CN115182945B - 一种风电机组气动制动系统及其控制方法 - Google Patents

一种风电机组气动制动系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

一种风电机组气动制动系统及其控制方法，供气单元、供气电磁阀前手动门、供气电磁阀、供气电磁阀后手动门、制动/复位电磁换向阀和制动器通过管路依次连接；供气电磁阀前手动门、供气电磁阀和供气电磁阀后手动门所在管路上并联有旁路管，供气旁路门设置在旁路管上，供气旁路门通过管路连接制动/复位手动换向阀，制动/复位手动换向阀连接在制动器上，制动/复位手动换向阀与制动/复位电磁换向阀并联连接。本发明依靠供气电磁阀和制动/复位电磁换向阀可自动实现风机的制动和制动器复位。若供气电磁阀故障或制动/复位电磁换向阀故障或机组控制系统故障时，可依靠供气旁路手动门和制动/复位手动换向阀实现风机制动，保障机组安全。

Description

一种风电机组气动制动系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及风电机组制动技术领域，具体涉及一种风电机组气动制动系统及其控制方法。
背景技术
风力发电机组制动系统的主要作用是保证机组从运行状态转变为停机状态。当机组运行过程中发生电网失电、风轮超速、电缆过扭、机组过振等严重故障时需紧急停机，若不能顺利停机，则可能造成设备重大损坏，严重威胁机组及电网安全。当运行机组因设备一般故障需停机检修时，若不能顺利停机，可能造成设备故障进一步扩大。
目前，风电机组制动系统主要有机械制动和空气动力制动两类。机械制动系统利用非旋转部件和旋转部件之间的摩擦来实现制动，通常由液压系统、制动器、辅助管路等组成。空气动力制动利用风机空气动力性能的改变使风轮转速下降。对于定桨距风电机组，通过叶尖扰流器旋转一定角度，改变风机叶片形状，增大风轮的阻力，实现空气动力制动；对于变桨距风电机组，由液压系统或伺服电动机驱动叶片变为顺桨状态，叶片顺桨过程中空气阻力迅速增大，风轮转速下降。在机组的制动过程中，通常两种制动形式是相互配合的，先由空气动力制动使风轮降至一定转速，然后通过机械装置实现完全制动。
由于液压系统对油质要求较高，一旦长时间运行其中有杂质，则可能出现液压系统精密部件卡涩的情况，进而导致风电机组机械制动、叶尖扰流器或液压变桨距系统不能顺利制动。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风电机组气动制动系统及其控制方法，以解决液压系统对油质要求较高，一旦长时间运行其中有杂质，则可能出现液压系统精密部件卡涩的情况，进而导致风电机组机械制动、叶尖扰流器或液压变桨距系统不能顺利制动的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种风电机组气动制动系统，包括供气单元、供气电磁阀、制动/复位电磁换向阀、制动器、制动/复位手动换向阀、供气电磁阀前手动门、供气电磁阀后手动门和供气旁路门；供气单元、供气电磁阀前手动门、供气电磁阀、供气电磁阀后手动门、制动/复位电磁换向阀和制动器通过管路依次连接；供气电磁阀前手动门、供气电磁阀和供气电磁阀后手动门所在管路上并联有旁路管，供气旁路门设置在旁路管上，供气旁路门通过管路连接制动/复位手动换向阀，制动/复位手动换向阀连接在制动器上，制动/复位手动换向阀与制动/复位电磁换向阀并联连接；
制动器包括气缸、活塞、连杆、制动座和制动瓦；制动/复位电磁换向阀为三位四通型，一端分别与制动器气缸上、下腔连接，另一端分别与供气电磁阀后手动门所在管道相连；制动/复位手动换向阀为三位四通型，一端分别与制动器气缸上、下腔连接，另一端分别与供气旁路门所在管道连接；
