CN117989055A - 风电机组变桨传动系统及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种风电机组变桨传动系统及风力发电机组，涉及风力发电领域。旨在改善变桨轴承与变桨减速机之间易产生磨损，影响机组变桨寿命和机组的可靠性的问题。风电机组变桨传动系统包括轮毂、变桨电机、变桨减速机、变桨轴承、叶片法兰、叶片和制动组件；制动组件包括机械制动器和/或液压制动器，机械制动器用于固定在轮毂与叶片法兰之间，且机械制动器用于与叶片法兰阻尼接触；液压制动器用于固定在轮毂与叶片法兰之间，且液压制动器用于与叶片法兰阻尼接触。制动组件实现了输出端的制动，从系统上解决了输入端的电机制动力传递到叶片延时，无法抑制叶片受自重和风载产生的力矩的现象。

Description

风电机组变桨传动系统及风力发电机组

技术领域

本发明涉及风力发电领域，具体而言，涉及一种风电机组变桨传动系统及风力发电机组。

背景技术

现有风力发电机组变桨传动系统主要由轮毂、变桨电机、变桨减速机、变桨轴承、叶片法兰、叶片组成，由变桨电机驱动减速机带动叶片转动实现变桨动作，变桨电机配置失电制动器，制动器在停机的时候进行制动，非停机状态中不执行，在不变桨阶段由电机出力提供制动。制动端均在电机驱动端，存在以下的缺点。

1、由于齿隙的存在，叶片连接的齿圈与驱动齿轮之间存在啮合间隙，间隙会被减速机放大，传动系统的累计间隙可达到300°(减速机输出端固定减速机的输入端旋转)，电机端的出力经过减速机、减速机输出齿与齿圈的传递再到叶片是会延时，而叶片收到风载及重量的作用产生的力是直接作用在变桨轴承齿圈无延时t，假设轴承摩擦力M1，叶片受到重力及外载传递过来的力矩为M2，当M2＞M1的时候，将会出现，叶片带着轴承齿圈转动，即叶片系统的滑移动作，由于齿隙的存在，将出现叶片带着齿圈来回冲击驱动齿轮，将加剧系统的疲劳损伤。

2、变桨齿圈长期工作位置(0°附近)齿面磨损严重，长期工作位置，由于收到叶片系统的滑移，导致的抖动冲击及微动磨损，导致齿面润滑油膜难以形成，磨损严重。

3、由于叶片系统的滑移，导致的变桨系统的抖动冲击，轴承的滚子与滚道之间微动磨损将加剧，最终会导致轴承滚道出现早期剥落，影响机组可靠性。

4、随着机组及叶片的不断大型化，变桨电机制动器的力矩需求也越来越大，导致选型困难，成本增加。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种风电机组变桨传动系统，其能够改善变桨轴承与变桨减速机之间易产生磨损，影响机组变桨寿命和机组的可靠性的问题。

本发明的目的还包括，提供了一种风力发电机组，其能够改善变桨轴承与变桨减速机之间易产生磨损，影响机组变桨寿命和机组的可靠性的问题。

本发明的实施例可以这样实现：

本发明的实施例提供了一种风电机组变桨传动系统，包括轮毂、变桨电机、变桨减速机、变桨轴承、叶片法兰、叶片和制动组件；所述变桨轴承固定在所述轮毂上，所述叶片法兰与所述变桨轴承固定，所述叶片与所述叶片法兰固定，所述变桨电机、所述变桨减速机和所述变桨轴承依次传动连接，所述变桨电机用于驱动所述叶片转动；

所述制动组件包括机械制动器和/或液压制动器，所述机械制动器用于固定在所述轮毂与所述叶片法兰之间，且所述机械制动器用于与所述叶片法兰阻尼接触；所述液压制动器用于固定在所述轮毂与所述叶片法兰之间，且所述液压制动器用于与所述叶片法兰阻尼接触。

