2的顶部上。风力涡轮机1还包括具有至少一个叶片4的风力转子5（在图1的实施例中，风力转子包括三个叶片4，其中仅两个叶片4可见）。风力转子5可围绕旋转轴线Y旋转。

叶片4相对于旋转轴线Y并且沿着相应的纵向轴线X而基本上径向地延伸。风力涡轮机1包括发电机11，该发电机11包括定子20和转子30。转子30可绕旋转轴线Y相对于定子20旋转。

风力转子5或者直接地（例如，直接驱动）或者借助于可旋转主轴9和/或通过齿轮箱（图1中未示出）与发电机11旋转地联接。提供了示意性地描绘的轴承组件8，以便将主轴9和转子5保持就位。可旋转主轴9沿着旋转轴线Y延伸。

风力转子5包括用于将相应的叶片4连接到风力转子5的三个凸缘15。桨距轴承插置在每个叶片凸缘15和相应的叶片4之间。液压桨距致动系统与叶片4的桨距轴承相关联，以用于调节每个叶片的桨距角，即每个叶片绕相应的叶片纵向轴线X的角位置。

参考图2的液压方案，用于控制叶片4的桨距角的液压桨距致动系统包括液压回路100。

液压回路100包括固定排量泵，该固定排量泵包括抽吸输入端和输送输出端。

根据本发明的实施例，固定排量泵可以是齿轮泵或螺杆泵或摆线泵。

固定排量泵110包括抽吸输入端111和输送输出端112。

固定排量泵由泵马达120驱动。

根据本发明的不同实施例，泵马达120可以是固定速度类型的或可变速度类型的。

液压回路100包括压力管线130，该压力管线130液压地连接到固定排量泵110的输送输出端112以用于将由固定排量泵110产生的输出流量朝向至少一个消耗器回路输送。压力管线130插置于输送输出端112和液压回路100的第一接口130a之间，以用于将液压回路100液压地连接到消耗器回路。

液压回路100包括旁通阀150，该旁通阀包括阀输入端151和阀输出端152。阀输入端151液压地连接到固定排量泵110的输送输出端112。

旁通阀150包括可变开口，以用于控制由固定排量泵110朝向待附接到第一接口130a的消耗器回路所输送的输出流量。

根据本发明的实施例，旁通阀150是比例阀。

液压回路100还包括：

- 储液器160，其液压地连接到固定排量泵110的抽吸输入端111；

- 返回管线170，其用于接收来自至少一个消耗器回路的返回流量。

返回管线170插置于储液器160和液压回路100的第二接口130b之间，以用于将液压回路100液压地连接到消耗器回路。

根据本发明的不同实施例，相对于液压地连接到压力管线130的消耗器回路，液压地连接到返回管线170的消耗器回路可以是同一个或另一个回路。

返回管线170在第二接口130b和储液器160之间的中间点171处与旁通阀150的阀输出端152液压地连接。

液压回路100还可以包括在返回管线170中的过滤器180。过滤器180在旁通阀150和储液器160之间的中间，使得离开旁通阀150的阀输出端152的流量通过过滤器180到达储液器160。

液压回路100包括与旁通阀150并联的泄压阀140，以用于当在压力管线130中达到预定的泄压压力时将固定排量泵110的输送输出端112与储液器160连接。旁通阀150和泄压阀140设置在液压回路100的两个相应分支中，该两个分支都将压力管线130与返回管线170连接。

参考图3的液压方案，示出了液压回路100的第二实施例。相对于图2的实施例，不存在比例阀，而是存在旁通阀190，该旁通阀190是泄压阀，其用于当在压力管线130中达到受控制的泄压压力时将固定排量泵110的输送输出端112与储液器160连接。旁通阀190包括阀输入端191，该阀输入端191液压地连接到固定排量泵110的输送输出端112。

泄压阀190将压力管线130与返回管线170连接。控制旁通阀190的开口，以用于控制由固定排量泵110朝向附接到第一接口130a的消耗器回路所输送的输出压力。

Claims

1.一种用于风力涡轮机（1）的液压回路（100），所述液压回路（100）包括：

- 固定排量泵（110），所述固定排量泵（110）包括抽吸输入端（111）和输送输出端（112），

- 泵马达（120），所述泵马达（120）用于驱动所述固定排量泵（110），

- 压力管线（130），所述压力管线（130）液压地连接到所述固定排量泵（110）的所述输送输出端（112）以用于将由所述固定排量泵（110）产生的输出流量和/或输出压力朝向至少一个消耗器回路输送，

- 旁通阀（150、190），所述旁通阀（150、190）包括阀输入端（151、191），所述阀输入端（151、191）液压地连接到所述固定排量泵（110）的所述输送输出端（112），

- 储液器（160），所述储液器（160）液压地连接到所述固定排量泵（110）的所述抽吸输入端（111），

- 返回管线（170），所述返回管线（170）用于接收来自至少一个消耗器回路的返回流量，所述返回管线（170）液压地与所述旁通阀（150、190）和所述储液器（160）连接，

其中，所述旁通阀（150、190）包括可变开口，以用于控制由所述固定排量泵（110）朝向一个或多个消耗器回路输送的所述输出流量或所述输出压力，

其中，所述液压回路（100）包括在所述返回管线（170）中的过滤器（180），

其中，所述返回管线（170）中的所述过滤器（180）在所述旁通阀（150、190）和所述储液器（160）之间的中间，

其中，所述旁通阀（150）是比例阀，并且所述液压回路（100）还包括与所述旁通阀（150）并联的泄压阀（140），以用于当在所述压力管线（130）中达到预定的泄压压力时将所述固定排量泵（110）的所述输送输出端（112）与所述储液器（160）连接，或者

其中，所述旁通阀（190）是泄压阀，所述泄压阀用于当在所述压力管线（130）中达到受控制的泄压压力时将所述固定排量泵（110）的所述输送输出端（112）与所述储液器（160）连接。

2.根据权利要求1所述的液压回路（100），其中，所述泵马达（120）是固定速度类型的。

3.根据权利要求1所述的液压回路（100），其中，所述泵马达（120）是可变速度类型的。

4.一种风力涡轮机（1），包括根据前述权利要求中任一项所述的液压回路（100）。

5.根据权利要求4所述的风力涡轮机（1），其中，所述液压回路（100）被集成在系统中以用于控制风力涡轮机（1）的多个叶片（4）的桨距角。