供气电磁阀后手动门和制动/复位电磁换向阀之间管道设置有第二手动门，供气旁路门和制动/复位手动换向阀之间管道有第一手动门。
进一步的，制动/复位电磁换向阀和制动/复位手动换向阀上分别设置有第一排气管道和第二排气管道；第一排气管道上有手动门，第二排气管道上有排气管道手动门。
进一步的，供气单元包括来气管路、空气净化装置和储气罐；来气管路、空气净化装置和储气罐依次连接。
进一步的，压缩空气储气罐顶部设置有安全阀、压力表和压力传感器。
进一步的，供气电磁阀前手动门之前管路上设置有压力表，供气电磁阀后手动门之后管路上有压力表。
进一步的，一种风电机组气动制动系统的控制方法，包括以下步骤：
a. 压缩空气自来气管路，经净化装置除去空气中所含的灰尘、油、水分杂质，进入储气罐；
b. 机组停机信号来，供气电磁阀带电打开，压缩空气经供气电磁阀前手动门、供气电磁阀、供气电磁阀后手动门、第二手动门至制动/复位电磁换向阀前；停机信号来，压缩空气进入制动器气缸下腔，制动器气缸上腔与第一排气管道相通，压缩空气推动制动器活塞向上移动，制动座与制动瓦随连杆向上移动，制动瓦与主轴上的制动盘压紧，依靠摩擦力实现风机制动；
c. 机组停机完成并经过一段时间后，制动器气缸下腔与第一排气管道相通，制动器气缸上腔与压缩空气相通，压缩空气推动活塞向下移动，制动瓦与制动盘分开。
进一步的，
a. 当供气电磁阀故障时，开启供气旁路门，对系统进行供气；
b. 当制动/复位电磁换向阀故障时，采用制动/复位手动换向阀实现系统功能，压缩空气进入制动器气缸下腔，制动器气缸上腔与第二排气管道相通，压缩空气推动制动器活塞向上移动，制动瓦与制动盘压紧，依靠摩擦力实现风机制动；复位时，制动器气缸下腔与第二排气管道相通，制动器气缸上腔与压缩空气相通，压缩空气推动活塞向下移动，制动瓦与制动盘分开；
c.当风电机组控制系统故障时，采用供气旁路门和制动/复位手动换向阀实现风电机组制动。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本发明依靠供气电磁阀和制动/复位电磁换向阀可自动实现风机的制动和制动器复位。若供气电磁阀故障或制动/复位电磁换向阀故障或机组控制系统故障时，可依靠供气旁路手动门和制动/复位手动换向阀实现风机制动，保障机组安全。
本发明制动效果好，从制动原理角度，本发明属于机械制动，依靠旋转部件和非旋转部件的摩擦实现制动，可以有效的使风电机组停机。
本系统结构简单，易于实现，运行与检修维护容易。气动控制广泛应用于工业生产，可靠性高。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图。
图中：1-来气管路，2-空气净化装置，3-储气罐，4-供气电磁阀前手动门，5-供气电磁阀，6-供气电磁阀后手动门，7-供气旁路门，8-第一手动门，9-第二手动门，10-制动/复位电磁换向阀，11-排气管道手动门，12-制动/复位手动换向阀，13-排气管道手动门，14-第一排气管道，15-第二排气管道，16-气缸，17-活塞，18-连杆，19-制动座，20-制动瓦，21-制动盘，22-主轴，23-压力表，24-压力传感器，25-安全阀，26-压力表，27-压力表。28-下线圈，29-上线圈。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
如图1所示，本发明的一种风电机组气动制动系统，它包括依次连接的来气管路1、空气净化装置2、储气罐3、供气电磁阀前手动门4、供气电磁阀5、供气电磁阀后手动门6、制动/复位电磁换向阀10、制动器；供气旁路门7位于供气电磁阀5旁路管道上；制动/复位手动换向阀12与制动/复位电磁换向阀10并联连接。