另外，本发明的实施例提供的风电机组变桨传动系统还可以具有如下附加的技术特征：

可选地，所述机械制动器包括制动缸体和机械摩擦片，所述制动缸体固定在所述轮毂上，所述机械摩擦片与所述制动缸体固定，且所述机械摩擦片与所述叶片法兰阻尼接触。

可选地，所述制动缸体和所述机械摩擦片同轴固定；所述轮毂具有与所述叶片法兰平行设置的腹板，所述制动缸体固定在所述腹板上。

可选地，所述机械制动器的数量为多个，多个所述机械制动器绕所述变桨轴承的转动中心线间隔固定在所述轮毂与所述叶片法兰之间。

可选地，所述液压制动器包括制动安装垫块、液压制动钳和液压摩擦片，所述制动安装垫块可拆卸地与所述轮毂固定，所述液压制动钳可拆卸地安装在所述制动安装垫块上，所述液压制动钳的内侧均固定所述液压摩擦片，所述液压制动钳用于对所述叶片法兰进行夹持或者松开，所述液压摩擦片用于与所述叶片法兰阻尼接触。

可选地，所述液压制动器的数量为多个，多个所述液压制动器沿所述变桨轴承的转动中心线间隔固定在所述轮毂与所述叶片法兰之间。

可选地，所述叶片法兰具有内圈和外圈，所述叶片法兰的外圈与所述变桨轴承固定，所述液压制动器固定在所述法兰的内圈。

可选地，在发电且不变桨状态下，所述制动组件提供的阻尼力矩为第一制动力矩，在变桨状态下，所述制动组件提供的阻尼力矩为第二制动力矩，在停机状态下，所述制动组件提供的阻尼力矩为第三制动力矩，其中，所述第三制动力矩＞第一制动力矩＞第二制动力矩。

可选地，所述风电机组变桨传动系统还包括电磁制动器，所述电磁制动器固定在所述变桨电机的机械轴上。

本发明的实施例还提供了一种风力发电机组。所述风力发电机组包括风电机组变桨传动系统。

本发明实施例的风电机组变桨传动系统及风力发电机组的有益效果包括，例如：

风电机组变桨传动系统，包括轮毂、变桨电机、变桨减速机、变桨轴承、叶片法兰、叶片和制动组件；变桨轴承固定在轮毂上，叶片法兰与变桨轴承固定，叶片与叶片法兰固定，变桨电机、变桨减速机和变桨轴承依次传动连接，变桨电机用于驱动叶片转动；制动组件包括机械制动器和/或液压制动器，机械制动器用于固定在轮毂与叶片法兰之间，且机械制动器用于与叶片法兰阻尼接触；液压制动器用于固定在轮毂与叶片法兰之间，且液压制动器用于与叶片法兰阻尼接触。

制动组件实现了输出端的制动，从系统上解决了输入端的电机制动力传递到叶片延时，无法抑制叶片受自重和风载产生的力矩的现象，从根本上解决叶片导致的变桨轴承齿圈的滑移导致的抖动，降低传动系统的附加疲劳损伤，提高传动系统的可靠性。

风力发电机组，包括上述的风电机组变桨传动系统，改善变桨轴承与变桨减速机之间易产生磨损，影响机组变桨寿命和机组的可靠性的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实施例提供的风电机组变桨传动系统沿转动中心线的局部剖视图；

图2为本实施例提供的风电机组变桨传动系统的局部示意图。

图标：10-风电机组变桨传动系统；110-变桨电机；111-电磁制动器；120-变桨减速机；121-输出齿；200-轮毂；300-变桨轴承；310-静圈；320-动圈；330-齿圈；340-变桨轴承滚子；400-叶片；500-叶片法兰；600-机械制动器；610-制动缸体；620-机械摩擦片；700-液压制动器；710-液压制动钳；720-液压摩擦片；730-制动安装垫块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

下面结合图1至图2对本实施例提供的风电机组变桨传动系统10进行详细描述。

请参照图1和图2，本发明的实施例提供了一种风电机组变桨传动系统10，包括轮毂200、变桨电机110、变桨减速机120、变桨轴承300、叶片法兰500、叶片400和制动组件；变桨轴承300固定在轮毂200上，叶片法兰500与变桨轴承300固定，叶片400与叶片法兰500固定，变桨电机110、变桨减速机120和变桨轴承300依次传动连接，变桨电机110用于驱动叶片400转动；制动组件包括机械制动器600和/或液压制动器700，机械制动器600用于固定在轮毂200与叶片法兰500之间，且机械制动器600用于与叶片法兰500阻尼接触；液压制动器700用于固定在轮毂200与叶片法兰500之间，且液压制动器700用于与叶片法兰500阻尼接触。

变桨电机110与变桨减速机120组成变桨驱动系统；变桨轴承300包括变桨静圈310、变桨动圈320、齿圈330和变桨轴承滚子340，变桨减速机120的输出齿121与变桨轴承300的齿圈330啮合组成执行变桨动作的执行系统；叶片400与变桨轴承300齿圈330通过叶片法兰500固定连接在一起，变桨电机110依次驱动变桨减速机120、变桨轴承300、叶片法兰500和叶片400转动，实现叶片400的角度变化；叶片法兰500上设置制动组件，制动组件固定在轮毂200上，与叶片法兰500接触，实现制动。

“机械制动器600和/或液压制动器700”是指制动组件可以单独采用机械制动器600，或者单独采用液压制动器700，或者组合采用机械制动器600和液压制动器700；液压制动器700可以控制制动力矩的大小，灵活性高；组合使用时，制动总阻尼就是机械制动器提供的一个恒定的阻尼+液压制动提供的不同状态的阻尼；制动组件选择哪种制动器，依据需求设定。

制动组件实现了输出端的制动，从系统上解决了输入端的电机制动力传递到叶片400延时，无法抑制叶片400受自重和风载产生的力矩的现象，从根本上解决叶片400导致的变桨轴承300齿圈330的滑移导致的抖动，降低传动系统的附加疲劳损伤，提高传动系统的可靠性。

图1和图2中为液压制动器700与机械制动器600的组合布置方案，通过控制液压制动器700的压力,可实现制动组件可提供多种的制动力，分别可用于变桨系统的不同阶段。

参照图2，本实施例中，在发电且不变桨状态下，制动组件提供的阻尼力矩为第一制动力矩，在变桨状态下，制动组件提供的阻尼力矩为第二制动力矩，在停机状态下，制动组件提供的阻尼力矩为第三制动力矩，其中，第三制动力矩＞第一制动力矩＞第二制动力矩。

在发电且不变桨的过程中，叶片400角度在某角度静止不动，液压制动器700提供abar的余压，制动系统提供第一制动力矩A，维持叶片400在叶根圆周方向的静止状态，减小叶片400在发电过程中的摆振作用，从而可以减小轴承的滚道的微动磨损、减少齿圈330的冲击及磨损。

在变桨过程中，液压制动器700提供b Bar压力，制动系统提供制第二制动力矩B，变桨系统提供一定的阻尼，减小或消除变桨电机110动力输出过程中的延时影响，减少或者消除叶片400系统的滑移。

在停机状态下，液压制动器700高压提供c Bar的压力，制动系统提供制第三制动力矩C，辅助电机电磁刹车对叶片400进行锁紧，提高锁紧可靠性，减小传动系统的受力，提高传动系统可靠性。

c Bar＞a bar＞b Bar，从根本上解决叶片400导致的变桨轴承300齿圈330的滑移导致的抖动，降低传动系统的附加疲劳损伤，提高传动系统的可靠性。

参照图2，本实施例中，风电机组变桨传动系统10还包括电磁制动器111，电磁制动器111固定在变桨电机110的机械轴上。实现了输入端制动与输出端的制动结合的制动方式，输出端制动+变桨电机110端的制动，系统的制动能力将由两部分制动组成，将有效降低变桨电机110的电磁制动器111的选型压力及成本。

参照图2，本实施例中，机械制动器600包括制动缸体610和机械摩擦片620，制动缸体610固定在轮毂200上，机械摩擦片620与制动缸体610固定，且机械摩擦片620与叶片法兰500阻尼接触。