所述制动器包括气缸16、活塞17、连杆18、制动座19和制动瓦20；所述制动/复位电磁换向阀10为三位四通型，一端分别与制动器气缸16上、下腔连接，另一端分别与压缩空气供气电磁阀后手动门6后供气管道、第一排气管道14相连；所述制动/复位手动换向阀12为三位四通型，一端分别与制动器气缸16上、下腔连接，另一端分别与压缩空气供气电磁阀后手动门6后供气管道、第二排气管道15相连。
压缩空气供气电磁阀后手动门6后供气管道至制动/复位电磁换向阀10之间管道有第二手动门9，压缩空气供气电磁阀后手动门6后供气管道至制动/复位手动换向阀12之间管道有第一手动门8；第一排气管道14上有排气管道手动门11，第二排气管道15上有排气管道手动门13。
对带齿轮箱的机组，所述制动器可安装在齿轮箱高速轴或低速轴侧；对直驱式机组，所述制动器可安装在风轮与发电机连接法兰盘一侧。
所述压缩空气储气罐3顶部有安全阀25、压力表23、压力传感器24。
所述供气电磁阀前手动门4前管路上有压力表26，供气电磁阀后手动门6后管路上有压力表27。
所述制动器数量根据不同机组制动转矩大小选择。
一种风电机组气动制动方法，包括如下步骤：
a. 压缩空气自来气管路1，经净化装置2除去空气中所含的灰尘、油、水分等杂质，进入储气罐3保持一定压力；
b. 机组停机信号来，供气电磁阀5带电打开，压缩空气经供气电磁阀前手动门4、供气电磁阀5、供气电磁阀后手动门6、第二手动门9至制动/复位电磁换向阀10前；停机信号来，制动/复位电磁换向阀10的线圈29同时带电，压缩空气进入制动器气缸16下腔，制动器气缸上腔与第一排气管路14相通，压缩空气推动制动器活塞17向上移动，制动座19与制动瓦20随连杆18向上移动，制动瓦20与主轴22上的制动盘21压紧，依靠摩擦力实现风机制动；
c. 机组停机完成并经过一段时间后，制动/复位电磁换向阀10的线圈28带电，制动器气缸16下腔与第一排气管路14相通，制动器气缸上腔与压缩空气相通，压缩空气推动活塞17向下移动，制动瓦20与制动盘21分开。
当供气电磁阀5故障时，可开启供气旁路手动门7，对系统进行供气；
当制动/复位电磁换向阀10故障时，采用制动/复位手动换向阀12实现系统功能。需要停机时将制动/复位手动换向阀12转至通路1，压缩空气进入制动器气缸16下腔，制动器气缸16上腔与第二排气管路15相通，压缩空气推动制动器活塞17向上移动，制动瓦20与制动盘21压紧，依靠摩擦力实现风机制动；复位时将制动/复位手动换向阀12转至通路2，制动器气缸16下腔与第二排气管路15相通，制动器气缸16上腔与压缩空气相通，压缩空气推动活塞17向下移动，制动瓦20与制动盘21分开。
当控制系统故障或供气电磁阀5与制动/复位电磁换向阀10均故障时，采用供气旁路门7和制动/复位手动换向阀12实现风电机组制动。
本发明依靠供气电磁阀和制动/复位电磁换向阀可自动实现风机的制动和制动器复位。若供气电磁阀故障或制动/复位电磁换向阀故障或机组控制系统故障时，可依靠供气旁路手动门和制动/复位手动换向阀实现风机制动，保障机组安全。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，技术人员对其中的一些技术特征作出简单替换和变形，均在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种风电机组气动制动系统，其特征在于，包括供气单元、供气电磁阀（5）、制动/复位电磁换向阀（10）、制动器、制动/复位手动换向阀（12）、供气电磁阀前手动门（4）、供气电磁阀后手动门（6）和供气旁路门（7）；供气单元、供气电磁阀前手动门（4）、供气电磁阀（5）、供气电磁阀后手动门（6）、制动/复位电磁换向阀（10）和制动器通过管路依次连接；供气电磁阀前手动门（4）、供气电磁阀（5）和供气电磁阀后手动门（6）所在管路上并联有旁路管，供气旁路门（7）设置在旁路管上，供气旁路门（7）通过管路连接制动/复位手动换向阀（12），制动/复位手动换向阀（12）连接在制动器上，制动/复位手动换向阀（12）与制动/复位电磁换向阀（10）并联连接；