不管风电机组处于什么状态，机械制动器600的机械摩擦片620均与叶片法兰500摩擦接触，保证在发电、变桨和停机状态下，都能够不同程度地减弱传递系统的疲劳损伤。

参照图2，本实施例中，制动缸体610和机械摩擦片620同轴固定；轮毂200具有与叶片法兰500平行设置的腹板，制动缸体610固定在腹板上。

制动缸体610和机械摩擦片620固定在轮毂200的腹板和叶片法兰500之间；机械摩擦片620正对制动缸体610固定，制动缸体610和机械摩擦片620的作用力正向作用于叶片法兰500。

参照图2，本实施例中，机械制动器600的数量为多个，多个机械制动器600绕变桨轴承300的转动中心线间隔固定在轮毂200与叶片法兰500之间。

机械制动器600的数量为n组，n≥1，当机械制动器600的数量为多个的情况下，多个机械制动器600沿着圆周方向布置，n的数量由风电机组的变桨系统的载荷分布来设定，按需设置。

参照图2，本实施例中，液压制动器700包括制动安装垫块730、液压制动钳710和液压摩擦片720，制动安装垫块730可拆卸地与轮毂200固定，液压制动钳710可拆卸地安装在制动安装垫块730上，液压制动钳710的内侧均固定液压摩擦片720，液压制动钳710用于对叶片法兰500进行夹持或者松开，液压摩擦片720用于与叶片法兰500阻尼接触。

液压制动器700采用液压钳闸制动器，液压钳闸制动器包括液压制动钳710和液压摩擦片720，两个液压摩擦片720位于叶片法兰500的两侧，对叶片法兰500的转动进行制动。液压制动器700的制动压力可以调节，可以根据实际情况进行调节，使用场景更广泛。

制动安装垫块730用于保证安装位置准确。液压钳闸制动器在安装的时候，制动安装垫块730用于调整轮毂腹板和叶片法兰的间隙，保证尺寸链合格。不同的液压钳闸制动器，可通过更换制动安装垫块730的尺寸进行匹配。

参照图2，本实施例中，液压制动器700的数量为多个，多个液压制动器700沿变桨轴承300的转动中心线间隔固定在轮毂200与叶片法兰500之间。

液压制动器700的数量为n组，n≥1，在液压制动器700为多个的情况下，多个液压制动器700沿着圆周方向布置，液压制动器700的数量由风电机组的变桨系统载荷分布来设定，按需设置。

参照图2，本实施例中，叶片法兰500具有内圈和外圈，叶片法兰500的外圈与变桨轴承300固定，液压制动器700固定在法兰的内圈。液压制动钳710闸制动器的液压制动钳710从叶片法兰500的内圈对叶片法兰500进行夹持制动。

参照图2，本实施例中，机械制动器600固定在变桨轴承300内圈和液压制动器700之间。多个机械制动器600环绕多个液压制动器700设置。

根据本实施例提供的一种风电机组变桨传动系统10，风电机组变桨传动系统10的工作原理是：采用制动组件，从系统上解决了输入端的电机出力传递到叶片400延时，无法抑制叶片400受自重和风载产生的力矩的现象，从而降低疲劳磨损，保证变桨传动系统的顺利运行。

本实施例提供的一种风电机组变桨传动系统10至少具有以下优点：

在传统的变桨传动系统的基础上，增设了制动组件，制动组件可采用液压制动器700或者机械制动器600，或者组合式，从系统上解决了输入端的电机出力传递到叶片400延时，无法抑制叶片400受自重和风载产生的力矩的现象，从根本上解决叶片400导致的变桨轴承300齿圈330的滑移导致的抖动，降低传动系统的附加疲劳损伤，提高传动系统的可靠性。可有效减缓或解决叶片400长期工作位置的齿面，零位附近磨损问题；可有效减缓或解决轴承滚道的微动磨损问题，提高轴承滚道寿命；可有效减缓或解决变桨过程中叶片400超速导致的齿圈330与变桨减速机120的输出齿121之间的冲击异响问题；停机状态下，机组的制动可靠性，并降低传动系统的受载，提高传动系统的可靠性。