制动器包括气缸（16）、活塞（17）、连杆（18）、制动座（19）和制动瓦（20）；制动/复位电磁换向阀（10）为三位四通型，一端分别与制动器气缸（16）上、下腔连接，另一端分别与供气电磁阀后手动门（6）所在管道相连；制动/复位手动换向阀（12）为三位四通型，一端分别与制动器气缸（16）上、下腔连接，另一端分别与供气旁路门（7）所在管道连接；
供气电磁阀后手动门（6）和制动/复位电磁换向阀（10）之间管道设置有第二手动门（9），供气旁路门（7）和制动/复位手动换向阀（12）之间管道有第一手动门（8）。
2.根据权利要求1所述的一种风电机组气动制动系统，其特征在于，制动/复位电磁换向阀（10）和制动/复位手动换向阀（12）上分别设置有第一排气管道（14）和第二排气管道（15）；第一排气管道（14）上有手动门（11），第二排气管道（15）上有排气管道手动门（13）。
3.根据权利要求1所述的一种风电机组气动制动系统，其特征在于，供气单元包括来气管路（1）、空气净化装置（2）和储气罐（3）；来气管路（1）、空气净化装置（2）和储气罐（3）依次连接。
4.根据权利要求3所述的一种风电机组气动制动系统，其特征在于，压缩空气储气罐（3）顶部设置有安全阀（25）、压力表（23）和压力传感器（24）。
5.根据权利要求1所述的一种风电机组气动制动系统，其特征在于，供气电磁阀前手动门（4）之前管路上设置有压力表（26），供气电磁阀后手动门（6）之后管路上有压力表（27）。
6.一种风电机组气动制动系统的控制方法，其特征在于，基于权利要求1至5任意一项所述的一种风电机组气动制动系统，包括以下步骤：
a. 压缩空气自来气管路（1），经净化装置（2）除去空气中所含的灰尘、油、水分杂质，进入储气罐（3）；
b. 机组停机信号来，供气电磁阀（5）带电打开，压缩空气经供气电磁阀前手动门（4）、供气电磁阀（5）、供气电磁阀后手动门（6）、第二手动门（9）至制动/复位电磁换向阀（10）前；停机信号来，压缩空气进入制动器气缸（16）下腔，制动器气缸（16）上腔与第一排气管道（14）相通，压缩空气推动制动器活塞（17）向上移动，制动座（19）与制动瓦（20）随连杆（18）向上移动，制动瓦（20）与主轴（22）上的制动盘（21）压紧，依靠摩擦力实现风机制动；
c. 机组停机完成并经过一段时间后，制动器气缸（16）下腔与第一排气管道（14）相通，制动器气缸（16）上腔与压缩空气相通，压缩空气推动活塞（17）向下移动，制动瓦（20）与制动盘（21）分开。
7.根据权利要求6所述的一种风电机组气动制动系统的控制方法，其特征在于：
a. 当供气电磁阀（5）故障时，开启供气旁路门（7），对系统进行供气；
b. 当制动/复位电磁换向阀（10）故障时，采用制动/复位手动换向阀（12）实现系统功能，压缩空气进入制动器气缸（16）下腔，制动器气缸（16）上腔与第二排气管道（15）相通，压缩空气推动制动器活塞（17）向上移动，制动瓦（20）与制动盘（21）压紧，依靠摩擦力实现风机制动；复位时，制动器气缸（16）下腔与第二排气管道（15）相通，制动器气缸（16）上腔与压缩空气相通，压缩空气推动活塞（17）向下移动，制动瓦（20）与制动盘（21）分开；
c.当风电机组控制系统故障时，采用供气旁路门（7）和制动/复位手动换向阀（12）实现风电机组制动。
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