通过设置输出端的制动系统，输出端制动+变桨电机110端的制动，系统的制动能力将由两部分制动组成，将有效降低变桨电机110的电磁制动器111的选型压力及成本。

本发明的实施例还提供了一种风力发电机组。风力发电机组包括风电机组变桨传动系统10。风力发电机组还包括塔筒，轮毂200转动设置在塔筒上。改善变桨轴承300与变桨减速机120之间易产生磨损，影响机组变桨寿命和机组的可靠性的问题。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种风电机组变桨传动系统，其特征在于，包括轮毂(200)、变桨电机(110)、变桨减速机(120)、变桨轴承(300)、叶片法兰(500)、叶片(400)和制动组件；所述变桨轴承(300)固定在所述轮毂(200)上，所述叶片法兰(500)与所述变桨轴承(300)固定，所述叶片(400)与所述叶片法兰(500)固定，所述变桨电机(110)、所述变桨减速机(120)和所述变桨轴承(300)依次传动连接，所述变桨电机(110)用于驱动所述叶片(400)转动；

所述制动组件包括机械制动器(600)和/或液压制动器(700)，所述机械制动器(600)用于固定在所述轮毂(200)与所述叶片法兰(500)之间，且所述机械制动器(600)用于与所述叶片法兰(500)阻尼接触；所述液压制动器(700)用于固定在所述轮毂(200)与所述叶片法兰(500)之间，且所述液压制动器(700)用于与所述叶片法兰(500)阻尼接触。

2.根据权利要求1所述的风电机组变桨传动系统，其特征在于，所述机械制动器(600)包括制动缸体(610)和机械摩擦片(620)，所述制动缸体(610)固定在所述轮毂(200)上，所述机械摩擦片(620)与所述制动缸体(610)固定，且所述机械摩擦片(620)与所述叶片法兰(500)阻尼接触。

3.根据权利要求2所述的风电机组变桨传动系统，其特征在于，所述制动缸体(610)和所述机械摩擦片(620)同轴固定；所述轮毂(200)具有与所述叶片法兰(500)平行设置的腹板，所述制动缸体(610)固定在所述腹板上。

4.根据权利要求1-3任一项所述的风电机组变桨传动系统，其特征在于，所述机械制动器(600)的数量为多个，多个所述机械制动器(600)绕所述变桨轴承(300)的转动中心线间隔固定在所述轮毂(200)与所述叶片法兰(500)之间。

5.根据权利要求1-3任一项所述的风电机组变桨传动系统，其特征在于，所述液压制动器(700)包括制动安装垫块(730)、液压制动钳(710)和液压摩擦片(720)，所述制动安装垫块(730)可拆卸地与所述轮毂(200)固定，所述液压制动钳(710)可拆卸地安装在所述制动安装垫块(730)上，所述液压制动钳(710)的内侧均固定所述液压摩擦片(720)，所述液压制动钳(710)用于对所述叶片法兰(500)进行夹持或者松开，所述液压摩擦片(720)用于与所述叶片法兰(500)阻尼接触。

6.根据权利要求5所述的风电机组变桨传动系统，其特征在于，所述液压制动器(700)的数量为多个，多个所述液压制动器(700)沿所述变桨轴承(300)的转动中心线间隔固定在所述轮毂(200)与所述叶片法兰(500)之间。

7.根据权利要求5所述的风电机组变桨传动系统，其特征在于，所述叶片法兰(500)具有内圈和外圈，所述叶片法兰(500)的外圈与所述变桨轴承(300)固定，所述液压制动器(700)固定在所述法兰的内圈。

8.根据权利要求1-3任一项所述的风电机组变桨传动系统，其特征在于，在发电且不变桨状态下，所述制动组件提供的阻尼力矩为第一制动力矩，在变桨状态下，所述制动组件提供的阻尼力矩为第二制动力矩，在停机状态下，所述制动组件提供的阻尼力矩为第三制动力矩，其中，所述第三制动力矩＞第一制动力矩＞第二制动力矩。

9.根据权利要求1-3任一项所述的风电机组变桨传动系统，其特征在于，所述风电机组变桨传动系统还包括电磁制动器(111)，所述电磁制动器(111)固定在所述变桨电机(110)的机械轴上。

10.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括权利要求1-9任一项所述的风电机组变桨传动系统。